第二节 线路继电保护
453.什么叫电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过流保护?
答:电力系统的线路或元件发生故障时,故障点越靠近电源,短路电流越大。利用这一特点,可构成电流保护。对于仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护,称为电流速断保护。它的保护范围受系统运行方式的影响较大,不可能保护线路的全长;为了保护线路全长,通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合,其保护范围包扩本线路的全部和相邻线路的一部分,其时限比相邻线路的速断保护大△t;电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置,可作为本线路和相邻线路的后备保护,定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个△t。以上三种保护组合在一起,构成阶段式电流保护。具体应用时,只采用电流速断保护和限时电流速断保护,或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式,也可三者同时采用。
454.小接地电流系统辐射电网中,电流保护为什么常常采用不完全星形的接线方式?
答:在小接地电流系统中,不同相的两点接地时,只要求切除一个故障点以提高供电可靠性。如图5-4所示:在2、3两平行线路上发生两点接地时,如两线路保护的动作时间相等,则有三分之二机会仅切除一条线路,从而提高了供电的可靠性。两条平行线路发生两点接地时,线路跳闸情况见表5-1。在整个网络上,应该将不完全星形的接线的两个电流互感器装在相同的两相卜(通常为A、C相)。
线路2接地相
线路3接地相 A B C
A —— 单回线跳 双回线跳
B 单回线跳 —— 单回线跳
C 双回线跳 单回线跳 ——
455.什么叫做电压闭锁的电流速断保护?
答:电流保护受系统运行方式的影响很大,在某些情况下,无时限电流速断保护可能没有保护区,而带时限速断保护存在灵敏度较小的情况。这时,可以引入电压闭锁的电流速断保护,由电流继电器和电压继电器共同组成保护的测量元件,提高保护的灵敏度。
456.为什么要引入方向电流保护?
答:如图5-5所示,对于双端电源线路,当K2点发生短路时,保护的选择性要求3QF的第1段保护瞬时动作,如果2QF的第I段动作值也满足动作要求,2QF也将瞬时跳闸,M变电
所将全部失电。因此,当K2点发生短路时,要求3QF跳闸而2QF继续运行,根据K2与Kl短路时,短路电流的不同流向,在2QF处,加装方向继电器,以确保M变电所的供电可靠性。
457.什么是功率方向继电器的潜动问题?
答:功率方向继电器的潜动是指在继电器上仅加电流或电压一个电量时,继电器动作的现象,潜动一般是由于继电器磁路不对称而引起。功率方向继电器的潜动可能导致保护装置误动作,例如,图5-5中,3QF出口短路,2QF感受的电压很小而电流很大,如功率方向继电器潜动,则2QF将跳闸。
458.什么叫做功率方向继电器的90°接线方式?
答:功率方向继电器的接线方式是指它与电流互感器和电压互感器之间的连接方式。通常功率方向继电器采用90°接线,即在三相对称且功率因数cosφ=1时,电流超前电压90°的接线方式。对于A相来说,就是在功率方向继电器的电流回路中引入A相电流,电压回路中引入BC相电压。
459.方向过流保护为什么要采用按相启动接线?
答:方向过流保护采用按相启动接线是指接入同名相的电流测量元件和功率方向元件的接点直接串联的启动方式,这样,当反方向故障时,故障相的方向元件不动作,非故障相的测量元件不动作,保证了保护装置不误动。
460.大接地电流系统中,线路接地保护的方式有几种?
答:大接地电流系统中,线路接地保护的方式主要有三种:纵联高频保护、零序电流保护和接地距离保护。
461.什么是零序保护?大接地电流系统中为什么要装设零序保护?
答:在大接地电流系统中,发生单相或两相接地故障,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些零序分量构成的保护称为零序保护。完全星型接线的电流保护和功率方向保护,虽然能反映大接地电流系统的单相接地故障,但由于它们的动作电流大,而单相接地故障电流较小,灵敏度往往达不到要求。为了反映接地故障,需装设专用的接地短路保护。零序保护就是其中较简单的一种。
462.大接地电流系统中,零序分量的分布有何特点?
答:(1) 系统任一点接地短路时,网络中任何地点的三倍零序电流都等于该处三相电流的向量和;
(2) 零序电流的分布与中性点接地的多少及位置有关;
(3) 故障点零序电压最高,变压器中性点接地处的电压为零;
(4) 故障点零序功率最大,变压器中性点接地处的零序功率最小。
463.零序保护有什么特点?
答:(1) 系统正常运行和发生相间短路时,不会出现零序电流和零序电压,因此零序保护的动作电流可以整定的很小,灵敏度相对较高;
(2) Y,d接线的降压变压器,三角形侧的故障,不会在星形侧反映出零序电流,因而,在分段整定的保护中,零序保护要求配合的段较少,动作时间较短。
464.大接地电流系统怎样获取零序电流?
答:获取零序电流的方法,除单台Y,d变压器单回出线的变电所,可以取变压器中性点电流互感器以外,一般采用并联线路三相电流互感器组成的零序电流滤过器获取零序电流。在微机保护中,广泛采用微机内部自产的三相电流和的方法,取得零序电流。
465.零序功率方向继电器的最大灵敏角是70°,为什么要将零序电压回路极性反接?
答:取电流自母线流向线路为正方向,电压以母线指向大地为正时,当线路正方向发生故障时,零序分量的极性表现为零序电流超前零序电压180°-θ,θ为变电所零序电源阻抗角。如果θ为85°,则零序电流超前零序电压95°,将零序功率方向继电器的最大灵敏角制造为70°,和故障时的实际情况相反,因此接线时,应将零序电流或零序电压回路极性反接,以满足要求。
466.为什么大接地电流系统中变压器中性点是否接地影响接地短路时零序电流的分布?
答:大接地电流系统中,零序电流是沿线路、变压器中性点、大地和接地点形成通路的,变压器中性点是否接地直接影响零序阻抗的大小和零序通路。因此,零序电流的分布与变压器中性点是否接地有很大关系,而与电源的多少无关。
467.零序保护在运行中要注意哪些问题?
答:(1) 零序回路断线时,可能造成保护误动作;
(2) 系统出现不对称运行时,也会出现零序电流;
(3) 两条平行线路,其中一条线路故障,可能引起另一条线路出现感应的零序电流;
(4) 对于外接零序分量的保护装置,由于正常时无检测手段,容易因回路问题造成保护误动或拒动。
468.什么叫距离保护?
