1继电保护装置一般由、、三部分组成。
2继电保护的可靠性包括和，是对继电保护性能的最根本要求。 3低电压继电器的启动电压返回电压，返回系数 1。
4在中性点非直接接地电网中，发生单相接地短路时，处零序电压最高；处零序电压为0；零序电流的分布主要取决于。
5自耦变压器高、中压两侧的零序电流保护应分别接于上。 7单侧电源线路上发生短路故障时，过渡电阻的存在使方向阻抗继电器的测量阻抗，保护范围。
8检查平行双回线路有电流的自动重合闸，当另一回线有电流时，表示，可以进行重合闸。
9变压器瓦斯保护反应油箱内部所产生的气体或油流而动作，其中动作于信
号，动作于跳开变压器各电源侧的断路器。
10低电压起动过电流保护和复合电压起动过电流保护中，引入低电压起动和复合电压起动元件是为了提高过电流保护的，此时过电流保护的定值不需要考虑。
11电流比相式母线保护的基本原理是根据母线在内部故障和外部故障时各连接元件实现的。
12断路器失灵保护属于后备保护。 13微机保护的硬件一般包括、、三部分。 14微机保护中半周积分算法的依据是。 15微机保护装置的功能特性主要是由决定的。 二、简答题
1继电保护的基本任务是什么?
2当纵联差动保护应用于线路、变压器、母线时各有什么特殊问题？这些问题可用什么方法加以解决？
3什么是纵联电流相位保护的闭锁角？那些因素决定闭锁角的大小？ 4什么是重合闸后加速保护？主要适用于什么场合？
5变压器纵差动保护中消除励磁涌流影响的措施有哪些？它们分别利用了励磁涌流的那些特点？
6发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般可分为那三个阶段？各个阶段都有那些特征？
7微机保护中启动元件的作用有哪些？ 一、填空题
1测量比较元件、逻辑判断元件、执行输出元件。 2安全性，信赖性（或动作安全性，动作可信赖性）。 3小于；大于。 4故障点；接地中性点；变压器中性点是否接地。 5本侧三相电流互感器的零序电流滤过器。 6－120°，60°。 7增大，缩小。 8两侧电源仍保持联系，一般是同步的。 9轻瓦斯保护，重瓦斯保护。 10灵敏度，变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷。 11电流相位的变化。 12近。 13数据采集系统（或模拟量输入系统），微型机主系统、开关量（或数字量）输入输出系统。 14一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数。 15软件。
二、简答题
1答：(1)自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
（2）反应电力设备的不正常工作状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。2答：应用于线路的特殊问题：两侧信息的交换和线路的对地电容。解决措施：利用高频通道、光纤通道等交换信息；改进算法来消除对地电容的影响。
应用于变压器的特殊问题：励磁涌流、两侧电流互感器的变比不一致。解决措施：采用励磁涌流识别算法和补偿措施。
应用于母线的特殊问题：电流互感器的饱和问题。解决措施：采用具有制动特性的母线差动保护、TA线性区母线差动保护、TA饱和的同步识别法等。
3答：为了保证在任何外部短路条件下保护都不误动，需要分析区外短路时两侧收到的高频电流之间不连续的最大时间间隔，并加以闭
锁。这一时间间隔所对应的工频相角差就为闭锁角。
影响闭锁角大小的因素主要有：电流互感器的角误差、保护装置中滤序器及受发信操作回路的角度误差、高频信号在线路上传输所引起的延迟等。
4答：重合闸后加速保护就是当第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障，则在断路器合闸后，再加速保护动作瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。
重合闸后加速保护应用于35kv以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。 5答：①采用速饱和中间变流器；利用励磁涌流中含有大量的非周期分量的特点；②二次谐波制动的方法；利用励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点；③鉴别波形间断角的方法；利用励磁涌流的波形会出现间断角的特点。
6答：（1）失磁后到失步前：发电机送出电磁功率P基本保持不变，发电机变为吸收感性的无功功率；机端测量阻抗与P有密切关系，其轨迹呈现等有功阻抗图。
（2）临界失步点：发电机功角90 ＝；发电机自系统吸收无功功率，且为一常数；机端测量阻抗的轨迹呈现等无功阻抗图。
（3）静稳破坏后的异步运行阶段：异步运行时机端测量阻抗与转差率s有关，当s由变化时，机端测量阻抗处于异步边界阻抗圆内。 7答：（1）闭锁作用。在高压输电线路保护中，闭锁作用由装置的总起动元件或各保护
起动元件组合来实现。（2）进入故障处理程序作用。
1、电力系统发生故障时，继电保护装置应将故障部分切除，电力系统出现不正常工作时，继电保护装置一般应发出信号。
2、继电保护的可靠性是指保护在应动作时不拒动，不应动作时不误动。
3、瞬时电流速断保护的动作电流按大于本线路末端的最大短路电流整定，其灵敏性通常用保护范围的大小来表示。
4、距离保护是反应故障点到保护安装处的距离，并根据距离的远近确定动作时
间的—种保护。
5、偏移圆阻抗继电器、方向圆阻抗继电器和全阻抗继电器中，方向圆阻抗继电器受过渡电阻的影响最大，全阻抗继电器受过渡电阻的影响最小。
6、线路纵差动保护是通过比较被保护线路首末端电流的大小和相位的原理实现的，因此它不反应外部故障。
7、在变压器的励磁涌流中，除有大量的直流分量外，还有大量的高次谐波分量，其中以二次谐波为主。
8、目前我国通常采用以下三种方法来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动，即采用速饱和中间变流器，二次谐波制动的方法和间断角鉴别的方法。
二、单项选择题
1、电力系统最危险的故障是（ C ）。 （A）单相接地（B）两相短路（C）三相短路
