继电保护基础知识.docx

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继电保护基础知识

第一节 继电保护基础知识

1．什么是继电保护装置和安全自动装置？

   答：

当电力系统中的电力元件或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时，能自动向值班员发出警告信号，或向所控制的断路器发跳闸指令，以终止事件的发展。

实现这种自动化措施的设备，用于保护电力元件的，称为继电保护装置；用于保护电力系统的，称为电力系统安全自动装置。

2．继电保护在电力系统中的任务是什么？

   答：

（1） 当被保护的电力元件发生故障时，继电保护装置迅速地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中隔离，最大限度的维护系统稳定，降低元件损坏程度。

（2） 反映电气设备的不正常工作情况，及时发出信号，以便值班人员处理，或由安全自动装置及时调整，恢复系统正常运行。

3．电力系统对继电保护的基本要求是什么？

   答：

继电保护装置必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四个要求，具体分述如下：

（1） 可靠性。

保护装置的可靠性是指当被保护设备区内发生故障时，保护装置应可靠动作；被保护设备区外发生故障时，保护装置不发生误动作。

（2） 选择性。

保护装置的选择性是指电力系统发生故障时，首先由故障设备的保护切除故障；如故障设备的保护或断路器拒动时，由相邻设备的保护动作，将故障切除。

尽量缩小切除故障的停电范围。

   （3） 灵敏性。

保护装置的灵敏性是指保护装置对其动作区内的故障能可靠反映的能力。

一般用灵敏系数来衡量，反映故障时数值参量增加的保护装置的灵敏系数为：

   Klm=保护区末端金属性短路故障时的最小参量／保护的整定动作值反映故障时数值参量减少的保护装置的灵敏系数为

   Klm=保护的整定动作值／保护区末端金属性短路故障时的最大参量

   （4） 速动性。

保护装置的速动性是指保护装置应以允许的尽可能快的速度切除故障，减轻故障对设备损坏程度，提高尽快恢复电力系统稳定运行的能力。

4．什么是主保护、后备保护、辅助保护和异常运行保护？

   答：

主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护线路和设备的保护。

   后备保护是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。

可以分为远后备保护和近后备保护两种：

远后备保护是在主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现的后备保护。

近后备保护是在主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备保护；在断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。

  辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或在主保护和后备保护退出运行时而设的简单保护。

   异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

5．什么是电气二次设备和二次回路？

   答：

二次设备是指对一次设备的工作进行监视、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行状况或生产指挥信号所需的低压电器设备。

由二次设备相互连接，构成对一次设备监视、控制、调节和保护的电器回路称为二次回路。

6．哪些回路属于连接保护装置的二次回路？

   答：

连接保护装置的二次回路有：

（1） 从电流互感器和电压互感器二次端子开始到有关继电保护装置的二次回路；

（2） 从继电保护直流熔丝开始到有关保护装置的二次回路；

   （3） 从继电保护装置到控制屏和中央信号屏的直流回路；

   （4） 从继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子的跳、合闸回路。

7．什么叫做电力系统振荡？

   答：

电力系统在正常运行时，所有接人系统的发电机都处于同步运行状态。

当系统因短路切除太慢或遭受大的冲击时，并列运行的发电机失去同步，系统发生振荡，系统中各发电机电动势间的相角差发生变化，因此可能导致保护误动作。

但通常系统振荡若干周期后，可以被拉人同步，恢复正常运行。

因此，保护在系统振荡时误动作是不能允许的。

8．电力系统振荡时。

哪些保护装置受影响？

哪些不受影响？

   答：

由于系统振荡时，电流随振荡周期成周期性变化，幅值很大，反应电流大小瞬时动作的电流速断保护会误动作；因振荡周期一般较短，带时限的电流保护，当保护的时限大于1.5～2s时，一般可以躲过振荡。

