第1章 绪 论
1.1 电力系统继电保护的任务和作用
电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路。发生短路时可能产生以下后果：
(1) 数值较大的短路电流通过故障点时，产生电弧，使故障设备损坏或烧毁。
(2) 短路电流通过非故障元件时，使电气设备的载流部分和绝缘材料的温度超过散热条件的允许值而不断升高，造成载流导体熔断或加速绝缘老化和损坏，从而可能发展成为故障；
(3) 电力系统中部分地区的电压大大下降，破坏用户工作的稳定性或影响产品的质量。
(4) 破坏电力系统中各发电厂并列运行的稳定性，引起系统振荡，从而使事故扩大，甚至导致整个系统瓦解。
各种类型的短路包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。不同类型短路发生的概率是不同的，不同类型短路电流的大小也不同，一般为额定电流的几倍到几十倍。大量的现场统计数据表明，在高压电网中，单相接地短路次数占所有短路次数的85%以上，2002年我国220kV电网共有输电线路3884条，线路总长150026km，共发生故障1487次，故障率为0.99次/(100 km·年)。表1-1给出2002年我国220kV电网输电线路各种类型故障发生的次数和百分比。
表1-1 2002年我国220kV电网输电线路故障统计表
故障类型 三相短路 两相短路 两相短路接地 单相接地短路 其他故障 故障次数17 28 91 1319 32 故障百分比 1.14% 1.88% 6.12% 88.7% 2.16%
电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏时，但没有发生故障，这种情况属于不正常工作状态。如因负荷超过供电设备的额定值引起的电流升高，称过负荷，就是一种常见的不正常工作状态。在过负荷时，电气设备的载流部分和绝缘材料过度发热，从而使绝缘加速老化，甚至损坏，引起故障。此外。系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。
电力系统中发生不正常运行状态和故障时，都可能引起系统事故。事故是指系统全部或部分正常运行遭到破坏，电能质量变到不能容许的程度，以致造成对用户的停止供电或少供电，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。
系统事故的发生，除了自然条件的因素(如雷击、架空线路倒杆等)外，一般都是由于设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当而引起的。因此，
电力系统继电保护
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只有充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可以大大减少事故发生的几率。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少事故发生的可能性外，还应能做到设备或输电线路一旦发生故障时，应尽快地将故障设备或线路从系统中切除，保证非故障部分继续安全运行，缩小事故影响范围。
由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时完成，各设备之间都有电或磁的联系，因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在很短的时间就影响到整个电力系统的其他部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。显然要在这样短的时间内由运行人员及时发现并手动将故障切除是绝对不可能的。因此，只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护装置才能实现。这种装置到目前为止，有一部分仍然由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成，故称为继电保护装置。
在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器多已被电子元件或计算机取代，但仍沿用此名称。在电业部门常常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。
继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件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。它的基本任务是：
(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，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。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。
(3) 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。
由此可见，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。因此，继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的必不可少的技术措施之一。在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。
1.2 继电保护的基本原理
为了完成上述第一个任务，继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。
电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：
(1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电
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(2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
(3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。
(4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。例如，据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护；据短路故障时电压的降低，可构成电压保护；据短路故障时电流与电压之间相角的变化，可构成功率方向保护；据电压与电流比值的变化，可构成距离保护；据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构成差动保护；据不对称短路故障时出现的电流﹑电压的相序分量，可构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护；高频保护则是利用高频通道来传递线路两端电流相位﹑大小和短路功率方向信号的一种保护。
此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护，如超高压输电线路的行波保护﹑电力变压器的瓦斯保护及反应电动机绕组温度升高的过负荷或过热保护等。
1.3 继电保护的组成及分类
继电保护实际上是一种自动控制装置。以控制过程信号的不同，可分为模拟型和数字型两大类。多年来应用的常规继电保护装置都属于模拟型的，而20世纪70年代以来发展的计算机保护则属于数字型的。这两类继电保护的基本原理是相同的，但其实现方法和构成却大不相同。
模拟型继电保护又可分为机电型继电保护和静态型继电保护两类。
机电型继电保护是由若干个不同功能的继电器组成。继电器是一种能自动动作的电器，只有加入某种物理量(如电流或电压等)，或者加入的物理量达到一定数值时，它就会动作，其常开触点闭合，常闭触点断开，输出信号。
每个继电器都由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。感受元件用来测量控制量的变化，并以某种形式传送到比较元件；比较元件将接收的控制量与整定值进行比较，并将比较结果的信号输入执行元件；执行元件执行继电器动作输出信号的任务。
继电器按动作原理的不同分为：电磁型、感应型和整流型等；按反应物理量的不同可分为：电流、电压、功率方向和阻抗继电器等；按继电器在保护装置中的作用不同可分为：
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主继电器(如电流﹑电压和阻抗继电器等)和辅助继电器(如中间﹑时间和信号继电器等)。由于这些继电器都具有机械的可动部分和接点，故称为机电型继电器。由这类继电器组成的继电保护装置称为机电型继电保护。
静态继电保护装置是应用晶体管或集成电路等电子元件来实现的，它由若干个不同功能的回路，如测量﹑比较或比相触发﹑延时﹑逻辑和输出等回路组成。具有体积小﹑重量轻、功耗小﹑灵敏度高﹑动作快和不怕震动﹑可以实现无触点等一系列的优点。
模拟型继电保护装置的种类很多，一般而言，它们都由测量回路﹑逻辑回路和执行回路三个主要部分组成，其原理框图如图1.1
所示。
图1.1 模拟型继电保护装置原理框图
