电力系统继电保护部分参考答案 褚晓瑞

1.2 何谓电力系统继电保护、继电保护装置?

答：电力系统继电保护是泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统，包括继电保护的原理、设计、配置、整定、调试等技术，也包括由获取电量信息的电压、电流互感器二次回路，经过继电保护装置到断路器跳闸线圈的一整套具体设备，如果需要利用通信手段传送信息，还包括通信设备。

电力系统继电保护装置就是指能反应电力系统中电气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。

1.3 继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么？

答：电力系统继电保护装置就是指能反应电力系统中电气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。继电保护装置在电力系统中所起的作用是：（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损坏，保障其他非故障部分迅速恢复正常运行。（2）反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动作。

1.4 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：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。测量比较环节是测量被保护电气元件的物理参量，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。

1.7 电力系统中上下级电力元件的保护区间为什么必须重叠？重叠区为什么越小越好？

答：上、下级电力元件的保护区间必须重叠，这是为了保证任意处的故障都置于保护区内。同时重叠区越小越好，因为在重叠区内发生短路时，会造成两个保护区内所有的断路器跳闸，扩大停电范围。

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侧的断路器，造成事故扩大；③在高压电网中往往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动作时只切除主保护要跳开的断路器，不造成事故扩大；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：发电厂或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。

1.9 在图1.6中，当线路CD的k3点发生短路故障时，哪些保护应动作？如保护P6和P5拒动，根据选择性的要求，哪些保护应动作？如线路AB的k1点发生短路，根据选择性的要求，哪些保护应动作？如果保护P2或2QF拒动，哪些保护应动作？

图1.6 题1.9电网示意图

答：（1）当线路CD中k3点发生短路故障时，保护P6应该动作，6QF跳闸，如保护P6或P5不动作或6QF、5QF拒动，按照选择性，保护P2和P4应动作，2QF、4QF应跳闸。

（2）如线路AB中k1点发生短路故障，保护P1和P2应动作，1QF、2QF应跳闸。如保护P2不动作或2QF拒动，则保护P4应动作，4QF跳闸。

1.10 在图1.7中，各断路器处应均装有继电保护装置P1～P7。试回答下列问题：

图1.7 题1.10电网示意图

（1）当k1点短路时，根据选择性要求应由哪个保护动作并跳开哪台断路

器？若6QF因失灵而拒动，保护又将如何动作？

（2）当k2点短路时，根据选择性要求应由哪些保护动作并跳开哪些断路器？若此时保护P3拒动或3QF拒跳，但保护P1动作并跳开1QF，问此种动作是否有选择性？若拒动的断路器为2QF，对保护P1的动作又应该如何评价？

答：（1）当k1点短路时，根据选择性要求保护P6动作应跳开6QF，若6QF拒动，由近后备保护P3、P5动作跳开3QF、5QF，或由远后备保护P2、P4的动作跳开2QF、4QF；

（2）当k2点短路时，根据选择性要求应由保护P2、P3动作跳开2QF、3QF，若3QF拒动，保护P1动作并跳开1QF，则保护P1为无选择性，此时应由保护P5或保护P4动作，跳开5QF或4QF。若是2QF拒动，则保护P1动作跳开1QF具有选择性。

第2章 电网的电流保护习题参考答案

2.3 在电流保护的整定计算中，为什么要引入可靠系数，其值考虑哪些因素后确定？ 答：引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例如： （1）实际的短路电流可能大于计算值；

（2）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响； （3）电流互感器存在误差；

（4）保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。

考虑必要的裕度，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。

2.4 为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断的灵敏度不需要逐级配合？

答：定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流整定，不但保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起远后备保护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。否则，就有可能出现越级跳闸、非选择性动作现象的发生。由于电流速断只保护本线路的一部分，下一级线路故障时它根本不会动作，因而灵敏度不需要逐级配合。

2.5 比较电流保护第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的灵敏系数，哪一段保护的灵敏系数最高和保护范围最长？为什么？

答：电流保护第I段保护即无时限电流速断保护，其灵敏系数随运行方式而变化，灵敏系数和保护范围最小。第II段保护即带时限电流速断保护，其灵敏性有所提高，保护范围延伸到下级线路一部分，但当相邻线路阻抗很小时，其灵敏系数也可能达不到要求。第III段保护即定时限过电流保护，其灵敏系数一般最高，可以保护本级线路全长，保护范围最长，并作为相邻线路的远后备。

2.10 在中性点非直接接地系统中，当两条上、下级线路安装相间短路的电流保护时，上级线路装在A、C相上，而下级线路装在A、B相上，有何优缺点？当两条线路并列时，这种安装方式有何优、缺点？以上串、并两种线路，若保护采用三相星形接线，有何不足？

答：在中性点非直接接地系统中，允许单相接地时继续短时运行，在不同线路不同相别的两点接地形成两相短路时，可以只切除一条故障线路，另一条线路继续运行。不考虑同相的故障，两线路故障组合共有以下六种方式：（1A、2B） 、（1A、2C）、（1B、2A）、（1B、2C）、（1C、2A）、（1C、2B）。

