电力系统继电保护考试

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。

1.4 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。

1.5依据电力元件两端电气量在正常工作和短路状态下的差异，可以构成哪些原理的保护？ 答：利用电力元件两端电流的差别，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相位的差别可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差别，可以构成纵联方向比较式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差别，可以构成纵联距离保护。

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。

线路

TA1TA2

母线

图1-1 电流互感器选用示意图

1.8后备保护的作用是什么？阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。

答：后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动来切除故障。

远后备保护的优点是：保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围，它能解决远后备保护范围内所有故障元件由任何原因造成的不能切除问题。 远后备保护的缺点是：（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；（2）动作将切除所有上级电源测的断路器，造成事故扩大；（3）在高压电网中难以满足灵敏度的要求。 近后备保护的优点是：（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动作；（2）动作时只能切除主保护要跳开的断路器，不造成事故的扩大；（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。

近后备保护的缺点是：变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。

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：

115/E ?=，115G X =Ω 、210G X =Ω，310G X =Ω，1260L L km ==，340L km =，50B C L km -=，30C D L km -=，20D E L m -=，

线路阻抗0.4/km Ω，rel K Ⅰ

=1.2 、rel K Ⅱ

=rel K Ⅲ

=1.15 ，.max 300B C I A -=，.max 200C D I A -=， .max 150D E I A -=，ss K =1.5、re K =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（sen K ≥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。

图2-2 简单电网示意图

解：由已知可得1L X =2L X =0.4×60=24Ω，3L X =0.4×40=16Ω，BC X =0.4×50=20Ω，CD X =0.4×30Ω，DE X =0.4×20=8Ω

（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

.min s X =（1G X ||2G X +1L X ||2L X ）||(3G X +3L X )=(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

.max s X =1G X +1L X

=39

B

C

D

E

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

..max .min 115/ 1.31210.6

20128

k E s BC CD DE

E

I kA X X X X =

=

=++

+++

相应的速断定值为.1set I Ⅰ=rel K Ⅰ

×..max k E I =1.2×1.312=1.57kA 最小保护范围计算公式为set I Ⅰ=2.max 1min s E Z Z L +min L =.max 120.4s set E Z I ??

? ?-? ?

???

Ⅰ=-85.9km

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

最大电流 ..max k D I =

.min

s BC CD

E

X X X ++=1.558kA

相应的速断定值为 .2set I Ⅰ=rel K Ⅰ

×..max k D I =1.2×1.558=1.87kA

最小保护范围为 min L

=.max .2120.4s set E Z I ??

? ?-? ? ???

Ⅱ=-70.6km 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

最大电流 ..max k C I =.min s BC

E

X X +=2.17kA

相应的速断定值为 .3set I Ⅰ=rel K Ⅰ

×..max k C I =1.2×2.17=2.603kA

最小保护范围为 min L

=.max .3120.4s set E Z I ??

? ?-? ? ???

Ⅱ=-42.3km 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。

（3）整定保护2的限时电流速断定值为 set I Ⅱ=set K Ⅱ.1set I Ⅰ

=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

..max k D I

.max s BC CD

=0.8098kA

所以保护2处的灵敏系数 set

K Ⅱ=..min

k D set

I I Ⅱ=0.4484 即不满足sen K ≥1.2的要求。 同理，保护3的限时电流速断定值为 .3set I Ⅱ=rel K Ⅱ.2set I Ⅰ

=1.15×1.87=2.151kA

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

..max k C I

.max s BC

所以保护3处的灵敏系数 .3

set K Ⅱ=..min

.3

k C set I I Ⅱ=0.4531即不满足sen K ≥1.2的要求。 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。

（4）过电流整定值计算公式为 set I Ⅲ

='re re I K =.max rel ss L re

K K I K Ⅲ

所以有 .1

set I Ⅲ

=.max

rel ss D E re

K K I K -Ⅲ

=304.5A

同理得 .2set I Ⅲ=406A .3set I Ⅲ

=609A

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 .min k I

.max s L

所以有 .min E I =727.8A .min D I =809.8A .min C I =974.51A

所以由灵敏度公式 sen K =

.min

k set

I I Ⅲ

可知，保护1作为近后备的灵敏度为 .1set K Ⅲ=

.min

.1

E set I I Ⅲ

=2.39≥1.5 满足近后备保护灵敏度的要求； 保护2作为远后备的灵敏度为 .2set K Ⅲ

=.min .2E set I I Ⅲ

=1.79≥1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求； 保护3作为远后备的灵敏度为 .3set K Ⅲ

