电力系统继电保护课后第一部分.docx
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电力系统继电保护课后第一部分
第一章概述
1/1电力系统故障？
常见的短路故障和断线故障。
指各种类型的短路，有三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路及电机、变压器绕组的匝间短路。
电力系统不正常工作情况？
指电力系统的正常工作遭到破坏，但未形成故障，称做不正常工作情况。
常见的有：
过负荷、过电压、电力系统震荡等。
电力系统不正常工作时若不及时处理，将发展成故障，引起事故，导致人员伤亡，设备损坏，电能质量下降及停电。
1/2继电保护的基本任务？
一种重要的反事故措施，它的基本任务是：
当电力系统出现故障时，能自动快速有选择地将故障设备从系统中切除，使故障设备免受损坏，保证系统其他部分继续运行。
当发生不正常工作情况时，能自动及时有选择地发出信号，由值班人员进行处理，或切除继续运行会引起故障的设备。
1/3继电保护如何区分电力系统的不正常运行和故障？
故障时的明显特征：
电流剧增，继电保护将正常的负荷电流与短路电流对比；
电压剧减，距离故障点越近电压越低，相应有低电压保护。
相位变化，电压与电流之间相位角变化可以判断故障点的方向，相应有方向保护
测量阻抗降低，相应的有距离保护或者阻抗保护
1/4继电保护的组成部分：
测量部分，逻辑部分和执行部分。
测量部分从被保护对象与事先给定的整定值进行比较，判断被保护元件有无故障或异常情况，并输出相应信息。
逻辑部分根据测量部分输出的信息，使保护装置按一定的逻辑关系工作，以确定是否需要给出瞬时或延时动作于跳闸或信号的信息。
执行部分根据逻辑部分输出的信息将信号送至断路器的控制回路或报警信号回路。
1/5继电保护的基本要求：
选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
为什么是说他们之间是相互矛盾的又如何统一？
四个基本要求既有矛盾又有联系。
选择性提高，速度灵敏性可能降低；速动性提高，可靠性可能降低；灵敏性提高，安全性降低；可靠性提高，速动性降低。
统一性：
继电保护装置可靠动作的前提下速动性才有实际的意义；保护对动作的灵敏性是出与保护可靠动作的需要；
1/6K1点短路时保护3动作跳开断路器3不能称为有选择性，应跳开断路器1和2。
当保护2和4都拒动的情况下，保护3动作则起到远后备的作用。
第二章电网相间短路的电流、电压保护
2/1什么是继电器的继电特性？
继电器的动作是明显干脆的，不会停留在某个中间位置
2/2继电器的动作电流：
能使继电器动作的最小电流Iop
继电器的返回电流能使继电器返回的最大电流Ire
返回系数Kre=Ire/Iop
返回系数为什么小于1？
由于摩擦力矩和剩余力矩的存在，返回电流必然小于动作电流，故Kres=0.85--0.9
增大返回系数有利于提高保护的灵敏性。
2/3变换器作用：
1变换电量2隔离电路3调整定值
变换器的输入输出量变换电流、变换电压
电抗变换器的铁芯有气隙原因：
磁阻较大，磁路不易饱和，线形变换较宽。
2/4三段式电流保护是如何构成：
无时限电流速断保护是通过动作电流整定值实现选择性。
为保证灵敏性要求最大保护范围大于等于50%，最小保护范围大于等于15%。
若不满足可采用电流电压联动速断保护；
限时电流速断保护通过动作电流整定和动作实现来实现选择性。
要求灵敏系数Ksen大于等于1.3-1.5。
若不满足要求可与相临线路限时电流速断保护配合，此时动作时限为2△t。
过电流保护也是通过电流整定值和动作时限的选取来实现选择性，要求近后备时Ksen大于等于1。
3--1。
5；作远后备时Ksen大于等于1。
2；若不满足要求可采用地电压启动的过电流保护、负序电流保护
为什么这么设定？
