河南理工大學(xué)電力系統(tǒng)繼電保護總結(jié)

電力系統(tǒng)繼電愛護總結(jié)

習(xí)題一緒論+電流三段式愛護

1.繼電愛護的任務(wù)及基本要求是什么？（P1）基本原理是什么？（P4第一段話）

繼電愛護的主要任務(wù)是：

1）自動、快速、有選擇地切除故障器件，使無故障部分恢復(fù)正常運行，故障部分設(shè)施免遭毀壞。

2）發(fā)覺電氣器件的不正常工作狀態(tài)，依據(jù)運行維護條件動作于發(fā)信號、減負荷或跳閘。

繼電愛護的基本要求：

為了使繼電愛護能有效地履吁其任務(wù)，在技術(shù)上,對動作于跳閘的繼電愛護應(yīng)滿意四個基本要求,

即選擇性、速度性、靈敏性和牢靠性。

繼電愛護的基本原理：

反映被愛護線路電氣設(shè)施故障前故障后某些物理量的突變。為完成繼電愛護的任務(wù)，首先需要正

確區(qū)分電力系統(tǒng)正常運行與發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)之間的差別，找出電力系統(tǒng)被愛護范圍內(nèi)電氣

器件（輸電線路、發(fā)電機、變壓器等）發(fā)生故障或不正常運行時的特征，配置完善的愛護已滿意繼電

愛護的要求。

2.什么是最大最小運行方式？什么時候消失最大、最小短路電流？（P47）

答：（1）系統(tǒng)最大運行方式：在被愛護線路末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過愛護裝置短

路電流為最大的運行方式；

系統(tǒng)最小運行方式：在同樣短路的短路狀況下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過愛護裝置短路電流為最

小的運行方式。

（2）在最大運行方式下三相短路時，通過愛護裝置的短路電流為最大；而在最小運行方式下兩相短

路時，則短路電流為最小。

3.何謂主愛護、后備愛護？何謂近后備、遠后備？（P3）

所謂主愛護是指能以較短時限切除被愛護線路（或元件）全長上的故障的愛護裝置。考慮主愛護

或斷路器可能拒動而配置的愛護，稱為后備愛護。當電氣元件的主愛護拒動時，由本元件的另一套愛

護起后備作用，稱為近后備。當主愛護或其斷路器拒動時，由相鄰上一元件的愛護起后備作用稱為遠

后備愛護。

/**主愛護：在滿意系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的時限內(nèi)切除愛護區(qū)域內(nèi)故障。后備愛護：當主愛護拒動時

用以切除該故障的另一種愛護。遠后備愛護：與主愛護安裝位置不同的后備愛護。近后備愛護:

與主愛護同一安裝位置的后各愛護。**/

4.何謂電流三段式愛護？

答：電流速斷愛護（電流I段）、限時電流速斷愛護（電流II段）和定時限過電流愛護（電流HI

段）都是反應(yīng)電流增大而動作的愛護，它們相互協(xié)作構(gòu)成一整套愛護，稱作三段式電流愛護。（電流

I段與口段稱為主愛護，電流匚I段稱為后備愛護）

三段的區(qū)分主要在于起動電流的選擇原則不同。其中速斷和限時速斷愛護是依據(jù)躲開某一點的最大短

路電流來整定的，而定時限過電流愛護是依據(jù)躲開最大負荷電流來整定的。

習(xí)題二零序愛護

1.零序電流一般如何獲得？

采納零序電流過淀器三相電流互感器

當中性點直接接地的電網(wǎng)（又稱大接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時，將消失很大的零序電流。零序

電流可以看成在故障點消失一個零序電源而產(chǎn)生的，經(jīng)變壓器中性點構(gòu)成回路，零序電流的方向

仍規(guī)定從母線流向故隙線路為正，而對零序電壓的方向是線路高于大地的電壓為正。

2.何為大電流接地系統(tǒng)？何為小電流接地系統(tǒng)？各自適用的電壓等級范圍？

答：1）中性點直接接地：是指電力系統(tǒng)中變壓器的中性點直接跟大地相聯(lián)，當發(fā)生接地短路時，將

消失很大的零序電流，因此我們乂把它稱為大電流接地系統(tǒng)，而在正常運行狀況下它們是不存在的,

這種系統(tǒng)一般適應(yīng)于110KV及以上的系統(tǒng)。

2）中性點非直接接地：是指中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地，當發(fā)生單相接地時，故障點的

