电力系统继电保护课后习题解析(第二版)_张保会_尹项根主编(实用版)

电力系统继电保护课后习题答案

1 绪论

1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?

答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。

1.3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么? 答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

1.4 依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗？

答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。

单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障，因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差别不大。所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动作，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。

1.6 如图1-1所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器？ 答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。因为母线保护和线路保护的保护区必须重叠，使得任意点的故障都处于保护区内。

母线线路

图1-1 电流互感器选用示意图

1.9 从对继电器的“四性“要求及其间的矛盾，阐述继电保护工作即是理论性很强，又是工程实践性很强的工作。

答：继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性四项要求之间即矛盾又统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行

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TA1TA2.

的。

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电力系统继电保护即是一门理论性很强，又是工程实践性很强的学科。首先继电保护工作者要掌握电力系统、电气设备的基本原理、运行特性和分析方法，特别要掌握电力系统故障时的电气量变化的规律和分析方法，通过寻求电力系统的不同运行状态下电气量变化的特点和差异来

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“甄别“故障或不正常状态的原理和方法，应用不同的原理和判据实现继电保护的基本方法，所以需要很强的理论性。

由于被保护的电力系统及其相关的电气设备千差万别，故障时电气量的变化受多种因素的影响和制约，因此任何一种继电保护原理或装置都不可能不加调整地应用于不同的电气设备或系统，而应根据实际工程中设备、系统的现状与参数，对其继电保护做出必要的调整。相同原理的保护装置在应用于电力系统不同位置的元件上时，可能有不同的配置和配合；相同的电力元件在电力系统不同位置安装时，可能配置不同的继电保护，这些均需要根据电力系统的工程实际，具体问题具体分析，所以继电保护又具有很强的工程实践性。

2电流的电网保护

2.5 说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性？

答：电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作范围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。

电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围内的故障由速断保护快速切除，速断范围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0.3~0.6s的延时才能动作。速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。 2.7 如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为：

E115/3kV，XG115 、XG210，XG310，L1L260km，L340km，线路阻抗0.4/km，Krel=1.2 LBC50km，LCD30km，LDE20m，

ⅠⅢ、KⅡrel=Krel=1.15 ，

IBC.max300A，ICD.max200A， IDE.max150A，Kss=1.5、Kre=0.85。试求：

（1）发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运行，请确

定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。

（2）整定保护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小保护范围。

（3）整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要求（Ksen1.2） （4）整定保护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E的过电流保护动作时限为0.5s，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵敏度。

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G1A98L1BCD21EG27L263G35L34

图2-2 简单电网示意图

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XBC=0.4×50=20，XCD=0.4XL3=0.4×40=16，解：由已知可得XL1=XL2=0.4×60=24，

×30， XDE=0.4×20=8

（1）经分析可知，最大运行方式及阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路L1~L3全部运

行，由题意G1，G2连接在同一母线上，则

Xs.min=（XG1||XG2+XL1||XL2）||(XG3+XL3)=(6+12)||(10+16)=10.6 同理，最小运行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1运行，相应地有Xs.max=XG1+XL1=39

BEC320212D18EXs.min10.6图2-3 等值电路

（2）对于保护1，其等值电路图如图2-3所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护1 的最大短路电流为Ik.E.maxEXs.minXBCXCDXDE115/31.312kA

10.620128Ⅰ相应的速断定值为IⅠset.1=Krel×Ik.E.max=1.2×1.312=1.57kA

3E13EⅠ2最小保护范围计算公式为Iset= Lmin=ⅠZs.max=-85.9km

2Zs.maxZ1Lmin0.4Iset即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。 对于保护2等值电路如图2-3所示，母线D在最大运行方式下发生三相短路流过保护2 的最

E大电流 Ik.D.max==1.558kA

Xs.minXBCXCDⅠ相应的速断定值为 IⅠset.2=Krel×Ik.D.max=1.2×1.558=1.87kA

3E12最小保护范围为 Lmin=ⅡZs.max=-70.6km Iset.20.4即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。 对于保护3等值电路如图2-3所示，母线C在最大运行方式下发生三相短路流过保护3 的最