答:距离保护是反应故障点至保护安装点之间的距离,并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置,该装置的主要元件为阻抗继电器,它根据加于其端子上的电压和电流,测知保护安装处至短路点问的阻抗,称为测量阻抗。当测量阻抗等于或小于继电器的整定阻抗时,继电器动作。
距离保护一般由三段组成,距离Ⅰ段为线路全长的80%~85%,动作时限为继电器固有动作时间;距离Ⅱ段的保护范围包扩本线路全长和相邻线路的10%~20%,动作时限比I段多△t;距离Ⅲ段作本线路和相邻线路的后备保护,保护时限根据阶梯原则整定。
469.距离保护一般由哪几部分构成?
答:距离保护一般由以下几部分构成:
(1) 测量部分。用于测量短路点的距离和判别短路的方向。
(2) 启动部分。用于在故障发生时,使保护装置处于启动状态。
(3) 振荡闭锁部分。防止系统振荡时距离保护误动作。
(4) 二次电压失压闭锁。防止电压互感器二次失压时,保护装置误动作。
(5) 逻辑部分。实现保护功能,建立保护各时限的配合。
470.为什么距离保护I段保护范围为线路全长的80%。85%?
答:距离保护I段的动作时限为装置本身的动作时间,为了和相邻线路的距离保护I段作选择性配合,避免无选择性动作,本线路距离保护Ⅰ段的动作范围只能限制于本线路范围内。考虑到保护定值的计算误差、电压互感器和电流互感器的传变误差,若距离保护I段保护范围为线路全长,在误差的影响下,将不可避免会出现相邻线路出口故障时,本线路越级跳闸的现象。因此,距离保护I段保护范围取线路全长的80%~85%。
471.三段式距离保护是如何整定的?
答:根据图5-6所示,三段式距离保护是根据以下原则整定的:
(1) 距离保护第Ⅰ段的动作阻抗,按躲开下一元件始端短路的条件来选择。
ZⅠpu.A=KrelZAB (5-3)
式中 K rel——可靠系数,取0.8~0.85;
Zpu.A——距离保护第Ⅰ段的动作阻抗;
ZAB——输电线AB的正序阻抗。
(2) 距离保护第Ⅱ段的动作阻抗,根据下列条件来选择。
①与下一段路保护的第Ⅰ段保护范围相配合。并用分支系数考虑助增及外汲电流对测量阻抗的影响,即
ZⅡpu.A=Krel(ZAB+KbZⅠpu.B) (5-4)
式中 ZⅡpu.A——距离保护第Ⅱ段的动作阻抗;
Kb——分支系数;
ZⅠpu.B——下一线路保护的第1段保护整定阻抗。
②躲开线路末端变电所变压器低压母线上的短路,即
ZⅡpu.A=Krel(ZAB+KbZT) (5-5)
式中 ZT——变压器的阻抗;
ZⅡpu.A——距离保护第Ⅱ段的动作阻抗;
Krel——可靠系数,取0.7。
距离保护第Ⅱ段的动作阻抗取以上两个条件中较小的作整定值。
(3) 距离保护第Ⅲ段的动作阻抗,按躲开最小负荷阻抗来整定。
ZⅢpu.A =ZⅠ.min ×1/KrelKreKss (5-6)
式中 ZⅢpu.A——距离保护的第Ⅲ段的动作阻抗;
Krel——可靠系数,取1.2~1.3;
Kre——返回系数,取1.1~1.15;
Kss——考虑电动机自启动时的自启动系数,其值大于1;
ZⅠ.min——最小负荷阻抗。
472.什么是距离继电器的极化电压?
答:距离继电器是通过比较测量电压与参考电压的大小与相位关系,来确定故障点的远近的。这个参考电压称为距离继电器的极化电压,选用极化电压不同,就可以构成不同特性的距离继电器,如全阻抗继电器的动作方程为 , 即为极化电压;方向阻抗继电器的动作方程为 即为极化电压。
473.什么叫方向阻抗继电器?
答:传统的方向阻抗继电器在复平面图上的特性是以整定阻抗为直径,通过坐标原点的圆,圆内为动作区,圆外为非动作区。当正方向发生故障时,测量阻抗位于第一象限,向量位于圆内时,继电器动作。
当反方向发生故障时,测量阻抗位于第三象限,继电器不动作。因此,方向阻抗继电器本身具有明确的方向性。
474.什么是方向阻抗继电器的最大灵敏角?
答:方向阻抗继电器的最大动作阻抗的阻抗角,称为它的最大灵敏角。被保护线路发生短路时,短路电流与继电器安装处电
压之间的夹角等于线路的阻抗角,为使继电器工作于最灵敏状态,要求继电器的最大灵敏角等于被保护线路的阻抗角。
475.简述方向阻抗继电器的保护死区及克服办法。
答:当线路出口故障或母线故障时,极化电压可能降低到很小的值,正方向故障时,继电器可能因极化电压过小而拒动;反向故障,又可能因极化电压中的干扰电压而误动。为了解决这一问题,方向阻抗继电器引入了记忆回路,将极化回路制作成工频谐振回路,故障发生后,依靠谐振回路供给极化电压,使继电器短期内可靠工作,以消除方向阻抗继电器的动作死区。
476.方向阻抗继电器引入第三相电压的作用是什么?
答:第三相电压指非故障相电压。例如,对直接引入疗加的阻抗继电器而言,D。就是第三相电压,第三相电压经高电阻接入继电器的记忆回路,其作用是:
(1) 防止线路正方向相问出口短路时继电器的动作死区;
(2) 防止线路反方向相问出口短路时继电器的误动作;
(3) 改善继电器的动作特性。
477.什么是阻抗继电器的最小精确工作电流?
答:短路点到故障安装处的距离小于其整定距离时,阻抗继电器应动作。这一距离是通过测量阻抗和整定阻抗来反映的。理论上,整定阻抗于通入继电器的电流无关,但实际上,只有电流达到一定值时,阻抗继电器才能动作,因此规定保证整定阻抗在10%误差范围内的最小电流值称为最小精确工作电流。
478.影响阻抗继电器正确测量的因素有哪些?
