第六章母线保护
第一节概述
一、母线保护的概述
母线是发电厂和变电站的重要组成部分。在母线上连接着电厂和变电所的发动机、变压器、输电线路和调相设备，母线的作用是汇集和分配电能。
如果母线的短路故障不能迅速地被切除，将会引起事故扩大，破坏电力系统的稳定运行，造成电力系统的瓦解事故。
二、母线的主接线形式
单母线；单母分段（专设分段、分段兼旁路、旁路兼分段）；单母多分段；双母线（专设母联、母联兼旁路、旁路兼母联）；双母单分段（专设母联、母联兼旁路）；双母双分段（按两面屏配置）；3/2接线（按两套单母线配置）。
1、单母线
图6-1-1 单母线
2、单母分段（专设母联）
图6-1-2 单母分段（专设母联）
3、单母分段（母联兼旁路）
图6-1-3 单母分段（母联兼旁路）4、单母分段（旁路兼母联）
图6-1-4 单母分段（旁路兼母联）5、单母三分段
图6-1-5 单母三分段
6、双母线（专设母联）
图6-1-6 双母线（专设母联）
7、双母线（母联兼旁路）
图6-1-7 双母线（母联兼旁路）8、双母线（旁路兼母联）
图6-1-8 双母线（旁路兼母联）9、双母线单分段（专设母联）
图6-1-3 双母单分段（专设母联）10、双母线单分段（母联兼旁路）
图6-1-10 双母单分段（母联兼旁路）11、双母双分段
图6-1-11 双母双分段
三、母线保护的硬件组成
1、标准配置
1.1 保护箱
图6-1-12 保护箱（一）插件布置图（后视图）
1.1.1交流变换插件（NJL-801/NJL-818）：将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有8 路电流通道、6 路电压通道。
1.1.2交流变换插件（NJL-817/NJL-819）：将系统电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有15 路电流通道。
1.1.3 CPU 插件（NPU-804）：在单块PCB 板上完成数据采集、I/O、保护及控制功能等。
1.1.4 采保插件（NCB-801）：将由变换器来的弱电信号经过低通滤波后，由多路转换开关对信号进行选通，然后通过电压跟随器对信号进行处理，以提高其负载能力。该插件还有+5V、-15V、+15V 及累加和自检功能。此外通过运算放大器过零比较检测电路可实现基频测量。能够完成80 路模拟信号采集，模拟量的输出幅值范围为-10V～+10V。
1.1.5 开入插件（NKR-810）：每个开入插件提供30 路开关量输入回路。开入电源为直流220V 或110V；其正电源连接到开入节点，负电源接到31－32 端子。
1.1.6 开入插件（NKR-812）：每个开入插件提供64 路开关量输入回路。开入电源为直流24V。
1.1.7 信号插件（NXH-808）：主要提供保护的信号接点，共三组信号接点，两瞬动一保持。
1.1.8 通讯插件（NTX-803）：提供的通讯接口有：一个就地打印口（RS232），两个GPS对时口（RS485、RS232），及与保护管理机通讯的LON网接口，与变电站自动化系统通讯的双通道接口（RS485，RS232,以太网口）。另外，必要时端子04、05可作为码对时通讯口。
1.1.9 稳压电源插件（NDY-801）：直流逆变电源插件。直流220 V 或110 V 电压输入经抗
干扰滤波回路后，利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5 V、±15 V 及24 V。电源插件具有失电告警功能。
1.2 辅助箱
图6-1-13 辅助箱插件布置图（后视图）
1.2.1 交流变换插件（NJL-801/NJL-818）：将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有8 路电流通道、6 路电压通道。
1.2.2交流变换插件（NJL-817/NJL-819）：将系统电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有15 路电流通道。
1.2.3 开入插件（NKR-810）：每个开入插件提供30 路开关量输入回路。开入电源为直流220V 或110V；其正电源连接到开入节点，负电源接到31－32 端子。
1.2.4 出口插件（NCK-804/NCK-812）：主要提供16副（共8组，每组2副接点）的出口接点。
1.2.5 转换插件（NZJ-807）：主要完成辅助箱与保护箱之间开入、出口回路间的转接。
2、简化配置
图6-1-14 保护箱（二）插件布置图（后视图）
2.1 交流变换插件（NJL-801/NJL-818）：将系统电压互感器、电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有8 路电流通道、6 路电压通道（未用）。
2.2 交流变换插件（NJL-817/NJL-819）：将系统电流互感器二次侧信号变换成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件共有15 路电流通道。
2.3 CPU 插件（NPU-804）：在单块PCB 板上完成数据采集、I/O、保护及控制功能等。2.4 采保插件（NCB-801）：将由变换器来的弱电信号经过低通滤波后，由多路转换开关对信号进行选通，然后通过电压跟随器对信号进行处理，以提高其负载能力。该插件还有+5V、-15V、+15V 及累加和自检功能。此外通过运算放大器过零比较检测电路可实现基频测量。能够完成80 路模拟信号采集，模拟量的输出幅值范围为-10V～+10V。
2.5 开入插件（NKR-810）：每个开入插件提供30 路开关量输入回路。开入电源为直流220V 或110V；其正电源连接到开入节点，负电源接到31－32 端子。
2.6 出口插件（NCK-804/NCK-812）：主要提供16副（共8组，每组2副接点）的出口接点。
2.7 信号插件（NXH-808）：主要提供保护的信号接点，共三组信号接点，两瞬动一保持。
2.8 通讯插件（NTX-803）：提供的通讯接口有：一个就地打印口（RS232），两个GPS对时口（RS485、RS232），及与保护管理机通讯的LON网接口，与变电站自动化系统通讯的双通道接口（RS485，RS232,以太网口）。另外，必要时端子04、05可作为码对时通讯口。2.9 稳压电源插件（NDY-801）：直流逆变电源插件。直流220 V 或110 V 电压输入经抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5 V、±15 V 及24 V。
电源插件具有失电告警功能。
四、母线保护的软件版本介绍
1、WMH-800A/R1版属三相式，适用于各种接线方式，母线上允许连接元件数最大为23 个
（含母联及分段元件）；
2、WMH-800A/R2 版属三相式，专用于3/2 接线，母线上允许连接元件数最大为12 个；
3、WMH-800A/R3 版属两相式，适用于各种接线方式，母线上允许连接元件数最大为32
个（含母联及分段元件）；
4、WMH-800A/R4是专用的电压闭锁装置，与母线差动保护或断路器失灵保护配合使用，
满足母线保护出口回路有独立的电压闭锁硬接点的反措要求;
5、WMH-800A/R5版属三相式，适用于各种接线方式，母线上允许连接元件数最大为23 个
（含母联及分段元件），只有失灵保护.
