繼電保護課后答案

1、電力系統(tǒng)繼電保護課后習題答案1 緒 論1.1 電力系統(tǒng)如果沒有配備完善的繼電保護系統(tǒng)，想象一下 會出現(xiàn)什 么情景？答：現(xiàn) 代的電力系統(tǒng)離開完善的繼電保護系統(tǒng)是不能運行的。當 電力 系 統(tǒng) 發(fā) 生 故 障 時 ，電 源 至 故 障 點 之 間 的 電 力 設(shè) 備 中 將 流 過 很 大 的 短 路 電流，若 沒有完善的繼電保護系統(tǒng)將故障快速切除，則 會引起故障元 件和流過故障電流的其他電氣設(shè)備的損壞；當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時， 發(fā)電機端電壓降低造成發(fā)電機的輸入機械功率和輸出電磁功率的不 平衡，可能引起電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，甚 至引起電網(wǎng)的崩潰、造 成 人 身 傷 亡 。如 果 電 力 系 統(tǒng) 沒 有

2、 配 備 完 善 的 繼 電 保 護 系 統(tǒng) ，則 當 電 力 系 統(tǒng) 出現(xiàn) 不正 常 運 行時，不能及 時地 發(fā) 出 信號通 知 值班 人 員 進行 合 理的 處理。1.2 繼 電 保護 裝置 在電 力 系 統(tǒng)中所 起 的作 用 是 什么 ? 答:繼電保護裝置就是指能反應電力系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障或不正常運 行狀態(tài),并動作于 斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置.它的作用包 括 :1. 電 力 系 統(tǒng) 正 常 運 行 時 不 動 作 ;2. 電 力 系 統(tǒng) 部 正 常 運 行 時 發(fā) 報 警 信 號,通知值班人員 處理 ,使電力系統(tǒng)盡快恢復正常運行;3.電力系統(tǒng)故障 時,甄別出發(fā)生故 障的電力設(shè)備

3、,并向故障點與電源點之間、最靠近故 障點斷路器發(fā)出跳閘指令,將故障 部分與電網(wǎng)的其他部分隔離。1.3 繼電保護裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預定的保護功能,各環(huán)節(jié) 的 作用是什么?答:繼電保護裝置 一般通過測量比較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個部分完 成 預定 的保 護 功 能。測量 比較 環(huán)節(jié) 是 冊 來那個 被 保護 電 器 元件 的 物理 參量，并 與給定的值進行比較，根 據(jù)比較的結(jié)果，給出“ 是”、“非”、 “0”或“1”性質(zhì) 的一組邏輯信號，從而判別保護裝置是否應該啟動。 邏輯判斷環(huán)節(jié)是根據(jù)測量環(huán)節(jié)輸出的邏輯 信號，使保護裝置按一定的 邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應該使斷路器跳閘。

4、 執(zhí) 行輸 出環(huán) 節(jié) 是 根據(jù)邏 輯 部分 傳 來 的指 令 ，發(fā) 出 跳開 斷 路 器的 跳 閘脈 沖及相應的動作信息、發(fā)出警報或不動作。1.4 依據(jù)電力元件正常工 作、不正常工作和短路狀態(tài)下的電氣量復制 差異，已 經(jīng)構(gòu)成哪些原理的保護，這 些保護單靠保護整定值能求出保 護范圍內(nèi)任意點的故障嗎？ 答：利用流過被保護元件電流幅值的增大，構(gòu)成了過電流保護 ;利用短 路 時電 壓幅 值 的 降低，構(gòu)成 了低 電 壓 保護；利 用 電 壓幅 值 的異常 升 高 ， 構(gòu)成了過電壓保護；利 用測量阻抗的降低和阻抗角的變大，構(gòu) 成了低 阻抗保護。單靠保護增大值不能切除保護范圍內(nèi)任意 點的故障，因為當故障發(fā)

5、生 在 本 線 路 末 端 與 下 級 線 路 的 首 端 出 口 時 ，本 線 路 首 端 的 電 氣 量 差 別 不 大 。所 以 ，為 了 保 證 本線 路短 路時 能 快 速切除 而 下級 線 路 短路 時 不動 作，這種單靠整定值得保護只能保護線路的一部分。1.5 依據(jù)電力元件兩端電氣量在正常工作和短路狀態(tài)下的差 異，可以 構(gòu)成哪些原理的保護？答 ：利 用 電 力 元件 兩 端電流 的 差 別，可 以構(gòu) 成電 流差 動 保護；利 用電 力元件兩端電流相位的差別可以構(gòu)成電流 相位差動保護；利兩側(cè)功率 方 向 的 差 別 ，可 以 構(gòu) 成 縱 聯(lián) 方 向 比 較 式 保 護 ；利 用 兩

6、 側(cè) 測 量 阻 抗 的 大 小和方向的差別，可以構(gòu)成縱聯(lián)距離保護。1.6 如圖 1-1 所示，線 路上裝設(shè) 兩組電流互感器，線 路保護和母線保 護應各接哪組互感器？答：線路保護應接TA1，母線保護應接TA2。因為母線保護和線路保 護的保護區(qū)必須重疊， 使得任意點的故障都處于保護區(qū)內(nèi)。母線r V a線路TA1TA2圖1-1電流互感器選用示意圖1.7結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程的知識，說明加快繼電保護的動作時間， 為什么可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性？答：由電力系統(tǒng)分析知識可知，故障發(fā)生時發(fā)電機輸出的電磁功率減 小二機械功率基本不變，從而使發(fā)電機產(chǎn)生加速的不平衡功率。繼電 保護的動作時間越快，發(fā)電機加速時間越

