2016继电保护重点及答案

2016年继电保护复习重点

2016继电保护试卷题型为填空题20*1’ (20%)、简答题5*6’(30%)、论述分析题3*10’(30%)、计算题1*20’(20%)主要复习大纲如下:

1.继电保护装置的定义

答:继电保护装置指能反应电力系统中的电气设备发生故障时不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

2.主、后备保护定义

答:主保护就是指能以较短时限切除被保护线路(或元件)全长上的故障的保护装置。

考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护,称为后备保护。

当电气元件的主保护拒动时,由本元件的另一套保护起后备作用,称为近后备。

当主保护或其断路器拒动时,由相邻上一元件的保护起后备作用称为远后备。

3.电力系统故障类型

答:三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。

危害:三相短路>两相接地短路>两相短路>单相接地短路

概率:三相短路<两相接地短路<两相短路<单相接地短路

4.保护装置的构成

答:继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件与执行输出元件组成

5.继电保护四性及其含义

答:可靠性:可靠性包括安全性与信赖性。其主要取决于保护装置本身的制作质量、保护回路的连接与运行维护的水平。

选择性:指保护装置动作时,在最小的区间内将故障从电力系统中断开,最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。

速动性:指尽可能地切除故障,以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行时间,降低设备的损坏程度,提高电力系统并列运行的稳定性。

灵敏性:指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。

6.返回系数定义

答:返回电流与动作电流的比值称为继电器的返回系数。电流继电器的返回系数一般取值为0、85-0、9

7.最大运行方式、最小运行方式

答:最大运行方式:在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大,对应系统等值阻抗最小。

最小运行方式:在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小,对应系统等值阻抗最大。

8.三段式电流保护整定原则及其计算(启动电流、动作时间、灵敏度校验)

答:见结尾例题1

9.中性点经消弧线圈接地系统的补偿方式

答:完全补偿、欠补偿、过补偿

10.90°接线方式下功率方向元件的电压电流就是什么

答:电压就是安装地点母线电压,电流为短路电流。

90度接线的概念:三相对称、且cosφ=1时,引入的电流与电压的夹角。即cosφ=1,测量电流超前测量电压为90°的接线方式。

11.方向圆,电阻、电抗特性的幅值比较动作方程、相位比较动作方程

答:记住书上P65-75的式子,见结尾例题4与例题5

12.距离保护接线方式所接入继电器的电压电流就是什么

答:接地短路:测量电压为保护安装处故障相对地电压,测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流。

相间短路:测量电压为保护安装处两故障相的电压差,测量电流为两故障相的电流差。13.三段式距离保护整定原则及其计算(动作阻抗、动作时间、灵敏度校验)

答:见结尾例题2与例题3

14.分支系数定义及其计算

答:故障线路流过的短路电流/前一级保护所在线路上流过的短路电流(距离保护会需要计算) 15.电力系统振荡与短路故障时电气量的差异

答:1、振荡时三相对称,无负序与零序分量;短路时或长或短时间有负序与零序分量;

2、振荡时电气量周期变化,变化速度比较慢;短路时电气量变化快(如电流迅速增大),且在

短路期间变化很小;

3、振荡时阻抗测量元件若误动,则在一个振荡周期内动作与返回各一次;短路时阻抗测量

元件要么动作(区内短路),要么不动作(区外短路)。

16.距离保护的振荡闭锁措施

答:1、利用电流的负序,零序分量或突变量,实现振荡闭锁

2、利用测量阻抗变化率不同构成振荡闭锁

3、利用动作的延时实现振荡闭锁

17.距离保护的稳态超越

答:因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小,进而引起保护误动作的现象,称为距离保护的稳态超越。

18.纵联保护分类

答:纵联保护按信息通道的不同可分为4种,分别为导引线纵联保护、电力载波纵联保护、微波纵联保护、光纤纵联保护;按保护动作原理可以分为2种,分别为方向比较式纵联保护、纵联电流差保护。

19.结合图4、14说明闭锁式方向纵联保护的工作原理

答:

1）区外近线路点短路时

近故障端的KA1先动启动发信,因为其KW+不动作(反方向短路),其Y1无输出,不会停止发信,所以见持续发高频闭锁信号,其收信机收到闭锁信号后将出口与门Y2闭锁,同时近故障端的高频闭锁信号经线路传送到远故障端的