第二节WMH-800A/R1
一、WMH-800A/R1概述
1.WMH-800A/R1适用于750 kV 及以下各种电压等级、各种主接线方式的母线，作为发
电厂、变电站母线的成套保护装置。
2.通过绘制主接线即可自动实现软件定义，自动获取母线接线结构、特殊元件定义等信息，
使同一个版本的软件可以适用于所有常规主接线方式。
3.跳闸出口采用“启动＋保护动作”的方式，杜绝保护装置硬件故障引起的误动。
4.完善的自检功能
4.1 A/D采样回路自检能避免A/D 采样出错导致的装置误动；
4.2 开出回路自检可以准确检测任一路开出回路断线或开出击穿故障，发出告警并可靠闭锁保护；
4.3 定值自检能够检测定值存储区出错、定值越限等；
4.4 ＋5V、±15V电源自检功能，当电源电压不正常时，装置发告警信息，并闭锁保护；
4.5 RAM自检，EOPROM自检。
5.硬件存储容量大
可循环存储多达200 条保护事件报告记录和装置自检报告，100 条保护动作报告记录。事件记录包括软、硬压板投退、开关量变位等。装置自检报告包括硬件自检出错报警、装置长期启动。
6.灵活配置的通信功能
有PC 调试口、就地打印口，两个以太网和两个485接口，GPS网络对时。
7.对时方式
7.1 外部GPS 脉冲对时；
7.2 RS485/RS232方式的串口对时；
7.3 监控系统绝对时间的对时报文；
7.4 B 码对时。
8.采用双CPU方式
WMH-800A微机母线保护装置设有两套保护用计算机系统和一套人机接口计算机系统，
CPU2完成启动（大差、失灵、母联等保护启动），CPU1完成出口（大差及各段母线小差、复合电压闭锁、失灵保护、母联保护等），双CPU模式可防止一块CPU意外故障而引起保护误出口。其中，母联保护包括母联充电保护、过流保护和非全相保护。此外，CPU1还具有母线运行方式的自动识别元件、TA断线闭锁元件、TA饱和检测元件、母联失灵及死区保护元件和TV断线判别元件等。
9.灵活的TA变比
当某元件TA 变比大于10 倍基准变比时，装置发TA 变比异常告警，异常告警后闭锁母差保护。
对于TA变比不同时(二次额定电流相同)，差动保护电流计算及差动电流的显示均归算到了基准TA 的二次侧。
当遇到不同规格的TA混用遇到时，WMH-800A 母线保护装置内采用和该元件规格相对应的辅助变流器，在整定TA 变比时，该元件TA 二次额定值按其它TA二次额定值计算。例如：某一路变比为1200/1，其它变比为1200/5、600/5 等，整定时，TA变比分别按：1200/5，1200/5，600/5等整定。
二、保护功能介绍
1.保护功能配置
1）比率制动差动保护（稳态量差动保护和突变量差动保护）；
2）大差后备保护；
3）母线保护复合电压闭锁；
4）母联死区保护；
5）母联失灵保护；
6）母联充电保护；
7）母联过流保护；
8）母联非全相保护；
9）断路器失灵保护；
10）失灵保护复合电压闭锁；
11）TA 异常告警；
12）TA 断线闭锁及告警；
13）TV 断线告警；
14）母线运行方式自动识别。
2. 保护原理介绍
2.1 差动保护
2.1.1 比率差动保护
母线差动保护为分相式比率制动差动保护，设置大差及各段母线小差。大差由除母联外母线上所有元件构成，每段母线小差由每段母线上所有元件（包括母联）构成。大差作为起动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。大差、小差均采用具有比率制动特性的分相电流差动算法，其动作方程为：
s d I I > (3-1)
r d KI I > (3-2) 其中：∑==n j j d I I 1
∑==n
j j r I I 1
式中d I 为差动电流；r I 为制动电流；K 为比率制动系数；S I 为差动电流定值；j
I 为各回路电流。
为防止在母联断开的情况下，弱电源侧母线发生故障时大差比率差动元件灵敏度不够，或双母单分段接线合环运行工况下母线故障小差比率差动元件可能灵敏度不够，制动系数设置了高低两个定值。母线并列运行或单母运行情况下大差制动系数取高定值，分列运行时取低定值。双母单分段接线合环运行时小差制动系数取低定值，其它情况下都取高定值。
如果大差和某段小差都满足上式的动作方程，判为母线内部故障，母线保护动作，跳开故障母线上的所有断路器。对双母线接线，当某个元件在倒闸过程中两条母线经刀闸双跨或投入母线互联压板时，双母线按单母方式运行，此时不再进行故障母线的选择，如果母线发生故障，则将两条母线同时切除。单母线分段母线互联时同样按单母线处理。图3-1是差动保护动作曲线图。
d I r I S
I d r
I KI =d r
I I =0
动作区
图6-2-1 差动保护动作曲线 对单母线接线，不存在大差和小差之分。对单母分段接线方式，大差和小差的概念及意义与双母线一致。
2.1.2 突变量差动保护
突变量比率制动差动保护与制动系数固定为0.3的常规比率制动差动保护配合使用。动作条件为:
0.3d r I I > (3-3)
s d I I >? (3-4)
r d I .I ?>?70 (3-5)
其中：s I 为差动定值；∑=?=n j j
d I I 1Δ ；∑=?=?n
j j r I I 1 （j I ?为第j 个连接元件的电流突变量 j I ?= )(k j I - )2(T k j I -? ）
2.1.3 大差后备保护
大差连续动作达到大差后备延时（无论小差是否动作），跳开母线上无隔离刀闸辅助触点位置的元件和母联，出口经复合电压闭锁。
大差后备保护主要有以下两个作用：
1）母线故障差动保护动作跳闸后，如果故障母线上还连有无隔离刀闸辅助触点位置的电源元件（故障前可能电流很小，方式识别元件不能正确识别到该元件的状态），则可通过大差后备保护来切除；对于一些新建变电站，平常可能负荷很小，电源元件也可能很少（比如说一个），当此电源元件无刀闸位置时，如果母线故障，小差可能不动作，这时就可以通
过大差后备保护将故障切除。
2）如下图，当由Ⅰ母线通过母联开关向Ⅱ母线充电时死区故障，充电保护由于母联TA 无电流而不能动作，同时充电时可能设置闭锁母差保护而使母线保护此时不能动作，利用大差后备保护跳开母联开关而切除故障。 II I
K
图6-2-2 充电时母联死区故障示意图
2.1.4 TA 饱和检测
