1 绪论
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。
1.8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：保护围覆盖所有下级电力元件的主保护围，它能解决远后备保护围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电流的电网保护
2.5 说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性？
答：电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。
电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断围的故障由速断保护快速切除，速断围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0.3~0.6s 的延时才能动作。速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。
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/ 1.31210.620
128
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
最小保护围计算公式为set I Ⅰ.max 1min s E Z Z L + min L =.max 120.4
s 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 2s BC CD
E
X X X ++=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 2s BC
E
X X +=0.9764kA
所以保护3处的灵敏系数 .3set 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 2s L
E
Z Z +
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
2.12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。
3 电网距离保护
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
3.17什么是最小精确工作电流和最小精确工作电压？测量电流或电压小于最小精工电流或电压时会出现什么问题？
答：通常情况下，在阻抗继电器的最灵敏角方向上，继电器的动作阻抗就等于其整定阻抗，即Zop=Zset 。但是当测量电流较小时，由于测量误差、计算误差、认为设定动作门槛等因素的影响，会使继电器的动作阻抗变小，使动作阻抗降为0.9Zset 对应的测量电流，称为最小精确工作电流，用Iac.min 表示。
当测量电流很大时，由于互感器饱和、处理电路饱和、测量误差加大等因素的影响，继电器的动作阻抗也会减小，使动作阻抗降为0.9Zset 对应的测量电流，称为最大精确工作电流，用Iac.max 表示。
最小精工电流与整定阻抗也会减小，使动作阻抗降为0.9Zset 对应的测量电流，称为最大精确工作电流，用Iac.max 表示。
最小精工电流与整定阻抗值的乘积，称为阻抗继电器的最小精工电压，常用Uac.min 表示。 当测量电流或电压小于最小精工电流电压时，阻抗继电器的动作阻抗将降低，使阻抗继电器的实际保护围缩短，可能引起与之配合的其他保护的非选择性动作。
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 ???
?
?
?
?
?
?
?
++=
=
=++
=+
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 ?
?
=，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 ???
?
?
?
?
?
?
?
+-=
=
=+-
=-
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3I ?
称为外汲电流。
4 输电线路纵联保护
4.2纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？述纵联保护的主要有缺点。（第二小题见作业本）
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故障与区外故障，因而可以实现线路全长围故障的无时限切除。
4.5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。
4.20什么是闭锁角，由什么决定其大小，为什么保护必须考虑闭锁角，闭锁角的大小对保护有何影响？
4.21什么是相继动作，为什么会出现相继动作，出现相继动作对电力系统有何影响？
答：在输电线路保护中，一侧保护先动作跳闸后，另一侧保护才能动作的现象称为相继动作。随着被保护线路的增长，为了保证区外故障时不误动作，要求保护的闭锁角增大，从而使动作区域变小，部故障时有可能进入保护的不动作区。由于在部故障时高频信号的传输延时对于电流相位超前侧和滞后侧的影响是不同的，对于滞后的N侧来说，超前侧M发出的高频信号经传输延迟后，相当于使两者之间的相位差缩小，高频信号的间断角加大，有利于其动作，所以N侧是可以动作的；但对于超前的M侧来说，N侧发来的信号经延时后相对于加大了两侧电流的相位差，使M侧感受到的高频信号的间断角变得更小，有可能小于整定的闭锁角，从而导致不动作。为解决M端不能跳闸问题，当N侧跳闸后，停止发高频信号，M侧只能收到自己发的高频信号，间隔180°，满足跳闸条件随之跳闸。出现相继动作后，保护相继动作的一端故障切除的时间变慢。
5.3在超高压电网中使用三相重合为什么要考虑两侧电源的同期问题，使用单项重合闸是否需要考虑同期问题？
答：三项重合闸时，无论什么故障均要切除三项故障，当系统网架结构薄弱时，两侧电源在断路器跳闸以后可能失去同步，因此需要考虑两侧电源同期问题；单相故障时只跳单相，使两侧电源之间仍然保持两相运行，一般是同步的；因此，单相重合闸一般不考虑同期问题。
5.7三相重合闸的最小重合时间主要由哪因素些决定的？单相重合闸的最小重合时间主要由哪因素些决定的？
（作业本）