電流很小，因此我們又稱它為小電流接地系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般適應(yīng)于35KV及以下的系統(tǒng)。

3.消弧線圈的作用是什么？通常采納哪種補償方式，為什么？為什么中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)實

現(xiàn)有選擇性的接地愛護較為困難？

答：作用：當中性點不接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時，在接地點要流過全系統(tǒng)的對地電容電流，假如此

電流比較大，就會在接地點燃起電弧，假如在中性點接入一個電感線圈，當發(fā)生單相接地時，在接地

點就有一電感重量的電流通過，此電流和原系統(tǒng)中的電容電流相抵消，就可以削減流過故障點的電流,

阻擋電弧的產(chǎn)生。

對電容電流的補償一般采納過補償?shù)姆绞剑矗ǎ?4，補償后的殘余電流是電感性的，不行能發(fā)生

串聯(lián)諧振的過電壓問題。當采納過補償方式時，流經(jīng)線路的零序電流將大于本身電容電流，而電容性

無功功率的實際方向仍舊是由母線流向線路，和非故障線路的方向一樣，因此在這種狀況下，無法采

用穩(wěn)態(tài)功率方向的差別來判別故障線路，而且由于過補償度不大，也很難像中性點不接地網(wǎng)那樣，采

用零序電流大小的不同來找出故障線路。因此中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)實現(xiàn)有選擇性的接地愛護較

為困難

4.零序電流的分布主要取決于哪些因素？與哪些因素無關(guān)？

答：零序電流的分布主要取決于送電線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)

