级继电保护复习题答案.doc

第一章1. 继电保护装置的基本任务是什么？自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。反应电气元件的不正常运行状态，而动作于发出信号、减负荷或跳闸2. 试述对继电保护的四个基本要求的内容；选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围昼缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。速动性：力求保护装置能够迅速动作切除故障。灵敏性：对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。可靠性：可靠性主要指保护装置本省的质量和运行维护水平。第二章1. 试对保护1进行电流、段的整定计算（线路阻抗0.4/km，电流、段的可靠系数分别是1.3、1.1、1.2，返回系数0.85，自起动系数1。 （参考答案：）2. 试整定保护1的电流速断保护，并进行灵敏性校核。图示电压为线电压（计算短路电流时取平均额定电压），线路电抗为，可靠系数。如线路长度减小到50km、25km，重复以上计算，分析计算结果，可以得出什么结论？参考答案：75km时：50km时：25km时：3. 三段电流保护的整定计算：（1）AB和BC线路最大负荷电流分别为120A、100A（2）电源A：；电源B：（3）试整定线路AB（A侧）各端保护的动作电流，并校验灵敏度。4. 电流三段保护整定计算与运行方式和故障类型有关吗，为什么？如果有关，整定计算是如何考虑的，如果无关，是如何实现的？答：无关，由知为可能出现的最大短路电流，即最大运行方式下母线三相短路时的电流，为躲开下一条线路出口处的短路的条件整定，与运行方式无关，知二段也与运行方式和故障类型无关，而过电流保护通常指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定，故无关5. 如下图，保护1、2都装设了三段电流保护，当k点发生AB二相相间短路故障时，分析各继电器的起动、动作情况。答：因三相对称短路时Ik如下图实线Kk=1当两相相间短路时，Kk=32，曲线下降到虚线位置，显然短路电流大于，小于，第一段动作，ka1启动，经KM3使触点闭合，经Ks而接通断路器跳闸线圈Y，使跳闸保护的二段保护KAS动作后，经KTM7延时后，因故障切除，KA5返回，回复原状，不动作6. 电流保护的接线方式有哪些？各自适用在哪些场合？答：接线方式有三相星形接线，两相星形接线。三相星形接线广泛应用于发电机，变压器等大型贵重电气设备的保护中，两相星形接线在中性点直接接地电网和非直接接地电网中广泛作为相间短路的保护。7. 何谓90接线方式？采用90接线的功率方向继电器构成方向性保护时为什么有死区？零序功率方向元件也有类似的死区吗？答：90接线方式是指在三相对称情况下，当cos=1时继电器的电流和电压相位差90。cos(k+)=1,则90k所以90,所以有死区。零序功率方向元件适用于两相短路情况，但两相短路没有死区，故零序方向功率元件没有死区。8. 零序电流三段保护整定计算：9. 中性点直接接地电网和中性点非直接接地电网各有什么优缺点？分别适用于国内哪些电压等级？答：中性点直接接地电网优点零序过电流保护的灵敏度高受系统运行方式影响比相间短路的电流保护小不受系统振荡、短时过负荷等三相对称的不正常运状态的影响单相接地故障全部故障占70，专门的零序保护具有优越性缺点短线路、运行方式变化很大时，不能满足要求单相重合闸带来的影响自耦变压器的影响中性点非直接接地电网单相接地时，故障电流很小，三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，一般情况下允许再继续运行12小时而不必立即跳闸主要优点我国电网110kV及以上电网为中性点直接接地电网；10kV电网为非直接接地电网；0.4kV电网为三相四线制10. 大接地电流系统、小接地电流系统中单相接地故障时的电流电压有什么特点？相应的保护怎样配置？答：中性点直接接地电网接地短路时，将出现很大的零序电流，而在正常情况下它们是不存在的，因此利用零序电流来构成接地短路保护。单相接地时，故障电流很小，三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，一般情况下允许再继续运行12小时而不必立即跳闸，但是在单相接地后，其他两相的对地电压升高倍，为了防止故障的进一步扩展，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除11. 中性点加装消弧线圈的作用是什么？采用什么补偿方式？为什么？答：中性点不接地电网中发生单相接地时，在接地点流过全系统的对地电容电流，如果此电流较大，就会在接地点燃起电弧，引起弧光过电压，从而对电网造成进一步破坏。