1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么？

答：继电保护装置就是指能反应电力系统中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。

它的作用包括：（1）电力系统正常运行时不动作；（2）电力系统不正常运行时发报警信号，通知值班人员处理，使电力系统尽快恢复正常运行；（3）电力系统故障时，甄别出发生故障的电力设备，并向故障点与电源点之间、最靠近故障点的断路器发出跳闸指令，将故障部分与电网的其他部分隔离。

1.8后备保护的作用是什么？阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。

答：后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动来切除故障。

远后备保护的优点是：保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围，它能解决远后备保护范围内所有故障元件由任何原因造成的不能切除问题。

远后备保护的缺点是：（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有电源侧的上级元件处配置远后备保护；（2）动作将切除所有上级电源侧的断路器，造成事故扩大；(3)在高压电网中往往难以满足灵敏度的要求。

近后备保护的优点是：（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动作；（2）动作时只切除主保护要跳开的断路器，不造成事故扩大；（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。

近后备保护的缺点是：变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。

2.14为了保证在正方向发生各种短路时功率判别元件都动作，需要确定接线方式及内角，请给出90o接线方式正方向短路时内角的范围。

答：（1）正方向发生短路时，有0o<a<90o。

（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<s时，0o<a<90o；当短路点远离保护安装处，且系统容量很大Zd>>Zs时, -30o<a<60o。

综合三相和各种两相短路的分析得出，当0o<<90o时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为30o<a<60o。

3.2 什么是保护安装处的负荷阻抗、短路阻抗、系统等值阻抗？

答：负荷阻抗是指在电力系统正常运行时，保护安装处的电压（近似为额定电压）与电流（负荷电流）的比值。因为电力系统正常运行时电压较高、电流较小、功率因数较高（即电压与电流之间的相位差较小）,负荷阻抗的特点是量值较大，在阻抗复平面上与R轴之间的夹角较小。

短路阻抗是指在电力系统发生短路时，保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，此时测量电压与测量电流的比值即为短路阻抗。短路阻抗即保护安装处与短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角较大。

系统等值阻抗：在单个电源供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处与背侧电源点之间电力元件的阻抗和；在多个电源点供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处断路器断开的情况下，其所连接母线处的戴维南等值阻抗，即系统等值电动势与母线处短路电流的比值，一般通过等值、简化的方法求出。

3.3 什么是故障环路？相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么？

答：在电力系统发生故障时，故障电流流通的通路称为故障环路。

相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是：接地短路点故障环路为“相—地”故障环路，即短路电流在故障相与大地之间流通；对于相间短路，故障环路为“相—相”故障环路，即短路电流仅在故障相之间流通，不流向大地。

3.4 构成距离保护为什么必须用各种环上的电压、电流作为测量电压和电流？

答：在三相电力系统中，任何一相的测量电压与测量电流之比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环上的测量电压、电流之间才满足关系，即由它们算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反应故障点到保护安装处之间的距离。用非故障环上的测量电压与电流虽然也能算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关系，不能够正确地反应故障距离，所以不能构成距离保护。

3.10 解释什么是阻抗继电器的最灵敏角，为什么通常选定线路阻抗角为最灵敏角。

答：当测量阻抗角的阻抗角与正向整定阻抗的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于，即，此时继电器最为灵敏，所以的阻抗角又称为最灵敏角。

选定线路阻抗角为最灵敏角，是为了保证在线路发生金属性短路点情况下，阻抗继电器动作最灵敏。

3.15 以记忆电压为参考的距离继电器有什么特点？其初态特性与稳态特性有何差别？

答：以记忆电压为参考电压的距离继电器可以消除所有故障点死区，尤其是克服出口三相对称性短路时三相电压都降为0而失去比较依据的不足；但其动作性不能长期保持。

初态特性与稳态特性差别：（1）在传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过LC谐振记忆回路获得的，由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的，故障一定时间后。记忆电压将衰减至故障后的测量电压。所有由记忆回路产生的结论仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，因此称之为初态特性；（2）数字式保护中，记忆电压就是存放在存储器中的故障前电压的采样值，虽然不存在衰减问题，但故障发生一定时间后，电源的电动势发生变化，将不再等于故障前的记忆电压，再用故障前的记忆电压作为参考电压，特性也将发生变化。所以记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用，例如仅在I、II段中采用。