目和位置無關(guān)。

5.試述中性點非直接接地系統(tǒng)愛護的特點。

答：中性點非直接接地又稱小接地電流系統(tǒng)。當其發(fā)生單相接地時，由于故障點的電流很小，而且在

三相之間的的線電壓仍保持對稱，對負荷的供電沒有影響，因此，在一般狀況下都允許再連續(xù)運行

l-2h,而不必馬上跳閘。這也是采納中性點非直接接地運行的主要優(yōu)點。但是在單相接地以后，其他

兩相的對地電壓要上升四倍。為了防止故障進一步擴大成兩點或多點接地短路，就應(yīng)準時發(fā)出信號，

以便運行人員實行措施予以消退。因此，在單相接地時，一般只要求繼電愛護能有選擇性地發(fā)出信號，

而不必跳閘。但當單相接地對人身和設(shè)施的平安有危急時，則應(yīng)動作于跳閘。

6.在中性點直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時，零序電壓和零序電流的特點？

答：1）零序電壓：故障點最高，中性點最低。

2）零序電流：又故隙零序附加電源Uko產(chǎn)生；從故隙點流向接地的變壓器中性點（比正序和負序電流

范圍?。?。

7.試述我們國家電網(wǎng)中性點有哪幾種接地方式？各有什么優(yōu)缺點？分別適用于國內(nèi)哪些電壓等

級？

答：1）直接接地（包括經(jīng)小電阻接地），單相短路時無過電壓，短路電流較大，愛護動作于斷路器，

供電牢靠性低；適用于llOkV及以上電網(wǎng)。

2）非直接接地（包括不接地、經(jīng)消弧線圈、大電阻接地），單相短路時有過電壓，短路電流為容性短

路電流，較小，愛護一般動作于信號，可持續(xù)運行一段時間，供電牢靠性高；適用于10kV,35kV配

網(wǎng)；電網(wǎng)中性點采納哪種接地方式主要取決于供電牢靠性和限制過電壓。

習(xí)題三距離愛護

1.什么是距離愛護？其特點是什么？

答：定義：距離愛護是反應(yīng)故障點至愛護安裝地點之間的距離（或阻抗），并依據(jù)距離遠近而推斷

故障是否發(fā)生在被愛護區(qū)內(nèi)的一種愛護。是反應(yīng)測量阻抗降低而動作的阻抗愛護。核心部件為阻

抗繼電器（或稱為距離繼電器/阻抗元件/距離元件）。

特點：在多電源的簡單網(wǎng)絡(luò)中能保證動作的選擇性。a）優(yōu)點：（1）距離愛護不但反應(yīng)故障時電流

增大，同時反應(yīng)故障時電壓降低，較電流愛護靈敏度更高；受系統(tǒng)運行方式影響小。（2）比電流愛

護具有更高的選擇性，在多電源簡單網(wǎng)絡(luò)中保證有選擇性動作（采納帶方向的阻抗繼電器）。（3）

除應(yīng)用于輸電線路外，還可用于發(fā)電機、變壓器愛護中作為后備愛護。距離愛護是繼電愛護的標

準配置之一。b）缺點：（1）距離I段只能愛護線路全長的80—85%；II段0.5s延時。（2）相比

電流愛護，距離愛護的構(gòu)成、接線和算法都較簡單，裝置自身的牢靠性稍差。（3）距離愛護受系統(tǒng)

