繼電保護(hù)的基本原理試題

繼電保護(hù)與二次回路試題

（一）繼電保護(hù)的基本原理

1、繼電保護(hù)裝置的主要任務(wù)是什么？

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，往往由于電氣設(shè)備絕緣的老化或損壞以及外力破壞等原因而造成短路

事故和不正常運(yùn)行方式。

電力系統(tǒng)各種形式的短路會產(chǎn)生比額定電流大幾倍至數(shù)十倍的短路電流，同時使電力系統(tǒng)的電

壓降低。

短路電流的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)會加速電氣設(shè)備絕緣為老化或損壞電氣現(xiàn)象。故障點(diǎn)產(chǎn)生的

電弧可能將電氣設(shè)備燒毀，電力系統(tǒng)電壓的降低會影響用戶的生產(chǎn)。嚴(yán)重的短路事故還可■能使

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定受到破壞，使系統(tǒng)解列并造成大面積停電,因此，電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，必須

及時地采取措施予以排除，否則將給國民經(jīng)濟(jì)造成重大的損失。

繼電保護(hù)裝置的主要任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常的運(yùn)行方式（如中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的一相

接地及電氣設(shè)備過負(fù)荷等）時，應(yīng)及時地發(fā)出信號或警報，通知運(yùn)行人員進(jìn)行處理，而當(dāng)電力

系統(tǒng)發(fā)生事故時，它能自動地將故障切除，限制事故的寸；大，盡顯減少對其它用戶的影響。

2、對繼電保護(hù)裝置有哪些基本要求？

答：

（1）選擇性：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能迅速將故障設(shè)備切除（斷開距離

事故點(diǎn)最近的斷路設(shè)備），從而保護(hù)系統(tǒng)的其它部分正常運(yùn)行。

為了保證繼電保護(hù)裝置的動作有選擇性，上、下兩級保護(hù)除了在整定值上要進(jìn)行配合（即上級

斷路器保護(hù)整定值應(yīng)比串聯(lián)的下級斷路器保護(hù)的整定值大1.1倍以上）外，在動作時限上還應(yīng)

有一個時間差，通常?。ǎ?5~0.7秒。

（2）快速性：故障論快速切除可以縮小事故范圍，減輕事故的影響。因此一般要求繼電保

護(hù)裝置應(yīng)快速動作。在某些情況下，快速動作與選擇性的要求是矛盾的。這時，為了使繼電保

護(hù)裝置具有選擇性，繼電保護(hù)的動作必須具有時限。

此外，有些作為反映電力系統(tǒng)不正常工作狀態(tài)的保護(hù)裝置，也不要求快動作，如過負(fù)荷保護(hù)等

都是具有較長動作時限的。

（3）靈敏度：指在保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，對發(fā)生事故和不正常運(yùn)行方式的反應(yīng)能力。各

種類型保護(hù)裝置的靈敏性可用靈敏度（或靈敏系統(tǒng)）衡量。以過電流保護(hù)為例：

KkldmiJIds

KL---過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)；

Idmm-一系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式時，保護(hù)末端的短路電流；

IdL一保護(hù)裝置一次側(cè)動作電流；

對不同的保護(hù)裝置和被保護(hù)裝置，靈敏系數(shù)的要求也是不同的。一般的過電流保護(hù)裝置要求KL?

1.5

（4）可靠性：繼電保護(hù)裝置應(yīng)經(jīng)常地處于準(zhǔn)備動作狀態(tài)。在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，相應(yīng)的

保護(hù)裝置應(yīng)可靠性，不應(yīng)拒動；在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下也不應(yīng)誤動，以免造成用「不必要

的停電。為了使保護(hù)裝置動作可靠，除正確的選用保護(hù)方案，正確計算整定值以及選用質(zhì)量好

的繼電器等電氣元件外，還應(yīng)對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期校驗和維護(hù)，加強(qiáng)對繼電保護(hù)裝置的運(yùn)

行管理工作。

3、什么是過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)？

答：

電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，變壓器和線路電氣元件發(fā)生故障時，將產(chǎn)生很大的短路電流，故障點(diǎn)

