繼電保護(hù)習(xí)題答案

1、1 緒論1.2繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中所起的作用是什么?答:繼電保護(hù)裝置就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置.它的作用包括:1.電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作;2.電力系統(tǒng)部正常運(yùn)行時(shí)發(fā)報(bào)警信號(hào),通知值班人員處理,使電力系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行;3.電力系統(tǒng)故障時(shí),甄別出發(fā)生故障的電力設(shè)備,并向故障點(diǎn)與電源點(diǎn)之間、最靠近故障點(diǎn)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。1.8后備保護(hù)的作用是什么？闡述遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：后備保護(hù)的作用是在主保護(hù)因保護(hù)裝置拒動(dòng)、保護(hù)回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)等原因不能快速切除故障的情況

2、下，迅速啟動(dòng)來切除故障。 遠(yuǎn)后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：保護(hù)范圍覆蓋所有下級(jí)電力元件的主保護(hù)范圍，它能解決遠(yuǎn)后備保護(hù)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(yuǎn)后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：（1）當(dāng)多個(gè)電源向該電力元件供電時(shí)，需要在所有的電源側(cè)的上級(jí)元件處配置遠(yuǎn)后備保護(hù)；（2）動(dòng)作將切除所有上級(jí)電源測(cè)的斷路器，造成事故擴(kuò)大；（3）在高壓電網(wǎng)中難以滿足靈敏度的要求。近后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)近后備保護(hù)動(dòng)作；（2）動(dòng)作時(shí)只能切除主保護(hù)要跳開的斷路器，不造成事故的擴(kuò)大；（3）在高壓電網(wǎng)中能滿足靈敏度的要求。 近后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：變電所直流系統(tǒng)故障時(shí)可能與主保護(hù)同時(shí)失去作用

3、，無法起到“后備”的作用；斷路器失靈時(shí)無法切除故障，不能起到保護(hù)作用。2電流的電網(wǎng)保護(hù)2.5 說明電流速斷、限時(shí)電流速斷聯(lián)合工作時(shí)，依靠什么環(huán)節(jié)保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性？依靠什么環(huán)節(jié)保證保護(hù)動(dòng)作的靈敏度性和速動(dòng)性？答：電流速斷保護(hù)的動(dòng)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(hù)線路全長(zhǎng)，而只能保護(hù)線路全長(zhǎng)的一部分，靈敏度不夠。限時(shí)電流速斷的整定值低于電流速斷保護(hù)的動(dòng)作短路，按躲開下級(jí)線路電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍來整定，提高了保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，但是為了保證下級(jí)線路短路時(shí)不誤動(dòng)，增加一個(gè)時(shí)限階段的延時(shí)，在下級(jí)線路故障時(shí)由下級(jí)的電流速斷保護(hù)切除故障，保

4、證它的選擇性。電流速斷和限時(shí)電流速斷相配合保護(hù)線路全長(zhǎng)，速斷范圍內(nèi)的故障由速斷保護(hù)快速切除，速斷范圍外的故障則必須由限時(shí)電流速斷保護(hù)切除。速斷保護(hù)的速動(dòng)性好，但動(dòng)作值高、靈敏性差；限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作值低、靈敏度高但需要0.30.6s的延時(shí)才能動(dòng)作。速斷和限時(shí)速斷保護(hù)的配合，既保證了動(dòng)作的靈敏性，也能夠滿足速動(dòng)性的要求。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(hù)，系統(tǒng)參數(shù)為： ， 、，線路阻抗，=1.2 、=1.15 ， ，=1.5、=0.85。試求：（1）發(fā)電機(jī)元件最多三臺(tái)運(yùn)行，最少一臺(tái)運(yùn)行，線路最多三條運(yùn)行，最少一條運(yùn)行，請(qǐng)確定保護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻抗。

5、（2）整定保護(hù)1、2、3的電流速斷定值，并計(jì)算各自的最小保護(hù)范圍。（3）整定保護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷定值，并校驗(yàn)使其滿足靈敏度要求（1.2）（4）整定保護(hù)1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，校驗(yàn)保護(hù)1作后備用，保護(hù)2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。 圖2-2 簡(jiǎn)單電網(wǎng)示意圖解：由已知可得=0.4×60=24，=0.4×40=16，=0.4×50=20，=0.4×30， =0.4×20=8（1）經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式及阻抗最小時(shí)，則有三臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路L1L3全部運(yùn)行，由題意G1，G2連接在同一母線上，則=（|+|）|

