行状态和拟进行保护的异常或故障状态下，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来进行状态判别的物理量（例如通过被保护电力元件的电流大小等），称为故障量或起动量；②将反应故障量的一个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。
（1）故障量。用于继电保护状态判别的故障量，随被保护对象而异，也随所处电力系统的周围条件而异。使用得最为普遍的是工频电气量。而最基本的是通过电力元件的电流和所在母线的电压，以及由这些量演绎出来的其他量，如功率、相序量、阻抗、频率等，从而构成电流保护、电压保护、阻抗保护、频率保护等。例如，对于发电机，可以实现检测通过发电机绕组两端的电流是否大小相等、相位是否相反，来判定定子绕组是否发生了短路故障；对于变压器，也可以用同样的判据来实现绕组的短路故障保护，这种方式叫做电流差动保护，是电力元件最基本的一种保护方式；对于油浸绝缘变压器，可以用油中气体含量作为故障量，构成气体保护。线路继电保护的种类最多，例如在最简单的辐射形供电网络中，可以用反应被保护元件通过的电流显著增大而动作的过电流保护来实现线路保护：而在复杂电力网中，除电流大小外，还必须配以母线电压的变化进行综合判断，才能实现线路保护，而最为常用的是可以正确地反应故障点到继电保护装置安装处电气距离的距离保护。对于主要输电线路，还借助连接两侧变电所的通信通道相互传输继电保护信息，来实现对线路的保护。近年来，又开始研究利用故障初始过程暂态量作为判据的线路保护。对于电力系统安全自动装置，简单的例如以反应母线电压的频率绝对值下降或频率变化率为负来判断电力系统是否已开始走向频率崩溃；复杂的则在一个处所设立中心站，通过通信通道连续收集相关变电所的信息，进行综合判断，及时向相应变电所发出操作命令，以保证电力系统的安全运行。
1) （2）硬件结构。硬件结构又叫装置。硬件结构中，反应一个或多个故障量而动
作的继电器元件，组成逻辑回路的时间元件和扩展输出回路数的中间元件等，在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随着半导体器件的发展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和由半导体分立元件组成的装置。70年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到广泛运用。到80年代，微型机在安全自动装置和继电保护装置中逐渐应用。随着新技术新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断得到提高。目前，是多种硬件结构并存的时代。
13. 什么是继电保护和安全自动装置？P23
答：当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障或危
及其安全运行的事件时，需要向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所
控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力元件的，一般通称为继电保护装置；用于保护电力系统的，则通称为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行；电力系统安全自动装置则用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和中止已开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大系统事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。
14. 继电保护在电力系统中的任务是什么？P23
答：继电保护的基本任务是：
1) 当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中
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断开，以最大限度地减少电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特性要求（如保持电力系统的暂态稳定性能等）。 2) 反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。
15. 试分析各种不同类型短路时，电压各序对称分量的变化规律？P21
答：发生各种不同类型短路时，电压各序对称分量的变化规律如图1所示。
由图可见，正序电压是愈近故障点数值越小，负序电压和零序电压是愈近故障点数值越大；三相短路时，母线上正序电压下降得最厉害，两相接地短路次之，两相短路又次之，单相短路时正序电压下降最少。
16. 试分析非全相运行时，负序电流与负序电压、零序电流与零序电压之间的相位关系，画
出相量图，并讨论与电压互感器安装地点的关系。P21
答：设在图1（a）所示的电力系统中，A相断相。断相前A相负荷电流为ILAM，它滞后
于M侧A相母线电压UAM的相位角为φ，功率由M侧送向N侧，其电压、电流相量图如图1（b）所示。且假设M侧和N侧母线电压的相位一致，系统中各个元件的各序阻抗角都为90°
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1) 电压互感器接于线路上。当A相断开时，B相和C相的全电压与断相前相差不大，可以近似地认为与断相前的正常情况相同。如果忽略B相和C相对A相的电磁感应和静电感应影响，则A相线路电压等于零。A相电压的各序对称分量为
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UA1=1/3（UA+aUB +aUC）=1/3（0+aUB+a3aUB）
j120°
=2/3aUB=2/3UBe
2
UA2=1/3（UA +aUB+aUC）=1/3（0+ a2UB+a3a2UB）
（1） 2j60°
= 1/3（aUB+ UB）=1/3UBe－
U0=1/3（UA +UB+UC）=1/3（0+UB+a2UB）