当母线外部发生故障特别是母线近端发生外部故障时，TA 可能发生饱和，使TA 的二次电流发生畸变，不能真实反映系统的一次电流，在差动回路中有差电流存在，对母线差动保护产生不利影响,若不采取必要的闭锁措施，差动保护就可能会误动，因此在各种类型的母线差动保护中必须对TA 饱和采取相应的闭锁措施。
根据分析，即使TA 严重饱和时，在故障发生的初始阶段和电流过零点附近TA 存在一个线性传变区，在线性传变区内差动保护不会误动作。利用区外故障TA 饱和时差动保护判据满足时刻滞后于故障发生时刻的特点，利用同步识别法判断是否为区外故障，如果是区外故障则闭锁差动保护，然后利用波形识别法来开放差动保护，以确保母线区外转区内故障时，差动保护能可靠动作。
2.1.5 母联死区保护
在双母线接线或单母线分段接线中，如果母联断路器两侧各装设一组TA ，并且交叉接线，这时不存在死区，不设置死区保护。如果母联断路器仅一侧装设TA ，如图3-3所示，需要配置死区保护。
两段母线并列运行时，K 点发生故障，对Ⅱ母差动保护来说为外部故障，Ⅱ母差动保护不动；对Ⅰ母差动保护为内部故障，Ⅰ母差动保护动作，跳开Ⅰ母上的连接元件及母联断路器。但此时故障仍不能切除，针对这种情况，本装置采用Ⅰ母母差动作后经死区保护延时后
检测母联断路器位置，若母联处于跳位，并且母联电流大于定值时，母联电流不再计算入差动保护，从而破坏Ⅱ母电流平衡，使Ⅱ母差动动作，最终切除故障。
II I K
图6-2-3 母联（分段）死区故障示意图
若没有把母联的跳位接点引入保护装置，或者保护没有识别到母联断路器的位置，则母联死区故障时保护自动按母联失灵来处理。
在母联热备用情况下（母联刀闸闭合、开关断开、两段母线都有电压），运行方式识别认为母联是不运行的，发生死区故障时母联电流不计入小差，只跳故障母线。
母联跳位（TWJ ）为三相常开接点（母联开关在跳闸位置时接点闭合）串联。
图6-2-4 母联死区保护逻辑框图
图中Tsq 为母联死区延时定值，整定下限是0.1s 。
图6-2-5 母差保护逻辑框图（以Ⅰ母为例）
图中Ts 为大差后备延时定值。闭锁母差状态包含充电闭锁母差和外部闭锁母差。
2.2 复压闭锁
复合电压闭锁元件包括三部分：母线保护用复合电压闭锁、失灵保护用复合电压闭锁（若含有失灵保护功能）、TV 断线告警。母线保护用电压闭锁元件和失灵保护用电压闭锁元件定值分别整定。
2.2.1 母线用复合电压
母线保护用复合电压闭锁元件含母线各相间低电压、负序电压（2U ）、零序电压（自产03U ）元件，各元件并行工作，构成或门关系。判据如下：
s U U φφ< (3-6)
s U U 22> (3-7)
s U U 003> (3-8)
其中，U φφ为母线相间电压；2213
A B C U U a U aU =++ ，C B A U U U U ++=03，s U 、s U 2、s U 0分别为母线保护用电压闭锁元件相间低电压、负序、零序电压定值。
母线保护用复合电压闭锁元件和差动元件配合，实现分母线闭锁。
2.2.2 失灵用复合电压
失灵保护用复合电压闭锁元件含母线各相间低电压、负序电压（2U ）、零序电压（自产03U ）元件，各元件并行工作，构成或门关系。判据如下：
SSL U U φφ< (3-9)
22SL U U > (3-10)
003SL U U > (3-11)
其中，U φφ为母线相间电压；2213
A B C U U a U aU =++ ，033A B C U U U U =++ ，SSL U 、2SL U 、0SL U 分别为失灵保护用电压闭锁元件相间低电压、负序、零序电压定值。
失灵保护用复合电压闭锁元件和断路器失灵保护配合，实现分母线闭锁。对变压器低压侧故障，高压侧断路器失灵，失灵保护复合电压闭锁元件可能存在灵敏度不足问题，装置设置有解除失灵复合电压闭锁的开入回路。
2.2.3 TV 断线告警元件
当正序电压 V 301，延时10s 报TV 断线并发告警信号。TV 断线元件仅发告警信号不闭锁差动保护。
2.3 母联失灵保护
当保护向母联断路器发跳令后，经整定延时（应大于母联断路器最大动作时间）母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经两条母线的复合电压闭锁后切除两条母线上的所有连接元件。母联失灵保护可由差动保护、充电保护、过流保护、失灵保护启动，也可由外部保护启动。装置中母线差动保护、充电保护动作后固定启动母联失灵保护。断路器失灵保护、母联过流保护、外部启动母联失灵保护经控制字可投退。
图6-2-6母联失灵保护的逻辑框图。
图中S I 为母联失灵过电流定值；S T 为母联失灵保护延时。
若外部启动母联失灵开入长期存在超过10s ，装置发告警信号，并报“母联失灵启动开入异常”，同时闭锁该开入。
2.4 母联充电保护
当任一组母线检修后再投入运行之前，利用母联断路器对该母线进行充电试验时可投入母联充电保护，当被试验母线存在故障时，可通过母联充电保护切除故障。
充电保护有专门的启动元件，且只能短时启动，在充电保护启动期间如果母联任一相电流大于充电保护电流定值，充电保护按整定延时动作切除母联断路器。母联充电保护出口不经复合电压闭锁。
充电保护的启动逻辑为：在至少一组母线无压的前提下，当母联断路器位置在分位（TWJ=1）且母联电流由无电流变为有电流（>0.04 In ）时，或母联断路器位置由分位变为合位（TWJ 由1变为0）时，启动充电保护。充电保护启动后开放充电保护300ms 。
根据“投充电闭锁母差”控制字（该项控制字在差动保护定值中）的投退来决定充电保护开放期间是否闭锁母差保护。若控制字投入，则在充电保护开放期间闭锁母差保护300 ms 。
如果希望外部保护（如充电保护）动作时闭锁本装置母差保护，可以引入“外部闭锁母差开入”。将“投外部闭锁母差”控制字置1，装置检测到“外部闭锁母差开入”时闭锁母差保护，最长闭锁1s 。若该开入保持10 s 不返回，装置发告警信号并报“外部闭锁母差开入异常”。
图6-2-7为母联充电保护的逻辑框图
图中S I 为充电保护相电流定值；S T 为充电保护延时。
母联充电保护只在由正常运行母线通过母联断路器向空母线充电时使用，当需要较长时间投入母联保护时可采用装置的母联过流保护。
2.5 断路器失灵保护
断路器失灵保护由各连接元件保护装置的失灵启动接点（或保护跳闸接点）启动，任一断路器失灵时，该元件的失灵启动接点启动断路器失灵保护，断路器失灵保护判出该元件所在母线，并经设定的跟跳延时、跳母联延时和跳母线延时来跟跳该元件、跳母联和跳失灵元件所在的母线。