测量回路的作用是测量与被保护电气设备或线路工作状态有关的物理量的变化，如电流、电压等的变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出现不正常运行情况；逻辑回路的作用是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号；执行回路的作用是执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信号。
现以最简单的过电流保护装置为例，来说明继电保护的组成和基本工作原理。
在图1.2所示线路过电流保护装置的原理接线图中,电流继电器KA 的线圈接于被保护线路电流互感器TA 的二次回路，这就是保护的测量回路，它监视被保护线路的运行状态，用以测量线路中电流的大小。在正常运行情况下，线路中通过最大负荷电流时，继电器不动作；当被保护线路发生短路故障时，流入继电器KA 线圈回路的电流大于继电器的动作电流时，电流继电器立即动作，触点闭合，接通逻辑回路中时间继电器KT 的线圈回路，时间继电器启动并经延时后触点闭合，接通执行回路中的信号继电器KS 和断路器QF 跳闸线圈YR 回路，使断路器QF 跳闸，切除故障。
图1.2 线路过电流保护装置单相原理接线图
数字型的计算机继电器保护是把被保护设备和线路输入的模拟电气量经模数（A/D ）
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转换器变换为数字量，利用计算机进行处理和判断。计算机由硬件部分和软件部分组成，硬件部分主要采用微型计算机或微处理器来实现，计算机保护硬件部分的原理框图如图
1.3所示。
图1.3 微机继电保护硬件部分原理框图
被保护设备或线路的交流电流、电压经电流互感器和电压互感器输入到计算机保护的输入通道。由于需要同时输入多路电压和电流(如三相电压和三相电流)，因此需要配置多路输入通道。在输入通道中，首先经变换器将电流和电压变换为适于微机保护用的低电压量(±5V ～±10V)，再由模拟低通滤波器滤除直流分量、低频分量和高频及各种干扰波后，进入采样保持(S/H)电路，将一个在时间上连续变化的模拟量转换为时间上的离散量，完成对输入模拟量的采样。通过多路转换开关(MPX)将多个输入电气量按输入时间前后分开，依次送到A/D 转换器，将模拟量转换为数字量进入计算机系统进行运算处理，判断是否发生故障，通过开关量输出通道输出，经光电隔离电路送到出口继电器，从而接通跳闸线圈，启动调整回路。
人机接口部分的作用是建立起微机保护与使用者之间的信息联系，以便对装置进行人工操作、调试和信息反馈。外部通信接口的作用是提供计算机局域通信网络以及远程通信网络的信息通道。
软件部分是根据保护的工作原理和动作要求编制的计算程序，不同原理的保护计算程序不同。微机保护的计算程序是根据保护工作原理的数学模型即数学表达式来编制的。这种数学模型称为计算机继电保护的算法。通过不同的算法便可以实现各种保护功能。各种类型保护的计算机硬件和外围设备可以是通用的，只要计算程序不同，就可以得到不同原理的保护，而且计算机可以根据系统运行方式的改变自动改变动作的整定值，使保护具有更大的灵活性。保护用计算机有自诊断能力，不断地检查和诊断保护本身的故障，并及时进行处理，大大地提高了保护装置的可靠性，并能实现快速动作的要求。
电力系统的继电保护根据被保护对象不同，分为发电厂、变电所电气设备的继电保护
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和输电线路的继电保护。前者是指发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护；后者是指电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称线路保护。
按作用的不同继电保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护。主保护是指被保护元件内部发生的各种短路故障时，能满足系统稳定及设备安全要求的、有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除的保护。后备保护可分为远后备和近后备保护两种，远后备是指主保护或断路器拒绝时，由相邻元件的保护部分实现的后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。辅助保护是指为了补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。
继电保护装置需有操作电源供给保护回路，断路器跳、合闸及信号等二次回路。按操作电源性质的不同，可以分为直流操作电源和交流操作电源。通常在发电厂和变电所中继电保护的操作电源是由蓄电池直流系统供电，因蓄电池是一种独立电源，最大的优点是工作可靠，但缺点是投资较大、维护麻烦。交流操作电源的优点是投资少、维护简便，但缺点是可靠性差。因此，交流操作电源的继电保护适合于中小型变电所，特别是农村小型变电所的使用。
1.4 对继电保护装置的要求
继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求如速动性可以降低。现将其基本要求分述如下。
1.4.1 可靠性
可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。
安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成元件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时正确的调试、整定、运行及维护，对于提高保护的可靠性都具有重要的作用。
继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。然而，提高不误动的安全措施与提高不拒动的信赖性措施往往是矛盾的。由于不同的电力系统结构不同，电力元件在电力系统中的位置不同，误动和拒动的危害程度不同，因而提高安全性和信赖性的侧重点在不同的情况下有所不同。例如，对220kV 及以上系统，由于电网联系比较紧密，联络线较多，系统备用容量较多，如果保护误动，使某条线路、某台发电机或变压器误动切除，给整个电力系统造成直接经济损失较小。但如果保护装置拒动，将会造成电力元件的损坏或者引起系统稳定的破坏，造成大面积的停电。在这种情况下，一般应该更强调保护不拒动的信赖性，目前，要求每回220kV 及以上输电线路都装设两套工作原理不同、工作回路
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完全独立的快速保护，采取各自独立跳闸的方式，提高不拒动的信赖性。而对于母线保护，由于它的误动将会给电力系统带来严重后果，因此更强调不误动的安全性，一般是以两套保护出口触点串联后启动跳闸回路的方式。
即使对于相同的电力元件，随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。例如，一个更高一级电网建设初期或大型电厂投产初期，由于联络线较少，输送容量较大，切除一个元件就会对系统产生很多影响，此时，防止误动就最为重要；随着电网建设的发展，联络线路愈来愈多，联系愈来愈紧密，防止拒动就变为最重要的。在说明防止误动更重要的时候，并不是说拒动不重要，而是说，在保证防止误动的同时，要充分防止拒动；反之亦然。
1.4.2 选择性
所谓选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。
如图1.4所示电网，当k 1点发生短路故障时，应由故障线路上的保护1和2动作，将故障线路切除，这时变电所B 则仍可由另一条非故障线路继续供电。当k 3点发生短路故障时，应由线路的保护6动作，使断路器6QF 跳闸，将故障线C -D 切除，这时只有变电所D 停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断对用户的供电。
在要求保护动作有选择性的同时，还必须考虑保护或断路器有拒动的可能性，因而就需要考虑后备保护的问题。如图1.4所示，当k 3点发生短路故障时，距短路点最近的保护6应动作切除故障，但由于某种原因，该处的保护或断路器拒动，故障便不能消除，此时如其前面一条线路(靠近电源测)的保护5动作，故障也可消除。此时保护5所起的作用就称为相邻元件的后备保护。同理保护1和3又应该作为保护5和7的后备保护。由于按以上方式构成的后备保护是在远处实现的，因此又称为远后备
保护。
图1.4 单侧电源网络中有选择性动作的说明图
一般情况下远后备保护动作切除故障时将使供电中断的范围扩大。
在复杂的高压电网中，当实现远后备保护有困难时，也可采用近后备保护的方式。即当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护；当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内的有关断路器动作，实现后备。为此，在每一个元件上应装设简单的主保护和后备保护，并装设必要的断路器失灵保护。由于这种后备保护作用是在主保护安装处实现，因此称为近后备保护。
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应当指出，远后备保护的性能是比较完善的，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流电源引起的拒绝动作，均能起到后备作用，同时实现简单、经济，因此，在电压较低的线路上应优先采用，只有当远后备不能满足灵敏度和速动性的要求时，才考虑采用近后备的方式。
