河南理工大学电力系统继电保护总结

电力系统继电爱护总结

习题一绪论+电流三段式爱护

1.继电爱护的任务及基本要求是什么？（P1）基本原理是什么？（P4第一段话）

继电爱护的主要任务是：

1）自动、快速、有选择地切除故障器件，使无故障部分恢复正常运行，故障部分设施免遭毁坏。

2）发觉电气器件的不正常工作状态，依据运行维护条件动作于发信号、减负荷或跳闸。

继电爱护的基本要求：

为了使继电爱护能有效地履吁其任务，在技术上,对动作于跳闸的继电爱护应满意四个基本要求,

即选择性、速度性、灵敏性和牢靠性。

继电爱护的基本原理：

反映被爱护线路电气设施故障前故障后某些物理量的突变。为完成继电爱护的任务，首先需要正

确区分电力系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，找出电力系统被爱护范围内电气

器件（输电线路、发电机、变压器等）发生故障或不正常运行时的特征，配置完善的爱护已满意继电

爱护的要求。

2.什么是最大最小运行方式？什么时候消失最大、最小短路电流？（P47）

答：（1）系统最大运行方式：在被爱护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小，而通过爱护装置短

路电流为最大的运行方式；

系统最小运行方式：在同样短路的短路状况下，系统等值阻抗最大，而通过爱护装置短路电流为最

小的运行方式。

（2）在最大运行方式下三相短路时，通过爱护装置的短路电流为最大；而在最小运行方式下两相短

路时，则短路电流为最小。

3.何谓主爱护、后备爱护？何谓近后备、远后备？（P3）

所谓主爱护是指能以较短时限切除被爱护线路（或元件）全长上的故障的爱护装置。考虑主爱护

或断路器可能拒动而配置的爱护，称为后备爱护。当电气元件的主爱护拒动时，由本元件的另一套爱

护起后备作用，称为近后备。当主爱护或其断路器拒动时，由相邻上一元件的爱护起后备作用称为远

后备爱护。

/**主爱护：在满意系统稳定性要求的时限内切除爱护区域内故障。后备爱护：当主爱护拒动时

用以切除该故障的另一种爱护。远后备爱护：与主爱护安装位置不同的后备爱护。近后备爱护:

