電力系統(tǒng)繼電保護課后習題答案

電力系統(tǒng)繼電愛護課后習題答案

1緒論

1.1電力系統(tǒng)假如沒有裝備完善的繼電愛護系統(tǒng)，想象一下會出現(xiàn)什么情景？

答：現(xiàn)代的電力系統(tǒng)分開完善的繼電愛護系統(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，若沒有完善的繼電愛護系統(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)電機端電國等低造成發(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。假如電力系統(tǒng)沒有裝備完善的繼電愛護系統(tǒng)，則當電力系統(tǒng)出現(xiàn)

不正常運行時，不能剛好地發(fā)出信號通知值班人員進展合理的處理.

1.2繼電愛護裝置在電力系統(tǒng)中所起的作用是什么？

答:繼電愛護裝置就是指能反響電力系統(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.它的作用包括工電力系統(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)盡快慢

原正常運行3電力系統(tǒng)故障時，甄別動身生故障的電力設(shè)備,并向故障點及電源點之間、最靠近故障點斷路器發(fā)出跳閘指令，

將故障局部及電網(wǎng)的其他局部隔離。

1.3繼電愛護裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預定的愛護功能，各環(huán)節(jié)的作用是什么？

答:繼電愛護裝置一般通過測量比擬、邏輯推斷和執(zhí)行輸出三個局部完成預定的愛護功能。測量比擬環(huán)節(jié)是冊來那個被愛護

電器元件的物理參量，并及給定的值進展比擬，根據(jù)比擬的結(jié)果，給出"是"、"非"、"3"或"1"性質(zhì)的一組邏輯信號，

從而判別愛護裝置是否應(yīng)當啟動。邏輯推斷環(huán)節(jié)是根據(jù)測量環(huán)節(jié)輸出的邏輯信號，使愛護裝置按確定的邏輯關(guān)系斷定故障

的類型和范圍，最終確定是否應(yīng)當使斷路器跳,禮執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)是根據(jù)邏輯局部傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖

及相應(yīng)的動作信息、發(fā)出警報或不動作.

1.4根據(jù)電力元件正常工作、不正常工作和短珞狀態(tài)下的電氣量復制差異，已經(jīng)構(gòu)成哪些原理的愛護，這些愛護單靠愛護

整定值能求出愛護范圍內(nèi)隨意點的故障嗎？

答：利用流過被愛護元件電流幅值的增大,構(gòu)成了過電流愛護;利用短路時電壓幅值的降1氐，構(gòu)成了低電壓愛護；利用電壓

幅值的異樣上升，構(gòu)成了過電壓愛護；利用測量阻抗的降低和阻抗角的變大，構(gòu)成了低組抗愛護。

單靠愛護增大值不能切除愛護范圍內(nèi)隨意點的故障，因為當故障發(fā)生在本線路末端及下級線路的首端出口時，本線路首端

的電氣量差異不大.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，這種單靠整定值得愛護只能愛護

線路的一局部。

1.5根據(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)成哪些原理的愛護?

答：利用電力元件兩端電流的差異，可以構(gòu)雌流差動愛護；利用電力元件兩端電流相位的差異可以構(gòu)成電流相位差動愛

護；利兩側(cè)功率方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比擬式愛護；利用兩側(cè)測量阻抗的大小和方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)間隔

愛護.

1.6如圖1-1所示，線路上裝設(shè)兩組電流互感器，線路愛護和母線愛護應(yīng)各接哪組互感器？

答：線路愛護應(yīng)接TA1,母線愛護應(yīng)接TA2.因為母線愛護和線路愛護的愛護區(qū)必需重疊，使得隨意點的故障都處于愛護

區(qū)內(nèi).

