继电保护的基本原理试题

继电保护与二次回路试题

（一）继电保护的基本原理

1、继电保护装置的主要任务是什么？

电力系统在运行中，往往由于电气设备绝缘的老化或损坏以及外力破坏等原因而造成短路

事故和不正常运行方式。

电力系统各种形式的短路会产生比额定电流大几倍至数十倍的短路电流，同时使电力系统的电

压降低。

短路电流的热效应和机械效应会加速电气设备绝缘为老化或损坏电气现象。故障点产生的

电弧可能将电气设备烧毁，电力系统电压的降低会影响用户的生产。严重的短路事故还可■能使

电力系统的稳定受到破坏，使系统解列并造成大面积停电,因此，电力系统发生事故时，必须

及时地采取措施予以排除，否则将给国民经济造成重大的损失。

继电保护装置的主要任务是：当电力系统出现不正常的运行方式（如中性点不接地系统的一相

接地及电气设备过负荷等）时，应及时地发出信号或警报，通知运行人员进行处理，而当电力

系统发生事故时，它能自动地将故障切除，限制事故的寸；大，尽显减少对其它用户的影响。

2、对继电保护装置有哪些基本要求？

答：

（1）选择性：当电力系统发生事故时，继电保护装置应能迅速将故障设备切除（断开距离

事故点最近的断路设备），从而保护系统的其它部分正常运行。

为了保证继电保护装置的动作有选择性，上、下两级保护除了在整定值上要进行配合（即上级

断路器保护整定值应比串联的下级断路器保护的整定值大1.1倍以上）外，在动作时限上还应

有一个时间差，通常取（）.5~0.7秒。

（2）快速性：故障论快速切除可以缩小事故范围，减轻事故的影响。因此一般要求继电保

护装置应快速动作。在某些情况下，快速动作与选择性的要求是矛盾的。这时，为了使继电保

护装置具有选择性，继电保护的动作必须具有时限。

此外，有些作为反映电力系统不正常工作状态的保护装置，也不要求快动作，如过负荷保护等

都是具有较长动作时限的。

（3）灵敏度：指在保护装置的保护范围内，对发生事故和不正常运行方式的反应能力。各

种类型保护装置的灵敏性可用灵敏度（或灵敏系统）衡量。以过电流保护为例：

KkldmiJIds

KL---过电流保护的灵敏系数；

Idmm-一系统在最小运行方式时，保护末端的短路电流；

IdL一保护装置一次侧动作电流；

对不同的保护装置和被保护装置，灵敏系数的要求也是不同的。一般的过电流保护装置要求KL»

1.5

（4）可靠性：继电保护装置应经常地处于准备动作状态。在电力系统发生事故时，相应的

保护装置应可靠性，不应拒动；在电力系统正常运行情况下也不应误动，以免造成用「不必要

的停电。为了使保护装置动作可靠，除正确的选用保护方案，正确计算整定值以及选用质量好

的继电器等电气元件外，还应对继电保护装置进行定期校验和维护，加强对继电保护装置的运

行管理工作。

3、什么是过电流保护和电流速断保护？

答：

电力系统的发电机，变压器和线路电气元件发生故障时，将产生很大的短路电流，故障点

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距离电源愈近，则短路电流愈大。为此，可以利用根据电流大小而动作的电流继电器构成过电