对阻抗保护而言，因振荡时，振荡电流增大伴随电压下降，此时阻抗继电器可能误动；而振荡电流减小时，电压上升，阻抗继电器返回。

因此速动的和时限较短的阻抗保护可能误动，而时限较长的阻抗保护一般可躲过振荡。

   原理上，电流相差动保护和电流总差保护基本不受振荡的影响。

9．继电保护快速切除故障对电力系统有哪些好处？

   答：

（1）提高电力系统的稳定运行；

（2） 快速恢复电压，电动机容易自启动并恢复正常，减少对用户的影响；

   （3） 减轻电器设备的损坏程度；

   （4） 提高重合闸的成功率。

10．什么叫作对称分量？

   答：

在一个多相系统中，如果各相量的绝对值相等，相邻两相的相位差相等，就构成了一组对称的多相量。

在三相系统中，任意不对称的三相量只可能分为三组对称分量，分别为：

（1） 正序分量。

三相大小相等，彼此相位互差120。

，相序为顺时针方向。

（2） 负序分量。

三相大小相等，彼此相位互差1200，相序为逆时针方向。

   （3） 零序分量。

三相大小相等，彼此相位相同。

11．如何把三相不对称向量分解为正序、负序和零序三组对称分量？

   答：

任何三相不对称向量均可以分解为正序、负序和零序三组对称分量和的形式，即

                           Fa=Fa

（1）+Fb

（2）+Fc（0）

                           Fb=Fb

（1）+Fb

（2）+Fb（0）  （5-1）

Fc=Fc

（1）+Fc

（2）+Fc（0）

式中    Fa

（1）=aFb

（1）=a2Fc

（1）；

        Fa

（2）=a2Fb

（2）=aFc

（2）；

        Fa（0）=Fb（O）=Fc（0）；

        a=ej120°

        a2=ej240°

由式（5-1），经数学演算可得

                          Fa

（1）=1／3（Fa+aFb+a2Fc）

                          Fa

（2）=1／3（Fa+a2Fb+aFc）           （5—2）

                          Fa（0）=1／3（Fa+Fb+Fc）

对称分量是电力系统故障分析的基础。

12．什么叫做电力系统故障的叠加原理？

   答：

任何电力系统故障，均可以表示成故障前状态和故障附加状态的和的形式。

其中故障前状态可以由系统潮流分析计算出来；故障附加状态又可以分解为正序、负序和零序的和的形式加以分析。

故障分析主要研究的是故障附加状态的情况。

13．为什么电流互感器和电压互感器要标注极性？

   答：

电流互感器和电压互感器的二次引出端，如果接反，二次电流或电压的相位就会发生180o的变化，继电保护装置特性或测量仪表的显示将会随之改变。

为了保证继电保护装置的性能和仪器仪表的准确，电流互感器和电压互感器必须标注明确的极性。

   通常采用减极性的标注原则：

当从一次侧极性端流人电流时，二次侧感应的电流方向是从极性端流出。

14．电流互感器二次绕组有几种接线方式？

   答：

根据继电保护装置的不同运行要求，电流互感器二次绕组通常有以下几种接线方式：

（1） 三相完伞犀形接线方式；

（2） 两相不完全星形接线方式；

   （3） 三角形接线方式；

   （4） 三相并联输出以获取零序电流的接线方式；

   （5） 两相差电流的接线方式；

   （6） 一相用两只电流互感器二次串联，以增大电流互感器容量的接线方式；

   （7） 一相用两只电流互感器二次并联，以改变电流互感器变比的接线方式。

15．电流互感器二次额定电流为1A和5A有何区别？

   答：

采用1A的电流互感器比5A的匝数大5倍，二次绕组匝数大5倍，开路电压高，内阻大，励磁电流小。

但采用1A的电流互感器可大幅度降低电缆中的有功损耗，在相同条件下，可增加电流回路电缆的长度。

在相同的电缆长度和截面时，功耗减小25倍，因此电缆截面可以减小。

16．为什么电压互感器和电流互感器只能有一点接地？

   答：

一个变电所的接地网并不是一个等电位面，在不同点间会出现电位差。

当大的接地电流注入接地网时，各点的电位差增大。

如果一个电回路在不同的地点接地，地电位差将不可避免地进入这个电回路，造成测量的不准确，严重时，会导致保护误动。

17．什么叫做电压互感器的反充电？

   答：

通过电压互感器二次侧向不带电的母线充电称为反充电。

因电压互感器变比较大，即使互感器一次开路，二次侧反映的阻抗依然很小，这样，反充电的电流很大，会造成运行中的电压互感器二次熔断器熔断，使保护装置失压。

因此，一定要防止运行中电压互感器的反充电现象。

18．小电流接地系统中，电压互感器的二次辅助绕组输出端额定电压为什么是100/3V？

   答：

如图5—1所示，当小电流接地系统，发生单相接地时，接地相故障点的相电压降为0V，非接地故障点的相电压上升为原相电压的倍，根据零序电压的计算公式，3应为三相电压的相量和。

