繼電保護(hù)第三章課后知識(shí)題目解析

1、3.2什么是保護(hù)安裝處的負(fù)荷阻抗、短路阻抗、系統(tǒng)等值阻抗?答：負(fù)荷阻抗是指在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)安裝處的電壓（近似為額定電壓）與電流（負(fù)荷電流）的比值。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電壓較高、電流較小、功率因數(shù)較高（即電壓與電流之間的相位差較?。?fù)荷阻抗的特點(diǎn)是量值較大，在阻抗復(fù)平面上與R軸之間的夾角較小。短路阻抗是指在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)安裝處的電壓變?yōu)槟妇€殘余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏?，此時(shí)測(cè)量電壓與測(cè)量電流的比值即為短路阻抗。短路阻抗即保護(hù)安裝處與短路點(diǎn)之間一段線路的阻抗，其值較小，阻抗角較大。系統(tǒng)等值阻抗：在單個(gè)電源供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護(hù)安裝處與背側(cè)電源點(diǎn)之間電力元件的阻抗和

2、；在多個(gè)電源點(diǎn)供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護(hù)安裝處斷路器斷開(kāi)的情況下，其所連接母線處的戴維南等值阻抗，即系統(tǒng)等值電動(dòng)勢(shì)與母線處短路電流的比值，一般通過(guò)等值、簡(jiǎn)化的方法求出。3.3什么是故障環(huán)路？相間短路與接地短路所構(gòu)成的故障環(huán)路的最明顯差別是什么?答：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障電流流通的通路稱為故障環(huán)路。相間短路與接地短路所構(gòu)成的故障環(huán)路的最明顯差別是:接地短路點(diǎn)故障環(huán)路為“相地”故障環(huán)路，即短路電流在故障相與大地之間流通；對(duì)于相間短路，故障環(huán)路為“相相”故障環(huán)路，即短路電流僅在故障相之間流通，不流向大地。3.4構(gòu)成距離保護(hù)為什么必須用各種環(huán)上的電壓、電流作為測(cè)量電壓和電流?答：在三相電力

3、系統(tǒng)中，任何一相的測(cè)量電壓與測(cè)量電流之比都能算出一個(gè)測(cè)量阻抗,但是只有故障環(huán)上的測(cè)量電壓、電流之間才滿足關(guān)系Um ImZm lmZkmZiLk，即由它們算出的測(cè)量阻抗才等于短路阻抗，才能夠正確反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離。用非故障環(huán)上的測(cè)量電壓與電流雖然也能算出一個(gè)測(cè)量阻抗，但它與故障距離之間沒(méi)有直接的關(guān)系，不能夠正確地反應(yīng)故障距離，所以不能構(gòu)成距離保護(hù)。3.10 解釋什么是阻抗繼電器的最靈敏角，為什么通常選定線路阻抗角為最靈敏角。答：當(dāng)測(cè)量阻抗角 Zm的阻抗角與正向整定阻抗Zsetl的阻抗角相等時(shí)，阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗最大，正好等于Zsetl，即Zop Zsetl，此時(shí)繼電器最為靈敏，所

4、以Zsetl的阻抗角又稱為最靈敏角。選定線路阻抗角為最靈敏角，是為了保證在線路發(fā)生金屬性短路點(diǎn)情況下，阻抗繼電器動(dòng)作最靈敏。3.15 以記憶電壓為參考的距離繼電器有什么特點(diǎn)？其初態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性有何差別？答：以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器可以消除所有故障點(diǎn)死區(qū)，尤其是克服出口三相對(duì)稱性短路時(shí)三相電壓都降為 0 而失去比較依據(jù)的不足；但其動(dòng)作性不能長(zhǎng)期保持。初態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性差別： （ 1）在傳統(tǒng)的模擬式距離保護(hù)中，記憶電壓是通過(guò)LC 諧振記憶回路獲得的， 由于回路電阻的存在，記憶量是逐漸衰減的， 故障一定時(shí)間后。記憶電壓將衰減至故障后的測(cè)量電壓。 所有由記憶回路產(chǎn)生的結(jié)論僅在故障剛剛發(fā)生、記