4.18 试述电流相位纵联差动保护原理比纵联电流差动保护原理的优缺点，实现技术要求方面的优缺点。

答：电流相位纵联差动保护是依据两端电流相位的差异来甄别区内、外故障的。在输电线路正常运行及外部故障时，流过线路两端的电流为同一个电流，在电流参考方向均由母线指向被保护线路的情况下，两侧电流的相位相反，即相位差为180°；而在线路内部故障时，两侧电源均向故障点提供短路电流，所以两端电流的相位差取决于两端电动势的相位差，一般不超过100°。电流相位纵联差动保护由于仅需要比较两端电流的相位信息，动作情况与电流的大小无关，在模拟式保护中实现较为方便，并且受TA饱和的影响稍小；其缺点是两端电流的相位受分布电容的影响较大，闭锁角整定比较困难，闭锁角过大可能导致内部三相短路时拒动作，而过小时又有可能导致正常或外部故障情况下误动作。

纵联电流差动保护既比较线路两侧电流的大小，又比较电流的相位，即进行相量比较或瞬时值比较。由于利用了电流的全部信息，并可以采取比率制动等措施，它在可靠性和灵敏性等方面均优于电流相位纵联差动保护。此外由于纵联电流差动保护可以分相构成，具有天然的选相能力，因此不必与选相元件配合，简化了逻辑，提高了可靠性。但与电流相位纵联差动保护相比，纵联电流差动保护实现较为复杂，受TA饱和、断线的影响也比较大。纵联电流差动保护动作性能同样会受到输电线路分布电容的影响，必须采取补偿措施来消除其影响。

在实现技术方面，电流相位纵联差动保护仅比较线路两侧电流的相位，可以采用高频载波通道中高频信号的“有”和“无”来分别代表电流相位的“正”和“负”，实现比较简单，可以用模拟的方法，用操作电流对高频信号进行调制。

纵联电流差动保护既比较大小，又比较电流相位，信息交互量较大，载波通道难以满足要求，对电流瞬时值或相量的采集和计算必须借用数字的方法，并且要求两端采样必须同步，所以实现起来比较困难。

4.20 什么是闭锁角，由什么决定其大小，为什么必须考虑闭锁角，闭锁角的大小对保护有何影响？

答：在理想情况下，外部短路时，线路两侧电流的相位相反（两侧电流的参考方向均由母线指向被保护线路），在采用操作电流正半波发信的调制方式下，线路两端的发信机交替发信，高频通道中持续有高频信号；内部短路时两侧电流的相位基本相同，两侧几乎是同时在正半波发信，负半波停止发信，所以高频通道中仅有持续的高频信号，相差高频保护就是通过判断高频通道中高频信号是否间断来区分内、外部故障的。高频信号连续，判断为外部故障，将线路两端的保护闭锁，均不跳闸；高频信号间断，判断为内部故障，两侧保护快速跳闸。

在实际情况下，由于互感器误差、线路分布电容、高频信号传递时间等原因，区外故障时两侧的收信机收到的高频信号不连续，会出现一定的间断，有可能造成保护的误动，因此应找出外部故障时出现的最大间断角，并进行闭锁，这个角就叫做闭锁角，表示为。当高频信号的间断时间对应的电气角度小于闭锁角时，就判断为区外故障，可靠将两侧保护闭锁，而当高频信号间断的角度大于闭锁角时，才认为是内部故障，保护才动作跳闸。

闭锁角应按照躲过区外故障时可能出现的最大间断角来整定，最大间断角主要由互感器的角度误差、序电流滤序器产生的角度误差、线路电容电流引起的角度误差、高频信号沿线传输需要的延时等因素决定。电流互感器两侧二次电流的最大误差不超过7°；经保护装置中的滤序器及发信操作回路的角度误差两侧不超过15°；高频信号在输电线路上传播，其速度近似为，传输的线路长度与等值的工频角延迟为。因而外部短路时两侧收到的高频电流之间的间隔角最小为时，保护不应动作，所以要选择保护的闭锁角，即