在中性点接入一个电感线圈（消弧线圈），单相接地时，利用其感性分量电流与原系统中的电容电流相抵消补偿方式完全补偿最有利于消除故障点电弧，但容易引起串联谐振过压，不宜采用欠补偿当系统运行方式变化某个元件被切除或发生故障跳时，电容电流将减少，同样可能引起谐振过电压过补偿补偿后残余电流是感性的，采用这种方法不可能发串联谐振过电压，在实际中应用最广第三章1. 试述三段式距离保护的整定、优缺点评价；答：三段式距离保护的整定计算原则：a) I段整定：一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来整定b) II段整定：与相邻线路距离保护第I段相配合（考虑支系数Kbra的影响） 躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处，短路时的阻抗值进行整定 计算后，应取以上两种情况中数值较小的一个。II段的动作时限与I段相配合，一般取为0.350.5s。校验距离II段在本线路末端短路时的灵敏系数。一般要求Ksen1.25。c) III段整定：当第III段采用阻抗继电器时，其起动阻抗一般按躲开最小负荷阻抗ZLmin来整定。参照过电流保护的整定原则，考虑到外部故障切除后，在电动机自起动的条件下，保护III段必须立即返回的要求，应配合相关系数（可靠系数、自起动系数和返回系数）整定起动阻抗。 距离III段作为原后备保护时，其灵敏系数应按相邻元件末端短路的条件来校验，并考虑分支系数为最大的运行方式；当作为近后备保护时，则按本线路末端短路的条件来校验。 优缺点评价：P1202. 阻抗继电器的构成方式有哪两种？单相补偿式阻抗继电器在距离保护中广泛采用的相间短路和接地故障的接线方式是什么？答：P76阻抗继电器的构成方式有单相补偿式和多相补偿式两种。 P96单相补偿式阻抗继电器在距离保护中广泛采用的相间短路接线方式是0接线方式 单相补偿式阻抗继电器在距离保护中广泛采用的接地故障接线方式是0+K3o补偿3. 距离三段保护整定计算与运行方式和故障类型有关吗，为什么？如果有关，整定计算是如何考虑的，如果无关，是如何实现的？答：P120。它与故障类型无关。距离I段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其它两端受到的影响也较小，因此，保护范围比较稳定。4.5. 什么是阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗？以方向阻抗继电器为例来说明三者的区别。答：P82页。Zk是继电器的测量阻抗，由加入继电器中电压Uk与电流Ik的比值决定；Zset是继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗；Zkact是继电器的起动阻抗，它表示当电器刚好动作时，加入继电器中电压Uk与电流Ik的比值。方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗Zset为直径而通过坐标原点的一个圆，圆内为动作区，圆外为不动作区，当加入继电器的Uk和Ik之间的相位差等于Zset的阻抗角时，继电器的阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。而测量阻抗仍然为电压Uk与电流Ik的比值。6. 短路点过渡电阻对距离保护的影响及减小其影响的方法。答：电力系统中的短路一般都不是金属性的。而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，一般情况下是使保护范围缩短，但有时候也能一起保护的超范围动作或反方向误动作。目前防止和减少过渡电阻影响的方法有：（1）采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，可防止过渡电阻对继电器工作的影响。（2）利用所谓“瞬时测量回路”来固定阻抗继电器的动作。7. 电力系统发生振荡与短路的区别。答：见书本P128，（电力系统发生振荡和短路时的主要区别）第四章1. 纵联保护传送的信号分为哪几种？答：闭锁信号、允许信号、跳闸信号。2. 试分别说明暂态不平衡电流和稳态不平衡电流的产生原因、特点和减小的方法。答：稳态情况下，不平衡电流由于电流互感器磁化特性不一致，励磁电流不等造成的。稳定负荷时其值很少，短路时短路电流很大、使电流互感器铁心严重饱和，不平衡电流可能达很大的值，两侧电流互感器暂态特性不一致也会引起暂态不平衡电流，含很大的非周期分量。为了减少不平衡电流，应采用型号相同、磁化特性一致的铁心截面较大高精度电流互感器。必要时用铁心磁路有小气隙电流互感器。3. 分相电流差动保护有什么优点?答：分相电流差动保护在不考虑分布电容、分布电导、并联电抗时对于任何故障都是适用的。不考虑电流互感器的传变误差和饱和的影响时，可以不要任何制动。在低压配电网中，出现外部故障时不会出现很大的不平衡电流。4. 