=.min .3E set I I Ⅲ

=1.33≥1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。 保护的动作时间为 1t Ⅲ=0.5+0.5=1s 2t Ⅲ=1t Ⅲ+0.5=1.5s 3t Ⅲ=2t Ⅲ

+0.5=2s

2.8 当图2.56中保护1 的出口处在系统最小运行方式下发生两相短路，保护按照题2.7配置和整定时，试问

（1）共有哪些保护元件启动？

（2）所有保护工作正常，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？

（3）若保护1 的电流速断保护拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？ （4）若保护1 的断路器拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？ 答: （1） 由题2.7的分析，保护1出口处（即母线D 处）短路时的最小短路电流为0.8098kA ，在量值上小于所有电流速断保护和限时电流速断保护的整定值，所以所有这些保护都不会启动；该量值大于1、2、3处过电流保护的定值，所以三处过电流保护均会启动。 （2）所有保护均正常的情况下，应有1处的过电流以1s 的延时切除故障。

（3）分析表明，按照本题给定的参数，1处的速断保护肯定不会动作，2处的限时电流速断保护也不会动作，只能靠1处的过电流保护动作，延时1s 跳闸；若断路器拒动，则应由2处的过电流保护以1.5s 的延时跳开2处的断路器。

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。

2.12功率方向判别元件实质上是在判别什么？为什么会存在“死区”？什么时候要求它动作最灵敏？

答：功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位，并且根据一定关系[cos(+a)是否大于0]判别初短路功率的方向。为了进行相位比较，需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值（在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波），且有最小的动作电压和电流要求。当短路点越靠近母线时电压越小，在电压小雨最小动作电压时，就出现了电压死区。在保护正方向发生最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏。

2.19 系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系统，最大开机方式为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：115/3E ?=kV ， 1.1 2.1G G X X == 1.2 2.2G G X X ==5Ω， 1.3 2.3G G X X == 1.4 2.4G G X X ==8Ω，

1.1 1.4~T T X X =5Ω，0.10.4~T T X X =15Ω, 1.5 1.6T T X X ==15Ω,0.50.6T T X X ==20Ω，A B L -=60km ，

B C L -=40km ，线路阻抗1Z =2Z =0.4Ω/km ，0Z =1.2Ω/km ，rel K Ⅰ=1.2，rel K Ⅱ

=1.15。

图2-6 系统示意图

（1）画出所有元件全运行时的三序等值网络，并标注参数；

（2）所有元件全保护时，计算母线B 发生单相接地短路和两相接地短路时的零序电流分布； （3）分别求出保护1、4零序Ⅱ段的最大、最小分支系数； （4）分别求出保护1、4零序Ⅰ、Ⅱ段的定值，并校验灵敏度； （5）保护1、4零序Ⅰ、Ⅱ段是否需要安装方向元件；

（6）保护1处装有单相重合闸，所有元件全运行时发生系统振荡，整定保护1不灵敏Ⅰ段定值。

解：先求出线路的参数，即 AB L =60km ， 1. 2.AB AB X X ==24Ω，0.AB X =72Ω，BC L =40km ， 1. 2.BC BC X X ==16Ω,

0.BC X =48Ω，所有元件全运行是三序电压等值网络图如图2-7所示。

E ?

E ?

E ?E ?

X X

(a) 正序等值图

2.1G X 2.1T X 2.2

G X 2.2

T X 2.AB

X 2.BC X 2.5T X 2.6

T X 2.3T X 2.4

T X 2.3G X 2.4

G X A

B

C

(b) 负序等值图

0.1T X 0.2

T X 0.AB

X 0.BC X 0.5T X 0.6

T X 0.4

T X A

B

C

(c)零序等值图

图2-7 所有元件全运行时三序电压等值网络图

（2）下求出所有元件全运行时，B 母线分别发生单相接地短路和两相接地短路时的负荷序网等值图。

1）单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

1.1 1.1 1.3 1.3

1 1. 1.()||()22

G T G T AB BC X X X X Z X X ∑++=++=(24+5)||(16+6.5)=12.67Ω

故障端口负序阻抗为 21Z Z ∑∑==12.67Ω

故障端口零序阻抗为0.10.50.300.0.()||||()

222

T T T AB BC X X X

Z X X ∑=++=79.5||10||55.5=7.657Ω

则复合序网等值图如图2-8所示。

故障端口零序电流为 |0|0120115/12.6712.677.657f U I Z Z Z ∑∑∑==

++++=2.012kA 在零序网中按照零序导纳进行分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分别

为 0.100.125790.130597f I I =?