7、短，功率角擺開幅度就越小， 月有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。由分析暫態(tài)穩(wěn)定性的等面積理論可知，繼電保護的動作速度越快， 故障持續(xù)的時間就越短，發(fā)電機的加速面積就約小，減速面積就越大， 發(fā)電機失去穩(wěn)定性的可能性就越小，即穩(wěn)定性得到了提高。1.8后備保護的作用是什么？闡述遠后備保護和近后備保護的優(yōu)缺點。答：后備保護的作用是在主保護因保護裝置拒動、保護回路中的其他 環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動等原因不能快速切除故障的情況下，迅速啟動 來切除故障。遠后備保護的優(yōu)點是：保護范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護 范圍，它能解決遠后備保護范圍內(nèi)所有故障元件由任何原因造成的不 能切除問題。遠后備保護的缺點是：（1）當多個電源向該電力

8、元件供電時， 需要在所有的電源側(cè)的上級元件處配置遠后備保護；（2 ）動作將切除 所有上級電源測的斷路器，造成事故擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中難以滿 足靈敏度的要求。 近后備保護的優(yōu)點是：（1）與主保護安裝在同一斷路器處，在 主保護 拒 動時 近后 備 保 護動作 ；（ 2）動 作時只 能 切除 主 保 護要 跳 開的斷 路 器 ， 不造成事故的擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中能 滿足靈敏度的要求。近 后 備 保 護 的 缺 點 是 ：變 電 所 直 流 系 統(tǒng) 故 障 時 可 能 與 主 保 護 同 時 失去作用，無法起到“后備”的作用；斷 路器失靈時無法 切除故障， 不能起到保護作用。1.9 從對繼電器

9、的“四性“ 要求及其間的矛盾，闡述繼電保護工作即 是理論性很強，又是工程實踐性很強的工作。答：繼電保護的可靠性、選 擇性、速動性和靈敏性四項要求之間即矛 盾又統(tǒng)一。繼 電保護的科學研究、設(shè) 計、制造和運行的大部分工作也 是圍繞如何處理好這四者的辯證統(tǒng)一關(guān)系進行的。電 力 系統(tǒng)繼 電 保 護即 是一門 理 論 性很 強，又 是工 程 實 踐性 很 強的 學科。首先繼電保護工作者要掌握電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的基本原理、 運 行特 性和 分 析 方法，特別要 掌握 電 力 系統(tǒng)故 障 時的 電 氣 量變 化 的規(guī) 律 和分 析方 法 ，通過 尋求 電力 系統(tǒng) 的 不 同運行 狀 態(tài)下 電 氣 量變 化

10、的特 點和差異來“甄別“ 故障或不正常狀態(tài)的原理和方法，應 用不同的原 理和判據(jù)實現(xiàn)繼電保護的基本方法，所以需要很強的理論性。由 于 被 保 護 的 電 力 系 統(tǒng) 及 其 相 關(guān) 的 電 氣 設(shè) 備 千 差 萬 別 ，故 障 時 電 氣 量 的 變 化 受 多 種 因 素 的 影 響 和 制 約 ，因 此 任 何 一 種 繼 電 保 護 原 理 或 裝置都不可能不加調(diào)整地應用于不同的電 氣設(shè)備或系統(tǒng)，而應根據(jù)實 際工程中設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對其繼電保護做出必要的調(diào)整。 相同原理的保護裝置在應用于電力系統(tǒng)不 同位置的元件上時，可能有 不 同的 配置 和 配 合；相 同的 電 力元件 在 電

11、 力系 統(tǒng)不 同位 置 安 裝時，可 能配置不同的繼電保護，這些均需要根據(jù)電力系統(tǒng)的工程實際，具 體 問題具體分析，所以繼電保護又具有很強的工程實踐性。2電流的電網(wǎng)保護2.1在過量（欠量）繼電器中，為什么要求其動作特性滿足“繼電特 性”？若不滿足，當加入繼電器的電量在動作值附近時將可能出現(xiàn)什 么情況？答：過量繼電器的繼電特性類似于電子電路中的“施密特特性“，如 圖2-1所示。當加入繼電器的動作電量（圖中的Ik ）大于其設(shè)定的動 作值（圖中的Iop）時，繼電器能夠突然動作；繼電器一旦動作以后， 即是輸入的電氣量減小至稍小于其動作值，繼電器也不會返回，只有 當加入繼電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值（

12、圖中的lre ）以后它才突 然返回。無論啟動還是返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可 能停留在某一個中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。為了保證繼電器可靠工作，其動作特性必須滿足繼電特性，否則 當加入繼電器的電氣量在動作值附近波動時，繼電器將不停地在動作 和返回兩個狀態(tài)之間切換，出現(xiàn)“抖動“現(xiàn)象，后續(xù)的電路將無法正 常工作。Eo> 116 2E _1534r>IiopJI2.2請列舉說明為實現(xiàn)“繼電特性”，電磁型、集成電路性、數(shù)字型 繼電器常分別采用那些技術(shù)？答：在過量動作的電磁型繼電器中，繼電器的動作條件是電磁力矩大 于彈簧的反拉力矩與摩擦力矩之和，當電磁力矩剛剛達到動作條件