1

距離電源愈近，則短路電流愈大。為此，可以利用根據(jù)電流大小而動作的電流繼電器構(gòu)成過電

流保護(hù)和速斷保護(hù)。當(dāng)電流超過它們的整定值時，保護(hù)裝置就動作，使斷路器跳閘，將故障段

切除。

過電流保護(hù)一般是按避開最大負(fù)荷電流來整定的。為了使上、下級過電流保護(hù)有選擇性，

在時限上也應(yīng)相差一個級差。而電流速斷保護(hù)是按被保護(hù)設(shè)備的短路電流來整定的，因此，它

沒有時限。兩者常配合使用做為設(shè)備的主保護(hù)相相鄰設(shè)各的后備保護(hù)。

電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路的全長（否則將失去選擇性），即存在速斷保護(hù)的死區(qū)。為克服

這一缺陷，常采用略帶時限的電流速斷保護(hù)，使線路全長均受到快速保護(hù)。時限速斷的保護(hù)范

國不僅包括線路的全部，而且深入到相鄰線路的無時限保護(hù)區(qū)的一部分，其動作時限上相鄰線

路的無時限速斷保護(hù)大一個級差。

4、什么是低電壓閉鎖的過電流保護(hù)？在什么情況下采用它？

答：

電力系統(tǒng)短路故障時，會使系統(tǒng)的電壓降低，尤其使故障點(diǎn)附近的電壓降低得更多。而正

常運(yùn)行情況下的過負(fù)荷只是電流增大，電壓并不降低。針對這個特點(diǎn)可以構(gòu)成低電壓閉鎖的過

電流保護(hù)，即在過電流保護(hù)回路中只有接入了低電壓繼電器的觸點(diǎn)，才接通過電流保護(hù)的出U

回路使斷路跳閘。而在過負(fù)荷的情況下，由于電壓正常而使電流保護(hù)閉鎖。

過電流保護(hù)的動作電流，通常是按避開（略大于）最大負(fù)荷電流來整定的。在某些特殊情

況下，由于最小運(yùn)行方式時的末端短路電流，接近于或小于最大負(fù)荷電流，致使保護(hù)的靈敏系

數(shù)不能滿足要求。在這種情況下，常采用帶低電壓閉鎖的電流保護(hù)裝置，因為要求有電流增大

和電壓降低二個條件，這使得保護(hù)的動作電流可適當(dāng)降低，即滿足了保護(hù)靈敏度的要求，在過

負(fù)荷時保護(hù)也不會誤動。

5、什么是定時限保護(hù)？什么是反時限保護(hù)？

答：

繼電保護(hù)的動作時間固定不變，與短路電流的數(shù)值無關(guān)，稱為定時限保護(hù)。定時限保護(hù)的

時限是由時間繼電器獲得的。時間繼電器在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，使用時，可根據(jù)哈定時間

進(jìn)行調(diào)整。而反時限保護(hù)則是指繼電器保護(hù)的動作時間與短路電流的大小成反比，即短路電流

越大，保護(hù)動作的M間越短，短路電流越小，則保護(hù)動作的時間越長。定時限和反時限的時限

特性曲線如圖所示。

6、反時限過電流保護(hù)如何與定時限過電流保護(hù)進(jìn)行配合？

答：

反時限過電流保護(hù)的動作時間，隨短路電流的大小而變化。而定時限過電流保護(hù)的動作時

間是固定的。因此，為了使上、下級保護(hù)有選擇性，達(dá)到相互配合，必須在短路電流的各個點(diǎn)

