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安全 电力 农电 用电 开展 2009 农安 全员

电力系统继电保护基础知识

作者:电力资料网     文章来源:网站原创    更新时间:2010年09月07日     
内容预览

电力系统继电保护、安全自动装置及通信、自动化

1、简述继电保护的基本原理和构成方式
   答:继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置将包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。
2、电力系统对继电保护的基本要求是什么?
答:继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。这四“性”之间紧密联系,既矛盾又统一。
(1) 可靠性是指保护该动作时应可靠动作,不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。
(2) 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障,当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时,才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。
为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件(如起动与跳闸元件或闭锁与动作元件)的选择性,其灵敏系数及动作时间,在一般情况下应相互配合。
(3) 灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时,保护装置应具有必要的灵敏系数,各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。
选择性和灵敏性的要求,通过继电保护的整定实现。
(4) 速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障,其目的是提高系统稳定性,减轻故障设备和线路的损坏程度,缩小故障波及范围,提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和开关跳闸时间等方面入手来提高速动性。
3、简述220千伏及以上电网继电保护整定计算的基本原则和规定
答:(1)对于220千伏及以上电压电网的线路继电保护一般都采用近后备原则。当故障元件的一套继电保护装置拒动时,由相互独立的另一套继电保护装置动作切除故障,而当断路器拒绝动作时,起动断路器失灵保护,断开与故障元件相连的所有其他联接电源的断路器。
(2)对瞬时动作的保护或保护的瞬时段,其整定值应保证在被保护元件外部故障时,可靠不动作,但单元或线路变压器组(包括一条线路带两台终端变压器)的情况除外。
(3)上、下级继电保护的整定,一般应遵循逐级配合的原则,满足选择性的要求。即在下一级元件故障时,故障元件的继电保护必须在灵敏度和动作时间上均能同时与上一级元件的继电保护取得配合,以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。
(4)继电保护整定计算应按正常运行方式为依据。所谓正常运行方式是指常见的运行方式和被保护设备相邻近的一回线或一个元件检修的正常检修运行方式。对特殊运行方式,可以按专用的运行规程或者依据当时实际情况临时处理。
(5)变压器中性点接地运行方式的安排,应尽量保持变电所零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因,使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时,根据当时实际情况临时处理。
(6)故障类型的选择以单一设备的常见故障为依据,一般以简单故障进行保护装置的整定计算。
(7)灵敏度按正常运行方式下的不利故障类型进行校验,保护在对侧断路器跳闸前和跳闸后均能满足规定的灵敏度要求。对于纵联保护,在被保护线路末端发生金属性故障时,应有足够的灵敏度(灵敏度应大于2)。
4、什么是“远后备”?什么是“近后备”?
   答:“远后备”是指当元件故障而其保护装置或开关拒绝动作时,由各电源侧的相邻元件保护装置动作将故障切开;“近后备”,则用双重化配置方式加强元件本身的保护,使之在区内故障时,保护无拒绝动作的可能,同时装设开关失灵保护,以便当开关拒绝跳闸时起动它来切开同一变电所母线的高压开关,或遥切对侧开关。
5、线路纵联保护及特点是什么?
线路纵联保护是当线路发生故障时,使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置,是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。即两侧均将判别量借助通道传送到对侧,然后,两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此,判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。
(1)、方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向,以判断是线路内部故障还是外部故障。如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向,则当被保护线路外部故障时,总有一侧看到的是反方向。其特点是:
1)要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度;
2)必须采用双频制收发信机
(2)、相差高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁,两侧电流相位相反时保护动作跳闸。其特点是:
1)能反应全相状态下的各种对称和不对称故障,装置比较简单;
2)不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行;
3)不受电压回路断线的影响;
4)对收发信机及通道要求较高,在运行中两侧保护需要联调;
5)当通道或收发信机停用时,整个保护要退出运行,因此需要配备单独的后备保护。
(3)、高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护,增加相应的发信与收信设备,通过通道构成纵联距离保护。其特点是:
1)能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障;
2)仍保持后备保护的功能;
3)电压二次回路断线时保护将会误动,需采取断线闭锁措施,使保护退出运行。
6、纵联保护的通道可分为几种类型?