5、憶尚未消失時(shí)是成立的，因此稱之為初態(tài)特性； （ 2）數(shù)字式保護(hù)中，記憶電壓就是存放在存儲(chǔ)器中的故障前電壓的采樣值， 雖然不存在衰減問(wèn)題， 但故障發(fā)生一定時(shí)間后， 電源的電動(dòng)勢(shì)發(fā)生變化， 將不再等于故障前的記憶電壓， 再用故障前的記憶電壓作為參考電壓， 特性也將發(fā)生變化。所以記憶電壓僅能在故障后的一定時(shí)間內(nèi)使用，例如僅在I、 II 段中采用。3.18 圖 3 7 所示系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)變壓器組方式接入系統(tǒng)，最大開(kāi)機(jī)方式為臺(tái)機(jī)全開(kāi)，最小開(kāi)機(jī)方式為兩側(cè)各開(kāi) 1 臺(tái)機(jī)，變壓器 T5 和 T6 可能 2 臺(tái)也可能 1 臺(tái)運(yùn)行。其參數(shù)為：75G1,<-TVAE115/73kV ； X1.G1 X

6、2.G1X1.G2X2.G2 15X1.G3X1.TX1.T410, X0.TX0.T430La b 60km， Lb c 40km ；線路阻抗,X1.T5 X1.T620Zi Z2 0.4 /km , Z0T4C T3X2.G3 X1.G4 X2.G4 10 ,X0.T5 X0.T6401.2 /km，線路阻抗角均為，IA B.Lmax IC B.Lmax 300A，負(fù)荷功率因數(shù)角為 30 °； KsS0.75,變壓器均裝有快速差動(dòng)保護(hù)。試解答:1.2 ,Kre 1.2，K；0.85,(1)為了快速切除線路上的各種短路，線路A B、B C應(yīng)在何處配備三段式距離保護(hù)，各選用何種接線方

7、式？各選用何種動(dòng)作特性?答：應(yīng)在1、2、3、4處配備三段式距離保護(hù)；選用接地距離保護(hù)接線方式和相間距離保護(hù)接線方式;它們的I、II段選擇具有方向特性的距離保護(hù),III選用具有偏移特性的距離保護(hù)。(2)整定保護(hù)1 4的距離I段，并按照你選定的動(dòng)作特性,在一個(gè)阻抗復(fù)平面上畫(huà)出各保護(hù)的動(dòng)作區(qū)域。答：線路AB的正序阻抗Zab Z1LA B 0.46024線路BC的正序阻抗 Zbc Z1LB c 0.44016保護(hù)2的距離丨段ZSet1,2KrelZAB0.852420.4()保護(hù)4 的距離丨段 ZSet.3,4 KrelZBC0.851613.6()保護(hù)14距離保護(hù)在阻抗平面上的動(dòng)作區(qū)域如圖1所示，圓

8、周1、2、3、4分別對(duì)應(yīng)保護(hù)1、2、3、4距離I段的動(dòng)作特性。(3 )分別求出保護(hù)1、4接地距離II段的最大、最小分支系數(shù)。答：對(duì)保護(hù)1 :1)當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段配合時(shí),有 K1b.max 2.88，K1b.min侮2)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有K1b.max 2.88，K1b.min彳01對(duì)保護(hù)4 :、1)當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段配合時(shí),有 K4b.max 2.26，K4b.min 匸412)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有K4b.max 1.99 , K4b.min匸53詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)后面的附錄。(4 )分別求出保護(hù)1、4接地距離II、山段的定值及時(shí)限，并校驗(yàn)靈敏度

9、。答：保護(hù)1距離II段的整定：1 )整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇。(a)當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)，有ZsIet.1 VeCAB K1b.minZset3)0.75(24 1.59 13.6)34.218()(b)當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有Zset.1 VeCAB K1b.minZt) 0.75(242.01 20)必俶)Zt X1T5 X1.T620z'I2)靈敏度校驗(yàn)：Ksen -set 34218 1.43 1.25,滿足靈敏度要求。 ZAB 243)動(dòng)作時(shí)限：與相鄰保護(hù)3的I段配合，有屮t 0 0.5 0.5S，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配

10、合的要求。保護(hù)1距離III段的整定:1 )整定阻抗：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有ZL.min晉 190.53()“L.maxV3 0.3zset.iKrel ZL.minKSSKre cos( setL)取 Krel 0.83 , Kss 1.2 , Kre 1.2 和 set75 , L 30，于是Zlll0.83 190.53set11.2 1.2 cos(75 30 )2)靈敏度校驗(yàn):(a )本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)為ZIII5)眾聲 6.5 1.5(b)相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏系數(shù)為Ksen(1)zset.Z AB Kib.maxZnext1.2相鄰線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)。禾U