收信机。

远故障端的KA1先启动发信,随后KA2与KW+动作经Y1输出停信并启动延时元件t1,本侧收信机收不到本侧高频闭锁信号而将出口与Y2开放,此时因远故障端的收信机在t2延时未到之前收到闭锁信号将出口与门Y2闭锁。

因此,区外短路时,两端保护均不动作,直到外部故障切除后,两端保护的KA1与KW+返回,t1元件延时100毫秒后返回。

2）区内短路时。

两端的KA1先启动发信,随后两端的KW+动作,经Y1输出停信并启动延时元件t2,两端的发信机都停止发闭锁信号,因此两端的发信机都收不到闭锁信号而将出口与门Y2开放,等到t2延时时间到,两端都经Y2出口跳闸。

20.结合图4、16说明闭锁式距离纵联保护的工作原理

答:闭锁式距离纵联保护就是距离保护与电力线载波通道相结合,利用收发信机的高频信号传送对侧保护的测量结果,两端同时比较两侧距离保护的测量结果,实现内部故障瞬时切除,区外故障不动作。

动作过程:以两端距离Ⅲ段作为故障启动元件,以两端距离Ⅱ段作为方向判别元件,若两端距离Ⅱ段动作且收不到闭锁信号,表明线路内部故障,立即跳闸。

21.纵联相位差动保护闭锁角的计算

答:ψb=37+0、06L

22.什么就是重合闸的前加速保护？有何优缺点？

答:当线路发生故障时,继电保护加速电流保护的第三段造成无选择性瞬时切除故障,然后进行重合闸进行第一次重合,若重合于瞬时性故障,则保护带时限有选择性的切除故障。

前加速保护主要用于35kv以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路上。

优点:1、能够快速切除瞬时性故障。

2、可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障,从而提高重合闸的成功率。

3、能保证发电厂与重要变电所的母线电压在0、6-0、7倍额定电压以上,从而保

证厂用电与重要用户电能质量。4、使用设备少,只需要装上一套重合闸装置,

简单经济。

缺点:1、断路器工作条件恶劣,动作次数多

2、重合闸永久性故障时故障切除的时间可能较长

3、如果重合闸装置或断路器QF3拒绝合闸,则将扩大停电范围,甚至在最末一级

线路上故障时,都会使连接在这条线路上的所有用户停电。

23.什么就是重合闸的后加速保护？有何优缺点？

答:所谓后加速就就是当线路第一次故障时,保护有选择性的动作,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,而与第一次动作就是否带有时限无关。

后加速保护的配合方式广泛应用于35kv以上的网络及对重要负荷供电的输电线路上。

优点:1、第一次就是有选择性地切除故障,不会扩大停电范围,特别就是在重要的高压电网中,一般不允许保护无选择性地动作而后以重合闸来纠正(即前加速);

2、保证永久性故障能瞬时切除,并任然就是有选择性的;

3、与前加速相比,使用中不受网络结构与负荷条件的限制,一般说来就是有利而

无害的。

缺点:

1、每个断路器上都需要装设一套重合闸,与前加速相比略为复杂;

2、第一次切除故障可能带有延时。

24.具有同步检定与无电压检定的重合闸的配合原则

答:线路发生故障,两侧断路器发生故障之后,检定线路电压的M侧重合闸首先动作,使断路器投入,若重合不成功,断路器再次跳闸,N侧同步检定继电器不动作,该重合闸不启动,若重合成功,M侧在检定同步之后,再投入断路器,线路即恢复正常。