答:它可分为以下几种类型。
(1)电力线载波纵联保护(简称高频保护)。
(2)微波纵联保护(简称微波保护)。
(3)光纤纵联保护(简称光纤保护)。
(4)导引线纵联保护(简称导引线保护)。
7、纵联保护的信号有哪几种?
答:纵联保护的信号有以下三种。
(1)闭锁信号。顾名思义,它是阻止保护动作于跳闸的信号。换言之,无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和无闭锁信号两个条件时,保护才作用于跳闸。
(2)允许信号。顾名思义,它是允许保护动作于跳闸的信号。换言之,有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和有允许信号两个条件时,保护才动作于跳闸。
(3)跳闸信号。它是直接引起跳闸的信号。此时与保护元件是否动作无关,只要收到跳闸信号,保护就作用于跳闸,远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。
8、线路高频保护停用对重合闸的使用有什么影响?
答:当线路高频保护停用时,可能因以下两点原因影响线路重合闸的使用:
(1) 线路无高频保护运行,需由后备保护(延时段)切除线路故障,即不能快速切除故障,造成系统稳定极限下降,如果使用重合闸重合于永久性故障,对系统稳定运行则更为不利。
(2) 线路重合闸重合时间的整定是与线路高频保护配合的,如果线路高频保护停用,则造成线路后备延时段保护与重合闸重合时间不配,对瞬时故障亦可能重合不成功,对系统增加一次冲击。
9、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:我国常采用电力系统正常时高频通道无高频电流的工作方式。由于高频通道涉及两个厂站的设备,其中输电线路跨越几千米至几百千米的地区,经受着自然界气候的变化和风、霜、雨、雪、雷电的考验,以及高频通道上各加工设备和收发信机元件的老化和故障都会引起衰耗。高频通道上任何一个环节出问题,都会影响高频保护的正常运行。系统正常运行时,高频通道无高频电流,高频通道上的设备有问题也不易发现,因此每日由运行人员用起动按钮起动高频发信机向对侧发送高频信号,通过检测相应的电流、电压和收发信机上相应的指示灯来检查高频通道,以确保故障时保护装置的高频部分能可靠工作。
10、什么是零序保护?大电流接地系统中为什么要单独装设零序保护?
答:在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。三相星形接线的过电流保护虽然也能保护接地短路,但其灵敏度较低,保护时限较长。采用零序保护就可克服此不足,这是因为: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得较小,这有利于提高其灵敏度;②Y/△接线降压变压器,△侧以后的故障不会在Y侧反映出零序电流,所以零序保护的动作时限可以不必与该种变压器以后的线路保护相配合而取较短的动作时限。
11、零序电流保护在运行中需注意哪些问题?
答:零序电流保护在运行中需注意以下问题
(1)当电流回路断线时,可能造成保护误动作。这是一般较灵敏的保护的共同弱点,需要在运行中注意防止。就断线机率而言,它比距离保护电压回路断线的机率要小得多。如果确有必要,还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。
(2)当电力系统出现不对称运行时,也要出现零序电流,例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行,单相重合闸过程中的两相运行,三相重合闸和手动合闸时的三相断路器不同期,母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行情况下,由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流,以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流,特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下,可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等,都可能使零序电流保护起动。
(3)地理位置靠近的平行线路,当其中一条线路故障时,可能引起另一条线路出现感应零序电流,造成反方向侧零序方向继电器误动作。如确有此可能时,可以改用负序方向继电器,来防止上述方向继电器误判断。
(4)由于零序方向继电器交流回路平时没有零序电流和零序电压,回路断线不易被发现;当继电器零序电压取自电压互感器开口三角侧时,也不易用较直观的模拟方法检查其方向的正确性,因此较容易因交流回路有问题而使得在电网故障时造成保护拒绝动作和误动作。
12、零序电流保护为什么设置灵敏段和不灵敏段?