3、定时限过电流保护需要考虑返回系数，是为了（ B ）。 （A）提高保护的灵敏性（B）外部故障切除后保护可靠返回（C）解决选择性
4、三段式电流保护中，保护范围最小的是（ A ）
（A）瞬时电流速断保护（B）限时电流速断保护（C）定时限过电流保护
5、三种圆特性的阻抗继电器中，（ B ）既能测量故障点的远近，又能判别故障方向（A）全阻抗继电器；（B）方向圆阻抗继电器；（C）偏移圆阻抗继电器
6、有一整定阻抗为的方向圆阻抗继电器，当测量阻抗时， 该继电器处于（ A ）状态。
（A）动作（B）不动作（C）临界动作
7、考虑助增电流的影响，在整定距离保护II段的动作阻抗时，分支系数应取（ A ）。（A）
大于1，并取可能的最小值（B）大于1，并取可能的最大值（C）小于1，并取可能的最小值
8、从减小系统振荡的影响出发，距离保护的测量元件应采用（ B ）。
（A）全阻抗继电器；（B）方向圆阻抗继电器；（C）偏移圆阻抗继电器
9、被保护线路区内短路并伴随通道破坏时，对于相差高频保护（ A ）（A）能正确动作（B）可能拒动（C）可能误动
11、变压器的电流速断保护与( C )保护配合，以反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。
（A）过电流（B）过负荷（C）瓦斯
12、双绕组变压器纵差动保护两侧电流互感器的变比，应分别按两侧（ B ）选择。
（A）负荷电流（B）额定电流（C）短路电流 三、简答题（共32分）
1、何谓主保护、后备保护？何谓近后备保护、远后备保护？(8分) 答：所谓主保护是指能以较短时限切除被保护线路（或元件）全长上的故障的保护装置。
考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护，称为后备保护。（2分）
当电气元件的主保护拒动时，由本元件的另一套保护起后备作用，称为近后备。（2分）当主保护或其断路器拒动时，由相邻上一元件的保护起后备作用称为远后备。
征，在短路故障的流动方向正是保护应该动作的方向，并且流动幅值大于整定幅值时，保护动作跳闸。适用于多断电源网络。
优点：多数情况下保证了保护动作的选择性、灵敏性和速动性要求。
缺点：应用方向元件是接线复杂、投资增加，同时保护安装地点附近正方向发生是你想短路时，由于母线电压降低至零，方向元件失去判断的依据，保护装置据动，出现电压死区。（3）零序电流保护：正常运行的三相对称，没有零序电流，在中性点直接接地电网中，发生接地故障时，会有很大的零序电流。故障特征明显，利用这一特征
可以构成零序电流保护。适用网络与110KV及以上电压等级的网络。
优点：保护简单，经济，可靠；整定值一般较低，灵敏度较高；受系统运行方式变化的影响较小；系统发生震荡、短时过负荷是不受影响；没有电压死区。
缺点：对于短路线路或运行方式变化较大的情况，保护往往不能满足系统运行方式变化的要求。随着相重合闸的广泛应用，在单项跳开期间系统中可能有较大的零序电流，保护会受较大影响。自耦变压器的使用使保护整定配合复杂化。
（4）方向性零序电流保护：在双侧或单侧的电源的网络中，电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。利用
正方向和反方向故障时，零序功率的差别，使用功率方向元件闭锁可能误动作的保护，从而形成方向性零序保护。
优点：避免了不加方向元件，保护可能的误动作。其余的优点同零序电流保护。 缺点：同零序电流保护，接线较复杂。
（5）中性点非直接接地系统中的电流电压保护：在中性点非直接接地系统中，保护相间短路的电流、电压保护与中性点直接接地系统是完全相同的。仅有单相接地时二者有差别，中性点直接接地系统中单相接地形成了短路，有短路电流流过，保护应快速跳闸，除反应相电流幅值的电流保护外，还可以采用专门的零序保护。而在中性点非直接接地系统中单相接地时，没有形成短路，无大的短路电流流过，属于不正常运行，可以发出信号并指出接地所在的线路，以便尽快修复。当有单相接地时全系统出现等于相电压的零序电压，采用零序电压保护报告有单相接地发生，由于没有大短路电流流过故障线路这个明显特征，而甄别接地发生在哪条线路上则困难得多。一般需要专门的“单相接地选线装置”，装置依据接地与非接地线路基波零序电流大小、方向以及高次谐波特征的差异，选出接地线路。
3 电网距离保护
3.1距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成的？
答：电力系统正常运行时，保护安装处的电压接近额定电压，电流为正常负荷电流，电压与电流的比值为负荷阻抗，其值较大，阻抗角为功率因数角，数值较小；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，电压与电流的比值变为保护安装处与短路点之间一段线路的短路阻抗，其值较小，阻抗角为输电线路的阻抗角，数值较大，距离保护就是利用了正常运行与短路时电压和电流的比值，即测量阻抗之间的差异构成的。
2 k Z 1 set Z 1 k Z L Z R O jX 3 k Z
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就是短路阻抗。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，阻抗角交大。
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；在由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，故障电流流过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异是：接地短路的故障环路为“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故障环上的电流、电压作为测量电压和电流？
答：在三相系统中，任何一项的测量电压与测量电流值比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环路上的测量电压、电流之间才能满足关系.