装置的断路器失灵启动经对应连接元件的相电流、零序电流或负序电流元件控制。其中判相电流元件始终投入，零序电流元件、负序电流元件可分别由控制字投退。当断路器失灵启动不需要经电流元件控制时可将失灵启动电流元件定值整定为0。失灵启动开入分跳A 失灵启动、跳B 失灵启动、跳C 失灵启动、三跳失灵启动。若某元件失灵启动开入保持10 s 不返回，装置发告警信号，报“失灵启动开入异常”，并闭锁该失灵开入，当该失灵开入返回后再解除对它的闭锁。
另外，考虑到变压器低压侧故障而高压侧断路器失灵时，高压侧母线复合电压闭锁可能会因灵敏度不够而无法开放，装置可以引入变压器失灵解闭锁开入接点，当变压器失灵解闭锁接点闭合时，解除失灵复合电压闭锁。每个连接元件都有一个解除失灵电压闭锁的控制字，保护根据该控制字的状态，决定该元件失灵启动且有失灵解闭锁开入时是否解除复合电压闭锁。
图6-2-8 断路器失灵保护逻辑框图
图中1T 、2T 、3T 分别为失灵保护跟跳延时、失灵跳母联延时、失灵跳母线延时。 注意，主变元件通常接在元件4、10、16、20这几个支路。母差保护动作跳这几个支路时同时输出失灵启动接点，用于启动主变开关失灵。主变开关失灵跳母线时同时输出跳主变其它各侧的接点。
2.6 母联过流保护
当利用母联断路器带出线运行且出线无保护时可投入母联过流保护作线路的临时保护。 当母联过流保护投入时，母联任一相电流大于母联过流保护相电流整定值，或母联零序电流（03I ）大于零序电流整定值，经整定延时跳母联开关。母联过流保护出口不经复合电压闭锁。
母联过流保护按两段设置。
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。
大学200 －200 学年第( )学期考试试卷课程代码 3042100 课程名称电力系统继电保护原理考试时间120 分钟 阅卷教师签字： 一、填空题（每空1分，共18分） 1、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。 2、继电保护的可靠性是指保护在应动作时，不应动作时。 3、瞬时电流速断保护的动作电流按大于本线路末端的整定，其 灵敏性通常用 来表示。 4、距离保护是反应的距离，并根据距离的远近确定的—种保护。 5、偏移圆阻抗继电器、方向圆阻抗继电器和全阻抗继电器中，受过 渡电阻的影响最大， 受过渡电阻的影响最小。 6、线路纵差动保护是通过比较被保护线路首末端电流的和的原理实现 的，因此它不反应。 7、在变压器的励磁涌流中，除有大量的直流分量外，还有大量的分量，其 中以为主。 8、目前我国通常采用以下三种方法来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动， 即， 和。 二、单项选择题（每题1分，共12分）
1、电力系统最危险的故障是（ ）。 （A ）单相接地 （B ）两相短路 （C ）三相短路 2、继电保护的灵敏系数 要求（ ） 。 （A ） （B ） （C ） 3、定时限过电流保护需要考虑返回系数，是为了（ ）。 （A ）提高保护的灵敏性 （B ）外部故障切除后保护可靠返回 （C ）解决选择 性 4、三段式电流保护中，保护范围最小的是（ ） （A ）瞬时电流速断保护 （B ）限时电流速断保护 （C ）定时限过电流保护 5、三种圆特性的阻抗继电器中， （ ）既能测量故障点的远近，又能判别故障方向 （A ）全阻抗继电器； （B ）方向圆阻抗继电器； （C ）偏移圆阻抗继电器 6、有一整定阻抗为的方向圆阻抗继电器，当测量阻抗时， 该继电器处于 （ ）状态。 （A ）动作 （B ）不动作 （C ）临界动作 7、考虑助增电流的影响，在整定距离保护II 段的动作阻抗时，分支系数应取（ ）。 （A ）大于1，并取可能的最小值 （B ）大于1，并取可能的最大值 （C ）小于1，并取可能的最小值 8、从减小系统振荡的影响出发，距离保护的测量元件应采用（ ）。 （A ）全阻抗继电器； （B ）方向圆阻抗继电器； （C ）偏移圆阻抗继电器 9、被保护线路区内短路并伴随通道破坏时，对于相差高频保护（ ） （A ）能正确动作 （B ）可能拒动 （C ）可能误动 10、如图1所示的系统中，线路全部配置高频闭锁式方向纵联保护，k 点短路，若A-B 线路通道故障，则保护1、2将（ ）。 （A ）均跳闸 （B ）均闭锁 （C ）保护1跳闸，保护2 闭锁 图1 11、变压器的电流速断保护与( )保护配合，以反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。 （A ）过电流 （B ）过负荷 （C ）瓦斯 12、双绕组变压器纵差动保护两侧电流互感器的变比，应分别按两侧（ ）选择。 sen K 1sen K <1sen K =1sen K >860set Z =∠?Ω430m Z =∠?Ω A B C D
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
水轮发电机长期允许的负序电流一般是发电机额定电流的多少倍？ A. 8％； B. 12％； C. 40％； D. 4％； 回答错误!正确答案： B 发电机失磁保护动作的必要条件是： A. 机端测量阻抗位于第Ⅳ象限； B. 发电机吸收感性无功； C. 机端电压降低； D. 励磁电压降低；
回答错误!正确答案： D 理想情况下，线路内部故障时，纵联电流保护中差动回路的电流： A. 为故障电流的总和 B. 为0 C. 为电容电流 D. 为负荷电流 回答错误!正确答案： A 助增的分支系数： A. 小于0 B. 小于1 C. 与电源的位置与大小无关 D.
大于等于1 回答错误!正确答案： D 能够反映发电机定子绕组匝间短路的保护称为： A. 横联差动； B. 失灵保护； C. 过电流保护； D. 纵联差动； 回答错误!正确答案： A 对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备称为电力系统的。 A. 二次设备 B. 备用设备 C. 一次设备
D. 高压设备 回答错误!正确答案： A 理想条件下，正常运行及外部故障时，流过差动回路的电流应该是： A. 负荷电流； B. 励磁电流； C. 0； D. 外部故障电流的总和； 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Ⅱ象限 B. 从第Ⅰ象限到第Ⅲ象限 C.