当两条上、下级线路安装相间短路电流保护时，上级线路装在A、C相商，而下级装在

A、B相上时，将在（1A、2B） 、（1B、2A）、（1C、2A）和 （1C、2B）四种情况下由下级线路保护切除故障，即下级线路切除故障的几率为2/3;当故障为（1A、2C）时，将会由上级线路保护切除故障；而当故障为（1B、2C）时，两条线路均不会切除故障，出现保护拒动的严重情况。

两条线路并列时，若两条线路保护动作的延时一样，则在（1A、2B） 、（1C、2A）和 （1C、2B）三种情况下，两条线路被同时切除；而在(1A、2C)故障下，只能切除线路1；在（1B、2A）故障下，只能切除线路2；在（1B、2C）故障下，两条线路均不会切除，即保护拒动。

若保护采用三相星形接线时，需要三个电流互感器和四根二次电缆，相对来讲是复杂不经济的。两条线路并列时，若发生不同相别的接地短路时，两套保护均启动，不必要切除两条线路的机会就比较多。

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一定关系[cos(

，并且根据

+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。

2.16 小结下列电流保护的基本原理、适用网络并评述其优缺点： （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。

第3章 电网距离保护习题参考答案

3.1 什么是保护安装处的负荷阻抗？

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。

3.2 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

OZk3图3-1负荷阻抗与短路阻抗

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。

3.5 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。

3.10什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3.12（a）中母线B上未接I3分支的情况下，I1I2,此时k点短路时，A处阻抗

继电器KZ1测量到的阻抗为 Z1UI1I1ZABI2ZBkI1ZABZBkZAk

在母线B接上I3分支后，I2I1I3，k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为

Z1UI1I1ZAB(I1I3)ZBkI1ZABZBkI3ZBkI1ZAkI3ZBkI1

即在I3相位与I1相差不大的情况下，分支I3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I3称为助增电流。

类似地图3.12（a）中，在母线B上未接I3分支的情况下，I1I2，此时k点短路时，A处

阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 Z1UI1I1ZABI2ZBkI1ZABZBkZAk

在母线B接上I3分支后，I2I1I3，k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为

Z1UI1I1ZAB(I1I3)ZBkI1ZABZBkI3ZBkI1ZAkI3ZBkI1

即在I3相位与I1相差不大的情况下，分支I3的存在将使A处感受到的测量阻抗变小，这种使测量阻抗变大的分支就成为外汲分支，对应的电流I3称为外汲电流。

3.12 距离保护的振荡闭锁措施，应能够满足哪些基本要求？ 答：距离保护的振荡闭锁措施，应能够满足以下的基本要求： （1）系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动作跳闸；

（2）系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生各种类型的不对称故障，距离保护装置应有选择性的动作跳闸；

（3）系统在全相振荡过程中再发生三相故障时，保护装置应可靠动作跳闸，并允许带短延时。

3.14 在单侧电源线路上，过渡电阻对距离保护的影响是什么？

答：如图3.7（a）所示，在没有助增和外汲的单侧电源线路上，过渡电阻中的短路电流与保护安装处的电流为一个店里，此时保护安装处测量电压和测量电流的关系可以表示为

UmImZmIm(ZkRg) 即 ZmZkRg

如图3.7（b）所示，Rg（过渡电阻）的存在总是使继电器的测量阻抗值增大，阻抗角变小，保护范围缩短。保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定阻抗越小（相当于被保护线路越短），受过渡电阻的影响越大。

jXjXCA1ImB2CRgBRUmRgAZmR

图3.7（a） 单侧电源系统示意图 （b）对不同安装地点的距离保护的影响 3.18 影响距离保护正确动作的因素有哪些？

答：短路点过渡电阻对距离保护的影响；电力系统振荡对距离保护的影响；电压互感器二次回路断线对距离保护的影响；分支电路对距离保护的影响；线路串联补偿电容对距离保护的影响；短路电压、电流中的非工频分量对距离保护的影响。

第4章 输电线路纵联保护习题参考答案

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。

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。

4.3输电线路中纵联保护中通道的作用是什么？通道的种类及其优缺点、适用范围有哪些？答：输电线路纵联保护，就是利用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内部还是在线路范围外部，从而决定是否切除被保护线路。将一端的电气量或其用于被比较的特征传送到对端，可以根据不同的信息传送通道条件，采用不同的传输技术。

纵联保护按照所利用信息通道的不同类型分为4种，它们是：①导引线纵联保护（简称导引线保护）；②电力线载波纵联保护（简称载波保护）；③微波纵联保护（简称微波保护）；④光纤纵联保护（简称光纤保护）。