11、用問(wèn)題(3)中求靈敏系數(shù)的結(jié)論，只要令XBKXBC , XCK 0即可，所以有Klb 12X12.0 XAB0 3X56.0X12.1 Xaci1X56.0X34.0X56.0(1 BC 0 )(1" 56.0)X34.0X12.0XAB0當(dāng) X34.1，X56.0分別取最小值，而 X12.1、X34.O、X12.0分別取最大值時(shí)，K1b就取最大值，即當(dāng) X34.1min10, X56.0min20, X12.1max25, X34.0max30, X12.0max30,有 K1b.max1 20 230 72312 881204820(1 一)(1 )25403030307210Z

12、nextZbc 16()155.93Ksen(2)2.231.2ZAB K1b.maxZnext242.88 16相鄰變壓器末端短路時(shí)靈敏系數(shù)。此時(shí)K1b.max2.88 , Znext Zt20()Ksen(2)Z AB K1b.maxZnext155.93242.88 201.911.2Znext X1.T5 X1.T6 20所以靈敏度校驗(yàn)滿足要求。3)動(dòng)作時(shí)限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合，有t1IIIgH t 0.50.5 1s，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)和相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的配合要求。保護(hù)4距離II段的整定:1)整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇。(a)當(dāng)與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)I段相配合時(shí)

13、，有33.573(ZsIet4 Krel (ZbCK4b.minzset2)0.75(16 1.41 20.4)(b)當(dāng)與相鄰變壓器(爲(wèi) VerZBC K4b.minZt)0.75(16 1.53 20)34.95(Zt X1.T5 X1.T6 20所以取 Zj)et4 33.573(ZII2)靈敏度校驗(yàn)：Ksen -se4ZBC33.573162.11.253)動(dòng)作時(shí)限：與相鄰保護(hù) 2的I段配合，有它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。保護(hù)4距離III段的整定:1) 整定阻抗：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定,ZL.min fc 0H? 190.53()zsiet4ZL.

14、minKrel KSSKrecos( set 1)取 Krel 0.83，gs 1.2，1.2 和 set75，L 30于是2黑0.83 190.53 155.93()set4 1.2 1.2 cos(75 30 )2) 靈敏度校驗(yàn):(a )本線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)為ZIIIKsen(1)誥155.939.741.516(b)相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏系數(shù)為Ksen(2)Zset.41.2ZBC K4b.maxZnext相鄰線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)。經(jīng)分析可得K4b 1X34.01X56 2 1 X56.0XbC0 3 1X34.1 XaC1 X12.0X12.1(1 X AB0 )(156.0)X

15、12.0 X34.0 XBC0X56.0當(dāng) X12.1、X56.0、分別取最小值，而X34.1、X12.0、X34.0分別取最大值時(shí)，K4b就取最大值，即當(dāng)Xi2.imin12.5，X56.0min20， X34.1max20 ，X12.0max 30 ，X34.0max 30K4b.max1 20 230 483120(1 2040 L30 I12.512)(1 2.21Ksen(2)Zset.4155.93ZBC K4b.maxZnext 16 2.21 242.261.2ZnextZAB 24相鄰變壓器末端短路時(shí)靈敏系數(shù)。此時(shí)Ksen(2)Zset.4ZBC K4b.maxZnext15

16、5.9316 1.99 202.791.2Znext X1.T5 X1.T6 20 所以靈敏度校驗(yàn)滿足要求。3) 動(dòng)作時(shí)限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合有0.5 0.5 1S，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)和相鄰變壓器保護(hù)的配合要求。(5)當(dāng) AB線路中點(diǎn)處發(fā)生 BC兩相短路接地時(shí)，哪些地方的哪些測(cè)量元件動(dòng)作，請(qǐng)逐一列出。保護(hù)、斷路器正常工作情況下， 哪些保護(hù)的何段以什么時(shí)間跳開(kāi)了哪些斷路器將短路切除?答：當(dāng)AB線路中點(diǎn)處發(fā)生 BC兩相短路接地時(shí)，接地距離保護(hù)中：B相、C相的接地距離保護(hù)的測(cè)量元件動(dòng)作；相間距離保護(hù)中，B、C相間距離保護(hù)的測(cè)量元件動(dòng)作:保護(hù)、斷路器正常工作情況下，保護(hù)1的B,C相接地距離保護(hù)