从第Ⅰ象限到第Ⅳ象限 D. 从第Ⅳ象限到第Ⅱ象限 回答错误!正确答案： C 单侧电源供电的线路上发生故障时，过渡电阻使测量阻抗。 A. 保持不变 B. 由感性变为容性 C. 增大 D. 减小 回答错误!正确答案： C 励磁涌流的波形偏于时间轴的一侧，主要是由于励磁涌流中什么的影响？ A. 高次谐波； B. 非周期分量；
我们把它统称为电力系统。一般将电能通过的设备成为电力系统成为电力电力系统的一次设备，如发电机、变压器、断路器、输电电路等，对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，被称为电力系统的二次设备。继电保护装置就属于电力系统的二次设备。 一、继电保护装置的基本原理 为了完成继电保护的任务，继电保护就必须能够区别是正常运行还是非正常运行或故障，要区别这些状态，关键的就是要寻找这些状态下的参量情况，找出其间的差别，从而构成各种不同原理的保护。 1.利用基本电气参数的区别 发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护： (1)过电流保护。单侧电源线路如图1-1所示，若在BC段上发生三相短路，则从电源到短路点k之间将流过很大的短路电流I k，可以使保护2反应这个电流增大而动作于跳闸。 (2)低电压保护。如图1所示，短路点k的电压U k降到零，各变电站母线上的电压都有所下降，可以使保护2反应于这个下降的电压而动作。 图1：单侧电源线路 (3)距离保护。距离保护反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗）的减小而动作。如图1所示，设以Z k表示短路点到保护2（即变电站B母线）之间的阻抗，则母线 上的残余电压为： U B=I k Z ko Z B 就是在线路始端的测量阻抗，它的大小正比于短路点到保护2之间的距离。 2.利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差 别
两侧电流相位（或功率方向）的分析如下。 图2：双侧电源网络 a——正常运行情况；b——线路AB外部短路情况；c——线路AB内部短路情况 正常运行时，A、B两侧电流的大小相等，相位相差180°；当线路AB外部故障时，A、B两侧电流仍大小相等，相位相差180°；当线路AB内部短路时，A、B两侧电流一般大小不相等，在理想情况下（两侧电动势同相位且全系统的阻抗角相等），两侧电流同相位。从而可以利用电气元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时，两侧电流相位或功率方向的差别构成各种差动原理的保护（内部故障时保护动作），如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。 3．序分量是否出现 电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置具有良好的选择性和灵敏性。 4．反应于非电气量的保护 反应于变压器油箱内部故障时所发生的气体而构成气体（瓦斯）保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。 二、继电保护装置的组成 继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是有三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分。其原理结构如图3所示。
电力系统中常见的故障类型和不正常运行状态 故障：短路(最常见也最危险)；断线；两者同时发生 不正常：过负荷；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；振荡 继电保护在电力系统发生故障或不正常运行时的基本任务和作用。 迅速切除故障，减小停电时间和停电范围 指示不正常状态，并予以控制 继电保护的基本原理 利用电力系统正常运行与发生故障或不正常运行状态时，各种物理量的差别来判断故障或异常，并通过断路器将故障切除或者发出告警信号 继电保护装置的三个组成部分。 测量部分：给出“是”、“非”、“大于”等逻辑信号判断保护是否启动 逻辑部分：常用逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”等，确定断路器跳闸或发出信号 执行部分 保护的四性 选择性：保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减少速动性：继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。 灵敏性：继电保护装置应尽可能快的断开故障元件。故障的切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和 可靠性：在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反映的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动，称信赖性）而在不属于该保护装置动作的其他情况下，则不应该动作（即不误动，称安全性）。 主保护、后备保护 保护：被保护元件发生故障故障，快速动作的保护装置 后备保护：在主保护系统失效时，起备用作用的保护装置。 远后备：后备保护与主保护处于不同变电站 近后备：主保护与后备保护在同一个变电站，但不共用同一个一次电路。 继电器的相关概念： 继电器是测量和起动元件 动作电流：使继电器动作的最小电流值 返回电流：使继电器返回原位的最大电流值 返回系数：返回值/动作值 过量继电器：返回系数Kre<1 欠量继电器：返回系数Kre>1 绩电特性：启动和返回都是明确的，不可能停留在某个中间位置 阶梯时限特性： 最大(小)运行方式： 在被保护线路末端发生短路时，系统等值阻抗最小(大)，而通过保护装置的电流最大(小)的运行方式 三段式电流保护：由电流速断保护、限时电流速断保护及定时限过电流保护相配合构成的一整套保护 工作原理： 电流速断保护:当所在线路保护范围内发生短路时，反应电流增大而瞬时动作切
电力系统咼压继电保护培训基础知识 第一章继电保护工作基本知识 第一节电流互感器 电流互感器（CT是电力系统中很重要的电力元件，作用是将一 次高压侧的大电流通过交变磁通转变为二次电流供给保护、测量、录 波、计度等使用，本局所用电流互感器二次额定电流均为是铭牌上标注为100/5，200/5等，表示 电流，转换到二次侧电流就是5A。 电流互感器在二次侧必须有一点接地， 缘击穿后一次高电压引入二次回路造成设备与人身伤害。互感器也只能有一点接地，如果有两点接地，电流会引起保护等设备的不正确动作。如图5A,也就 ■次侧如果有100A或者200A 目的是防止两侧绕组的绝 同时，电流 存在，所以流入保护装置的电流则IY = I 保 护 装 置 电网之间可能存在的潜 1.1，由于潜电流IX的IY工I，当取消多点接地后IX = 0, 在一般的电流回路中都是选择在该电流回路所在的 端子箱接地。但是，如果差动回路 的各个比较电流都在各自的端子箱 接地，有可能由于地网的分流从而 影响保护的工
作。所以对于差动保护，规定所 有电流回路都在差动保护屏一一 点接地 图1.1 电流互感器实验 1、极性实验 功率方向保护及距离保护，高频方向保护等装置对电流方向有严 格要求，所以CT必 2、变比实验 须做极性试验，以保证二次回路能以CT的减极性方式接线，从而一次电流与二次电流的方向能够一致，规定电流的方向以母线流向线路为正方向，在CT本体上标注有L1、L2,接线盒桩头标注有K1、K2, 试验时通过反复开断的直流电流从L1到L2，用直流毫安表检查二次电流是否从K1流向 K2。线路CT本体的L1端一般安装在母线侧，母联和分段间隔的CT本体的L1端一般都安装在I母或者分段的I段侧。接线时要检查L1安装的方向，如果不是按照上面一般情况下安装，二次回路就要按交换头尾的方式接线。 CT需要将一次侧电流按线性比例转变到二次侧，所以必须做变比 试验，试验时的标准CT是一穿心CT其变比为（600/N）/5，N为升流器穿心次数，如果穿一次，为600/5。对于二次是多绕组的CT，有
