學習繼電保護必須掌握的基礎知識
學習繼電保護必須掌握的基礎知識
1．什么是繼電保護裝置?
答：當電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運行時，能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設備，一般通稱為繼電保護裝置。
2．繼電保護在電力系統(tǒng)中的任務是什么?
答：繼電保護的基本任務：(1)當被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開，以最大限度地減少對電力系統(tǒng)元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響，并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求(如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等)。(2)反應電氣設備的不正常工作情況，并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同(例如有無經常值班人員)發(fā)出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調整，或將那些繼續(xù)運行會引起事故的電氣設備予以切除。反應不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。
3．簡述繼電保護的基本原理和構成方式。
答：繼電保護主要利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時的電氣量(電流、電壓、功率、頻率等)的變化，構成繼電保護動作的原理，也有其他的物理量，如變壓器油箱內故障時伴隨產生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高。大多數情況下，不管反應哪種物理量，繼電保護裝置都包括測量部分(和定值調整部分)、邏輯部分、執(zhí)行部分。
4．電力系統(tǒng)對繼電保護的基本要求是什么?
答：繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求：這四“性”之間緊密聯(lián)系，既矛盾又統(tǒng)一。(1)可靠性是指保護該動體時應可靠動作。不該動作時應可靠不動作。可靠性是對繼電保護裝置性能的最根本的要求。(2)選擇性是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備保護、線路保護或斷路器失靈保護切除故障。為保證對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內有配合要求的兩元件（如啟動與跳閘元件或閉鎖與動作元件）的選擇性，其靈敏系數及動作時間，在一般情況下應相互配合。(3)靈敏性是指在設備或線路的被保護范圍內發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數，各類保護的最小靈敏系數在規(guī)程中有具體規(guī)定。選擇性和靈敏性的要求，通過繼電保護的整定實現(xiàn)。(4)速動性是指保護裝置應盡快地切除短路故障，其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。一般從裝設速動保護(如高頻保護、差動保護)、充分發(fā)揮零序接地瞬時段保護及相間速斷保護的作用、減少繼電器固有動作時間和斷路器跳閘時間等方面入手來提高速動性。
5．如何保證繼電保護的可靠性?
答：繼電保護的可靠性主要由配置合理、質量和技術性能優(yōu)良的繼電保護裝置以及正常的運行維護和管理來保證。任何電力設備(線路、母線、變壓器等)都不允許在無繼電保護的狀態(tài)下運行。220kV及以上電網的所有運行設備都必須由兩套交、直流輸入、輸出回路相互獨立
，并分別控制不同斷路器的繼電保護裝置進行保護。當任一套繼電保護裝置或任一組斷路器拒絕動作時
，能由另一套繼電保護裝置操作另一組斷路器切除故障
。在所有情況下，要求這購套繼電保護裝置和斷路器所取的直流電源都經由不同的熔斷器供電
。
6．為保證電網繼電保護的選擇性，上、下級電網繼電保護之間逐級配合應滿足什么要求：答：上
、下級電網(包括同級和上一級及下一級電網)繼電保護之間的整定
，應遭循逐級配合的原則，滿足選樣性的要求
，即當下一級線路或元件故障時
，故障線路或元件的繼電保護鎮(zhèn)定值必須在靈敏度和動作時間上均與上一級線路或元件的繼電保護整定值相互配合，以保證電網發(fā)生故障時有選擇性地切除故障
。
7．在哪些情況下允許適當犧牲繼電保護部分選擇性?
答：遇到如下情況時允許適當犧牲繼電保護部分選擇性：(1)接入供電變壓器的終端線路，無論是一臺或多臺變壓器并列運行(包括多處T接供電變壓器或供電線路)，都允許線路側的速動段保護按躲開變壓器其他側母線故障整定
。需要時
，線路速動段保護可經一短時限動作。(2)對串聯(lián)供電線路
，如果按逐級配合的原則將過分延長電源側保護的動作時間
，則可將容量較小的某些中間變電所按T接變電所或不配合點處理，以減少配合的級數．縮短動作時間
。(3)雙回線內部保護的配合，可按雙回線主保護(例如橫聯(lián)差動保護)動作
，或雙回線中一回線故障時兩側零序電流(或相電流速斷)保護縱續(xù)動作的條件考慮
；確有困難時，允許雙回線中一回線故障時
，兩回線的延時保護段間有不配合的情況
。(4)在構成環(huán)網運行的線路中，允許設置預定的一個解列點或一回解列線路
。
8．為保證靈敏度，接地故障保護最末一段定值應如何整定?