高频保护的载波通道是怎样构成的？可由一相导线和大地构成或两相导线构成，构成通道的主要设备有阻波器、结合电容器、连接滤波器、高频电缆、高频收发信机、刀闸。5. 高频闭锁方向保护的原理怎样?试举出几种方向元件的构成原理；答：工作原理：利用非故障线路的一端发出闭锁该线路两端保护的高频信号，而对于故障线路，两端不需要发出高频闭锁信号，这样就可以保证在内部故障并伴随高频通道破坏时，保护装置仍然能够正确地动作。（P224）负序方向元件：反应负序功率的方向。相电压补偿式方向元件：利用两两比较补偿后的相电压、相位的原理构成。工频变化量方向元件：利用故障时电流电压中故障分量中的工频 工频正序和负序分量 正序和负序分量来判别故障方向。行波方向元件：比较波电流和电压采样值的极性。正序故障分量方向元件：假设电力系统中的正序阻抗等于负序阻抗，判别正序故障分量的方向。暂态能量方向元件：反应暂态能量。6. 方向高频保护为什么要采用两个灵敏度不同的起动元件?在外部故障时保护可靠不动作的必要条件是靠近故障点一端的高频发信机必须启动，而如果两端启动元件的灵敏度不相配合时，就可能发生误动作。7. 下图为高频闭锁方向保护原理图（一侧），试分析在内部故障和外部故障时，各个继电器和收发信机的起动、返回、动作情况。答：内部故障：起动元件1动作，发信机起动发信，起动元件2动作，之后方向元件3和4KM也动作，发信机停止工作，5KM动作。 外部故障：起动元件1动作，发信机起动发信，收信机接收信号（自己发送的或对方发送的）。起动元件2动作，在短路功率方向为正一端，方向元件3动作，4KM起动，发信机停止发信；在方向为负的一端，方向元件3不起动，4KM不起动，发信机继续发送闭锁信号，两个方向上的5KM都不动作。（P225）8. 试结合下图说明超范围闭锁式距离纵联保护在内外部故障时各元件的动作情况.答：内部故障时，反方向闭锁发信元件Zbm和Zbn不动作，但两端的跳闸元件ZTm和ZTn仍然正常动作，配合延时元件T开始计时，达到延时后，比较元件发出跳闸脉冲，保护动作。 外部故障在某一端时，反方向闭锁发信元件Zbm和Zbn动作，发出闭锁信号，通过对端收信机将对端比较元件“与”闭锁，使对端不能跳闸，此时，因为故障点在本端反方向，因此本端跳闸元件也不动作，因此也不能跳闸。第五章1. 什么叫自动重合闸? 试述重合闸的装设范围和起动原则；自动重合闸装置：当断路器跳闸之后，能够自动地将断路器重新合闸的装置。（P258）重合闸的装设范围：（P259）（1）3kV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入，应装设自动重合闸装置。（2）旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置。（3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置。（4）必要时，母线故障可采用母线自动重合闸装置。重合闸不应动作的情况：（1） 由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。（2） 手动投入断路器，由于线路有故障，而随即被继电保护将其断开时。（3） 除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸。2. 什么叫单相重合闸?三相重合闸? 综合重合闸? 单相重合闸：只把发生故障的一相断开，然后再进行单相重合，而未发生故障的两相仍然继续运行。（P269）三相重合闸：不论送电线路上发生单相接地短路还是相间短路，继电保护动作后均使断路器三相断开，然后重合闸再将三相投入。（P269）综合重合闸：在采用单相重合闸以后，如果发生各种相间故障时仍然需要切除三相，然后再进行三相重合闸，如重合不成功则再次断开三相而不再进行重合。（P274）3. 单电源自动重合闸动作时间的整定要考虑哪些因素?自动重合闸的起动方式、自动重合闸的动作次数、自动重合闸的复归方式、重合闸与继电保护的配合（P259）4. 双侧电源线路装设自动重合闸时, 与单侧电源相比, 应考虑哪些特殊问题? 主要有哪些重合闸方式？考虑：（P262）（1） 当线路上发生故障时，两侧的保护装置可能以不同的动作时限动作于跳闸，例如在一侧为第I段动作；而另一侧为第II段动作，此时为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复，以使重合闸有可能成功，线路两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳闸以后，再进行重合；（2） 当线路上发生故障跳闸以后，常常存在着重合闸时两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。方式：（P262）不检查同步的自动重合闸、在线路一侧采用检查线路无电压而在另一侧采用检定同步的重合闸、重合闸停用、检定另一回线路上有电流的重合闸、解列重合闸、自同步重合闸、同步检定和无电压检定的重合闸、非同步重合闸。