电力继电系统练习题B一、名词解释1．限时电流速断保护2．继电保护装置3．距离保护的时限特性4．轻瓦斯动作5．横差动保护6．完全电流差动7．重合闸后加速8．微机保护算法二、简答1．微机保护装置软件系统除继电保护功能之外还有哪些功能？2．电力系统继电保护任务是什么？3．常用的微机保护算法有哪些？4．纵联保护的信号有哪几类？简要解释每一种信号。
5．发电机的保护出口方式有哪些？6．变压器的故障类型及相应的保护类型有哪些？三、读图题1．下图为变压器的两种保护示意图，请说明a、b各是什么动作情况，并简述其工作原理。
a b2．下图为发电机的同相不同绕组匝间短路的横差动保护，请阐述发生短路时的电流情况。
3．下图为限时电流速断保护动作时限选择原理图，请简单说明其原理。
4．下图是数字信号输入/出接口，请说明其工作原理5．下图为在水电厂采用自同步重合闸的示意图，请简述其工作原理。
下图为限时电流速断保护的单相原理接线图，请指出1、2、3分别是什么继电器，并叙述此接线图的工作原理。
四、画图说明题1．请画出采用DSP的微机保护装置结构图。
2．请画出距离保护的组成框图，并说明其工作原理。
3．请画出断路器失灵保护原理框图。
4．请画出高频闭锁保护原理图，并简要解释。
5．变电站多分段母线的三主变四分段备用电源自投方式，并简要说明投入原理。
《电力系统继电保护》练习题B答案一、名词解释1．限时电流速断保护：由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长，可考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，实际上就是它要能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，所以称之为限时电流速断保护。
2．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。
3．距离保护的时限特性：距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系t=f(l)，称为距离保护的时限特性。
4．轻瓦斯动作：当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入瓦斯继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于转轴的另一端平衡锤的力矩而降落，触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。
5．横差动保护：在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。
而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。
利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差动保护。
6．完全电流差动：指的是将母线上的全部连接元件的电流按相均接入差动回路。
决定母差动保护是否动作的电流量是动作电流和制动电流。
7．重合闸后加速：当线路发生故障后,保护有选择性地动作切除故障后,重合闸装置进行一次重合以恢复供电。
若重合于永久性故障时,保护装置瞬时动作断开断路器,这种方式称为重合闸后加速。
8．微机保护算法：把经过数据采集系统量化的数字信号经过数字滤波处理后,通过数学运算、逻辑运算、并进行分析、判断，以决定是否发出跳闸命令或信号，以实现各种继电保护功能。
这种对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法称为微机保护算法。
二、简答1．微机保护装置软件系统除继电保护功能之外还有哪些功能？答：测量功能：包括相电流、零电流、线电压、相电压、零序电压、频率、有功和无功..控制功能：包括断路器和隔离开关的“就地”和“远方”控制，一次设备的分合控制，可调节设备的状态控制，自动重合闸功能等。
状态监测：包括操作计数、气体压力监测、断路器合闸、电气老化监测等。
功能模块：独立的输入和输出接口。
具有强大的PLC功能，采用图形化方式。
事件记录：包括独立的事件生成、用户定义事件、具有事件过滤功能、事件分辨率为ms级故障录波：采集故障前、故障时刻及跳闸后相关的电流、电压，相关的开关量信号等通信功能：串口用于定值整定及参数设置，与其他机通信的接口。
2．电力系统继电保护任务是什么？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运行；（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。
3．常用的微机保护算法有哪些？答：（1）正弦函数的半周绝对值积分算法（2）周期函数的傅立叶级数算法（3）输电线路R-L模型算法（4移相算法（5）突变量电流算法（6）选相元件算法4．纵联保护的信号有哪几类？简要解释每一种信号。
答：（1）闭锁信号：当发生外部故障时，由判定为外部的一端保护装置发出闭锁信号，将两端的保护闭锁；当内部故障时，两端均不发、因而也收不到闭锁信号，保护即可动作于跳闸。
（2）允许信号：当内部故障时，两端保护应同时向对端发出允许信号，使保护装置能够动作于跳闸；当外部故障时，则因接近故障点端判出故障在反方向而不发允许信号，对端保护不能跳闸，本端则因判出故障在反方向也不能跳闸。
（3）跳闸信号：必须要求各端发送跳闸信号保护的动作范围小于线路全长，而两端保护动作范围之和应大于线路全长。
全线上任一点故障时总有一端能发出跳闸信号。
（4）解除闭锁信号：在正常运行情况下，两端用不同的频率互发一闭锁信号，闭锁对端保护，兼作通道的监视信号，当内部短路时两端同时取消此闭锁信号，使保护能够跳闸。