采用三相重合闸或综合重合闸的线路,为防止在三相合闸过程中三相触头不同期或单相重合过程的非全相运行状态中又产生振荡时零序电流保护误动作,常采用两个第一段组成的四段式保护。                                                                         
灵敏一段是按躲过被保护线路末端单相或两相接地短路时出现的最大零序电流整定的。其动作电流小,保护范围大,但在单相故障切除后的非全相运行状态下被闭锁。这时,如其他相再发生故障,则必须等重合闸重合以后,靠重合闸后加速跳闸。使跳闸时间长,可能引起系统相邻线路由于保护不配而越级跳闸。故增设一套不灵敏一段保护。不灵敏一段是按躲过非全相运行又产生振荡时出现的最大零序电流整定的。其动作电流大,能躲开上述非全相情况下的零序电流,两者都是瞬时动作的。
13、什么叫距离保护?距离保护的特点是什么?
答:距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置,其动作和选择性取决于本地测量参数(阻抗、电抗、方向)与设定的被保护区段参数的比较结果,而阻抗、电抗又与输电线的长度成正比,故名距离保护。
距离保护是主要用于输电线的保护,一般是三段或四段式。第一、二段带方向性,作本线段的主保护,其中第一段保护线路的80%~90%。第二段保护余下的10%~20%并作相邻母线的后备保护。第三段带方向或不带方向,有的还设有不带方向的第四段,作本线及相邻线段的后备保护。
整套距离保护包括故障起动、故障距离测量、相应的时间逻辑回路与电压回路断线闭锁,有的还配有振荡闭锁等基本环节以及对整套保护的连续监视等装置。有的接地距离保护还配备单独的选相元件。
14、距离保护有哪些闭锁装置各起什么作用
答:电压断线闭锁——电压互感器二次回路断线时,由于加到继电器的电压下降,好象短路故障一样,保护可能误动作,所以要加闭锁装置;
振荡闭锁——在系统发生故障出现负序分量时将保护开放(0.12—0.15秒),允许动作,然后再将保护解除工作,防止系统振荡时保护误动作。

15、电力系统振荡时,对继电保护装置有哪些影响?
答:电力系统振荡时,对继电保护装置的电流继电器、阻抗继电器有影响。
(1) 对电流继电器的影响。当振荡电流达到继电器的动作电流时,继电器动作;当振荡电流降低到继电器的返回电流时,继电器返回。因此电流速断保护肯定会误动作。一般情况下振荡周期较短,当保护装置的时限大于1.5秒时,就可能躲过振荡而不误动作。
(2) 对阻抗继电器的影响。周期性振荡时,电网中任一点的电压和流经线路的电流将随两侧电源电动势间相位角的变化而变化。振荡电流增大,电压下降,阻抗继电器可能动作;振荡电流减小,电压升高,阻抗继电器返回。如果阻抗继电器触点闭合的持续时间长,将造成保护装置误动作。
16、对自动重合闸装置有哪些基本要求?
答:有以下几个基本要求。
(1)在下列情况下,重合闸不应动作:
1)由值班人员手动跳闸或通过遥控装置跳闸时;
2)手动合闸,由于线路上有故障,而随即被保护跳闸时。
(2)除上述两种情况外,当断路器由继电保护动作或其它原因跳闸后,重合闸均应动作,使断路器重新合上。
(3)自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定,如一次重合闸就只应实现重合一次,不允许第二次重合。
(4)自动重合闸在动作以后,一般应能自动复归,准备好下一次故障跳闸的再重合。
(5)应能和继电保护配合实现前加速或后加速故障的切除。
(6)在双侧电源的线路上实现重合闸时,应考虑合闸时两侧电源间的同期问题,即能实现无压检定和同期检定。
(7)当断路器处于不正常状态(如气压或液压过低等)而不允许实现重合闸时,应自动地将自动重合闸闭锁。
(8)自动重合闸宜采用控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。
17、自动重合闸的启动方式有哪几种?各有什么特点?