通道虽然只是传送信息的条件，但纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。 （1）导引线通道。这种通道需要铺设导引线电缆传送电气量信息，其投资随线路长度而增加，当线路较长（超过10km以上）时就不经济了。导引线越长，自身的运行安全性越低。在中性点接地系统中，除了雷击外，在接地故障时地中电流会引起地电位升高，也会产生感应电压，所以导引线的电缆线必须有足够的绝缘水平（例如15kV的绝缘水平），从而使投资增大。一般导引线中直接传输交流二次电量波形，故导引线保护广泛采用差动保护原理，但导引线的参数（电阻和分布电容）直接影响保护性能，从而在技术上也限制了导引线保护

用于较长的线路。

（2）电力线载波通道。这种通道在保护中应用最为广泛，不需要专门架设通信通道，而是利用输电线路构成通道。载波通道由输电线路及其信息加工和连接设备（阻波器、结合电容器及高频收发信机）等组成。输电线路机械强度大，运行安全可靠。但是在线路发生故障时通道可能遭到破坏，为此载波应在技术上保证在线路故障、信号中断的情况下仍能正确动作。

（3）微波通道。微波通道是一种多路通信通道，具有很宽的频带，可以传送交流电的波形。采用脉冲编码调制（PCM）方式后微波通道可以进一步扩大信息传输量，提高抗干扰能力，也更适合于数字式保护。微波通道是理想的通道，但是保护专用微波通道及设备是不经济的，电力信息系统在设计时应兼顾继电保护的需要。

（4）光纤通道。光纤通道与微波通道具有相同的优点，也广泛采用脉冲编码调制（PCM）方式。保护使用的光纤通道一般与电力信息系统统一考虑。当被保护的线路很短时，可架设专门的光缆通道直接把电信号转换成光信号送到对侧，并将所接收的光信号变为电信号进行比较。由于光信号不受干扰，在经济上也可以与导引线通道竞争，近年来光纤通道成为短线路纵联保护的主要通道形式。

4.4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。

4.5请画出输电线载波通道的构成元件方框图，说明对各技术元件的技术要求。 答：

图4.1载波通信示意图

1—阻波器；2—耦合电容器；3—连接滤波器 4—电缆；5—载波收发信机；6—接地开关

按照通道的构成，电力线载波通信又可分为使用两相线路的“相—相”式和使用一相一地的“相—地”式两种，其中“相—相”式高频通道信号传输的衰减小，而“相—地”式则比较经济。“相—地”式载波通道如图4.1所示。

（1）输电线路。三相输电线路都可以用来传递高频信号，任意一相与大地间都可以组成“相—地”回路。

（2）阻波器。为了使两端发送的高频载波信号只在本线路内传输而不穿越到相邻路上去，采用了电感线圈与可调电容组成的并联谐振回路，其阻抗与频率的关系如图4.2所示。当阻波器谐振频率等于高频载波信号的频率时，对载波电流呈现极高的阻抗（1000以上），从而将高频电流限制在本线路以内。而对工频电

流，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗（约0.04），不影响工频电能传输。

图4.2阻波器特性

（3）耦合电容器。为使工频对地泄漏电流减到极小，采用耦合电容器，它的电容量小，对工频信号呈现非常大的阻抗，同时可以防止工频电压侵入高频收、发信机；对高频载波电流则呈现很小的阻抗，与连接滤波器共同组成带通滤波器，只允许此通带频率内的高频电流通过。

（4）连接滤波器。它由一个可调电感的空芯变压器和一个串接在副边的电容构成。连接滤波器与耦合电容器共同组成一个“四端网络”带通滤波器，使所选频带的高频电流能够顺利通过。由于架空输电线路的波阻抗约为400Ω，而高频电缆的波阻抗约为100Ω，该“四端网络”可使两侧的阻抗相匹配，从而使高频信号在收、发信机与输电线路间传递时不发生反射，减少高频能量的附加衰耗。同时空芯变压器的使用进一步使收、发信机与输电线路的高压部分相隔离，提高安全性。

（5）高频收、发信机。高频收发信机由继电保护部分控制发出预定频率的高频信号，通常是在电力系统发生故障、保护启动后发出信号，但也有采用长期发信发生故障保护启动后停信或改变信号频率的工作方式。发信机发出的高频信号经载波信道传送到对端，被对端和本端的收信机所接受。只要输电线路上有高频电流，则不论该高频电 流是哪一端的发信机发出的，两端的收信机都收到同样地高频信号。该信号传送继电保护装置经比较判断后，作用于继电保护的输出部

分。

（6）接地开关。当检修连接滤波器时，接通接地开关，使耦合电容器下端可靠接地。

4.7图4.22所在系统线路全部配置闭锁式方向比较式纵联保护，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。

图4.22闭锁式方向纵联保护配置示意图

答：（1）当短路发生在BC线路的k点时，所有保护都会启动（故障在下级线路内），发闭锁信号。保护2和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，他们判断为正方向故障且没有收到闭锁信号，所以会立即动作跳闸，B-C线路被切除。

