从事继电保护设计需要哪些知识（电气设计继电保护总结笔记）

1 绪论

1．继电保护的用途有哪些？

答：（1）当电力系统中发生足以损坏设备或危及电网安全运行的故障时，继电保护使故障设备迅速脱离电网，以恢复电力系统的正常运行。

（2）当电力系统出现异常状态时，继电保护能及时发出报警信号，以便运行人员迅速处理，使之恢复正常。

2．什么是继电保护装置？

答：指反应电力系统中各电气设备发生的故障或不正常工作状态，并用于断路器跳闸或发出报警信号的自动装置。

3．继电保护快速切除故障对电力系统有哪些好处？

答：（1）提高电力系统的稳定性。

（2）电压恢复快，电动机容易自启动并迅速恢复正常，从而减少对用户的影响。

（3）减轻电气设备的损坏程度，防止故障进一步扩大。

（4）短路点易于去游离，提高重合闸的成功率。

4．什么叫继电保护装置的灵敏度？

答：保护装置的灵敏度，指在其保护范围内发生故障和不正常工作状态时，保护装置的反应能力。

5．互感器二次侧额定电流为多少？为什么统一设置？

答：5A/1A。便于二次设备的标准化、系列化。

6．电流互感器影响误差的因素？

答：（1）二次负荷阻抗的大小。

（2）铁心的材料与结构。

（3）一次电流的大小以及非周期分量的大小。

7．当电流互感器不满足10%误差要求时，可采取哪些措施？

答：（1）增大二次电缆截面。

（2）将同名相两组电流互感器二次绕组串联。

（3）改用饱和倍数较高的电流互感器。

（4）提高电流互感器变比。

8．电流互感器使用中注意事项？

答：（1）二次回路不允许开路。

（2）二次回路必须有且仅有一点接地。

（3）接入保护时须注意极性。

9．电流互感器为什么不允许二次开路运行？

答：运行中的电流互感器出现二次回路开路时，二次电流变为零，其去磁作用消失，此时一次电流将全部用于励磁，在二次绕组中感应出很高的电动势，其峰值可达几千伏，严重威胁人身和设备的安全。再者，一次绕组产生的磁化力使铁芯骤然饱和，有功损耗增大，会造成铁芯过热，甚至可能烧坏电流互感器。因此在运行中电流互感器的二次回路不允许开路。

10．继电器的概念，基本要求？

答：（1）概念：继电器是一种能自动执行断续控制的部件，具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。

（2）基本要求：工作可靠，动作过程满足“继电特性”。

11．什么是返回系数？

答：动作电流与返回电流的比值；其中返回电流小于动作电流，以保证触点不抖动。

2 电流保护

1．接地电流系统为什么不利用三相相间电流保护兼作零序电流保护，而要单独采用零序电流保护？

答：三相式星形接线的相间电流保护，虽然也能反应接地短路，但用来保护接地短路时，在定值上要躲过最大负荷电流，在动作时间上要由用户到电源方向按阶梯原则逐级递增一个时间差来配合。而专门反应接地短路的零序电流保护，不需要按此原则来整定，故其灵敏度高，动作时限短，因线路的零序阻抗比正序阻抗大的多，零序电流保护的范围长，上下级保护之间容易配合。故一般不用相间电流保护兼作零序电流保护。

2．什么叫定时限过电流保护？

答：为了实现过电流保护的动作选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原则进行整定。即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐级增大，且每套保护的动作时间是恒定的，与短路电流的大小无关。具有这种动作时限特性的过电流保护称为定时限过电流保护。

3．何谓系统的最大、最小运行方式？

答：在继电保护的整定计算中，一般都要考虑电力系统的最大最小运行方式。最大运行方式是指在被保护对象末端短路时，系统的等值阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。最小的运行方式是指在上述同样短路情况下，系统等值阻抗最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。