第二节继电保护的基本原理及其组成 参看图1-1至图1-6及其讲解，了解本章对继电保护装置对正常与故障或不正常状态的区分以及继电保护基本原理，并且通过对继电保护装置基本组成的学习深入了解各部分工作内容。 一、继电保护装置对正常与故障或不正常状态的区分 通过对继电保护装置正常运行状态与故障或不正常状态的学习，初步理解继电保护装置的原理。 1. 为完成继电保护所担负的任务，应该要求它能够正确区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。 图1-1 正常运行情况 在电力系统正常运行时，每条线路上都流过由它供电的负荷电流，越靠近电源端的线路上的负荷电流越大。同时，各变电站母线上的电压，一般都在额定电压±5%-10%的范围内变化，且靠近于电源端母线上的电压较高。线路始端电压与电流之间的相位角决定于由它供电的负荷的功率因数角和线路的参数。 由电压与电流之间所代表的“测量阻抗”是在线路始端所感受到的、由负荷所反应出来的一个等效阻抗，其值一般很大。 图1-2 d点三相短路情况 当系统发生故障时（如上图所示），假定在线路B-C上发生了三相短路，则短路点的电压降低到零，从电源到短路点之间均将流过很大的短路电流，各变电站母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低，距短路点越近时降低得越多。 设以表示短路点到变电站B母线之间的阻抗，则母线上的残余电压应为 此时与之间的相位角就是的阻抗角，在线路始端的测量阻抗就是，此测量阻抗的大小正比于短路点到变电站B母线之间的距离。 2. 一般情况下，发生短路之后，总是伴随着电流的增大、电压降低、线路始端测量阻抗减小，以及电压与电流之间相位角的变化。故利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护： （1）反应于电流增大而动作的过电流保护； （2）反应于电压降低而动作的低电压保护； （3）反应于短路点到保护安装地点之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作的距离保护（或低阻抗保护）等。 电力系统中的任一电气元件，在正常运行时，在某一瞬间，负荷电流总是从一侧流入而从另一侧流出。 图 1-3 正常运行状态 说明：如果统一规定电流的正方向都是从母线流向线路，则A-B两侧电流的大小相等，相位相差180度（图中为实际方向）。
1. 电力系统对继电保护的基本要求为 （1） 、 （2） 、 灵敏性和可靠性 。 2. 在整定单侧电源线路的电流速断保护的定值时，应按躲过系统 （3） （填入最大 /最小）运行方式下本线路末端发生 （4） 故障时流过保护的电流计算。（填入故障类型） 3. 若线路阻抗角φk 为70°，则90°接线的功率方向元件内角α应设为 （5） 。 4. 90°接线方式的功率方向元件，A 相方向元件加入的电流和电压为： （6） ， （7） 。 5. 接地距离保护接线方式，A 相接入的电压Um 和电流Im 应为 （8） ， （9） 。 6. 我国闭锁式纵联保护常见的起动方式有 （10） ， （11） ， （12） 。 7. 对于Yd11接线的变压器，传统的纵差动保护接线时，变压器星形侧（1侧）的TA 应接 为 （13） ，变压器三角侧（2侧）的TA 应接为 （14） ，且两侧TA 变比1TA n 、2TA n 与变压器变比T n 应满足的条件是 （15） 。 8. 试述三段式距离保护的整定、优缺点评价；（10分） 9. 什么是阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗以方向阻抗继电器为例来说明三者 的区别。 10. 说明相间距离保护的0°接线方式和接地距离保护接线方式中，接入阻抗元件的电压电 流 11. 纵联保护的逻辑信号可分为哪几类，各起什么作用。 12. 说明变压器纵差动保护的基本原理、绘出其单相原理接线（以两绕组变压器为例）。并 画出直线型比率制动特性原理图，分析采用穿越电流制动有何作用 13. 简述重合闸前加速和后加速保护的动作过程及其优缺点。 14. 下图所示的网络中所有线路各侧均装有方向高频保护，并认为所有电源的电势均相等且 同相。试指出当k1点发生三相短路时，流过各套保护的功率方向（正向和反向）和在 1. 线路E-F 和F-G 均装设了三段式电流保护，已知线路正序阻抗1 0.4/X km =Ω，线路E-F 的最大负荷电流.max 170L I A =，可靠系数分别为 1.3rel K I =， 1.1rel K =Ⅱ ， 1.2rel K =Ⅲ ，负荷自启 动系数 1.5Ms K =,返回系数0.85re K =，时间阶段0.5t ?=s ，线路保护3的过电流动作时限 为，其余参数见图。计算线路保护1电流三段的整定值和动作时限，并校验灵敏度。（20分） E s min .s X Ω =3max .s X
电力系统继电保护的基础知识 城市电网配电系统由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不能完全避免的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响，为了确保城市电网配电系统的正常运行，必须正确地设置继电保护装置。 一、继电保护的基本概念 可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置，其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒动作，而在任何其它该保护不应动作的情况下，它不应误动作。 继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。但提高其不拒动和提高其不误动作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，拒动和误动所造成的危害往往不同。例如当系统中有充足的旋转备用容量，输电线路很多，各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线路切除而给电力系统造成的影响可能很小;但如果发电机变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比提高其不误动的可靠性更为重要。但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况下，继电保护装置的误动作使发电机变压器或输电线切除时，将会引起对负荷供电的中断甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障，因此在这种情况下提高继电保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。 二、保护装置评价指标 1、继电保护装置属于可修复元件，在分析其可靠性时，应该先正确划分其状态，常见的状态有：①正常运行状态。这是保护装置的正常状态。②检修状态。为使保护装置能够长期稳定运行，应定期对其进行检修，检修时保护装置退出运行。 ③正常动作状态。这是指被保护元件发生故障时，保护装置正确动作于跳闸的状
浅谈继电保护的原理及应用分析武鹏 摘要：继电保护是电力系统设计有关事故时减小停电范围、限制事故对设备损 害的一个领域。电力系统继电保护方式的设计与配置是否合理，直接影响电力系 统的安全运行，故选择保护方式时，要满足继电保护的基本要求。选择保护方式 和正确的整定计算，以保证电力稀有的安全运行。 关键词：继电保护；原理；应用 序言：实现继电保护功能的设备称为继电保护装置。虽然继电保护有多种类型，其装置也各不相同，但都包含着下列主要的环节：①信号的采集，即测量环节；②信号的分析和处理环节；③判断环节；④作用信号的输出环节。以上所 述仅限于组成电力系统的各元件（发电机、变压器、母线、输电线等）的继电保 护问题，而各国电力系统的运行实践已经证明，仅仅配置电力系统各元件的继电 保护装置，还远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须 从电力系统的全局和整体出发，研究故障元件被相应继电保护装置动作而切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复系统的正 常运行。这些正是系统保护所需研究的内容。系统保护的任务就是当大电力系统 正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减小到最短。 为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护装置，还应积极研究和 推广故障预测技术，以期实现防患于未然，进一步提高大机组的安全可靠性 一、组成： 一般情况而言，整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分 组成。 测量比较部分 测量比较部分是测量通过被保护的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”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置 是否应该启动。 逻辑部分 逻辑部分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 应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等，并将对应的指令传给执 行输出部分。 执行输出部分 执行输出部分根据逻辑传过来的指令，最后完成保护装置所承担的任务。如 在故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，而在正常运行时不动作等。 二、分类 继电保护可按以下4种方式分类。 ①按被保护对象分类，有输电线保护和主设备保护（如发电机、变压器、母线、电抗器、电容器等保护）。 ②按保护功能分类，有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。 ③按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类，有模拟式保护和数字式保护。一切机电型、整流型、晶体管型和集成电路型（运算放大器）保护装置，它 们直接反映输入信号的连续模拟量，均属模拟式保护；采用微处理机和微型计算 机的保护装置，它们反应的是将模拟量经采样和模/数转换后的离散数字量，这是