与主爱护同一安装位置的后各爱护。**/

4.何谓电流三段式爱护？

答：电流速断爱护（电流I段）、限时电流速断爱护（电流II段）和定时限过电流爱护（电流HI

段）都是反应电流增大而动作的爱护，它们相互协作构成一整套爱护，称作三段式电流爱护。（电流

I段与口段称为主爱护，电流匚I段称为后备爱护）

三段的区分主要在于起动电流的选择原则不同。其中速断和限时速断爱护是依据躲开某一点的最大短

路电流来整定的，而定时限过电流爱护是依据躲开最大负荷电流来整定的。

习题二零序爱护

1.零序电流一般如何获得？

采纳零序电流过淀器三相电流互感器

当中性点直接接地的电网（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，将消失很大的零序电流。零序

电流可以看成在故障点消失一个零序电源而产生的，经变压器中性点构成回路，零序电流的方向

仍规定从母线流向故隙线路为正，而对零序电压的方向是线路高于大地的电压为正。

2.何为大电流接地系统？何为小电流接地系统？各自适用的电压等级范围？

答：1）中性点直接接地：是指电力系统中变压器的中性点直接跟大地相联，当发生接地短路时，将

消失很大的零序电流，因此我们乂把它称为大电流接地系统，而在正常运行状况下它们是不存在的,

这种系统一般适应于110KV及以上的系统。

2）中性点非直接接地：是指中性点不接地或中性点经消弧线圈接地，当发生单相接地时，故障点的

电流很小，因此我们又称它为小电流接地系统，这种系统一般适应于35KV及以下的系统。

3.消弧线圈的作用是什么？通常采纳哪种补偿方式，为什么？为什么中性点经消弧线圈接地电网实

现有选择性的接地爱护较为困难？

答：作用：当中性点不接地电网中发生单相接地时，在接地点要流过全系统的对地电容电流，假如此

电流比较大，就会在接地点燃起电弧，假如在中性点接入一个电感线圈，当发生单相接地时，在接地

点就有一电感重量的电流通过，此电流和原系统中的电容电流相抵消，就可以削减流过故障点的电流,

阻挡电弧的产生。

对电容电流的补偿一般采纳过补偿的方式，即（＞/4，补偿后的残余电流是电感性的，不行能发生

串联谐振的过电压问题。当采纳过补偿方式时，流经线路的零序电流将大于本身电容电流，而电容性

无功功率的实际方向仍旧是由母线流向线路，和非故障线路的方向一样，因此在这种状况下，无法采

用稳态功率方向的差别来判别故障线路，而且由于过补偿度不大，也很难像中性点不接地网那样，采

用零序电流大小的不同来找出故障线路。因此中性点经消弧线圈接地电网实现有选择性的接地爱护较

为困难

4.零序电流的分布主要取决于哪些因素？与哪些因素无关？

答：零序电流的分布主要取决于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数

目和位置无关。

5.试述中性点非直接接地系统爱护的特点。

答：中性点非直接接地又称小接地电流系统。当其发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且在

三相之间的的线电压仍保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般状况下都允许再连续运行

l-2h,而不必马上跳闸。这也是采纳中性点非直接接地运行的主要优点。但是在单相接地以后，其他

两相的对地电压要上升四倍。为了防止故障进一步扩大成两点或多点接地短路，就应准时发出信号，

以便运行人员实行措施予以消退。因此，在单相接地时，一般只要求继电爱护能有选择性地发出信号，

而不必跳闸。但当单相接地对人身和设施的平安有危急时，则应动作于跳闸。

6.在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序电压和零序电流的特点？

答：1）零序电压：故障点最高，中性点最低。

2）零序电流：又故隙零序附加电源Uko产生；从故隙点流向接地的变压器中性点（比正序和负序电流

范围小）。

7.试述我们国家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：1）直接接地（包括经小电阻接地），单相短路时无过电压，短路电流较大，爱护动作于断路器，

