电力系统继电保护原理考试复习

2008 级电力系统继电保护原理考试题型及复习题第一部分：考试题型分布（1） 单选题（10 分）：1 分10 题（2） 判断题（10 分）：1 分10 题（3） 简答题（25 分）：5 分5 题（4） 分析题（20 分）：3 题（5） 计算题（35 分）：3 题。第二部分：各章复习题第一章1. 继电保护装置的基本任务是什么？   答：1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除；2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于信号、减负荷或跳闸。2. 试述对继电保护的四个基本要求的内容。答：1）选择性： 2）速动性： 3）灵敏性： 4）可靠性： 3. 如下图，线路 AB、BC 配置了三段式保护，试说明：（1） 线路 AB 的主保护的保护范围，近后备、远后备保护的最小保护范围；答：近后备最小保护范围为 AB，远后备最小保护范围为 AC（2） 如果母线 B 故障（k 点）由线路保护切除，是由哪个保护动作切除的，是瞬时切除还是带时限切除；答：是由保护 2 动作切除的，是带时限切除的。（3）基于上图，设定一个故障点及保护动作案例，说明保护非选择性切除故障的情况。答：当保护 1 出口处附近发生短路时，由保护 2 瞬时切除故障，再自动重合闸，如果是瞬时性故障，则正常运行；如果是永久性故障，则再按逐级有选择性的切除故障。第二章1. 什么是继电器的返回系数？返回系数都是小于 1 的吗？答：继电器的返回电流（或电压）与继电器的动作电流（或电压）的比值即继电器的返回系数。不都是小于 1，电流继电器是小于 1，电压继电器是大于 12. 举例说明哪些继电器是过量动作的，哪些继电器是欠量动作的？答：电流继电器是过量动作的，电压继电器、阻抗继电器是欠量动作的。3. 微机保护的软件一般由哪些功能模块构成？答：微机保护的软件通常可分为：监控程序和运行程序其中运行程序由两个模块构成即：主程序和中断服务程序。4. 如何选择微机保护的采样率？说明低通滤波器设计与采样率选择之间的关系。答：如果随时间变化的模拟信号所含的最高频率成分为 ，则采样频率 。 2 采用低通滤波器可以将高频分量滤掉，这样就可以降低采样率 。 第三章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： ）min'4.93,41.3%,0175.70.6,25,86act senactIkAlttK2. 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kmX/4.013.1relK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？短线路的电流速断保护可能没有保护范围。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：20,15max.min. SSX 25,20max.min. SSX（3） 81,5.,2 Mrerelrelrel KKK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：一段和二段保护的整定是跟运行方式和故障类型有关的，因为 I 段整定是按照躲过被保护元件末端的最大短路电流（即在最大运行方式下发生三相短路时的电流）整定；II 段整定一般是按照躲开相邻线路一段保护最小保护范围末端的最大短路电流整定 。III 段整定是按照躲开最大负荷电流来整定，故与故障类型和运行方式无关。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，分析继电器的起动、动作、返回情况。答：对于保护 1 来说，发生故障时，电流继电器 KA1、KA5、KA9、KA11 均动作，KM3不带时间延迟动作，使 KS4 发出信号促使跳闸线圈 Y 流过电流跳闸，切除故障。KTM7和 KTM12 因带时间延迟还没结束故障已经切除而不动作，故障切除恢复正常运行后，电流继电器 KA1、KA5、KA9、KA11 和直流继电器 KM3 均返回。对于保护 2 来说，发生故障时，电流继电器 KA5、KA9、KA11 均动作，保护 1 瞬时切除故障，故障切除恢复正常运行后，电流继电器 KA5、KA9、KA11 均返回。6. 电流保护的接线方式有哪些？各自适用在哪些场合？答：电流保护的接线方式有三相星形接线和两相星形接线两种方式。三相星形接线适用于发电机、变压器等大型贵重电力设备的保护中，也可用于中性点直接接地，作为相间短路和单相接地短路的保护；两相星形接线适用于对中性点直接接地和非直接接地系统中的相间故障。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接线方式是指接入方向继电器的电压是非故障的相间电压（比故障相电压落后 90度） ，并用它来判别电流的相位的一种接线。