E大电流 Ik.C.max==2.17kA

Xs.minXBCⅠ相应的速断定值为 IⅠset.3=Krel×Ik.C.max=1.2×2.17=2.603kA

3E12最小保护范围为 Lmin=ⅡZs.max=-42.3km

0.4Iset.3精品

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即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行发生下可能没有保护区。

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ⅡⅠ（3）整定保护2的限时电流速断定值为 IⅡset=KsetIset.1=1.15×1.57=1.806kA

线路末段（即D处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为

3E=0.8098kA

2Xs.maxXBCXCDIk.D.min所以保护2处的灵敏系数 KⅡ==0.4484 即不满足Ksen1.2的要求。 setIⅡsetⅡⅠ同理，保护3的限时电流速断定值为 IⅡset.3=KrelIset.2=1.15×1.87=2.151kA

Ik.D.max=

线路末段（即C处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为

3E=0.97kA

2Xs.maxXBCIk.C.min所以保护3处的灵敏系数 KⅡ==0.4531 即不满足Ksen1.2的要求。 set.3ⅡIset.3可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断保护的灵敏度都远不能满足要求。

Ik.C.max=

'ⅢIreKrelKssIL.max（4）过电流整定值计算公式为 I==

KreKreⅢsetⅢKrelKssIDE.max所以有 I==304.5A

KreⅢⅢ同理得 Iset.2=406A Iset.3=609A

Ⅲset.1在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的计算公式为 Ik.min=所以有 IE.min=727.8A ID.min=809.8A IC.min=974.51A 所以由灵敏度公式 Ksen=

ⅢKset.1=

3E 2Zs.maxZLIk.min可知，保护1作为近后备的灵敏度为 ⅢIsetIE.min=2.391.5 满足近后备保护灵敏度的要求； ⅢIset.1IE.minⅢ保护2作为远后备的灵敏度为 Kset==1.791.2满足最为远后备保护灵敏度的要求； .2ⅢIset.2IE.minⅢ保护3作为远后备的灵敏度为 Kset==1.331.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。 .3ⅢIset.3ⅢⅢ保护的动作时间为 t1Ⅲ=0.5+0.5=1s t2=t1Ⅲ+0.5=1.5s t3Ⅲ=t2+0.5=2s 2.11在双侧电源供电的网络中，方向性电流保护利用了短路时电气量的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题？

答：在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。方向性电流保护利用短路时功率方向的特征，当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。反之，不允许保护动作。用短路时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。

2.24 小结下列电流保护的基本原理、使用网络并阐述其优缺点：

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（1）相间短路的三段式电流保护；

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（2）方向性电流保护； （3）零序电流保护；

（4）方向性零序电流保护；

（5）中性点非直接接地系统中的电流电压保护。 答：（1）相间保护的三段式保护：利用短路故障时电流显著增大的故障特征形成判据构成保护。其中速断保护按照躲开本线路末端最大短路电流整定，保护本线路的部分；限时速度按保护按躲开下级速度按保护末端短路整定，保护本线路全长；速断和限时速断的联合工作，保护本线路短路被快速、灵敏切除。过电流保护躲开最大负荷电流作为本线路和相邻线路短路时的后备保护。

主要优点是简单可靠，并且在一般情况下也能满足快速切出故障的要求，因此在电网中特别是在35KV及以下电压等级的网络中获得了广泛的应用。

缺点是它的灵敏度受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响。灵敏系数和保护范围往往不能满足要求，难以应用于更高等级的复杂网路。

（2）方向性电流保护：及利用故障是电流复制变大的特征，有利用电流与电压间相角的特征，在短路故障的流动方向正是保护应该动作的方向，并且流动幅值大于整定幅值时，保护动作跳闸。适用于多断电源网络。

优点：多数情况下保证了保护动作的选择性、灵敏性和速动性要求。

缺点：应用方向元件是接线复杂、投资增加，同时保护安装地点附近正方向发生是你想短路时，由于母线电压降低至零，方向元件失去判断的依据，保护装置据动，出现电压死区。 （3）零序电流保护：正常运行的三相对称，没有零序电流，在中性点直接接地电网中，发生接地故障时，会有很大的零序电流。故障特征明显，利用这一特征可以构成零序电流保护。适用网络与110KV及以上电压等级的网络。