答:(1) 故障点的过渡电阻;
(2) 保护安装处与故障点之间的助增电流和汲出电流;
(3) 测量互感器的误差;
(4) 电力系统的振荡;
(5) 电压二次回路断线;
(6) 线路的串补电容。
479.什么叫做助增电流和汲出电流?
答:如图5-7(a)所示,L2上发生短路故障,L2的故障电流为I2+I1,在L1的故障电流为I1,在L1的保护安装处测的故障阻抗Z,因有I2的作用,将比实际阻抗大,I2称为助增电流;
如图5-7(b)所示,L2上发生短路故障,L2的故障电流为I2,L1的故障电流为I2+I1,在L1的保护安装处测的故障阻抗 Z,因有I1的作用,将比实际阻抗小,I2称为汲出电流。
480.电力系统振荡对阻抗继电器的影响?距离保护是如何躲避振荡的?
答:当电力系统中发生振荡时,各点的电压、电流和功率的幅值和相位均发生周期性的变化,阻抗继电器的测量阻抗也随之发生周期性的变化,周期性的进人动作区,使继电器动作。为防止保护装置误动,须加装振荡闭锁装置,一般来说,距离保护的 I段、Ⅱ段动作时间短,躲避系统振荡的能力差,须经振荡闭锁控制。而距离Ⅲ段动作时问长,躲避系统振荡的能力强,可不经振荡闭锁控制。
481.简述利用同心圆特性阻抗继电器实现的振荡闭锁装置的原理。
答:系统短路和振荡时,电气量的变化速度是不同的。振荡时电气量是逐渐变化的,而短路时,电气量是突变的,图5-8(a)为采用不同灵敏度的阻抗继电器KRl、KR2实现的振荡闭锁装置的原理图。
振荡时KRl先受振荡影响而先动作,KR2后动作。导致图5-8(b)逻辑中,KRl动作经否门1,延时t闭锁跳闸出口。
故障时,KRl与KR2同时动作,因KRl的闭锁要经t的延时,此时,KR2经否门2直接出口跳闸,而跳闸信号又反馈回否门1,解除了KRl的闭锁作用。
482.简述利用负序分量实现的振荡闭锁装置的原理。
答:系统发生不对称故障时,会出现负序分量。即使三相对称短路,也往往因各种不对称原因,短时出现负序分量。但系统振荡时因三相完全对称而没有负序分量。
如图5-9所示,KA(KV)为负序电流(电压)继电器,系统振荡时,无负序电流,保护不开放。内部短路时,有负序分量,动作信号经双稳记忆,一方面启动复归回路,另一方面将保
护开放一段时间,在此期间允许保护动作跳闸。
外部短路引起振荡时,在短路初出现负序分量后,装置立即启动,将保护短时开放;但由于振荡造成阻抗继电器误动前,短时开放回路已复归,将保护跳闸回路闭锁,保证了此时保护不会误动作。
483.距离保护装置失压后有何后果?
答:距离保护是通过测量故障电压和电流,根据计算来反映故障点的距离的,当距离保护装置失压时,反映出的测量阻抗在保护安装处附近,对于全阻抗继电器,失压必然造成误动;对方向阻抗继电器,也会因二次回路的不平衡,造成装置误动。因此必须采取措施,在距离保护装置失压时,闭锁保护装置。
484.磁平衡原理的断线闭锁装置如何实现电压断线闭锁?
答:如图5-10所示,磁平衡原理的断线闭锁装置有两个线圈W1和W2,W1经电容分别连接在TV二次侧UA、UB和UC三相电压上,W2接在TV的开口三角型绕组上,两个线圈的匝数、极性及电容、电阻的参数应使得:电力系统出现零序电压时,W1和W2产生的零序磁势的安匝数大小相等,磁势的方向相反,合成磁通为零,断线闭锁装置不动作。当TV二次回路断线失压时,因3U0无电压,W2不产生磁通,Wl产生的磁通将使装置动作闭锁保护。
485.距离保护装置为什么要采用电流启动方式?
答:距离保护装置采用电流启动方式(负序加零序电流或相电流突变量),是防止距离保护失压误动的有效措施。正常运行时,如发生TV二次失压,因电流启动元件不动作,整套距离保护装置不会误动。而发生故障时,电流启动元件可靠开放保护;
尽管如此,为防止TV二次失压与区外故障同时发生时,距离保护装置误动作,仍然需要距离保护装置有可靠的TV断线闭锁。
486.运行中,距离保护失压应怎样处理?
答:首先应停用距离保护装置,在此期间,如发生直流接地,不允许用拉、合直流电源的方法查接地点。立即查明失压的原因,尽可能快的恢复电压,在电压正常后,投入保护装置。
487.接地距离保护有什么优点?
答:接地距离保护可以获得保护范围固定的瞬时段接地保护,还可以获得有较短延时和足够灵敏度的第Ⅱ段接地保护;在双电源线路中,保护范围受接地阻抗的影响较大。因此对线路而言,用接地距离保护工、Ⅱ段加上完整的零序电流保护是较有效的接地故障保护方式。
由于线路故障时,线路零序阻抗上存在压降,接地距离保护在计算故障阻抗时,不能直接采用相电压或相电流进行计算,而要引入零序补偿。
488.纵联保护的信号有哪几种?
答:按作用来分,纵联保护的信号有以下三种:
(1) 闭锁信号。用于阻止保护动作于跳闸的信号,无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。
(2) 允许信号。允许保护动作于跳闸的信号,有允许信号是保护作用于跳闸的必要条件。
(3) 跳闸信号。直接引起跳闸的信号。
按比较方法,纵联保护的信号可分为直接比较和间接比较两种:
直接比较是将两侧交流电气量经过转换,直接送到对侧进行比较的方法;
间接比较是通过高频信号,将两侧保护对故障的判别结果传送到对侧,线路两侧各自根据本侧和对侧的判别结果,决定是否跳闸。
489.简述电平的概念。
答:高频电路中,任一点的功率与另一点的功率之比的对数,称为相对电平值。
高频电路中,任一点的功率与标准功率lmW之比取常用对数的lO倍值,称为功率绝对电平值。
任一点的电压与标准电压0.775V之比取常用对数的20倍值,称为电压绝对电平值。
490.什么叫做调制和解调?