1.4.3 速动性
所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格昂贵，对大量的中、低压电力设备，不一定都采用高速动作的保护。对保护速动性的要求应根据电力系统的接线和被保护设备的具体情况，经技术经济比较后确定。一般必须快速切除的故障有：
(1) 使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。
(2) 大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。
(3) 中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障。
(4) 可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号造成强烈干扰的故障。
在高压电网中，维持电力系统的暂态稳定性往往成为继电保护快速性的决定性因素，故障切除愈快，暂态稳定极限(维持故障切除后系统的稳定性所允许的故障前输送功率)愈高，愈能发挥电网的输电效能。
故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s ～0.08s ，最快的可达0.01s ～0.04s ，一般断路器的跳闸时间为0.06s ～0.15s ，最快的可达0.02s ～0.06s 。
但应指出，要求保护切除故障达到最小时间并不是在任何情况下都是合理的，故障必须根据技术条件来确定。实际上，对不同电压等级和不同结构的电网，切除故障的最小时间有不同的要求。例如，对于35kV ～60kV 配电网络，一般为0.5s ～0.7s ；110kV ～330kV 高压电网，约为0.15s ～0.3s ；500kV 及以上超高压电网，约为0.1s ～0.12s 。目前国产的继电保护装置，在一般情况下，完全可以满足上述电网对快速切除故障的要求。
对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。
1.4.4 灵敏性
灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。
所谓系统最大运行方式就是被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式；系统最小运行方式就是在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。
保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。灵敏系数表示式为
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(1) 对于反应故障参量增加(如过电流)的保护装置： 保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值灵敏系数=保护装置动作参数的整定值
(2) 对于反应故障参量降低(如低电压)的保护装置： 保护装置动作参数的整定值灵敏系数=保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值
故障参数如电流、电压和阻抗等的计算，应根据实际可能的最不利的运行方式和故障类型来进行。
增加灵敏性，即增加了保护动作的信赖性，但有时与安全性相矛盾。对不同作用的保护及被保护的设备和线路，所要求的灵敏系数不同，其值见附录1。
以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。
1.5 继电保护的发展简史
继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。电力系统发生短路是不可避免的，短路必然伴随着电流的增大，因而，为了保护发电机免受短路电流的破坏，首先出现了反应电流超过一预定值的过流保护。熔断器就是最早的、最简单的过电流保护。这种保护方式时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。熔断器的特点是融保护装置与切断电流的装置于一体，因而最为简单。由于电力系统的发展，用电设备功率、发电机的容量不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置(断路器)的过电流继电器。1890年后出现了装于断路器上并直接作用于断路器的一次式(直接反应于一次短路电流)的电磁型过电流继电器。19世纪初，随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电器保护技术发展的开端。
1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理。1910年方向电流保护开始得到应用，在此时期也出现了将电流与电压比较的保护原理，并导致了1920年后距离保护装置的出现。随着电力系统载波通信的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。20世纪50年代就出现了利用故障点产生的行波实现快速继电保护的设想，经过20余年的研究，终于诞生了行波保护装置。显然，随着光纤通信将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必须广泛的应用。
以上是继电保护原理的发展过程。与此同时，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构形式和制造工艺也发生了巨大的变革。经历了机电式保护装置、静态保护装置和数字式保护装置三个发展阶段。
电力系统继电保护
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机电式保护装置由具有机械传动部件带动触点断开、闭合的机电式继电器如电磁型、感应型和电动型组成，由于其工作比较可靠，不需要外加电源，抗干扰性能好，使用了相当长的时间，特别是单个继电器目前仍在电力系统中广泛使用。但由于这种保护装置体积大、动作速度慢、触点易磨损和粘连，调试维护比较复杂，难于满足超高压、大容量电力系统的需要。
20世纪50年代，随着晶体管的发展，出现了晶体管保护装置。这种保护装置体积小、动作速度快、无机械转动部分，经过20余年的研究与实践，晶体管式保护装置的抗干扰问题从理论和实际都得到了满意的解决。20世纪70年代，晶体管保护在我国被大量采用。随着集成电路的发展，可以将许多晶体管集成在一块芯片上，从而出现了体积更小、工作更可靠的集成电路保护。20世纪80年代后期，静态继电保护装置由晶体管式向集成电路式过渡，成为静态继电保护的主要形式。
20世纪60年代末，有人就提出了用小型计算机实现继电保护的设想，但由于小型计算机当时价格昂贵，难于实际采用。由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究，这为后来微型计算机式保护的发展奠定了理论基础。随着微处理器技术的快速发展和价格的急剧下降，在20世纪70年代后期，便出现了性能比较完善的微机保护样机并投入运行。20世纪80年代微机保护在硬件和软件技术方面已趋成熟，进入90年代，微机保护已在我国大量应用，主运算器由8位机、16位机发展到目前的32位机；数据转换与处理器件由A/D 转换器、压频转换器(VFC)，发展到数字信号处理器(DSP)。这种由计算机技术构成的继电保护称为数字式继电保护。这种保护可用相同的硬件实现不同原理的保护，使制造大为简化，生产标准化、批量化，硬件可靠性高；具有强大的存储、记忆和运算功能，可以实现复杂原理的保护，为新原理保护的发展提高了实现条件。除了实现保护功能外，还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录和保护管理中心计算机及调度自动化系统通信等功能，这对于保护的运行管理、电网事故分析及事故后的处理等均有重要意义。另外它可以不断地对本身的硬件和软件自检，发现装置的异常情况并通知运行维护中心。
由于网络的发展与电力系统中的大量采用，给微机保护提供了很大的发展空间。微机硬件和软件功能的空前强大、变电站综合自动化和调度自动化的兴起和电力系统光纤通信网络的逐步形成，从而使得微机保护不能也不应该再是一个孤立的、任务单一的、“消极待命”的装置，而应该是积极参与、共同维护电力系统整体安全稳定运行的计算机自动控制系统的基本组成单元。微机保护不仅要能实现被保护设备的切除、或自动重合，还可作为自动控制系统的终端，接收调度命令实现跳、合闸等操作，以及故障诊断、稳定预测、安全监视、无功调节、负荷控制等功能。
此外，由于计算机网络提供数据信息共享的优越性，微机保护可以占有全系统的运行数据和信息，应用自适应原理和人工智能方法使保护原理、性能和可靠性得到进一步的发展和提高，使继电保护技术沿着网络化、智能化、自适应和保护、测量、控制、数据通信于一体的方向不断发展。
第1章 绪论 ·11·
思考题与习题
1.1 什么是故障、异常运行方式和事故？它们之间有何不同？又有何联系？
1.2 什么是主保护和后备保护？远后备保护和近后备保护有什么区别和特点？
1.3 继电保护装置的任务及其基本要求是什么？
1.4 电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想像一下会出现什么后果？
1.5 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?