5．发电机的保护出口方式有哪些？答：（1）停机：断开发电机断路器、灭磁，关闭主汽门。
（2）解列灭磁：断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。
（3）解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。
（4）减出力：将原动机出力减到给定值。
（5）程序跳闸：首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。
6．变压器的故障类型及相应的保护类型有哪些？答：故障类型（1）反应变压器油箱内部的各种故障及油面降低（2）变压器引出线、套管及绕组的相间短路（3）外部相间短路引起的变压器过电流（4）变压器高压绕组接地（5）过负荷（6）过励磁相对应的保护为：5．瓦斯保护6．纵差动保护或电流速断保护7．过电流保护8．接地保护9．过负荷保护10．过励磁保护三、读图题1．下图为变压器的两种保护示意图，请说明c)和d)各是什么动作情况，并简述其工作原理。
c)重瓦斯动作、d)严重漏油时（1）当变压器油箱内部发生严重故障时，如相间短路、铁心起火等，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。
大量的油气混合体在经过瓦斯继电器时，冲击挡板，使下油杯下降，如图c所示。
这时下触点接通跳闸回路(通过中间继电器)，使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号，这称之为“重瓦斯动作”。
（2）如果变压器油箱漏油，使得瓦斯继电器容器内的油也慢慢流尽，如图d所示。
先是瓦斯继电器的上油杯下降，上触点接通，发生报警信号；接着其下油杯下杯下降，下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。
2．下图为发电机的同相不同绕组匝间短路的横差动保护，请阐述发生短路时的电流情况。
在同相的两个绕组间发生匝间短路,当a1≠a2时,由于两个支路的电动势差，将分别产生两个环流I’d和I’’d，此时继电器中的电流为I d，当a1-a2之差值很小时，也将出现保护死区。
当a1=a2时,表示在电动势等位点上短接,此时无环流.3．下图为限时电流速断保护动作时限选择原理图，请简单说明其原理。
在保护1电流速断范围以内的故障,将以t’1的时间被切除，此时保护2的限时速断虽然可能起动，但由于t’’2较t’1大一个⊿t,因而从时间上保证了选择性。
当故障发生在保护2电流速断的范围以内时,则将以t’2的时间被切除，当故障发生在速断范围以外且又在线路A-B 范围以内时,则将以t’’2的时间被切除.4．下图是数字信号输入/出接口，请说明其工作原理只要由软件控制使并行口的PB0输入“0”、PB1输出“1”，便可使与非门输出低电平，光敏三级管导通，继电器K被吸合。
在初始化或需要继电器K返回时，应使PB0输出“1”、PB1输出“0”设置反相器B1及与非门H1，不但可提高带负载能力，另用与非门后，只有PB0为“0”、PB1为“1”时才能使K动作，以解决上面提过的A问题。
5．下图为在水电厂采用自同步重合闸的示意图，请简述其工作原理。
线路上（如k 点）发生故障后，系统侧的保护使线路断路器跳闸，水电厂侧的保护则动作于跳开发电机的断路器和灭磁开关而不跳故障线路的断路器。
然后系统侧的重合闸检查线路无电压而重合，如重合成功，则水轮发电机以自同步的方式，自动与系统并列，故称为自同步重合闸。
如重合不成功，则系统侧的保护再次动作跳闸，水电厂也被迫停机。
采用自同步重合闸时，必须考虑水电厂侧地区负荷供电的影响，因为在自同步重合闸的过程中，如果不采取其他措施，它将被迫全部停电。
四、画图说明题1．请画出采用DSP 的微机保护装置结构图。
2．请画出距离保护的组成框图，请说明其工作原理。
当正方向发生故障时，起动元件动作，如果故障位于第I 段范围内，则Z I 动作，并与起动元件的输出信号通过与门，瞬时使用于出口回路，动作于跳闸。
如果故障位于距离II 段保护范围内，则Z I 不动而Z II 动作，随即起动II 段的时间元件t II ，待t II 延时到达后，也通过与门起动出口回路动作于跳闸。
如果故障位于距离III 段保护范围内，则Z III 动作起动t III ，在t III 的延时之内，假定故障由低通滤波插件来 A/D DSP CPLD 光隔 外部开入电源液晶显示 出口 继电器由低通滤波插件来 A/D CPU +EQDJA/D 打印串口未被其他的保护动作切除，则在t III延时到达后，仍通过与门和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用3．请画出断路器失灵保护的工作原理框图，并简要说明。
当线路、变压器或母线发生短路并伴随断路器失灵时，相应的继电保护动作，出口中间继电器发出断路器跳闸脉冲。
由于短路故障未被切除，故障元件的继电保护仍处于动作状态。
此时利用装设在故障元件上的故障判别元件，来判别断路器仍处于合闸位置的状态。
如故障元件出口中间继电器触点和故障判别元件的触点同时闭合时，失灵保护被启动。
在经过一个时限后失灵保护出口继电器动作，跳开与失灵的断路器相连的母线上的各个断路器，将故障切除。
4．请画出高频闭锁保护原理图，并简要解释。
高频闭锁方向保护是在外部故障时发出闭锁信号的一种保护。
闭锁信号由短路功率方向为负（指向被保护线路的反方向）的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而将保护闭锁。
设故障发生在BC范围内,则短路功率S k的方向如图所示.此时安装在线路BC两端的高频保护3和4的功率方向为正,保护应动作于跳闸.故保护3、4都不发出高频闭锁信号,所以在保护起动后,即可瞬时动作,跳开两端的断路器。