13、 時，繼 電器的可動銜鐵開始轉(zhuǎn)動，磁路氣隙減小，在 外加電流（ 或電 壓）不變的情況下，電 磁力矩隨氣隙的減小而按平方關(guān)系增加，彈 簧 的 反拉 力矩 隨 氣 隙的減 小 而線 性 增 加，在 整個 動 作過 程 中 總的 剩 余力 矩為正值，銜鐵加速轉(zhuǎn)動，直 至銜鐵完全吸合，所以動作過程干脆利 落。繼電器的返回過程與之相反，返 回的條件變?yōu)樵陂]合位置時彈簧 的 反拉 力矩 大 于 電磁力 矩 與摩 擦 力 矩之 和 。當 電 磁力 矩 減 小到 啟 動返 回時，由于這時摩擦力矩反向，返 回的過程中，電磁力矩按平方關(guān)系 減 小，彈 簧 力 矩按 線 性關(guān)系 減 小 ，產(chǎn) 生 一個 返回 方向

14、的 剩余力 矩 ，因 此能夠加速返回，即返回的過程也是干脆利落的。所 以返回值一定小 于 動作 值， 繼 電 器有一 個 小于 1 的 返 回系數(shù) 。 這 樣就 獲得 了“ 繼 電 特 性 ”。在集成電路型繼電器中，“繼電特性”的 獲得是靠施密特觸發(fā)器實 現(xiàn)的，施密特觸發(fā)器的特性，就是繼電特性。在數(shù)字型繼電器中，“繼電特性”的 獲得是靠分別設(shè)定動作值和返 回值兩個不同的整定值而實現(xiàn)的。2.3 解釋“動作電流”和 “返回系數(shù)”，過電流繼電器的返回系數(shù)過 低或高各有何缺點？答：在過電流繼電器中，為 使繼電器啟動并閉合其觸點，就 必須增大 通過繼電器線圈的電流Ik,以增大電磁轉(zhuǎn)矩，能使繼電器動作的最

15、小 電流稱之為動作電流 Iop。在繼電器動作之后， 為使它重新返回原位， 就必須減小電流以減 小電磁力矩，能使繼電器返回原位的最大電流稱之為繼電器的返回電 流 I re 。過電流繼電器返回系數(shù)過小時， 在相同的動作電流下起返回值較 小。一旦動作以后要使繼電器返回，過 電流繼電器的電流就必須小于 返回電流，真陽在外故障切除后負荷電流的作用下繼電器可能不會返 回，最終導致誤動跳閘；而 返回系數(shù)過高時，動作電流惡和返回電流 很接近，不能保證可靠動作，輸 入電流正好在動作值附近時，可 能回 出現(xiàn)“抖動”現(xiàn)象，使后續(xù)電路無法正常工作。繼電器的動作電流、返回電流和返回系數(shù)都可能根據(jù)要求進行設(shè) 定。2.4

16、在電流保護的整定計算中，為什么要引入可靠系數(shù)，其 值考慮哪 些因素后確定？答 ：引 入 可 靠 系 數(shù) 的 原 因 是 必 須 考 慮 實 際 存 在 的 各 種 誤 差 的 影 響 ，例 如：（1）實際的短路電流可能大于計算值；（2）對瞬時動作的保護還應考慮短路電流中非周期分量使總電流增 大的影響；（3）電流互感器存在誤差；（4）保護裝置中的短路繼電器的實際啟動電流可能小于整定值。 考慮必要的裕度，從最不利的情況出發(fā)，即 使同時存在著以上幾個因 素的影響，也 能保證在預定的保護范圍以外故障時，保 護裝置不誤動 作 ，因 而必 須 乘 以大于 1 的可 靠 系 數(shù)。2.5 說明電流速斷、限 時

17、電流速斷聯(lián)合工作時，依 靠什么環(huán)節(jié)保證保 護動作的選擇性？依靠什么環(huán)節(jié)保證保護動作的 靈敏度性和速動 性？答 ：電流 速斷保 護 的 動作 電流 必須 按 照 躲開本 線 路末 端 的 最大 短 路電 流來整定，即考電流整定值保證選擇性。這 樣，它將不能保護線路全 長，而只能保護線路全長的一部分，靈 敏度不夠。限時電流速斷的整 定 值低 于電 流 速 斷保護 的 動作 短 路 ，按躲開下 級 線路 電 流 速斷 保 護的 最 大 動 作 范 圍 來 整 定 ，提 高 了 保 護 動 作 的 靈 敏 性 ，但 是 為 了 保 證 下 級線路短路時不誤動，增加一個時限階段的延時，在下級線路故障時由

18、 下級的電流速斷保護切除故障，保證它的選擇性。電流速斷和限時電流速斷相配合保護線路全長，速斷范圍內(nèi)的故 障由速斷保護快速切除，速斷范圍外的故障則必須由限時電流速斷保 護切除。速斷保護的速動性好，但動作值高、靈敏性差；限時電流速 斷保護的動作值低、靈敏度高但需要0.30.6s 的延時才能動作。速 斷和限時速斷保護的配合，既保證了動作的靈敏性，也能夠滿足速動 性的要求。2.6為什么定時限過電流保護的靈敏度、動作時間需要同時逐級配合， 而電流速斷的靈敏度不需要逐級配合？答：定時限過電流保護的整定值按照大于本線路流過的最大負荷電流 整定，不但保護本線路的全長，而且保護相鄰線路的全長，可以起遠 后備保護

19、的作用。當遠處短路時，應當保證離故障點最近的過電流保 護最先動作，這就要求保護必須在靈敏度和動作時間上逐級配合，最 末端的過電流保護靈敏度最高、動作時間最短，每向上一級，動作時 間增加一個時間級差，動作電流也要逐級增加。否則，就有可能出現(xiàn) 越級跳閘、非選擇性動作現(xiàn)象的發(fā)生。由于電流速斷只保護本線路的 一部分，下一級線路故障時它根本不會動作，因而靈敏度不需要逐級 配合。2.7如圖2-2所示網(wǎng)絡(luò)，在位置1、2和3處裝有電流保護，系統(tǒng)參 數(shù)為：E 115 / .3kVXg1 15Xg2 10Xg3 10L2Lb c 50 km LK皿Krel=1.15d 30 kmD E 20 m ,線路阻抗 0.