第一章 电力系统基础知识 继电保护、自动装置对电力系统起到保护和安全控制的作用，因此首先应明确所要保护和控制对象的相关情况，涉及的内容包括：电力系统的构成，电力系统中性点接地方式及其特点，电力系统短路电流计算及其相关概念。这是学习继电保护、自动装置等本书内容的基础。 >>第一节电力系统基本概念 一、电力系统构成 电力系统是由发电厂、变电站(所)、送电线路、配电线路、电力用户组成的整体。其中，联系发电厂与用户的中间环节称为电力网，主要由送电线路、变电所、配电所和配电线路组成，如图1-1中的虚框所示。电力系统和动力设备组成了动力系统，动力设备包括锅炉、汽轮机、水轮机等。 在电力系统中，各种电气设备多是三相的，且三相系统基本上呈现或设计为对称形式，所以可以将三相电力系统用单相图表述。动力系统、电力系统及电力网之间的关系示意图如图1-l所示。
图1-1 动力系统、电力系统及电力网示意图 需要指出的是，为了保证电力系统一次电力设施的正常运行，还需要配置继电保护、自动装置、计量装置、通信和电网调度自动化设施等。 电力系统主要组成部分和电气设备的作用如下。 (1)发电厂。发电厂是把各种天然能源转换成电能的工厂。天然能源也称为一次能源，例如煤炭、石油、天然气、水力、风力、太阳能等，根据发电厂使用的一次能源不同，发电厂分为火力发电厂(一次能源为煤炭、石油或天然气)、水力发屯厂、风力发电厂等。 (2)变电站(所)。变电站是电力系统中联系发电厂与用户的中间环节，具有汇集电能和分配电能、变换电压和交换功率等功能，是一个装有多种电气设备的场所。根据在电力系统中所起的作用，可分为升压变电站和降压变电站；根据设备安装位置，可分为户外变电站、户内变电站、半户外变电站和地下变电站。
继电保护基本原理及电力知识问答
第一篇 继电保护基本原理 第一章 概述 一．什么是电力系统？ 有两种说法： 1．由生产和输送电能的设备所组成的系统叫电力系统，例如发电机、变压器、母线、输电线路、配电线路等，或者简单说由发、变、输、配、用所组成的系统叫电力系统。 2．有的情况下把一次设备和二次设备统一叫做电力系统。 一次设备：直接生产电能和输送电能的设备，例如发电机、变压器、母线、输电线路、断路器、电抗器、电流互感器、电压互感器等。 二次设备：对一次设备的运行进行监视、测量、控制、信息处理及保护的设备，例如仪表、继电器、自动装置、控制设备、通信及控制电缆等。 二．电力系统最关注的问题是什么？ 由于电力系统故障的后果是十分严重的，它可能直接造成设备损坏，人身伤亡和破坏电力系统安全稳定运行，从而直接或间接地给国民经济带来难以估计的巨大损失，因此电力系统最为关注的是：安全可靠、稳定运行。 三．电力系统的三种工况 正常运行状态；故障状态；不正常运行状态。而继电保护主要是在故障状态和不正常运行状态起作用。 四．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。它的基本任务简单说是：故障时跳闸，不正常运行时发信号。 五．继电保护的基本原理和保护装置的组成 为完成继电保护所担负的任务，显然应该要求它正确地区分系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。如图1-1（a ）、（b ）所示的单侧电源网络接线图，（这是一种最简单的系统），图1-1(a)为正常运行情况，每条线路上都流过由它供电的负荷电流?f （一般比较小）， 各变电所母线上的电压，一般都在额定电压（二次线电压100V ）附近变化，由电压和电流之比所代表的“测量阻抗”Z f 称之为负荷阻抗，其值一般很大。图1-1(b )表示当系统发生故障时的情况，例如在线路B-C 上发生了三相短路，则短路点的 电压U d 降低到零，从电源到短路点之间 将流过很大的短路电流?d , 各变电所母线 上的电压也将在不同 程度上有很大的降低 （称之为残压）。设以Z d 表示短路点到变 电所B 母线之间的阻 抗，根据欧姆定律很 2)
继电保护原理-学习指南 简答题 1.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在哪种情况下起作用？ 2.变压器纵差动保护动作电流的整定原则是什么？ 3.通常采用什么措施来提高3/2断路器接线母线保护的可信赖性？ 4.零序保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段的保护范围是怎样划分的? 5.何谓三段式电流保护？其各段是怎样获得动作选择性的？ 6.高频通道的主要组成元件及其作用是什么？ 7.什么是纵联保护？纵联保护包括哪几部分？ 8.功率方向继电器的接线方式有哪些要求？ 9.何为潜供电流？它对于单相重合闸动作时间有何影响？ 10.什么是电动机自起动？如果在过电流保护中不考虑电动机自起动系数，会出现什么问题？ 11.什么是重合闸后加速？有何优缺点？ 12.母差回路是怎样构成的？ 13.电力系统振荡对距离保护有什么影响？ 14.高频通道的主要组成元件及其作用是什么？ 15.对继电保护装置有哪些基本要求？ 16.画出方向阻抗继电器的特性圆，并说明方向阻抗继电器的特点？ 17.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在那种情况下起作用？ 18.何为系统最大/最小运行方式？在电流保护整定/校验时各选择那种方式？ 19.三段式保护为何不能瞬时保护线路全长？ 20.大接地电流系统、小接地电流系统中单相接地故障时的电流电压有什么特点？相应的保护怎样配置？ 21.保护装置由哪三部分构成？它们的作用分别是什么？ 22.什么叫线路的纵联保护？ 23.高频闭锁方向保护动作跳闸的条件是什么？如果通道遭到破坏，当内部故障和外部故障时，保护的工作会受到何影响？ 24.变压器纵差保护中的不平衡电流包括哪些？ 25.大型变压器的主要故障有哪些？通常装设的保护有哪些? 26.闭锁式方向高频保护中采用负序功率方向继电器有何优点？ 27.中性点直接接地系统为什么不利用三相相间电流保护兼作零序电流保护，而要采用零序电流保护？ 28.变压器励磁涌流有何特点?在变压器差动保护中是怎么利用涌流的这些特点来消除涌流对差动保护的影响？ 29.零序功率方向继电器的最灵敏角与相间方向继电器的最灵敏角是否相同？为
继电保护复习题老师给的 1.电力系统对继电保护的基本要求为（1）、⑵、灵敏性和可靠性。 2. 在整定单侧电源线路的电流速断保护的定值时，应按躲过系统_ （3）（填入最大/ 最小）运行方式下本线路末端发生（4）故障时流过保护的电流计算。（填入故障类型） 3.若线路阻抗角＜Pk为70°,则90°接线的功率方向元件内角a应设为（5） 4. 90°接线方式的功率方向元件，A相方向元件加入的电流和电压为：（6） （7）。 5.接地距离保护接线方式，A相接入的电压Um和电流Im应为（8）, （9） 6.我国闭锁式纵联保护常见的起动方式有（1U）,（⑴，（12） 7.对于Ydll接线的变压器，传统的纵差动保护接线时，变压器星形侧（1侧）的TA应接 为（13）,变压器三角侧（2侧）的TA应接为（14）,且两侧TA变比 n TM N n TA2与变压器变比弓应满足的条件是______o 8.试述三段式距离保护的整定、优缺点评价；（10分） 什么是阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗、起动阻抗？以方向阻抗继电器为例来说明三者的区另！J。①测量阻抗是指其测量（感受）到的阻抗，即为加入到阻抗继电器的电压、电流的比值;②动作阻抗是指能使阻抗继电器动作的最大测量阻抗； ③整定阻抗是指编制整定方案时根据保护范伟I给岀的阻抗. 9?说明相间距离保护的0°接线方式和接地距离保护接线方式中，接入阻抗元件的电压电流？ 10 ??何谓方向阻抗继电器的最大灵敏角？为什么要调整其最大灵敏角等于被保护线路的阻抗 角？ 答：方向阻抗继电器的最大动作阻抗（幅值）的阻抗角，称为它的最大灵敏角。被保护线路发生相间短路时，短路电流与继电器安装处电压间的夹角等于线路的阻抗角。线路短路时，方向阻抗继电器测量阻抗的阻抗角等于线路的阻抗角，为了使继电器工作在最灵敏状态下，故要求继电器的最大灵敏角等于被保护线路的阻抗角 11?纵联保护的逻辑信号可分为哪几类，各起什么作用。 12.说明变压器纵差动保护的基本原理、绘出其单相原理接线（以两绕组变压器为例）。并画 出直线型比率制动特性原理图，分析釆用穿越电流制动有何作用？