25.变压器保护的配置原则

答:1、瓦斯保护

2、纵差动保护或电流速断保护

3、外部相,短路与接地短路时的后备保护

4、过负荷保护

5、过励磁保护

6 零序电流电压保护

7、其她非电量保护

26.变压器电流互感器变比选择

答:由于变压器高压侧与低压侧的额定电流不同,所以为了保证纵差保护的正确工作,就须适当选择两侧电流互感器的变比,使得正产运行与外部故障时,两个电流相等。

27.减小变压器不平衡电流的方法

答:1、计算变比率实际变比不一致产生的不平衡电流的补偿线

2、减少因电流互感器性能不同引起的稳态不平衡电流

3、减少电流互感器的暂态不平衡电流

28.变压器励磁涌流特征

答:1、励磁涌流很大,其中含有大量的非周期分量,使曲线偏向时间轴的一侧。

2、励磁涌流中含有大量的高次谐波,其中以二次谐波为主,而短路电流中2次谐波成分很小。

3、励磁涌流的波形有间断角。

29.基于间断角辨识防止变压器励磁涌流引起差动保护误动的措施

答:采用鉴别波形间断角的差动继电器构成纵差保护。

30.基于二次谐波辨识防止变压器励磁涌流引起差动保护误动的措施

答:利用二次谐波制动的差动继电器构成纵差保护。

31.复合电压启动的过电流保护原理

答:复合电压启动时的过电流保护通常作为变压器的后备保护,由一个负序电压继电器与一个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件,两个继电器只要有一个动作,同时过电流继电器的动作,整套装置即启动。

32.发电机纵差、横差保护应对的故障类型

答:1、纵差动保护,反应发电机定子绕组及引出线相间短路

2、横差动保护,反应定子绕组匝间短路保护

33.发电机纵差、横差保护构成分类

答:纵差动保护:比率制动式纵差动保护,标积制动式纵差动保护

横差动保护:裂相横差动保护,单元件横差动保护

34.发电机保护的配置原则

答:1、纵差动保护

2、横差动保护

3、定子单相接地保护

4、负序过电流保护

5、对称负荷保护

6、励磁回路一点或者二点接地保护

7、失步保护

8、失磁保护

9、转子过负荷保护

10、逆功率保护

11、定子绕组过电压保护

12、发电机过励磁保护

35.母线电流差动保护、比相式差动保护的基本原则

答:1、在正常运行及母线范围以外故障时,在母线上所有连接元件中流入的电流与流出的电流相等

2、当母线上发生故障时,所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的

负荷电流

3、从每个连接元件中电流的相位来瞧,在正常运行及外部故障时,至少有一个元件中的电

流相位与其元件中的电流相位就是相反的

36. 低阻抗、中阻抗、高阻抗母线电流差动保护特点

答:低阻抗母线保护在外部故障TA 饱与时,母线差动继电器中会出现较大不平衡电流,可能使

母线差动保护误动作。

中阻抗式母线差动保护就就是在母线保护的差动回路中串联一个阻抗元件,使差动回路

的总阻抗介于高阻抗式(减少不平衡电流)与低阻抗式(提高灵敏度)之间(约200Ω左右),既可以大大减小不平衡电流提高动作的选择性,又保证保护的灵敏性,同时,因差动回路的总阻抗主要就是有效电阻 ,动作速度也很快。

高阻抗母线差动保护的优点就是保护的接线简单,选择性较好,灵敏度高,在一定程度上

开发防止母线发生外部短路并且由于TA 饱与时母线保护的误动作。但高祖母线差动好不要求各个支路TA 的变比相同,TA 二次侧电阻的漏抗要小。TA 的二次侧要尽可能在配电装置处就地并联,以减小二次侧回路连线的电阻。因此这种母线保护一般就只适用于单母线。

37. 断路器失灵保护的基本原理

答:所有连接至一组母线上的元件的保护装置,即出口继电器动作于跳开本身断路器的同时,

也启动失灵保护中的公用时间继电器,此时间继电器的延时应大于故障元件的断路器跳闸时间及保护装置返回时间之与,因此,并不妨碍正常的切除故障,如果故障线路的断路器拒动,则时间继电器动作,启动失灵保护的出口继电器,使连接至该母线上其她有源的断路器跳闸,从而清除k 点的故障,起到QF1拒动时的后备保护 38. 采样定律

答:无论原始输出信号的频率成分多复杂,保证采样后不会丢失其中信息的充分必要条件,或

者说有采用值能完整正确与唯一的恢复输出输入连续信号的充分必要条件就是,采样率fs 还就是应大于输出信号fmas 的最高频率2倍,fs ＞2fmas,这就就是采样定理。 39. 差分滤波器设计