答:自动重合闸有两种启动方式:断路器控制开关位置与断路器位置不对应启动方式和保护启动方式。
不对应启动方式的优点:简单可靠,还可以纠正断路器误碰或偷跳,可提高供电可靠性和系统运行的稳定性,在各级电网中具有良好运行效果,是所有重合闸的基本启动方式。其缺点是,当断路器辅助触点接触不良时,不对应启动方式将失效。
保护起动方式,是不对应启动方式的补充。同时,在单相重合闸过程中需要进行一些保护的闭锁,逻辑回路中需要对故障相实现选相固定等,也需要一个由保护启动的重合闸启动元件。其缺点:不能纠正断路器误动。
18、在检定同期和检定无压重合闸装置中为什么两侧都要装检定同期和检定无压继电器?
答:如果采用一侧投无电压检定,另一侧投同期检定这种接线方式。那么,在使用无电压检定的那一侧,当其断路器在正常运行情况下由于某种原因(如误碰、保护误动等)而跳闸时,由于对侧并未动作,因此线路上有电压,因而就不能实现重合,这是一个很大的缺陷。为了解决这个问题,通常都是在检定无压的一侧也同时投入同期检定继电器,两者的触点并联工作,这样就可以将误跳闸的断路器重新投入。为了保证两侧断路器的工作条件一样,在检定同期侧也装设无压检定继电器,通过切换后,根据具体情况使用。但应注意,一侧投入无压检定和同期检定继电器时,另一侧则只能投入同步检定继电器。否则,两侧同时实现无电压检定重合闸,将导致出现非同期合闸。在同期检定继电器触点回路中要串接检定线路有电压的触点。
19、高频保护接入母差跳闸停信的作用是什么? 
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,依靠母差跳闸停信去停止该线路高频保护发信,让对侧断路器切除故障。
20、220kV线路因故联络线变为终端馈线,其LFP-901A、LFP-901A微机保护应作如何调整?
LFP-901A、LFP-901A微机保护用在终端馈线时,受电侧的保护定值应按是单电源负荷端(RD)控制字整定,线路两侧保护按联络线方式投入,以便充分发挥保护的重合闸的功能,提高终端馈线的供电可靠性。
21、一条线路有两套微机保护,线路投单相重合闸方式,该两套微机保护重合闸应如何使用?
答:两套微机重合闸的把手均打在单重位置,合闸出口连片只投一套。如果将两套重合闸的合闸出口连片都投入,可能造成断路器短时内两次重合。
22、微机保护装置有几种工作状态?并对其进行简要说明。
答:有三种工作状态。
(1) 调试状态:运行方式开关置于“调试”位置,按RESET键,此状态为调试状态。主要用于传动出口回路、检验键盘和拨轮开关等,此时数据采集系统不工作。
(2) 运行状态:运行方式开关置于“运行”位置,此状态为运行状态,即保护投运时的状态。在此状态下,数据采集系统正常工作。
(3) 不对应状态:运行方式开关由“运行”位置打到“调试”位置,不按RESET键,此状态为不对应状态。在此状态下,数据采集系统能正常工作,但不能跳闸。

23、电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?
答:变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障,其主要类型有:各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。变压器外部故障系变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障,其主要类型有:绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接(通过外壳)短路,引出线之间发生的相间故障等。变压器的不正常工作状态主要包括:由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。
为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失,保证电力系统安全连续运行,变压器一般应装设以下继电保护装置。
(1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。
(2)防御变压器绕组和引出线多相短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护或电流速断保护。
(3)防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护(或复合电压起动的过电流保护、或负序过电流保护)。
(4)防御大电流接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。
(5)防御变压器对称过负荷的过负荷保护。
(6)防御变压器过励磁的过励磁保护。
24、变压器励磁涌流有哪些特点?目前差动保护中防止励磁涌流影响的方法有哪些?
答:励磁涌流有以下特点?