供电牢靠性低；适用于llOkV及以上电网。

2）非直接接地（包括不接地、经消弧线圈、大电阻接地），单相短路时有过电压，短路电流为容性短

路电流，较小，爱护一般动作于信号，可持续运行一段时间，供电牢靠性高；适用于10kV,35kV配

网；电网中性点采纳哪种接地方式主要取决于供电牢靠性和限制过电压。

习题三距离爱护

1.什么是距离爱护？其特点是什么？

答：定义：距离爱护是反应故障点至爱护安装地点之间的距离（或阻抗），并依据距离远近而推断

故障是否发生在被爱护区内的一种爱护。是反应测量阻抗降低而动作的阻抗爱护。核心部件为阻

抗继电器（或称为距离继电器/阻抗元件/距离元件）。

特点：在多电源的简单网络中能保证动作的选择性。a）优点：（1）距离爱护不但反应故障时电流

增大，同时反应故障时电压降低，较电流爱护灵敏度更高；受系统运行方式影响小。（2）比电流爱

护具有更高的选择性，在多电源简单网络中保证有选择性动作（采纳带方向的阻抗继电器）。（3）

除应用于输电线路外，还可用于发电机、变压器爱护中作为后备爱护。距离爱护是继电爱护的标

准配置之一。b）缺点：（1）距离I段只能爱护线路全长的80—85%；II段0.5s延时。（2）相比

电流爱护，距离爱护的构成、接线和算法都较简单，装置自身的牢靠性稍差。（3）距离爱护受系统

振荡、短路点过渡电阻、电压回路断线等因素的影响。

2.三段式距离爱护装置的主要组成元件（4部分）？

答：1）启动元件：启动元件的主要作用是在发生故障的瞬间启动整套爱护，并和距离元件动作后

组成与门，启动出口回路动作于跳闸，以提高爱护装置牢靠性。启动元件可由过电流继电器、低

阻抗继电器、反映负序、零序电流的继电器等构成。2）距离元件：距离元件的主要作用实际上是

测量短路点到爱护安装地点之间的阻抗（亦即距离）。一般和Z”采纳方向阻抗继电器，Zm采

纳偏移特性阻抗继电器。3）时间元件：时间元件的主要作用是依据预定的时限特性确定动作的时

限，以保证爱护动作的选择性。常规爱护一般采纳时间继电器。4）闭锁元件

距离爱护的构成:三段式（同单侧电源方向电流爱护）

主爱护：1段无时限速动爱护；II段:与相邻线路的1段或II段协作；

后备爱护：HI段:作为本线路及下级线路的后备，按躲过最小负荷阻抗整定。所用继电器为全阻抗

继电器，且一般都是带方向的。

3.距离爱护中，测量阻抗、整定阻抗、启动阻抗的区分？

答：测量阻抗劣：2比=牛由加入继电器的测量电压和测量电流计算得出。

整定阻抗Zset：取继电渊安装饰到爱护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。由线路阻抗整定计算得出。