4.8图4.22所示系统中，线路全部配置闭锁式方向纵联保护，在k点短路时，若AB、BC线路通道同时故障，保护将会出现何种状况？靠什么保护动作切出故障？ 答：当k点发生短路时，保护2、5的功率方向为负，其余保护的功率方向全为正。3、4之间停发闭锁信号，5处保护向6处发闭锁信号，2处保护向1处发闭锁信号。由于3、4停发闭锁信号且故障为正方向，满足跳闸条件，因此BC通道的故障将不会阻止保护3、4跳闸。CD通道正常，其线路上保护5发出的闭锁信号将保护6闭锁，非故障线路CD上保护不跳闸。2处保护判定为方向不满足跳闸条件，并且发闭锁信号，由于AB通道故障，2处保护发出的闭锁信号可能无法传到1处，而保护1处判为正方向故障，将会导致1处保护误动作。

4.11影响纵联电流差动保护正确动作的因素有哪些？

答：（1）电流互感器的误差和不平衡电流；（2）输电线路的分布电容电流；（3）负荷电流对纵联差动保护的影响。

第5章 自动重合闸习题参考答案

5.1 在超高压电网中，目前使用的重合闸有何优、缺点？

答：在超高压电网中，目前使用的重合闸一般为综合重合闸，可以设置为单相重合闸方式、三相重合闸方式、综合重合闸方式和停用方式。单相重合闸方式就是在输电线路发生单相接地故障时，仅跳开故障相断路器，然后重合单相，重合不成功则跳开三相不再重合；而在发生两相或三相故障时，跳开三相，不重合。三相重合闸方式就是无论发生什么类型和相别的故障，都跳开三相，并重合三相，重合不成功再次跳开三相不再重合。综合重合闸方式是单相重合闸方式与三相重合闸方式的综合，就是在发生单相接地故障时，仅跳开故障相断路器，然后重合单相；而在发生两相或三相故障时，跳开三相，J并重合三相。停用方式就是不使用重合闸，输电线路无论发生什么故障都跳开三相，且不重合。

优点如下：

(1)输电线路80％以上的故障均为瞬时性故障，重合闸可以大大提高供电的可靠性，减小线路停电的次数。

(2)超高压输电线路绝大多数故障为单相接地故障了采用单相重合闸方式情况下，瞬时性故障仅需要短时地跳开故障相，保持两非故障相线路的连接，重合后恢复三相运行，有利于提高电力系统并列运行的稳定性，提高线路的传输容量。在两相故障时跳开三相是因为保留非故障的单相对提高输送能力作用不大。

缺点如下：

(1)重合于永久性故障时，将会使电力系统再一次受到故障的冲击，对超高压系统还可能降低并列运行的稳定性。

(2)使断路器的工作条件变得更加恶劣，因为它要在很短的时间内，连续切断两次短路电流。

(3)在单相重合闸期间，系统出现纵向不对称，有零序和负序分量产生。

解决方案：在进行重合闸之前，进行永久性故障的辨识，如果故障为永久性，就不进行重合，避免系统遭受第二次冲击。

5.2 在电力系统中采用重合闸的技术经济效果体现在哪些方面？

答：在电力系统中采用重合闸的技术经济效果体现在：（1）大大提高供电的可靠性，减小线路停电的次数，特别是对单侧电源的单回路尤为显著；（2）在高压输电线路线路采用重合闸，还可提高电力系统并列运行的稳定性，从而提高传输容量；（3）对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的跳闸，也能起纠正的作用。

5.7 使用单相重合闸有哪些优点？它对继电保护的正确工作带来了哪些不利影响？我国为什么还要采用这种重合闸方式？

答：采用单相重合闸的主要优点是，在超高压电网中的双侧电源联络线上采用单相重合闸，就可以在故障时大大加强两个系统之间的联系，提高输电能力，保持电网的暂态稳定性。对于联系比较薄弱的系统，当三相切除并继之以三相重合闸而很难再恢复同步时，采用单相重合闸就能避免两系统解列。

采用单相重合闸的不足之处在于，需要有分相操作的断路器；需要专门的选相元件与继电保护相配合，再考虑一些特殊的要求后，使重合闸回路的接线比较复杂。在单相重合闸过程中，由于非全相运行引起系统的不对称，可能引起没有考虑不对称运行条件的保护误动作，因此，需要根据实际情况采取措施予以防止。这将使保护的接线、整定计算和调试工作复杂

化。

由于单相重合闸具有以上特点，并在实践中证明了它的优越性。因此，已在220～500kV的线路上获得了广泛的应用。对于110kV的电力网，一般不推荐这种重合闸方式，只在由单电源向重要负荷供电的某些线路及根据系统运行需要装设单相重合闸的某些重要线路上，才考虑使用。

5.9 什么是重合闸前加速保护？有何优缺点？主要适用于什么场合？

答：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。采用前加速的优点是：

（1）能够快速地切除瞬时性故障；

（2）可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合闸的成功率； （3）能保证发电厂和重要变电所的母线电压在0.6~0.7倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量；