1.6 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幅值差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护仅靠保护的整定值能切除保护范围内任意点的故障吗？
1.7 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？
1.8 结合电力系统分析课程知识，说明加快继电保护的动作时间为什么可以提高电力系统的稳定性？
1.9 从继电保护的发展史，谈与其他学科技术发展的关联性。
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电力系统继电保护问答 05 电力系统继电保护问答 5 56.在大短路电流接地系统中,为什么有时要加装方向继电器组成零序电流方向保护? 答：在大短路电流接地系统中，如线路两端的变压器中性点都接地，当线路上发生接地短路时，在故障点与各变压器中性点之间都有零序电流流过，其情况和两侧电源供电的辐射形电网中的相间故障电流保护一样。为了保证各零序电流保护有选择性动作和降低定值，就必须加装方向继电器，使其动作带有方向性。使得零序方向电流保护在母线向线路输送功率时投入，线路向母线输送功率时退出。 57．零序(或负序)方向继电器的使用原则是什么? 答：零序电流保护既然是作为动作机率较高的基本保护，故应尽量使其回路简化，以提高其动作可靠性。而零序功率方向继电器则是零序电流保护中的薄弱环节。在运行实践中，因方向继电器的原因而造成的保护误动作时有发生。因此，零序(或负序)方向继电器的使用原则如下：(1)除了当采用方向元件后，能使保护性能有较显著改善的情况外，对动作机率最多的零序电流保护的瞬时段，特别是“躲非全相一段”，以及起后备作用的最末一段，应不经方向元件控制。 (2)其他各段，如根据实际选用的定值，不经方向元件也能保证选择性和一定灵敏度时，也不宜经方向元件控制。 (3)对平行双回线，特别是对采用单相重合闸的平行双回线，如果互感较大，其保护有关延时段必要时也包括灵敏一段，一般以经过零序方向元件控制为宜，因为这样可以不必考虑非全相运行情况下双回线路保护之间的配合关系，从而可以改善保护工作性能。 (4)方向继电器的动作功率，应以不限制保护动作灵敏度为原则，一般要求在发生接地故障且当零序电流为保护起动值时，尚应有2以上的灵敏度。 58.大短路电流接地系统中．输电线路接地保护方式主要有哪几种? 答：大短路电流接地系统中，输电线路接地保护方式主要有：纵联保护(相差高频、方向高频等)、零序电流保护和接地距离保护等。 59．什么是零序保护?大短路电流接地系统中为什么要单独装设零序保护? 答：在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电
电力系统继电保护 董双桥 2005年9月
第一部分电力系统继电保护的基本知识 电力系统：由发电电厂中的电气部分，变电站，输配电线路，用电设备等组成的统一体：它包括发电机、变压器、线路、用电设备以及相应的通信，安全自动装置，继电保护，调调自动化设备等。 电力系统运行有如下特点： 1、电能的生产，输送和使用必须同时进行。 2、与生产及人们的生活密切相关。 3、暂态进程非常短，一个正常运行的系统可能在几分钟，甚致几秒钟内瓦解。 电力系统继电保护的作用。 电力系统在运行中，可能由于以下原因，发生故障或不正常工作状态。 1、外部原因：雷击，大风，地震造成的倒杆，绝缘子污秽造成污闪，线路覆冰造成冰闪。 2、内部原因：设备绝缘损坏，老化。 3、系统中运行人员误操作。 电力系统故障的类型： 1、单相接地故障D（1） 2、两相接地故障D（1.1） 3、两相短路故障D（2） 4、三相短路故障D（3） 5 线路断线故障 以上故障单独发生为简单故障。在不同地点同时发生两个或以上称为复故障。 电力系统短路故障的后果： 1、短路电流在短路点引起电弧烧坏电气设备。 2、造成部分地区电压下降。 3、使系统电气设备，通过短路电流造成热效应和电动力。 4、电力系统稳定性被破坏，可能引起振荡，甚至鲜列。 不正常工作状态有：电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏，但未发展成故障。 不正常工作状态有： 1）电力设备过负荷，如：发电机，变压器线路过负荷。 2）电力系统过电压。 3）电力系统振荡。
4）电力系统低频，低压。 电力系统事故：电力系统中，故障和不正常工作状态均可能引起系统事故，即系统全部或部分设备正常运行遭到破坏，对用户非计划停电、少送电、电能质量达不到标准（频率，电压，波形）、设备损坏等。 继电保护的作用，就检测电力系统中各电气设备的故障和不正常工作状态的信息，并作相应处理。 继电保护的基本任务： 1）将故障设备从运行系统中切除，保证系统中非故障设备正常运行。 2）发生告警信号通知运行值班人员，系统不正常工作状态已发生或自动调整使系统恢复正常工作状态。 电力系统对继电保护的基本要求（四性） 1）选择性：电力系统故障时，使停电范围最小的切除故障的方式 2）快速性：电力系统故障对设备、人身、系统稳定的影响与故障的持续时间密切相关，故障持续时间越长，设备损坏越严重；对系统影响也越大。因此，要求继电保护快速的切除故障。 电力系统对继电保护快速性的要求与电网的电压等级有关。 35kV及以下保护动作时间工段60-80ms 110kV 工段40-60ms 220kV 高频保护20-40ms 500kV 20-40ms 快速切除故障，可提高重合闸成功率，提高线路的输送容量。 3）灵敏性：继电保护装置在它的保护范围内发生故障和不正常工作状态的反应能力（各种运行方式，最大运行方式，最小运行方式），故障时通人保护装置的故障量与保护装置的整定值之比，称为保护装置的灵敏度。 4）可靠性： ①保护范围内发生故障时，保护装置可靠动作切除故障,不拒动。 ②保护范围外发生故障和正常运行时，保护可靠闭锁,不误动。 在保护四性中：重要的是可靠性，关键是选择性，灵敏性按规程要求,快速性按系统要求。
华南理工大学网络教育学院《电力系统继电保护原理》课程作业答案171801 20170910 作业答题注意事项： 1）本作业共含客观题48题（单选20题，判断28题），主观题5题。所有题目答案务必填写在答题页面的答题表格中，填写在 题目中间或下面空白处的答案以0分计。单项选择题填写字 母ABCD之一，判断题大写V字表示正确，大写X表示错误。 其它填写方法将不能正确判别；主观题答案写在答题纸页面内 各题的表格方框内，其内容框大小可自行调节； 2）不要把答案拍摄成图片再贴入本文档，不要修改本文件中答题表格格式，务必将答题文件命名为“[学生姓名][答案].doc”, 用word2003格式存储并上传到网页，谢谢！ 3）提交作业答案文件时请删除所有题目，答案文件应仅含个人信息表、客观题答案表和主观题答题表，不含题目； 4）不标注本人姓名的文件名无效，仅将答案拷贝到网页编辑框而没有上传答案word附件的作业，可能会造成批阅速度、格式 正确性上的较大困难，请同学们理解。 作业题目 一、单项选择题（20题） 1、电力系统继电保护的四个基本要求，不包括（）。 （A）选择性；（B）速动性；（C）灵敏性；（D）针对性。 2、使用调试最方便的保护是（）。 (A)电磁式保护；（B）分立晶体管保护；（C）集成电路保护；（D）微机保护。