因为一段保护虽然能无延时动作但不能保护线路全长，限时电流速断虽能保护线路全长，但不能作为本线路及相临线路的后备保护，所以用定时限电流保护作为后备保护。
2/5系统的最大运行方式：
通过保护装置短路电流最大的运行方式。
系统最小运行方式：
通过保护装置的短路电流最小的运行方式。
整定动作值为什么用最大运行方式？
为保证选择性，本线路速断保护的动作电流大于下级线路首段即本线路末端发生三相短路时流国保护安装处的最大短路电流，防止下级线路首段发生短路时本级线路电流速断保护误动作。
动作值校验灵敏系数为什么用最小运行方式？
因为在最小运行方式下两相短路时保护范围最小而灵敏度的校验利用最不利的情况下保护的保护范围来校验保护。
2/6限时速断保护为什么要有时限级差？
为保证选择性，当本线路发生短路在速断保护范围外时，由本线路的限时电流速断来切除故障，限时电流必须带时限，以便和电流速断保护相配合。
时限的大小如何考虑？
1故障线路断路器的跳闸时间、灭弧时间。
2故障线路保护1时间继电器的实际动作时间比整定时间大的正误差。
3保护2中时间继电器可能预定时间提早的负误差。
4保护测量元件由于惯性问题不能及时返回的延时。
5考虑一定裕度
2/7保护1电流III段动作时限以相临线路动作时限最大的为准，故t1III=2.5+
=.3S
2/8整定电流保护第III段时，为什么考虑返回系数？
动作电流大于该线路可能出现且通过保护装置的最大负荷电流，此外还应考虑在外部短路切除后，保护装置应能够可靠返回，防止保护误动作，过电流必须要持续一定得时间才会动作，如果在时限内电流降到返回值以下，那么保护就复归不用动作了，从而在不降低灵敏性的情况下增加了可靠性。
在整定第I、II段时是否考虑返回？
不考虑，因为电流速断保护本身动作电流比较大，且没有时间的限制，只要电流超过整定值立即跳闸不需要返回
2/9电流互感器的误差产生原因？
1电流互感器中励磁电流是引起比值误差和相角误差的主要原因。
2铁芯饱和程度的加深，使误差非线性增大。
何为10%误差曲线：
指电流互感器比值误差10%，相角误差不超过7度时，额定电流倍数m10与允许负载阻抗Zloa之间的关系曲线。
如何使用：
一次用额定电流倍数m10表示，即m10=I1/I1n，当已知I1时算出m10,利用该曲线，可确定Zloa。
也可以用于校验，当已知Zloa时，若实际计算得m10与Zloa所确定的交点处于该曲线下，则电流误差不超过10%，是满足要求的。
2/10对于二次绕组为星型接线的电压互感器为什么用中性点直接接地电网时，变比为Up/100/√3/100，而用于中性点非直接接的电网则为Up/100/√3/100/√3
答：
中性点直接接地时互感器的二次绕组取的是线路相电压，当中性点非直接接地时二次测区的是线电压。
互感器二次绕组接地称为保安接地，用于防止一、二次绕组间绝缘损坏击穿时，高压窜入二次回路，危及人身安全。
2/11为什么运行中的电流互感器二次侧不能开路？
因为在正常情况下，二次电流对一次电流产生的磁动势起去磁作用，励磁电流很小，所以铁芯中的磁动势很小。
当二次侧开路时，去磁作用消失，则一次电流全部作为励磁电流，使铁芯中磁通量剧增，导致铁芯饱和，磁通波形由正弦波变为平顶波，在二次侧感应出高电压而威胁设备绝缘甚至烧毁铁芯。
为什么运行中电压互感器不能短接？
因为除户产生共振过电压外，还会产生很大的短路电流，将电压互感器烧坏。
2/12何为电流保护的接线方式？
电流保护是通过一定的连接方式来实现的。
电流保护的接线方式指电流继电器与电流互感器二次绕组之间连接关系。
试分析三相完全星接线和两相不完全星接线的优缺点？
完全星接线和不完全星接线主要区别是B相不装设电流互感器，因此它不能反应B相中流过的电流，但在中线上流过负B相电流-Ib=Ia+Ic.。
对于不完全星接线和完全星接线，在中性点直接接地电网和非直接接地电网中，都广泛采用它作为相间短路保护的接线方式，而不完全星接方式较简单、经济，且有三分之二的机会只切除一条线路，要比完全星接100%切除两条线路优势。