振蕩、短路點過渡電阻、電壓回路斷線等因素的影響。

2.三段式距離愛護裝置的主要組成元件（4部分）？

答：1）啟動元件：啟動元件的主要作用是在發(fā)生故障的瞬間啟動整套愛護，并和距離元件動作后

組成與門，啟動出口回路動作于跳閘，以提高愛護裝置牢靠性。啟動元件可由過電流繼電器、低

阻抗繼電器、反映負序、零序電流的繼電器等構(gòu)成。2）距離元件：距離元件的主要作用實際上是

測量短路點到愛護安裝地點之間的阻抗（亦即距離）。一般和Z”采納方向阻抗繼電器，Zm采

納偏移特性阻抗繼電器。3）時間元件：時間元件的主要作用是依據(jù)預(yù)定的時限特性確定動作的時

限，以保證愛護動作的選擇性。常規(guī)愛護一般采納時間繼電器。4）閉鎖元件

距離愛護的構(gòu)成:三段式（同單側(cè)電源方向電流愛護）

主愛護：1段無時限速動愛護；II段:與相鄰線路的1段或II段協(xié)作；

后備愛護：HI段:作為本線路及下級線路的后備，按躲過最小負荷阻抗整定。所用繼電器為全阻抗

繼電器，且一般都是帶方向的。

3.距離愛護中，測量阻抗、整定阻抗、啟動阻抗的區(qū)分？

答：測量阻抗劣：2比=牛由加入繼電器的測量電壓和測量電流計算得出。

整定阻抗Zset：取繼電淵安裝飾到愛護范圍末端的線路阻抗作為整定阻抗。由線路阻抗整定計算得出。

一旦整定，基本不變。

啟動阻抗Z°p：表示當繼電器剛好動作時，加入繼電器的測量阻抗冬。全阻抗繼電器：Zop=Zset；方

向阻抗繼電器：Z°p模值隨以的不同而變化。

4.影響距離愛護（線路愛護）的主要因素？（6方面，教材4-3節(jié)）

答：影響因素：1）短路點的過渡電阻；

2）電力系統(tǒng)系統(tǒng)振蕩（用振蕩閉鎖裝置解決）；

3）電壓互感器二次回路斷線（用斷線閉鎖裝置解決）；

4）愛尹安裝處與短路點之間有分支線

5）電流互感器和電壓互感器的誤差；

6）在Y/△接線變壓器后面發(fā)生短路；輸電線路上的串聯(lián)補償電容等。

5.常用的阻抗繼電器一般有哪幾種？

答：阻抗繼電器:計算愛護安裝飾至短路點之間的測量阻抗，與整定阻抗比較，確定愛護是否動作，

是距離愛護的核心元件。全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、偏移阻抗繼電器。

習(xí)題四縱聯(lián)愛護

1.什么是縱聯(lián)愛護？其適用場合？

答:輸電線路的縱聯(lián)愛護，就是用某種通信通道，將輸電線路的兩端或各端的愛護裝置縱向連接起來，

將各端電氣量傳送到對端并加以比較，以推斷故障在本線路范圍之內(nèi)或之外，從而打算是否切斷被愛

護線路。（用某種通信手段將輸電線兩端的愛護裝置縱向聯(lián)系起來，將各端的信息傳送到對策進行比

較判別，以確定故障是否在愛護范圍內(nèi)，可實現(xiàn)全線、無時限的故障切除。）適用于一些重要線路和

超高壓線路

2.高頻通道的工作方式有哪幾類？（3個）

答：①長期發(fā)信方式-正常有高頻電流，高頻電流的消逝代表故障②故障啟動發(fā)信方式-正常無高

頻電流，消失高頻電流代表故障③移頻方式。

3、高頻信號的主要作用？

習(xí)題六變壓器愛護

1.變壓器的故障類型及不正常狀態(tài)？其主愛護、后備愛護主要有哪幾類？

答：變壓器的故障可以分為油箱外部故障和油箱內(nèi)部故障兩種故障。油箱外的故障，主要是套管和引

出線上發(fā)生相間短路以及中性點直接接地側(cè)的接地短路。這些故障的發(fā)生會危害電力系統(tǒng)的平安連續(xù)

供電。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。油箱內(nèi)故障時產(chǎn)

生的電弧，不僅會損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量

的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。

變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：1）由于外部短路引起的過電流;2）負荷長時間超過額定容量引起的

過負荷;3）油箱漏油造成的油面降低；（油一絕緣+冷卻）；4）由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵

磁。電于不正常工作狀態(tài)，變壓器愛護也必需能夠反應(yīng)一一發(fā)告警信號，或延時跳閘。

主愛護：1）瓦斯愛護：優(yōu)點，能發(fā)覺油箱內(nèi)部全部故障，有較高靈敏性。缺點，動作時間較長，不

能反應(yīng)油箱外部的故障。

2）縱差愛護或電流速斷愛護：（依據(jù)變壓器容量選擇）主要反應(yīng)繞組、套管及引出線上的相間短路，

并在肯定程度上反應(yīng)繞組內(nèi)部匝間短路及中性點接地側(cè)的接地短路。特點，瞬時動作切除故障；變壓

器差動愛護可反映變壓器內(nèi)部繞組相間、匝間、接地短路故障。（這些故障相當于轉(zhuǎn)變了一次或二次

繞組的匝數(shù)-影響變比）。電流速斷愛護用來切除變壓器電源側(cè)套管、引出線及部分繞組故障。

后備愛護：1）外部相間短路的后備愛護：過電流愛護、復(fù)合電壓啟動的過流愛護、負序電流愛護及

單相式低壓啟動的過電流愛護、阻抗愛護。

2）外部接地短路的后備愛護：零序電流愛護（若中性點接地）、零序過電壓愛護、在中性點裝放電間

隙加零序電流愛護。

3）過負荷愛護。4）過勵磁愛護。5）他非電氣量愛護。油箱內(nèi)部溫度、壓力上升。冷卻系統(tǒng)故障。

兩種配置模式：（1）主愛護、后備愛護分開設(shè)置；（2）成套愛護裝置，重要變壓器雙重化配置。

2.變壓器縱聯(lián)差動的愛護原理？（P159）

答：變壓器的縱聯(lián)差動愛護是基于基爾霍夫電流定律。使正常運行及外部故障時，流過差動繼電

器的電流為零。由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱聯(lián)差動的正確的

工作，就必需適當選擇兩側(cè)電流互感器的變化，使得在正常運行和外部發(fā)生故障時，兩個二次電

流相等。

3.影響變壓器愛護正確動作的主要因素有哪些？

答：1）變壓器勵磁電流產(chǎn)生的不平衡電流：2）變壓器兩側(cè)的電流相位不同；3）電流互感器型號

不同的影響；4）電流互感器計算變比與實際變比的不同；5）變壓器帶負荷調(diào)整分接頭的影響。

4.何為變壓器的勵磁涌流？其產(chǎn)生的不平衡電流如何防止？

答：變壓器勵磁涌流是：變壓器全電壓充電時在其繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)電流。變壓器投入前鐵芯中

的剩余磁通與變壓器投入時工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同時，其總磁通量遠遠超過鐵芯的飽和磁