20、4 /km ,KrelI B C.max300A I C D. max 200AId E.max60 kmL3 40 kmKrel =1.2、150 AKss一1 5re=0.85。試求:(1 )發(fā)電機元件最多三臺運行，最少一臺運行，線路最多三條運行,最少一條運行，請確定保護3在系統(tǒng)最大、最小運行方式下的等值阻 抗。(2) 整定保護1、2、3的電流速斷定值，并計算各自的最小保護范 圍。(3) 整定保護2、3的限時電流速斷定值，并校驗使其滿足靈敏度要 求(Ksen 1.2)(4) 整定保護1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流保 護動作時限為0.5s ,校驗保護1作后備用，保護2和3作遠

21、備用的 靈敏度。G1Atn tnBkCDEEL2Ss1EL3S圖2-2 簡單電網(wǎng)示意圖解：由已知可得 Xl1= Xl2=o.4 x60=24, Xl3=o.4 x40=16, XBC=0.4X50=20, Xcd=o.4 x30, Xde=0.4 X20=8(1 )經(jīng)分析可知，最大運行方式及阻抗最小時，則有三臺發(fā)電機運 行，線路L1L3全部運行，由題意G1 , G2連接在同一母線上，則Xs.min 二(Xg1| Xg2+ Xl1| Xl2)|( Xg3+ xL3)=(6+12)|(10+16)=10.6同理，最小運行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運行, 相應地有 Xs.max =

22、Xg1+ Xl1 =39BCDE圖2-3 等值電路(2 )對于保護1 ,其等值電路圖如圖2-3所示，母線E最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護1的最大短路電流為k .E. maxXs.min X BC XCD X DE1O.611；0 I 8 1-312kA相應的速斷定值為 薦1二 Krel X IkEmax=1.2 X1.312=1.57kAz 迥E 最小保護范圍計算公式為ISet= 2 ZsmaxZminLmin2_zIs.maxI set丄0.4=-85.9km即1處的電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區(qū) 對于保護2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運行方式下發(fā)生E三相短路流過保護2的

23、最大電流 "max二Xs.minXBC XCD =1.558kA相應 的速斷定值為 Iset2= Krel X Ik.D.max=1.2 X1.558=1.87kA最小保護范圍為Hs.maxI set.2丄0.4=-70.6km即2處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區(qū)。對于保護3等值電路如圖2-3所示，母線C在最大運行方式下發(fā)生E三相短路流過保護3的最大電流I= XsmnXBC =2.17kA相應的速斷定值為l；et.3二 K；el x ikc.max=1.2 x2.17=2.603kA2Zs.maxI set.30.4最小保護范圍為Lmin =-42.3km即3處的電流速斷

24、保護在最小運行方式下也沒有保護區(qū)。上述計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護在較小 運行發(fā)生下可能沒有保護區(qū)。un -1（3 ）整定保護2的限時電流速斷定值為 為二心=1.15 X1.57=1.806kA線路末段（即D處）最小運行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為_3EI = 2 X s.max X BC XcD =0.8098kA1 k.D .min所以保護2處的靈敏系數(shù) 穆二lSet =0.4484 即不滿足Ksen 1.2的要 求。同理，保護3的限時電流速斷定值為 Iset.3二Krel爲2=1.15 x1.87=2.151kA線路末段（即C處）最小運行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為

25、k .C.maxXs.maxXbc =0.9764kAk.C .min即不滿足Ksen 1.2的所以保護3處的靈敏系數(shù)set3 = 扁3 =0.4531要求 可見，由于運行方式變化太大，2、3處的限時電流速斷保護的靈敏 度都遠不能滿足要求。reKrelKssIL.max(4 )過電流整定值計算公式為皿setKreKreK川K Irel ssl D E.max所以有set.1re=304.5A皿 皿同理得 1 set.2=406A1 set.3=609A在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的計算公式為,3 E1 k .min2 Zs.maxZl所以有 IE.min =727.8A'

26、D.min =809.8A，C.min =974.51AI k.min所以由靈敏度公式Ksen= Iset可知，保護1作為近后備的靈敏度為1 E.mi n皿 皿 Kset1二Iset1 =2.391.5 滿足近后備保護靈敏度的要求；E.minK 皿Tm保護2作為遠后備的靈敏度為 set.2 = Iset.2 =1.791.2滿足最為遠后備保護靈敏度的要求；E.min一K mTm_一保護3作為遠后備的靈敏度為 set.3 = Iset.3 =1.331.2滿足最為遠后備保護靈敏度的要求。保護的動作時間為t=0.5+0.5=1stm+0.5=2s2.8當圖2.56中保護1的出口處在系統(tǒng)最小運行方式