由图5—1可见，3应为原相电压的三倍，如故障点在电压互感器的安装处，电压互感器的二次辅助绕组输出端额定电压采用100／3V，此时3=100V，符合运行习惯。

19．电流互感器的二次负载是如何影响它的准确度的？

   答：

电流互感器的二次负载如超出容许的二次负载阻抗时，励磁电流的数值会大大增加，使铁芯进入饱和状态，一次电流的很大一部分将用来提供励磁电流，从而使互感器的误差大大增加，准确度下降。

20．什么是电抗变压器？

   答：

电抗变压器是把输人电流转换为输出电压的中间转换装置，同时起隔离作用。

其励磁电流大，二次负载阻抗大，处于开路工作状态，输入量与输出量之间成线性关系。

21．继电器一般怎样分类？

分为哪几类？

   答：

根据继电器在继电保护中的作用，继电器一般分为测量继电器和辅助继电器两类。

测量继电器能直接反映电气量的变化，如电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器等；辅助继电器是用来完善保护功能的，如时间继电器、中问继电器和信号继电器。

   根据继电器的结构，继电器主要分为电磁型、感应型、整流型和静态继电器。

22．简述用单相电压整定负序电压继电器的方法。

   答：

负序电压继电器的动作电压，是指在三相负序电压作用下，继电器动作时的相间负序电压值Uop

（2）。

对继电器校验整定值，可以用单相电压实现：

在负序电压滤过器的任一对输入电压端子间，模拟相间短路，例如BC相短路时，即在A与BC间施加单相电压，记录继电器的动作电压Uop。

则Uop

（2）=Uop/。

23．500kV系统为什么要采用暂态型电流互感器？

   答：

500kV系统具有如下特点：

系统容量大，短路电流的幅值也大；500kV电力系统的时间常数增大，导致短路电流非周期分量的衰减时间加长，短路电流的暂态持续时间加长；由于系统稳定的要求，500kV系统切除故障的时间要短。

因此500kV主保护是在故障的暂态过程中动作的。

   电力系统发生短路，暂态短路电流流过电流互感器时，在互感器内产生一个暂态过程。

如不采取措施，电流互感器很快趋于饱和，将使电流互感器的传变性能受到破坏，造成继电保护不正确工作。

因此要求500kV系统选择具有暂态特性的电流互感器。

24．什么是电容式电压互感器的暂态响应？

   答：

当电力系统发生短路等故障时，电容式电压互感器的暂态过程要比电磁式电压互感器的长得多。

假如在保护安装处发生金屙陡短路，一次电压突降为零，二次电压降落缓慢，就会严重影响保护装置的动作精度。

因此规定，在高压端与地短路时，电容式电压互感器的二次电压峰值应在额定频率的一个周波内衰减到低于短路前峰值的10％，这一过程称为电容式电压互感器的暂态响应。

25．晶体管保护一般由哪几部分组成？

   答：

晶体管保护一般由交流测量电路、直流逻辑电路和直流稳压电路构成。

   交流测量电路常由电压形成回路和整流、滤波回路构成。

被测电量经各种小型辅助互感器输入，在二次侧采用不同的连接组合，反映相应的系统电量，经整流、滤波获得直流动作信号。

对于反映电量峰值的信号，不需滤波回路；反映相位的继电器、整流滤波回路由方波形成和比相回路代替。

   直流逻辑电路包括触发器、逻辑判别回路、信号回路和出口回路。

根据交流测量的结果，按逻辑关系实现跳闸或重合闸，并发出相应信号。

   直流稳压电路为直流逻辑电路提供工作电源。

26．理想的运算放大器有哪些特征？

   答：

理想的运算放大器模型是集成电路保护的分析基础，它具有以下特征：

（1） 开环差模电压增益A0=∞；

（2） 差模输入电阻Rid=∞；

   （3） 失调电压和失调电流均为零；

   （4） 频带宽度为∞；

   （5） 共模抑制比CMRR=∞。

（放大器对差模信号的放大倍数与共模信号的放大倍数之比，说明放大器抑制共模信号的能力）

第二节 线路继电保护

29．什么叫电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过流保护？

   答：

电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大。

利用这一特点，可构成电流保护。

对于仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。

它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长；为了保护线路全长，通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包扩本线路的全部和相邻线路的一部分，其时限比相邻线路的速断保护大△t；电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。

过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个△t。

以上三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护。

具体应用时，只采用电流速断保护和限时电流速断保护，或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式，也可三者同时采用。