圖1-1電流互感器選用示意圖

1.7結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程的學問，說明加快批電愛護的動作時間，為什么可以進步電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性？

答：由電力系統(tǒng)分析學問可知，故障發(fā)生時發(fā)電機輸出的電磁功率減小二機械功率根本不變，從而使發(fā)電機產(chǎn)生加速的不

平衡功率。繼電愛護的動作時間越快，發(fā)電機加速時間越短，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，繼電愛護的動作速度越快,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)定性得到了進步。

1.8后備愛護的作用是什么？闡述遠后備愛護和近后備愛護的優(yōu)缺點。

答：后備愛護的作用是在主愛護因愛護裝置畫)、愛護回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動等緣由不能快速切除故障的狀

況下，快速啟動來切除故障。

遠后備愛護的優(yōu)點是：愛護范圍覆蓋全部F級電力元件的主愛護范圍，它能解決遠后備愛護范圍內(nèi)全部故障元件由任

何緣由造成的不能切除問題。

遠后備愛護的缺點是：(1)當多個電源向該電力元件供電時，須要在全部的電源側(cè)的上級元件處配置遠后備愛護；(2)

動作將切除全部上級電源測的斷路器，造成事故擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中難以滿意靈敏度的要求。

近后備愛護的優(yōu)點是：（1）及主愛護安裝在同一斷路器處，在主愛護拒動時近后備愛護動作;（2）動作時只能切除主愛護

要阻肝的斷路器，不造成事故的擴大,（3）在高壓電網(wǎng)中能滿意靈敏度的要求。

近后備愛護的缺點是：變電所直流系統(tǒng)故障時可能及主爰護同時失去作用，無法起到"后備”的作用；斷路器失靈時

無法切除故障，不能起到愛護作用。

1.9從對繼電器的"四性”要求及其間的沖突，闡述繼電愛護工作即是理論性很強，又是工程理論性很強的工作.

答：繼電愛護的牢靠性、選擇性、速動性和靈敏性四項要求之間即沖突又統(tǒng)一。繼電愛護的科學探討、設(shè)計、制造和運行

的大局部工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統(tǒng)一關(guān)系進展的。

電力系統(tǒng)繼電愛護即是一門理論性很強，又是工程理論性很強的學科.首先繼電愛護工作者要駕馭電力系統(tǒng)、電氣設(shè)

備的根本原理、運行特性和分析方法，特殊要駕馭電力系統(tǒng)故障時的電氣量變更的規(guī)律和分析方法，通過尋求電力系統(tǒng)的

不同運行狀態(tài)下電氣量變更的特點和差異來"甄別"故障或不正常狀態(tài)的原理和方法，應(yīng)用不同的原理和判據(jù)實現(xiàn)繼電愛

護的根本方法，所以須要很強的理論性.

由于被愛護的電力系統(tǒng)及其相關(guān)的電氣設(shè)備千差萬別，故障時電氣量的變更受多種因素的影響和制約，因此任何一種

繼電愛護原理或裝置都不行能不加調(diào)整地應(yīng)用于不同的電氣設(shè)備或系統(tǒng)，而應(yīng)根據(jù)實際工程中設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀及參數(shù)，

對冢國電愛護做出必要的調(diào)整。一樣原理的愛護裝置在應(yīng)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協(xié)作；

一樣的電力元件在電力系統(tǒng)不同位置安裝時，可能配置不同的繼電愛護，這些均須要根據(jù)電力系統(tǒng)的工程實際，詳細問題

詳細分析，所以繼電爰護又具有很強的工程理論性。

2電流的電網(wǎng)愛護

2.1在過量（欠量）繼電器中，為什么要求其動作特性滿意"繼電特性"？若不滿意，當參加繼電器的電量在動作值旁邊

時將可能出現(xiàn)什么狀況？

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.當參加繼電器的動作電量（圖中的Ik）

大于其設(shè)定的動作值（圖中的/叩）時，繼電器可以突然動作；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，只有當參加繼電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值（圖中的I）以后它才突然返回。無論啟

rv

動還是返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不行能停留在某一個中間位置，這種特性稱為"繼電特性二

為了保證繼電器牢靠工作，其動作特性必需滿意繼電特性，否則當參加繼電器的電氣量在動作值旁邊波動時，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。

2.2清列舉說明為實現(xiàn)“繼電特性"，電磁型、集成電路性、數(shù)字型繼電器常分別采納那些技術(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及摩擦力矩之和，當電磁力矩剛剛

到達動作條件時，繼電器的可動銜鐵開場轉(zhuǎn)動，磁路氣隙減小，在外加電流（或電壓）不變的狀況下,電磁力矩隨氣隙的

減〃師按平方關(guān)系增加，彈簧的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個動作過程中怠的剩余力矩為正值，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。繼電器的返回過程及之相反，返回的條件變?yōu)樵陂]合位置時彈簧的反拉

力矩大于電磁力矩及摩擦力矩之和。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)生一個返回方向的剩余力矩,因此可以加速返回，即返回的過程也是干脆利

落的。所以返回值確定小于動作值，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說明"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，就必需增大通過繼電器線圈的電流1一以增大電磁轉(zhuǎn)矩，能使繼

電器動作的最小電流稱之為動作電流/叩?