此接线在正方向出口附近发生三相短路时，所有相间电压都等于 0 具有电压死区。零序功率方向继电器接入的是零序电压和零序电流，而由于越靠近故障点的零序电压越高，因此零序方向元件没有类似的死区。8. 和电流保护相比，低电压保护有哪些优缺点？答：1）电压保护是反应于电压降低而动作，与反应于电流增大而动作的电流保护相反，其返回系数大于 1；2）与电流保护相反，低电压保护在最大运行方式下灵敏度低，在最小运行方式下灵敏度高，两种保护性能优缺点互补；3）在多段串联单回线路上短路时，各段线路电流相同，而各点电压不同，电压随短路点距离的变化曲线从零开始增大，因而瞬时电压速断保护总有一定的保护范围。4）在电网任何点短路时，各个母线的电压都会降低，低电压保护都会动作，所以低电压保护没有方向性。9. 三段式保护为何不能瞬时保护线路全长？答：三段式保护中只有 I 段是瞬时保护线路的，但为了避免在相邻线路出口处发生故障时与相邻速断保护引起选择性冲突，故 I 段瞬时保护应躲开线路末端发生的最大短路电流，保证选择性，所以三段式保护不能瞬时保护线路全长。10. 了解半周积分算法的原理。11. 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。更换)3014sin(20tua初始角度对半周积分法的影响分析。答：采样间隔 =0.0212= s，令初相角为 0 度，则：1600积分值 S=110 （sin0+sin30+sin60+sin90+sin120+sin150） =0.684221600 2则 电压幅值 = =151.914222相对误差为 =2.351102151.9141102 %更换初始角度可能会引起相对误差的减小或增大。 （提高采样频率会减小误差）第四章1. 试述我国电网中性点有哪几种接地方式？各有什么优缺点？分别适用于国内哪些电压等级？答：中性点接地方式有：中性点直接接地、中性点经小电阻接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地。110kV 及以上电压等级采用中性点直接接地系统。 35kV 及以下的系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地，对城市电流供电网络可采用经小电阻接地方式。2. 电网中性点采用哪种接地方式主要取决于什么因素？答：主要取决于供电可靠性（是否允许带一相接地时继续运行）和限制过电压两个因素。3. 零序功率方向继电器的最灵敏角与相间方向继电器的最灵敏角是否相同？为什么？答：不相同。因为：当继电器采用 0 度接线时，零序功率方向继电器的最灵敏角一般为线路和中性点接地变压器的等值零序阻抗角，而相间方向继电器的最灵敏角一般为线路的阻抗角。采用 90 度接线时，最灵敏角只是等值零序阻抗角和阻抗角分别减去 90 度而已。4. 接地短路时的零序电流大小与系统运行方式是否有关？零序电流在电网中的分布与什么因素有关？答：接地短路的零序电流大小与系统运行方式无关。零序电流在电网中的分布，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。5. 如图所示，已知保护 3 的零序 I 段动作电流为 1.5A，其保护范围末端 k 点发生接地短路时，流过保护 4 的零序电流为 0.9A，k1 点发生接地短路时，流过保护 1 的最大零序电流为 2.5kA，断路器非同期合闸和非全相振荡时流过保护 1 的零序电流分别为 2.1kA和 3.3kA，试分别确定变压器 TM2 投入和退出运行时保护 1 的零序 I 段（灵敏 I 段、不灵敏 I 段） 、II 段动作电流一次值。灵敏 I 段的可靠系数取 1.2，其他均取 1.1。k1234k 1T M 1T M 2答：变压器投入和退出运行时，零序 I 段中灵敏一段动作电流为 2.51.2=3kA不灵敏 I 段动作电流为 3.31.1=3.63kA变压器投入时，零序 II 段动作电流为 1.11.5 =0.66kA1.51.50.9变压器退出运行时零序 II 段动作电流为 1.11.5=1.65kA6. 零序电流三段保护整定计算：7. 中性点加装消弧线圈的作用是什么？有几种补偿方式？试解释为什么常采用过补偿方式？答：中性点加装消弧线圈，在发生单相接地故障时，流过消弧线圈的感性电流会抵消原系统中的电容电流，减小流经故障点的电流。有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿、过补偿。过补偿使补偿后的残余电流是电感性的。采用这种方法不可能发生串联谐振的过电压问题，因此在实际中获得了广泛的应用。第五章1. 构成输电线路距离保护的基本依据是什么？答：距离保护是反应故障点至保护装置之间的距离（或阻抗） ，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。