31．什么叫做电压闭锁的电流速断保护？

   答：

电流保护受系统运行方式的影响很大，在某些情况下，无时限电流速断保护可能没有保护区，而带时限速断保护存在灵敏度较小的情况。

这时，可以引入电压闭锁的电流速断保护，由电流继电器和电压继电器共同组成保护的测量元件，提高保护的灵敏度。

32．为什么要引入方向电流保护？

   答：

如图5-5所示，对于双端电源线路，当K2点发生短路时，保护的选择性要求3QF的第1段保护瞬时动作，如果2QF的第I段动作值也满足动作要求，2QF也将瞬时跳闸，M变电

所将全部失电。

因此，当K2点发生短路时，要求3QF跳闸而2QF继续运行，根据K2与Kl短路时，短路电流的不同流向，在2QF处，加装方向继电器，以确保M变电所的供电可靠性。

33．什么是功率方向继电器的潜动问题？

   答：

功率方向继电器的潜动是指在继电器上仅加电流或电压一个电量时，继电器动作的现象，潜动一般是由于继电器磁路不对称而引起。

功率方向继电器的潜动可能导致保护装置误动作，例如，图5-5中，3QF出口短路，2QF感受的电压很小而电流很大，如功率方向继电器潜动，则2QF将跳闸。

34．什么叫做功率方向继电器的90°接线方式？

   答：

功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器和电压互感器之间的连接方式。

通常功率方向继电器采用90°接线，即在三相对称且功率因数cosφ=1时，电流超前电压90°的接线方式。

对于A相来说，就是在功率方向继电器的电流回路中引入A相电流，电压回路中引入BC相电压。

35．方向过流保护为什么要采用按相启动接线？

   答：

方向过流保护采用按相启动接线是指接入同名相的电流测量元件和功率方向元件的接点直接串联的启动方式，这样，当反方向故障时，故障相的方向元件不动作，非故障相的测量元件不动作，保证了保护装置不误动。

36．大接地电流系统中，线路接地保护的方式有几种？

   答：

大接地电流系统中，线路接地保护的方式主要有三种：

纵联高频保护、零序电流保护和接地距离保护。

37．什么是零序保护？

大接地电流系统中为什么要装设零序保护？

   答：

在大接地电流系统中，发生单相或两相接地故障，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些零序分量构成的保护称为零序保护。

完全星型接线的电流保护和功率方向保护，虽然能反映大接地电流系统的单相接地故障，但由于它们的动作电流大，而单相接地故障电流较小，灵敏度往往达不到要求。

为了反映接地故障，需装设专用的接地短路保护。

零序保护就是其中较简单的一种。

38．大接地电流系统中，零序分量的分布有何特点？

   答：

（1） 系统任一点接地短路时，网络中任何地点的三倍零序电流都等于该处三相电流的向量和；

（2） 零序电流的分布与中性点接地的多少及位置有关；

   （3） 故障点零序电压最高，变压器中性点接地处的电压为零；

   （4） 故障点零序功率最大，变压器中性点接地处的零序功率最小。

39．零序保护有什么特点？

   答：

（1） 系统正常运行和发生相间短路时，不会出现零序电流和零序电压，因此零序保护的动作电流可以整定的很小，灵敏度相对较高；

（2） Y，d接线的降压变压器，三角形侧的故障，不会在星形侧反映出零序电流，因而，在分段整定的保护中，零序保护要求配合的段较少，动作时间较短。

40．大接地电流系统怎样获取零序电流？

 答：

获取零序电流的方法，除单台Y，d变压器单回出线的变电所，可以取变压器中性点电流互感器以外，一般采用并联线路三相电流互感器组成的零序电流滤过器获取零序电流。

在微机保护中，广泛采用微机内部自产的三相电流和的方法，取得零序电流。

41．零序功率方向继电器的最大灵敏角是70°，为什么要将零序电压回路极性反接？

   答：

取电流自母线流向线路为正方向，电压以母线指向大地为正时，当线路正方向发生故障时，零序分量的极性表现为零序电流超前零序电压180°-θ，θ为变电所零序电源阻抗角。

如果θ为85°，则零序电流超前零序电压95°，将零序功率方向继电器的最大灵敏角制造为70°，和故障时的实际情况相反，因此接线时，应将零序电流或零序电压回路极性反接，以满足要求。