(1)包含有很大成分的非周期分量,往往使涌流偏于时间轴的一侧。
(2)包含有大量的高次谐波分量,并以二次谐波为主。
(3)励磁涌流波形之间出现间断。
防止励磁涌流影响的方法有:
(1)采用具有速饱和铁芯的差动继电器。
(2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的区别,要求间断角为60°~65°。
(3)利用二次谐波制动,制动比为15%~20%。
25、试述变压器瓦斯保护的基本工作原理?为什么差动保护不能代替瓦斯保护?
答:瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。
轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。
正常运行时,瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内,处于上浮位置,干簧触点断开。当变压器内部故障时,故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出,形成气泡上升,同时油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时,排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器,使油面下降,开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动,使干簧触点接通,发出信号。
当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体,使变压器内部压力突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移劝,使干簧触点接通,作用于跳闸。
瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障,包括铁芯过热烧伤、油面降低等,但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。
26、什么是变压器零序方向保护?有何作用?
答:变压器零序方向过流保护是在大电流接地系统中,防御变压器相邻元件(母线)接地时的零序电流保护,其方向是指向本侧母线。
它的作用是作为母线接地故障的后备,保护设有两级时限,以较短的时限跳闸母线或分段断路器,以较长时限跳开变压器本侧断路器。
27、发电机应装哪些保护?它们的作用是什么?
答:对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。
(1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。
(2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。
(3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。
(4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。
(5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。
(6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。
(7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。
(8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。
(9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。
(10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。
(11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。
28、大型发电机“为什么要装设匝间保护?匝间保护的构成通常有几种方式?
答:现代大型发电机的定子绕组,不可避免在定子同一槽的上、下层线棒会出现同相不同匝数的定子线棒,这就必然导致发电机定子绕组的匝间短路故障,为此大型发电机要装匝间保护。
匝间保护的构成通常有以下几种方式:
1)横差保护:当定子绕组出现并联分支且发电机中性点侧有六个引出头时采用。横差保护接线简单、动作可靠、灵敏度高。
2)零序电压原理的匝间保护:采用专门电压互感器测量发电机三个相电压不对称而生成的零序电压,该保护由于采用了三谐波制动故大大提高了保护的灵敏度与可靠性。
3)负序功率方向匝间保护:利用负序功方向判断是发电机内部不对称还是系统不对称故障,保护的灵敏度很高,近年来运行表明该保护在区外故障时发生误动必须增加动作延时,故限制了它的使用。
29、发电机为什么要装设定子绕组单相接地保护?
答:发电机是电力系统中最重要的设备之一,其外壳都进行安全接地。发电机定子绕组与铁芯间的绝缘破坏,就形成了定子单相接地故障,这是一种最常见的发电机故障。发生定子单相接地后,接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大能在故障点引起电弧时,将使定子绕组的绝缘和定子铁芯烧坏,也容易发展成危害更大的定了绕组相间或匝间短路,因此,应装设发电机定子绕组单相接地保护。
30、利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的特点及不足之处是什么?
答:利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的特点是:(1)简单、可靠;(2)设有三次谐波滤过器以降低不平衡电压;(3)由于与发电机有电联系的元件少,接地电流不大,适用于发电机--变压器组。利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的不足之处是:不能作为100%定子接地保护,有死区,死区范围5%~15%。
31、为什么现代大型发电机应装设100%的定子接地保护?