（4）使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单，经济。 前加速的缺点是：

（1）断路器工作条件恶劣，动作次数较多；

（2）重合于永久性故障上时，故障切除的时间可能较长；

（3）如果重合闸装置或断路器QF3拒绝合闸，则将扩大停电范围。甚至在最末一级线路上故障时，都会使连接在这条线路上的所有用户停电。

前加速保护主要用于35kV以下由发电厂或重要变电所所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。

5.10 什么是重合闸后加速保护？有何优缺点？主要适用于什么场合？

答：重合闸后加速保护一般又称为“后加速”。所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行合闸。如果重合于永久性故障，则在断路器重合闸后，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。

后加速的优点是：

（1）第一次是有选择地切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要的高压电网中，一般不允许保护无选择性地动作而后以重合闸来纠正（即前速）；

（2）保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的；

（3）和前加速相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制，一般来说是有利而无害的。

后加速的缺点是：

（1）每台断路器上都需要安装一套重合闸，与前加速相比略为复杂； （2）第一次切除故障可能带有延时。

“后加速”的配合方式广泛应用于35kV以上的网络及对重要负荷供电的输电线路上。因为，在这些线路上一般都装有性能比较完备的保护装置，例如，三段式电流保护、距离保护等，因此，第一次有选择性地切除故障的时间（瞬时动作时间或具有0.5s延时）均为系统运行所允许，而在重合闸以后加速保护的动作（一般是加速保护第II段的动作，有时也可以加速保护第III段的动作），就可以更快切除永久性故障。

5.12 实现综合重合闸回路接线时，应考虑哪些原则？

答：实现综合重合闸回路接线时，应考虑的基本原则。

（1）单相接地短路时跳开单相，然后进行单相重合；如重合不成功则跳开三相而不再进行重合。

（2）各种相间短路时跳开三相，然后进行三相重合；如重合不成功，仍跳开

三相，而不进行重合。

（3）当选相元件拒绝动作时，应能跳开三相并进行三相重合。

（4）对于非全相运行中可能误动作的保护，应进行可靠的闭锁；对于在单相接地时可能误动作的时间保护（如距离保护），应有防止单相接地误跳三相的措施。

（5）当一相跳开后重合闸拒绝动作时，为防止线路长期出现非全相运行，应将其他两相 自动断开。

（6）任意两相的分相跳闸继电器动作后，应联跳第三相，使三相断路器均跳闸。

（7）无论单相或三相重合闸，在重合不成功之后，均应考虑加速切除三相，实现重合闸后加速。

（8）在非全相运行过程中，如又发生另一相或两相的故障，保护应能有选择性地予以切除。上述故障如发生在单相重合闸的脉冲发出以前，则在故障切除后能进行三相重合；如果发生在重合闸脉冲发出以后，则切除三相不再进行重合。 （9）对空气断路器或液压传动的油断路器，当气压或液压低至不允许实现重合闸时，应将重合闸回路自动闭锁；但如果在重合闸过程中下降到低于运行值时，则应保证重合闸动作的完成。

第6章 电力变压器保护习题参考答案

6.1变压器可能发生哪些故障和不正常运行状态？

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。

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。

6.2 区分重瓦斯保护和轻瓦斯保护。

答：瓦斯保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱和油枕之间的连接管上。气体继电器有两个输出触点：一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，通常称为“轻瓦斯”；另一个反应变压器的严重故障，称为“重瓦斯”。轻瓦斯动作于信号，使运行人员能够迅速发现故障并及时处理；重瓦斯动作于跳开变压器各侧断路器。变压器发生轻微故障时，油箱内产生气体较少且速度慢，由于油枕在油箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。当发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到的油速达到动作时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。

6.5励磁磁涌流是怎么产生的？与哪些因素有关？

答：励磁电流的大小取决于励磁电感的数值，也就是取决于变压器铁芯是否饱和。正常运行和外部故障时变压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的2％～5％，对纵差动保护的影响常常略去不计。当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流，这个暂态励磁电流称为励磁涌流。励磁涌流的最大值可达额定电流的4～8倍，并与变压器的额定容量、电压幅值、合闸角以及铁芯剩磁等有关。

6.7变压器纵差动保护中消除励磁涌流影响的措施有哪些？它们利用了哪些特征？各自有何特点？

答：(1)采用速饱和中间变流器。励磁涌流中含有大量的非周期分量，所以可以采用速饱和中间变流器来防止差动保护的误动。对于Ydll接线方式的三相变压器，常常有一相是对称性涌流，没有非周期分量，中间变流器不能饱和，只能通过差动继电器的动作电流来躲过。

(2)二次谐波制动的方法。二次谐波制动方法是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。这种方法称为二次谐波制动的差动保护。