3、电力系统中发生概率最大故障是（）。 （A）三相短路；（B）两相短路；（C）单相接地故障；（D）两相接地故障。 4、（）不属于影响距离保护工作的因素。 （A）短路点过渡电阻；（B）电力系统振荡； （C）电压回路断线；（D）并联电容补偿。 5、目前，（）还不能作为纵联保护的通信通道。 （A）公用无线网络通道（wireless network）； （B）输电线路载波或高频通道(power line carrier)； （C）微波通道(microwave)； （D）光纤通道(optical fiber)。 6、可以作为相邻线路的后备保护的纵联差动保护是（）。 (A)分相电流纵联差动保护；(B)电流相位比较式纵联保护； (C)方向比较式纵联保护； (D)距离纵联保护； 7、（）是后加速保护的优点之一。 (A)能够快速地切除各段线路上发生的瞬时性故障； (B)可能使瞬时性故障米不及发展成为永久性故障，从而提高重合闸的成功率； (C)使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济； (D)第一次是有选择性地切除故障，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的动作而后以重合闸来纠正（前加速的方式）。 8、下列方式不属于综合重合闸（简称综重）工作方式的是（）。 (A)两相重合闸方式； (B)三相重合闸方式； (C)单相重合闸方式； (D)停用重合闸方式。 9、双侧电源线路的过电流保护加方向元件是为了（）。 （A）保证选择性；(B)提高灵敏性；(C)加强可靠性；(D)提高速动性。 10、发电机定子绕组单相接地时，中性点对地电压（）。 （A）为零；（B）上升为线电压；（C）上升为相电压；（D）上升为线电压α倍（α表示由中性点到故障点的匝数占全部绕组匝数的百分数）。 11、互感器二次侧应有安全可靠的接地,其作用是（）。 A 便于测量时形成回路； B 以防互感器一、二次绕组绝缘破坏时,高电压对二次设备及人身的危害； C 有助于泄放雷电流； D 提高保护设备抗电磁干扰能力。 12、瞬时电流速断保护的动作电流应大于（）。
第一章绪论 General introduction 第一节电力系统概论 General introduction of electric power industry 一、电力系统的构成Composing of power system <一>电力工业在国民经济中的地位 The status of power industry in national economic 1．电力工业是社会公共基础事业，是国民经济的一个重要部门。 2．为社会生产的各个领域提供动力，与社会生活密切相关； 3．“经济要发展，电力要先行”。从各国经济发展看，国民经济每增长1%，就要求电力工业增长1.3%—1.5%。 <二> 电力系统的形成 Development of power system 1 初期电厂建在用电区附近，规模很小，孤立运行。 2 随着生产的发展和科学技术的进步，用电量和发电厂容量不断增加，但由于发电所需的一次能源通常离负荷中心较远，因此形成了电力网和电力系统。 <三>基本概念 Basic conception 电力系统：发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器设备所组成的电气上的整体。 电力网：电力系统中输送、分配电能的部分（变压器和输配电线路）。 动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽机；水电厂的水库、水轮机；核电厂的反应堆）
二、电力系统的发展The history of electric power industry 1．国外电力系统的发展历史 1831 法拉第发现电磁感应定律后，出现了交流直流发电机，直流电动机出现里100-400V的低压直流输电系统； 1882年德国 1500-2000V 直流输电系统 1885年单相交流输电 1891年三相交流输电 俄国人展示了现代电力系统模式 2．国内电力系统发展历史 1882年第一座电厂在上海建成 1882—1945年全国总装机容量185万KW，年发电量仅43亿KWh 2000年全国总装机容量3亿KW，年发电量13556亿KWh 并建成500kV交流、直流超高压输电线路，7个跨省电力系统 西南大容量水电的开发，山西陕西和内蒙西部大量坑口电厂的建设，使得全国联网的格局逐步形成。 3.联合电力系统的特点Characteristics of power system 1)系统总装机容量减少。发电厂孤立运行的最大负荷并不同时出现 2)合理利用动力资源 与火力发电厂相比，水电厂具有单位发电成本低、跟踪负荷快的特点。因此，依照“不弃水”的原则，水电厂丰水季节承担基荷，枯水季节承担峰荷。这样可以降低煤耗，充分利用水力资源。 3)提高了供电可靠性 由于各电厂之间在机组检修或系统发生事故的情况下能够相互支援，从而可以降低系统备用容量和提高供电可靠性。 4)提高了系统运行的经济性 a.在机组间合理分配负荷； b.采用大容量机组，降低单位千瓦造价和运行损耗。 缺点：故障波及地区容易扩大、系统短路容量增加。 三、对电力系统的基本要求Basic requirement of the power system operation （一）电能生产、输送和消费的特点
是断 晃 1、零序电流速断保护的整定原则是什么？答躲过被保护线路末端发生接地短路时流过保护的最大零序电流；当系统采用单相重合闸时，应躲过非全相振荡时出现的最大 零序电流。 1、零序电流速断保护的整定原则是什么？答躲过被保护线路末端发生接地短路时流过保护的最大零序电流,躲过断路器三相触头不同期合闸所产生的最大零序电流；当系统采用单相重合闸时，应躲过非全相振荡时出现的最大零序电流。 2、方向性电流保护为什么有死区？死区由何决定？如何消除？答：当保护安装处附近发生三相短路时，由于母线电压降低至零，方向元件不动作，方向电流保护也将拒动，出现死区。死区长短由方向继电器最小动作电压及背后系统阻抗决定。消除方法常采用记忆回路。 3、何谓功率方向继电器90°接线方式？它有什么优点答：是指在三相对称的情况下，当时，加入继电器的电流如和电压相位相差90°。优点：第一，对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相间电压，其值很高；第二，选择继电器的内角后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。 4、与变压器纵差保护相比，发电机的纵差动保护有何特点？答：与变压器相比，发电机纵差保护不存在不平衡电流大特点，但在发电机中性点及附近发生相间故障时，发电机纵差保护存在有死区，因此，保护存在有如何减小死区提高保护灵敏度的问题 45、断流器失灵保护是答案：当故障线路的继电保护动作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其它有关的断路器，以使停电范围限制为最小的一种更后备保护。 答案：纵连差动保护 4、发电机的故障类型。 答案：发电机的故障类型有定子绕组相间短路，定子绕组一相的匝间短路和定子绕组单相接地；转子绕组一点接地或两点接地，转子励磁回路励磁电流消失。 5、发电机的不正常运行状态。 答案：由于外部短路电流引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序电流和过负荷；由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率等 10、什么是励磁涌流。 答案：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，铁心中的测通迅速变为原来的2倍，铁心严重饱和，励磁电流剧烈增大，可以达到额定电流的6-8倍，这个电流就叫励磁涌流。 13、前加速的优点及适用场合。 答案：第一，能够快速地切除瞬时性故障。第二，可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，提高重合闸的成功率。第三，能保证发电厂和重要变电所的母线电压在0.6—0.7倍的额定电压以上，提高电能质量。第四，使用的设备少，简单经济。 适用于35KV以下由发电厂和重要牵引变电所引出的直配线路。 14、后加速的优点。 答案：第一，第一次是有选择的切除故障，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的动作而后以重合闸来纠正。 第二，保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然有选择性。 第三，和前加速相比，使用中不受网络结构和符合条件的限制，一般说来是有利而无害的。 18、什么是输电线的纵联保护？ 答案：输电线的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向连结起来，将各端的电气量传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路，理论上具有绝对的选择性。 23、电流保护的接线方式是指什么，相间短路的电流保护的接线方式有哪几种方式？ 答案：电流保护的接线方式是指保护中电流继电器与电流互感器之间的连接方式。对相间短路的电流保护，目前广泛采用的是三相星型接线和两相星形接线两种方式。 25、大电流接地系统中，为什么有时加装方向继电器组成零序电流方向保护？ 答案：大电流接地系统中，如线路两端的变压器中性点都接地，那么当线路上发生接地短路时，在故障点与变压器中性点之间都有零序电流流过，其情况和两侧电源供电的辐射型电网