6、(+)=(6+12)|(10+16)=10.6同理，最小運(yùn)行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運(yùn)行，相應(yīng)地有=+=39圖2-3 等值電路（2）對(duì)于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2-3所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)1 的最大短路電流為相應(yīng)的速斷定值為=×=1.2×1.312=1.57kA最小保護(hù)范圍計(jì)算公式為= =-85.9km即1處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒有保護(hù)區(qū)。對(duì)于保護(hù)2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2 的最大電流 =1.558kA相應(yīng)的速斷定值為 =×=1.2×1.558=1.87kA最

7、小保護(hù)范圍為 =-70.6km即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。對(duì)于保護(hù)3等值電路如圖2-3所示，母線C在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)3 的最大電流 =2.17kA相應(yīng)的速斷定值為 =×=1.2×2.17=2.603kA最小保護(hù)范圍為 =-42.3km即3處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。上述計(jì)算表明，在運(yùn)行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運(yùn)行發(fā)生下可能沒有保護(hù)區(qū)。（3）整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為 =1.15×1.57=1.806kA線路末段（即D處）最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為=0.8098kA 所以保護(hù)2處

8、的靈敏系數(shù) =0.4484 即不滿足1.2的要求。同理，保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為 =1.15×1.87=2.151kA線路末段（即C處）最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為=0.9764kA所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù) =0.4531 即不滿足1.2的要求?？梢?，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度都遠(yuǎn)不能滿足要求。（4）過電流整定值計(jì)算公式為 =所以有 =304.5A同理得 =406A =609A在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的計(jì)算公式為 =所以有 =727.8A =809.8A =974.51A所以由靈敏度公式 =可知，保護(hù)1作為近后備的靈敏度為=2.

9、391.5 滿足近后備保護(hù)靈敏度的要求；保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為 =1.791.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求；保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為 =1.331.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為 =0.5+0.5=1s =+0.5=1.5s =+0.5=2s2.12功率方向判別元件實(shí)質(zhì)上是在判別什么？為什么會(huì)存在“死區(qū)”？什么時(shí)候要求它動(dòng)作最靈敏？答：功率方向判別元件實(shí)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(jìn)行相位比較，需要加入繼電器的電壓、電流信號(hào)有一定的幅值（在數(shù)字式保護(hù)中進(jìn)行相量計(jì)算、在模擬式保護(hù)中形成方

10、波），且有最小的動(dòng)作電壓和電流要求。當(dāng)短路點(diǎn)越靠近母線時(shí)電壓越小，在電壓小雨最小動(dòng)作電壓時(shí)，就出現(xiàn)了電壓死區(qū)。在保護(hù)正方向發(fā)生最常見故障時(shí)，功率方向判別元件應(yīng)該動(dòng)作最靈敏。3 電網(wǎng)距離保護(hù)3.9 畫圖并解釋偏移特性阻抗繼電器的測(cè)量阻抗、整定阻抗和動(dòng)作阻抗的含義。答：偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性如圖33所示，各電氣量標(biāo)于圖中。測(cè)量阻抗就是保護(hù)安裝處測(cè)量電壓與測(cè)量電流之間的比值，系統(tǒng)不同的的運(yùn)行狀態(tài)下（正常、震蕩、不同位置故障等），測(cè)量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。在斷路故障情況下，由故障環(huán)上的測(cè)量電壓、電流算出測(cè)量阻抗能夠正確的反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。對(duì)于偏移特性的阻抗繼電器而

11、言，整定阻抗有兩個(gè)，即正方向整定阻抗和反方向整定阻抗，它們均是根據(jù)被保護(hù)電力系統(tǒng)的具體情況而設(shè)定的常數(shù)，不隨故障情況的變化而變化。一般取繼電器安裝點(diǎn)到保護(hù)范圍末端的線路阻抗作為整定阻抗。動(dòng)作阻抗：是阻抗元件處于臨界動(dòng)作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的測(cè)量阻抗，從原點(diǎn)到邊界圓上的矢量連線稱為動(dòng)作阻抗，通常用來表示。對(duì)于具有偏移特性的阻抗繼電器來說，動(dòng)作阻抗并不是一個(gè)常數(shù)，二是隨著測(cè)量阻抗的阻抗角不同而不同。圖3-3 偏移阻抗特性圓3.17什么是最小精確工作電流和最小精確工作電壓？測(cè)量電流或電壓小于最小精工電流或電壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么問題？答：通常情況下，在阻抗繼電器的最靈敏角方向上，繼電器的動(dòng)作阻抗就等于其整定阻抗，即Zo

