电力系统继电保护—考前辅导2014.06

1、电力系统继电保护考前辅导资料 一、 说明电力系统继电保护作用是反应电力系统中各设备元件及线路各种故障而动作控制断路器切除故障部分，对不正常运行状态发出相应信号。电力系统的保护基本上分两大类：输电线路三段式保护及设备的差动保护。电力系统所有高压设备及线路在电源侧加装断路器，加装断路器就要加装保护，且加装反应各种故障的主保护和后备保护。每种保护应掌握动作原理、整定计算和接线图。所以保护的题型也是：问答题、计算题、画图题和判断题。 开卷考试 教材：电力系统继电保护（王瑞敏、王毅华编著网院讲义） 复习要领：各种继电保护的原理、整定计算和接线图 二、各章重点串讲及例题解析第一章 概述 重点掌握：电力系统

2、及其中性点的运行方式，短路及其计算，继电保护原理、作用及组成，对继电保护的基本要求。举几个例：1、 电力系统故障的原因、种类及后果是什麽？答：原因绝缘损坏和误操作。种类单相短路约占83% ；两相短路约占8% ；三相短路约占5%；两相短路接地约占4% 。后果电流增大，造成电器设备动热不稳定；电压降低，破坏电力系统的正常供电；破坏电力系统的稳定运行。 2、何谓大接地电流系统？何谓小接地电流系统？小接地电流系统的优缺点是什麽？答：中性点直接接地叫大接地电流系统。中性点不接地或经消弧线圈接地叫小接地电流系统。小接地电流系统优点：单相接地没有短路电流，只有对地电容电流，一般系统可以带接地点运行2小时，提

3、高了电力系统运行的可靠性。 缺点：设备及线路的主绝缘应按线电压设计，提高了造价。Z 对称三相电路计算：对称三相电路就是三个单相电路，如图1-1所示的三相对称电路，电源和负载中性点电压O、O，等电位，所以，一相电压降落在一相负载阻抗上。可用欧姆定律计算任一相电流。若三相电源相电压为 UA 、UB 、Uc及三相负载阻抗为Z（忽略线路电抗X），则一相电流的大小为； ÚA Ì X O ÚB Ì X Z O， ÚC Ì X Z 对称三相电路图 。 电力系统一次接线图：将电力系统的一次设备用图形符号表示，按实际接线连成的单线图，如下图12所示。

4、110kV 10kV 0.38kV 电源 20km 0.4/km 2km 0.4/km 200MVA 50MVA 1MVA X=0.1 Ud%=10 Ud%=5 图12 电力系统一次接线图 ()电力系统平均额定电压：比电力系统额定电压高%的电压：。、。、等，以Pj表示。它也是输电线路首末两端设备额定电压的平均值（0。38kV电压级例外）。只有计算电力系统短路电流和与计算短路有关的参数时才采用平均额定电压，计算电力系统额定电流一律采用额定电压。 标幺值制: 电力系统计算中所遇到的物理量采用新的物理量单位进行衡量,新的单位就叫做相应物理量的基值。.用新单位（基值）衡量相应物理量所得的值叫该物理量的

5、标幺值,用标幺值进行计算叫标幺值制.（用新单位制进行计算叫标幺值制。）三相电路的基值 在有名值制中,电压、电流、阻抗和容量的单位之间满足欧姆定律和功率方程,标幺值制的基值(单位)之间也需满足欧姆定律和功率方程,因而只能任选两个基值，,另外两个可用欧姆定律和功率方程求出。一般任选容量基值（如选，它的合理选择值是使阻抗的标幺值小数点前后零最少），电压的基值是将各电压级的平均额定电压作为各电压级电压的基值，,使在电力系统不同电压级电压的标幺值皆为1，各电压级下的阻抗标幺值在画成等值电路时不需要归算。在已知容量和电压的基值为Sb 、Ub 后,在三相电路中电流的基值为: 阻抗的基值为:将各电压级的平均额

6、定电压作为各电压级电压的基值，各电压级的标幺值电压皆为1，即各变压器标幺值电压的变比皆为1，在进行短路电流计算时各电压级的阻抗不再进行阻抗归算（这就是用标幺值制计算短路电流好处所在）。当容量基值选为100MVA时,不同电压基值的电流基值和阻抗的基值为： 基值电压Ub= Uav (kV) 230 115 37 10.5 0.4基值电流Ib (kA) 0.25 0.5 1.56 5.5 145 基值阻抗Zb () 528 132 13.7 1.1 0.0016 3、为什麽一般用标幺值计算短路电流？ 答：把各电压级的平均额定电压作为电压的基值使变压器各侧电压的标幺值皆为1. 变压器各侧的电流、电压及

