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(huì)產(chǎn)生比額定電流大幾倍至數(shù)十倍的短路電流，同時(shí)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(huì)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(huì)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(shí)，必須

及時(shí)地采取措施予以排除，否則將給國(guó)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(guò)負(fù)荷等）時(shí)，應(yīng)及時(shí)地發(fā)出信號(hào)或警報(bào)，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(shí)，它能自動(dòng)地將故障切除，限制事故的寸；大，盡顯減少對(duì)其它用戶的影響。

2、對(duì)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(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能迅速將故障設(shè)備切除（斷開(kāi)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(dòng)作有選擇性，上、下兩級(jí)保護(hù)除了在整定值上要進(jìn)行配合（即上級(jí)

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

有一個(gè)時(shí)間差，通常取（）.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(dòng)作。在某些情況下，快速動(dòng)作與選擇性的要求是矛盾的。這時(shí)，為了使繼電保

護(hù)裝置具有選擇性，繼電保護(hù)的動(dòng)作必須具有時(shí)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(dòng)作，如過(guò)負(fù)荷保護(hù)等

都是具有較長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)限的。

（3）靈敏度：指在保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)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(guò)電流保護(hù)為例：

KkldmiJIds

KL---過(guò)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(shí)，保護(hù)末端的短路電流；

IdL一保護(hù)裝置一次側(cè)動(dòng)作電流；

對(duì)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(guò)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(dòng)作狀態(tài)。在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，相應(yīng)的

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

的停電。為了使保護(hù)裝置動(dòng)作可靠，除正確的選用保護(hù)方案，正確計(jì)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(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期校驗(yàn)和維護(hù)，加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)

行管理工作。

3、什么是過(guò)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(shí)，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(dòng)作的電流繼電器構(gòu)成過(guò)電

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

切除。

過(guò)電流保護(hù)一般是按避開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定的。為了使上、下級(jí)過(guò)電流保護(hù)有選擇性，

在時(shí)限上也應(yīng)相差一個(gè)級(jí)差。而電流速斷保護(hù)是按被保護(hù)設(shè)備的短路電流來(lái)整定的，因此，它

沒(méi)有時(shí)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(zhǎng)（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(shí)限的電流速斷保護(hù)，使線路全長(zhǎng)均受到快速保護(hù)。時(shí)限速斷的保護(hù)范

國(guó)不僅包括線路的全部，而且深入到相鄰線路的無(wú)時(shí)限保護(hù)區(qū)的一部分，其動(dòng)作時(shí)限上相鄰線

路的無(wú)時(shí)限速斷保護(hù)大一個(gè)級(jí)差。

4、什么是低電壓閉鎖的過(guò)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(shí)，會(huì)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(guò)負(fù)荷只是電流增大，電壓并不降低。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)可以構(gòu)成低電壓閉鎖的過(guò)

電流保護(hù)，即在過(guò)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(guò)電流保護(hù)的出U

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

過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流，通常是按避開(kāi)（略大于）最大負(fù)荷電流來(lái)整定的。在某些特殊情

況下，由于最小運(yùn)行方式時(shí)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?yàn)橐笥须娏髟龃?/p>

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

負(fù)荷時(shí)保護(hù)也不會(huì)誤動(dòng)。

5、什么是定時(shí)限保護(hù)？什么是反時(shí)限保護(hù)？

答：

繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間固定不變，與短路電流的數(shù)值無(wú)關(guān)，稱為定時(shí)限保護(hù)。定時(shí)限保護(hù)的

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

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

越大，保護(hù)動(dòng)作的M間越短，短路電流越小，則保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間越長(zhǎng)。定時(shí)限和反時(shí)限的時(shí)限

特性曲線如圖所示。

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

答：

反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，隨短路電流的大小而變化。而定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)

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

至少保證有0.7秒的時(shí)限級(jí)差。

假定上級(jí)保護(hù)為定時(shí)限保護(hù)，其一次動(dòng)作電流為II，動(dòng)作時(shí)間為TI,下級(jí)為反時(shí)限保護(hù)，

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

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

（即定時(shí)限保護(hù)的動(dòng)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(shí)，上級(jí)

保護(hù)不動(dòng)作，當(dāng)短路電流》11時(shí)，兩級(jí)保護(hù)具有》（）.7秒的時(shí)限級(jí)差，從而能在所有情況下達(dá)到

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

整定為比上級(jí)保護(hù)的定時(shí)限小0.7秒，即可滿足選擇性的要求。

2

7、畫出常用反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的原理接線圖和展開(kāi)圖。

答：

圖中所示常閉接點(diǎn)的反時(shí)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(guò)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(shí)，短路電流流經(jīng)繼電器的線圈，若達(dá)到它的整定值時(shí)，繼電器開(kāi)始動(dòng)作，

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

故障。

常閉式反時(shí)限保護(hù)原理圖

3

(2)速斷保護(hù):

繼電器動(dòng)作電流：

Idz=KKxId⑶陽(yáng)

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(shí)取1,角接線及差接時(shí)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(jiǎn)要說(shuō)明變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理.

答：

變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)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(lái)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(duì)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(dòng)保護(hù)做為它

的后備保護(hù)。

變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)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(gè)

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(shí)，則I'1及I'2在數(shù)值和相位上均相同，此時(shí)流過(guò)繼電據(jù)的差電流10=1

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

電流10不再是零，繼電器將會(huì)動(dòng)作，使斷路器跳開(kāi)，起到保護(hù)作用。

對(duì)于三繞組變壓器，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)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(gè)問(wèn)題，才使得變壓器的差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng):

(1)變壓器的勵(lì)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(gè)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(gè)問(wèn)題，均已在差動(dòng)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(dòng)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(wú)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(dòng)保護(hù)的原理。

答：

對(duì)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(dòng)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(shí)，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(guò)，繼電器不動(dòng)作。當(dāng)任一臺(tái)電容器發(fā)生故障時(shí)，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(shí)，繼電器動(dòng)作，斷路

器跳閘將故障切除并發(fā)出信號(hào)。

差動(dòng)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(lái)整定，并且應(yīng)大于最

大不平衡電流的1.5倍。圖略

13、差動(dòng)保護(hù)對(duì)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(dòng)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(dòng)回路中。差動(dòng)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(shí)，流過(guò)LH1和LII2二次線圈的電流在數(shù)值上和相位上均相同，沒(méi)有差電流

流入繼電器。但實(shí)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(lì)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(gè)電流互感器二次電流不相等,

將在電流繼電器DL中流過(guò)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(shí)的差電流。從印中可以

看出，一次電流越大時(shí)，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(guò)很

大的短路電流時(shí)，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(dòng)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(dòng)保護(hù)用的電流互感器的準(zhǔn)確度次應(yīng)選用“D”級(jí)。

14、試述瓦斯保護(hù)的動(dòng)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(kāi)關(guān)接觸不良等故障。按照規(guī)定，對(duì)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(shí)，由于瓦斯氣體的作用，使瓦斯繼電器的觸點(diǎn)接通，通過(guò)繼

電器發(fā)生輕瓦斯信號(hào)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，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(guò)繼電器發(fā)出重瓦斯信號(hào)并作用于斷路器跳閘。為保證在

瓦斯繼電器瞬時(shí)動(dòng)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(dòng)作迅速，但它也有運(yùn)行不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)發(fā)生誤動(dòng)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(dòng)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(guò)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(kāi)；

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

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(shí)，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(dòng)或

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時(shí)斷現(xiàn)象。尤其