1m m m m k k U I Z I Z I Z L ?
===，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，不能正确的反应故障距离，虽然不能构成距离保护。
3.5为了切除线路上各种类型的短路，一般配置哪几种接线方式的距离保护协同工作？ 答：保护装置一般只考虑简单故障，即单相接地短路、两相接地短路、两相不接地故障和三相短路故障四种类型的故障。再110KV 及以上电压等级的输电线路上，一般配置保护接地短路的距离保护和保护相间短路的距离保护。接地距离保护的接线方式引入“相——地”故障环上的测量电压、电流，能够准确的反应单相接地、两相接地和三相接地短路；相间距离保护接线方式映入“相——
相”故障换上的测量电压、电流，能够准确地反应两相接地短路、两相不接地短路和三相短路。即对于单线接地短路，只有接地距离保护接线方式能够正确反应；对于两相不接地短路，只有相间距离保护接线方式能够正确反应；而对于两相接地短路及三相短路，两种接线方式都能够正确反应。为了切除线路上的各种类型的短路，两种接线方式都需要配置，两者协同工作，共同实现线路保护。
由于相间距离保护接线方式手过渡电阻的影响较小，因此对于两相接地短路及三相故障，尽管理论上两种接线方式都能够反应，但一般多为相间距离保护首先跳闸。 3.6在本线路上发生金属性短路，测量阻抗为什么能够正确反应故障的距离？
答：电力系统发生金属性短路时，在保护安装处所测量Um 降低，Im 增大，它们的比值Zm
变为短路点与保护安装处之间短路阻抗Zk;对于具有均匀参数的输电线路来说，Zk 与短路距离Lk 成正比关系，即Zm=Zk=Z1Lk(Z1=R1+jX1,为单位长度线路的复阻抗)，所以能够正确反应故障的距离。
3.7距离保护装置一般由哪几部分组成？简述各部分的作用。 答：距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成，它们的作用分述如下：
(1)启动部分：用来判别系统是否发生故障。系统正常运行时，该部分不动作；而当发生故障时，该部分能够动作。通常情况下，只有启动部分动作后，才将后续的测量、逻辑等部分投入工作。
(2)测量部分：在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。
(3)振荡闭锁部分：在电力系统发生振荡时，距离保护的测量元件有可能误动作，振荡闭锁元件的作用就是正确区分振荡和故障。在系统振荡的情况下，将保护闭锁，即使测量元件动作，也不会出口跳闸；在系统故障的情况下，开放保护，如果测量元件动作且满足其他动作条件，则发出跳闸命令，将故障设备切除。
(4)电压回路断线部分：电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。 (5)配合逻辑部分：用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。
(6)出口部分：包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。 3.8为什么阻抗继电器的动作特性必须是一个区域？
答：阻抗继电器在实际情况下，由于互感器误差、故障点过度电阻等因素影响，继电器实际测量到的Zm 一般并不能严格地落在与set Z 同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。为保证区内故障情况下阻抗继电器都能可靠动作，在阻抗复平面上，其动作的范围应该是一个包括set Z 对应线段在内，但在set Z 的方向上不超过set Z 的区域，如圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。
R O jX 1 set Z m Z 2 set Z R O jX set Z m Z 2 set Z 2 set Z R O
jX set Z
(a) （b ） （c ） jX o jX R o
（d ） （e ）
图3-2 常见阻抗继电器的动作特性
（a ） 偏移圆阻抗特性；（b ） 方向圆阻抗特性；（c ） 全阻抗圆特性；
（d ）“8”字形特性； （e ）四边形特性
3.9 画图并解释偏移特性阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗和动作阻抗的含义。 答：偏移特性阻抗继电器的动作特性如图3—3所示，各电气量标于图中。
测量阻抗m Z 就是保护安装处测量电压U ? 与测量电流m I ?