27、下發(fā)生兩相短 路，保護按照題2.7配置和整定時，試問(1 )共有哪些保護元件啟動？(2 )所有保護工作正常，故障由何處的那個保護元件動作、多長時 間切除？（3）若 保護 1 的電流速斷保護拒動，故 障由何處的那個保護元件動 作、多長時間切除？（4）若 保 護 1 的斷路器拒動，故 障由何 處的那 個保護元件動作、多 長時間切除？答 : （ 1 ） 由 題 2.7 的 分 析 ， 保 護 1 出 口 處 （ 即 母 線 D 處 ） 短 路 時 的最小短路電流為 0.8098kA ，在量值上小于所有電流速斷 保護和限 時 電 流 速 斷 保 護 的 整 定 值 ，所 以 所 有 這 些 保 護 都

28、 不 會 啟 動 ；該 量 值 大 于 1、2、3 處過電流保護的定值，所以三處過電流保護均會啟動。（ 2）所有 保 護均正 常 的情 況 下 ，應有 1 處 的過 電流 以 1s 的延 時 切除 故障。（3）分析表明，按照本題給定的參數(shù)，1 處的速斷保護肯定不會動 作，2 處的限時電流速斷保護也不會動作，只能靠 1 處的過電流保護 動 作，延 時 1s 跳 閘；若斷路 器 拒 動，則應 由 2 處的 過 電流保 護 以 1.5s 的 延時 跳開 2 處 的斷 路 器。2.9 如 圖 2-4 所 示網(wǎng) 絡(luò) ，流過 保 護 1、2、3 的 最 大負 荷 電流分 別 為 400A 、 500A 、

29、 550A,KkK皿t皿 t皿t皿K ss=1.3 、 Kre=0.85 ， Krel =1.15 ， t1 =t2 =0.5s ，t3 =1.0s ，試計算： （ 1） 保護 4 的過 電 流定 值 ；（2） 保護 4 的過電流定值不變，保護 1 所在元件故障被切除，當返 回系數(shù)Kre低于何值時會造成保護4誤動？Ksen（3） K re =0.85時，保護 4 的靈敏系數(shù) =3.2 ，當 K re =0.7 時保護 4的靈敏系數(shù)降低到多少？B圖2-4系統(tǒng)示意圖解：過電流保護4的最大負荷電流為l4.max=400+500+550=1450A| 皿 KssK"set.44.max保護4

30、的過電流定值為Kre=2.55A皿 皿 皿 皿時限為 t4 =max ( tl , t2 , t3 ) + t =1.5s(2 )保護21切除故障后，流過保護4的最大負荷電流Iax =500+550=1050A=1.05kAI,在考慮電動機的自啟動出現(xiàn)的最大保護電流Iss.max= Kss，4.max =1.3 x 1.05=1.365kA,這個電流必須小于保護4的返回電流，否則1.5s以后保護4將誤切除。相應的要求1 ss.max < Ire= KJ囂=2.55 Kre,從而1.3652.55 Kre > 1.365 , Kre > 2.55 =0.535。當返回系數(shù)低于

31、0.535 時，會造 成保護誤動。Kse n.4(3 )保護4的靈敏系數(shù)k.B.minI set4k.B.min皿KrelKreKssI4.maxKre成正比，當Kre下降時靈敏系數(shù)下降,0.7Ksen二 0.853.2=2.6352.10 在中性點非直接接地系統(tǒng)中，當兩條上下、級線路安裝相間短 路的電流保護時，上級線路裝在A、C相商，二下級線路裝在A、B相上 ，有 何 優(yōu) 缺 點 ？ 當 兩 條 線 路 并 列 時 ，這 種 安 裝 方 式 有 何 優(yōu) 缺 點 ？ 以 上串、并兩種線路，若采用三相星形接線，有何不足？ 答 ：在 中 性 點 非直 接 接地系 統(tǒng) 中 ，允 許 單相 接地 時繼

32、 續(xù) 短時運 行 ，在 不同線路不同相別的兩點接地形成兩相短 路時，可以只切除一條故障 線路，另一條線路繼續(xù)運行。不 考慮同相的故障，兩線路故障組合共 有以下六種方式：（1A、2B ）、（ 1A、2C ）、（ 1B、2A ）、（ 1B、2C ）、（ 1C 、 2A ）、（ 1C 、 2B ）。當兩條上、下級 線路安裝相間短路電流保護時，上級線路裝在 A、 C相商，而下級裝在A、B相上時，將在（1A、2B ）、（ 1B、2A ）、（ 1C、 2A） 和 （1C、 2B） 四種情況下由下級線路保護切除故障， 即下級線路切除故障的幾率為 2/3; 當故障為（ 1A、 2C） 時， 將會由 上 級 線

33、 路保 護 切 除故障 ； 而當 故 障 為（ 1B 、 2C ） 時 ， 兩 條 線路均 不 會 切除 故障 ， 出 現(xiàn)保護 拒 動的 嚴 重 情況 。兩條線路并列時， 若兩條線路保護動作的延時一樣， 則在（ 1A、 2B）、（ 1C、 2A） 和 （ 1C、 2B） 三種情況下， 兩條線路被同時切除；而在（1A、2C）故障下，只能切除線路1 ;在（1B、2A ）故障下， 只能切除線路2 ;在（1B、2C）故障下，兩條線路均不會切除，即保 護拒動。若保護采用三相星形接線時， 需要三個電流互感器和四根二次電 纜，相 對來講是復雜不經(jīng)濟的。兩 條線路并列時，若發(fā)生不同相別的 接地短路時，兩套保護