7、阻抗在短路电流计算时都不需归算。中性点不接地系统1、接线方式 如图246（a）所示，三相系统中性点不接地，正常运行时三相电源向三相负载供电，由于三相线路对地电容相等，电源中性点与大地同电位，加于设备主绝缘的电压为相电压。单相接地故障时，如A相接地，接地电流没有回路，三相电源仍向三相负载供电，提高供电的可靠性。这就是这种接线方式的好处。单相接地后接地相电压为零，非接地相对地电压升成线电压，如要继续运行12小时，电器设备的主绝缘应按线电压设计，这就是付出的代价。 接线图 中性点不接地系统单相接地电压及电流的相量图2单相接地的电容电流 假设A相接地，非接地相电压升高倍 。流过接地点的电容电流式中 C

8、架空线一相对地电容。单相接地的电容电流与该电压级输电线路的总长度有关，可用经验公式进行计算，对于架空线路 对于电缆线路 式中 ：额定电压（kV）4、电力系统继电保护的原理、作用及组成是什麽？一般对继电保护的基本要求是什麽？ 答：原理：反应被保护线路或设备故障前故障后某些物理量的突变。作用：自动地、快速地、有选择性地控制断路器切除故障、对不正常运行状态发出相应信号。组成：由测量元件、逻辑元件和执行元件组成。基本要求，四性：选择性、快速性、灵敏性和可靠性。 第二章 电网的电流保护 重点掌握：继电保护所需的二次设备：互感器及继电器原理、结构、参数。电网相间短路的电流保护（电流三段的原理、整定计算及接

9、线图）。电网接地短路零序电流三段保护。几个例题1、电流互感器的原理、结构及作用是什麽？答：原理：电磁感应原理作用：将额定大电流变成5A或1A的小电流，使二次设备标准化、隔离高电压。原理结构：由铁芯、一个愿绕组和一个副绕组组成。 2、从使用角度减少电流互感器误差的措施是什么？答：电流互感器电流误差是由电流互感器的励磁电流引起的。使用角度减少误差的措施：（1）加大电流互感器二次导线截面，降低二次负载电阻；（2）选大变比的电流互感器； （3）同型号的两个电流互感器串联。 3、简述电网相间短路电流三段保护的保护特性及时限特性。 答、电流段：反应短路电流增大瞬时动作，按躲开被保护线路末端最大短路电流整定

10、，0秒动作,保护线路的一部分。 电流段：反应短路电流增大延时0.5s动作，按躲开下一条线路电流段电流整定，保护线路的全长，作为主保护。 电流段：反应短路电流增大延时ts动作，按躲开最大负荷电流整定（约为2倍负荷电流）,作为本条线路主保护拒动的后备和作为下一条线路开关拒动的后备。其动作时间比下一线路或设备的后备保护长一个时限阶段。4、为什麽电流三段保护的和段采用两相两继电器接线，而段（过电流保护）采用两相三继电器或三相三继电器接线。答：电流三段保护一般用于小接地电流系统，它的段和段采用两相两继电器 接线是使不同出线不同相别两点接地时有2/3的机会只切除一回线路。而段采用两相三继电器或三相三继电器

11、接线是为了提高远后备Y11接线变压器对侧两相短路的灵敏度. 5、简述零序方向电流三段保护的优点答：反映接地故障灵敏；保护范围稳定，不受系统运行方式的影响；零序段时限阶段少，动作延时短；系统振荡不会误动；零序功率方向继电器没有死区；接线简单，可靠。6、零序电流三段保护的原理及其优点是什么？答：零序电流保护是反应零序电流增大而动作，输电线路正常基本没有零序电流，接地短路时3倍零序电流与三相短路电流差不多，因而整定电流可以很小，接地短路电流很大，灵敏度很高，第三段的延时短，零序方向保护没有死区，用的保护元件少，可靠性高。7、画出10kV架空输电线路电流二段保护的原理图。 1LHA 1LJ 3LJ +