答:差分滤波器输出信号的差分方程形式为y(n)=x(n)-x(n-k),滤去的谐波次数为:m=P/(k*Ts*f 1)其中P=1,2,3… P252

40. 基于采样序列的故障分量计算

答:P268

例题1、 如图所示电力网络,计算保护1动作电流(二次侧)Ⅰset I 、Ⅱset I 、Ⅲset I 、动作时间Ⅰ

t 、

Ⅱt 、Ⅲt ,并计算电流Ⅱ段的灵敏系数。计算中取Ⅰ段可靠系数3.1 Ⅰrel K ,Ⅱ段可靠系数

1.1=Ⅱrel K ,Ⅲ段可靠系数

2.1=Ⅲ

rel K ,返回系数85.0=re K ,自起动系数0.2=ss K ,线路阻

抗为0、4Ω/km,流过断路器1的最大负荷电流400A 。

1)保护1的I 段,按躲过本线路末端的最大短路电流整定 最大短路电流

33.max .min 1115/3

*10*103794()*0.4

5.530*0.4

f s E I A X l ?

=

=

=++

I 段整定值

)(1.41=5

/6003794

*3.1=

*=

max

.A n

I K I f I rel I set

动作时间 )(01s t I

=

2)保护1的II 段,按与保护2的I 段配合整定

保护2的I 段,按照躲过本线路末端的最大短路电流整定

)(11.118710*4

.0*)9030(5.53

/11010*4

.0*)(3321min .max .A l l X E I s f =++=

++=

φ

保护2的I 段整定值

)86.125

/60011

.1187*3.1*max

.2,A n

I K I f I

rel I set （==

=

保护1的II 段整定值

)(15.1486.12*1.1*2,1,A I K I I

set II rel II set ===

动作时间 )(5.01s t II

=

3)保护1的II 段的灵敏度校验

最小短路电流

)(18.294110*2

3

*4.0*307.63/11010*23*

4

.0*331max .in .A l X E I s m f =+=+=

φ

灵敏度系数:

3.173.15

600

*

15.1418

.29411,in

.>==

=

n

I I K II set m f II

sen ,满足要求 4)保护1的III 段整定 III 段整定值

)(41.95

600*

85.02

*400*2.1**max ,1,A n

K K I K I re ss

fh III

rel III set ==

=

动作时间

）(25.0*21}2,2max {431s t t t t t III III III =+=?+?+=

例题2、如图所示网络中,设各线路均装有距离保护,试对点1处的距离保护I 、II 、III 段进行整定计算,并校验II 段灵敏度,已知线路AB 的最大负荷电流为350A ,cosφ=0、9,所有的线路阻抗

10.4/Z km =Ω,阻抗角φL＝70° 。其它有关参数已注在图上。

0.85

rel K I

=、

0.8

rel K II =、

1.8

SS K =。

1

2

40km 220kV

答:1)保护1距离I 段的整定

整定阻抗 :

I I

set.1rel 0.85*40*0.413.6()A B Z K Z -===Ω 动作时间:)(01s t I =

2)保护1距离II 段的整定

计算保护2 I 段定值:

I I

set.2rel 0.8580*0.427.2()B C Z K Z -==?=Ω 计算分值系数:

b.min (0.50.15)0.433

(0.5 1.0)B C

B C

Z K Z --+=

=+

整定阻抗:与保护2(或保护3)的距离I 段配合

II II I set.1rel b.min set.2()0.8*(40*0.40.433*27.2)22.222()

A B Z K Z K Z -=+=+=Ω

动作时间 :)(5.01s t II =(2分)

保护1距离II 段的灵敏度校验:

II

set sen

A-B 22.222 1.389 1.2540*0.4Z K Z ===> 满足要

求

3)保护1距离III 段的整定

L.min 326.62Z A

=

=

.min set.10.83*326.62

183.448cos() 1.8*1.15*cos(7025.8)

III rel L ss re L d k Z Z k k ??=

==Ω

--

set.1 1.00.5*2 2.0III t s =+=

例题3、如图已知:网络的正序阻抗Z 1=0、45Ω/km,阻抗角65L ?=。线路上采用三段式距离保护,其第I 、II 、III 段阻抗元件均采用0°接线的方向阻抗继电器,继电器的最灵敏角