优点：保护简单，经济，可靠；整定值一般较低，灵敏度较高；受系统运行方式变化的影响较小；系统发生震荡、短时过负荷是不受影响；没有电压死区。

缺点：对于短路线路或运行方式变化较大的情况，保护往往不能满足系统运行方式变化的要求。随着相重合闸的广泛应用，在单项跳开期间系统中可能有较大的零序电流，保护会受较大影响。自耦变压器的使用使保护整定配合复杂化。

（4）方向性零序电流保护：在双侧或单侧的电源的网络中，电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。利用正方向和反方向故障时，零序功率的差别，使用功率方向元件闭锁可能误动作的保护，从而形成方向性零序保护。

优点：避免了不加方向元件，保护可能的误动作。其余的优点同零序电流保护。 缺点：同零序电流保护，接线较复杂。

（5）中性点非直接接地系统中的电流电压保护：在中性点非直接接地系统中，保护相间短路的电流、电压保护与中性点直接接地系统是完全相同的。仅有单相接地时二者有差别，中性点直接接地系统中单相接地形成了短路，有短路电流流过，保护应快速跳闸，除反应相电流幅值的电流保护外，还可以采用专门的零序保护。而在中性点非直接接地系统中单相接地时，没有形成短路，无大的短路电流流过，属于不正常运行，可以发出信号并指出接地所在

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的线路，以便尽快修复。当有单相接地时全系统出现等于相电压的零序电压，采用零序电压保护报告有单相接地发生，由于没有大短路电流流过故障线路这个明显特征，而甄别接地发生在哪条线路上则困难得多。一般需要专门的

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“单相接地选线装置”，装置依据接地与非接地线路基波零序电流大小、方向以及高次谐波特征的差异，选出接地线路。

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3 电网距离保护

3.1距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成的？

答：电力系统正常运行时，保护安装处的电压接近额定电压，电流为正常负荷电流，电压与电流的比值为负荷阻抗，其值较大，阻抗角为功率因数角，数值较小；电力系统发生短路时，保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，电压与电流的比值变为保护安装处与短路点之间一段线路的短路阻抗，其值较小，阻抗角为输电线路的阻抗角，数值较大，距离保护就是利用了正常运行与短路时电压和电流的比值，即测量阻抗之间的差异构成的。

jXZk2Zset1Zk1ZLR

OZk33.2什么是保护安装处的负荷阻抗、短路阻抗、系统等值阻抗？ 答：负荷阻抗是指在电力系统正常运行时，保护安装处的电压（近似为额定电压）与电流（负荷电流）的比值。因为电力系统正常运行时电压较高、电流较小、功率因数较高（即电压与电流之间的相位差较小），负荷阻抗的特点是量值较大，在阻抗复平面上与R轴之间的夹角较小。

短路阻抗是指在电力系统发生短路时保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，此时测量电压与测量电流的比值就是短路阻抗。短路阻抗即保护安装处与短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角交大。

系统等值阻抗：在单个电源供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处与背侧电源点之间电力元件的阻抗和；在由多个电源点供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处断路器断开的情况下，其所连接母线处的戴维南等值阻抗，即系统等值电动势与母线处短路电流的比值，一般通过等值、简化的方法求出。

3.3 什么是故障环路？相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么？ 答：在电力系统发生故障时，故障电流流过的通路称为故障环路。

相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差异是：接地短路的故障环路为“相-地”故障环路，即短路电流在故障相与大地之间流通；对于相间短路，故障环路为“相-相”故障环路，即短路电流仅在故障相之间流通，不流向大地。

3.4 构成距离保护为什么必须用故障环上的电流、电压作为测量电压和电流？

答：在三相系统中，任何一项的测量电压与测量电流值比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环路上的测量电压、电流之间才能满足关系UmImZmImZkIZ1Lk，即由它们算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反应故障点到保护安装处之间的距离。用非故障环上的测量电压与电流虽然也能算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关系，不