答:100MW以下发电机,应装设保护区不小于90%的定子接地保护;100MW及以上的发电机,应装设保护区为100%的定子接地保护。
发电机中性点附近是否可能首先发生接地故障,过去曾有过两种不同的观点,一种观点认为发电机定子绕组是全绝缘的(中性点和机端的绝缘水平相同),而中性点的运行电压很低,接地故障不可能首先在中性点附近发生。另一种观点则认为,如果定子绕组绝缘的破坏是由于机械的原因,例如水内冷发电机的漏水、冷却风扇的叶片断裂飞出,则完全不能排除发电机中性点附近发生接地故障的可能性。另外,如果中性点附近的绝缘水平已经下降,但尚未到达定子接地继电器检测出来的程度,这种情况具有很大的潜在危险性。因为一旦在机端又发生另一点接地故障,使中性点电位骤增至相电压,则中性点附近绝缘水平较低的部位,有可能在这个电压作用下发生击穿,故障立即转为严重的相间或匝间短路,我国一台大型水轮发电机,在定子接地保护的死区范围内发生接地故障,后发展为相间短路,致使发电机严重损坏。
鉴于现代大型发电机在电力系统中的重要地位及其制造工艺复杂、铁芯检修困难,故要求装设100%的定子接地保护,而且要求在中性点附近绝缘水平下降到一定程度时,保护就能动作。
32、为什么发电机要装设转子接地保护?
答:发电机励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一,励磁回路一点地故障,对发电机并未造成危害,但相继发生第二点接地,即转子两点接地时,由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体,并使磁励绕组电流增加可能因过热而烧伤;由于部分绕组被短接,使气隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还可使轴系和汽机磁化,两点接地故障的后果是严重的故必须装设转子接地保护。
33、大型汽轮发电机保护为什么要配置逆功率保护?
答:在汽轮发电机组上,当机炉控制装置动作关闭主汽门或由于调整控制回路故障而误关主汽门,在发电机断路器跳开前发电机将转为电动机运行。此时逆功率对发电机本身无害,但由于残留在汽轮机尾部的蒸汽与长叶片摩擦,会使叶片过热,所以逆功率运行不能超过3分钟,需装设逆功率保护。
34、为什么大型汽轮发电机要装设负序反时限过流保护?
答:电力系统发生不对称短路时,发电机定子绕组中就有负序电流,负序电流在转子产生倍频电流,造成转子局部灼伤、大型汽轮机由于它的尺寸较小耐受过热的性能差,允许过热的时间常数A=I22t值小,为保护发电机转子,需要采用能与发电机允许的负序电流相适应的反时限负序过流保护。
35、为什么现代大型发电机应装设非全相运行保护?
答:大型发电机--变压器组220KV及以上高压侧的断路器多为分相操作的断路器,常由于误操作或机械方面的原因使三相不能同时合闸或跳闸,或在正常运行中突然一相跳闸。这种异常工况,将在发电机--变压器组的发电机中流过负序电流,如果靠反应负序电流的反时限保护动作(对于联络变压器,要靠反应短路故障的后备保护动作),则会由于动作时间较长,而导致相邻线路对侧的保护动作,使故障范围扩大,甚至造成系统瓦斯事故。因此,对于大型发电机--变压器组,在220KV及以上电压侧为分相操作的断路器时,要求装设非全相运行保护。
36、什么是母线完全差动保护?什么是母线不完全差动保护?
答:(1)母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器按同名相、同极性连接到差动回路,电流互感器的特性与变比均应相同,若变比不能相同时,可采用补偿变流器进行补偿,满足ΣI=0。差动继电器的动作电流按下述条件计算、整定,取其最大值。
1)躲开外部短路时产生的不平衡电流。
2)躲开母线连接元件中,最大负荷支路的最大负荷电流,以防止电流二次回路断线时误动。
(2)母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器,接入差动回路,在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。因此在无电源元件上发生故障,它将动作。电流互感器不接入差动回路的无电源元件是电抗器或变压器。
37、试述中阻抗型快速母线保护的特点?