而完全星接因可靠性和灵敏性较高，广泛用于发电机、变压器等大型贵重设备的保护中。
2/14电流电压连锁速断展开图
2/15Zamax=0.3,Zamin=0.2Es=10/
L1=10km,
L2=25km
求保护1的三段保护整定计算。
保护1的I段整定：
整定值Iact1I满足要求
保护1的II整定：
求动作电流
，按与相临线路保护电流I段动作电流相配合即
保护1的III段整定：
按躲过本线路可能出现的最大负荷电流整定即
2/16简述电流电压连锁速断保护的作用和工作原理：
在系统运行方式变化很大时，电流速断保护范围很小，甚至没有保护区，为了不增加保护的动作时间的前提下，扩大保护的范围，可采取由电流继电器和电压继电器共同做为测量元件的电流电压连锁速断保护。
在整定计算动作值时，可以不考虑最大或最小两种极端运行方式，只按经常出现的运行方式整定，使保护在经常运行方式下，有较大的保护范围。
在极端运行方式下，如在最大运行方式下，电压元件动作范围缩短而电流元件的动作范围却伸长；最小运行方式下，恰好相反，在两种方式下，整套装置的保护范围由动作范围最短的元件来决定。
因此区外短路时，在最大运行方式下，电压元件不起动，而不动作；最小方式下，因电流元件不起动饿不动作，从而保证了在极端情况下区外短路保护装置不会误动作。
2/17从保护四性的要求，分析三段式电流速断保护的优缺点。
1选择性电流速断保护的选择性是靠动作电流来实现的；限时电流速断和过电流保护则是靠动作电流和时限来实现的。
它们在单侧电源辐射网中能够保证选择性，但在多电源环网中则只有在某些特殊情况下满足要求。
2速动性电流速断保护以保护的固有动作时限动作跳闸；限时电流速断保护动作时限一般在0.5s以内，因此动作迅速是这两种保护的优点。
过电流保护动作时限较长，特别是靠近电源侧的保护动作时限长达几秒，这是过电流保护的主要缺点
3灵敏性电流速断保护不能保护线路全长，且保护范围受系统运行方式的影响教大；限时电流速断保护，岁按线路全长整定，但灵敏性依然手系统运行方式的影响；过电流保护因按最大负荷电流整定，灵敏性一般满足要求，但在长距离重负荷线路上，由于负荷电流几乎与短路电流相当，则往往难以满足要求。
手系统运行方式影响较大、灵敏性差是电流保护的主要缺点。
4可靠性由于三段式电流保护中继电器简单，数量少，接线调试和整定计算较简便不易出错因此可靠性较高。
第3章电网相间短路的方向性保护
3/2相位比较原理与幅值比较原理如何实现互换？
进行比较的两个相量U1、U2作为平行四边形的两条边，U1和U2夹角为θ，则
当θ=90度时，|U1+U2|=|U1-U2|；夹角θ<90时，|U1+U2|>|U1-U2|;θ>90时|U1+U2|<|U1-U2|，
可见|U1+U2|和|U1-U2|的幅值关系与U1和U2之间的相位关系是一一对应的。
因此利用比较|U1+U2|和|U1-U2|大小，可以反映U1U2间的相位，利用幅值比较原理可以转换相位比较原理。
3/3功率方向继电器在什么情况下会有死区？
正向出口处为死区，由于功率方向继电器存在最小动作电压Uactmin当保护正向出口附近发生短路时，如果母线残压小于Uactmin，将导致继电器在正向出口区域不动作，显然Uactmin越小死区越小。
对于任何短路情况在3-10的所示的功率方向继电器，在电压变换器UV一次回路中串联电容，与UV一次绕组W1的电感构成串联谐振贿赂，当输入的电压突然消失时，可借助谐振回路的暂态过程使电压仍能持续一段时间，即对输入电压起记忆作用。
3/4什么是功率方向继电器的潜动？
理论上当加入功率方向继电器的电流IK=0或UK=0时，都使继电器的动作量与制动量想平衡，继电器不动作。
但实际上由于继电器内部参数不平衡，在只加电流而电压为零，或只加电压而电流为零时，极化继电器KP线圈两端出现动作电压或制动电压，使KP动作或制动，这种现象称为功率方向继电器的潜动。