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能正确的反应故障距离，虽然不能构成距离保护。

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3.6在本线路上发生金属性短路，测量阻抗为什么能够正确反应故障的距离？

答：电力系统发生金属性短路时，在保护安装处所测量Um降低，Im增大，它们的比值Zm变为短路点与保护安装处之间短路阻抗Zk;对于具有均匀参数的输电线路来说，Zk与短路距离Lk成正比关系，即Zm=Zk=Z1Lk(Z1=R1+jX1,为单位长度线路的复阻抗)，所以能够正确反应故障的距离。

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3.9 画图并解释偏移特性阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗和动作阻抗的含义。 答：偏移特性阻抗继电器的动作特性如图3—3所示，各电气量标于图中。

测量阻抗Zm就是保护安装处测量电压U与测量电流Im之间的比值，系统不同的的运行状态下（正常、震荡、不同位置故障等），测量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。在断路故障情况下，由故障环上的测量电压、电流算出测量阻抗能够正确的反应故障点到保护安装处的距离。

对于偏移特性的阻抗继电器而言，整定阻抗有两个，即正方向整定阻抗Zset1和反方向整定阻抗Zset2，它们均是根据被保护电力系统的具体情况而设定的常数，不随故障情况的变化而变化。一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。

动作阻抗：是阻抗元件处于临界动作状态对应的测量阻抗，从原点到边界圆上的矢量连线称为动作阻抗，通常用Zop来表示。对于具有偏移特性的阻抗继电器来说，动作阻抗并不是一个常数，二是随着测量阻抗的阻抗角不同而不同。

jX••ZsetZmOZset2ZopR图3-3 偏移阻抗特性圆

3.11导出具有偏移圆特性的阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程。

答：如图3—4所示偏移阻抗特性圆，在阻抗复平面上，以Zset1与Zset2末端的连线为直径作

11出的圆就是偏移特性圆，圆心为(Zset1Zset2)，半径为(Zset1Zset2)测量阻抗Zm落在圆内

22或圆周上时，Zm末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径，而当测量阻抗Zm落在圆外时，Zm末端到圆心的距离一定大于圆的半径，所以绝对值比较动作方程可以表示为

11Zm(Zset1Zset2)(Zset1Zset2)当阻抗落在下部分圆周的任一点上时，有

22ZZmZZmargset90当阻抗落在左上部分圆周的任一点上时，有argset190当阻抗落

ZmZset2ZmZset2ZZm90所有阻抗继电器的相位比较动作方程为在圆内的任一点时，有90argset1ZmZset2ZZm90argset190ZmZset2精品

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jXZset1ZmZset1Zset1ZmZmZmZset2ZmOZmZset2RZset2图3-4 偏移阻抗特性圆

3.13 特性经过原点的方向阻抗继电器有什么优点和缺点？画出相间距离和接地距离继电器绝对值比较动作回路、相位比较动作回路的交流接线图。

答：特性经过原点的方向继电器的优点是阻抗元件本身具有方向性，只在正向区内故障时动作，反方向短路时不会动作。其主要缺点是动作特性经过坐标原点，在正向出口或反向出口短路时，测量阻抗Zm的阻抗值都很小，都会落在坐标原点附近，正好处于阻抗元件临界动作的边沿上，有可能出现正向出口短路时拒动或反向出口短路时误动的情况。 方向阻抗继电器绝对值比较动作回路、相位比较动作回路的交流接线图分别如图3—5和图3—6所示（以圆特性的方向阻抗元件为例）。

TARUR•1K1Im2TARURUA••12K1Im•TVT•KUUm•UB•绝对值比较回路•K1Im•UC•TVT••KUUm•KUUm•UD•相位比较回路

3.28 什么是距离保护的稳态超越？克服稳态超越影响的措施有哪些？

答：稳态超越是指在区外故障期间测量阻抗稳定地落入动作区的动作现象。见图3-16（a），A处的总测量阻抗可能会因下级线路出口处过渡电阻的影响而减小，严重情况下，可能会使测量阻抗落入其Ⅰ段范围内，造成其Ⅰ段误动作。这种因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小，进一步引起保护误动作的现象，称为距离保护的稳态超越。