与发电机型式和冷却方式有关的A参数，随着发电机机组容量的增大而： A. 成周期性变化； B. 恒定不变； C. 逐步减小； D. 逐步增大； 回答错误!正确答案：C 正常、过激运行的发电机失磁后，机端测量阻抗的变化轨迹应该是 A. 从第Ⅰ象限到第Ⅳ象限 B. 从第Ⅰ象限到第Ⅲ象限 C. 从第Ⅰ象限到第Ⅱ象限 D. 从第Ⅳ象限到第Ⅱ象限 回答错误!正确答案：A 闭锁式方向纵联保护中，闭锁信号是： A. 由短路功率为正的一侧发出的 B. 由短路功率为负的一侧发出的
C. 只在负半周发信 D. 只在正半周发信 回答错误!正确答案：B 对自动重合闸前加速而言，下列叙述哪个是不正确的： A. 保护第一次切除故障可能有选择性 B. 保护第一次动作可能有延时 C. 保护第二次切除故障一定有选择性 D. 保护第二次动作可能有延时 回答错误!正确答案：B 距离Ⅲ段的灵敏度校验中应采用。 A. 最大分支系数 B. 过激分支系数 C. 最小分支系数 D. 正常分支系数 回答错误!正确答案：A
在不需要动作时保护不误动，保护范围内发生应该动作的故障时不拒动的特性是指保护的。 A. 可靠性 B. 速动性 C. 灵敏性 D. 选择性 回答错误!正确答案：A 汽轮发电机失磁后是否继续运行主要取决于下列哪个因素？ A. 系统的运行方式； B. 发电机自身的状态； C. 系统的无功储备； D. 负荷需求； 回答错误!正确答案：C 自动重合闸后加速一般适用于下列哪种情况？ A. 110kV及以上电压等级线路； B. 35kV及以下电压等级线路；
C. 系统发生永久性故障； D. 系统发生瞬时性故障； 回答错误!正确答案：A 纵联电流相差动保护中，保护装置本身的最大角度误差是多少度？ A. 0.06 B. 22 C. 15 D. 7 回答错误!正确答案：C 故障切除时间等于： A. 保护装置和断路器动作时间的总和 B. 保护的固有动作时间 C. 保护的整定时间 D. 断路器的动作时间 回答错误!正确答案：A
第一章 绪论 第一节 电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态 一、基本概念 1、电力系统 电力系统：是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合体。 技术要求：比如变压器的容量能够负担相应的负荷，断路器在出现故障时能够跳闸 等，双电源互投装置在一回电源故障时，另一回能够自动投入等。 经济要求：比如某项目附近有35kV 和110kV 电源，究竟采用那个等级的电源，应 进行经济性比较，采用综合费用较低的方案。 （电力系统中包含一次设备、二次设备、调度通讯设备） 2、一次设备 一次设备：一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备。比如发电机、变压器、断 路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机、消弧线圈等。 3、二次设备 二次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。比如电流互感 器、电压互感器、监察测量仪表、继电保护装置、自动装置等。 电能的生产、传输和消费是同一时间内完成的。因此任意时刻都要保证电能的生产 和消耗量保持平衡，并满足质量要求，比如电压、频率等。这就需要我们及时掌握电力 系统中各个设备的运行状态，并能及时调整发输电设备的运行状态，从而满足而实际的 电能消耗量是不断的变化的，电力系统运行中也会出现各种不正常状态|、故障状态， 系统运行中，应及时切除故障部分的电路，避免故障范围扩大，保证其他线路能够正常 运行。 4、电力系统运行状态 电力系统运行状态：是指电力系统在不同运行条件下（如负荷水平、出力配置、系统接 线、故障等）的系统与设备的工作状况。 电力系统的运行条件可用三组方程描述，一组微分方程式和两组代数方程。 微分方程式用来描述系统元件及其控制的动态规律（略）。 两组代数方程分别构成电力系统正常运行的等式和不等式约束条件 （1）等式约束条件：系统发出的有功功率和无功功率应在任意时刻与系统中随机 变化的负荷功率（包括传输损耗）相等，数学表达式 0Gi Lj S P P P ∑-∑?-∑?= 0Gi Lj S Q Q Q ∑-∑?-∑?= （2）不等式约束条件：供电质量和电气设备安全运行的某些参数，他们应处于 安全运行的范围内 max .k k S S ≤ max .min .i i i U U U ≤≤ max .ij ij I I ≤
2005/2006学年第二学期 《继电保护》复习题 使用班级：发电（3）041、发电（3）042、发电（3）043 第一章绪论 一、填空题： 1、电力系统发生故障时，继电保护装置应______________，电力系统出现不正常工作状态时，继电保护装置一般应____________。 2、继电保护的灵敏性是指其对于保护范围内发生故障或不正常工作状态的_________。通常用衡量。 3、继电保护的选择性是指继电保护动作时，只能把从系统中切除，使系统的继续运行。尽量缩小停电范围。 4、继电保护的可靠性是指保护在应动作时，不应动作时。 5、继电保护装置一般是由测量部分、和三个主要部分组成。 6、继电保护按作用不同可分为、和辅助保护。 二、判断题： （）1、电气设备过负荷时，继电保护装置应将过负荷设备从系统中切除。（）2、电力系统故障时，继电保护装置只发出信号，不切除故障设备。 （）3、电力系统出现不正常工作状态时，继电保护装置不但发出信号，同时也要把不正常工作的设备切除。 （）4、继电保护装置的误动作和拒动作都是可靠性不高的表现，它们对电力系统造成的危害程度相同。 （）5、继电保护装置的动作时间就是故障被切除的时间。
三、选择题： 1、继电保护动作时，要求仅将故障的元件或线路从电力系统中切除，使系统无故障部分继续运行，尽量缩小停电范围。这是继电保护的（）。 A、可靠性 B、选择性 C、灵敏性 2、电力系统短路时最严重的后果是（）。 A、电弧使故障设备损坏 B、使用户的正常工作遭到破坏 C、破坏电力系统运行的稳定性 3、快速保护的动作时间最快可达到0.02~0.04s；而断路器的动作时间最快可达到 0.06~0.15s。所以继电保护快速切除故障的时间为（）。 A、0.02~0.04s B、0.02~0.06s C、0.04~0.1s 四、问答题： 1、何谓主保护、后备保护？何谓远后备保护、近后备保护？ 答：主保护：反应整个被保护元件上的故障，并能以最短的延时有选择地切除故障的保护。后备保护：主保护或者断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护。 近后备：主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护实现的后备保护。 远后备：主保护或者断路器拒绝动作时，由相邻元件的保护实现的后备保护。 2、继电保护的基本任务是什么? 答：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从系统中切除，使故障元件免遭破坏，并保证其他无故障元件迅速恢复正常运行；（2）反应电气元件不正常运行情况，并根据不正常运行情况的种类和电气元件维护条件，发出信号，由运行人员进行处理。（3）与其他自动装置配合，解决在故障情况下提高供电可靠性的问题。 3、利用电力系统正常运行和故障时参数的差别，可以构成哪些不同原理的继电保护？