之间的比值，系统不同的的运行状态下（正常、震荡、不同位置故障等），测量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。在断路故障情况下，由故障环上的测量电压、电流算出测量阻抗能够正确的反应故障点到保护安装处的距离。
对于偏移特性的阻抗继电器而言，整定阻抗有两个，即正方向整定阻抗1set Z 和反方向整定阻抗2set Z ，它们均是根据被保护电力系统的具体情况而设定的常数，不随故障情况的变化而变化。一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。
动作阻抗：是阻抗元件处于临界动作状态对应的测量阻抗，从原点到边界圆上的矢量连线称为动作阻抗，通常用op Z 来表示。对于具有偏移特性的阻抗继电器来说，动作阻抗并不是一个常数，二是随着
测量阻抗的阻抗角不同而不同。
R O jX set Z m Z op Z 2 set Z
图3-3 偏移阻抗特性圆
3.10解释什么是阻抗继电器的最大灵敏角，为什么通常选定线路阻抗角为最大灵敏角？
答：当测量阻抗Zm 的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于Zset1,即Zop=Zset1,此时继电器最为灵敏，所以Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。选定线路阻抗角为最大灵敏角，是为了保证在线路发生金属性短路的情况下，阻抗继电器动作最灵敏。
3.11导出具有偏移圆特性的阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程。 答：如图3—4所示偏移阻抗特性圆，在阻抗复平面上，以1set Z 与2set Z 末端的连线为直径作
出的圆就是偏移特性圆，圆心为121()2set set Z Z +，半径为121 ()2
set set Z Z +测量阻抗m Z 落在圆内
或圆周上时，m Z 末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径，而当测量阻抗m Z 落在圆外时，
m Z 末端到圆心的距离一定大于圆的半径，所以绝对值比较动作方程可以表示为
121211
()()22m set set set set Z Z Z Z Z -+≤-当阻抗落在下部分圆周的任一点上时，有
2arg 90set m m set Z Z Z Z -=- 当阻抗落在左上部分圆周的任一点上时，有12
arg 90set m m set Z Z Z Z -=-- 当阻抗落 在圆内的任一点时，有12 90arg 90set m
m set Z Z Z Z --<<- 所有阻抗继电器的相位比较动作方程为 12
90arg 90set m m set Z Z Z Z --≤≤- R O jX 1 set Z m Z 2 set Z m Z 2
m set Z Z -1set m Z Z -1set m Z Z -2 m set Z Z -
图3-4 偏移阻抗特性圆
3.12阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程之间的关系是什么？ 答：设绝对值比较式中“≤”左侧的阻抗记为B Z ，右侧的阻抗记为A Z ，则绝对值比较动作条件的一般表达式为B A Z Z ≤；设相位比较式中分子、分母的阻抗分别用C D Z Z 和表示，则相位比较动作条件的一般表达式为90270C
D
Z Z ≤≤ 。可以得出四个量之间关系为C B A Z Z Z =+ D B A Z Z Z =- 1()2B C D Z Z Z =+ 1
()2
A C D Z Z Z =-
3.13 特性经过原点的方向阻抗继电器有什么优点和缺点？画出相间距离和接地距离继电器绝对值比较动作回路、相位比较动作回路的交流接线图。
答：特性经过原点的方向继电器的优点是阻抗元件本身具有方向性，只在正向区内故障时动作，反方向短路时不会动作。其主要缺点是动作特性经过坐标原点，在正向出口或反向出口短路时，测量阻抗m Z 的阻抗值都很小，都会落在坐标原点附近，正好处于阻抗元件临界动作的边沿上，有可能出现正向出口短路时拒动或反向出口短路时误动的情况。
方向阻抗继电器绝对值比较动作回路、相位比较动作回路的交流接线图分别如图3—5和图3—6所示（以圆特性的方向阻抗元件为例）。
11 2 m K I ?11 2 m K I ? m U K U ? A U ? B U ?
绝对值比较回路 T UR R
TA TV 1m K I ? m U K U ? C U ? D U ?
相位比较回路 T UR R TA TV m U K U ?
3.14 什么是距离继电器的参考电压？其工作电压作用是什么？选择参考电压的原则是什么？
答：在相位比较的距离继电器中，用作相位比较的电压称为参考电压，也叫做极化电压，例如在相位比较式12180arg
180op m U a a U ? -≤≤+
中，用电压m U ?判断m U ?
相位是否符合方程式， 所以m U ?