34、均啟動，不必要切除兩條線路的機會就比較多。2.11 在雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護利用了短路時電氣量 的什么特征解決了僅利用電流幅值特征不能解決的問題？ 答：在 雙側(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)中，利用電流幅值特征不能保證保護動作的 選 擇 性 。方 向 性 電 流 保 護 利 用 短 路 時 功 率 方 向 的 特 征 ，當 短 路 功 率 由 母線流向線路時表明故障點在線路方向上， 是保護應該動作的方向， 允許保護動作。反之，不 允許保護動作。用短路時功率方向的特征解決了僅用電流幅值特征不能區(qū)分故障位置的問題，并且線路兩側(cè)的保 護只需按照單電源的配合方式整定配合即可滿足選擇性。2.12功率方向判別

35、元件實質(zhì)上是在判別什么？為什么會存在“死 區(qū)” ？什么時候要求它動作最靈敏？ 答：功率方向判別元件實質(zhì)是判別加入繼電器的電壓和電流之間的相 位* ，并且根據(jù)一定關(guān)系cos( < +a)是否大于0判別初短路功率的 方向。為了進行相位比較，需要加入繼電器的電壓、電流信號有一定 的幅值(在數(shù)字式保護中進行相量計算、在模擬式保護中形成方波), 且有最小的動作電壓和電流要求。當短路點越靠近母線時電壓越小， 在電壓小雨最小動作電壓時，就出現(xiàn)了電壓死區(qū)。在保護正方向發(fā)生 最常見故障時，功率方向判別元件應該動作最靈敏。2.13當教材中途2.29的功率方向判別元件用集成電路實現(xiàn)，分別畫 出 Ur Ur s

36、i n(100 t)irIr sin(100 t30 )和 UrUr sin(100 t) irlrSin(100 t 60 )時，各輸出電壓隨時間變化的波形；如果用數(shù)字式(微機)實現(xiàn)，寫出你的算法，并校 驗上述兩種情況下方向元件的動作情況。答：以內(nèi)角=30 °為例，畫出各點輸出電壓波形如圖2-5所示Ustust102030 t(ms)102030 t(ms)uuu 7牛u 7牛10510u 8牛Urej arg 動作最靈敏條件Ir臨界動作條Urejarg90件 Ir圖2-5各點電壓輸出波形圖可以看出，在內(nèi)角=30 °時第一種情況下動作最靈敏，第二種情 況元件處于臨界動作狀

37、態(tài)。數(shù)字式實現(xiàn)時，動作的判據(jù)可以表示為?Urej90 arg -?90Iro將第一種情況和第二種情況下的電壓、電流帶入該判據(jù)可以得到 情況1為動作最靈敏，而情況2處于臨界動作狀態(tài)的結(jié)論。2.14為了保證在正方向發(fā)生各種短路時功率判別元件都能動作，需要 確定接線方式及內(nèi)角，請給出90 °接線方式正方向短路時內(nèi)角的范圍答：(1)正方向發(fā)生三相短路時，有0 °a<90°正方向發(fā)生兩相短路，當短路點位于保護安裝處附近，短路阻抗Zd v Zs時，0 °a<90°當短路點遠離保護安裝處，且系統(tǒng)容量很大Zd >Zs 時,-30 °

38、<a<60° o綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當0 v <90 °時，使方向 繼電器在一切故障情況下都能動作的條件應為30 °a<60°。2.15 對于90 °接線方式、內(nèi)角為30 °的功率方向判別元件，在電力系 統(tǒng)正常負荷電流(功率因數(shù)在0.85 )下，分析功率方向判別元件的動 作情況。假定A相的功率方向元件出口與B相過電流元件出口串接， 而不是“按相連接”當反方向B、C兩相短路時，會出現(xiàn)什么情況？答：內(nèi)角為30 °的功率方向元件，最大靈敏角sen=-30 °，則動作范圍 為-120

39、< d <-60。由正常負荷電流的功率因數(shù)0.85可以得到d=arcta n0.85=31.79°，在動作范圍內(nèi)，根據(jù)功率元件出口與B相流過電流元件出口串接，當 反方向發(fā)生B、C兩相短路時，B相過電 流元件動作，由于該元件出口和A相功率方向元件串接，這樣就會啟 動時間繼電器，出現(xiàn)延時跳閘。因而電流元件和功率元件必須“按相 連接”2.16 系統(tǒng)和參數(shù)見題2.7 ,試完成：(1 )整定線路L3上不會4、5的電流速斷定值，并盡可能在一端加 裝方向元件。(2 )確定保護4、5、6、7、8、9處過電流的時間定值，并說明何處需要安裝方向元件(3)確定保護5、7、9限時電流速斷的電流定

40、值，并校驗靈敏度。答：整定保護5的電流速斷。保護4處的母線發(fā)生三相短路時，流過 保護5的短路電流為k4Xg3 XL3 =1016 二2.554A按此電流來整定，動作定值 心5二K；eiIk4=3.064kA在來看發(fā)電機1、2處于最大運行方式下保護5處母線三相短路時, 有s.min(Xg1 | Xg2 +XL1| Xl2)=181 k5保護5處的電流為EXs.min Xl3 =1.953kA遠小于按躲過保護4處母線三相短路求得的整定電流，所以保護5 不必安裝方向元件，僅靠定值就能保證方向故障時不誤動作?，F(xiàn)在整定保護4 ,保護4按躲過保護5處母線短路最大電流整定時， 定值為Iset-4= Irel