一般裕度角取15°，可见线路越长闭锁角越大。

闭锁角越大，外部短路时的安全性越高，越不容易产生误动，对提高保护的可靠性有利，但内部短路时有可能产生拒动。

5.3 在超高压电网中使用三相重合为什么要考虑两侧电源的同期问题，使用单相重合闸是否需要考虑同期问题？

答：三相重合闸时，无论什么故障均要切除三相故障，当系统网架结构薄弱时，两侧电源在断路器跳闸以后可能失去同步，因此需要考虑两侧电源的同期问题；单相故障只跳单相，使两侧电源之间仍然保持两相运行，一般是同步的；因此，单相重合闸一般不需要考虑同期问题。

5.5 如果必须考虑同期合闸，重合闸是否必须装检同期元件？

答：如果必须考虑同期合闸，也不一定必须装检同期元件。当电力系统之间联系紧密（具有三个及以上的回路），系统的结构保证线路两侧不会失步，或当两侧电源有双回路联系时，可以采用检查另一线路是否有电流来判断两侧电源是否失去同步。

5.12 什么是重合闸前加速保护，有何优缺点？主要适用于什么场合？

答：所谓前加速就是当线路第一次故障时，靠近电源端保护瞬时无选择性动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再延时有选择性地切除故障。

采用前加速的优点是：能够快速地切除瞬时性故障；可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合闸的成功率；能保证发电厂和重要变电所的母线电压在倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量；使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济。

前加速的缺点是：断路器工作条件恶劣，动作次数较多；重合于永久性故障上时，故障切除的时间可能较长；如果靠近电源侧的重合闸装置或断路器拒绝合闸，则将扩大停电范围。甚至在最末一级线路上故障时，都会使连接在这条线路上的所有用户停电。

前加速保护主要用于35KV以下有发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。

5.13 什么是重合闸后加速保护，有何优缺点？主要适用于什么场合？

答：所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性地动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作瞬时切除故障（并仍然是有选择性的），而与第一次动作是否带有时限无关。

后加速保护的优点是：第一次是有选择性地切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要的高压电网中，一般不允许保护无选择性地动作而后以重合闸来纠正；保证了重合于永久性故障时能瞬时切除；和前加速相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制。

后加速保护的缺点是：每个断路器上都需要装设一套重合闸，与前加速相比略为复杂；第一次切除故障可能带有延时。

“后加速”的配合方式广泛应用于35KV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。因为，在这些线路上一般都装有性能比较完备的保护装置。

6.6 为什么具有制动特性的差动继电器能够提高灵敏度？何谓最大制动比、最小工作电流、拐点电流？

答：由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡电流的讨论可知，流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关。穿越电流越大，不平衡电流也越大。具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在差动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流（）整定，而是根据实际的穿越电流自动调整。

差动继电器动作电流和制动电流之比称为制动特性的最大制动比。

在数字式纵差动保护中，常常采用一段与坐标横轴平行的直线和一段斜线（图6—2中以表示）构成的所谓“两折线”特性。如图6—2所示，的斜线穿过a点，并与直线及相交于g点。g点所对应的动作电流称为最小动作电流，而对应的制动电流称为拐点电流。

7.4 发电机的完全差动保护为何不反应匝间短路故障，变压器差动保护能反应吗?

答：发电机的完全差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流和，在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍然相等，保护将不能够动作。变压器匝间短路时，相当于增加了绕组的个数，并改变了变压器的变比，此时变压器两侧电流不再相等，流入差动继电器的电流将不再为零，所以变压器纵差动保护能反应绕组的匝间短路故障。

7.6 简述发电机纵差动保护和横差动保护特点。

答：发电机纵差动保护是反应发电机内部相间短路的主保护，能快速而灵敏地切除保护范围内部相间短路故障，同时又保证在正常运行及外部故障时动作的选择性和工作的可靠性。但完全纵差保护不能反应匝间短路故障。 横差动保护适用于具有多分支的定子绕组且有两个中性点引出端子的发电机，能反应定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相间短路。

#电力系统继电保护模拟试题（三）和答案