有何影响？
如果潜动严重，则在保护安装处反向出口短路时，功率方向继电器可能误动作。
相反如果电流反向潜动严重时，则正向出口短路时，功率方向继电器灵敏性降低，甚至拒动。
3/590接线主要优点？
1无论发生三相短路还是两相短路继电器均能正确判断故障方向；
2选择合适的继电器内角，在各种相间短路时，可使继电器工作的在接近最灵敏状态；
3对于两相短路无动作死区，因加入继电器的电压含有非故障相电压，远大于继电器的最小动作电压。
3/6什么是最灵敏角：
当输入的电压相量和电流相量同相时，继电器的φk=—α时动作量=KU+KI最大，制动量=KU-KI最小，继电器最灵敏。
故称—α为功率方向继电器的最灵敏角。
3/7保护3出口处BC相两相短路，
对于B相功率方向继电器，Ikb=Ib，Ukb=Uca，
当
=0-90范围内变化时，
第四章电网的接地保护
4/1在中性点直接接地和非直接接地电网中发生接地短路时对接地保护要求如何，为什么？
对中性点直接接地或非直接接地系统采用零序电流保护
1、灵敏性高零序过电流保护按躲过最大不平衡电流整定，而相间短路过电流保护按最大电流整定，动作电流通常大于前者。
因此零序过电流保护灵敏性高。
此外，由于零序网络在系统运行方式变化时不变或变化不大，所以零序电流保护受系统运行方式变化的影响较小。
2、速动性好零序过电流保护的动作时限不需要与线路保护配合，所以比相间过电流保护动作时限短。
3、不受过负荷和系统震荡的影响过负荷或系统震荡时，三相仍旧对称，不产生零序电流，因此零序电流保护不受其影响，而相间过电流保护可能受影响或误动。
4、零序功率方向继电器在保护安装处接地短路时无死区而过电流保护在其保护安装处有死区
所以由于零序电流和零序方向电流保护简单可靠灵敏性和正确动作率高，在高压电网中广泛使用。
4/2在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序电压和零序电流有何特点？
1、零序电流仅在中性点接地的电网中流通，其大小和分布主要取决于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及其所处位置。
系统零序阻抗越小零序电流越大，而与电源数目和位置无关。
不受电源运行方式的影响。
2、零序电压在故障点处最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点处零序电压为零。
4/3变压器中性点接地的基本原则？
为什么？
1、每个发电厂或低压侧有电源的变电所至少有一台变压器中性点接地。
以防止接地短路引起的过电压。
2、每个电源处有并列运行的变压器时，应将部分变压器的中性点接地。
这样当某台中性点接地变压器由于检修或其他原因退出时，可奖另一台变压器重型点接地，以保持零序电流大小和分布不变。
3、变压器低压侧无电源时，为提高零序保护的灵敏性，变压器应该不接地运行。
当一侧无电源变压器不接地。
当AB线路发生接地短路时，因全部零序电流A侧保护，从而提高灵敏性。
4、变压器中性点绝缘水平较低时，中性点必须接地。
当中性点不接地时，线路某处单相接地短路时，容易使其他两相电压升高，从而威胁这两相电器的绝缘。
4/3通过哪些方法可以获得零序电流和零序电压？
产生不平衡电流的原因是什么
零序电流过滤器和零序电压过滤器。
产生原因：
由于零序过滤器由三个电流互感器组成，由于电流互感器存在励磁电流
，且励磁电流由于互感器不完全一样而不同，即
。
4/6在中性点直接接地的电网中，为何不采用三相式电流保护兼做单相保护？
1相对于零序保护，三相式电流保护的灵敏性不高且受系统运行方式的变化较大。
2速动性较零序保护较差，因为零序保护的动作时限不需要与YNd接线的降压变压器后的线路相配合，故零序保护动作时限更小。
3三相式电流保护容易受到系统震荡和过负荷的影响
4三相电流保护在保护安装处有死区。