=0.194kA 0.200.018018

0.130597

f I I =?=0.278kA

画出零序电流分布图如图2-9所示.

|0|

f U

图2-8

单相接地短路复合序网等值图 图2-9 单相接地短路零序电流分布图

2) 两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即 12Z Z ∑∑==12.67Ω 0Z ∑=7.657Ω，则复合序网如图2-10所示。

2Z ∑||0Z ∑=12.677.657

12.677.675?+=4.77 故障端口正序电流为 |0|1120

||f f U I Z Z Z ∑∑∑=+=3.808kA

故障端口零序电流为 0f I =012.67

12.677.675

f I ?+=2.373kA

同样地，流过保护1、4的零序电流分别为 0.1I =0.299kA ， 0.2I =0.327kA 。

从而得到如图2-11所示的零序电流分布图。

|0|

f U

图2-10 两相接地短路复合序网等值图 图2-11 两相接地短路零序电流分布图 （3）先求出保护1的分支系数 1.b K

当BC 段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如图2-12所示。

1.b K ='12

11BCM A BM ABM ABM I I X I I X =+=+,

对于1X ，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有1max X =0.10.T AB X X +=87Ω

当两台发电机变压器组运行时1X 最小，有 1min X =

0.1

0.2

T AB X X +=79.5Ω 对于2X ，当T5,T6只有一台运行时2X 最大，2max X =20；当T5,T6两台全运行时2X 最小，

2min X =10. 因此保护1的最大分支系数 1..max b K =1max

2min

1X X +

=9.7， 最小分支系数为 1..min b K =1min

2max

1X X +

=4.975 同样的分析保护4的分支系数 4.b K 。当AB 段发生接地故障时，T5,T6YOU 助增的作用，如图2-13所示。

1.b K ='12

11BCM A BM ABM ABM I I X I I X =+=+

对于1X ，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有1max X =0.30.T BC X X +=63Ω

当两台发电机变压器组运行时1X 最小，有 1min X =0.30.2

T BC X

X +=55.5Ω

对于2X ，当T5,T6只有一台运行时2X 最大，2max X =20；当T5,T6两台全运行时2X 最小，

2min X =10. 因此保护4的最大分支系数 4..max b K =1max 2min

1X

X +=7.3，

最小分支系数为 4..min b K =1min 2max 1X

X +=3.775

图2-12 BC 段故障时变压器的助增作用 图2-13 AB 段故障时变压器的助增作用

（4）保护1整定计算 零序Ⅰ段： 根据前面的分析结果，母线B 故障流过保护1的最大零序电流为 0.1.max I =0.229kA

故Ⅰ段定值 .1set I Ⅰ=0.1.max 3rel K I ?Ⅰ=1.2×3×0.229=0.8244kA

为求保护1的零序Ⅱ段定值，应先求出保护3零序Ⅰ段定值，设在母线C 处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3 的最大零序电流，因此有

12Z Z ∑∑==（ 1.1 1.1 1. 1.2G T AB BC X X X X +++）||( 1.3 1.3

2

G T X X +)=5.68Ω

0.10.50.300.0.[()||]||222

T T T AB BC X X X

Z X X =++=6.63Ω

单相接地短路时，有 |0|012

3f f U I Z Z Z ∑∑∑=++=115/5.86 5.86 6.63++=3.69kA

从而求得流过保护3的电流为 0.3I =0.43kA

连相接地短路时，有 20||Z Z ∑∑=5.86 6.63

5.86

6.63

?+=3.06Ω

正序电流 |0|1120||f f U I Z Z Z ∑∑∑=+=7.6kA 零序电流 2

0120f f Z I I Z Z ∑∑∑=?+=3.5kA

从而求得流过保护3 的电流 0.3I =0.408kA

这样，流过保护3的最大零序电流 0.3.max I =0.43kA

保护3的零序Ⅰ段定值为 .3set I Ⅰ=0.3.max 3rel K I ?Ⅰ

=1.548kA

这样，保护1的零序Ⅱ段定值为 .1

.3

1..min

rel set set b K I I K =?ⅠⅡⅠ=1.15 1.5484.975?=0.358kA 校验灵敏度：母线B 接地短路故障流过保护1 的最小零序电流 0.1.min I ==0.194kA