流保护和速断保护。当电流超过它们的整定值时，保护装置就动作，使断路器跳闸，将故障段

切除。

过电流保护一般是按避开最大负荷电流来整定的。为了使上、下级过电流保护有选择性，

在时限上也应相差一个级差。而电流速断保护是按被保护设备的短路电流来整定的，因此，它

没有时限。两者常配合使用做为设备的主保护相相邻设各的后备保护。

电流速断保护不能保护线路的全长（否则将失去选择性），即存在速断保护的死区。为克服

这一缺陷，常采用略带时限的电流速断保护，使线路全长均受到快速保护。时限速断的保护范

国不仅包括线路的全部，而且深入到相邻线路的无时限保护区的一部分，其动作时限上相邻线

路的无时限速断保护大一个级差。

4、什么是低电压闭锁的过电流保护？在什么情况下采用它？

答：

电力系统短路故障时，会使系统的电压降低，尤其使故障点附近的电压降低得更多。而正

常运行情况下的过负荷只是电流增大，电压并不降低。针对这个特点可以构成低电压闭锁的过

电流保护，即在过电流保护回路中只有接入了低电压继电器的触点，才接通过电流保护的出U

回路使断路跳闸。而在过负荷的情况下，由于电压正常而使电流保护闭锁。

过电流保护的动作电流，通常是按避开（略大于）最大负荷电流来整定的。在某些特殊情

况下，由于最小运行方式时的末端短路电流，接近于或小于最大负荷电流，致使保护的灵敏系

数不能满足要求。在这种情况下，常采用带低电压闭锁的电流保护装置，因为要求有电流增大

和电压降低二个条件，这使得保护的动作电流可适当降低，即满足了保护灵敏度的要求，在过

负荷时保护也不会误动。

5、什么是定时限保护？什么是反时限保护？

答：

继电保护的动作时间固定不变，与短路电流的数值无关，称为定时限保护。定时限保护的

时限是由时间继电器获得的。时间继电器在一定的范围内连续可调，使用时，可根据哈定时间

进行调整。而反时限保护则是指继电器保护的动作时间与短路电流的大小成反比，即短路电流

越大，保护动作的M间越短，短路电流越小，则保护动作的时间越长。定时限和反时限的时限

特性曲线如图所示。

6、反时限过电流保护如何与定时限过电流保护进行配合？

答：

反时限过电流保护的动作时间，随短路电流的大小而变化。而定时限过电流保护的动作时

间是固定的。因此，为了使上、下级保护有选择性，达到相互配合，必须在短路电流的各个点

至少保证有0.7秒的时限级差。

假定上级保护为定时限保护，其一次动作电流为II，动作时间为TI,下级为反时限保护，

其一次动作电流为12,。一般情况下12《II,动作电流能够达到配合。两级保护的一次动作电流

之比K=II/I2称为配合系数。通常我们将反时限保护的动作时间，在K倍反时限保护动作电流

（即定时限保护的动作电流II）这一点上调到较T1小0.7秒。这样，在短路电流《II时，上级

保护不动作，当短路电流》11时，两级保护具有》（）.7秒的时限级差，从而能在所有情况下达到

时间上的配合。一般情况下，将反时限保护的时限在两倍于反时限保护动作电流的这一点上，

整定为比上级保护的定时限小0.7秒，即可满足选择性的要求。

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7、画出常用反时限过电流保护的原理接线图和展开图。

答：

图中所示常闭接点的反时限保护原理图。正常运行情况下，电流互感器的二次电流经过继

甩器的线圈LJ及其常闭接点LJ1【可到互感器的负极，断路器的跳闸线圈TQ被LJI短按。当被

保护设备发生故障时，短路电流流经继电器的线圈，若达到它的整定值时，继电器开始动作，

常开触点U2先闭合，常闭触点U1后打开，短路电流通过跳闸线圈TQ,使断路器跳闸，切除

故障。

常闭式反时限保护原理图

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(2)速断保护:

继电器动作电流：

Idz=KKxId⑶阳

Kk-----可靠系数，取1.3：

Kjx——电流互感器接线系数，星形及不完全星形时取1,角接线及差接时取1.73;

Ki-----电流互感器变比。

Id(3)一一变压器低压出口三角短路电流。

11、简要说明变压器纵联差动保护的动作原理.

答：

变压器的纵联差动保护，是由变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的保

护装置。它主要用来保护变压器线圈及其引线上发生的相间短路以及单相接地短路(在大电流

接地系统中)。对于变压器线圈的匝间短路等内部故障，还是以瓦斯保护为主。差动保护做为它

的后备保护。

变压器的纵联差动保护，由变压器两侧的电流互感器和继电器等构成。其原理是，在两个

电流互感器之间的所有电气元件及引线均包括在保护范围之内。

如果电流互感器LH1及LH2的特性一致，变比选择适当，那么在正常运行情况下，以及在

保护区外侧发生短路时，则I'1及I'2在数值和相位上均相同，此时流过继电据的差电流10=1

T-I'2=0,保护装置不动作。而当保护区内发生短路故障时，IT=/I'2,流过继电器的差

电流10不再是零，继电器将会动作，使断路器跳开，起到保护作用。

对于三绕组变压器，实现差动保护的原则与双绕组的一样。变压器三侧都装设有电流互感器。

由于变压器本身的一些特点，必须解决以下几个问题，才使得变压器的差动保护不会误动:

(1)变压器的励磁涌流；

(2)由于变压器接线组别不同，而引起的电流互感器二次电流的相角差；

(3)由于两个电流互感器的变比和特性差异而引起的不平衡电流；

(4)由于运行中变压器分接头的改变而引起的不平衡电流等：

以上几个问题，均已在差动保护装置中采取不同的措施加以解决。由于变压器差劲保护具

有动作迅速，选择性好且与系统的运行方式及其它元件保护装置的定值无关等优点，它在电力

系统中得到了广泛的应用.