第一章微机保护的硬件原理及设计选择原则 1-1概述 微机保护出现20年来，得到了快速的发展，现有多个专业厂家生产微机保护装置，其硬件系统各有特点。 华北电力大学、杨奇逊院士： 第一代（84-90年）MPD-1、单CPU结构、硬件示意图如下： 可靠性差。 第二代：WXH-11（90年代以后）、多CPU结构
系统机 PRINTER 整个系统有五个CPU（8031）。四个CPU分别用来构成高频、距离、零序保护和综合重合闸，另一个CPU用来构成人机接口，A/D 转换采用VFC型。每一个CPU系统都是一个独立的微机系统，任何一个损坏，系统仍然工作。数据总线、控制总线和地址总线均不引出印刷电路板，可靠性较高。交流输入及跳闸出口部分可靠性较高。 第三代：CSL101A（1994年鉴定，96年推广）多CPU结构，与第二代不同之处在于： （1）C PU采用不扩展的单片机，即构成微机系统所需的微处理器、RAM、EPROM等全部集中在一个芯片内部，总线不出芯片，具有很高的抗干扰能力。 （2）V FC采用第三代VFC芯片VFC110最高震荡频率为4M，相当于A/D精度的14位。 （3）设有高频、距离、零序和录波CPU插件，重合闸不包括在保护
之中。 南京电力自动化研究院、南瑞公司 LFP-900系列（沈国荣院士） LFP-900系列包括从35KV~66KV 中低压线路保护220KV~500KV 线路高压超高压线路保护，用于不同电压等级时，保护的配置情况有所不同。 以LFP-901为例，说明配置情况。 采用多CPU 结构，含有三个CPU ，两个用于构成保护，一个用于人机接口CPU 均为Intel 80196KC 1CPU ：纵联保护（工频变化量方向、零序功率方向、复合式距离元 件）1Z 、零序后备保护 2CPU ：距离保护、综合重合闸 3CPU ：人机对话、起动、为出口提供？电压 1CPU 、2CPU 采用VFC 型A/D 转换，3CPU 采用逐次逼近式A/D 转换 最近又推出RCS-9000系列保护（单片机加DSP 结构）
41 、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或危及其安全运行的事件时,需要向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的开关发出跳闸命令,以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套设备,一般通称为继电保护装置。 42 、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主要分为两部分: 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距离故障元件最近的开关发出跳闸命令,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,或将那些继续运行而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容许带一定的延时动作。 43、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,继电保护装置将包括测量部分(和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。 44、如何保证继电保护的可靠性? 答:可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行。220kV及以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互独立,并分别控制不同开关的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组开关拒绝动作时,能由另一套继电保护装置操作另一组开关切除故障。在所有情况下,要求这两套继电保护装置和开关所取的直流电源均经由不同的熔断器供电。 45 、为保证电网继电保护的选择性,上、下级电网继电保护之间配合应满足什么要求? 答:上、下级电网(包括同级和上一级及下一级电网)继电保护之间的整定,应遵循逐级配合的原则,满足选择性的要求,即当下一级线路或元件故障时,故障线路或元件的继电保护整定值必须在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的 继电保护整定值相互配合,以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。 46 、在哪些情况下允许适当牺牲继电保护部分选择性? 答：1、接入供电变压器的终端线路,无论是一台或多台变压器并列运行(包括多处T接供电变压器或供电线路),都允许线路侧的速动段保护按躲开变压器其他侧母线故障整定。需要时,线路速动段保护可经一短时限动作。 2、对串联供电线路,如果按逐级配合的原则将过份延长电源侧保护的动作时间,则可将容量较小的某些中间变电所按T接变电所或不配合点处理,以减少配合的级数,缩短动作时间。 3、双回线内部保护的配合,可按双回线主保护(例如横联差动保护)动作,或双回线中一回线故障时两侧零序电流(或相电流速断)保护纵续动作的条件考虑；确有困难时,允许双回线中一回线故障时,两回线的延时保护段间有不配合的情况。 4、在构成环网运行的线路中,允许设置预定的一个解列点或一回解列线路。 47、为保证灵敏度,接地保护最末一段定值应如何整定? 答:接地保护最末一段(例如零序电流保护Ⅳ段),应以适应下述短路点接地电阻值的接地故障为整定条件:220kV线 路,100Ω；330kV线路,150Ω；500kV线路,300Ω。对应于上述条件,零序电流保护最末一段的动作电流整定值应不大于300A。当线路末端发生高电阻接地故障时,允许由两侧线路继电保护装置纵续动作切除故障。对于110kV线路,考虑到在可能的高电阻接地故障情况下的动作灵敏度要求,其最末一段零序电流保护的电流整定值一般也不应大于300A,此时,允许线路两侧零序电流保护纵续动作切除故障。 48 、简述220千伏线路保护的配置原则是什么？ 答:对于220千伏线路,根据稳定要求或后备保护整定配合有困难时,应装设两套全线速动保护。接地短路后备保护可装阶段式或反时限零序电流保护,亦可采用接地距离保护并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。相间短路后备保护一般应装设阶段式距离保护。
学习继电保护必须掌握的基础知识 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靠性、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)可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠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速断保护的作用、减少继 电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。 5．如何保证继电保护的可靠性? 答：继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护 和管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行。 220kV及以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互独立，并分别控制不 同断路器的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作时，能由另一套继电保护装置操作另一组断路器切除故障。在所有情况下，要求这购套继电保护装置和断路器所 取的直流电源都经由不同的熔断器供电。 6．为保证电网继电保护的选择性，上、下级电网继电保护之间逐级配合应满足什么要求：答：上、下级电网(包括同级和上一级及下一级电网)继电保护之间的整定，应遭循逐级配合的原则，满