克服稳态超越影响的措施是:采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件。

4 输电线路纵联保护

4.1纵联保护依据的最基本原理是什么？

答：纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类，它是利用线路两端电气量在故障

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与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来，使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量，而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。通过对线路两侧电气量的比较和判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路短路的目的。

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纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障，当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时，判断为区内故障，保护立即动作跳闸；当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时，就判断为区外故障，两侧的保护都不跳闸。

纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障，在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下，区外故障时线路两侧电流大小相等，相位相反，其相量和或瞬时值之和都等于零；而在区内故障时，两侧电流相位基本一致，其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流，量值很大。所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和，就可以区分区内故障与区外故障，区内故障时无需任何延时，立即跳闸；区外故障，可靠闭锁两侧保护，使之均不动作跳闸。 4.2纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？

答：纵联保护与阶段式保护的根本差别在于，阶段式保护仅检测、反应保护安装处一端的电气量，其无延时的速动段（即第Ⅰ段）不能保护全长，只能保护线路的一部分，另一部分则需要依靠带有一定延时的第Ⅱ段来保护；而纵联保护通过通信联系，同时反应被保护线路两端的电气量，无需延时配合就能够区分出区内故障与区外故障，因而可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。

4.5通道传输的信号种类、通道的工作方式有哪些？

答：在纵联比较式保护中，通道中传送的信号有三类，即闭锁信号、允许信号和跳闸信号。在纵联电流差动保护中，通道中传送的是线路两端电流的信息，可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值，也可以是采样得到的离散值。在纵联电流相位差动保护中，通道中传送的是表示两端电流瞬时值为正（或负）的相位信息，例如，瞬时值为正半周时有高频信息，瞬时值为负半周时无高频信息，检测线路上有高频信息的时间，可以比较线路两端电流的相位。不同的通道有不同的工作方式，对于载波通道而言，有三种工作方式，即正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。对于光纤及微波通道，取决于具体的通信协议形式。

4.20什么是闭锁角，由什么决定其大小，为什么保护必须考虑闭锁角，闭锁角的大小对保护有何影响？

5.12什么是重合闸前加速保护？

答：所谓前加速就是当线路第一次故障时，靠近电源端保护无选择性动作，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，再有选择性的切除故障。 5.13什么是重合闸后加速保护？

答：所谓后加速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，而与第一次动作是否带有时限无关。

6.1变压器可能发生哪些故障和不正常运行状态？它们与线路相比有何异同？

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答：变压器故障可以分为油箱外和油箱内两种故障，油箱外得故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。

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变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起的冷却能力下降等。此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。

油箱外故障与线路的故障基本相同，都包括单相接地故障、两相接地故障、两相不接地故障和三相故障几种形式，故障时也都会出现电压降低、电流增大等现象。油箱内故障要比线路故障复杂，除了包括相间故障和接地故障外，还包括匝间故障、铁芯故障等，电气量变化的特点也较为复杂。

6.3关于变压器纵差保护中的不平衡电流与差动电流在概念上有何区别与联系？引起差动电流的原因。

答：差动电流指被保护设备内部故障时，构成差动保护的各电流互感器的二次电流之和（各电流互感器的参考方向均指向被保护设备时）。不平衡电流指在正常及外部故障情况下，由于测量误差或者变压器结构、参数引起的流过差动回路电流。

6.11对比变压器过电流保护和线路过电流保护的整定原则的区别在哪里？

答：线路的过电流保护为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的启动电流必须大于该线路上出现的最大负荷电流I L.max；同时还必须考虑到外部故障切除后电压恢复，负荷自启动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自启动电流，一般考虑后一种情况整定。