就称为参考电压和极化电压。
选择参考电压的原则：相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0的电压量作为比相的参考电压，如正序电压、记忆电压等。
3.15 以记忆电压为参考电压的距离继电器有什么特点？其初态特征与稳态特征有何差别？ 答：以记忆电压为参考电压的距离继电器可消除所有故障的死区，尤其是克服出口三相对称短路时三相电压都降为零而失去比较依据的不足；但其动作特性不能长期保持。
处态特性与稳态特性差别：①在传统的模式距离保护中，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。所有记忆回路产生的仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，因此称之为处态特性；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，在用故障前的记忆电压作为参考电压，特性也将会发生变化。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。
3.16 用相位比较方法实现距离继电器有何优点，以余弦比相公式为例说明之。
答：对于两电气量比较的距离继电器而言，绝对值比较与相位比较是可以相互转换的，所以两种比较方式都能够实现距离继电器。在数字式保护中，一般用相位比较方式实现，主要原因是相位比较方式实现较为简单。相位比较的动作条件为90arg 90C
D U U ?
-≤≤ ，该条件可以
等值为0CR DR CI DI U U U U +≥，即只要判断其正负，就可以
判断出继电器是否满足动作条件，
实现十分方便。
3.17什么是最小精确工作电流和最小精确工作电压？测量电流或电压小于最小精工电流或电压时会出现什么问题？
答：通常情况下，在阻抗继电器的最灵敏角方向上，继电器的动作阻抗就等于其整定阻抗，即Zop=Zset 。但是当测量电流较小时，由于测量误差、计算误差、认为设定动作门槛等因素的影响，会使继电器的动作阻抗变小，使动作阻抗降为0.9Zset 对应的测量电流，称为最小精确工作电流，用Iac.min 表示。
当测量电流很大时，由于互感器饱和、处理电路饱和、测量误差加大等因素的影响，继电器的动作阻抗也会减小，使动作阻抗降为0.9Zset 对应的测量电流，称为最大精确工作电流，用Iac.max 表示。
最小精工电流与整定阻抗也会减小，使动作阻抗降为0.9Zset 对应的测量电流，称为最大精确工作电流，用Iac.max 表示。
最小精工电流与整定阻抗值的乘积，称为阻抗继电器的最小精工电压，常用Uac.min 表示。 当测量电流或电压小于最小精工电流电压时，阻抗继电器的动作阻抗将降低，使阻抗继电器的实际保护范围缩短，可能引起与之配合的其他保护的非选择性动作。
3.18 图3-7所示系统中，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：
115/3E ?=kV ， 1.1 2.1G G X X == 1.2 2.2G G X X ==15Ω， 1.3 2.3G G X X == 1.4 2.4G G X X ==10Ω， 1.1 1.4~T T X X =10Ω，0.10.4~T T X X =30Ω, 1.5 1.6T T X X ==20Ω,0.50.6T T X X ==40Ω，
A B L -=60km ，B C L -=40km ，线路阻抗1Z =2Z =0.4Ω/km ，0Z =1.2Ω/km ，线路阻抗角均
为75°，.max .max A B L C B L L L --==300A ，负荷功率因数角为30°；ss K =1.2，rel K Ⅰ=0.85，rel K Ⅱ
=0.75。
变压器均装有快速差动保护。试回答：
A B C G1 G2T1 T2T5 T6 T4G4 G3 T3 1234
图 3-7 系统示意图
（1）为了快速切除线路上的各种短路，线路A-B 、B-C 应在何处配备三段式距离保护，各选用何种接线方式？各选用何种动作特性？
答：应在1、2、3、4处配备三段式距离保护；选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式；它们的Ⅰ、Ⅱ段选择具有方向特性的距离保护，Ⅲ段具有偏移特性的距离保护。 （2）整定保护1~4的距离Ⅰ段，并按照你选定的动作特性，在一个阻抗复平面上画出各保护的的动作区域。
答：线路AB 正序阻抗 1AB A B Z Z L -==0.4×60=24Ω 线路BC 的正序阻抗 1B C B C Z Z L --==0.4×40=16Ω
保护1、2的距离保护Ⅰ段 .1,2set rel AB Z K Z =ⅠⅠ
=0.85×24=20.4Ω 保护3、4的距离保护Ⅰ段 .3,4set rel BC Z K Z =ⅠⅠ
=0.85×16=13.6
Ω 保护1~4距离Ⅰ段在复阻抗平面上的动作区域如图3-8所示，圆周1、2、3、4分别对应保护1、2、3、4距离Ⅰ段的动作特性。
A B C 1 2 3
4 R R jX jX
图3-8 保护1~4距离Ⅰ段的动作特性
（3）分别求出保护1、4接地距离保护的最大、最小分支系数。 答：对保护1