答:在高频保护中,用来运送保护信号的高频信号称为载波。
把需要传送的信号加到高频载波上的过程称为调制。调制分为调幅和调频两种,调幅是使载波的信号幅值随传送的信号而成比例变化;调频是使载波的信号频率随传送的信号而变化。
从携带信号的高频载波中取出所传送的信号的过程称为解调。
491.常用的高频保护有哪几种?
答:(1) 高频闭锁方向保护。利用间接比较的闭锁信号。
(2) 高频闭锁距离保护。利用问接比较的闭锁信号。
(3) 相差高频保护。利用直接比较的闭锁信号和允许信号。
(4) 高频远方跳闸保护。利用间接比较的跳闸信号。
492.什么叫高频闭锁方向保护?
答:当被保护线路内部短路时,两侧保护的启动元件均启动发信,闭锁两侧保护;两侧的故障判别元件判为正方向,使收发信机停信,两侧收不到闭锁信号而动作跳闸。当被保护线路外部短路时,两侧保护的启动元件均启动发信,闭锁两侧保护;一侧的故障判别元件判为反方向,使收发信机不停信,两侧保护因收到闭锁信号而不动作。
这种保护在故障线路上不传送高频信号,故障线路高频通道破坏时,不会影响保护的正常工作。
493.什么是超范围纵联保护?
答:超范围纵联保护是:当本线路内部故障时,线路两端保护的超范围方向元件均判定为正方向故障,各端保护同时动作;外部故障时,靠近故障点一端的超范围元件判断为反方向,两端保护均不动作。超范围纵联保护仅在线路两端超范围方向元件同时动作时。才发出跳闸指令。其逻辑图如图5-11所示。
494.什么是欠范围纵联保护?
答:欠范围纵联保护的各侧方向判别元件的动作区均不及对端母线,故本侧线路外部故障时,两侧欠范围方向判别元件均不动作;当线路内部故障,任一端方向判别元件动作,两端保护同时发跳闸令。在欠范围纵联保护中,增设了故障判别元件以提高保护的安全性。其逻辑图如图5-12所示。
495.高频通道由哪几部分构成?
答:按目前普遍采用的“相一地”制高频通道(主要以大地和某相高压输电线构成高频回路)为例,高频通道主要由以下几部分构成:
(1) 输电线路。三相线路都用,以传输高频信号。
(2) 高频阻波器。限制高频电流在输电线路之内。
(3) 耦合电容器。阻止工频高压进入高频收发信机,同时与结合滤波器一起组成带通滤波器。
(4) 结合滤波器。与耦合电容器组成带通滤波器,以达到高频电缆阻抗与输电线路阻抗的匹配;同时进一步隔离高压信号。
(5) 高频电缆。将室内外的设备连接起来。
(6) 保护间隙。保护高频加工设备免受过电压袭击。
(7) 接地开关。检修高频收发信机和结合滤波器时用的接地保护设备。
(8) 高频收发信机。接收和产生高频信号。
496.高频保护运行时,为什么运行人员每天要交换信号以检查高频通道?
答:由于高频通道受自然环境和运行条件的影响很大,所以发生故障的几率较高。而高频通道发生任何故障都会影响高频保护的运行。闭锁式高频保护常采用正常时无监频信号的工作方式,高频通道设备问题不易发现,因此,运行人员每天交换信号检查高频通道的相应指标和指示灯,以确保高频通道的完好和通道故障的及时发现。
497.什么叫做频拍现象?
答:高频保护收发信机是以单频制工作的,线路两侧收发信机的工作频率相同,任一侧收发信机不仅接受对侧送来的高频信号,同时也接受本侧发信机发送的高频信号。当收信回路输入端同时存在两侧高频信号时,若两侧高频信号幅值相近,相位相反,接受到的信号会很弱,甚至间断,收信输出会出现缺口,这一现象叫做频拍现象。
频拍现象会造成保护装置的误动。目前,多数收发信采用分时接收信号的方法消除频拍现象。
498.什么叫做分时接收法?
答:分时接收法是一种使本侧发送的高频信号和对侧发送的高频信号,由分时开关轮流送入收信回路的方法。使本侧收发信机在发信时,仅接受本侧信号,不接受对侧发送的高频信号;本侧停信时,收信回路接受对侧发送的高频信号。这样避免了两侧信号的频拍现象。
499.什么叫超外差接收方式?
答:高频收发信机的超外差接收方式是将不同工作频率的高频信号经过频率变换变成固定频率的中频信号再进行放大。其优点是:容易获得稳定的高增益;电平整定方便;有利于提高收信回路的阻带防卫度,减小滤波器产生的相位传输失真。
500.高频保护中母差跳闸的作用是什么?
答:当母线故障发生在电流互感器与断路器之间时,母线保护虽然正确动作,但故障点依然存在,依靠母线保护出口继电器动作停止该线路高频保护发信,让对侧断路器跳闸切除故障。
501.高频保护中跳闸位置继电器停信的作用是什么?
答:断路器跳闸位置继电器停信,是考虑当故障发生在本侧出口时,由接地或距离保护快速动作跳闸,而高频保护未来得及动作,故障已切除,并发出连续高频信号,闭锁了对侧高频保护,此时故障只能通过Ⅱ段带延时跳闸。为了克服这一缺陷,采用由跳闸位置继电器停信,使对侧自发自收,实现无延时跳闸。
502.纵联闭锁式保护在进行旁代操作时应注意什么?
答:对于切换收发信机的纵联保护,在旁代操作时,纵联功能可不退出运行。但应在旁代和恢复本断路器的操作中,首先检查后合断路器是否有电流;有电流流过时,方可切换收发信机,此时后合断路器的纵联功能在投入位置。切换后,应立即进行高频信道实验,信道正常时,再进行后面的操作;信道不正常时,应退出两侧有问题的纵联保护,及时查明原因,消除故障后再进行操作。
对于切换高频电缆的闭锁式纵联保护,在旁代和恢复本断路器的操作中,应在合旁路断路器前,退出线路两侧纵联功能;断开被代断路器后,进行纵联功能切换,信道测试正常后,方可投入两侧纵联保护。
503.什么叫电流相差高频保护?
答:电流相差高频保护是根据比较被保护线路两侧电流相位的原理构成,如图5-13所示。
图5-13(a)为线路内部故障的情况。规定电流由母线流向线路方向为正,此时,M、N端的电流方向都是正方向, 和 同相,保护应动作;
图5-13(b)为线路外部故障的情况。此时,M端的电流方向是正方向,N端的电流方向是反方向, 和 反相180°,保护不应动作。
504.什么是相差高频保护的闭锁角?