在繼電器動作之后,為使它重新返回原位，就必需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/①。

過電流繼電器返回系數(shù)過小時，在一樣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

的電流就必需小于返回電流，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，不能保證牢靠動作，輸入電流正好在動作值旁邊時，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)要求進展設(shè)定.

2.4在電流爰護的整定計算中，為什么要引入牢靠系數(shù)，其值考慮哪些因素后確定？

答：引入牢靠系數(shù)的緣由是必需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)對瞬時動作的愛護還應(yīng)考慮短路電流中非周期重量使總電流增大的影響；

(3)電流互感器存在誤差；

(4)愛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，從最不利的狀況動身,即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預定的愛護范圍以外故障時，

愛護裝置不誤動作，因此必需乘以大于1的牢靠系數(shù)。

2.5說明電流速斷、限時電流速斷結(jié)合工作時，依靠什么環(huán)節(jié)保證愛護動作的選擇性？，衣靠什么環(huán)節(jié)保證愛護動作的靈敏

度^^口速動性?

答：電流速斷愛護的動作電流必需根據(jù)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

不能愛護線路全長，而只能愛護線路全長的一局部，靈敏度不夠。限時電流速斷的整定值低于電流速斷爰護的動作短路，

按斷下級線路電流速斷愛護的最大動作范圍來整定,進步了愛護動作的靈敏性，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下級的電流速斷愛護切除故障，保證它的選擇性。

電流速斷和限時電流速斷相協(xié)作愛護線路全長，速斷范圉內(nèi)的故障由速斷愛護快速切除，速斷范圉外的故障則必需由

限時電流速斷愛護切除。速斷愛護的速動性好，但動作值高、靈敏性差；限時電流速斷愛護的動作值低、靈敏度高但須要

0.3~0.6s的延時才能動作。速斷和限時速斷愛護的協(xié)作，既保證了動作的靈敏性，也可以滿意速動性的要求。

2.6為什么定時限過電流愛護的靈敏度、動作時間須要同時逐級協(xié)作，而電流速斷的靈敏度不須要逐級協(xié)作？

答：定時限過電流爰護的整定值根據(jù)大于本線路流過的最大負荷電流整定,不但爰護本線路的全長，而且愛護相鄰線路的

全長，可以起遠后備愛護的作用.當遠處短路時，應(yīng)當保證離故障點最近的過電流愛護最先動作，這就要求愛護必需在靈

敏圜口動作時間上逐級協(xié)作，最末端的過電流愛護靈敏度最高、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。由于電流速斷只愛護本線路的一局部,

下一級線路故障時它根本不會動作，因此靈敏度不須要逐級協(xié)作。

2.7如圖2-2所示網(wǎng)絡(luò)，在位置L2和3處裝有電流愛護，系統(tǒng)參數(shù)為：

E.=lT5/6kV，XG.=15Q、Xr2=10Q,=10Q,￡.=￡,=60km,L.=40km,

LB_C=5Qkm，Lc_n=30km，LD_E=20/n，線路阻抗0.4。/版,K)=1.2、K5=dl』5,

18-C.max=3004^c-D.max=200A,/D.Emax=150A,=1.5、Kre=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,請確定愛護3在系統(tǒng)最大、最小運

行方式下的等值阻抗。

(2)整定爰護1、2、3的電流速斷定值，并計算各自的最小愛護范圍。

(3)整定愛護2、3的限時電流速斷定值，并校驗使其滿意靈敏度要求(Ksen>1.2)

(4)整定愛護1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流愛護動作時限為0.5s,校驗愛護1作后備用，愛護2和

3作員備用的靈敏度。

圖2-2簡潔電網(wǎng)示意圖

解：由已知可得X.L.I=X/,=L0J.4X60=24Q,X..=O0v-,4x40=160,X”V=-L0r.4x50=20。,XrD=0.4x30Q,

=0.4x20=8Q

(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L1-L3全部運行，由題意Gl,G2連接在同

一母線上,則

X5.Fin=(XG1|XG2+X〃||XL2)||(XC3+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(yīng)地有Xvnnx=XGI+Xn=39

圖2-3等值電路

(2)對于愛護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)生三相短路流過愛護1的最大短路電流為

zE115/73

LEnnx~==1.312M

X*+XBC+XCDXDE10.6+20+12+8

相應(yīng)的速斷定值為心.產(chǎn)K)X4.3=1.2xl.312=1.57kA

E匕?