1）当与相邻下级线路距离保护Ⅰ段相配合时，有 1.max b K =2.88，1.min b K =1.59 2）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 1.max b K =2.88，1.min b K =2.01 对保护4
1）当与相邻下级线路距离保护Ⅰ段相配合时，有 4.max b K =2.26，4.min b K =1.41 2）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 4.max b K =1.99，4.min b K =1.53 （4）分别求出保护1、4 接地距离Ⅱ、Ⅲ段的定值即时限，并校验灵敏度。 答：保护1距离Ⅱ段的整定： 1）整定阻抗：按下面两个条件选择。
（a ）当与相邻下级线路距离保护Ⅰ段相配合时，有 .11.min .3()set rel AB b set Z K Z K Z =+ⅡⅡⅠ =0.75×（24+1.59×13.6）=34.218
Ω （b ）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 .11.min ()set rel AB b t Z K Z K Z =+ⅡⅡ =0.75×（24+2.01×20）=48.15 Ω 所以取.1set Z Ⅱ=34.218 Ω 2）灵敏度校验：.134.218 24 set sen AB Z K Z ==
Ⅱ=1.43＞1.25，满足灵敏度要求。 3）动作时限：与相邻保护3 的Ⅱ段配合，有13t t t =+?Ⅱ
Ⅱ=0.5+0.5=1s ，它能同时满足与相
邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。 保护1距离Ⅲ段的整定：
1）整定阻抗：按躲过正常运行时 的最小负荷阻抗整定，有 .min .min .max L L L U Z U ? = = 0.9110
30.3??=190.53Ω，.min .1cos()
rel L set ss re set L K Z Z K K ??= -Ⅲ .1
0.83190.53 1.2 1.2cos(7530) set Z ?=??-
Ⅲ=155.93Ω 2）灵敏度校验：
（a ）本线路末端短路时灵敏度系数为 .1 (1) 155.9324
set sen AB Z K Z ==
Ⅲ=6.50＞1.5 （b ）相邻设备末端短路时灵敏度系数为 .1 (2)1.max set sen AB b next Z K Z K Z = +Ⅲ ≥1.2
① 相邻线路末端短路时灵敏系数。利用（3）中求灵敏系数的结
论，只要令BK BC X X =,0K X =即可，所以有
156.056.0056.012.11 12.0034.034.012.00 34.1 1 12 1[(1)(1)]3
1b BC AB AB AB K X X X X X X X X X X X X X =+ +? +++++++
当34.1X 、56.0min X 分别取最小值，而12.1X 、12.0X 、34.0X 分别取最大值时，1b K 就取最大值，即
当
34.1min X =10Ω，56.0min X =20Ω，12.1max X =25Ω，12.0max X =30Ω，34.0max X =30Ω时，有1max b K =2.88，next BC Z Z ==16Ω，.1
(2)1.max set sen AB b next Z K Z K Z = +Ⅲ=2.33>1.2
②相邻变压器灵敏系数校验，此时 1max b K =2.88，next t Z Z ==20Ω
.1
(2)1.max set sen AB b next Z K Z K Z =
+Ⅲ=1.91>1.2 所以灵敏度校验要求。
3）动作时限：与相邻设备保护配合，有13t t t =+?Ⅱ Ⅱ=1s ，它能同时满足与相邻线路保护以
及相邻变压器保护配合的要求。 保护4距离Ⅱ段的整定：
1）整定阻抗：按下面两个条件选择。
（a ）当与相邻下级线路距离保护Ⅰ段相配合时，有 .44.min .2()set rel BC b set Z K Z K Z =+ⅡⅡⅠ =0.75×（16+1.41×20.4）=33.573
Ω （b ）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 .44.min ()set rel BC b t Z K Z K Z =+ⅡⅡ =0.75×（16+1.53×20）=34.95 Ω 所以取.4set Z Ⅱ=33.573 Ω 2）灵敏度校验：.433.573 16 set sen BC Z K Z ==
Ⅱ=2.1＞1.25，满足灵敏度要求。 3）动作时限：与相邻保护2 的Ⅰ段配合，有13t t t =+?Ⅱ
Ⅱ=0.5+0.5=1s ，它能同时满足与相
邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。 保护4距离Ⅲ段的整定：
1）整定阻抗：按躲过正常运行时 的最小负荷阻抗整定，有 .min .min .max L L L U Z U ? = = 0.9110
30.3??=190.53Ω，.min .4cos()