41、Ik5=2.34kA 當保護4處背側(cè)母線三相短路是，流過保護4的 電流為2.554kA，大于其整定值，所以不會誤動，必須加裝方向元件。（2）過電流保護按躲過最大負荷電流整定，其量值較小，保護靈敏 度很高，49任何一處保護正向及方向故障時，短路電流的量值都會 超過其整定值，所以每一處都應安裝方向元件。在均裝方向元件的情況下，4、6、8處的過電流保護的動作時間分別 與G3、G2和G1處的過電流保護時間相配合，在其動作延時的基礎(chǔ) 上增加一個時間級差；5、7、9處過電流保護的動作時間均與3處過 電流時間相配合，由題2.7可知，三處過電流保護的動作時間為2s， 所以5、7、9處過流保護的動作時間均應取2

42、.5s。（3）5處限時電流速斷保護定值應該與3、6、8處電流速斷保護的 定值相配合。與3處電流速斷保護的定值配合：3處電流速斷保護的定值為 爲3二Krel X I =2.603KA, L3支路對應的1Xg1 |Xg2Xl1|X20409分支系數(shù)的倒數(shù)為KbrXG1 | XG2X L1 | X 2XG3X L3與保護3配合時，5處限時電流速斷保護的定值為 I " k "1| "set.5relset.3Kbr=1.224kA與6處和8處電流速斷配合：若裝設(shè)方向元件，則6處電流速斷保 護應該按躲過母線A處三相短路的最大短路電流來整定，而母線A 三相短路時，發(fā)電機G1

43、, G2所提供的短路電流不會流過保護6 , 只有發(fā)電機G3的電流才流過保護6 ,所以其I段的整定值為iset.6IrelI k7K i ErelXG3 X L3 XL1 11 XL2 XL1 X L2 = 048kAXLi同理，裝設(shè)方向元件的情況下，8處保護的定值也為Iset.8=1.048kA。按與它們配合時，5處限時電流速斷保護的定值為身5 K九6 KrelIset.8=1.205kAI 口取三種情況的最大者，即 Iset.5 = 1.224kA校驗靈敏度：母線B兩相短路時，流過5處的最小短路電流為k .B.min2 Xg3Xl3 =2.211kA所以靈敏度為K 口sen.5k.B.min

44、心5 =1.834滿足要求 在6、8處不裝方向元件的情況下，它們速斷保護的定值還應安躲過 母線B三相短路時流過它們的最大短路電流來整定。母線B三相短路時流過6、8處的最大短路電流為k6.maxI k8.max 2Xg1|Xg2Xl1 |X2 =1.844kA這時其短路電流速斷保護的整定值變?yōu)樯饺?二set.8IrelIk6.max =2.26kAun -1所以5處限時電流保護的定值為1曲Krei I set.6 =2.599kAK H1 Ksen.5TU靈敏度為扁5 =0.85 故不滿足要求。2.17在中性點直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路后，試分析、總結(jié)：（1） 零序電壓、電流分量的分布規(guī)律；（

45、2）負序電壓、電流分量的分布規(guī)律; 正序電壓、電流分量的分布規(guī)律。答：（1）零序電壓故 障點處零序電壓最高，距故障點越遠零序電壓 越低，其分布取決于到大地間阻抗的大小。零序電流一一由 零序電壓 產(chǎn)生，由故障點經(jīng)線路流向大地，其分布主要取決于送電線路的零序 阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗，與電源點的數(shù)目和位置無關(guān)。 負序電壓故 障點處負序電壓最高，距故障點越遠負序電壓越 低，在發(fā)電機中性點上負序電壓為零。負序電流的分布取決于系統(tǒng)的 負序阻抗。正序電壓一一越靠近電源點正序電壓數(shù)值越高，越靠近 短路點正序電壓數(shù)值越低。正序電流的分布取決于系統(tǒng)的正序阻抗。2.18 比較不同的提取零序電壓方式的優(yōu)缺點

46、。答：（1 ）電磁式電壓互感器一般有三個繞組，一個一次繞組，兩個二 次繞組。在三相系統(tǒng)中，三個單相式電壓互感器的一次繞組接成星形 并將中性點接地，其兩個二次繞組一個按星形方式接線，另一個按開 口三角形接線，星形接線的繞組用來測量各相對地電壓及相間電壓， 開口三角形用來直接獲取系統(tǒng)的零序電壓。這種方式獲取零序電壓的 有地啊是簡單方便，精度較高，不需要額外的裝置或系統(tǒng);其缺點是開 口三角側(cè)正常無電壓，不便于對其進行監(jiān)視，該側(cè)出現(xiàn)斷線短路等故 障無法及時發(fā)現(xiàn)，輸出零序電壓的極性容易標錯，從而造成零序功率 方向繼電器不能正確工作。（2）采用三相五柱式互感器本身結(jié)構(gòu)比較復雜，主要應用于35kV 及以下電

47、壓等級的中低壓配電系統(tǒng)，其優(yōu)缺點與（1）的情況類似。（3）接于發(fā)電機中性點的電壓互感器，用一只電壓互感器即可取得三相系統(tǒng)的零序電壓，較為經(jīng)濟，但適用范圍小，同時不平衡電壓較 大，不夠靈敏。（4）保護內(nèi)部合成零序電壓的方式接線較為簡單，不容易出現(xiàn)接線 及極性的錯誤，其缺點是裝置內(nèi)部必須設(shè)置專門的模塊。傳統(tǒng)的機電式保護中通常米用（1 ）、（ 2 ）、（ 3）三種方式獲取零 序電壓；在數(shù)字式保護中，傾向于采用方式（4 ）;在一些特殊的場合, 也可以米用方式（3 ）。2.19 系統(tǒng)示意圖如圖2-6所示，發(fā)電機以發(fā)電機-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺全開，最小開機方式為兩側(cè)各開1臺，變壓器T5和