最小愛護范圍計算公式為心=J——￡,nin=烏——Z,maxX—=-85.9km

-bCrmillrIA

,”$.max+/|4nin'set

即1處的電流速斷愛護在最小運行方式下沒有愛護區(qū)。

對于愛護2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過愛護2的最大電流

rE

4./）.max=T；一一=1.558kA

Ai.min十八8c十八CD

相應(yīng)的速斷定值為心2=K'x4。=1.2xl.558=1.87kA

E

~Ti

最小愛護范圍為Lm.n=磊—一4,3X—=-70.6km

IU.4

即2處的電流速斷愛護在最小運行方式下也沒有愛護區(qū)。

對于愛護3等值電路如圖2-3所示，母線C在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過愛護3的最大電流

.E

k.Cmax=-=2.17kA

“s.min+ABC

相應(yīng)的速斷定值為，，.3K，x叱皿=12x2.17=2.603kA

2x-^-=-42.3km

一Z3

最小愛護范圍為Lmin=rll

set.30.4

即3處的電流速斷愛護在最小運行方式下也沒有愛護區(qū).

上述計算說明，在運行方式變更很大的狀況下，電流速斷愛護在較小運行發(fā)生下可能沒有愛護區(qū)。

（3）整定愛護2的限時電流速斷定值為7,"=K』/^1=1.15xl.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

E

=V3_

k.D.mM—cV=0.8098kA

Z"s.max+X&C+XCD

所以愛護2處的靈敏系數(shù)=士警=0.4484即不滿意Ksen>1.2的要求.

卻

同理，愛護3的限時電流速斷定值為1*3=Kj/1,2=1.15xl.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

,二迫—

E：

k,CJmax=0.9764kA

“八$.max+XBC

所以愛護3處的靈敏系數(shù)3=看皿=04531即不滿意1.2的要求。

hel.3

可見，由于運行方式變更太大，2、3處的限時電流速斷愛護的靈敏度都遠不能滿意要求。

ZIII4K/Ja

(4)過電流整定值計算公式為

K"Kre

二用幾人2

所以有=304.5A

同理得/曹

C.2=406A.3=609A

V3E

在最小運行方式下流過愛護元件的最小短路電流的計算公式為

22反皿*+

所以有

^,min=727.8AZD.mjn=809.8A/Cn,n=974.51A

所以由靈敏度公式K““二綠■可知，愛護1作為近后備的靈敏度為

^set

K曹1=與迎=2.39>1.5滿意近后備愛拾靈敏度的要求；

v|||

1setA

爰護2作為遠后備的靈敏度為K曹9=與也=1.79>1.2滿意最為遠后備愛護靈敏度的要求；

*|||

het.2

愛護3作為遠后備的靈敏度為AT；；］3=%也=133>1.2滿意最為遠后備愛護靈敏度的要求。

r||l

set3

愛護的動作時間為r'n=0.5+0.5=ls￡n=-+0.5=1.5sf?=r"1+0.5=2s

2.8當圖2.56中愛護1的出口處在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路，爰護根據(jù)題2.7配置和整定時，試問

(1)共有哪些愛護元件啟動？

(2)全部愛護工作正常，故障由何處的那個愛護元件動作、多長時間切除？

(3)若爰護1的電流速斷愛護拒動，故障由何處的那個愛護元件動作、多長時間切除？

(4)若愛護1的斷路器拒動，故障由何處的那個愛護元件動作、多長時間切除？

答：(1)由題2.7的分析，愛護1出口處(即母線D處)短路時的最小短路電流為0.8098kA,在量值上小于全部電流

速斷愛護和限時電流速斷愛護的整定值，所以全部這些愛護都不會啟動；該量值大于L2、3處過電流愛護的定值，所以

三處過電流愛護均會啟動.

(2)全部愛護均正常的狀況下，應(yīng)有1處的過電流以1s的延時切除故障.