二次谐波制动差动保护原理简单、调试方便、灵敏度高，在变压器纵差动保护中获得了非常广泛的应用。但在具有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统，若空载合闸前变压器已经存在故障，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，采用三相或门制动的方案时，差动保护必将被闭锁。由于励磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能会长达数百毫秒。这是二次谐波制动方法的主要缺

点。

(3)间断角鉴别的方法。励磁涌流的波形中会出现间断角。而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。

间断角原理由于采用按相闭锁的方法，在变压器合闸于内部故障时，能够快速动作。这是比二次谐波制动(三相或门制动)方法优越的地方。对于其他内部故障，暂态高次谐波分量会使电流波形畸变(微分后畸变更加严重)。波形畸变一般不会产生“间断角”， 但会影响电流的波宽。若波形畸变很严重导致波宽小于整定值(140。)，差动保护也将被暂时闭锁而造成动作延缓。显然，造成保护动作延缓的因素，二次谐波制动与间断角原理是有差异的。

6.9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）UN

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。

6.10零序电流保护为什么在各段中均设两个时限？

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。

6.11多台变压器并联运行时，全绝缘变压器和分级绝缘变压器对接地保护的要求有何区别？

答：全绝缘变压器在中性点处能够承受与引出线处一样的对地电压，所以在所连接的系统发生单相接地同时又变为中性点不接地时，其自身的绝缘强度可以承受这种过电压，但此时产生的零序过电压会危及其他电力设备的绝缘，必须装设零序电压保护。零序电压保护的动作电压要躲过在部分中性点接地的电网中发生单相接地时，保护安装处可能出现的最大零序电压；同时要在发生单相接地且失去接地中性点时有足够的灵敏度。

分级绝缘变压器是利用设置在变压器中性点放电间隙上的零序电流元件来检测，当中性点电压超过允许的电压时，间隙放电，检测到放电电流后迅速切除变压器。放电间隙此设施因气象条件、连续放电的次数都可能会出现该动作而确邑动作的情况，因此还需装设零序电压元件，作为间隙不能放电时的后备，动作于切除变压器，动作电压和时限的整定方法与全绝缘变压器的零序电压保护相同。

第7章 发电机保护习题参考答案

7.1 简述发电机保护的配置。

答：针对以上故障类型及不正常运行状态，发电机应装设以下继电保护装置。 （1）对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差动保护。

（2）对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电流（不考虑消

弧线圈的补偿作用）大于表7.1规定的允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。

表7.1 发电机定子绕组单相接地故障电流允许值

发电机额定电压 （kV） 发电机额定容量 接地电容电流允 （MW） 许值 （A） 6.3 10.5 汽轮发电机 水轮发电机 13.8～15.75 汽轮发电机 水轮发电机 18～20 * 对氢冷发电机为2.5.。

对于发电机—变压器组，对容量在100MW以下的发电机，应装设保护区不小于定子绕组串联匝数90%的定子接地保护，对容量在100MW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时也可以动作于切机。

<50 50～100 10～100 125～200 40～225 300～600 1 2* 4 3 （3）对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护；200MW及以上的发电机有条件时可装设双重化横差 保护。

（4）对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式： 1）过电流保护，用于1MW及以下的小型发电机； 2）带电流记忆的低压过流保护，用于自并励发电机。

3）复合电压(包括负序电压及线电压)启动的过电流保护，一般用于1MW以上的发电机；

4）负序过电流及单元件低电压启动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机；

（5）对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上

的发电机上装设负序过电流保护。

（6）对于由对称负序引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。

（7）对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。 （8）对于发电机励磁回路的一点接地故障，对1MW及以下的小型发电机可装设定期检测装置；对1MW以上的发电机应装设专用的励磁回路一点接地保护。 （9）对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及100MW及以上采用电机励磁的发电机，

应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。

（10）对于转子回路的过负荷，在100MW及以上，并且采用半导体励磁系统的发电机

上，应装设转子过负荷保护。

（11）对于汽轮发电机主汽门突然关闭而出现的发电机变电动机运行的异常运行方式，为防止损坏汽轮机，对200MW及以上的大容量汽轮发电机宜装设逆功率保护；对于燃气轮发电机，应装设逆功率保护。

（12）对于300MW及以上的发电机，应装设过励磁保护。

（13）其他保护：如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，宜装设失步保护；当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大时，可装设低频保护；当水冷发电机断水时，可装设断水保护等。

7.5 简述发电机纵差动保护和横差动保护特点。

答：发电机纵差动保护是反应发电机内部相问短路的主保护，能快速而灵敏地切除保护范围内部相问短路故障，同时又保证在正常运行及外部故障时动作的选择性和工作的可靠性。但完全纵差保护不能反应匝间短路故障。

横差动保护适用于具有多分支的定子绕组且有两个中性点引出端子的发电机，能反应定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相问短路。

7.6 简述发电机定子单相接地保护重要性。

答：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％。由于大型发电机组定子绕组对地电容较大，当发电机端附近发生接地故障时，故障点的电容电流比较大，影响发电机的安全运行；同时由于接地故障的存在，会引起非接地相对地电压升高