答：接地故障保護最末一段(例如零序電流保護IV段)，應以適應下述短路點接地電阻值的接地故障為整定條件：220kV線路，100Ω；330kV線路，150Ω
，500kV線路
，300Ω
。對應于上述條件，零序電流保護最末一段的動作電流整定值應不大于300A
。由線路末端發(fā)生高電阻接地故障時
，允許由兩側線路繼電保護裝置縱續(xù)動作切除故障。對于110kV線路
，考慮到在可能的高電阻接地故障情況下的動作靈敏度要求
，其最末一段零序電流保護的電流暫定值一般也不應大于300A(一次值)，此時
，允許線路兩側零序電流保護縱續(xù)動作切除故障
。
9．系統(tǒng)最長振蕩周期一般按多少考慮?
答：除了預定解列點外，不允許保護裝置在系統(tǒng)振蕩時誤動作跳閘。如果沒有本電網的具體數據
，除大區(qū)系統(tǒng)間的弱聯(lián)系聯(lián)絡線外，系統(tǒng)最長振蕩周期一般按1．5s考慮
。
10．簡述220kV及以上電網繼電保護整定計算的基本原則和規(guī)定。
答：(1)對于220kV及以上電壓電網的線路繼電保護一般都采用近后備原則。當故障元件的一套繼電保護裝置拒動時，由相互獨立的另一套繼電保護裝置動作切除故障
，而當斷路器拒絕動作時，啟動斷路器失靈保護
，斷開與故障元件相連的所有其他連接電源的斷路器
。(2)對瞬時動作的保護或保護的瞬時段，其整定值應保證在被保護元件外部故障時
，可靠不動作
，但單元或線路變壓器組(包括一條線路帶兩臺終端變壓器)的情況除外。(3)上
、下級繼電保護的整定
，一般應遵循逐級配合的原則，滿足選擇性的要求
。即在下一級元件故障時
，故障元件的繼電保護必須在靈敏度和動作時間上均能同時與上一級元件的繼電保護取得配合，以保證電網發(fā)生故障時有選擇性地切除故障
。(4)繼電保護整定汁算應按正常運行方式為依據
。所謂正常運行方式是指常見的運行方式和被保護設備相鄰的一回線或一個元件檢修的正常檢修運行方式。對特殊運行方式
，可以按專用的運行規(guī)程或者依據當時實際情況臨時處理
。(5)變壓器中性點接地運行方式的安排，應盡量保持變電所零序阻抗基本不變
。遇到因變壓器檢修等原因
，使變電所的零序阻抗有較大變化的特殊運行方式時
，根據當時實際情況臨時處理。(6)故障類型的選擇以單一設備的常見故障為依據
，一般以簡單故障講行保護裝置的整定計算
。(7)靈敏度校正常運行方式下的不利故障類型進行校驗，保護在對側斷路器跳閘前和跳閘后均能滿足規(guī)定的靈敏度要求
。對于縱聯(lián)保護
，在被保護線路末端發(fā)生金屬性故障時，應有足夠的靈敏度(靈敏度應大于2)
。
11．變壓器中性點接地方式的安排一般如何考慮?
答：變壓器中性點接地方式的安排應盡量保持變電所的零序阻抗基本不變。遇到因變壓器檢修等原因使變電所的零序阻抗有較大變化的特殊運行方式時，應根據規(guī)程規(guī)定或實際情況臨時處理
。(1)變電所只有一臺變壓器
，則中性點應直接接地，計算正常保護定值時
，可只考慮變壓器中性點接地的正常運行方式
。當變壓器檢修時，可作特殊運行方式處理
，例如改定值或按規(guī)定停用
、起用有關保護段。(2)變電所有兩臺及以上變壓器時
，應只將一臺變壓器中性點直接接地運行
，當該變壓器停運時，將另一臺中性點不接地變壓器改為直接接地
。如果由于某些原因
，變電所正常必須有兩臺變壓器中性點直接接地運行，當其中一臺中性點直接接地的變壓器停運時
，若有第三臺變壓器則將第三臺變壓器改為中性點直接接地運行
。否則，按特殊運行方式處理
。(3)雙母線運行的變電所有三臺及以上變壓器時
，應按兩臺變壓器中性點直接接地方式運行
，并把它們分別接于不同的母線上
，當其中一臺中性點直接接地變壓器停運時、將另一臺中性點不接地變壓器直接接地
。若不能保持不同母線上各有一個接地點時
，作為特殊運行方式處理。(4)為了改善保護配合關系
，當某一短線路檢修停運時
，可以用增加中性點接地變壓器臺數的辦法來抵消線路停運對零序電流分配關系產生的影響
。(5)自耦變壓器和絕緣有要求的變壓器中性點必須直接接地運行。
12．簡述220kV線路保護的配置原則 。
答：對220kV線路 ，根據穩(wěn)定要求或后備保護整定配合有困難時，應裝設兩套全線速動保護
。接地短路后備保護可裝階段式或反時限零序電流保護
，亦可采用接地距離保護并輔之以階段式或反時限零序電流保護。相間短路后備保護一般應裝設階段式距離保護
。
13．簡述330—500kV線路保護的配置原則 。
答：對寸330-500kV線路，應裝設兩套完整 、獨立的全線速動它保護
。接地短路后備保護可裝設階段式或反時限零序電流保護，亦可采用接地距離保護并輔之以階段式或反時限零序電流保護
。相間短路后備保護可裝設階段式距離保護
。
14．什么是“遠后備”?什么是“近后備”?