(3)分析說明，根據(jù)本題給定的參數(shù),1處的速斷愛護確定不會動作，2處的限時電流速斷愛護也不會動作，只能靠1處

的過電流愛護動作，延時Is;若斷路器拒動,則應(yīng)由2處的過電流愛護以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)，流過愛護1、2、3的最大負荷電流分別為400A、500A、550A,

n

=1.3、Kre=0.85,4=1.15，-=4=0.5s,-=1.0s，試計算：

(1)愛護4的過電流定值；

(2)愛護4的過電流定值不變，愛護1所在元件故障被切除，當返回系數(shù)K,/氐于何值時會造成愛護4誤動？

時，愛護的靈敏系數(shù)當時愛護的靈敏系數(shù)闡璉」多少？

(3)Kre=0.854K““=3.2,Kre=0.741

圖2~4系統(tǒng)示意圖

解：過電流愛護4的最大負荷電流為乙…=400+500+550=1450A

/川/一255A

愛護4的過電流定值為1setA~“14.Fax一乙〉”

Kre

時限為嚴=max(件,,記）+Ar=1.5s

(2)愛護21切除故障后，流過愛護4的最大負荷電流/=500+550=1050A=1.05kA

4.max

，在考慮電動機的自啟動出現(xiàn)的最大爰護電流/ss.max=K"(心=1.3xl.05=1.365kA,這個電流必需小于愛護4的返

回電流，否則1.5s以后愛護4將誤切除。相應(yīng)的要求/,,max<L==2.55Kre,從而2.55Kre>1.365,Kre

1.365

>——=0535.當返回系數(shù)低于0535時,會造成爰護誤動.

2.55

jK

（3）愛護4的靈敏系數(shù)K=常皿

senA薪箕丁，，K?4及Kre成正比，當K*下降時靈敏系數(shù)下降，

K=x3.2=2.635.

se0°.785

2.10在中性點非干脆接地系統(tǒng)中，當兩條上下、級線路安裝相間短路的電流愛護時，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，若采納三相星形

接線，有何缺乏？

答：在中性點非干脆接地系統(tǒng)中，允許單相接地時接著短時運行，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，另一條線路接著運行。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\（IB.2A1（IB、2C\（1G2Al（IC、2B\

當兩條上、下級線路安裝相間短路電流愛護時，上級線路裝在A、C相商，而下級裝在A、B相上時，將在（1A、2B）、

（IB.2A\（IC、2A）和（IC、2B）四種狀況下由下級線路愛護切除故障，即下級愛路切除故障的幾率為2/3;當故障

為（1A、2C）時，將會由上級線路愛護切除故障；而當故障為（IB、2C）時，兩條線珞均不會切除故障,出現(xiàn)愛護拒動

的嚴峻狀況.

兩條線路并列時，若兩條線路愛護動作的延時一樣，則在（1A、2B）、（IC、2A）和（IC、2B）三種狀況下，

兩條線路被同時切除；而在（1A、2。故障下，只能切除線路1;在（IB、2A）故障下，只能切除線路2;在（IB、2C）

故障下,兩條線路均不會切除，即愛護拒動。

若愛護采納三相星形接線時，須要三個電流互感器和四根二次電纜，相對來講是困難不經(jīng)濟的。兩條線路并列時，

若發(fā)生不同相別的接地短路時，兩套愛護均啟動，不必要切除兩條線路的時機就比擬多，

2.11在雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)中,方向性電流愛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愛護動作的選擇性。方向性電流愛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說明故障點在線路方向上，是愛護應(yīng)當動作的方向，允許愛護動作。反之，不允許愛護動作。

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)的愛護只需根據(jù)單電源的協(xié)作

方5?定協(xié)作即可滿意選擇性.