至少保證有0.7秒的時限級差。

假定上級保護(hù)為定時限保護(hù)，其一次動作電流為II，動作時間為TI,下級為反時限保護(hù)，

其一次動作電流為12,。一般情況下12《II,動作電流能夠達(dá)到配合。兩級保護(hù)的一次動作電流

之比K=II/I2稱為配合系數(shù)。通常我們將反時限保護(hù)的動作時間，在K倍反時限保護(hù)動作電流

（即定時限保護(hù)的動作電流II）這一點(diǎn)上調(diào)到較T1小0.7秒。這樣，在短路電流《II時，上級

保護(hù)不動作，當(dāng)短路電流》11時，兩級保護(hù)具有》（）.7秒的時限級差，從而能在所有情況下達(dá)到

時間上的配合。一般情況下，將反時限保護(hù)的時限在兩倍于反時限保護(hù)動作電流的這一點(diǎn)上，

整定為比上級保護(hù)的定時限小0.7秒，即可滿足選擇性的要求。

2

7、畫出常用反時限過電流保護(hù)的原理接線圖和展開圖。

答：

圖中所示常閉接點(diǎn)的反時限保護(hù)原理圖。正常運(yùn)行情況下，電流互感器的二次電流經(jīng)過繼

甩器的線圈LJ及其常閉接點(diǎn)LJ1【可到互感器的負(fù)極，斷路器的跳閘線圈TQ被LJI短按。當(dāng)被

保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時，短路電流流經(jīng)繼電器的線圈，若達(dá)到它的整定值時，繼電器開始動作，

常開觸點(diǎn)U2先閉合，常閉觸點(diǎn)U1后打開，短路電流通過跳閘線圈TQ,使斷路器跳閘，切除

故障。

常閉式反時限保護(hù)原理圖

3

(2)速斷保護(hù):

繼電器動作電流：

Idz=KKxId⑶陽

Kk-----可靠系數(shù)，取1.3：

Kjx——電流互感器接線系數(shù)，星形及不完全星形時取1,角接線及差接時取1.73;

Ki-----電流互感器變比。

Id(3)一一變壓器低壓出口三角短路電流。

11、簡要說明變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)的動作原理.

答：

變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)，是由變壓器的一次和二次電流的數(shù)值和相位進(jìn)行比較而構(gòu)成的保

護(hù)裝置。它主要用來保護(hù)變壓器線圈及其引線上發(fā)生的相間短路以及單相接地短路(在大電流

接地系統(tǒng)中)。對于變壓器線圈的匝間短路等內(nèi)部故障，還是以瓦斯保護(hù)為主。差動保護(hù)做為它

的后備保護(hù)。

變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)，由變壓器兩側(cè)的電流互感器和繼電器等構(gòu)成。其原理是，在兩個

電流互感器之間的所有電氣元件及引線均包括在保護(hù)范圍之內(nèi)。

如果電流互感器LH1及LH2的特性一致，變比選擇適當(dāng)，那么在正常運(yùn)行情況下，以及在

保護(hù)區(qū)外側(cè)發(fā)生短路時，則I'1及I'2在數(shù)值和相位上均相同，此時流過繼電據(jù)的差電流10=1

T-I'2=0,保護(hù)裝置不動作。而當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時，IT=/I'2,流過繼電器的差

電流10不再是零，繼電器將會動作，使斷路器跳開，起到保護(hù)作用。

對于三繞組變壓器，實現(xiàn)差動保護(hù)的原則與雙繞組的一樣。變壓器三側(cè)都裝設(shè)有電流互感器。

由于變壓器本身的一些特點(diǎn)，必須解決以下幾個問題，才使得變壓器的差動保護(hù)不會誤動:

(1)變壓器的勵磁涌流；

(2)由于變壓器接線組別不同，而引起的電流互感器二次電流的相角差；

(3)由于兩個電流互感器的變比和特性差異而引起的不平衡電流；

(4)由于運(yùn)行中變壓器分接頭的改變而引起的不平衡電流等：

以上幾個問題，均已在差動保護(hù)裝置中采取不同的措施加以解決。由于變壓器差勁保護(hù)具

有動作迅速，選擇性好且與系統(tǒng)的運(yùn)行方式及其它元件保護(hù)裝置的定值無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，它在電力

系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用.

