电力系统继电保护考试必备重点

电力系统继电保护考试必备重点

第一张 绪论

1、什么叫电力系统？

答：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系统。 2、一次设备和二次设备？

答：一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备，如发电机、电动机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器以及其他用电设备；

对一次设备进行监视、测量、控制和保护的设备，称为电力系统的二次设备。 3、什么叫电力系统运行状态？

答：电力系统在不同运行条件（负荷水平、出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工作状况。 4、运行条件规律？

答：系统发出的有功功率和无功功率在任一时刻与系统中随机变化的负荷功率（包括各种损耗）相等。 5、不正常工作状态与故障？ 答：所有等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的电力系统工作状态，称为不正常运行状态；

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、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生如短路、断线等故障。（短路故障最为严重） 6、短路故障类型？

答：单相接地短路（最常见）、两相短路、其他故障、两相短路接地、三相短路（最严重）

故障类型 故障比例 故障次数 三相短路 0.83% 20 两相短路 4.49% 108 两相短路接地 1.58% 38 单相接地短路 91.23% 2196 其他故障 1.86 45 7、继电保护装置？ 答：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。 8、继电保护基本任务？ 答：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于遭受损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；

（2）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。

9、继电保护基本原理？

答：要区分电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，甄别出发生故障和出现异常的元件，则需要测量有明显差异的电气量（相电流、序电流、功率及方向，相电压幅值、序电压幅值，测量阻抗等），根据这些电气量可构成不同原理的继电保护。

10、继电保护装置构成？

答：测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件组成。

11、继电保护的要求？

答：可靠性：包括安全性和信赖性，最根本要求。

选择性： 速动性：

灵敏性：灵敏系数 ，

第二章 电网的电流保护

1、我国电网的电压等级有哪些？

答：500、330、220、110、66、35、10、6KV，380/220V，另外750KV正在建设中。110KV及以上电压等级电网主要承担输电任务，采用中性点直接接地方式；110KV以下电压等级电网主要承担供、配电任务，采用中性点非直接接地方式。

继电特性：无论启动或返回，继电器动作都是明确干脆的，不可能停留在某一个中间位置。

返回系数：返回系数与启动电流的比值。（过流继电器返回系数恒小于1，欠流恒大于1）

2、电流的三段保护？

答：Ⅰ段：电流速断保护；Ⅱ段：限时电流速断保护；Ⅲ段：定时限过电流保护。 3、电流速断保护（Ⅰ段）

? 对于反应短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，为了保证选择性，一般

只能保护线路的一部分。解决上述矛盾，为保证动作的选择性，则要按躲开

下一线路出口短路的条件整定，引入整定电流Iset，当实际短路电流Ik?Iset时，保护装置才能动作。

? 整定计算（P17）：对于保护1，有IⅠset.1>IK.C.max=

ⅠⅠ。 IⅠse.1t=KrelIK.C.max（可靠系数Krel取1.2~1.3）

E?Zs.min?ZB?C，一般表示为

? 保护范围校验：最小保护范围为：IⅠset?Ik.L.min?E?3要求大于被

2ZS.max?z1Lmin保护线路全长的15%~20%。

? 优缺点：优点简单可靠、动作迅速，得到广泛应用；缺点是不可能保护线路

全长，并且保护范围直接受到运行方式变化的影响（不能应用于运行方式变化很大或者线路长度很短的情况）。 4、限时电流速断保护（Ⅱ段）

? 由于Ⅰ段的速断保护不能保护线路的全长，因此增加一段带时限动作的保

护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断保护的后备，这就是限时电流速断保护。

? 要求：在任何情况下都能保护线路的全长，并且有足够的灵敏性；力求最小

的动作时限；在下级线路短路时，保证下级保护优先切除故障，满足选择性要求。（需要两个考虑：保护范围不超过下级Ⅰ段的保护范围；动作时限比下级线路的Ⅰ段保护高出一个时间阶梯）