答:相差高频保护是靠判断线路两侧电流的相位来判断区内外故障的,由于系统两侧电动势的相位不同、系统阻抗角不同,以及信号的传输延时、互感器的转换误差等原因,使得用于相位比较的两侧电流在区内故障时,相差并非0°,而是有一定角度。因此在相差高频保护中,规定一闭锁角φ,当两侧电流相角差小于180°-φ时,相差高频保护动作。
505.双端电源线路的三相一次重合闸是如何配置的?
答:双端电源的线路,除在线路两侧均装设重合闸装置外,在线路一侧还装设检定线路无电压的继电器,另一侧装设检定电压同步的继电器。当线路故障,两侧断路器跳闸后,检定线路无电压的一侧的重合闸首先动作合闸:如重合不成功,断路器再次跳闸,此时,线路另一侧无压,检定电压同步的继电器不动作,该侧重合闸也不启动;如重合成功,线路检定电压同步的继电器动作后,该侧重合闸启动,断路器重合,线路恢复运行。
这样,检定线路无压的一侧断路器如重合不成功,就要两次切断短路电流,工作条件较恶劣,为了解决这个问题,通常在线路每侧都装设检定线路无电压的继电器和检定电压同步的继电器,定期切换,使两侧断路器轮流使用这两种检定方式,使两侧断路器工作的条件接近相同。
检定线路无压的重合闸一侧,当其断路器在正常运行情况下由于某种原因而跳闸时,由于对侧未跳闸,线路上有压,不能实现重合。为了解决这个问题,通常都是在检定无电压的一侧同时投入同步检定继电器。
506.什么是重合闸后加速保护?什么是重合闸前加速保护?
答:重合闸后加速保护是当线路发生故障时,首先按保护的动作时限,有选择的动作跳闸,而后重合闸动作使断路器合闸,同时启动后加速继电器,当重合于永久性故障时,使保护经加速回路迅速跳闸。重合闸后加速保护切除故障时间没有重合闸前加速快,重合成功率低,但保护有选择性,不会扩大停电范围。
重合闸前加速保护仅在靠近电源的线路上装设一套重合闸装置,当线路任一段发生故障时,由靠近电源的线路保护迅速跳闸,而后重合闸装置动作于合闸,如重合于永久故障,再由各线路保护逐段配合跳开故障线路。重合闸前加速保护切除故障速度快,但如重合闸拒动时,会扩大停电范围。
507.电容器放电原理构成的重合闸装置为什么只重合一次?
答:这种重合闸装置是利用电容器的短时放电和长时充电来保证一次重合的,即放一次电后,需15~25s才能充电,再次发出合闸脉冲,当重合于永久性故障时,保护再次切除故障,由于电容器充电不足,不进行第二次重合。另外,重合闸充电回路经开关合后位置控制,手合于故障时,因电容器未充电,也不会发重合令。
508.什么叫做单相重合闸方式?
答:在1lOkV及以上的大接地电流系统中,由于架空线路的线间距离较大,相间故障机会较少,单相接地的故障较多。若不允许采用快速非同期三相重合方式,而采用检同期重合闸,又因恢复供电的时间较长,满足不了系统稳定运行的要求时,可以采用单相重合闸方式:当线路单相接地故障时,保护动作只跳开故障相的断路器,然后进行单相重合。如果故障是暂时的,重合闸后,恢复三相供电;如果故障是永久的,系统不允许长期非全相运行时,重合后,保护动作跳开三相断路器,不再重合。
当采用单相重合闸时,如果发生相间短路,一般都跳开三相断路器,并不进行三相重合;如因任何其他原因断开三相断路器时,也不进行重合闸。
509.什么叫做综合重合闸方式?
答:单相重合闸和三相重合闸常常综合在一起考虑:当发生单相接地故障时,采用单相重合闸方式;发生多相相间短路时,采用三相重合闸方式。综合考虑这两种重合闸方式的装置称为综合重合闸装置。综合重合闸装置在实际应用中,一般都具有单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和直跳等四种方式的切换功能,十分灵活方便。
510.综合重合闸中为什么要设置故障判别元件?
答:综合重合闸的功能之一,是在单相接地故障时只跳开故障相进行单相重合。这就需要判别发生故障的性质,区分接地故,障和相间故障,利用发生故障时的零序分量可以区别这两种故障:发生单相接地短路时,故障判别元件动作,闭锁相问故障跳三相回路,而由选相元件选出故障相跳单相;发生两相接地短路时,故障判别元件同样动作,由选相元件选出故障的两相,再由三取二回路跳开三相;相间故障时没有零序分量,故障判别元件不动作,立即沟通三相跳闸回路。
511.在综合重合闸中,对选相元件的基本要求是什么?
答:(1) 在被保护线路范围内发生接地故障时,故障相选相元件必须可靠动作,并有足够的灵敏度;
(2) 在被保护线路范围内发生单相接地故障时,以及在切除故障后的非全相运行状态中,非故障相选相元件不应误动作;
(3) 选相元件的灵敏度和动作时间,不应影响线路主保护的功能;
(4) 个别选相元件拒动时,应能保证正确切除三相断路器。
512.在重合闸装置的使用中有哪些情况下需闭锁重合闸?
答:需闭锁重合闸的情况主要有:
(1) 停用重合闸时,直接闭锁重合闸。
(2) 手动跳闸,直接闭锁重合闸。
(3) 不经重合闸的保护跳闸时,闭锁重合闸。
(4) 使用单相重合闸方式,断路器三跳,用位置继电器触点闭锁重合闸;保护经综合重合闸三跳时,闭锁重合闸。
(5) 断路器气压或液压降低到不允许重合闸时,闭锁重合闸。
513.在综合重合闸中,通常采用两种重合闸时间,即“短延时”和“长延时”。这是为什么?
答:这是为了使单相重合闸和三相重合闸的重合时间可以分别整定。由于潜供电流的影响,单相重合闸的时间要比三相重合闸的时间长。另外,可以在高频保护投入或退出运行时,采用不同的重合闸时间。当高频保护投入时,重合闸投“短延时”;当高频保护退出时,重合闸投“长延时”。
514.双母线系统中电压切换的作用是什么?