4/8零序功率方向继电器不需要记忆回路，因为当保护安装处发生接地短路时保护安装处的零序电压最大无电压死区。
当接地点在该继电器反方向动作区时不动作
4/9中性点不接地的电网单相接地时有哪些特征：
1接地相对地电压为零，非故障相电压升为√3倍。
2非故障相线路保护安装处通过的零序电流为该线路的零序电容电流，方向从母线流向线路。
3故障线路保护安装处通过的零序电流为该电网所有非故障元件的零序电容电流之和，方向从线路流向母线
4接地点流过该电网各元件对地电容电流之和，即
接地保护的实现方式：
1利用配电线路所设置的过电流保护，当被测电流增大超过允许值时执行相应的保护动作兼作接地故障保护，当发生一相不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地时，故障相电压降低电流瞬间升高，保护动作发出接地信号。
2利用零序电流来实现接地故障保护，根据故障线路保护安装处零序电流大雨非故障线路零序电流的特点，可构成有选择性的零序电流保护。
但零序保护受电力系统运行方式变化影响较大，灵敏性因此降低。
4/10消弧线圈的作用：
当发生单相接地时，消弧线圈产生感性电流并与该电网的电容电流相抵消，从而减小接地电流，防止电弧的产生。
一般采用哪种补偿方式：
一般采用过补偿方式，因
使接地点的电流成感性，其过补偿大小取决于电网正常运行时不使中性点超过相压15%，为了避免电网切除部分线路时发生危险的串联谐振过电压。
为什么中性点经过消弧线圈接地电网实现有选择的接地保护较为困难？
因为过补偿后的感性电流，它与U0的相位关系和非故障线路容性电流与U0的相位关系相同；在数值上也和非故障线路的容性电流差不多，因此不能采用零序功率方向保护和零序电流保护。
第5章电网的距离保护
5/1负荷阻抗是指电力系统正常运行时保护安装处的电压与电流的比值。
负荷阻抗特点是量值较大，功率因数较高
测量阻抗ZM：
保护安装处的电压与电流之比ZM=U/I
整定阻抗Zset：
整定的线路阻抗值
短路阻抗ZK：
在电力系统发生短路时保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，此时测量电压与测量电流的比值就是短路阻抗。
短路阻抗是保护安装处与短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角教大。
区别：
当发生短路故障，测量阻抗ZM等于短路阻抗，只有测量阻抗大于或小于整定阻抗时保护才动作。
5/2何为距离保护：
又叫阻抗距离保护，是利用测量阻抗来反应保护安装处到短路点之间的距离，并根据距离的远近确定动作时限的一种保护。
5/3
全阻抗
方向阻抗
偏移阻抗
电抗型阻抗
jX
Zset
Zm
R
jXZset
Zm
R
jX
zset
zm
-azsetR
jXzet
5/4
所以不满足动作条件，不能动作
5/5对偏移阻抗继电器是否需要设记忆回路和引入第三相电压？
不需要。
因偏移阻抗继电器的动作特性在复平面上包括圆心并想第三象限偏移a的一个圆，故不存在死区。
5/6比幅式继电器和比相式继电器一般由哪几部分组成
组成部分：
比幅式继电器
比相式继电器
电压形成回路
电压形成回路
幅值比较回路
相位比较回路
执行元件
执行元件
5/7试说明动作条件为
的积分比相电路的构成原理？
比较电压U1和U2波形，U2滞后U1的相角差为θ，在半个周期内出现同极性重合即同时为正的角度为φ=180—θ。
当θ=90度，对公频信号同极性重合时间为5ms。
反言之，若t>5ms即φ>90，则θ<90或θ>-90，U2超前U1，因此可以测量同极性重合时间来判断U1和U2之间的相位关系。
只要t>=5ms就能判断-90≤φ≤90。
可以通过与门比相实现，
可以测量异性重合时间来判断U1和U2之间的相位关系。
当θ=90度时，异极性重合时间t=5ms。
若t≥5ms，则θ≥90或θ≤-90,就能判定