答:快速母线保护是带制动特性的中阻抗型母线差动保护,其选择元件是一个具有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器,解决了电流互感器饱和引起母线差动保护在区外故障时的误动问题。保护装置是以电流瞬时值测量、比较为基础的,母线内部故障时,保护装置的启动元件、选择元件能先于电流互感器饱和前动作,因此动作速度很快。保护装置的特点:
1)双母线并列运行,一条母线发生故障,在任何情况下保护装置均具有高度的选择性。
2)双母线并列运行,两线母线相继故障,保护装置能相继跳开两条母线上所有连接元件。
3)母线内部故障,保护装置整组动作时间不大于10ms。
4)双母线运行正常倒闸操作,保护装置可靠运行。
5)双母线倒闸操作过程中母线发生内部故障;若一条线路两组隔离开关同时跨接两组母线时,母线发生故障,保护装置能快速切除两组母线上所有连接元件,若一条线路两组隔离开关非同时跨接两组母线时,母线发生故障,保护装置仍具有高度的选择性。
6)母线外部故障,不管线路电流互感器饱和与否,保护装置匀可靠不误动作。
7)正常运行或倒闸操作时,若母线保护交流电流回路发生断线,保护装置经整定延时闭锁整套保护,并发出交流电流回路断线告警信号。
8)在采用同类断路器或断路器跳闸时间差异不大的变电所,保护装置能保证母线故障时母联断路器先跳开。
9)母联断路器的电流互感器与母联断路器之间的故障,由母线保护与断路器失灵保护相继跳开两组母线所有连接元件。
10)在500KV母线上,使用暂态型电流互感器,当双母线接线隔离开关双跨时,启动元件可不带制动特性。在220KV母线上,为防止双母线接线隔离开关双跨时保护误动,因此启动元件和选择元件一样均有比率制动特性。
38、在母线电流差动保护中,为什么要采用电压闭锁元件?如何实现?
答:为了防止差动继电器误动作或误碰出口中间继电器造成母线保护误动作,故采用电压闭锁元件。
电压闭锁元件利用接在每条母线上的电压互感器二次侧的低电压继电器和零序过电压继电器实现。三只低电压继电器反应各种相间短路故障,零序过电压继电器反应各种接地故障。
39、为什么设置母线充电保护?
答:母线差动保护应保证在一组母线或某一段母线合闸充电时,快速而有选择地断开有故障的母线。为了更可靠地切除被充电母线上的故障,在母联断路器或母线分段断路器上设置相电流或零序电流保护,作为母线充电保护。
母线充电保护接线简单,在定值上可保证高的灵敏度。在有条件的地方,该保护可以作为专用母线单独带新建线路充电的临时保护。
母线充电保护只在母线充电时投入,当充电良好后,应及时停用。
40、何谓断路器失灵保护?
答:当系统发生故障,故障元件的保护动作而其断路器操作失灵拒绝跳闸时,通过故障元件的保护作用于本变电站相邻断路器跳闸,有条件的还可以利用通道,使远端有关断路器同时跳闸的接线称为断路器失灵保护。断路器失灵保护是近后备中防治断路器拒动的一项有效措施。
41、试述断路器失灵保护的作用?
答:1)对带有母联断路器和分段断路器的母线要求断路器失灵保护应首先动作于断开母联断路器或分段断路器,然后动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有电源支路的断路器,同时还应考虑运行方式来选定跳闸方式。2)断路器失灵保护由故障元件的继电保护启动,手动跳开断路器时不可启动失灵保护。3)在启动失灵保护的回路中,除故障元件保护的触点外还应包括断路器失灵判别元件的触点,利用失灵分相判别元件来检测断路器失灵故障的存在。4)为从时间上判别断路器失灵故障的存在,失灵保护的动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保护返回时间之和。5)为防止失灵保护误动作,失灵保护回路中任一对触点闭合时,应使失灵保护不被误启动或引起误跳闸。6)断路器失灵保护应有负序、零序和低电压闭锁元件。对于变压器、发电机变压器组采用分相操作的断路器,允许只考虑单相拒动,应用零序电流代替相电流判别元件和电压闭锁元件。7)当变压器发生故障或不采用母线重合闸时,失灵保护动作后应闭锁各连接元件的重合闸回路,以防止对故障元件进行重合。8)当以旁路断路器代替某一连接元件的断路器时,失灵保护的启动回路可作相应的切换。9)当某一连接元件退出运行时,它的启动失灵保护的回路应同时退出工作,以防止试验时引起失灵保护的误动作。10)失灵保护动作应有专用信号表示。
42、3/2断路器的短引线保护起什么作用?