12、試述電容器差動保護(hù)的原理。

答：

對于總?cè)萘枯^大的電容器組，除了裝設(shè)相間短路保護(hù)之外，還要求裝設(shè)電容器內(nèi)部元件保

5

護(hù)。電容器的差動保護(hù)可做為內(nèi)部元件保護(hù)，一般用于雙三角形接線的電容器組，原理接線圖

如圖所示。

正常運(yùn)行時，由于電容器組兩臂的容量是相等的，所以IA1=IA2；IB1=IB2；IC1=IC2,繼

電器DL中只有電流互感器的不平衡電流流過，繼電器不動作。當(dāng)任一臺電容器發(fā)生故障時，故

障臂的電流增大，電流互感器二次產(chǎn)生了很大的差電流，當(dāng)達(dá)到整定值時，繼電器動作，斷路

器跳閘將故障切除并發(fā)出信號。

差動保護(hù)的定值，一般按電容器全部元件的50~70%發(fā)生故障的情況來整定，并且應(yīng)大于最

大不平衡電流的1.5倍。圖略

13、差動保護(hù)對電流互感器的特性有什么要求？如何滿足要求？

答：

圖表示送電線路縱聯(lián)差動保護(hù)的原理圖，電流繼電器DL接在線路兩端電流互感器LH1及

LH2的差動回路中。差動保護(hù)要求電流互感器的特性應(yīng)能滿足一定的條件，即在正常情況及被

保護(hù)線路外部短路時，流過LH1和LII2二次線圈的電流在數(shù)值上和相位上均相同，沒有差電流

流入繼電器。但實際上，由于線路兩端的電流互感器的特性不可能完全相同，勵磁電流便不一

樣。一、二次電流的關(guān)系曲線I2=f（Il）也不相同，如圖所示，兩個電流互感器二次電流不相等,

將在電流繼電器DL中流過不平衡甩流10,由于鐵芯飽和作用，10將隨一次電流的增另而增大。

圖中l(wèi)oe和lod分別表示一次電流等于額定電流lie和短路電流lid時的差電流。從印中可以

看出，一次電流越大時，差電流也越大。

為了減少不平衡電流，就必須改進(jìn)電流互感器的結(jié)構(gòu)，如鐵芯中留有空氣隙以便在通過很

大的短路電流時，鐵芯不致發(fā)生飽和，

在同樣的一次短路電流的作用下，在選用的鐵芯材料上，也要求供差動用的電流互感器采

用耗小的特種硅鋼片，并加在鐵芯截面。供差動保護(hù)用的電流互感器的準(zhǔn)確度次應(yīng)選用“D”級。

14、試述瓦斯保護(hù)的動作原理及其反事故措施。

答：

瓦斯保護(hù)是一種非常靈敏的變壓器內(nèi)部故障保護(hù)裝置。它主要由位于變壓器器身與油枕之

間的瓦斯繼電器等構(gòu)成。瓦斯保護(hù)的保護(hù)范圍是變壓器內(nèi)部相間短路，層間或匝間短路，油面

下降以及分接開關(guān)接觸不良等故障。按照規(guī)定，對800KVA及以上的電力變壓器和400KVA及以

上的車間電力變壓器均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，由于瓦斯氣體的作用，使瓦斯繼電器的觸點(diǎn)接通，通過繼

電器發(fā)生輕瓦斯信號。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，產(chǎn)生的大量瓦斯氣體將猛烈沖擊瓦斯繼

電器的下部擋板，使下觸點(diǎn)接通，通過繼電器發(fā)出重瓦斯信號并作用于斷路器跳閘。為保證在

瓦斯繼電器瞬時動作后可靠跳閘，中間繼電器應(yīng)采用自保持接線。瓦斯繼電器雖然靈敏度高，

動作迅速，但它也有運(yùn)行不穩(wěn)定，有時會發(fā)生誤動作等跳點(diǎn)，因此應(yīng)采用下列反事故措施：

（1）將瓦斯繼電器的下浮筒改為檔板式，觸點(diǎn)改為立式，可以提高重瓦斯動作的可靠性；

（2）瓦斯繼電器的引出線，應(yīng)采用耐油絕緣線；

（3）瓦斯繼電器的引出線和通往室內(nèi)的二次電流，應(yīng)經(jīng)過接線箱。在箱內(nèi)端子排

處的連接，引線接下面，電纜接上面，以防電纜絕緣被油侵蝕。引線排列應(yīng)使重瓦斯跳閘端子

與正電源端子隔開；

（4）瓦斯繼電器的端蓋部分及電纜接線端子箱，應(yīng)采取防雨措施；

（5）應(yīng)對新投入的瓦斯繼電器的浮筒做密封試驗，運(yùn)行中應(yīng)做定期試驗。

15、變壓器保護(hù)回路的出口中間繼電器為什么要有自保持回路？

答：

當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，保護(hù)回路中的繼電器觸點(diǎn)往往由于故障的不穩(wěn)定而發(fā)生抖動或

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時斷現(xiàn)象。尤其