17、I段、BC相間距離保護(hù)I段、保護(hù)2的B,C相的接地距離保護(hù)I段、BC相間距離保護(hù)I段，將在故障瞬間跳開(kāi)保護(hù)1 , 2處的斷路器，從而將短路切除。(6 )短路條件同(5)，若保護(hù)1的接地距離I段拒動(dòng)、保護(hù)2處斷路器拒動(dòng)，哪些保護(hù)以何時(shí)跳開(kāi)何斷路器將短路切除。答：保護(hù)1的相間距離I段將在故障瞬間跳開(kāi)保護(hù)1處的斷路器，保護(hù) 4的距離III段延時(shí)1s跳開(kāi)保護(hù)4處的斷路器。(7 )假定各保護(hù)回路正確動(dòng)作的概率為90 %，在(5)處的短路條件下，全系統(tǒng)中斷路器不被錯(cuò)誤切除任意一個(gè)的概率是多少？體會(huì)保護(hù)動(dòng)作可靠性應(yīng)要求到多高。答：假定保護(hù)1在發(fā)電廠側(cè)還有一套遠(yuǎn)后備保護(hù)，則線路 AB中點(diǎn)短路后應(yīng)該有 4個(gè)斷路

18、器的跳閘回路被 4套保護(hù)啟動(dòng)，如果各保護(hù)回路正確動(dòng)作的概率只有90%，則全系統(tǒng)中不被錯(cuò)誤切除任意一個(gè)斷路器的概率為P 0.9 0.9 0.9 0.9 0.6561.附錄：分支系數(shù)的計(jì)算題3.18保護(hù)1、4接地距離II段最大、最小分支系數(shù)計(jì)算。(1 )保護(hù)1的接地距離II段最大、最小分支系數(shù)計(jì)算。1)考慮與保護(hù)3的距離I段配合。由電力系統(tǒng)知識(shí)，不難看到11 Z AB1111 ZBK1I31 U12 ZAB2|12 ZBK2I32 U10 ZAB0I10 ZbkOOU K1U K2，式中，Ju、J12、J10 分Uko別為保護(hù)1處的正、負(fù)、零序電壓；Uk1、Jk2、UkO分別為故障處的正、負(fù)、零序

19、電壓;k1、Uk2、I11、i12、iIi0分別為保護(hù)1處的正、負(fù)、零序電流；1I31、I32、Iso分別為保護(hù)3處的正、ZBK1、ZbK2、負(fù)、零序電流；ZaB1、Z aB2、ZabO分別為線路A B的正、負(fù)、零序阻抗;zbko 分別為母線B到故障處之間線路的正、負(fù)、零序阻抗。所以保護(hù)1處的A相電壓UlA為U1A U11 U12 U1O (: ZAB1 ZAB2 ； ZBK1 ZBK2 )ZAB1(I11 I12) Z ABOI1o ZBK1(II31 I32)式中，KZBKO|3O UKAZAB1(I11 #2 l1o) (ZABO ZAB1)I1o ZBK1(i31(32 |30) (Z

20、BKOZAB1i1a 3KZAB1i1o ZBK1i|3A 3KZBK1i|3OG Z13Z1ZABO ZAB13ZAB1UKAZbko ZbK1 3(：zabo 1.2 lab ; Z133Zbki0.4 Lab ）（稱為零序電流補(bǔ)償系數(shù)）。在金屬性短路情況下，Uka0。故保護(hù)1處的測(cè)量阻抗Zim為z1mU1AZAB1i1ai1a 3KI1o3KZaB1|1o ZbK1|3a 3KZbK1|30i1aZAB1故由分支系數(shù)定義變得保護(hù)1的分支系數(shù)表達(dá)式，即K1b 3A 3K|30|1A 3K|1O因?yàn)樵谡?、?fù)序網(wǎng)中131I11， (32 i12 所以3KIK1b也Tia 3KI1oi3a 2I

21、3o|1a 2|1o30 (將 k2/3代入）13131130111112 3l1o3(-11)I103 111 1I211i1oI11松 3l30 1 jdqo I10)112 3l1o m(12 3I1130 11 1 ih 1I12310為表達(dá)方便，做如下符號(hào)規(guī)定:設(shè)母線A左方的G1、T1, G2、T2發(fā)變組等值阻抗為 X12 ,母線C右方的G3、T3， G4、T4發(fā)變組的等值阻抗為 X34，T5、T6變壓器組等值阻抗為 X56，故障處記為k。XCK1 X34.1在正、負(fù)序網(wǎng)中，不考慮 T5、T6，有111112X12.1 XaB1C；1BK134XcK1 X34.1f (分流公式)XC