48、T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)為：E115 八3kVX1.G1X2.G1X1.G2 X2.G 2 =5X1.G3X2.G3 -X1.G4X2.G4 =8X1T1 X1.T4 =5X0.T1 X0.T4 =15X1.T5X1T 6 =15X0.T5X0.T6 =20LA B=60km, LB C =40km ，線 路阻抗 Z1=Z2=0.4Krel=1. 2 , Krel=1.15 。/km , Z°=1.2/km ,（1 ）畫出所有元件全運行時的三序等值網(wǎng)絡(luò)，并標注參數(shù)；（2 ）所有元件全保護時，計算母線B發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路時的零序電流分布；(3) 分別求出保護1、4零

49、序H段的最大、最小分支系數(shù)；(4) 分別求出保護1、4零序I、H段的定值，并校驗靈敏度；(5 )保護1、4零序I、H段是否需要安裝方向元件；(6 )保護1處裝有單相重合閘，所有元件全運行時發(fā)生系統(tǒng)振蕩, 整定保護1不靈敏I段定值。解：先求出線路的參數(shù)，即 Lab =60km , xab x2.ab =24, X°.AB =72Lbc =40km,Xj.BCX2.BC=16,Xo.BC=48,所有元件全運行是三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖如圖2-7所示。A正序等值圖(b)負序等值圖(c)零序等值圖圖2-7所有元件全運行時三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖(2 )下求出所有元件全運行時，B母線分別發(fā)生單相接地短路和

50、兩 相接地短路時的負荷序網(wǎng)等值圖。1)單相接地短路時，故障端口正序阻抗為(Xi.abX1.G1X1 T1 f|(Xi.BCXi.G3 Xi.t3)2"=(24+5)11(16+6.5)=12.67故障端口負序阻抗為Z 2 Z 1=12.67故障端口零序阻抗為Z o (學 X°.ab)| 警 |(學 Xo.bc)222=79.5|10|55.5=7.657則復合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。U|0|115/73I f 0故障端 口零序電流為 Z 1 Z 2 Z 012.67 12.67 7.657 =2.012kA在零序網(wǎng)中按照零序?qū)Ъ{進行分配零序電流從而得到此時流過保護I I

51、0.12579I 0 1 I f 01、4處的零序電流分別為 .0.130597=0.194kA0.20.0180180.130597 =0.278kA畫出零序電流分布圖如圖2-9所示.U fioiZ ,12.67Z 212.67'Z 07.6570.097 A單相接地短路復合序網(wǎng)等值圖圖2-9 單相接地短路零序電流分布圖2）兩相接地短路時，故障端口各序阻抗和單相接地短路時相同，即Z 1 Z 2 = 12.67Z 0 =7.657，則復合序網(wǎng)如圖2-10所示。12.67 7.657Z2|Zo= 12.67 7.675 =4.77 故障端口正序電流為IU fpI f 1Z 1 Z 2 |

52、Z 0 =3.808kA12.67I f 0故障端口零序電流為If0 =12.67 7.675 =2.373kA同樣地，流過保護1、4的零序電流分別為10.1 =0.299kA，l0.2=0.327kA 。從而得到如圖2-11所示的零序電流分布圖ZU fioi/Z 212.67X/Z 07.657V12.67圖2-10 兩相接地短路復合序網(wǎng)等值圖 接地短路零序電流分布圖(3)先求出保護1的分支系數(shù)Kl.b圖2-11 兩相當BC段發(fā)生接地故障，變壓器5、6有助增作用，如圖2-12所示1 BCMK1.b1 ABM1 A'BM1 ABMXX2對于X1，當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有X

53、1max 0.T1x當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時X1最小，有X1min =2 0.AB =79.5對于X2，當T5,T6只有一臺運行時X2最大，X2max=20 ;當T5,T6兩臺 全運行時X2最小，0.T1 X 0.ABX 2min =0因此保護1的最大分支系數(shù)KX1maxX2 min =9.7零序I段：根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過保護1的最大零 序電流為 Io/|.max=O.229kA故 I 段定值 爲二 K；ei 31。.皿=1.2 x3 X0.229=0.8244kA為求保護1的零序H段定值，應先求出保護3零序I段定值，設(shè)在母 線C處分別發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路，求出流過保

54、護3的最大零序電流，因此有X1.G1X1.T1X1.ABX1.bcX1.G3X1.T3Z 1 Z 2 =( 2)|(2)=5.68X。T1Z0 (號X0.ab)|HX0 T3X°.BC】| 尹222=6.63IU_L 115 / .3f 0 z z z單相接地短路時，有Z 1 Z 2 Z 3 = 5.86 5.86 6.63=3.69kA從而求得流過保護3的電流為l0.3=O.43kA5.86 6.63連相接地短路時，有Z 2 |Z 0= 5.86 663=3.06U f|0|I f 1零序電流正序電流Z 1 Z 2 |Z 0 =7.6kAIf0 If1 IZ 2 Z 0 =3.5kA從而求得流過保護3的電流I0.3=0.408kA 這樣，流過保護3的最大零序電流I0"ax=0.43kA保護3的零序I段定值為曲二K打31=1.548kAI s；t.1Kei這樣，保護1的零序H段定值為K1.b.min111 15I set.31.548=4.975=0.358kA校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過保護1的最小零序電流“伽=0.194kAKre靈敏系數(shù)3lo.im