变压器过电流保护：(1)对并列运行的变压器，应考虑切除一台最大容量变压器时，在其他变压器中出现的过负荷。当各台变压器容量相同时，按负荷在剩余的变压器中平均分配计算，有I L.max=(n/n-1)I N 式中，n为并列运行变压器的可能最少台数；I N为每台变压器的额定电流。(2)对降压变压器，应考虑电动机自启动时的最大电流，即I`L.max=KssI`L.max 式中，I`L.max为正常时的最大负荷电流（一般为变压器的额定电流）；Kss为综合负荷的自启动系数。对于110KV的降压变电所，低压6~10KV侧取Kss=1.5~2.5；中压35KV侧取Kss=1.5~2。

按上述原则整定时，有可能会出现灵敏度不足的情况，这时通常需要配置低压启动的过流保护或复合电压启动时的过电流保护。

6.12与低电压启动的过电流保护相比，复合电压启动的过电流保护为什么能够提高灵敏度？ 答：复合电压启动时的过电流保护将原来的三个低电压继电器改由一个负序过电压继电器U2〉（电压继电器接于负序电压滤过器上）和一个接于线电压上的低电压继电器U〈组成。由于发生各种不对称故障时，都能出现负序电压，故负序过电压继电器U2〉作为不对称故障的电压保护，而低电压继电器U〈则作为三相短路故障时的电压保护。过电流继电器和低电压继电器的整定原则与低电压启动过电流保护相同。负序过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的负序滤过器出现的最大不平衡电压来整定，通常取U2.set=（0.06~0.12）U N该定值较小，使负序电压继电器动作的灵敏度远大于低电压继电器，所以，复合电压启动过电流保护在不对称故障时电压继电器的灵敏度高。 6.13三绕组变压器相间后备保护的配置原则是什么？

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答：三绕组变压器的相间短路的后备保护在作为相邻元件的后备时，应该有选择性地只跳开近故障点一侧的断路器，保证另外两侧继续运行，尽可能的缩小故障影响范围；而作为变压器内部故障的后备时，应该都跳开三侧断路器，使变压器退出运行。 6.14零序电流保护为什么在各段中均设两个时限？

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答：在变压器零序电流保护中，要考虑缩小故障影响范围的问题。每段零序电流可设两个时限，并以较短的时限动作于缩小故障影响范围（跳母联等），以较长的时限断开变压器各侧断路器。

7.3写出发电机标积制动和比率制动差动原理得表达式。图Page198、Page199 (1)标积制动。

令差动电流为Id= | I`1+I`2 |

制动电流为Ires=²√ | I`1I`2cos(180°-θ)| 当cos(180°-θ)大于等于0 0 当cos(180°-θ)小于0 则标积制动的纵差保护的动作判据为（Id≥KsIres）∩（Id≥Idmin) 式中，Ks为标积制动系数，θ为I`1和I`2的夹角。 (2)比率制动。

令差动电流为Id= I`1+I`2 制动电流为Ires=|(I`1-I`2)/2|

则比率制动式纵差保护的动作方程为

Id＞K(Ires-Ires.min)+Id.min，当Ires＞Ires.mim Id＞Id.min，当Ires≤Ires.min

式中，Ires.min成为拐点电流；Id.min为启动电流；K为制动线斜率.

7.4发电机的完全差动保护为何不反应匝间短路故障，变压器差动保护能反应吗？

答；发电机的完全差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流I1和I2，在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍然相等，保护将不能够动作。变压器匝间短路时，相当于增加了绕组的个数，并改变了变压器的变比，此时变压器两侧电流不再相等，流入差动继电器的电流将不在为零，所以变压器纵差动保护能反应绕组的匝间短路故障。 8.2试述判别母线故障的基本方法。

答：(1)全电流差动原理判别母线故障。在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或表示为∑Ipi=0；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，按基尔霍夫电流定律，有∑Ipi=Ik(短路点的总电流)。

(2)电流相位差动原理判别母线故障。如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，则至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流是接近同相位的。 8.6简述何谓断路器失灵保护。

答：所谓断路器失灵保护，是指当故障线路的继电保护动作发出跳闸脉冲，但其断路器拒绝跳闸时，能够以较短的时限切除与其接在同一条母线上的其他断路器，以实现快速后备同时又使停电范围为最小的一种后备保护。

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