答:对于双母线系统上所连接的电器元件,在两组母线分开运行时,为了保证其一次系统和二次系统的电压保持对应,以免发生保护或自动装置误动、拒动,要求保护及自动装置的二次电压回路随同主接线一起切换。用隔离开关的两个辅助触点并联后去启动切换中间继电器,实现电压回路的自动切换。
515.“四统一”的操作箱一般由哪些继电器组成?
答:(1) 监视断路器合闸回路的合闸位置继电器及监视断路器跳闸位置继电器;
(2) 防止断路器跳跃继电器;
(3) 手动合闸继电器;
(4) 压力监察和闭锁继电器;
(5) 手动跳闸继电器及三相跳闸继电器;
(6) 一次重合闸脉冲回路;
(7) 辅助中间继电器;
(8) 跳闸信号继电器及备用信号继电器。
516.跳闸位置继电器与合闸位置继电器有什么作用?
答:(1) 表示断路器的跳、合闸位置。对于分相操作箱,还可以表示分相的跳、合闸信号;
(2) 表示断路器位置的不对应或该断路器是否为非全相运行状态;
(3) 可以由跳闸位置继电器某相的触点去启动重合闸回路;
(4) 三相跳闸时启动高频停信;
(5) 单相重合闸方式时,闭锁三相重合闸;
(6) 发出控制回路断线信号和事故音响信号。
517.高压输电线路上并联电抗器的作用?
答:高压输电线路上并联电抗器的作用主要有以下几点:
(1) 补偿线路电容电流,削弱容升效应,减小线路末端工频电压的升高;
(2) 由于工频电压升高的幅值得到限制,操作过电压随之降低;
(3) 避免发电机带长线出现的自励磁;
(4) 减小潜供电流,有利于单相重合闸。
518.高压并联电抗器故障时。为什么要远方跳闸?
答:高压并联电抗器一般直接并接在线路上,没有专用的高压断路器,随高压线路而投退。因此当高压并联电抗器故障时,电抗器保护将本侧的线路断路器跳开,同时,必须送出遥切命令,让对侧开关跳闸,才能将故障切除。
为了提高远方直跳的可靠性,远方直跳保护必须有相应的就地判据。第三节 集成微机保护
519.CKJ--1型快速距离保护由哪些保护组成?
答:(1) 三段接地距离保护;
(2) 三段接地相间保护;
(3) 两段零序方向过流保护;
(4) 方向阻抗元件和零序方向元件组成的高频保护;
(5) 工频变化量距离保护。
520.CKF—1型快速距离保护由哪些保护组成?
答:(1) 工频变化量方向元件和零序方向元件组成的高频保沪;
(2) 工频变化量距离保护;
(3) 零序方向后备Ⅲ段过流保护。
521.在CKJ-1和CKF-1保护中为什么采用拉、合直流闭锁回路?
答:主要是为了防止在接电、失电过程中,由于电源建立和消失的暂态四过程不一致引起集成电路芯片工作输出状态不确定,造成保护误动作。
522.当CKJ-1和CKF-1保护发异常信号时,应检查什么?
答:(1) 首先检查装置直流电源插件的电源指示灯是否正常;
(2) 检查实验插件的“运行/实验”开关是否在运行位;
(3) 信号插件上的运行灯是否亮;
(4) 通过检查“检测插件”,找出报警的插件。
523.逆变稳压电源有什么优点?
答:逆变稳压电源的框图如图5—14所示。
逆变稳压电源通过逆变器,将直流输入电压转换为交流电压,然后经整流滤波重新变为直流低电压。这样减少了功率损耗,同时使装置与外部电源隔离,提高了装置的抗干扰能力。
524.微机保护硬件系统通常包括哪几个部分?
答:微机保护硬件系统通常包括以下4个部分:
(1) 数据处理单元,即微机主系统;
(2) 数据采集单元,即模拟量输入系统;
(3) 数字量输入/输出接口,即开关量输入输出系统;
(4) 通信接口。
525.什么叫采样、采样中断、采样率?
答:微机保护中,CPU通过模数转换器获得输入的电压、电流等模拟量的过程称为采样。它完成了输入连续模拟量到离散采样数字量的转换,一般通过采样中断来实现,即CPU设置一个定时中断,这个中断时间一到,CPU就执行采样过程,启动A/D转换,读取A/D转换结果。上述定时中断的时间间隔即采样问隔Ts,采样率fs=1/Ts。
526.微机保护硬件中RAM的作用是什么?
答:RAM用于存放采样数据和计算的中间结果、标志字等信息,一般也同时存放微机保护的动作报告信息等内容。对 RAM的读写操作非常方便,执行速度快,但装置失电后,RAM的原有数据、报告等内容消失,所以RAM不能存放定值等信息。
527.微机保护硬件中E2PRAM的作用是什么?
答:E2PRAM为电可擦写的只读存储器,在+5V工作电源下可重新写入新的内容,并且+5V工作电源消失后,内容不会丢失,所以常用于存放定值、重要参数等信息。
528.定值拨轮开关的作用与原理是什么?
答:拨轮开关通常用作保护定值选择开关,预先在保护中固化若干套不同工况下的保护定值,当运行工况改变时,只需通过拨轮开关将定值切换到对应的定值区即可。其原理图如图5-15所示,对应关系见表5-2。
表5-2 拨轮开关、对应关系表
529.什么情况下应该停用整套微机保护装置?
答:(1) 微机继电保护装置使用的交流电压、交流电流、开关量输人回路的工作;
(2) 开关量输出回路上工作,须将保护退出运行或须对微机装置进行操作时;
(3) 装置内部重要芯片或回路故障时;
(4) 继电保护人员输入定值时。
530.LFP一901A保护是如何配置的?
答:LFP一901A的保护功能由三个CPU实现:
CPU3作为通信管理机,负责三个CPU之间通信及人机对话,内设总启动元件,启动后开放出口继电器正电源。
CPUl内有方向纵联保护、工频变化量距离DZ和零序电流Ⅱ、零序电流Ⅲ。设有独自的启动原则。
CPU2内有后备距离和自动重合闸,也设有独自的启动原则。
531.简述人机对话管理模件的功能。
答:人机对话管理模件的功能如下:
(1) 设内设装置总启动元件,启动后开放出口继电器正电源;
(2) 责与CPUl、CPU2的通信完成装置的自检、报警、整定、打印和报告显示等功能;
(3) 责完成与具有控制功能的输入输出设备的连接。 ,
532.LFP一901A、902A保护中振荡闭锁元件有何特点?