4．什么是感应型功率方向继电器的潜动？为什么会出现潜动？解决办法是什么？

答：当感应型功率方向继电器仅在电流线圈或电压线圈通电而产生转矩引起可动系统的转动的现象称为潜动。

只加电压不加电流时所产生的潜动称为电压潜动。

只加电流不加电压时所产生的潜动称为电流潜动。

潜动主要是由于继电器的磁系统不对称而引起的。

解决办法：调整电路参数，保证平衡。

5．相间方向电流保护中，功率方向继电器使用的内角为多少度？采用接线方式有什么优点？

答：相间功率方向继电器一般使用的内角为，采用接线具有以下优点：

(1)接入非故障相电压，各种两相短路故障都没有死区，可灵敏动作。

(2)适当选择内角α后，对线路上各种相间故障都保证动作的方向性。

(3)采用记忆回路可以消除出口短路“死区”

6．零序电流保护的整定值为什么不需要避开负荷电流？

答：零序电流保护反应的是零序电流，而在负荷电流中不包含（或很少包含）零序分量，故不必考虑避开负荷电流。

7．过电流保护的整定值为什么要考虑继电器的返回系数？而电流速断保护则不需要考虑？

答：过电流保护的动作电流是按避开最大负荷电流整定的，一般能保护相邻设备。在外部短路时，电流继电器可能起动，但在外部故障切除后（此时电流降到最大负荷电流），必须可靠返回，否则会出现误跳闸。考虑返回系数的目的，就是保证在上述情况下，保护能可靠返回。

电流速断保护的动作值，是按避开预定点的最大短路电流整定的，其整定值远大于最大负荷电流，故不存在最大负荷电流下不返回的问题。再者，瞬时电流速断保护一旦起动立即跳闸，根本不存在中途返回问题，故电流速断保护不考虑返回系数。