rel L set ss re set L K Z Z K K ??= -Ⅲ .4
0.83190.53 1.2 1.2cos(7530) set Z ?=??-
Ⅲ=155.93Ω 2）灵敏度校验：
（a ）本线路末端短路时灵敏度系数为 .4 (1) 155.9316
set sen BC Z K Z ==
Ⅲ=9.74＞1.5 （b ）相邻设备末端短路时灵敏度系数为 .4 (2)4.max set sen BC b next Z K Z K Z = +Ⅲ ≥1.2
① 相邻线路末端短路时灵敏系数。利用（3）中求灵敏系数的结论，只要令BK BC X X =,0K X =即可，所以有
456.056.0056.0 34.11
12.0012.012.034.0012.1 1 12 1[ (1)(1)]3
1b AB AC BC BC K X X X X X X X X X X X X X =+ +? +++++++
当12.1X 、56.0X 分别取最小值，而34.1X 、12.0X 、34.0X 分别取最大值时，1b K 就取最大值，即当
12.1min X =12.5Ω，56.0min X =20Ω，34.1max X =20Ω，12.0max X =30Ω，34.0max X =30Ω时，有1max b K =2.21，next
AB Z Z ==24Ω，.4
(2)4.max set sen BC b next Z K Z K Z = +Ⅲ =2.26>1.2
②相邻变压器灵敏系数校验，此时 4max b K =1.99，next t Z Z ==20Ω
.4
(2)4.max set sen BC b next Z K Z K Z =
+Ⅲ=2.79>1.2 所以灵敏度校验要求。
3）动作时限：与相邻设备保护配合，有42t t t =+?ⅡⅡ =1s ，它能同时满足与相邻线路保护以 及相邻变压器保护配合的要求。
（5）当AB 线路中点处发生BC 两相短路接地时，那个地方哪些测量元件动作，请逐一列出。保护、断路器正常工作条件下，哪些保护的何段以什么时间跳开了哪些断路器将短路切除。 答：当 AB 线路中点处发生B 、C 两相短路接地时，接地保护中：B 相、C 相的接地距离保护的测量元件动作；相间距离保护中，B 、C 相间距离保护的测量元件动作。保护、断路器正常工作条件下，保护1的B,C 相的接地距离保护Ⅰ段、BC 相间距离保护Ⅰ段、保护2的B ，C 相的接地距离保护Ⅰ段、BC 相间距离保护的Ⅰ段，将在故障瞬间跳开保护1,2处的断路器，从而将短路故障切除。
（6）短路条件同（5），若保护1的接地距离Ⅰ段拒动、保护2处断路器拒动，哪些保护以时间跳开何断路器将短路切除。
答：保护1的相间距离保护Ⅰ段将在故障瞬间跳开保护1处的断路器，保护4的距离Ⅲ段延时1s 跳开保护4的断路器。
（7）假定各保护回路正确动作的概率为90%，在（5）的短路条
件下，全系统中断路器不被错误切除任意一个的概率是多少？体会保护动作可靠性应要求到多高？
答：假定保护1在发电厂侧还有1套远后备保护，则线路AB 中点短路后应该有4个断路器的跳闸回路被4套保护启动，如果各保护回路正确动作的概率只有90%，则全系统中不被错误切除任意一个断路器的概率是P=0.9×0.9×0.9×0.9=0.6561。 3.19什么是助增电流和外汲电流？它们对阻抗继电器的工作有什么影响？
答：图3-9（a ）中母线B 上未接3I ? 分支的情况下，12I I ??
=,此时k 点短路时，A 处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 1211 1 AB Bk
AB Bk Ak I Z I Z U Z Z Z Z I I ?? += = =+=
在母线B 接上3I ?分支后，213I I I
=+，k 点短路时，A 处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 1133311 1 1 1 ()AB Bk
Bk Bk AB Bk Ak I Z I I Z I Z I Z U Z Z Z Z I I I I
++= = =++ =+ 即在3I ? 相位与1I ?
相差不大的情况下，分支3I ?
的存在将使A 处感受到的测量阻抗变大，这种使测量阻抗变大的分支就成为助增分支，对应的电流3I ?
称为助增电流。
类似地图3-9（a ）中，在母线B 上未接3I ? 分支的情况下，12I I ??
=，此时k 点短路时，A 处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 1211 1 AB Bk
AB Bk Ak I Z I Z U Z Z Z Z I I ?? += = =+=
在母线B 接上3I ? 分支后，213I I I ?
=-，k 点短路时，A 处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 1133311 1 1 1 ()AB Bk
Bk Bk AB Bk Ak I Z I I Z I Z I Z U Z Z Z Z I I I I +-= = =+- =- 即在3I ? 相位与1I ?
相差不大的情况下，分支3I ?
的存在将使A 处感受到的测量阻抗变小，这种使测量阻抗变大的分支就成为外汲分支，对应的电流3I ?