12、p=Zset。但是當(dāng)測(cè)量電流較小時(shí)，由于測(cè)量誤差、計(jì)算誤差、認(rèn)為設(shè)定動(dòng)作門檻等因素的影響，會(huì)使繼電器的動(dòng)作阻抗變小，使動(dòng)作阻抗降為0.9Zset對(duì)應(yīng)的測(cè)量電流，稱為最小精確工作電流，用Iac.min 表示。當(dāng)測(cè)量電流很大時(shí)，由于互感器飽和、處理電路飽和、測(cè)量誤差加大等因素的影響，繼電器的動(dòng)作阻抗也會(huì)減小，使動(dòng)作阻抗降為0.9Zset對(duì)應(yīng)的測(cè)量電流，稱為最大精確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗也會(huì)減小，使動(dòng)作阻抗降為0.9Zset對(duì)應(yīng)的測(cè)量電流，稱為最大精確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗值的乘積，稱為阻抗繼電器的最小精工電壓，常用Uac.min表示。

13、當(dāng)測(cè)量電流或電壓小于最小精工電流電壓時(shí)，阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗將降低，使阻抗繼電器的實(shí)際保護(hù)范圍縮短，可能引起與之配合的其他保護(hù)的非選擇性動(dòng)作。3.19什么是助增電流和外汲電流？它們對(duì)阻抗繼電器的工作有什么影響？答：圖3-9（a）中母線B上未接分支的情況下，,此時(shí)k點(diǎn)短路時(shí)，A處阻抗繼電器KZ1測(cè)量到的阻抗為 在母線B接上分支后，k點(diǎn)短路時(shí)，A處阻抗繼電器KZ1測(cè)量到的阻抗為即在相位與相差不大的情況下，分支的存在將使A處感受到的測(cè)量阻抗變大，這種使測(cè)量阻抗變大的分支就成為助增分支，對(duì)應(yīng)的電流稱為助增電流。類似地圖3-9（a）中，在母線B上未接分支的情況下，此時(shí)k點(diǎn)短路時(shí)，A處阻抗繼電器KZ1測(cè)量

14、到的阻抗為 在母線B接上分支后，k點(diǎn)短路時(shí)，A處阻抗繼電器KZ1測(cè)量到的阻抗為即在相位與相差不大的情況下，分支的存在將使A處感受到的測(cè)量阻抗變小，這種使測(cè)量阻抗變大的分支就成為外汲分支，對(duì)應(yīng)的電流稱為外汲電流。4 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)4.2縱聯(lián)保護(hù)與階段式保護(hù)的根本差別是什么？陳述縱聯(lián)保護(hù)的主要有缺點(diǎn)。（第二小題見作業(yè)本）答：縱聯(lián)保護(hù)與階段式保護(hù)的根本差別在于，階段式保護(hù)僅檢測(cè)、反應(yīng)保護(hù)安裝處一端的電氣量，其無延時(shí)的速動(dòng)段（即第段）不能保護(hù)全長(zhǎng)，只能保護(hù)線路的一部分，另一部分則需要依靠帶有一定延時(shí)的第段來保護(hù)；而縱聯(lián)保護(hù)通過通信聯(lián)系，同時(shí)反應(yīng)被保護(hù)線路兩端的電氣量，無需延時(shí)配合就能夠區(qū)分出區(qū)內(nèi)故障

15、與區(qū)外故障，因而可以實(shí)現(xiàn)線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)故障的無時(shí)限切除。4.5通道傳輸?shù)男盘?hào)種類、通道的工作方式有哪些？答：在縱聯(lián)比較式保護(hù)中，通道中傳送的信號(hào)有三類，即閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)。在縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)中，通道中傳送的是線路兩端電流的信息，可以是用幅值、相角或?qū)嵅?、虛部表示的相量值，也可以是采樣得到的離散值。在縱聯(lián)電流相位差動(dòng)保護(hù)中，通道中傳送的是表示兩端電流瞬時(shí)值為正（或負(fù)）的相位信息，例如，瞬時(shí)值為正半周時(shí)有高頻信息，瞬時(shí)值為負(fù)半周時(shí)無高頻信息，檢測(cè)線路上有高頻信息的時(shí)間，可以比較線路兩端電流的相位。不同的通道有不同的工作方式，對(duì)于載波通道而言，有三種工作方式，即正常無高頻電流方式、正常有

16、高頻電流方式和移頻方式。對(duì)于光纖及微波通道，取決于具體的通信協(xié)議形式。4.20什么是閉鎖角，由什么決定其大小，為什么保護(hù)必須考慮閉鎖角，閉鎖角的大小對(duì)保護(hù)有何影響？4.21什么是相繼動(dòng)作，為什么會(huì)出現(xiàn)相繼動(dòng)作，出現(xiàn)相繼動(dòng)作對(duì)電力系統(tǒng)有何影響？答：在輸電線路保護(hù)中，一側(cè)保護(hù)先動(dòng)作跳閘后，另一側(cè)保護(hù)才能動(dòng)作的現(xiàn)象稱為相繼動(dòng)作。隨著被保護(hù)線路的增長(zhǎng)，為了保證區(qū)外故障時(shí)不誤動(dòng)作，要求保護(hù)的閉鎖角增大，從而使動(dòng)作區(qū)域變小，內(nèi)部故障時(shí)有可能進(jìn)入保護(hù)的不動(dòng)作區(qū)。由于在內(nèi)部故障時(shí)高頻信號(hào)的傳輸延時(shí)對(duì)于電流相位超前側(cè)和滯后側(cè)的影響是不同的，對(duì)于滯后的N側(cè)來說，超前側(cè)M發(fā)出的高頻信號(hào)經(jīng)傳輸延遲后，相當(dāng)于使兩者之間