2.12功率方向判別元件本質(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：功率方向判別元件本質(zhì)是判別參加繼電器的電壓和電流之間的相位%,并且根據(jù)璃定關(guān)系［cos（仍+a）是否大于

0］判別初短路功率的方向。為了進展相位比擬，須要參加繼電器的電壓、電流信號有確定的幅值（在數(shù)字式愛護中進展相

量計算、在模擬式愛護中形成方波），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)。在愛護正方向發(fā)生最常見故障時，功率方向判別元件應(yīng)當動作最靈敏。

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=Ursin（100〃f）,

ir=Irsin（l00R+30°）和ur=Ursin（lOO^r）,ir=Irsin（100^r-60°）時,各輸出電壓隨時間變更的波形;

假如用數(shù)字式（微機）實現(xiàn)，寫出你的算法，并校驗上述兩種狀況下方向元件的動作狀況。

答：以內(nèi)角a=30。為例，畫出各點輸出電壓波形如圖2-5所示。

UejaUeja

動作最靈敏條件arg—5—=0°臨界動作條件arg-5―=90°

圖2-5各點電壓輸出波形圖

可以看出，在內(nèi)角。=30°時第一種狀況下動作最靈敏，第二種狀況元件處于臨界動作狀態(tài)。數(shù)字式實現(xiàn)時，動作的

Ueja…

判據(jù)可以表示為-90°<arg——<90c。

將第一種狀況和第二種狀況下的電壓、電流帶入該判據(jù)可以得到狀況1為動作最靈敏，而狀況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，須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\

⑵正方向發(fā)生兩相短路,當短路點位于愛護安裝處旁邊，短路阻抗Z”<Z,時，0。。<90。；當短路點遠離愛護安裝處，

且系統(tǒng)容量很大Z.>Z,時，-30°<a<60°.

綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當00</<90。時，使方向繼電器在一切故障狀況下都能動作的條件應(yīng)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

向判別元件的動作狀況。假定A相的功率方向元件出口及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)什么狀況?

答：內(nèi)角為30°的功率方向元件，最大靈敏角0”=-30°,則動作范圍為-1204(pd￡-60°。由正常負荷電流的功率因數(shù)

0.85可以得到Qd=arctan0.85=31.79°,在動作范圍內(nèi)，根據(jù)功率元件出口及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)

延腌K閘。因此電流元件和功率元件必需"按相連接二

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的電流速斷定崎，并盡可能在一端加裝方向元件.

(2)確定爰護4、5、6、7、8、9處過電流的時間定值，并說明何處須要安裝方向元件.

(3)確定愛護5、7、9限時電流速斷的電流定值，并校驗靈敏度。

答：整定愛護5的電流速斷。愛護4處的母線發(fā)生三相短路時，流過愛護5的短路電流為

,E115/73

===2.554A

”,Xc+X”10+16

]

按此電流來整定，動作定值啜5=KrdIk4=3.064kA

在來看發(fā)電機1、2處于最大運行方式下愛護5處母線三相短路時，有

X5.mn=(XGII|XG2+X/JX/2)=18。

E

愛護5處的電流為Ik5=-=L953kA

X5.min+“A3

遠小于按躲過愛護4處母線三相短路求得的整定電流，所以愛護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.

如今整定愛護4,愛護4按躲過愛護5處母線短路最大電流整定時，定值為

=/)心=2.34kA當愛護4處背側(cè)母線三相短路是，流過愛護4的電流為2.554A，大于其整定值，所以不會誤

動，必需加裝方向元件。

(2)過電流愛護按躲過最大負荷電流整定，其量值較小，愛護靈敏度很高，4~9任何一處愛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(yīng)安裝方向元件。

在均裝方向元件的狀況下，4、5、6處的過電流愛護的動作時間分別及G3、G2和G1處的過電流愛護時間相協(xié)作,在其

動作延時的根底上增加一個時間級差；5、7、9處過電流愛護的動作時間均及3處過電流時間相協(xié)作，由題2.7可知，三

處過電流愛護的動作時間為2s,所以5、7、9處過流愛護的動作時間均應(yīng)取2.5s.

(3)5處限時電流速斷愛護定值應(yīng)當及3、6、8處電流速斷愛護的定值相協(xié)作。

及3處電流速斷愛護的定值協(xié)作：

3處電流速斷愛護的定值為7.^13=K\e,X4cmax=2.603KA,L3支路對應(yīng)的分支系數(shù)的倒數(shù)為

_L=X.||XG2+X〃||X2=0409

K”xG1IIxG2+xL1llX24-XG3+XL3.