12、bh bh 1LJ 1XJ BCJ 1LHC 2LJ 4LJ 2LJ 3LJ 1SJ 4LJ 1SJ 2XJ BCJ DL TQ8、画出零序电流滤过器原理接线图。 3I0=9、电流三段计算电力系统接线及其参数如下，试计算35kV输电线路电流三段保护Id1=2kA ;Id2归算到35=0.88kA Ifh=150A Nlh=150/5 t3DL=1s(过电流保护) 答案：电流段 动作电流 2.6kA 保护范围的校验=4.4 继电器动做电流 电流二段 动作电流 灵敏度校验 继电器动做电流 动作时间：t=0.5s 电流三段 动作电流 = 灵敏度校验 = = 动作时间：10、计算题（每题10分） 1、

13、 电网的接线及参数如图所示10kV架空配电线路的电抗为0.4/km,；=3kA; kA；。 试对10kV出线2DL进行电流两段保护整定计算。解 1电流段 动作电流按躲开配电变压器低压侧最大短路电流整定。 .灵敏度校验：按保护10kV出线全长校验：1.5 合格继电器的动作电流：保护动作时间：0s动作。 2电流段 动作电流按躲开最大负荷电流整定。 灵敏度校验：按保护线路全长校验， 合格二次继电器动作电流：动作时间：= 第二章 电网的距离保护（距离三段）重点掌握：距离保护的原理整定计算和接线，阻抗继电器动作特性分析，方向阻抗继电器死区的克服，影响距离保护正确动作的因素。工作原理 反映保护安装地点测量

14、阻抗Zcl的突变（减少）而动作。测量阻抗为保护安装地点测量电压Ucl与测量电流Icl的比，即 。当时正常时： 测量阻抗等于负荷阻抗 故障时： 为测量短路阻抗。测量阻抗在线路故障前后的变化较反应单一物理量的测量电流或测量电压变化大。实现距离保护动作的方法是将测量电压作为制动量，测量电流作为动作量。距离保护的原理接线如图31所示，虚线框内为阻抗继电器，它是由电抗变压器DKB、电压变换器YB、整流器Z、Z和极化继电器JJ组成。测量电流通过电抗变压器形成电压：测量电压通过电压变换器后的电压。阻抗继电器的动作与边界条件： ，由于，所以继电器的动边条件为： 。距离保护的实质是整定阻抗与测量阻抗大小的比较，

15、当整定阻抗大于测量阻抗时保护动作。整定阻抗相当于被保护线路多长的阻抗，就保护多长的范围。 1、距离保护原理是什麽？距离三段保护的优点是什麽？答：原理：反应测量阻抗的突变。优点：测量阻抗在故障前和故障后变化量大，比反应单一物理量的电流或电压量大近一个数量级；它是测量阻抗与整定阻抗的比较，保护范围稳定，一般不受系统运行方式的影响；具有方向性。2、何谓一类阻抗继电器的动作特性？答：一类阻抗继电器的动作特性是指阻抗继电器在复数阻抗平面上的动作范围或图形，如具有圆或多边形动作特性的阻抗继电器。3、写出具有任意圆动作特性的动边方程（用幅值比较或相位比较） 答、 = 4、反应接地短路阻抗继电器采用什麽接线？

16、反应相间短路的阻抗继电器采用什么接线？答：正确反应接地短路：一般采用相电压、相电流加3KI0的接线方式。正确反应相间短路：一般采用00接线。对于方向阻抗继电器采用接线。5、画出电抗变压器的等值电路图及其矢量图。(整定阻抗) 6、画出具有记忆电压方向阻抗继电器反方向短路动作特性图。答、 Z Z jX ZZd D Ìcl 电源 0 R DL ZZdZCL ZZdZcl ZS Zs7、网络接线及参数如图所示。试对110kV输电线路1DL进行距离三段保护整定计算（距离三段不校验精工电流）。110kV 50km D1 Ud%=10 10kV D2 Xs=10 1DL 0.4/km 700 2D

17、L 20MVA. 有关参数如下：； ； 解：距离段 整定阻抗 继电器整定阻抗 距离段 一次整定阻抗 灵敏度校验 继电器整定 距离段 一次动作阻抗 采用方向阻抗继电器 整定阻抗为 灵敏度校验 近后备： 远后备： 继电器的整定 时限整定 第四章 电网差动保护 重点掌握： 电网纵联差动保护的原理 1、电网纵联差动保护的原理是什麽？ 答：反应被保护线路首末两端电流的差，保护线路的全长，0s动作 第五章 电网高频保护 电网方向高频和相差高频保护 1、简述相差高频保护的原理是什麽？答：相差高频保护是线路的差动保护，用高频载波将线路两侧电流的相位传到对侧比较两侧电流的工频电流的相位。区内故障两侧电流，同相位