答:LFP一901A、902A保护中振荡闭锁元件具有如下特点:
(1) 保留了传统的系统故障瞬时开放保护的特点,在保护装置启动后瞬时开放保护160ms,然后保护进入闭锁状态。
(2) 为解决振荡中再故障的保护开放问题,装置中引人了不对称故障开放元件和对称故障开放元件。
不对称故障开放元件的动作判据为: 。
对称故障开放元件的动作判据以振荡中心电压Uos=U1cosφ1为标准,(φ1是正序电流电压的夹角,U1为正序电压)
当-0.03Un<Uos<0.08Un时,延时150ms开放振荡闭锁;
当O.1Un<Uos<0.25 Un时,延时500ms开放振荡闭锁。
(3) 另外,在非全相运行时,测量非故障相相电流的差的工频变化量,超过一定的值时开放振荡闭锁。
533.LFP一901A、902A保护中的电压断线闭锁元件有何特点?
答:LFP一901A、902A保护中电压断线闭锁元件以如下方式买现:
在启动元件不动作,满足下列条件之一,延时1.25s启动断线闭锁。
(1) 三相电压向量和大于8V;
(2) 三相电压绝对值的和小于0.5Un,任一相有电流;
(3) 三相电压绝对值的和小于0.5Un,操作把手在合后位置,跳闸位置继电器不动作;
(4) 在三相电压恢复正常后,经10s延时恢复正常运行。
534.LFP一901A与LFP一902A保护装置有何区别?
答:LFP一901A与LFP一902A保护装置的区别有以下几点:
(1) LFP一901A纵联保护交流动作继电器为工频变化量方向继电器;LFP一902A纵联保护交流动作继电器为复合式超范围整定的距离元件。
(2) LFP一901A采用相电流差突变量选相元件;LFP一902A采用工作电压突变量选相元件。
(3) LFP一901ACPUl的启动元件采用相电流差突变量启动元件△Iφ;LFP一902ACPUl的启动元件采用相电流突变量启动元件△Iφ。
535.什么叫做工频变化量?
答:电力系统发生短路故障时,根据叠加原理,其短路电流、电压可分解为两部分计算,一部分为故障前的负荷状态,另一部分为故障产生的工频变化量电流和工频变化量电压,即短路分量。根据短路分量的分布特点,可以构成工频变化量距离和工频变化量方向等新型继电器。
536.LFP一901A、902A保护的运行注意事项是什么?
答:(1) 检查直流电源,CPU插件,信号插件上的OP灯应亮;
(2) 检查CPUl插件上的TV断线灯应不亮;
(3) 当重合闸投入时,检查插件上的重合闸充电灯应亮,管理板液晶上的CD应为“1”;
(4) 管理板上的定值“运行/修改”开关应置“运行”位置;
(5) 管理板上的定值区应拨到定值单上指定的定值区;
(6) 检查管理板上液晶显示的电压、电流、相角及时间应与实际一致。
537.在LFP一901A、902A管理板液晶上显示的跳闸报告,其每行代表的意思是什么?
答:当保护动作后,在管理板液晶上显示跳闸报告:
第一行显示的是系统故障保护启动元件动作的时刻。
第二行左边显示本保护最快动作元件的动作时间;右边显示本保护累计的动作报告次数,从00~99循环显示。
第三行显示本保护所有的动作元件。
第四行左边显示故障相别,右边显示故障点到保护安装处的距离。
538.LFP一901A保护如何变更定值区?
答:LFP一901A保护可在不同的定值区各存储一套定值,正常时仅有当前拨轮位置对应的定值区的定值投入运行。当需变更保护定值时,将定值拨轮改变至所需定值区,按“复位”键;装置正常运行后,按“↑”键进入主菜单,选择“PRINTREPORT”,按“确认”进入二级菜单;选择“SETITNG”,按“确认”键,打印定值;将打印出的定值与定值单核对无误后,该操作完成。
539.LFP一901A保护和收发信机的连接与传统保护有何不同?
答:LFP一901A保护中有完整的启动、停信、远方启动及每日交换信号操作的逻辑,收发信机只受保护控制,传送信号。应特别注意,不是利用和断路器的三相位置触点相串联接入收发信机的停信回路,收发信机远方启动应退出。LFP一901A保护和收发信机之间的连接采用单触点方式。
540.LFP一901A保护动作后应做些什么工作?
答:此时应做如下工作:
(1) 先按屏上打印按钮,打印有关的报告,包括定值、跳闸报告、自检报告、开关量状态等;
(2) 记录信号灯和管理板液晶显示的内容;
(3) 进入打印子菜单,打印有关的报告。
541.LFP一901A装置中的重合闸不能充电应如何检查?
答:此时应做如下检查:
(1) 保护装置应处于正常不启动状态;
(2) 根据LFP一901A的使用说明,调出CPU2的开关量检查菜单;
(3) 检查上述开关量是否正常;
(4) HK=1、TWJ=0、HYJ=0、BCH=0(HK指示合闸开关位置,HK=1指合闸开关处于合后位置;TWJ指示开关实际位置,TWJ=0指开关处于合闸状态;HYJ指示开关压力状态,HYJ=0指开关压力正常;BCH指示外部输入闭锁重合闸开入,BCH=0指外部无闭锁信号输人);
(5) 根据定值和说明书,检查CPU2定值中的重合闸内容,应使重合闸处于投入状态;
(6) 保护屏上的重合闸切换把手应不在停用位置。
542.LFP一900系列保护的重合闸装置,是如何实现手跳开关时重合闸放电的?
答:LFP一900系列保护装置判断手合位置,是通过操作箱 KKJ(合闸开关位置继电器)的磁保持作用,提供HK=l的手合判据,手动合闸后,KKJ处于磁保持动作状态,如图5-16所示。
手动跳闸时,跳闸信号同时使KKJ返回,这样HK=0,重合闸放电。
543.用于同一条线路的LFP一901A、902A装置中的重合闸可以同时投入,其原因是什么?