及爰護3協(xié)作時,5處限時電流速斷愛護的定值為C5=K詈匕3=1.224kA

Kbr

及6處和8處電流速斷協(xié)作：若裝設(shè)方向元件，則6處電流速斷愛護應(yīng)當按躲過母線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Gl,G2所供應(yīng)的短路電流不會流過爰護6,只有發(fā)電機G3的電流才流過爰護6,所

以其I段的整定值為

pX

心6=K；1xlkl-K：=1.048kA

reiA，reiy.yr.yIIyr丫.yr

AG3十AL3+AL\IIA￡2AL\十AL2

同理,裝設(shè)方向元件的狀況下，8處愛護的定值也為/二8=1.048kAo按及它們協(xié)作時，5處限時電流速斷愛護的定值為

=K胃心§==1205kA

取三種狀況的最大者，即/''r5=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

FiEI

=^--———=2211kA所以靈敏度為耳［二鏟*=1.834海急要求。

2AG3+AL3het.5

在6、8處不裝方向元件的狀況下，它們速斷愛護的定值還應(yīng)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

1E

Ik6nnx=max==1.844kA

A6jnaxA8max

2XGJ|XG2+X￡l||X2

這時其短路電流速斷愛護的整定值變?yōu)槠?6=乙8=K1x/,6max=2.26kA

所以5處限時電流愛護的定值為=Kl/1.6=2.599kA

靈敏度為K's=節(jié)巫=0-85故不滿意要求.

2.17在中性點干脆接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路后，試分析、總結(jié)：（1）零序電壓、電流重量的分布規(guī)律；（2）負序電壓、電

流重量的分布規(guī)律；（3）正序電壓、電流重量的分布規(guī)律。

答：⑴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

—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,

及電源點的數(shù)目和位置無關(guān)。（2）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。（3）正序電壓——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比擬不同的提取零序電壓方式的優(yōu)缺點。

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

次翻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，開口三角形用來干脆獲得系統(tǒng)的零序電壓。這種方式獲得零序電壓的有地啊是簡潔便利，

精度較高，不須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，不便于對其進展監(jiān)視，該側(cè)出現(xiàn)斷線短路等故障無

法剛好發(fā)覺，輸出零序電壓的極性簡;吉標錯，從而造成零序功率方向繼電器不能正確工作。

（2）采納三相五柱式互感器本身構(gòu)造比擬困難，主要應(yīng)用于35kV及以下電壓等級的中低壓配電系統(tǒng),其優(yōu)缺點及（1）

的狀況類似.

（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獲得三相系統(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）愛護內(nèi)部合成零序電壓的方式接線較為簡潔，不簡潔出現(xiàn)接線及極性的錯誤，其缺點是裝置內(nèi)部必需設(shè)置特地的模

塊。

傳統(tǒng)的機電式愛護中通常采納(IX(2X(3)三種方式獲得零序電壓；在數(shù)字式愛護中，傾向于采納方式(4);在

一些特殊的場合，也可以采納方式(3\

2.19系統(tǒng)示意圖如圖2-6所示，發(fā)電機以發(fā)耳機-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T6可能2臺也可能1臺運行.參數(shù)為：紜=115/6kV.XLG[=X2Gl=

X1.G2=X?G2=5Q,X|C3=XZG3=X[G4=^2.G4=8。,

X[.TI~X]74=5。,X0T1**XOT4=15Q,XjT5=X[76=15C,X0r5=Xor6=20Q,^A-B=60km,

4菖=401<01,線路阻抗2I=22=0.4￡1/1<01,Z0=1.2Q/km,K，=L2,K5=L15。

圖2-6系統(tǒng)示意圖

(1)畫出全部元件全運行時的三序等值網(wǎng)絡(luò),并標注參數(shù)；

(2)全部元件全愛護時，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)分別求出愛護1、4零序II段的最大、最小分支系數(shù)；

(4)分別求出愛護1、4零序I、II段的定值，并校驗靈敏度；

(5)愛護1、4零序I、口段是否須要安裝方向元件；

(6)愛護1處裝有單相重合閘，全部元件全運行時發(fā)生系統(tǒng)振蕩，整定愛護1不靈敏I段定值。

解：先求出線路的參數(shù)，即LAB=60km,XiAB=X2Aft=24Q,Y04B=72Q,LBC=40km,

XiBC=X2fiC=16Q,X0BC=48Q，全部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全部元件全運行時三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)屋

(2)下求出全部元件全運行時，B母線分別發(fā)生單相接地短路和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