答：“遠后備”是指當元件故障而其保護裝置或開關拒絕動作時．由各電源側的相鄰元件保護裝談動作將故障切開；“近后備”則用雙重化配置方式加強元件本身的保護，位之在區(qū)內故障時
，保護無拒絕動作的可能，同時裝設開關失靈保護
，以便當開關拒絕跳閘時啟動它來切開同一變電所母線的高壓開關
，或遙切對側開關。
15．線路縱聯(lián)保護及特點是什么?
答：線路縱聯(lián)保護是當線路發(fā)生故障時，使兩側開關同時快速跳閘的一種保護裝置
，是線路的主保護。它以線路兩側判別量的特定關系作為判據
。即兩側均將判別量借助通道傳送到對側
，然后，兩側分別按照對側與本側判別量之間的關系來判別區(qū)內故障或區(qū)外故障
。因此
，判別量和通道是縱聯(lián)保護裝置的主要組成部分。(1)方向高頻保護是比較線路兩端各自看到的故障方向
，以判斷是線路內部故障還是外部故障
。如果以被保護線路內部故障時看到的故障方向為正方向，則當被保護線路外部故障時
，總有一側看到的是反方向
。其特點是：1)要求正向判別啟動元件對于線路末端故障有足夠的靈敏度；2)必須采用雙頻制收發(fā)信機
。(2)相差高頻保護是比較被保護線路兩側工頻電流相位的高頻保護
。當兩側故障電流相位相同時保護被閉鎖
，1)能反應全相狀態(tài)下的各種對稱和不對稱故障，裝設比較簡單
；2)不反應系統(tǒng)振蕩
。在非全相運行狀態(tài)下和單相重合閘過程中保護能繼續(xù)運行；3)不受電壓回路斷線的影響
，4)對收發(fā)信機及通道要求較高
，在運行中兩側保護需要聯(lián)調；5)當通道或收發(fā)信機停用時
，整個保護要退出運行
，因此需要配備單獨的后備保護。(3)高頻閉鎖距離保護是以線路上裝有方向性的距離保護裝設作為基本保護
，增加相應的發(fā)信與收信設備
，通過通道構成縱聯(lián)距離保護。其特點是：1)能足夠段敏和快速地反應各種對稱與不對稱故障
；2)仍保持后備保護的功能
；3)電壓二次回路斷線時保護將會誤動，需采取斷線閉鎖措施
，使保護退出運行
。
16．縱聯(lián)保護的通道可分為幾種類型?
答：可分為以下幾種類型：(1)電力線載波縱聯(lián)保護(簡稱高頻保護)。(2)微波縱聯(lián)保護(簡稱微波保護)。(3)光纖縱聯(lián)保護(簡稱光纖保護)。(4)導引線縱聯(lián)保護(簡稱導引線保護)。
17．縱聯(lián)保護的信號有哪幾種?
答：縱聯(lián)保護的信號有以下三種：(1)閉鎖信號。它是阻止保護動作于跳閘的信號。換言之。無閉鎖信號是保護作用于跳閘的必要條件。只有同時滿足本端保護元件動作和無閉鎖信號兩個條件時，保護才作用于跳閘。(2)允許信號。它是允許保護動作于跳閘的信號。換言之，有允許信號是保護動作于跳閘的必要條件。只有同時滿足本端保護元件動作和有允許信號兩個條件時，保護才動作于跳閘。(3)跳閘信號。它是直接引起跳閘的信號。此時與保護元件是否動作無關，只要收到跳閘信號，保護就作用于跳閘，遠方跳閘式保護就是利用跳閘信號。
18．相差高頻保護為什么設置定值不同的兩個啟動元件?