一旦整定，基本不变。

启动阻抗Z°p：表示当继电器刚好动作时，加入继电器的测量阻抗冬。全阻抗继电器：Zop=Zset；方

向阻抗继电器：Z°p模值随以的不同而变化。

4.影响距离爱护（线路爱护）的主要因素？（6方面，教材4-3节）

答：影响因素：1）短路点的过渡电阻；

2）电力系统系统振荡（用振荡闭锁装置解决）；

3）电压互感器二次回路断线（用断线闭锁装置解决）；

4）爱尹安装处与短路点之间有分支线

5）电流互感器和电压互感器的误差；

6）在Y/△接线变压器后面发生短路；输电线路上的串联补偿电容等。

5.常用的阻抗继电器一般有哪几种？

答：阻抗继电器:计算爱护安装饰至短路点之间的测量阻抗，与整定阻抗比较，确定爱护是否动作，

是距离爱护的核心元件。全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器。

习题四纵联爱护

1.什么是纵联爱护？其适用场合？

答:输电线路的纵联爱护，就是用某种通信通道，将输电线路的两端或各端的爱护装置纵向连接起来，

将各端电气量传送到对端并加以比较，以推断故障在本线路范围之内或之外，从而打算是否切断被爱

护线路。（用某种通信手段将输电线两端的爱护装置纵向联系起来，将各端的信息传送到对策进行比

较判别，以确定故障是否在爱护范围内，可实现全线、无时限的故障切除。）适用于一些重要线路和

超高压线路

2.高频通道的工作方式有哪几类？（3个）

答：①长期发信方式-正常有高频电流，高频电流的消逝代表故障②故障启动发信方式-正常无高

频电流，消失高频电流代表故障③移频方式。

3、高频信号的主要作用？

习题六变压器爱护

1.变压器的故障类型及不正常状态？其主爱护、后备爱护主要有哪几类？

答：变压器的故障可以分为油箱外部故障和油箱内部故障两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引

出线上发生相间短路以及中性点直接接地侧的接地短路。这些故障的发生会危害电力系统的平安连续

供电。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障时产

生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量

的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。

变压器的不正常工作状态主要有：1）由于外部短路引起的过电流;2）负荷长时间超过额定容量引起的

过负荷;3）油箱漏油造成的油面降低；（油一绝缘+冷却）；4）由于外加电压过高或频率降低引起的过励

磁。电于不正常工作状态，变压器爱护也必需能够反应一一发告警信号，或延时跳闸。

主爱护：1）瓦斯爱护：优点，能发觉油箱内部全部故障，有较高灵敏性。缺点，动作时间较长，不

能反应油箱外部的故障。

2）纵差爱护或电流速断爱护：（依据变压器容量选择）主要反应绕组、套管及引出线上的相间短路，

并在肯定程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。特点，瞬时动作切除故障；变压

器差动爱护可反映变压器内部绕组相间、匝间、接地短路故障。（这些故障相当于转变了一次或二次

绕组的匝数-影响变比）。电流速断爱护用来切除变压器电源侧套管、引出线及部分绕组故障。

后备爱护：1）外部相间短路的后备爱护：过电流爱护、复合电压启动的过流爱护、负序电流爱护及

单相式低压启动的过电流爱护、阻抗爱护。

2）外部接地短路的后备爱护：零序电流爱护（若中性点接地）、零序过电压爱护、在中性点装放电间

隙加零序电流爱护。

3）过负荷爱护。4）过励磁爱护。5）他非电气量爱护。油箱内部温度、压力上升。冷却系统故障。

两种配置模式：（1）主爱护、后备爱护分开设置；（2）成套爱护装置，重要变压器双重化配置。

2.变压器纵联差动的爱护原理？（P159）

答：变压器的纵联差动爱护是基于基尔霍夫电流定律。使正常运行及外部故障时，流过差动继电

器的电流为零。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵联差动的正确的

工作，就必需适当选择两侧电流互感器的变化，使得在正常运行和外部发生故障时，两个二次电

流相等。

3.影响变压器爱护正确动作的主要因素有哪些？

答：1）变压器励磁电流产生的不平衡电流：2）变压器两侧的电流相位不同；3）电流互感器型号

不同的影响；4）电流互感器计算变比与实际变比的不同；5）变压器带负荷调整分接头的影响。

4.何为变压器的励磁涌流？其产生的不平衡电流如何防止？

答：变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中

的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁

通量，因此产生极大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流随变压器

投入时系统电压的相向，变压器铁芯的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而变化，最大涌流消失

在变压器投入时电压经过零点瞬间（该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流重量和高次谐波重

量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变

压器约为0.2秒左右。

当变压器在停电状态时，变压器铁芯内部的磁通接近或等于零，当给变压器充电时，铁芯内

产生交变磁通，这个交变磁通从零到最大叫做铁芯励磁，我们把这一过程产生的电流叫做变压器

励磁涌流，这个电流要高于变压相的额定电流，从变压潜的机械力、电动力到爱护整定都要为躲

过励磁涌流整定.

变压器的励磁电流/〃紧流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反映到差动回路中不能被

平衡。在正常运行状况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2%——10%。在外部故障时，由于

电压低，励磁电流小，它的影响就更小。但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，

可能消失数值很大的励磁电流（又称励磁涌流）。

1）由于变压器励磁涌流SU所产生的不平衡电流：实行励磁涌流闭锁措施。

2）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：防止措施，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，并适当考

虑连接方式后即可把二次电流的相位校正过来。在微机继电爱护中可用软件自动校正

其相位。

3）由于两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流：采纳电流互感器的同型系数

（am=1不平衡电流仍按式，dsq=5叱3计算。同型系数取5,不同型系数取1，

7nTA

且整定时考虑增大动作电流门槛值。

4）电流互感器的计算变比和实际变比间不同产生的不平衡：对不平衡电流进行补偿。整

定时增大动作电流门槛值。

5）由于变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流：整定时增大动作电流门槛值。

习题七发电机爱护

1.何谓横差爱护？

答：横联差动（横差）爱护：大容量发电机，因额定电流很大，其每相均由两个并联绕组组成。

正常时，两个绕组的电势相等，各担当一半的负荷电流。而当任一绕组发生匝间短路，使两绕组

的电势不等，会消失电势差而产生环流。

2.何为发电机失磁（低励）爱护？

答：发电机励磁系统的作用：1）维持发电机端的电压在给定水平上；2）在尹列运行的发电

机合理稳定安排无功功率（调差）；3）提高电力系统的稳定性（稳态、暂态和动态）。发电机失磁：

是指发电机励磁电流下降或完全消逝的故障。（励磁消逝）缘由:励磁设施中的励磁回路短路或断

路、自动灭磁开关误动、半导体励磁系统元件或回路故障、人的误操作等。

失磁判据（常用）：依据发电机失磁后机端测量阻抗z的变化轨迹来识别失磁故障。失磁后果：1）

发电机输出的电磁功率削减，转子加速，进入异步运行。2）失磁后将从系统汲取大量的感性无功，

端部发热。若系统无功充分，发电机最终可以稳定在异方状态;若系统无功缺额较大，可能引起电

压不稳定，导致系统电压崩溃，造成大面积停电。3）机组振动较大、转子过热等。为此，在发电

机上，尤其大型发电机上应装设失磁爱护，以便准时发觉失磁故障，并实行必要措施，例如，发

出信号由运行人员准时处理，自动减负荷或动作于跳闸，以保证电网和发电机的平安。

3.何为逆功率爱护？