1 绪论 1.1电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想象一下会出现什么情景？ 答：现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。当电力系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流，若没有完善的继电保护系统将故障快速切除，则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成人身伤亡。如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，则当电力系统出现不正常运行时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。 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。 1.5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。 母线 线路 TA1TA2 图1-1 电流互感器选用示意图 1.7 结合电力系统分析课程的知识，说明加快继电保护的动作时间，为什么可以提高电力系统的稳定性？ 答：由电力系统分析知识可知，故障发生时发电机输出的电磁功率减小二机械功率基本不变，从而使发电机产生加速的不平衡功率。继电保护的动作时间越快，发电机加速时间越短，功率角摆开幅度就越小，月有利于系统的稳定。 由分析暂态稳定性的等面积理论可知，继电保护的动作速度越快，故障持续的时间就越短，发电机的加速面积就约小，减速面积就越大，发电机失去稳定性的可能性就越小，即稳定性得到了提高。 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。 - 1 -
电力系统继电保护网上作业题 第一章绪论 一. 填空题 1.对继电保护装置的四项基本要求是( )性、( )性、( )性和( )性。 2.继电保护装置组成部分一般包括（），（），（）。 3.电力系统发生故障时，继电保护装置应将（）部分切除，电力系统出现不正常工作时，继电保护装置一般应（）。 4.继电保护的可靠性是指保护在应动作（），不应动作时（）。 5.输电线路的短路可分为（）、（）两类。 6.电力系统的三种运行状态（）、（）、（）。 7.按继电保护所起的作用可分为( )保护、( )保护，其中后备保护又可分为( )保护和( )保护。 8.能满足系统稳定及设备安全要求，有选择性地切除被保护设备和全线故障的保护称为( ).若主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护称为( )。 9.保护装置的灵敏性，通常用（）来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越（）。 10.最常见的不正常运行状态是（）,最常见的故障类型是（）。 11.继电保护装置有按反应电流增大原理而构成的( )保护，有按反应电压降低原理而构成的( )保护，有按反应电流与电压比值及相角变化原理而构成的 ( )保护等。 12.反应于变压器油箱内部故障时所发生气体而构成( )保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成( )保护。 二.选择题 1.当系统发生故障时，正确地切断离故障点最近的断路器，是继电保护( )的体现. A．速动性 B. 选择性 C. 灵敏性 2.为了限制故障的扩大，减轻设备的损坏，提高系统的稳定性，要求继电保护装置具有（）. A．速动性 B. 选择性 C. 灵敏性 三.问答题 1.什么是继电保护装置？ 2.对继电保护有哪些要求？各项要求的定义是什么？ 3.继电保护装置的基本任务是什么？ 4.什么是主保护？什么是后备保护？ 5.何谓近后备保护、远后备保护？ 电力系统继电保护网上作业题参考答案 第一章绪论 一. 填空题 速动性选择性灵敏性可靠性 测量部分、逻辑部分、执行部分 故障发出信号 不拒动，不误动 相间短路，接地短路 正常状态不正常状态故障状态 主保护后备保护近后备远后备 主保护后备保护 灵敏系数高 过负荷单相接地故障 过电流低电压差动 瓦斯过负荷 二.选择题 1. B , 2. A 三.问答题 1.继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件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。 2.电力系统继电保护的基本性能应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性、可靠性。 选择性：是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。速动性：短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。 灵敏性：是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。 可靠性：是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。 3.基本任务：（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证非故障部分迅速恢复正常运行。（2）对不正常运行状态，根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合闸相配合。 4.所谓主保护是指能以较短时限切除被保护线路（或元件）全长上的故障的保护装置。考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护，称为后备保护。 5. 当电气元件的主保护拒动时，由本元件的另一套保护起后备作用，称为近后备。当主保护或其断路器拒动时，由相邻上一元件的保护起后备作用称为远后备。 第二章电网的电流保护
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《系统工程导论》 作业题 一．判断题（正确的写“对”，错误的写“错”） 1．一般系统理论重申亚里士多德的一个观点：系统的功能可以等于系统全部要素功能的总和。 【错】 2．典型故障曲线（浴盆曲线）告诉我们：系统的故障在早期故障期和偶然故障期，其故障率都很小，到损耗故障期，故障率会逐渐升高。 【对】 3．“什么也不干”，维持现状，也是一种方案，称为零方案。 【对】 4．香农把信息定义为两次不确定性之和，即： 信息(量) = 通信前的不确定性＋通信后尚存的不确定性。 【错】 5．系统模型，是对于系统的描述、模仿或抽象。它反映系统的物理本质与主要特征。 【对】 6．系统分析一般有七个步骤，根据具体情况，有些步骤可以并行进行，但不能改变顺序。 【错】 二．单项选择题（请将你选择的字母填写在括号内） 1．80年代末，钱学森提出处理开放的复杂巨系统的方法论 是从定性到定量综合集成方法，结合系统学理论和人工智能技术的发 展，又于己于1992年提出了建设从定性到定量综合集成研讨厅体系，进一步发
展了开放的复杂巨系统的系统方法。 2．系统的所谓相关性，包含两重意思：一是系统内部各元素之间存在 着这样那样的联系；二是系统与其环境之间也存在着这样那样的联系。 “联系”又称“关系”，常常是错综复杂的。 3．指标评分法主要有：（1）排队打分法；（2）_专家打分法_；（3）两两 比较法；（4）_体操计分法_：（5）_连环比率法_；（6）_逻辑判断评分法__。 4．对模型进行修正与简化的方法通常有：（1）去除一些变量；（2）合并 一些变量；（3）改变变量的性质；（4）改变变量之间的函数关系；（5）改 变约束。 5．任何一个系统都存在于一定的环境之中，在系统与环境之间 具有物质、能量和信息的交换。 6．系统分析的原则有那些？（1）内部因素与外部因素相结合； （2）微观效果与宏观效果相结合；（3）当前效果与长远效果相结合； （4）定量分析与定性分析相结合。 7．管理对于信息的要求是：（1）准确、（2）及时、（3）适用、（4）经济。 三简答题 1．按钱学森提出的系统新的分类方法，系统如何分类？对每一类系统举一例。 答：1）按照系统规模分为小系统、大系统、巨系统； 2）按照系统结构的复杂程度分为简单系统和复杂系统。 举例：小系统：一个家庭 大系统：一个地级市 巨系统：一个国家。 简单：一个局域网 复杂：因特网。 2．简述系统与环境的关系 答：新系统产生于环境；新系统的约束条件决定于环境；决策的依据来自于环境，试制所需资源来自于环境；最后，系统的品质也只能放在环境中进行评价。