2. 试述三段式距离保护的整定、优缺点评价；答： 1） 在多电源的复杂网络中可以保证动作的选择性2） I 段不受系统运行方式影响，瞬时保护线路全长 80%85%3） II、III 段由于有分支，受运行方式影响，但相对较小4） 可以有方向，如方向阻抗继电器， 5） 仍未摆脱三段式的束缚，不能瞬时保护线路全长。在 220kV 及以上电网有时不能满足电网稳定要求，因此不能作为主保护。6） 受振荡、TV 断线影响，装置相对复杂。3. 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：构成方式可分为单相补偿式和多相补偿式两种。相间短路广泛采用 0 度接线方式，接地故障广泛采用带零序补偿的接线方式。4. 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：I 段整定计算不受系统运行方式和故障类型影响影响，一般按躲开下一条线路出口处短路时线路阻抗值的原则来确定；II、III 段受运行方式影响，但相对较小，不受故障类型影响。第 II 段整定是按照躲开相邻线路距离保护第 I 段的保护范围末端发生短路时的阻抗值，和躲开线路末端变电站变压器低压侧出口处短路时的阻抗值，取两种情况下阻抗值的小值。第 III 段是按照躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定。由于考虑了分支系数，故受运行方式影响，但影响较小。5. 三段式距离保护整定计算6. 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：继电器的测量阻抗 ，是由加入继电器的电压和电流比值和相位差确定的；是继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点到预定的保护范围末端的线路阻抗为整定阻抗，对方向阻抗继电器而言就是在最大灵敏角方向上圆的直径。是继电器实际的动作阻抗或起动阻抗，表示当继电器刚好能起动时的测量阻抗，对于.方向阻抗继电器，特性圆周上的任一点都代表一个起动阻抗。7. 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：短路点过渡电阻可以引起测量阻抗减小或增大，可能引起某些保护的无选择性动作。减小其影响方法：1）采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器（扩大在+R 方向的面积）2）利用所谓瞬时测量回路来固定阻抗继电器的动作，即将短路瞬间的测量阻抗值固定下来，使过渡电阻的影响减至最小。8. 什么是电力系统振荡，电力系统发生振荡与短路时电气特征有何区别？答：如果电力系统受到大的扰动后，功角不断增大，使各发电机之间不再同步，则称为电力系统振荡。振荡和短路主要区别如下：1） 振荡时，电流和各点电压的幅值均作周期性变化，变化速度较慢；而短路后，短路电流和电压的幅值不及衰减时是不变的，而短路时短路电流和电压突然变化，变化速度快。2） 振荡时，任一点电流和电压之间的相位关系都随 的变化而改变，而短路后，电流和电压之间的相位是不变的。3） 振荡时，三相完全对称，电力系统中没有负序分量出现。而当短路时，总要长期（在不对称短路过程中）或瞬间（在三相短路开始时）出现负序分量。9. 根据哪些原理可实现对保护的振荡闭锁？答：1）基于负序（和零序）分量是否出现；2）利用电流、电压和测量阻抗变化速度不同。10. 相位比较法和幅值比较法在什么条件下具有互换性？答 1）各比较相量必须是同一频率的正弦交流量 2）只适用于相位比较方式动作范围为arg ，和幅值比较式动作条件为 的情况 3）忽略短路暂态过程中出现27090 |的非周期分量和谐波分量的影响。11. 如图所示，保护 1 出口处发生单相接地故障，过渡电阻为 ，各保护测量阻抗如图，tR试分析距离保护动作情况。考察 由小到大的过程，对于距离保护，在+R 轴方向面积Rt越大，受过渡电阻影响越小。答：当 比较小的时候， 不超出保护 1 第 I 段整定的特性圆范围，保护 1 第 I 段距离保 .1护瞬时切除故障。当 增大到使 超出保护 1 第 I 段整定的特性圆范围，而 仍位于保 .1 .2护 2 第 II 段整定的特性圆范围以内时，两个保护将同时以第 II 段时限动作，失去了选择性。12. 如图所示，M、N 侧系统电势幅值相等，假设全系统的阻抗角相等，若振荡中心在 B母线处，试作图分析线路 L1 的 A 侧距离保护第 I、II 段方向阻抗继电器受系统振荡影响的情况。ABCL 1L 2ME NEZ第六章1. 纵联保护传送的信号分为哪几种？答：分为三种，有闭锁信号、允许信号、跳闸信号。闭锁信号：收不到这种信号是保护动作跳闸的必要条件允许信号：收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件跳闸信号：收到这种信号是保护动作跳闸的充要条件2. 