及弧光过电压，可能导致发电机其他位置绝缘的破坏，形成危害严重的相问或匝问短路故障。

7.10 发电机励磁回路为什么要装设一点接地和两点接地保护？

答：发电机励磁回路一点接地，虽不会形成故障电流通路，不会给发电机造成直接危害，但要考虑第二点接地的可能性，所以由一点接地保护发出信号，以便加强检查、监视，并投人两点接地保护。

当发电机励磁回路发生两点接地故障时，将会使两个接地点之间的转子绕组短路。由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤发电机转子本体；由于部分绕组被短接，励磁电流增加，可能因过热而烧伤励磁绕组；由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，从而引起机组振动，汽轮机还可能使轴系和汽轮机磁化。因此在一点接地后要投人两点接地保护，以便发生两点接地时经延时后动作跳闸，使发电机停机。

第8章 母线保护习题参考答案

8.1在哪些情况下应装设专门的母线保护？ 答：在下列情况下应装设专门的母线保护。

（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。

（2）110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV及以上的重要降压变电所的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。

8.2何谓母线完全电流差动保护？何谓母线不完全电流差动保护？

答：（1）完全电流母线差动保护的原理接线图中，在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器，Ip1，Ip2，···，Ipn为一次侧电流，Is1，

Is2，···，Isn为二次侧电流。因为在一次侧电流总和为零时，母线保护用电流互

感器(TA)必须具有相同的变比nTA，才能保证二次侧的电流总和也为零。所有IKA的二次侧同极性端连接一起，接至差动继电器中，这样，继电器中的电流IKA即为各个母线连接元件二次侧电流的相量和。



图8.4 完全电流母线差动保护的原理接线图

实际上由于TA有误差，因此在母线正常运行及外部故障时，继电器中有不平衡电流Iubp出现，而当母线上（如图8.4中k点所示为）

IKA1IsinTAi1nIPii1n1IKnTA

（8.1）

此电流足够使差动继电器动作而驱动出口继IK即为故障点的全部短路电流，电器，而使所有连接元件的断路器跳闸。

（2）所谓母线不完全差动保护，是只需在有电源的元件（如与发电机、变压器相连接的元件以及分段断路器和母联断路器）上装设变比和型号相同的D级电流互感器、且电流互感器只装设在A、C两相上，按差动原理将这些电流互感器连接，在差动回路中接入差动继电器。而只带负荷的元件不接入差动回路。正常运行时，差动继电器中流过的是各馈电线路负荷电流之和；馈电线路上发生

短路故障时，差动继电器中流过的是短路电流。

8.6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。

8.7装设断路器失灵保护的条件是什么？对断路器失灵保护的要求有哪些？ 答：由于断路器失灵保护是在系统故障的同时断路器失灵的双重故障情况下的保护，因此允许适当降低对它的要求，即仅要最终能切除故障即可。装设断路器是失灵保护的条件：

（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，就应装设失灵保护。

对断路器失灵保护的要求：

（1）失灵保护的误动和母线保护误动一样，影响范围很广，必须有较高的可靠性。

（2）失灵保护首先动作于母联断路器和分段断路器，此后相邻元件保护已能以相继动作切除故障时，失灵保护仅动作于母联断路器和分段断路器。

（3）在保证不误动的前提下，应以较短延时、有选择性地切除有关断路器。 （4）失灵保护的故障鉴别元件和跳闸闭锁元件，应对断路器所在线路或设备末端故障有足够灵敏度。

第9章 数字式继电保护基础习题参考答案

9.1什么是数字式保护装置？有何特点？

答：数字式继电保护是指基于可编程数字电路技术和实时数字信号处理技术实现的电力系统继电保护。在电力系统继电保护的学术界和工程技术界，数字式继电保护又常被称作计算机型继电保护、微型计算机型继电保护、微处理器型继电保护，或简称为微机保护（这也是目前国内最常见的一种简称）。

数字式继电保护装置的特点： （1）．雏护调试方便

通常情况下模拟式继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些复杂原理的保护。例如超压线路的高频距离保护装置，投运之前的调试时间常常需要一周甚至更长。而数字式继电保护装置对硬件和软件都具有自诊断功能，一旦发现异常就会发出报警信息。通常只要装置上电后，保护自检通过，没有报警，即可认为装置的硬件是完好的。所以对数字式保护装置而言除了输入和修改定值及检查外部接线外几乎不用调试，从而大大减轻了运行维护的工作量。 （2）．可靠性高

数字式继电保护具有在线自检功能。自检的内容既包括装置的硬件，也包括程序软件。由此可避免由于装置硬件的异常引起的保护误动作或电力系统故障时保护的拒动。在保护软件的编程可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止由于采样信号受到干扰而造成保护错误动作。因此数字式继电保护可靠性很高。 （3）．易于获得附加功能