8．电流三段保护的概念及基本要求？

答：（1）电流速断保护：指仅反应电流增大而瞬时动作的保护，是三段式电流保护的第Ⅰ段，是电流保护的主保护。

（2）限时电流速断保护：指快速切除本线路上瞬时速断保护范围之外故障的保护，是三段式电流保护的第Ⅱ段，是电流保护的主保护，同时可以作为速断保护的后备保护。

基本要求：在任何情况能够保护线路的全长，并具有足够的灵敏度；

在下一级线路发生故障时候，首先保证由下一级线路切除故障。

（3）过电流保护：指按躲过最大负荷电流来整定的保护，是三段式电流保护的第Ⅲ段，可以作为本线路的近后备保护，还可以作相邻线路的远后备。

基本要求：正常运行时不起动； 外部故障切除之后能可靠返回。

9．电流保护的接线方式？

答：指保护中电流继电器和电流互感器之间的连接方式。常用接线方式有三相星形接线方式和两相星形接线方式

10．两种接线方式性能分析？

答：（1）各种相间短路：

相同之处：两种接线方式均能正确反应；

不同之处：动作的继电器个数不同。

（2）大接地电流系统中单相接地短路：

三相星形：可反应各相的接地短路；

两相星形：不能反应B相接地短路。

（3）Y,d11接线变压器后两相短路：

当Y,d11接线的变压器Δ侧两相短路时，在Y侧滞后相电流大小为其它两相电流的两倍；

当Y,d11接线的变压器Y侧两相短路时，在Δ侧超前相电流大小为其它两相电流的两倍。

11．对电流保护的评价？

答：（1）Ⅰ段、Ⅱ段做为主保护，Ⅲ段做为后备保护。

（2）Ⅰ段不能保护全长，保护范围不稳定。

（3）Ⅱ段可以保护全长，保护速动性差一些。

（4）Ⅲ段最灵敏，故障越靠近电源，切除时间越长。

（5）简单、可靠，单侧电源系统中选择性较好，一般可以满足速动要求。

12．方向元件与电流元件之间为按相与（按相连接）的关系：

13．功率方向继电器的基本要求？

答：（1）方向性明确，正方向故障时动作，反方向故障时不动作。

（2）接入的电压、电流尽可能大，灵敏度高，没有死区。

14．接线A相引入的基准量是什么？

答：、

15．变压器中性点接地方式的基本原则？

答：(1)发生接地故障时候不会出现危险过电压。

(2)零序网络不会因某台变压器的投退而发生较大变化。

(3)终端变压器中性点一般不接地。

(4)自耦变压器中性点必须接地。

16．零序电压的特点？

答：故障点最高，离故障点越远，越低，变压器中性点接地处 = 0。

17．零序电流的特点？

答：分布与中性点接地的多少及位置有关；大小与零序阻抗、正负序阻抗、故障前负荷情况相关。

18．零序电流保护的优点？

答：（1）受运行方式的影响小，保护范围大且相对稳定。

（2）不受系统振荡和过负荷的影响。

（3）方向性零序电流保护没有电压死区。

3 电网距离保护

1．什么是距离保护？基本工作原理是什么？

答：距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。基本工作原理是：当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若位于保护区的正方向上，且故障点到保护安装处的距离小于整定距离，说明故障发生在保护范围内，保护应立即动作，跳开相应的断路器；反之则保护不应动作。通常情况下，距离保护可以通过测量短路阻抗的方法来间接的测量和判断故障距离。

距离保护的时限特性。目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限特性， 距离Ⅰ段为无延时的速动段； Ⅱ段位带时限的速动段，固定的时延一般为0.3~0.6s；Ⅲ段时限需要与相邻下级线路的Ⅱ段或Ⅲ段保护配合，在其延时的基础上再加上一个时间级差。

5．距离保护由哪几部分构成？各部分的功能是什么？

答：距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成。

启动部分用来判别系统是否发生故障。

测量部分是距离保护的核心，在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并给出相应的信号。

振荡闭锁部分是为防止电力系统发生振荡时保护误动，要求该元件能准确判别系统振荡，并将保护闭锁。

电压回路断线部分是防止电压回路断线时保护测量电压消失而致使距离保护的测量部分出现误判断，要求该部分应该将保护闭锁。

配合逻辑部分是用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间的时限配合。

出口部分包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。

6．什么是阻抗继电器动作区域？

答：定义：正方向保护范围内短路情况下测量阻抗与整定阻抗同方向，并且其值小于整定阻抗 。

但在实际情况下，由于互感器误差、故障点过渡电阻等因素，继电器实际测量到的测量阻抗一般并不能严格地落在与整定阻抗同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。为保证区内故障情况下阻抗继电器都能可靠动作，在阻抗复平面上，其动作的范围应该是一个包括整定阻抗对应线段在内，但在整定阻抗的方向上不超过整定阻抗值的区域，如圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。当测量阻抗落在该动作区域以内时，就判断为区内故障，阻抗继电器给出动作信号；当测量阻抗落在该动作区域以外时，判断为区外故障，阻抗继电器不动作。

7．阻抗继电器的动作特性？

阻抗继电器动作区域的形状称为动作特性。例如动作区域为圆形时，称为圆特性；动作区域为四边形时，称为四边形特性。

8．圆特性阻抗继电器有什么类别？动作条件又是什么？

答：根据动作性圆在阻抗复平面上位置和大小的不同，圆特性可分为偏移圆特性、方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性等几种。

①偏移圆特性：

10．发电机失磁后，对系统和发电机本身有何不良影响？

答：（1）发电机失磁后，δ角在90°以内时，输出功率基本不变，无功功率的减少也较缓慢。但δ≥90°时，发电机将从系统吸收无功功率。

（2）若发电机正常运行时向系统送无功功率Q1失磁后，从系统吸收无功功率为Q2，则系统将出现Q1 Q2的无功差额，从而引起电压下降，当系统无功不足时，电压下降严重，有导致系统电压崩溃的危险。