答：啟動元件是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時啟動發(fā)信機而實現(xiàn)比相的。為了防止外部故障時由于兩側保護裝置的啟動元件可能不同時動作，先啟動一側的比相元件，然后動作一側的發(fā)信機還未發(fā)信就開放比相將造成保護誤動作，因而必須設置定值不同的兩個啟動元件。高定值啟動元件啟動比相元件，低定值的啟動發(fā)信機。由于低定值啟動元件先于高定值啟動元件動作，這樣就可以保證在外部短路時，高定值啟動元件啟動比相元件時，保護一定能收到閉鎖信號，不會發(fā)生誤動作。
19．相差高頻保護有何優(yōu)缺點?
答：相差高頻保護有如下優(yōu)點：(1)能反應全相狀態(tài)下的各種對稱和不對稱故障，裝置比較簡單。(2)不反應系統(tǒng)振蕩。在非全相運行狀態(tài)下和單相重合閘過程中，保護能繼續(xù)運行
。
(3)保護的工作情況與是否有串補電容及其保護間隙是否不對稱擊穿基本無關。(4)不受電壓二次回路斷線的影響。
缺點如下：
(1)重負荷線路，負荷電流改變了線路兩端電流的相位，對內部故障保護動作不利
。
(2)當一相斷線接地或非全相運行過程中發(fā)生區(qū)內故障時，靈敏度變壞，甚至可能拒動。
(3)對通道要求較高，占用頻帶較寬。在運行中，線路兩端保護需聯(lián)調。
(4)線路分布電容嚴重影響線路兩端電流的相位，限制了其使用線路長度。
20．簡述方向比較式高頻保護的基本工作原理。
答：方向比較式高頻保護的基本工作原理是比較線路兩側各自看到的故障方向，以綜合判斷其為被保護線路內部還是外部故障。如果以被保護線路內部故障時看到的故障方向為正方向，則當被保護線路外部故障時，總有一側看到的是反方向。因此，方向比較式高頻保護中判別元件，是本身具有方向性的元件或是動作值能區(qū)別正、反方向故障的電流元件。所謂比較線路的故障方向，就是比較兩側特定判別元件的動作行為。
20．縱聯(lián)保護在電網中的重要作用是什么?
答：由個縱聯(lián)保護在電網中可實現(xiàn)全線速動，出此它可保證電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性和提高輸送功率、縮小故障造成的損壞程度、改善后備保護之間的配合性能。
21．何謂閉鎖式方向高頻保護?
答：在方向比較式的高額保護中，收到的信號作閉鎖保護用，叫閉鎖式方向高頻保護。它們的正方向判別元件不動作，不停信，非故障線路兩端的收信機收到閉鎖信號
，相應保護被閉鎖
。
22，何謂高頻閉鎖距離保護，其構成原理如何?
答：控制收發(fā)信機發(fā)出高頻閉鎖信號，閉鎖兩側距離保護的原理構成的高頻保護為高頻閉鎖距離保護，它能使保護無延時地切除被保護線路任一點的故障
。
23．高頻閉鎖距離保護有何優(yōu)缺點?
答：該保護有如下優(yōu)點：
(1)能足夠靈敏和快速地反應各種對稱和不對稱故障。(2)仍能保持遠后備保護的作用(當有靈敏度時)。(3)不受線路分布電容的影響
。
缺點如下：
(1)串補電容可使高頻閉鎖距離保護誤動或拒動。
(2)電壓二次回路斷線時將誤動。應采取斷線閉鎖措施，使保護退出運行
。
24．高頻閉鎖負序方向保護有何優(yōu)缺點?
答：該保護具有下列優(yōu)點：
(1)原理比較簡單。在全相運行條件下能正確反應各種不對稱短路。在三相短路時
，只要不對稱時間大于5—7ms，保護可以動作
。(2)不反應系統(tǒng)振蕩
，仍也不反應穩(wěn)定的三相短路。
(3)當負序電壓和電流為啟動值的三倍時，保護動作時間為10—15ms
。(4)負序方向元件一般有較滿意的靈敏度。(5)對高頻收發(fā)信機要求較低。
缺點如下：
(1)在兩相運行條件下（包括單相重合閘過程中）發(fā)生故障，保護可能拒動
。
(2)線路分布電容的存在．使線路在空載合閘時，由于三相不同時合閘，保護可能誤動。當分布電容足夠大時，外部短路時該保護也將誤動，應采取補償措施。
(3)在串補線路上，只要串補電容無不對稱擊穿
，則全相運行條件下的短路保護能正確動作。當串補電容友保護區(qū)內時
，發(fā)生系統(tǒng)振蕩或外部二相短路
、且電容器保護間隙不對稱擊穿，保護將誤動
。當串補電容位于保護區(qū)外
，區(qū)內短路且有電容器的不對稱擊穿，也可能發(fā)生保護拒動
。
(4)電壓二次回路斷線時，保護應退出運行。
25．非全相運行對高頻閉鎖負序功率方向保護有什么影響?