? 限时电流速断保护的整定计算：

ⅠⅡⅠⅡ 电流整定：IⅡ一般表示为IⅡ。 set.2>Iset.1，set.2=KrelIset.1（配合系数Krel取1.1~1.2）

Ⅰ动作时限整定：tⅡ。 ?t21??t（?t在0.3~0.5s之间，通常取0.5s）

? 灵敏性校验：灵敏系数Ksen?保护范围内发生短路时故障参数的计算值，对

保护装置的动作参数值于保护2，有Ksen?Ik.B.min（一般取1.3~1.5） IⅡset.25、定时限过电流保护

重点计算题P58 2.7/2.9

6、相间短路功率方向判别元件等接线方式（P38） 功率方向继电器采用90°接线方式

使任何故障都能反应的条件为（30°~60°）（P40）

优点：1、对各种两相短路都没有死区；2、对线路上发生的各种短路都能保证选择性。（P40）

7、（P44）* 8、（P54）

9、（P54）补偿方式：完全补偿、欠补偿和过补偿

第三章 距离保护 1、距离保护概念： 2、（P66）表3.1 3、（70~72）方向园特性、全阻抗圆特性、苹果特性、橄榄特性

方向圆：阻抗元件本身具有方向性，一般用于距离保护的主保护断。

苹果特性：阻抗元件在R方向上动作区较大，含有较大的电阻性成分，有较高的耐受过渡电阻能力；

橄榄特性：与苹果特性刚好相反。 4、（P94）计算题（重点）

第四章 纵联保护

1、（P118）纵联保护概念：

2、（P119）纵联保护分类：1、方向比较式；2、纵联电流差动保护

第五章 1、（P150）重合闸目的： 2、（P153）[ ] 3、（P158）重合闸前加速、后加速:

附录

第二章 三段保护

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：

E??115/3kVLB?C，XG1?15? 、XG2?10?，XG3?10?，L1?L2?60km，L3?40km，

ⅠⅡⅢ?50km，LC?D?30km，LD?E?20m，线路阻抗0.4?/km，Krel=1.2 、Krel=Krel=1.15 ，

maxIB?C.max?300A，IC?D.max?200A， ID?E.?150A，Kss=1.5、Kre=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范围。

（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（Ksen?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。

G1A9L18BC7L2632D1EG2G35L34

解：由已知可得XL1=XL2=0.4×60=24?，XL3=0.4×40=16?，XBC=0.4×50=20?，XCD=0.4×30?， XDE=0.4×20=8?

（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

Xs.min=（

XG1||

XXXG2XL1XL2+||）||(G3+L3)=(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

Xs.max=XG1+XL1=39

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

Ik.E.max?EXs.min?XBC?XCDXDE?115/3?1.312kA10.6?20?12?8

ⅠⅠIKset.1相应的速断定值为=rel×Ik.E.max=1.2×1.312=1.57kA

E3ⅠI最小保护范围计算公式为set=2Zs.max?Z1Lmin?3?E??12?Ⅰ?Zs.max???Iset?0.4?Lmin??? ==-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

E大电流 Ik.D.max=Xs.min?XBC?XCD=1.558kA

ⅠⅠIKset.2相应的速断定值为 =rel×Ik.D.max=1.2×1.558=1.87kA

?3?E??12?Ⅱ?Zs.max???Iset.2?0.4?Lmin???最小保护范围为 ==-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

E大电流 Ik.C.max=Xs.min?XBC=2.17kA

ⅠⅠIKset.3相应的速断定值为 =rel×Ik.C.max=1.2×2.17=2.603kA

?3?E??12?Ⅱ?Zs.max???Iset.3?0.4?Lmin???最小保护范围为 ==-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。

ⅡⅡⅠIKset （3）整定保护2的限时电流速断定值为 =setIset.1=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

3EIk.D.max=2Xs.max?XBC?XCD=0.8098kA

Ik.D.minⅡⅡKIset所以保护2处的灵敏系数 =set=0.4484 即不满足Ksen?1.2的要求。

ⅡⅡⅠIKset.3同理，保护3的限时电流速断定值为 =relIset.2=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

3EIk.C.max=2Xs.max?XBC=0.9764kA

Ik.C.minⅡⅡKKIset.3所以保护3处的灵敏系数 =set.3=0.4531 即不满足sen?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。

'ⅢIreKrelKssIL.maxⅢIKreset（4）过电流整定值计算公式为 =Kre=

ⅢKrelKssID?E.maxⅢIKreset.1=所以有 =304.5A

ⅢⅢIIset.2set.3=609A 同理得 =406A

3E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 Ik.min=2Zs.max?ZL 所以有 IE.min=727.8A ID.min=809.8A IC.min=974.51A

Ik.minⅢKsenIset所以由灵敏度公式 =可知，保护1作为近后备的灵敏度为 IE.minⅢⅢKset.1=Iset.1=2.39?1.5 满足近后备保护灵敏度的要求；

IE.minⅢⅢKIset.2set.2=1.79?1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求； 保护2作为远后备的灵敏度为 =

IE.minⅢⅢKIset.3set.3=1.33?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 =

ⅢⅢⅢⅢⅢttttt12132保护的动作时间为 =0.5+0.5=1s =+0.5=1.5s =+0.5=2s

2.9 如图2-4所示网络，流过保护1、2、3的最大负荷电流分别为400A、500A、550A,

ⅢⅢⅢⅢKss=1.3、Kre=0.85，Krelttt123=1.15， ==0.5s，=1.0s ，试计算：

（1）保护4 的过电流定值；

（2）保护4的过电流定值不变，保护1所在元件故障被切除，当返回系数Kre低于何值时会 造成保护4误动？

Kre=0.85时，（3）保护4的灵敏系数

Ksen=3.2，当Kre=0.7时保护4 的灵敏系数降低到多少？

123MMBA54C

解：过电流保护4 的最大负荷电流为 I4.max=400+500+550=1450A

I保护4的过电流定值为

Ⅲset.4ⅢKssKrel?I4.maxKre=2.55A

ⅢⅢⅢⅢtttt4123时限为 =max（，，）+?t=1.5s

（2）保护21 切除故障后，流过保护4 的最大负荷电流

'I4.max=500+550=1050A=1.05kA

'Iss.maxKssI4.max，在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流 ==1.3×1.05=1.365kA，这个电