数字式继电保护装置通常配有通信接口。如果连接打印机或者其他显示设

备，即可在系统发生故障后提供多种信息。例如，保护各部分的动作顺序和动作时间记录、故障类型和相别及故障前后电压和电流的录波数据等，并可将保护动作信息上传至故障录波信息系统，实现调度的实时检测及对保护动作情况的分析。对于线路保护，还可实现故障点的测距。 （4）．灵活性大

目前，国内中低压变电站内不同一次设备的保护装置在硬件设计时，尽可能采用同样的设计方案。而超高压电力系统保护装置若采用多CPU实现多种保护功能时，每块CPU模块的硬件设计也倾向于尽量相同。由于保护的原理主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统发展对保护要求的变化，也减少了现场的维护工作量。 （5）．保护性能得到很好改善

由于微处理器的使用，使模拟式继电保护中存在的很多技术问题，可找到新的解决方法。人工智能技术或复杂的数学算法可以在数字式保护中得以实现。例如，接地距离保护承受过渡电阻能力的改善、距离保护如何区分振荡和短路、变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障、母线保护如何检测电流互感器饱和等问题都已提出了许多新的原理和解决方法。这些新方法只有用数字式保护才能实现。

9.2数字式保护装置与模拟式继电保护装置的主要区别是什么？

答：数字式继电保护区别于模拟式继电保护的本质特征在于它是建立在数字技术基础上的，模拟式保护是通过模拟电路对输入模拟电量或者模拟信号进行运算处理。而在数字式保护装置中，各种类型的输入信号首先将被转化为数字信号，然后通过对这些数字信号的处理和计算来实现继电保护功能。

9.3数字式保护装置硬件与软件各有何特点？

答：硬件指对电气量进行处理的模拟和数字电子电路，硬件提供软件运行的平台，并且提供数字式保护装置与外部系统的电气联系；软件指计算机程序，由它按照保护原理和功能的要求对硬件进行控制，有序地完成数据采集、数字运算和逻辑判断、动作指令执行、外部信息交换等各项操作的指令。

9.4数字式保护装置的硬件主要由哪几部分组成？各自承担何功能？ 答：数字式保护装置的硬件系统由数字核心部件、模拟量输入接口部件、开关量输入接口部件、开关量输出接口部件、人机对话接lZl部件和外部通信接口部件六部分组成。

各部分的功能如下：

(1)数字核心部件：继电保护程序在数字核心部件内运行，完成数字信号计算处理任务，指挥各种外围接口部件运转，从而实现继电保护的原理和各项功能。

(2)模拟量输入接口部件：进行模拟量的调制与数据采集，将来自电压互感器和电流互感器的馍拟电压、电流信号正确地变换成离散化的数字量。在多路转换的情况下，应保持不同通道之间在转换时间上的同时f生和同性质的通道之间变换比例的一致性，不失真地转变输入信号。

(3)开关量输入接口部件：为开关量提供输入通道，将开关状态转换为0、1的数字量，并在数字式保护装置内、外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。

(4)开关量输出接口部件：将数字命令转换为开关操作命令，驱动继电器的开、合，并在数字式保护装置内、外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。

9.5数字式保护装置的数字核心部件主要由哪些元器件构成，作用如何？ 答：数字核心部件主要由中央处理器(CPU)、存储器、定时器／计数器及控制电路等部分组成。

(1)CPU：是数字核心部件以及整个数字式保护装置的指挥中枢，计算机程序的运行依赖于CPIJ来实现。

(2)存储器：用来保存程序和数据。

(3)定时器／计数器：为延时动作的保护提供精确计时，提供定时采样出发信号，形成中断控制。

（4）控制电路：数字核心部件的控制电路包括地址译码器、地址锁存器、数据缓冲器、晶体振荡器及时钟发生器、中断控制器等，它的作用是保证整个数字电路的有效连接和协调工作。

9.6数字式保护装置的模拟量输入（AI）接口主要由哪几部分构成？ 答：模拟量输入接口部件包括输入变换及电压形成回路、前置模拟低通滤波器、采样保持电路、多路转换开关和模数变换电路。

输入变换及电压形成回路用来将来自系统电压互感器(TV)的较高电压和来自电流互感器(TA)的较大电流成比例地变换为后续电子电路能够方便处理的弱电电压信号，并在TV、TA二次回路与电子电路之间提供电磁隔离。

前置模拟低通滤波器用来滤除输入信号中的高频成分，使输入信号能够满足采样定理的要求。

采样保持电路用来锁存模拟量在某一时刻的值，在多通道共用一个模数转换器逐次模数转换期问保持转换同一时刻的模拟电压，节约模数转换器并保证不同输入通道采样的同时性。

多路转换开关将多路锁存的模拟量依次地切换到同一个模数转换器，用一个转换器完成对多个模拟输入的模数转换。

模数变换电路完成由模拟量向数字量的转换，即将模拟电压信号成比例地转化为一定位数的数字信号。