灵敏系数 0.1min .1

3re set I

K I =Ⅱ

=1.626 保护4 整定计算：

零序Ⅰ段 根据前面的分析结果，母线B 故障流过保护4的最大零序电流为 0.4.max I =0.327kA

故Ⅰ段定值 .1set I Ⅰ=0.4.max 3rel K I ?Ⅰ

=1.2×3×0.327=1.18kA

为求保护4的零序Ⅱ段定值，应先求出保护2零序Ⅰ段定值，设在母线A 处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2 的最大零序电流，因此有

12Z Z ∑∑==（

1.3 1.3 1. 1.2G T AB BC X X X X +++）||( 1.1 1.1

2

G T X X +)=4.52Ω

0.30.50.100.0.[()||]||222

T T T BC AB X X X

Z X X =++=6.86Ω

单相接地短路时，有 |0|0123f f U I Z Z Z ∑∑∑=++

=115/4.52 4.52 6.68++=4.179kA

从而求得流过保护2的电流为 0.2I =0.356kA

两相接地短路时，有 20||Z Z ∑∑=4.52 6.86

4.52 6.86

?+=2.723Ω

正序电流 |0|1120||f f U I Z Z Z ∑∑∑=+=9.17kA 零序电流 2

0120f f Z I I Z Z ∑∑∑=?+=3.64kA

从而求得流过保护2的电流 0.2I =0.31kA

这样，流过保护2的最大零序电流 0.2.max I =0.356kA

保护2的零序Ⅰ段定值为 .2set I Ⅰ=0.2.max 3rel K I ?Ⅰ

=1.286kA

这样，保护4的零序Ⅱ段定值为 .4

.2

4..min

rel set set b K I I K =?ⅡⅡ

Ⅰ=1.15 1.2823.775?=0.39kA 校验灵敏度：母线B 接地短路故障流过保护4 的最小零序电流 0.4.min I ==0.278kA

灵敏系数 0.4min

.1

3re set I K I =Ⅱ

=2.14 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： （1）相间短路的三段式电流保护； （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“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。

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。

R

3.2什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

.

1

m m m m k k

U I Z I Z I Z L

????

===，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，不能正确的反应故障距离，虽然不能构成距离保护。

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。

3.7距离保护装置一般由哪几部分组成？简述各部分的作用。

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，它们的作用分述如下：

(1)启动部分：用来判别系统是否发生故障。系统正常运行时，该部分不动作；而当发生故障时，该部分能够动作。通常情况下，只有启动部分动作后，才将后续的测量、逻辑等部分投入工作。

(2)测量部分：在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。

(3)振荡闭锁部分：在电力系统发生振荡时，距离保护的测量元件有可能误动作，振荡闭锁元件的作用就是正确区分振荡和故障。在系统振荡的情况下，将保护闭锁，即使测量元件动作，也不会出口跳闸；在系统故障的情况下，开放保护，如果测量元件动作且满足其他动作条件，则发出跳闸命令，将故障设备切除。

(4)电压回路断线部分：电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。(5)配合逻辑部分：用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。

(6)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。

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m Z 就是保护安装处测量电压U ?

与测量电流m I ?

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1set Z 和反方向整定阻抗2set Z ，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op Z 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。

图3-3 偏移阻抗特性圆

3.19什么是助增电流和外汲电流？它们对阻抗继电器的工作有什么影响？

答：图3-9（a ）中母线B 上未接3I ?

分支的情况下，12I I ?

?

=,此时k 点短路时，A 处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 1211

1

AB Bk

AB Bk Ak I Z I Z U Z Z Z Z I I ??

?

?

?

+=

=

=+=

在母线B 接上3I ?

分支后，213I I I ?

?

?

=+，k 点短路时，A 处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为

1133311

1

1

1

()AB Bk

Bk Bk AB Bk Ak I Z I I Z I Z I Z U Z Z Z Z I I I I ???

?

?

?

?

?

?

?

++=

=

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=+

即在3I ?

相位与1I ?

相差不大的情况下，分支3I ?

的存在将使A 处感受到的测量阻抗变大，这种使测量阻抗变大的分支就成为助增分支，对应的电流3I ?

称为助增电流。

类似地图3-9（a ）中，在母线B 上未接3I ?

分支的情况下，12I I ?

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1

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在母线B 接上3I ?

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相差不大的情况下，分支3I ?

的存在将使A 处感受到的测量阻抗变小，这种使