I流必须小于保护4 的返回电流，否则1.5s以后保护4 将误切除。相应的要求ss.max≤

IreKI=

会造成保护误动。

Ⅲreset.41.365

KKK=2.55re，从而2.55re＞1.365，re＞2.55=0.535。当返回系数低于0.535时，

Ksen.4?（3）保护4的灵敏系数

Ik.B.minIk.B.minKreⅢⅢKreKKIsetK.4=relKssI4.max，sen.4与成正比，当re下降时灵敏

0.7?3.2K0.85sen系数下降，==2.635。

2.14 为了保证在正方向发生各种短路时功率判别元件都能动作，需要确定接线方式及内角，

请给出90°接线方式正方向短路时内角的范围。 答：(1)正方向发生三相短路时，有0°

(2)正方向发生两相短路，当短路点位于保护安装处附近，短路阻抗Zd＜Zs时，0°

2.19 系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系统，最大开机方式为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：E??115/3kV，X1.G1?X2.G1= X1.G2?X2.G2=5?，X1.G3?X2.G3=X1.G4?X2.G4=8?，

<90°时，使方向继电器在一切故障情况下

X1.T1~X1.T4=5?，X0.T1~X0.T4=15?,X1.T5?X1.T6=15?,X0.T5?X0.T6=20?，LA?B=60km，

ⅡLB?C=40km，线路阻抗Z1=Z2=0.4?/km，Z0=1.2?/km，KⅠrel=1.2，Krel=1.15。

AG1T1BCT3G31234G2T2T4G4T5T6

图2-6 系统示意图 （1）画出所有元件全运行时的三序等值网络，并标注参数；

（2）所有元件全保护时，计算母线B发生单相接地短路和两相接地短路时的零序电流分布；

（3）分别求出保护1、4零序Ⅱ段的最大、最小分支系数； （4）分别求出保护1、4零序Ⅰ、Ⅱ段的定值，并校验灵敏度；

解：（1）先求出线路的参数，即 LAB=60km，X1.AB?X2.AB=24?，X0.AB=72?，LBC=40km，

X1.BC?X2.BC=16?,X0.BC=48?，所有元件全运行是三序电压等值网络图如图2-7所示。

BE?E?X1.G1X1.G2X1.T1AX1.BCCX1.T3X1.T4X1.G3X1.ABX1.T5E?X1.G4E?X1.T2X1.T6

(a) 正序等值图

BX2.G1X2.T1X2.T2AX2.BCX2.T5X2.T6CX2.T3X2.T4X2.G3X2.G4X2.ABX2.G2

(b) 负序等值图

BX0.T1X0.T2AX0.BCX0.T5X0.T6CX0.ABX0.T4 (c)零序等值图

图2-7 所有元件全运行时三序电压等值网络图

（2）下求出所有元件全运行时，B 母线分别发生单相接地短路和两相接地短路时的负荷序网等值图。

1）单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

Z?1?(X1.AB?X1.G1?X1.T1X?X1.T3)||(X1.BC?1.G3)22=(24+5)||(16+6.5)=12.67?

故障端口负序阻抗为 Z?2?Z?1=12.67?

Z?0?(X0.T1XX?X0.AB)||0.T5||(0.T3?X0.BC)222=79.5||10||55.5=7.657?

故障端口零序阻抗为

则复合序网等值图如图2-8所示。

If0?U|0|Z?1?Z?2?Z?0?115/312.67?12.67?7.657故障端口零序电流为

=2.012kA

在零序网中按照零序导纳进行分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分别

0.125790.018018I0.1?If0?I0.2?If0?0.130597=0.194kA 0.130597=0.278kA 为

画出零序电流分布图如图2-9所示.

Z?1?12.67BUf|0|0.097Z?2?12.67A0.194C0.2780.1390.77Z?0?7.657

图2-8 单相接地短路复合序网等值图 图2-9 单相接地短路零序电流分布图 2) 两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时相同，即 Z?1?Z?2=12.67?

Z?0=7.657?，则复合序网如图2-10所示。

Uf|0|12.67?7.657If1?Z?1?Z?2||Z?0Z?2Z?012.67?7.675||==4.77 故障端口正序电流为 =3.808kA 故障端口零序电流为

If0=

If0?12.6712.67?7.675=2.373kA

同样地，流过保护1、4的零序电流分别为

I0.1=0.299kA，

I0.2

=0.327kA。

从而得到如图2-11所示的零序电流分布图。

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