5. 结合下图说明，为什么要在一侧同时投入检查同步和检查无电压的重合闸，而另一侧只投入检查同步重合闸？两侧重合闸的方式要定期交换，为什么？6. 什么叫重合闸前加速保护和后加速保护？重合闸前加速保护一般又简称为“前加速”。（P267）当有故障时，不论几段保护启动，都不再延时直接出口加速跳闸，然后重合。重合闸后加速保护一般又简称为“后加速”，所谓“后加速”就是当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后，进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作，瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。（P268）第六章1. 试述变压器的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式；答： （1）变压器的内部故障可以分为油箱内故障和油箱外故障两种 （2）不正常运行状态 变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压， 过负荷，漏油等引起的油面降低 变压器的过励磁 相应的保护方式 变压器的内部故障 瓦斯保护 纵联差动保护或电流速断保护 变压器的不正常运行状态：（1）外部相间短路引起的过电流： 过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流保护及单相式低电压起动的过电流保 护、阻抗保护（2）外部接地短路引起的过电流：零序电流保护（3）过负荷保护（4）过励磁保护（5）其它保护2. 励磁涌流是在什么情况下产生的？有何特点？变压器差动保护中怎样克服励磁涌流的影响？答：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流。励磁涌流的特点：1) 包含有大量的非周期分量，使涌流偏向时间轴一侧2) 包含有大量的高次谐波，而且以二次谐波为主3) 波形之间出现间断，有间断角。防止励磁涌流影响的方法：a) 采用具有速饱和铁心的差动继电器b) 鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别c) 利用二次谐波制动d) 利用间断角原理3. 变压器差动保护中，产生不平衡电流的原因有哪些？试列举减小这些不平衡电流的措施。答：不平衡电流产生的原因（P279282）1) 变压器励磁涌流 2) 变压器两侧电流相位不同 3) 计算变比与实际变比不同 4) 两侧电流互感器型号不同 5) 变压器带负荷调整分接头相应的减小这些不平衡电流的措施有：1） 防止励磁涌流影响的方法：采用具有速饱和铁心的差动继电器、鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别、二次谐波制动及间断角原理2） 变压器常常采用Y，D11的接线方式，将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，使差动回路两侧的电流同相位3） 2、3项不平衡电流可采用适当的选择电流互感器二次线圈的接法和变比，以及采用平衡线圈的方法，使其降到最低。4） 采用相同型号的电流互感器。4. 如图为变压器复合电压起动的过电流保护，分析下列故障情况下各继电器的起动、返回和动作情况：（1）当发生A相接地时；（2）当发生三相短路时。答：当发生各种不对称短路时，由于出现负序电压，因此继电器4 动作，其常闭触点打开，于是加于低电压继电器5上的电压被迫变成零，则5 一定动作，这时电流继电器13中至少应有两个动作，于是就可以起动继电器7，经过预定时限后动作于跳闸。 当发生三相短路时，由于在短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压，使继电器4 动作，因此，低电压继电器5也随之动作，待负序电压消失后，继电器4返回，则继电器5又接于线电压上。由于三相短路时，三相电压均降低，故继电器5仍将处于动作状态，此时，保护装置的工作情况就相当于一个低电压起动的过电流保护。第七章1. 发电机的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式有哪些？P293P2942. 单继电器式横差保护的作用是什么？为什么它可以瞬时跳闸，而有时又要带时限动作？作用：实现对发电机定子绕组匝间短路的保护。运行经验表明，当励磁回路回路发生永久性的两点接地时，励磁回路两点接地保护应动作。在这种情况下从横差保护工作原理来看应不动作，但由于发电机已有必要切除，横差保护动作也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作时闭锁横差保护的措施。