答：當被保護線路上出現(xiàn)非全相運行，將在斷相處產生一個縱向的負序電壓
，并由此產生負序電流，在輸電線路的A
、B兩端
，負序功率的方向同時為負，這和內部故障時的情況完全一樣
。因此
，在一側斷開的非全相運行狀態(tài)下，高頻閉鎖負序功率方向保護將誤動作
。為了克服上述缺點
，如果將保護安裝地點移到斷相點的里側，則兩端負序功率的方向為一正一負
，和外部故障時的情況一樣
，這時保護將處于啟動狀態(tài)，但由于受到高頻信號的閉鎖而不會誤動作
。針對上述兩種情況可知
，當電壓互感器接于線路側時，保護裝置不會誤動作，而當電壓互感器接于變電所母線側時
，則保護裝置將誤動作
。此時需采取措施將保護閉鎖。
26．線路高頻保護停用對重合閘的使用有什么影響?
答：當線路高額保護停用時，可能因以下兩點原因影響線路重合閘的使用：
(1)線路無高頻保護運行，需由后備保護(延時段)切除線路故障，即不能快速切除故障
，造成系統(tǒng)穩(wěn)定極限下降
，如果使用重合閘重合于永久性故障，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行則更為不利
。(2)線路重合閘重合時間的整定是與線路高頻保護配合的
，如果線路高頻保護停用，則造成線路后備延時段保護與重合閘重合時間不配
，對瞬時故障亦可能重合不成功
，對系統(tǒng)增加一次沖擊。
27．高頻保護運行時 ，為什么運行人員每天要交換信號以檢查高頻通道?
答：我國常采用電力系統(tǒng)正常時高頻通道無高頻電流的工作方式 。由于高頻通道涉及兩個廠站的設備，其中輸電線路跨越幾千米至幾百千米的地區(qū)
，經受著自然界氣候的變化和風
、霜、雨
、雪
、雷電的考驗。高頻通道上各加工設備和收發(fā)信機元件的老化和故障都會引起衰耗
；高頻通道上任何一個環(huán)節(jié)出問題
，都會影響高額保護的正常運行。系統(tǒng)正常運行時
，高頻通道無高頻電流
，高頻通道上的設備有問題也不易發(fā)現(xiàn)，因此每日由運行人員用啟動按鈕啟動高頻發(fā)信機向對側發(fā)送高頻信號
，通過檢測相應的電流
、電壓和收發(fā)信機上相應的指示燈來檢查高頻通道，以確保故障時保護裝置的高頻部分能可靠工作
。
28．什么是零序保護?大電流接地系統(tǒng)中為什么要單獨裝設零序保護?
答：在大短路電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障后，就有零序電流、零序電壓和零序功率出現(xiàn)
，利用這些電氣量構成保護接地短路的繼電保護裝置統(tǒng)稱為零序保護
。三相星形接線的過電流保護雖然也能保護接地短路
，但其靈敏度較低，保護時限較長。采用零序保護就可克服此不足，這是因為：①系統(tǒng)正常運行和發(fā)生相間短路時
，不會出現(xiàn)零序電流和零序電壓．因此零序保護的動作電流可以整定得較小，這有利于提高其靈敏度
；②Y／△接線降壓變壓器，△側以行的故障不會在Y側反映出零序電流，所以零序保護的動作時限可以不必與該種變壓器以后的線路保護相配合而取較短的動作時限。
29，簡述零序電流方向保護在接地保護中的作用。
答：零序電流方向保護是反應線路發(fā)生接地故障時零序電流分量大小和方向的多段式電流方向保護裝置 ，在我國大短路電流接地系統(tǒng)不同電壓等級電力網的線路上
，根據部頒規(guī)程規(guī)定
，都裝設了這種接地保護裝置作為基本保護
。電力系統(tǒng)事故統(tǒng)計材料表明，大電流接地系統(tǒng)電力網中線路接地故障占線路全部故障的80％一90％
，零序電流方向接地保護的正確動作率約97％
，是高壓線路保護中正確動作率最高的一種。零序電流方向保護具有原理簡單
