电力系统继电保护重点

知识点：

继电保护的基本要求：可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件、执行输出元件。

*过流继电器的返回系数Kre恒小于1.在实际应用中常常为最大最小运行方式.P16

*限时电流速断保护。P19

*电流保护的接线方式：三相星形接线，两相星形接线方式。P29附图

三相星形接线用在中性点直接接地系统中，作为相间短路和单相接地短路的保护。

两相星形接线在中性点直接接地系统和非直接接地系统中，被广泛用作为相间短路的保护。

功率方向继电器广泛采用的是90度接线方式。

零序电压、零序电流特点、与功率相位关系。P43-44

中性点不接地系统单相接地故障的特点P51。

电流、电压保护的主要优点是简单、经济、可靠，在35KV及以下电压等级的电网中得到了广泛的应用。

P66表3-1.

阻抗继电器及其动作特性P69-71（1）偏移圆特性（2）方向圆特性（3）全阻抗圆特性。

P94 例3-1.

电力系统振荡：并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象。

电力系统振荡与短路时电气量的差异P101

电力线载波通道的特点和工作方式P124

自动重合闸作用P149

双侧电源输电线路重合闸的特点和主要方式P152-153

重合闸时限的整定原则P155

重合闸前加速、后加速优缺点P158-159

变压器保护配置有哪些保护：瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、外部相间短路和接地短路时的后备保护、过励磁保护、其他非电量保护。

由于发电机容易发生绕组线棒和定子铁芯之间绝缘的破坏，因此发生单相接地故障的比例很高，约占定子故障的70%-80%。

本文基本上是老师勾的重点知识点，自己归纳了下，有些比较难码字，自己翻书查看。

还有部分计算题和少数知识点没有归纳，请见谅！

本文后面附精选习题答案，请自行查看。

谢谢！

1.继电保护的基本任务是什么P4

(1) 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

(2) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。

2.阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。

答：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。

3． 解释“动作电流”和“返回系数”，过电流继电器的返回系数过低或高各有何缺点

答：在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必须增大通过继电器线圈的电流

k

I ，以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小电流称之为动作电流

op

I 。

在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电流

re

I 。

过电流继电器返回系数过小时，在相同的动作电流下起返回值较小。一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必须小于返回电流，真阳在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流恶和返回电流很接近，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，可能回出现“抖动”现象，使后续电路无法正常工作。

继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进行设定。

习题： 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= 、rel K Ⅱ=rel K Ⅲ

= ，

.max 300B C I A

-=，

.max 200C D I A

-=，

.max 150D E I A -=，

ss

K =、

re

K =。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 ≥

）

（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，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 =

2

L X =×60=24Ω，

3

L X =×40=16Ω，

BC

X =×50=20Ω，

CD

X =×

30Ω，

DE

X =×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 =（

1

G X ||

2

G X +

1

L X ||

2

L X ）||(

3G X +

3

L X )=(6+12)||(10+16)=

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 +

1

L 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/ 1.31210.620128k 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 =×=

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 120.4

s set E Z I ??

? ?-? ? ???Ⅰ=

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 ++=

相应的速断定值为 .2set I Ⅰ

=rel K Ⅰ×..max k D I =×=

最小保护范围为 min L

=.max .2120.4

s set Z I ?? ? ?-? ? ???Ⅱ=

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 +=

相应的速断定值为 .3set I Ⅰ

=rel K Ⅰ×..max k C I =×=

最小保护范围为 min L

=.max .3120.4

s set E Z I ?? ? ?-? ? ???Ⅱ=

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

=×=

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 2s BC CD

E

X X X ++=

所以保护2处的灵敏系数 set K Ⅱ=..min

k D set I I Ⅱ

= 即不满足sen K ≥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

=×= 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 2s BC

E

X X +=

所以保护3处的灵敏系数 .3set K Ⅱ=..min

.3k C set I I Ⅱ

= 即不满足sen K ≥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 .1set I Ⅲ=.max

rel ss D E re K K I K -Ⅲ

=

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 2s L E

Z Z +

所以有 .min

E I =

.min

D I =

.min

C I =

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

.1E set I I Ⅲ=≥ 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=≥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=≥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

=+=1s 2t Ⅲ=1t Ⅲ+= 3t Ⅲ=2

t Ⅲ+=2s

当图中保护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，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处的过电流保护以的延时跳开2处的断路器。

阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程之间的关系是什么

答：设绝对值比较式中“≤”左侧的阻抗记为B

Z ，右侧的阻抗记为

A

Z ，则绝对值比较动作

条件的一般表达式为

B A

Z Z ≤；设相位比较式中分子、分母的阻抗分别用

C D

Z Z 和表示，则

相位比较动作条件的一般表达式为90270

C

D Z Z ≤≤。可以得出四个量之间关系为

C B A

Z Z Z =+

D B A

Z Z Z =-

1()2B C D Z Z Z =

+ 1

()2A C D Z Z Z =-

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。

图4—30所示系统，线路全部配置闭锁式方向比较纵联保护，分析在K点短路时各端保护方向元件的动作情况，各线路保护的工作过程及结果。

??

答：当短路发生在B—C线路的K处时，保护2、5的功率方向为负，闭锁信号持续存

在，线路A—B上保护1、2被保护2的闭锁信号闭锁，线路A—B两侧均不跳闸；保护

5的闭锁信号将C—D线路上保护5、6闭锁，非故障线路保护不跳闸。故障线路B—C

上保护3、4功率方向全为正，均停发闭锁信号，它们判定有正方向故障且没有收到闭

锁信号，所以会立即动作跳闸，线路B—C被切除。

答：根据闭锁式方向纵联保护，功率方向为负的一侧发闭锁信号，跳闸条件是本端保

护元件动作，同时无闭锁信号。1保护本端元件动作，但有闭锁信号，故不动作；2保

护本端元件不动作，收到本端闭锁信号，故不动作；3保护本端元件动作，无闭锁信

号，故动作；4保护本端元件动作，无闭锁信号，故动作；5保护本端元件不动作，收

到本端闭锁信号，故不动作；6保护本端元件动作，但有闭锁信号，故不动作。

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。

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。

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限制为最小的一种后备保护。