22、KO X34.O在零序網(wǎng)中，考慮T5、T6，有X56.0I3O (X12.0 XabomZ；霊 XCKO X爲(wèi)"(分流公式)I10 X12.0 xA6.0 X56.o>3O (分流公式)因?yàn)樵诠收咸幇l(fā)生的是單相接地故障，所以故障處正、負(fù)、零序電流相等，即I|f1 If 2 l|fO所以有|30I10X12.0 Xabo 1X56.01111oK1bXCK1 X34.1X12.1 XAB1 XBC1 X34.12 XcK1 X34.13 X12.1 X34.1 XAC1X56.O2X12.0 XABO 3X12.0 XABO X56.0 (X12.0 XABO)/ X56.0 X

23、BCO X34.0X56.0X12.0 XaboX56.0XCKO X34.0Xl2.0 X56.0 Xabo (X12.0 Xabo)/ X56.0X34.0 XbcoX56.0XCKO X34.01X56.0(1 (Xbco Xcko)X12.1_(X AC1_XCK1) X34.0 XCKOXCKO X34.0)(1X56.0)X12.0 XABOXCK1 X34.1所以，當(dāng)X34.1、X56.0分別取最小值，而 X12.1、X34.O、X12.0分別取最大值時(shí)，K1b就取最大值；當(dāng)X34.1、X56.0分別取最大值，而X12.1、X34.O、X12.0分別取最小值時(shí)，K1b就取最小值。

24、即當(dāng)X34.1min10， X56.0min20， X12.1max25， X34.0max30X12.0max30時(shí)，有 K1b.max20 230 72311 -(1 0)(1125 37.6 L30 7.2'307.2 八10 2.42.88為)當(dāng) X34.1max20，X56.0max40， X12.1min12.5， X34.0min15， X12.0min15K1b.min140215 723時(shí)，有1 1 5914040 840(1 )(1 )112.5 37.6 '15 7.215 7.215 722)考慮與變壓器的速斷保護(hù)配合。不妨假設(shè)變壓器T5的負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障

25、，因其位于變壓器側(cè)，故發(fā)生單相接地故障時(shí), 整個(gè)系統(tǒng)中沒(méi)有零序電流。在金屬性短路條件下，得到U|11U12ZT51（I1141）ZAB1I11ZAB2I（12 ZT52（I12 I42）U10 0所以保護(hù)1處的A相電壓UlA為Ull0 ZAB1（I11 112）ZT51（11 I12I41I42）U1a U11 U12zAB1i1a zT51（i1a “4 a）所以保護(hù)1處的測(cè)量阻抗Zim為Z1m腫ZAB1 ZT51（1 世）ZabIia Zt51（i|ia I4A）iTA由分支系數(shù)定義便得保護(hù) 1的分支系數(shù)表達(dá)式K1b 1K1b 1!4AIrA i4a，所以有*1 L11401 I41110

26、I11X121 XAB1（ I40 I10 0，J41 IX34.1 XBC142,11（12）所以，當(dāng)X12.1取最大值,X34.1取最小值，K1b就取最大值；當(dāng)X12.1取最小值，X34.1取最大值，K1b就取最小值。即當(dāng)X12.1max25，X34.1min10有 K1b.max 11025 24 2.8816當(dāng) X12.1min12.5X34.1max20 時(shí)，有K1b.min霽 2.01(2)保護(hù)4的接地距離II段最大、最小分支系數(shù)計(jì)算。同保護(hù)I接地距離II段最大、最小分支系數(shù)計(jì)算一樣，所以可直接得到保護(hù) 4的分支系數(shù)。1)考慮與保護(hù)2的距離I段配合。由前述分析可得1K4b 12X34.0 XBC0 3 1X56.0X56.0(1 (XAB0 XAK0)(1X56.0)X34.1 (XaC1 Xak1) x12.0 x AK0X AK0 X12.0X34.0 XBC0XAK1 X12.1當(dāng)X12.1、X56.0分別取最小值，而X34.1、X12.0、X34.0分別取最大值時(shí)，K4b就取最大值;當(dāng)Xi2.1、X56.0分別取最大值，而X34.1、X12.0、X34.0分別取最小值時(shí)，K4b就取最小