V1YY4.V

ZZI=(XM?+⑷2m)U(X"c+32"3)=(24+5)11(16+6.5)=12.67。

故障端口負序阻抗為ZI2=ZS1=12.670

xxX

故障端口零序阻抗為(譚"+

Zzo=X0AB)II—11(-^-+XOBC)=79.5||10||55.5=7.657Q

則復合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。

115/V3

故降端口零序電流為IfQ=2.012kA

Zzi+ZZ2+ZL012.67+12.67+7.657

在零序網(wǎng)中根據(jù)零序?qū)Ъ{進展安封哆序電流從而得到此時流過愛護1、4處的零序電流分別為

,,0.12579,,0.018018

In.=Ix=0.194kA/=/x=0.278kA

0J/00.130597n07,2rfn°0.130597

畫出零序電流分布圖如圖2-9所示.

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一樣，即=ZI2=12.670

ZIC=7.657Q，則復合序網(wǎng)如圖2-10所示.

故障端口正序電流為=-

ZyJ|Zy100=―————=4.77y,=3.808kA

12.67+7.675Zzi+Z121|Zzo

1267

故解口零序電流為=If0x“=2.373kA

12.67+/.675

同樣地，流過愛護L4的零序電流分別為/,)」=0.299kA,I02=O.327kA0

從而得到如圖2-11所示的零序電流分布圖.

圖2-10兩相接地短路復合序網(wǎng)等值圖圖2-11兩相接地短路零序電流分布圖

(3)先求出愛護1的分支系數(shù)K]b

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。

對于當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有Xlmax=X0Ti+XGAB=870

x

當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時X1最小，有Xlmin=譚~+X0AB=79.5Q

對于X2,當T5J6只有一臺運行時X2最大，X2max=20;當T5,T6兩臺全運行時X2最小，

X

X?而n=10.因此愛護1的最大分支系數(shù)Kibmax=1+黃”=9.7,

“2min

最小分支系數(shù)為K；=1+告皿=4.975

*2max

同樣的分析愛護4的分支系數(shù)K4b.當AB段發(fā)生接地故障時，T5J6YOU助增的作月,如圖2-13所示.

對于X1,當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有Xlmax=X0T3+X0BC=63Q

X

當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時x,最小，有xlmin=+x0BC=55.5。

對于X2,當T5J6只有一臺運行時X2最大，X2max=20;當T5J6兩臺全運行時X2最小，

X

X2.=10.因此愛護4的最大分支系數(shù)K4Amax=1+黃”=7.3，

*2min

最小分支系數(shù)為K46nl而=1+等皿=3.775

^2max

圖2-12BC段故障時變壓器的助增作用圖2-13AB段故障時變壓器的助增作用

(4)愛護1整定計算

零序I段：根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過愛護1的最大零序電流為=0.229kA故I段定值

=

ALMK）X3,o」.max=1.2x3x0.229=0.8244kA

為求愛護1的零序n段定值,應(yīng)先求出愛護3零序IE殳定值,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

流過愛護3的最大零序電流，因此有

^.=ZL2=（X⑷:乂力+3+九此）11（不若5）=5.68。

匕乙

YVY

1H^-=6.63Q

4=[（譚1+兒..）||2乜+*0小

2

115/百

單相接地短路時，有If0=——==3.69kA

Z.+Z22+Z'35.86+5.86+6.63

從而求得流過愛護3的電流為人3=0-43kA

連相接地短路時，有ZS2||Zzo=*=3.06Q

工工5.86+6.63

%z

正序電流Ic=7.6kA零序電流/,c=If.x二一=3.5kA

Z2\+z^2IIZgoZOF

2Z2+ZZ0

從而求得流過愛護3的電流/03=0.408kA

這樣，流過愛護3的最大零序電流a.max=0-43kA

愛護3的零序I段定值為心=K、x3/0,?.max=1.548kA

這樣，愛護1的零序n段定值為/；'.=Kre,x/'3=上士xL548=0.358kA

kn4.975

校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過愛護1的最4蹲序電流Z0Lmin==0.194kA

靈敏系數(shù)長“，=夕皿=1.626

het.l

愛護4整定計算：

零序I段根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過愛護4的最大零序電流為/0.4max=0.327kA故I段定值

=

Cet.\K）x3/0Amax=1.2x3xO327=1.18kA

為求愛護4的零序口段定值，應(yīng)先求出愛護2零序I段定值，設(shè)在母線A處分別發(fā)生單相接地短路和兩相接