.可以通过异或门比相电路实现。
5/8环型整流比相电路的工作原理
由四个二极管构成的环型整流比相电路。
U1，U2为进行相位比较的两个电压，R1R2为负载电阻输出电压为Umm，将U1U2用等效电源表示，并在电路中分别产生电流i1和2i2，由于电路是电阻性的对称电路，所以U1与U2之间的相位关系就是i1和i2相位关系。
如果有两个回路电流通过时，大的一个电流方向决定了二极管是否导通；小的一个电流不管她欲通过二极管的方向如何，它将根据大电流已决定的二极管工作状态或自由导通或被切断。
5/9在反应接地短路的阻抗继电器接线方式中为什么要采用零序电流补偿？
又是如何获得的。
存在接地故障回路时，由U相=U1+U2+U0=（I相+K3I0）Zl，采用保护安装处相电压和经零序电流补偿的相电流可以正确反映故障距离。
零序电流可以通过在三相电流互感器中线处装设零序电流互感器获得。
5/10方向阻抗继电器为何有死区？
又是如何克服的？
这些方法的特点？
方向阻抗继电器的特性圆周经过坐标原点，在保护正方向出口三相短路时由于Um=0，无法达到执行元件需要的启动功率，出现死区。
措施及特点：
1采用记忆回路，利用记忆回路储存的故障前电压作为极化电压，利用这个电压仍可以进行幅值或相位的比较，保证正方向出口无死区，反方向出口不失方向性。
但记忆回路由于衰减记忆作用随时间消失。
2引入第三相电压，采用90度接线方式或直接利用非故障相电压作为极化电压。
引入第三相电压，可以防止被保护线路反向出口两相短路时保护错误动作。
5/11具有极化电压的比相式方向阻抗继电器，极化电压的作用是什么？
用作相位比较的电压称为极化电压
怎样实现的？
采用不同的极化电压将得到不同特性的阻抗继电器，例如取母线电压做极化电压即可得到方向阻抗特性阻抗继电器；或用记忆回路的记忆电压为极化电压。
5/12何为阻抗继电器的精确工作电流？
又与哪写参数有关？
⑴所谓精确工作电流是指，线路阻抗角等于
，对应Zact=0.9Zset时，通入继电器的电流记作Iac。
⑵Iac是阻抗继电器的一个重要技术指标。
Iac越小，表明U0越小，即继电器灵敏性越高。
，可以看出：
Iac与U0成正比。
减小U0可提高执行元件的灵敏性；Iac与偏移阻抗K1成反比。
对于同一整定阻抗应尽量选用较大的K1值，即选用电抗变压器UR一次匝数较多的抽头；当Im较小时为增大K1通常在UR气隙中插入坡莫合金进行补偿。
当短路时加入继电器的电流小于精确工作电流时，对保护有核影响？
使动作阻抗降为0。
9Zset对应的测量电流称为最小精确工作电流。
当测量电流或电压小于最小精确工作电流电压时，阻抗继电器的动作阻抗将降低，使阻抗继电器的实际保护范围缩短，可能引起与之配合的其他保护的非选择性工作。
5/13说明三种圆特性阻抗继电器，哪种受过渡电阻影响小，哪种受系统震荡影响小
过渡电阻是指相间短路或接地短路时，短路电流从一相到另一相流如地的途径中所通过的电阻
阻抗继电器的动作特性在+R轴方向所占面积越大，受过渡电阻影响越小，而受震荡影
响越大。
B假设保护I段采用不同特性的阻抗继电器（全阻抗、方向性或偏移阻抗特性）由图看出全阻抗特性继电器在R轴正向所占面积
大于其他特性，所以全阻抗特性受过渡电阻的影响最小。
相反受震荡影响越大AR而方向阻抗特性受系统震荡影响小。
5/14当方向阻抗继电器整定阻抗角
时从减小过渡电阻的影响出发，
还是
为好？
5/15方向阻抗继电器M安装在P=0.75处分析系统震荡时该继电器的动作情况
O’
Zm
O
由图可知，当保护安装在P=0.75处时，系统震荡时该保护测量阻抗的轨迹是OO’线，可见Zm在保护动作圆外，保护不会误动作。
5/16为什么电压回路断线对于采用I2+I0或其增量作为启动元件的距离保护不会错误动作？
目前广泛采用负序电流零序电流或其增量元件为距离
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