通量，因此產(chǎn)生極大的涌流，其中最大峰值可達到變壓器額定電流的6-8倍。勵磁涌流隨變壓器

投入時系統(tǒng)電壓的相向，變壓器鐵芯的剩余磁通和電源系統(tǒng)地阻抗等因素而變化，最大涌流消失

在變壓器投入時電壓經(jīng)過零點瞬間（該時磁通為峰值）。變壓器涌流中含有直流重量和高次諧波重

量，隨時間衰減，其衰減時間取決于回路電阻和電抗，一般大容量變壓器約為5-10秒，小容量變

壓器約為0.2秒左右。

當變壓器在停電狀態(tài)時，變壓器鐵芯內(nèi)部的磁通接近或等于零，當給變壓器充電時，鐵芯內(nèi)

產(chǎn)生交變磁通，這個交變磁通從零到最大叫做鐵芯勵磁，我們把這一過程產(chǎn)生的電流叫做變壓器

勵磁涌流，這個電流要高于變壓相的額定電流，從變壓潛的機械力、電動力到愛護整定都要為躲

過勵磁涌流整定.

變壓器的勵磁電流/〃緊流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反映到差動回路中不能被

平衡。在正常運行狀況下，此電流很小，一般不超過額定電流的2%——10%。在外部故障時，由于

電壓低，勵磁電流小，它的影響就更小。但是當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時，

可能消失數(shù)值很大的勵磁電流（又稱勵磁涌流）。

1）由于變壓器勵磁涌流SU所產(chǎn)生的不平衡電流：實行勵磁涌流閉鎖措施。

2）由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流：防止措施，將變壓器星形側(cè)的三個

電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形，并適當考

慮連接方式后即可把二次電流的相位校正過來。在微機繼電愛護中可用軟件自動校正

其相位。

3）由于兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流：采納電流互感器的同型系數(shù)

（am=1不平衡電流仍按式，dsq=5叱3計算。同型系數(shù)取5,不同型系數(shù)取1，

7nTA

且整定時考慮增大動作電流門檻值。

4）電流互感器的計算變比和實際變比間不同產(chǎn)生的不平衡：對不平衡電流進行補償。整

定時增大動作電流門檻值。

5）由于變壓器帶負荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流：整定時增大動作電流門檻值。

習(xí)題七發(fā)電機愛護

1.何謂橫差愛護？

答：橫聯(lián)差動（橫差）愛護：大容量發(fā)電機，因額定電流很大，其每相均由兩個并聯(lián)繞組組成。

正常時，兩個繞組的電勢相等，各擔當一半的負荷電流。而當任一繞組發(fā)生匝間短路，使兩繞組

的電勢不等，會消失電勢差而產(chǎn)生環(huán)流。

2.何為發(fā)電機失磁（低勵）愛護？

答：發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用：1）維持發(fā)電機端的電壓在給定水平上；2）在尹列運行的發(fā)電

機合理穩(wěn)定安排無功功率（調(diào)差）；3）提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性（穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)）。發(fā)電機失磁：

是指發(fā)電機勵磁電流下降或完全消逝的故障。（勵磁消逝）緣由:勵磁設(shè)施中的勵磁回路短路或斷

路、自動滅磁開關(guān)誤動、半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)元件或回路故障、人的誤操作等。

失磁判據(jù)（常用）：依據(jù)發(fā)電機失磁后機端測量阻抗z的變化軌跡來識別失磁故障。失磁后果：1）

發(fā)電機輸出的電磁功率削減，轉(zhuǎn)子加速，進入異步運行。2）失磁后將從系統(tǒng)汲取大量的感性無功，

端部發(fā)熱。若系統(tǒng)無功充分，發(fā)電機最終可以穩(wěn)定在異方狀態(tài);若系統(tǒng)無功缺額較大，可能引起電

壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電。3）機組振動較大、轉(zhuǎn)子過熱等。為此，在發(fā)電

機上，尤其大型發(fā)電機上應(yīng)裝設(shè)失磁愛護，以便準時發(fā)覺失磁故障，并實行必要措施，例如，發(fā)

出信號由運行人員準時處理，自動減負荷或動作于跳閘，以保證電網(wǎng)和發(fā)電機的平安。

3.何為逆功率愛護？