17、的相位差縮小，高頻信號(hào)的間斷角加大，有利于其動(dòng)作，所以N側(cè)是可以動(dòng)作的；但對(duì)于超前的M側(cè)來說，N側(cè)發(fā)來的信號(hào)經(jīng)延時(shí)后相對(duì)于加大了兩側(cè)電流的相位差，使M側(cè)感受到的高頻信號(hào)的間斷角變得更小，有可能小于整定的閉鎖角，從而導(dǎo)致不動(dòng)作。為解決M端不能跳閘問題，當(dāng)N側(cè)跳閘后，停止發(fā)高頻信號(hào)，M側(cè)只能收到自己發(fā)的高頻信號(hào)，間隔180°，滿足跳閘條件隨之跳閘。出現(xiàn)相繼動(dòng)作后，保護(hù)相繼動(dòng)作的一端故障切除的時(shí)間變慢。5.3在超高壓電網(wǎng)中使用三相重合為什么要考慮兩側(cè)電源的同期問題，使用單項(xiàng)重合閘是否需要考慮同期問題？答：三項(xiàng)重合閘時(shí)，無論什么故障均要切除三項(xiàng)故障，當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱時(shí)，兩側(cè)電源在斷路器跳閘

18、以后可能失去同步，因此需要考慮兩側(cè)電源同期問題；單相故障時(shí)只跳單相，使兩側(cè)電源之間仍然保持兩相運(yùn)行，一般是同步的；因此，單相重合閘一般不考慮同期問題。5.7三相重合閘的最小重合時(shí)間主要由哪因素些決定的？單相重合閘的最小重合時(shí)間主要由哪因素些決定的？（作業(yè)本）5.13 什么是重合閘后加速保護(hù)？有何優(yōu)缺點(diǎn)？主要適用于什么場(chǎng)合？（作業(yè)本）6.3關(guān)于變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中的不平衡電流，試問：1.與差動(dòng)電流在概念上有何區(qū)別和聯(lián)系？2.哪些是由測(cè)量誤差引起的？哪些是由變壓器結(jié)構(gòu)和參數(shù)引起的？3.哪些屬于穩(wěn)定不平衡電流？哪些屬于暫態(tài)不平衡電流？4.電流互感器引起的暫態(tài)不平衡電流為什么會(huì)偏離時(shí)間軸的一側(cè)？5.減小

19、不平衡電流的措施有哪幾種？答：1.差動(dòng)電流指被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各電流互感器的二次電流之和。不平衡電流指在正常及外部故障情況下，由于測(cè)量誤差或者變壓器結(jié)構(gòu)、參數(shù)引起的流過差動(dòng)回路的電流。2.測(cè)量誤差引起的不平衡電流主要包括：a.計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流。b.電流互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器結(jié)構(gòu)和參數(shù)引起的不平衡電流主要包括：a.變壓器一、二次側(cè)接線組別不同引起的不平衡電流。b.由變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生的不平衡電流。c.變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的不平衡電流。3.穩(wěn)態(tài)不平衡電流包括：a.變壓器一、二次側(cè)接線組別不同引起的不平衡電流。b.計(jì)算變比與實(shí)際變比不一

20、致產(chǎn)生的不平衡電流。c/由變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生的不平衡電流。暫態(tài)不平衡電流包括：a.電流互感器非線性傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流。b.變壓器勵(lì)磁電流產(chǎn)生的不平衡電流。 4.暫態(tài)不平衡電流中存在大量的非周期分量，導(dǎo)致其偏于時(shí)間軸的一側(cè)。5.減小不平衡電流的措施如下：a.用電流互感器不同的接線形式（變壓器Y側(cè)電流互感器采用Yd11接線，變壓器d側(cè)電流互感器采用Yy12接線），或用軟件的方法來克服變壓器各側(cè)接線組別不同造成的誤差。b.用平衡系數(shù)或平衡繞組來補(bǔ)償計(jì)算變比與實(shí)際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流。c.應(yīng)盡可能使用型號(hào)、性能完全相同的D級(jí)電流互感器，使得兩側(cè)電流互感器的磁化曲線相同，以減小不平衡電流。此外，盡量減少電流互感器二次的負(fù)載，減輕其飽和