42．为什么大接地电流系统中变压器中性点是否接地影响接地短路时零序电流的分布？

   答：

大接地电流系统中，零序电流是沿线路、变压器中性点、大地和接地点形成通路的，变压器中性点是否接地直接影响零序阻抗的大小和零序通路。

因此，零序电流的分布与变压器中性点是否接地有很大关系，而与电源的多少无关。

43．零序保护在运行中要注意哪些问题？

   答：

（1） 零序回路断线时，可能造成保护误动作；

（2） 系统出现不对称运行时，也会出现零序电流；

   （3） 两条平行线路，其中一条线路故障，可能引起另一条线路出现感应的零序电流；

   （4） 对于外接零序分量的保护装置，由于正常时无检测手段，容易因回路问题造成保护误动或拒动。

44．什么叫距离保护？

   答：

距离保护是反应故障点至保护安装点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置，该装置的主要元件为阻抗继电器，它根据加于其端子上的电压和电流，测知保护安装处至短路点问的阻抗，称为测量阻抗。

当测量阻抗等于或小于继电器的整定阻抗时，继电器动作。

   距离保护一般由三段组成，距离Ⅰ段为线路全长的80％～85％，动作时限为继电器固有动作时间；距离Ⅱ段的保护范围包扩本线路全长和相邻线路的10％～20％，动作时限比I段多△t；距离Ⅲ段作本线路和相邻线路的后备保护，保护时限根据阶梯原则整定。

45．距离保护一般由哪几部分构成？

   答：

距离保护一般由以下几部分构成：

（1） 测量部分。

用于测量短路点的距离和判别短路的方向。

（2） 启动部分。

用于在故障发生时，使保护装置处于启动状态。

   （3） 振荡闭锁部分。

防止系统振荡时距离保护误动作。

   （4） 二次电压失压闭锁。

防止电压互感器二次失压时，保护装置误动作。

   （5） 逻辑部分。

实现保护功能，建立保护各时限的配合。

46．为什么距离保护I段保护范围为线路全长的80％。

85％？

   答：

距离保护I段的动作时限为装置本身的动作时间，为了和相邻线路的距离保护I段作选择性配合，避免无选择性动作，本线路距离保护Ⅰ段的动作范围只能限制于本线路范围内。

考虑到保护定值的计算误差、电压互感器和电流互感器的传变误差，若距离保护I段保护范围为线路全长，在误差的影响下，将不可避免会出现相邻线路出口故障时，本线路越级跳闸的现象。

因此，距离保护I段保护范围取线路全长的80％～85％。

47．三段式距离保护是如何整定的？

   答：

根据图5-6所示，三段式距离保护是根据以下原则整定的：

（1） 距离保护第Ⅰ段的动作阻抗，按躲开下一元件始端短路的条件来选择。

ZⅠpu.A=KrelZAB                            （5-3）

式中     Krel——可靠系数，取0.8～0.85；

         Zpu.A——距离保护第Ⅰ段的动作阻抗；

         ZAB——输电线AB的正序阻抗。

（2） 距离保护第Ⅱ段的动作阻抗，根据下列条件来选择。

   ①与下一段路保护的第Ⅰ段保护范围相配合。

并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响，即

ZⅡpu.A=Krel（ZAB+KbZⅠpu.B）                           （5-4）

式中     ZⅡpu.A——距离保护第Ⅱ段的动作阻抗；

         Kb——分支系数；

         ZⅠpu.B——下一线路保护的第1段保护整定阻抗。

   ②躲开线路末端变电所变压器低压母线上的短路，即

                         ZⅡpu.A=Krel（ZAB+KbZT）                              （5-5）

式中     ZT——变压器的阻抗；

         ZⅡpu.A——距离保护第Ⅱ段的动作阻抗；

         Krel——可靠系数，取0.7。

   距离保护第Ⅱ段的动作阻抗取以上两个条件中较小的作整定值。

   （3） 距离保护第Ⅲ段的动作阻抗，按躲开最小负荷阻抗来整定。

ZⅢpu.A=ZⅠ.min×1/KrelKreKss                         （5-6）

式中     ZⅢpu.A——距离保护的第Ⅲ段的动作阻抗；

         Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

         Kre——返回系数，取1.1～1.15；

         Kss——考虑电动机自启动时的自启动系数，其值大于1；

         ZⅠ.min——最小负荷阻抗。

48．什么是距离继电器的极化电压？

   答：

距离继电器是通过比较测量电压与参考电压的大小与相位关系，来确定故障点的远近的。

这个参考电压称为距离继电器的极化电压，选用极化电压不同，就可以构成不同特性的距离继电器，如全阻抗继电器的动作方程为,即为极化电压；方向阻抗继电器的动作方程为即为极化电压。

49．什么叫方