电力系统继电保护课后习题答案 1 绪论 1.1电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想象一下会出现什么情景？ 答：现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。当电力系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流，若没有完善的继电保护系统将故障快速切除，则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成人身伤亡。如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，则当电力系统出现不正常运行时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。 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
第一章、绪论 1、电力系统运行状态概念及对应三种状态： 正常（电力系统以足够的电功率满足符合对电能的需求等）不正常（正常工作遭到破坏但还未形成故障，可继续运行一段时间的情况）故障(电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路，断线等故障) 2、电力系统运行控制目的： 通过自动和人工的控制，使电力系统尽快摆脱不正常运行状态和故障状态，能够长时间的在正常状态下运行。 3、电力系统继电保护： 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。 4、事故： 指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户停电或少送电或电能质量变坏到不能允许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏的事件。 5、故障： 电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路，断线等。 6、继电保护装置： 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，并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 7、保护基本任务： 自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使元件免于继续遭到损坏，保障其它非故障部分迅速恢复正常运行；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。 8、保护装置构成及作用： 测量比较元件（用于测量通过被保护电力元件的物理参量，并与其给定的值进行比较根据比较结果，给出“是”“非”“0”“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应启动）、逻辑判断元件（根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分）、执行输出元件（根据逻辑判断部分传来的指令，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） 9、对电力系统继电保护基本要求： 可靠性（包括安全性和信赖性；最根本要求；不拒动，不误动）；选择性；速动性；灵敏性 10、保护区件重叠： 为了保证任意处的故障都置于保护区内。区域越小越好，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。 11、故障切除时间等于保护装置（0.06-0.12s，最快0.01-0.04s）和断路器动作时间（0.06-0.15，最快0.02-0.6）之和。 12、①110kv及以下电网，主要实现“远后备”-一般下级电力元件的后备保护安装在上级（近电源侧）元件的断路器处；②220kv及以上电网，主要实现“近后备”-，“加强主保护，简化后备保护” 13、电力系统二次设备： 对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。
电力系统继电保护问答 精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
电力系统继电保护问答 1．什么是继电保护装置? 答：当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。 2．继电保护在电力系统中的任务是什么? 答：继电保护的基本任务： (1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。 (2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 3．简述继电保护的基本原理和构成方式。 答：继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，
也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。 4．电力系统对继电保护的基本要求是什么? 答：继电保护装置应满足可行性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。 (1)可行性是指保护该动体时应可行动作。不该动作时应可*不动作。可*性是对继电保护装置性能的最根本的要求。 (2)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。 (3)灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。 选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。 (4)速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间
第一章绪论 1.电力系统继电保护一般应满足速动性、灵敏性、选择性、可靠性四个基本要求。 2.继电保护的灵敏性是指其对保护范围内发生故障或不正常工作状态的反应能力。 3.继电保护的选择性是指继电保护动作时，只能把故障元件从系统中切除,使系统非故障部分继续运行。 4.继电保护的可靠性是指保护在应动作时不拒动,不应动作时不误动。 5.电力系统相间短路的形式有三相短路和两相短路。 6.电力系统发生短路故障后，总伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减小和电压与电流之间相位角的变化。 7.电力系统发生故障时,继电保护装置应动作于断路器跳闸，电力系统出现不正常工作时, 继电保护装置一般应根据运行条件，发出告警信号，减负荷或跳闸。 8.电力系统最危险的故障是______。C （A）单相接地； （B）两相短路； （C）三相短路。 9.继电保护的基本任务？ 答：（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，保证其他无故障部分迅速恢复正常；（2）反应电力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。 10.对继电保护的基本要求？ 答：（1）选择性：仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，保证系统中非故障部分的正常工作。 （2）速动性：保护装置能迅速动作切除故障。 （3）灵敏性：指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。（4）可靠性：指对于该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时它不拒动，而在任何其它该保护不应动作的情况下，则不应误动。 第二章电流保护 1.在三段式电流保护中，电流I段又称为电流速断保护，电流II段又称为限时电流速断保护，电流III段又称为定时限过电流保护。 2.中性点经消弧线圈接地根据补偿程度可分为完全补偿、欠补偿和过补偿三种方 式，实际应用中都采用过补偿方式，其中 ∑∑ -= C C L I I I P称为过补偿度，一般取P=5%~10%。 3.线路装设过电流保护一般是为了作本线路的近后备保护及作相邻下一线路的远后备保护。