12、试述电容器差动保护的原理。

答：

对于总容量较大的电容器组，除了装设相间短路保护之外，还要求装设电容器内部元件保

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护。电容器的差动保护可做为内部元件保护，一般用于双三角形接线的电容器组，原理接线图

如图所示。

正常运行时，由于电容器组两臂的容量是相等的，所以IA1=IA2；IB1=IB2；IC1=IC2,继

电器DL中只有电流互感器的不平衡电流流过，继电器不动作。当任一台电容器发生故障时，故

障臂的电流增大，电流互感器二次产生了很大的差电流，当达到整定值时，继电器动作，断路

器跳闸将故障切除并发出信号。

差动保护的定值，一般按电容器全部元件的50~70%发生故障的情况来整定，并且应大于最

大不平衡电流的1.5倍。图略

13、差动保护对电流互感器的特性有什么要求？如何满足要求？

答：

图表示送电线路纵联差动保护的原理图，电流继电器DL接在线路两端电流互感器LH1及

LH2的差动回路中。差动保护要求电流互感器的特性应能满足一定的条件，即在正常情况及被

保护线路外部短路时，流过LH1和LII2二次线圈的电流在数值上和相位上均相同，没有差电流

流入继电器。但实际上，由于线路两端的电流互感器的特性不可能完全相同，励磁电流便不一

样。一、二次电流的关系曲线I2=f（Il）也不相同，如图所示，两个电流互感器二次电流不相等,

将在电流继电器DL中流过不平衡甩流10,由于铁芯饱和作用，10将随一次电流的增另而增大。

图中loe和lod分别表示一次电流等于额定电流lie和短路电流lid时的差电流。从印中可以

看出，一次电流越大时，差电流也越大。

为了减少不平衡电流，就必须改进电流互感器的结构，如铁芯中留有空气隙以便在通过很

大的短路电流时，铁芯不致发生饱和，

在同样的一次短路电流的作用下，在选用的铁芯材料上，也要求供差动用的电流互感器采

用耗小的特种硅钢片，并加在铁芯截面。供差动保护用的电流互感器的准确度次应选用“D”级。

14、试述瓦斯保护的动作原理及其反事故措施。

答：

瓦斯保护是一种非常灵敏的变压器内部故障保护装置。它主要由位于变压器器身与油枕之

间的瓦斯继电器等构成。瓦斯保护的保护范围是变压器内部相间短路，层间或匝间短路，油面

下降以及分接开关接触不良等故障。按照规定，对800KVA及以上的电力变压器和400KVA及以

上的车间电力变压器均应装设瓦斯保护。

当变压器内部发生轻微故障时，由于瓦斯气体的作用，使瓦斯继电器的触点接通，通过继

电器发生轻瓦斯信号。当变压器内部发生严重故障时，产生的大量瓦斯气体将猛烈冲击瓦斯继

电器的下部挡板，使下触点接通，通过继电器发出重瓦斯信号并作用于断路器跳闸。为保证在

瓦斯继电器瞬时动作后可靠跳闸，中间继电器应采用自保持接线。瓦斯继电器虽然灵敏度高，

动作迅速，但它也有运行不稳定，有时会发生误动作等跳点，因此应采用下列反事故措施：

（1）将瓦斯继电器的下浮筒改为档板式，触点改为立式，可以提高重瓦斯动作的可靠性；

（2）瓦斯继电器的引出线，应采用耐油绝缘线；

（3）瓦斯继电器的引出线和通往室内的二次电流，应经过接线箱。在箱内端子排

处的连接，引线接下面，电缆接上面，以防电缆绝缘被油侵蚀。引线排列应使重瓦斯跳闸端子

与正电源端子隔开；

（4）瓦斯继电器的端盖部分及电缆接线端子箱，应采取防雨措施；

（5）应对新投入的瓦斯继电器的浮筒做密封试验，运行中应做定期试验。

15、变压器保护回路的出口中间继电器为什么要有自保持回路？

答：

当变压器发生内部故障时，保护回路中的继电器触点往往由于故障的不稳定而发生抖动或

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时断现象。尤其