（3）发电机失磁后会导致失步运行，出现转差频率f的电流，从而产生附加温升，危及转子安全。

（4）发电机失磁后，由于异步运行，定、转子都将受到较大的冲击力，又因转速较高，机组将受到很大的振动。

11．发电机失磁保护动作之后是否要立即动作停机与系统解列？

答：大型机组的励磁系统环节多，开关误动或人为过失造成低励和失磁的原因较复杂，低励和失磁后，发电机定子回路的参数不会突然发生变化，而转子回路的参数可能发生突然变化。但大机组突然跳闸会给机组本身 造成很大冲击，对电力系统也是一个扰动。所以大型发电机组在失磁后，可采用另一种措施，即监视母线电压，当电压高于允许值时，不应立即停机，而先切换励磁电源，降低原动力出力，并随即检查失磁的原因，并消除，使机组恢复正常。如是低励，应在保护动作后迅速将灭磁开关跳闸。

12．失磁保护判据的特征是什么？

答：（1）无功功率方向改变；

（2）超越静稳边界；

（3）进入异步边界。

13．大型发电机定子接地保护应满足哪几个基本要求？

答：（1）故障点电流不应超过安全电流；

（2）有100%保护区；

（3）保护区内任一点发生接地故障时，保护应有足够的灵敏度。

14．横差保护回路所流过的不平衡电流是什么原因造成的？

答：（1）发电机电动势波形畸变，在定子绕组中所产生的三次谐波电流；

（2）发电机的各相电动势不对称所产生的零序电流。

15．发电机为什么要装设负序电流保护？

答：电力系统发生不对称短路或者三相不对称运行时，发电机定子绕组中就有负序电流，这个电流在发电机气隙中产生反向磁场，相对于转子为两倍同步转速。因此在转子部件中出现倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位造成转子局部灼伤严峻时可能使护环受热松脱，使发电机造成重大损坏。另外100Hz的振动。

8 母线保护

1．谈谈母线故障类型？

答：母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80%以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电所引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。

2．谈谈装设母线保护的基本原则？

答：(1)一般说来，母线不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。但对于那些威胁电力系统稳定运行、使发电厂厂用电及重要负荷的供电电压低于允许值（一般为额定电压的60%）的母线故障，必须装设有选择性的快速母线保护。即：

①在110kv及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。

②110kv及以上的单母线，重要发电厂的35kv母线或高压侧为110kv及以上的重要变电所的35kv母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。

(2)母线差动保护的基本原则？

③正常运行或是外部故障时，电流流入的元件和电流流出的元件中电流的相位相反。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。

根据原则①、②可以构成电流差动保护，根据原则③可以构成电流比相式差动保护。

3．简单谈谈数字式普通比率制动特性母线差动保护?

答：数字式母线差动保护主要采用电流差动保护原理，目前在数字式母线差动保护中主要采用的是普通比率制动特性母线电流差动保护。由于比率制动特性母线差动保护判是建立在基尔霍夫电流定律的基础之上的，反映了各个连接元件电流的相量和，在通常情况下能保证在区外故障时具有良好的选择性，在区内故障时有较高的灵敏度，因此在数字式母线差动保护中被广泛应用。

4．为什么在高压电网中需要装设专门的断路器失灵保护？

答：由于在高电压网中，由于各电源支路的助增作用，实现其他后备方式往往有较大的困难（灵敏度不够），而且由于动作时间比较长，易造成事故范围的扩大，甚至引起系统失稳而瓦解。故电网中枢地区重要的220kv及以上主干线路，系统稳定要求必须装设全线速动保护时，通常可装设两套独立的全线速动主保护（即保护的双重化），以防保护装置的拒动；对于断路器的拒动，则专门装设断路器失灵保护。

5．装设断路器失灵保护的条件是什么？

答：装设断路器失灵保护的条件：

①相邻元件保护的远后备保护灵敏度不够时应装设断路器失灵保护。对分相操作的断路器，允许只按单相接地故障来校验其灵敏度；

②根据变电所的重要性和装设失灵保护作用的大小来决定装设断路器失灵保护。例如多母线运行的220kv及以上变电所，当失灵保护能缩小断路器拒动引起的停电范围时，就应该装设失灵保护

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