称为外汲电流。
3.20 在整定值相同的情况下，比较方向圆特性、全阻抗圆特性、苹果特性、橄榄特性的躲负荷能力。
答：在整定值相同的情况下，橄榄特性、方向圆特性、苹果特性、全阻抗圆特性分别如图3-10中的1、2、3、4所示。由该图可以清楚地看出，在整定值相同的情况下，橄榄特性的躲负荷能力阻抗能力最好，方向圆阻抗特性次之，苹果形与全阻抗的躲负荷能力需要具体分
析，取决于负荷阻抗角以及苹果形状的“胖瘦”。
12 R jX o set Z set Z o 3 4 R jX
图3-10 四种阻抗特性图
3.21什么是电力系统的振荡？振荡时电压、电流有什么特点？阻抗继电器的测量阻抗如何变化？
答：电力系统中发电机失去同步的现象，称为电力系统的振荡；电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角δ在0°~360°范围内作周期性变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。在系统两端电动势相等的条件下，测量阻抗按下式的规律变化，对应的轨迹如图3.10所示。
1111()cot ()cot 222222m M M Z Z Z j Z Z j Z δδρ∑∑∑∑=--=--
jX R N M O ’ O 121 ()2 M Z ρ∑-1
2 Z ∑1 e K =1 e K >1
e K
3.22采用故障时短时开放的方式为什么能够实现振荡闭锁？开放时间选择的原则是什么？ 答：1、利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁。2、当系统发生故障时，短时开放距离保护允许保护出口跳闸称为短时开放。若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位于阻抗继电器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开放的时间内阻抗继电器未动作，则说明故障不在保护区内，重新将保护闭锁。
开放时间选择的原则：Tdw 称为振荡闭锁的开放时间，或称允许动作时间，它的选择要兼顾两个方面：一是要保证在正向区内故障时，保护I 段有足够的时间可靠跳闸，保护Ⅱ段的测量元件能够可靠启动并实现自保持，因而时间不能太短，一般不应小于0.1s ；二是要保证在区外故障引起振荡时，测量阻抗不会在故障后的Tdw 时间内进入动作区，因而时间又不能太长，一般不应大于0.3s 。
3.23 系统如图3-12所示，母线C 、D 、E 均为单侧电源。全系统阻抗角均为80°，
1.1 1.2G G Z Z ==15Ω， 1.AB Z =30Ω， 6.set Z Ⅰ=24Ω， 6.set Z Ⅱ=32Ω，6t Ⅱ=0.4s ，系统最短振荡周
期T=0.9s 。试解答： G1 G2 A B C D
E 6 5 4 3 2 1
图3-12 简单电力系统示意图
（1） G1、G2两机电动势幅值相同，找出系统的振荡中心在何处？ （2）分析发生在振荡期间母线A 、B 、C 、D 电压的变化规律及线路A-B 电流的变化。 （3）线路B-C 、C-D 、D-E 的保护是否需要加装振荡闭锁，为什么？ （4）保护6的Ⅱ段采用方向圆阻抗特性，是否需要装振荡闭锁？
答：（1）在系统各部分的阻抗角都相等的情况下，振荡中心的位置就在阻抗中心1
2
Z ∑处，则有 12Z ∑=1 2
（15+15+30）=30Ω 即在AB 线路的中点。 （2） 对于母线A 、B ，有
121(1)j G G G E E E E e I Z Z Z δ? -? ∑∑∑ -?-===
1 1.1G G A U E I Z =- 2 1.2G G B U E I Z ?
=-
由于母线C 、D 都是单端电源，其电压和母线B 电压的变化规律一样。
（3） 不需要，线路B-C 、C-D 、D-E 都是单端电源，在保护处所得出来的测量阻抗不受振
荡的影响。
（4） 保护6的Ⅱ段方向圆阻抗特性及测量阻抗的变化轨迹如图3-13所示，此时有
Z ∑=15+15+30=60Ω。系统振荡时测量阻抗变化轨迹OO ’是G1G2的垂直平分线，
6.set Z Ⅱ=32
Ω，所以动作特性的半径为16，这样使测量阻抗进入动作的角度为1δ=2arctan
2 2 30181
-≈118°，使测量阻抗离开动作圆的角度为1δ=360° -2arctan 2 2 30181 -≈242°。
故停留在动作区内的角度为21δδδ?=-=242°-118°=124°。若振荡为匀速振荡，在最短
振荡周期的情况下，停留在动作区域的时间为0.9 124360t ?=
=0.31s ，小于Ⅱ段的整定时间0.4s 。所以在最短振荡周期振荡的
情况下，距离Ⅱ段不会误动，可以不加振荡闭锁。
但是，如果振荡周期加长，测量阻抗停留在动作区域之内的时间也将会加长，Ⅱ段将由可能误动，在整定时间为0.4s 的情况下，允许最长的振荡周期为T=0.4
360124
≈1.16s ，即振荡周期不会超过1.16s 时Ⅱ段别后悔误动，超过时可能误动。 为了保证可靠性，最好还是经过振荡闭锁。
R O jX O ’G2 OS A 2 δ1 δG1 B
图3-13 振荡对距离保护的影响
3.25 在单侧电源线路上，过度电阻对距离保护的影响是什么？ 答：如图3-15（a ）所示，在没有助增和外汲的单侧电源线路上，过度电阻中的短路电流与保护安装处的电流为一个店里，此时保护安装处测量电压和测量电流的关系可以表示为
()m m k m m g U I Z I Z R ?
==+ 即 k m g Z Z R =+
如图3-15（b ）所示，Rg （过度电阻）的存在总是使继电器的测量阻抗值增大，阻抗角变小，保护范围缩短。保护装置距短路点越近时，受过度电阻的影响越大；同时，保护装置的整定阻抗越小（相当于被保护线路越短），受过度电阻的影响越大。
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