答:主接线采用3/2断器接线方式的一串断路器,当一串断路器中一条线路停用,则该线路侧的隔离开关将断开,此时保护用电压互感器也停用,线路主保护停用,因此该范围短引线故障,将没有快速保护切除故障。为此需设置短引线保护,即短引线纵联差动保护。在上述故障情况下,该保护可速动作切除故障。
当线路运行,线路侧隔离开关投入时,该短引线保护在线路侧故障时,将无选择地动作,因此必须将该短引线保护停用。一般可由线路侧隔离开关的辅助触点控制,在合闸时使短引线保护停用。
43、备用电源自动投入装置应符合什么要求?
答:备用电源自动投入装置应符合下列要求:
(1)应保证在工作电源或设备断开后,才投入备用电源或设备。
    (2)工作电源或设备上的电压,不论因任何原因消失时,自动投入装置均应动作。
(3)自动投入装置应保证只动作一次。
发电厂用备用电源自动投入装置,除上述的规定外,还应符合下列要求:
(1)当一个备用电源同时作为几个工作电源的备用时,如备用电源已代替一个工作电源后,另一工作电源又被断开,必要时,自动投入装置应仍能动作。
(2)有两个备用电源的情况下,当两个备用电源为两个彼此独立的备用系统时,应各装设独立的自动投入装置,当任一备用电源都能作为全厂各工作电源的备用时,自动投入装置应使任一备用电源都能对全厂各工作电源实行自动投入。
(3)自动投入装置,在条件可能时,可采用带有检定同期的快速切换方式,也可采用带有母线残压闭锁的慢速切换方式及长延时切换方式。
通常应校验备用电源和备用设备自动投入时过负荷的情况,以及电动机自启动的情况,如过负荷超过允许限度或不能保证自启动时,应有自动投入装置动作于自动减负荷。当自动投入装置动作时,如备用电源或设备投于故障,应使其保护加速动作。
44、简述电力系统通信网的子系统及其作用?
答:电力系统通信网的子系统为:
(1)调度通信子系统,该系统为电网调度服务。
(2)数据通信子系统,这个系统为调度自动化、继电保护、安全自动装置、计算机联网等各种数据传输提供通道。
(3)交换通信子系统,这个系统为电力生产、基建和管理部门之间的信息交换服务。
45、电网调度自动化系统由哪几部分组成?并简述各部分作用?
答:电网调度自动化系统,其基本结构包括控制中心、主站系统、厂站端(RTU)和信息通道三大部分。根据所完成功能的不同,可以将此系统划分为信息采集和执行子系统、信息传输子系统、信息处理子系统和人机联系子系统。信息采集和执行子系统的基本功能是在各发电厂、变电所采集各种表征电力系统运行状态的实时信息。
另外,此系统还负责接收和执行上级调度控制中心发出的操作、调节或控制命令。
信息传输子系统为信息采集和执行子系统和调度控制中心提供了信息交换的桥梁,其核心是数据通道,它经调制解调器与RTU及主站前置机相连。
信息处理子系统是整个调度自动化系统的核心,以电子计算机为主要组成部分。该子系统包含大量的直接面向电网调度、运行人员的计算机应用软件,完成对采集到的信息的各种处理及分析计算,乃至实现对电力设备的自动控制与操作。
人机联系子系统将传输到调度控制中心的各类信息进行加工处理,通过各种显示设备、打印设备和其他输出设备,为调度人员提供完整实用的电力系统实时信息。调度人员发出的遥控、遥调指令也通过此系统输入,传送给执行机构。
46、什么是自动发电控制(AGC)?
答:自动发电控制简称AGC(Automatic  Generation Control),它是能量管理系统(EMS)的重要组成部分。
按电网调度中心的控制目标将指令发送给有关发电厂或机组,通过电厂或机组的自动控制调节装置,实现对发电机功率的自动控制。

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