为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地时引起横差保护动保护的误动作，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保护的同时，也应将横差保护切换至带0.51s的延时动作于跳闸。3. 发电机定子绕组单相接地时有什么特点？何谓100定子接地保护？试述利用三次谐波电压和基波零序电压配合实现100%定子接地保护的原理。流经故障点的接地电流与a成正比，当故障点位于发电机出线端子附近时，a约等于1，接地电流为最大。利用三次谐波电压构成的接地保护可以反应发电机绕组中a15%以上范围的单相接地故障，且当故障点越接近于发电机出线端时，保护的灵敏性越高。因此，利用三次谐波电压比值和基波零序电压的组合，构成了100%的定子绕组接地保护。4. 负序电流会对发电机造成什么危害，发电机负序过电流保护的作用是什么？负序电流的危害（1） 电流密度很大的某些部位，可能出现局部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。（2） 引起振动作用：实现对电力系统中不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，发电机定子绕组中出现的负序电流的保护。5. 失磁时，机端测量阻抗的变化轨迹是什么？沿着圆周由第一象限到第四象限。第八章 1. 母线保护按原理可分为哪些类型？答：（1）用相邻保护实现的母线保护；（2）电流差动原理；（3）母联电流相位比较原理；（4）电流相位比较式母线保护。2. 如图为用相邻回路实现的母线保护原理图。变压器装设了瓦斯保护、差动保护和过电流保护，母线未装设母线保护，当母线k点发生故障时，试分析有哪些保护会起动，k点故障是有哪个保护动作切除的，是瞬时动作还是带时限动作的？答：当母线K发生故障时，因为流进和流出变压器的短路电流是相等的，故差动保护不动作。而短路电流会大于过流保护的动作整定值，过流保护会动作。瓦斯保护只反应于变压器邮箱内的各种故障及油面的降低，故也不会动作。3. 中阻抗型母线差动保护于低阻抗型母线差动、高阻抗型母线差动保护相比有什么特点？ 答：中阻抗型母线差动保护实际上是低阻抗型和高阻抗型母线差动保护的折中方案，通过接入约300欧的阻抗，采用特殊的制动回路，既能减少低阻抗型母线差动保护容易产生的很大的不平衡电流，也不产生高阻抗型母线差动保护容易产生的危险过电压，不需要专门的过电压保护回路。4. 如图为双母线同时运行、元件固定连接时的母线电流差动保护原理图。分析当母线II故障时，各交流、直流继电器的动作情况。答：差动继电器KD2和KD3流过故障电流。KD3启动后KM3启动，通过KS7跳QF5，母联断路器断开；KD2启动后KM2启动，通过KS5和KS6跳QF3和QF4，实现有选择地切除故障母线。第十章1. 微机保护装置硬件系统由哪五部分组成？分别起什么作用？数据采集单元。包括电压形成和模数转换等模块，完成将模拟输入量准确地转换为数字量的功能。数据处理单元。包括微处理器、只读存储器、随机存取存储器、定时器以及并行口等。微处理器执行存放在程序存储器中的保护程序，对由数据采集系统输入至随机存取存储器中的 数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。开关量输入/输出接口。由若干并行接口、光电隔离器及中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号报警、外部接点输入及人机对话等功能。通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多机通信或联网。电源。供给微处理器、数字电路、模数转换芯片及继电器所需的电源。2. 设微机保护采用半周积分算法计算电压幅值，采样频率为一周期采用12点，设，写出应用半周积分法计算该电压幅值的详细过程。3. 微机保护的软件一般由哪些功能模块构成？ 答：微机保护装置的软件通常可分为监控程序和运行程序两部分。 监控程序：包括人机对话接口键命令处理程序及为插件调试、定值调整、报告显示等所配置的程序。 运行程序：指保护装置在运行状态下所需执行的程序，其可分为两个模块：主程序和中断服务程序。 4. 微机保护对内部的元器件损坏采取怎样的对策？采取在线自动检测的对策。微机保护在元件损坏方面有明显的优点，因为使用微处理器后，元件数量大大减少，而且大规模集成电路芯片在各领域大量使用的实践已证明其损坏率是很低的，特别是微机保护可以实现在线自动检测，在绝大多数情况下，元件损坏都能被自动检测发现，并且发出警报，不会引起保护错误动作。5. 试举例说明微机保护中抗干扰的措施有哪些？ 对输入采样值的抗干扰纠错； 运算过程的校核纠偏； 保护出口的闭锁； 程序出格的自恢复（看门狗）。具体内容请参考课本第424页至425页。17