哪些因素影响输电线路纵联差动保护的正确工作？对线路纵联差动保护所有的电流互感器应提出哪些要求？答：影响输电线路纵联差动保护的主要因素有：1） 电流互感器的误差和不平衡电流2） 输电线路的分布电容电流3） 通道传输电流数据的误差4） 通道的工作方式和可靠性为减小不平衡电流，对于输电线路纵联差动保护应采用型号相同、磁化特性一致、铁心截面较大、饱和磁通对工作磁通的倍数大、剩磁小的高精度的电流互感器。还应配置适当的二次侧负载电阻使二次电流的误差不大于 10%3. 分相电流差动保护有什么优点?答：有制动的分相电流差动保护，可以躲开外部短路可能引起的最大不平衡电流，保证保护不误动，更加适用于长距离高压输电线路。此外，它还具有自然选相优势。4. 线路纵联差动保护中常用的制动量有哪几种？答：制动量有两种：1）以两侧电流矢量差为制动量；2）以两侧电流幅值之和为制动量5. 简述方向比较式纵联保护的基本原理。答：基于被保护线路各端根据对故障方向的判断结果向其他各端发出相应信息，各端根据本端和其他各端对故障方向判断的结果综合判断出故障的位置，然后做出决定。6. 与方向比较式纵联保护相比，距离纵联保护有哪些优缺点？答：1）整定范围上考虑； 2）是否可兼后备保护；3）距离纵联保护的缺点主要是受系统振荡、电压回路故障的影响，故保护接线复杂，方向比较式纵联保护相对而言所受影响很小。7. 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；8. 方向高频保护为什么要采用两个灵敏度不同的起动元件?9. 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：外部故障时， 先起动，通过 KM4 常闭触点起动发信机发出高频闭锁信号，一方面为1自己的收信机接收，一方面经高频通道，被对端的收信机接收，闭锁双端保护，防止误动。远离故障点一侧 和方向元件 S 同时起动，使中间继电器 KM4 断开常闭触点，停止了发信2机的工作，同时给 KM5 的工作线圈加入电流。同时对端方向元件不动作，对端发信机继续向本端发送闭锁信号，使本端收信机继续收到高频信号，给 KM5 的制动线圈加入电流。对端的 KM5 只有制动线圈有电流。所以保护一直被闭锁。待外部故障切除，起动元件均返回。内部故障时，起动元件 和 都动作，起作用同上。之后，两端的方向元件 S 和中间继电1 2器 KM4 也动作，停止发信机的工作，这样 KM5 中就只有工作线圈有电流，立刻动作于跳闸。10. 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.11. 下图为高频闭锁距离保护原理图（一侧） ，（1） 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。（2） 如果线路故障由 ZI 瞬时动作切除，试说明故障点位置。15.图（a）所示电力系统中，线路全部配置高频闭锁式距离纵联保护（原理接线图如图（b）所示） ，分析下面两种情况下，在 K1 点（线路 BC 出口处）短路时，线路 AB 和 BC上的保护动作过程：1）线路 AB 和 BC 通信通道正常时；2）线路 AB 和 BC 通信通道同时故障时（即不能收到对方的闭锁信号） 。答：1）线路 AB 上保护不动作；线路 BC 上保护 2M 距离 I 段瞬时动作跳闸，保护 2N距离 II 作跳闸。2）线路 AB 上保护 1M 距离 II 段瞬时动作跳闸，保护 1N 不动作；线路 BC 上保护2M 距离 I 段瞬时动作跳闸，与保护 1M 失去了选择性。保护 2N 距离 II 动作跳闸。L11M1NL2 L33M3N2M2NA B C DK1（a ）第七章1. 什么叫自动重合闸? 试述重合闸的装设范围和起动原则；2. 什么叫单相重合闸?三相重合闸? 综合重合闸?  答：单相重合闸：单相故障，跳单相，重合单相，重合于永久性故障时再跳三相；相间故障跳三相后不重合。三相重合闸：任何故障都跳三相，重合三相，重合与永久性故障时再跳三相。综合重合闸：单相故障，跳单相，重合单相，重合于永久性故障时再跳三相；相间故障跳三相，重合三相，重合与永久性故障时再跳三相。3. 单电源自动重合闸动作时间的整定要考虑哪些因素?答 1）断路器跳闸后，故障点的电弧熄灭和弧道介质绝缘强度的恢复需要一定的时间2）断路器的恢复开断能力也需要一定的时间3）如果重合闸是利用继电保护起动时，则其动作时限还应该加上断路器的跳闸时间。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？答：应考虑：1） 时间的配合。为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复，线路两侧的重合闸必须保证在两侧断路器均跳闸后，经一定延时再进行重合。