65sen ?=,保护2的延时22t s III

=,线路AB 、BC 的最大负荷电流均为400A,负荷的自起动系

数2,ss K =继电器的返回系数 1.2re K =，并设0.85I rel K =,

1.15II

rel K =,负荷的功率因数cos 0.9D ?=,变压器采用了能保护整个变压器的无时限纵差保护。试求:距离保护1第 I

段的动作阻抗,第II 段、第III 段的灵敏度与动作时间。(24分)

.max 40sB X =Ω

1284.7T T Z Z ==Ω

图3

解:1、距离保护1第I 段:

动作阻抗:

10.850.453011.16I set rel AB Z K Z I ?=?=??=Ω (1分) 2、保护1的第II 段(分两种情况):

(1)与相邻线路配合:

1min ()II I set rel AB rel b BC Z K Z K K Z II ??=+ (1分)

min min max 1013.5

(

1)(1) 1.59

40sA AB b sB X Z K X ???++=+=+= (2分)

10.8(13.50.85 1.590.4538)29.29set Z II ?=+???=Ω (1分)

(2)与变压器支路配合:

1min

()

2II I T

set rel AB rel b Z Z K Z K K II ??=+ (1分)

min min max 1013.5

(

1)(1) 1.59

40sA AB b sB X Z K X ???++=+=+= (2分)

184.7

0.7(13.50.7 1.59)42.442set Z II

?=+??

=Ω (1分)

对以上两种情况,取较小者,所以:

129.29set Z II

?=Ω (1分)

灵敏度:

29.29 2.17 1.513.5II

set A sen

AB Z K Z ?===> 满足要求。(1分) 动作时间:0.5II

t s =(1分)

3、距离保护1的第III 段:采用方向阻抗继电器,

min

1cos()L set III rel re ss L D Z Z K K K ??III ??=

-, (1分

) min min max 142.89L L L U Z I ???=

==Ω, (1分)

1.2re K =,2ss K =, 1.15III

rel K =, 1cos 0.925.8D ?-==?, 1142.89

66.811.15 1.22cos(6525.8)set Z III ?=

=Ω

???- (2分)

灵敏度:

(1)考虑本线路末端:

166.81 4.93 1.513.5set AB Z K Z III ?===>sen 近

(1分)

(2)考虑相邻元件

a:相邻线路末端

1

max set AB b BC Z K Z K Z III ??=

set 远＋, (1分) max max min 2013.5

(1)(1) 2.12

30sA AB b sB X Z K X ???++=+=+=,(1分)

1

max 66.81 1.34 1.213.5 2.1217.1set AB b BC Z K Z K Z III ??===>?sen 远

＋＋ 满足

要求。(1分)

b:相邻变压器低压侧出口

1

max set AB b T Z K Z K Z III ??=

sen 远

＋ (1分)

''

max max''

min

2013.5

(1)(1) 2.12

30

sA AB

b

sB

X Z

K

X

?

?

?

++

=+=+=

(1分)

1

max

66.81

0.33 1.2

13.5 2.1284.7

set

AB b T

Z

K

Z K Z

III

?

?

===<

?

sen远＋＋

(1分) 不满足要求,认为III段不能作为变压器的后备保护

动作时间:12

20.5 2.5

t t t s

III III

=+?=+=

(1分)

例题4、说明并画出右式的动作特性。

答:方向阻抗继电器的动作特性为一个圆,圆的直径为整定阻抗,圆周通过坐标原点,动作区在圆内。这种继电器的动作具有方向性。

例题5、分析右图所示动作特性的比相式动作方程与比幅式动作方程。

1

Z

1

R R

jX

1

X

答案:。

本保护动作特性为一个方向阻抗圆、电抗线与电阻线的交集组成。

1

1

1

1

1

90arg90

90arg90

j

90arg90

j

m

m

m

m

Z Z

Z

Z R

R

Z X

X

?-

-≤≤

?

?

?-

-≤≤

?

-

?

?-

-≤≤

?

-

?

11

1

1

11

22

2

2

m

m m

m m

Z Z Z

Z Z R

Z Z j X

?

-<

?

?

?<-

?

?<-

?