=1/3（a2UB+ UB）=1/3UBe－j60°= UA2
由式（1）可见，当系统中各元件的各序阻抗角相等时，断相处A相电流的负序和零序对称分量都与断相前A相负荷电流的相位相反。根据这一结论和
｝
式（1），作出图1（c）所示的电流、电压向量图。
由图1（c）可见，送端（M侧）的负序和零序电流滞后于负序和零序电压
的相位角为φL；受端（N侧）的负序和零序电流超前于负序和零序电压的相位角为180°—φL。
2) 电压互感器接于母线上。在负序和零序网络中
UA2M=－IA2MjX2M=－jIA2MX2M=IA2MX2Me－j90° UA2N=－IA2NjX2N=－jIA2NX2N=IA2NX2NeU0M=－I0MjX0M=－jI0MX0M=I0MX0Me
－j90°
－j90°
｝
（2）
U0N=－I0NjX0N=－jI0NX0N=I0NX0Ne－j90°
式中 X2M、X0M——断相处M侧系统负序、零序电抗；
X2N、X0N——断相处N侧系统负序、零序电抗。
根据式（2）作出图1（d）所示的电流、电压向量图。
由图1（d）可见，送端（M侧）和受端（N侧）的负序和零序电流的相位都超前于负序和零序电压90°
17. 继电保护装置的四个基本要求之间的关系如何？在确定保护配置方案时，应怎样处理四
者的关系？
答：继电保护装置的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，即互相联系又互相矛盾。如
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快速性和选择性有矛盾；选择性与灵敏性有矛盾；可靠性与前三者也有矛盾。因此在考虑保护的四大基本要求时，必须从全局着眼。一般说来，在保证可靠性的前提下，首先要满足选择性，非选择性动作是绝对不允许的。但是为了保证选择性，有时可能使切除故障的时间延长，因而要影响到整个电力系统的安全稳定运行，这时就必须保证速动性而暂时放弃选择性，放弃选择性的部分可以用自动重合闸或备用电源自动投入或其它措施予以补救。
一套保护装置，在满足选择性的前提下，应有较高的灵敏度。然而有时为了保证
选择性往往需要适当地降低对灵敏度的要求。例如，有些保护在计算其动作值时，为了保证选择性，就需要考虑保护装置间灵敏度的配合，这往往要适当增加其动作值而降低其灵敏度。总之，在选择保护配置方案时，应根据电网的实际情况，经过全面分析和计算，正确地处理好四个基本要求间的关系。
18. 继电器一般怎样分类？试分别进行说明。P25
答：1）继电器按继电保护中的作用，可分为测量继电器和辅助继电器两大类。
① 测量继电器能直接反应电气量的变化，按所反应电气量的不同，又可分为电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、频率继电器以及差动继电器等。
② 辅助继电器可用来改进和完善保护的功能，其作用的不同，可分为中间继电器、时间继电器以及信号继电器等。
2）继电器按结构型式分类，目前主要有电磁型、感应型、整流型以及静态型。
19. 试述电磁型继电器的工作原理，按其结构型式可分为哪三种？P26
答：电磁型继电器一般由电磁铁、可动衔铁、线圈、触点、反作用弹簧和止挡等部分
构成。线圈通过电流时所产生的磁通，经过铁芯、空气隙和衔铁构成闭合回路。衔铁在电磁场的作用下被磁化，因而产生电磁转矩，如电磁转矩大于反作用弹簧
力矩及机械摩擦力时，则衔铁被吸向电磁铁磁极，使继电器触点闭合。
电磁型继电器按其结构的不同，可分为螺管线圈式、吸引线圈式和转动舌片
式等三种。螺管线圈式如时间继电器：吸引衔铁式如中间继电器、信号继电器；转动舌片式如电流、电压继电器等。
20. 整流型继电器由哪些回路构成？简述其工作原理。P26
答：整流型继电器一般由电压形成回路、整流滤波回路、比较回路和执行回路构成。
其工作原理是：电压形成回路把输入的交流电压或电流以及它们的相位，经
过小型中间变压器或电抗变压器转换成便于测量的电压，该电压经过整流滤波后
变成与交流量成正比的直流电压，然后送到比较回路进行比较，以确定继电器是否应该动作，最后由执行元件执行。
21. 简述绝对比较继电器中均压式比较回路的工作原理。P26
答：均压式比较回路如图1所示。由图可见，送入继电器的两个电量通过电压形成回
路转换成电压U1和U2后，再分别经单相全波整流，接到负载电阻R1和R2。执行元件KP是单线圈极性继电器，它所受的电压是|U1|和|U2|的差值，所以称为均压比较电路。Z1和Z2分别为两交流侧的等值阻抗，例如小变压器的阻抗和调节电阻等。R1和R2是为极性继电器线圈中的电流构成通路而设置的电阻。
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设U1为动作量，U2为制动量。当|U1|＞|U2|时，m点电位高于n点电位，比较回路中的电流Im是从m端流向n端，极性继电器KP动作；当|U1|＜|U2|时，m点电位低于n点电位，比较回路中的电流是从n端流向m端，极性继电器KP不动作。
22. 简述绝对值比较继电器中环流式比较回路的工作原理。P27
答：环流式比较回路如图1所示。
由图可见，用来进行比较的两个电量U1和U2，分别经过整流后，作为单线圈
极性继电器KP的电源，故称为环流式比较回路。设U1为动作量，U2为制动量。
当|U1|＞|U2|时， I1＞I2，极性继电器线圈中的合成电流Im= I1－I2为正值，Im从m端流入，n端流出，极性继电器KP动作；当|U1|＜|U2|时， I1＜I2，Im= I1－I2为负值，Im从n端流入，m端流出，极性继电器KP不动作。
23. 什么叫比幅器？简述比幅器的工作原理。P28
答：反应两个电气量之间幅值大小的继电器称为幅值比较继电器，简称比幅器。 比幅器的动作仅决定于被比较的两个电气量的幅值之比，而与它们的相位无
关。这两个量可以是电流、电压，也可以是它们的复合量。用X、Y表示这两个电气量，并规定Y使继电器趋向于动作的，X是使继电器趋向于不动作的（制动的）则继电器的理想动作条件为
Y/X ≥ Kb （1）
式中 Y，X—— 分别为相量Y和X的幅值； Kb —— 制动系数，是常数。
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