18、开放保护发出跳闸脉冲，区外故障，工频电流反相位，闭锁保护2、各电压级的架空输电线路一般应加装什麽保护？答：220kV：装设不同原理的两套高频保护、距离三段、零序方向三段或四段、综合重合闸；110kV：装设距离三段、零序方向三段、三相一次重合闸；35kV、60kV：装设电流三段、绝缘监视、三相一次重合闸；10kV：装设电流两段、绝缘监视、三相一次重合闸。 第六章 自动重合闸（ZCH）重点掌握：自动重合闸的定义和要求。 1、什麽是自动重合闸？从使用角度分类有几种 答：当保护出口动作是断路器跳开经0.51s的延时，能使断路器重新合上的装置。有三相一次自动重合闸和多次重合闸、单相重合闸及综合重合闸。2

19、、对三相一次自动重合闸的要求是什麽？答：（1）保护出口动作使断路器跳开，经0.51s的延时，能使断路器重新合闸；重合次数要一定。（2） 手动合跳或远动合跳不能进行重合。（3） 不满足断路器合闸条件不能重合。（4） 双侧电源应满足同期条件进行重合。 (5)重合闸应能与保护相配合3、画出双侧电源同期鉴定自动重合闸接线图。 第七章 变压器保护 重点掌握：瓦斯保护、差动保护及后备保护1、变压器差动保护的原理是什麽？答：反应流进流出被保护变压器各侧电流的差，零秒动作，保护整个变压器2、什么是变压器差动保护的不平衡电流？一般有几种？答：变压器正常运行及外部故障时流入差回路的电流叫不平衡电流。一般有六种。稳

20、态不平衡电流四种变压器差动保护两侧电流互感器的误差电流、Yd11接线的变压器原副边电流的相位不同、两侧电流互感器的计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流、变压器调节分接头。暂态不平衡电流两种：励磁涌流、两侧电流互感器暂态电流误差。3、产生变压器励磁涌流的条件是什麽？变压器励磁涌流的特点是什麽？答 ：产生变压器励磁涌流的条件：变压器空载合闸或变压器外部故障切除后电压回复时，变压器有剩磁，合闸瞬间电压为零，非周期分量电流最大且产生直流磁通的方向与剩磁通方向一致，铁芯严重饱和，要平衡外加电压就需要很大的励磁电流。这个励磁电流就叫做励磁涌流。就是变压器铁芯严重饱和时的励磁电流。特点:励磁涌流中的基波

21、电流的最大值可达到变压器额定电流的68倍，经0.51s衰减到变压器额定电流0.5倍一下，励磁涌流中含有大量直流分量及2、3次等高次谐波。 4、试对变压器进行差动保护整定计算。网络接线及参数如图所示： 系统电抗为25， 变压器容量S=31.5MVA、110±2×2.5kV/11kV、变压器接线方式为Y11。（采用BCH2型差动继电器）解：1 确定计算侧 110kV 11kV 1650A LH二次接线 Y 110kV侧为计算侧2计算动作电流 躲励磁涌流和电流互感器二次断线 躲外部短路最大不平衡电流 3 计算差动线圈匝数 继电器的动作电流 4计算平衡线圈 5计算平衡线圈的圆整误差 6灵敏度校验 7确定短路线圈： BB，第八章 发电机保护1、发电机应加装那些保护答、1反应定子绕组及引出线相间短路的纵联差动保护2、反应定子匝间短路的横联差动保护3、定子单相接地保护4、过电流保护5、转子一点、两点接地保护6、过负荷保护7、失磁保护8、负序电流保护9、发电机过激磁保护2、发电机定子一点接地100%接地保护的原理是什麽？答：应用零序电压及三次谐波电压构成定子100%接地保护第九章 母线保护1、母线加装专门差动保护的条件是什麽？ 答：从电力系统稳定考虑，枢纽变电站母线发生故障会使系统可能发生振荡；双 母线或单母线分段并列运行，母线故障要求有选择性的切除故障母线时加