答:其原因如下:
(1) 两套保护中的重合闸在断路器跳开、电流为零时开始启动,加上时间元件精确,因此发合闸脉冲基本是相同的;
(2) 任何一套重合闸动作合闸,不但本身重合闸放电,未动作的那套重合闸在跳开相有电流时也放电,因此也不会发生二次重合。
544.LFP一901A、902A装置中的重合闸闭锁及沟通三跳回路有何特点?
答:(1) 重合闸单重方式下,开关三跳时,自动闭锁本装置重合闸。
(2) 操作箱TJR动作跳闸时闭锁重合闸。
(3) 本装置重合闸停用,操作把手在停用位置,仅退出本装置重合闸,沟通三跳回路并不接通,以确保另一套重合闸正常使用。此时,线路单相故障仍跳单相。如重合闸完全停用,必须投入沟通三跳连接片。
545.发生电压回路断线后,LFP一901A保护中有哪些保护要退出,哪些保护保留?
答:当电压回路断线后,退出的保护元件有:
(1) ΔF+元件的补偿阻抗元件;
(2) 零序方向元件;
(3) 零序Ⅱ段过流保护元件;
(4) 距离元件。
保留的元件有:
(1) 工频变化量距离元件ΔZ;
(2) 非断线相的ΔF方向元件;
(3) 不带方向的Ⅲ段过流元件;
(4) 自动投入一段电压回路断线后的零序过流和相电流过流元件。
546.简述LFP一941A保护装置中,双回线相继速动原理。
答:双回线相继速动保护是在保留阶段式保护的前提下,利用超范围距离元件构成末端故障相继速动,如图5-17所示,两条线路的Ⅲ段距离元件动作后,分别输出FXL闭锁信号给另一回线路保护装置,闭锁另一回线路的Ⅱ段相继速动保护。
例如:Ll线路末端故障,保护1、3的Ⅲ段距离元件都动作,保护1的Ⅱ段距离元件动作。两线路Ⅱ段相继速动保护均闭锁,这时保护2由距离I段跳开,保护3的Ⅲ段距离元件返回,
保护2的Ⅱ段相继速动保护由于收不到闭锁信号,经短延时后,立即动作跳闸。
由此可以看出,双回线相继速动保护的动作条件是:
(1) 距离Ⅱ段动作;
(2) 收到邻线的FXL闭锁信号,而后消失;
(3) 距离Ⅱ段经小延时不返回。
547.简述LFP一941A保护装置中,不对称相继速动原理。
答:如图5-18所示,N侧故障距离I段切除故障,由于三相跳闸,非故障相也被切除,M侧保护检测到任一相负荷电流消失,而Ⅱ段距离元件动作不返回,则不经Ⅱ段延时立即跳闸。
548.说明LFP一901A跳闸报告中的符号的意义。
答:在LFP一901A跳闸报告中所出现的符号分别表示如下意思:
(1) CPUl部分。
D++ 901纵联保护动作(突变量);
0++ 纵联保护动作(零序方向元件);
DZ 突变量距离元件动作;
L02L03 零序Ⅱ Ⅲ段;
CFl 合闸于故障加速;
HBl 后备元件动作;
LPT TV断线后,零序或相电流元件动作。
(2) CPU2部分。
Z1Z2Z3 距离ⅠⅡⅢ段;
P0 非全相运行再故障加速Ⅱ段距离;
CF2 合闸于故障加速;
HB 后备元件动作。
549.LFP一901A如何检查开关量?
答:在运行状态下,按“↑”键进入主菜单,选择“RELAY STATUS”,分别进人CPUl、CPU2子菜单,选择SWlTCH STATUS(开关量状态),按确认键,进入开关量检查,用“↑”、“↓”键逐个对所有的开关量状态和外部实际运行状态进行比较,结果应该一致。
550.11型微机线路保护中零序保护方向元件的3U0的取用原则是什么?
答:零序保护方向元件的3U0,在正常情况下(故障前,三相有压且电压向量和为0),均取自产3U0,即用相电压软件相加获得;如故障前三相电压向量和不为0或三相失压,则表明TV二次断线,这时,3U0取外接开口三角电压。装置开口三角电压的极性应接TV二次开口三角电压的极性,当新装置新投运后,第一次系统故障时,应核对3U0的采样值是否正确。
551.当线路故障时,ll型微机线路保护能提供哪些信息?
答:能打印出故障时刻、故障类型、故障点距保护安装处的距离、各保护的动作情况和时间顺序以及故障前20ms和故障后40ms的电压、电流的采样值。
552.11型微机保护装置在正常运行时打印BADDRV,有哪些原因?
答:11型微机保护装置在正常运行时打印BADDRV,一般有三种原因:
(1) 装置开出回路异常;
(2) 装置的反馈回路异常;
(3) 告警继电器未返回。
553.1l型微机保护装置打印SETERR。有哪些原因?
答:11型微机保护装置打印SETERR,一般有三种原因:
(1) 本保护拨轮开关对应的定值区空白;
(2) 本保护插件的2817芯片损坏;
(3) 拨轮开关接触不良或损坏。
554.在11型保护中,为什么要设三取二闭锁出口负电源?
答:当任一CPU插件因硬件损坏或其他意想不到的原因导致CPU插件工作紊乱,程序出格,程序不按原设计运行,保护插件CPU有可能既驱动启动继电器,也驱动出口继电器,导致保护误跳闸。采取三取二闭锁出口负电源,当仅一个CPU插件出现上述情况,就不会导致出口误跳闸。而实际故障时,三个 CPU都会启动,开放出口回路。
555.11型保护中是怎样消除方向距离元件死区的?
答:11型保护中,为保证出口短路时,距离保护的方向性,采用了故障前电压与故障后电流比相的方法,以消除保护死区。
556.11型保护有几种工作状态?
答:有三种工作状态:
(1) 调试状态。运行方式开关置“调试”位置,按RST键,此状态为调试状态。此状态主要用于出口传动回路、检查键盘和拨轮开关等,此时数据采集系统不工作。
(2) 运行状态。运行方式开关置“运行”位置,此状态为运行状态,即正常工作状态。此状态下数据采集系统正常工作。
(3) 不对应状态。运行方式开关置“调试”位置,不按RST键,此状态为不对应状态。此状态数据采集系统正常工作,但不能跳闸。此状态用于零漂与刻度值的校验。