2） 同期问题。当线路发生故障跳闸后，常常存在着重合闸时两侧系统是否同期，以及是否允许非同期合闸的问题。（b）重合闸主要方式有：快速重合闸、非同期重合闸、自动解列重合闸、自同期重合闸、检定同期和无压的重合闸。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. 如图重合闸加装了前加速保护，试说明当 k 点故障分别为瞬时性故障或永久性故障时，相应保护和重合闸动作情况。答：当 k 点发生故障，保护 3 瞬时动作将 QF3 断开，并继之重合。若重合于瞬时性故障，则重合成功，系统恢复正常供电。若重合于永久性故障，则（过电流）保护 13 按照时限配合关系，有选择性地将故障切除。第八章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；（不重要）答：故障类型     油箱内部故障油箱外部故障 不正常运行状态：1） 外部故障引起的过电流2） 负荷过时间超过额定容量引起的过负荷3） 风扇故障或漏油相应的保护有：反应油箱外部故障：纵联差动保护和电流速断保护反应油箱内部故障：瓦斯保护反应外部相间短路故障的后备保护：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护反应外部接地短路故障的后备保护：零序电流保护（中性点接地） 、零序过电压保护和间隙零序电流保护（中性点不接地）此外，还有过负荷保护、过励磁保护、其他非电量保护。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：当变压器空载投入或外部故障切除后恢复电压时，即可能出现数值很大的励磁电流，即励磁涌流。励磁涌流的特点：1） 含有大量非周期分量，使涌流波形偏于时间轴的一侧2） 包含大量高次谐波，其中以二次谐波为主3） 波形出现间断，铁心饱和度越高，涌流越大，间断角越大克服措施：1） 在差流回路中接入具有速饱和特性的中间变流器2） 二次谐波判别方法3） 间断角原理识别励磁涌流4） 利用波形对称原理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：产生原因：1） 实际电流互感器的变比和计算变比不同2） 改变变压器调压分接头3） 变压器各侧的电流互感器型号不同，即励磁电流和饱和特性不同减小措施：1） 采用平衡线圈2） 保证电流互感器二次侧满足 10 误差曲线要求%3） 减小电流互感器二次回路负载阻抗4） 在差流回路中接入具有速饱和特性的中间变流器4. 结合下图说明为什么带制动特性的差动继电器能可靠躲开外部故障时的不平衡电流，内部故障时提高保护灵敏度？答： 5. 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 AB 相间短路时；（2）当发生三相短路时。6. 变压器瓦斯保护能反应哪些故障，属于主保护还是后备保护？答：瓦斯保护能反应油箱内部发生的各种故障，包括变压器绕组轻微的匝间短路和局部放电，反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。属于主保护。第九章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？答：发电机的故障类型：1） 定子绕组相间短路    （保护：完全纵联差动和不完全纵联差动保护）                  2） 定子绕组一相的匝间短路    （保护：完全横差动和不完全横差动保护）3） 定子绕组单相接地           （保护：单相接地保护）4） 转子绕组一点接地或两点接地     （励磁回路接地保护）5） 转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失     （低励磁和失磁保护）不正常运行状态：1） 外部短路引起的定子绕组过电流             （定子绕组过电流保护）2） 负荷超过额定而引起的三相对称过负荷          （过负荷保护）3） 外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷   （负序电流保护）4） 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压            （定子绕组过电压保护）5） 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷         （过负荷保护）6） 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率                （逆功率保护）2. 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