繼電保護課后規(guī)范標準答案

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

2、 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)生故障的電力設備，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)

3、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)比較的結果，給出“是” “非”“ 0”或“1”性質的一組邏輯信號，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。 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，構成了過電流保護;利用

4、短 路時電壓幅值的降低，構成了低電壓保護；利用電壓幅值的異常升高， 構成了過電壓保護；利用測量阻抗的降低和阻抗角的變大，構成了低 阻抗保護。單靠保護增大值不能切除保護范圍內任意點的故障，因為當故障發(fā)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 構成哪些原理的保護？ 答：利用電力兀件兩端電流的差別，可以構成電流差動保護；利用電 力元件兩端電流相位的差別可以構成電流相位差動保護；利兩側功率 方向的差別，可以構

5、成縱聯(lián)方向比較式保護；利用兩側測量阻抗的大 小和方向的差別，可以構成縱聯(lián)距離保護。1.6如圖1-1所示，線路上裝設兩組電流互感器，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。母線線路TA1TA2圖1-1電流互感器選用示意圖1.7結合電力系統(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)電機加速時間越短，功

6、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元件

7、供電時，需要在所有的電源側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

8、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)及其相關的電氣設備千差萬別，故障時電 氣量的變化受多種因素的影響和制

9、約，因此任何一種繼電保護原理或 裝置都不可能不加調整地應用于不同的電氣設備或系統(tǒng)，而應根據(jù)實 際工程中設備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對其繼電保護做出必要的調整。 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“

10、，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定的返回值（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。EoE1I 162534I o

11、preIk電磁型、集成電路性、數(shù)字型2.2請列舉說明為實現(xiàn)“繼電特性” 繼電器常分別采用那些技術？ 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 時，繼電器的可動銜鐵開始轉動，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，

12、由于這時摩擦力矩反向，返回的過程中，電磁力矩按平方關系 減小，彈簧力矩按線性關系減小，產(chǎn)生一個返回方向的剩余力矩，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

13、流Ik，以增大電磁轉矩，能使繼電器動作的最小 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 Ire。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

14、求進行設 定。2.4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?？紤]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

15、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 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

16、，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

17、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 女口 圖 2-2數(shù)為：所示網(wǎng)絡,在位置1、2和3處裝有電流保護，系統(tǒng)參E 115/屈VXg1 15Xg2 10Xg3 101_1 1_2Lb C 50 km LK nK川Krel = Krel =5 5=0.85。試求:D 30 kmI B C.maxE 20 m ,線路阻抗0.4 /km ,300A I C D.max 200AID E.max60 kmL3 40 kmKrel =1 2150A Kss =

18、1.5 、(1 )發(fā)電機兀件最多二臺運行，最少一臺運行，線路最多二條運行，最少一條運行，請確定保護3在系統(tǒng)最大、 抗。最小運行方式下的等值阻(2 )整定保護1、 圍。2、3的電流速斷定值,并計算各自的最小保護范(3 )整定保護2、 求(Ksen 1.2 )3的限時電流速斷定值,并校驗使其滿足靈敏度要(4 )整定保護1、 護動作時限為0.5s 靈敏度。解：由已知可得Xli= Xl2=0.4 X6O=24Xcd=o.4 X30, Xde=o.4 x20=8X50=20Xl3=0.4 X4O=16Xbc=0.42、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流保,校驗保護1作后備用，保護2和3作遠備用的AL

19、1BCDEL2冋fAL3f-G1G3 ©圖2-2 簡單電網(wǎng)示意圖(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(Xgi| Xg2+ Xli| 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 = Xg1+ Xl1 =39BCDE1372廠20EX .八 s.min10.6A上!V12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

20、短路流過保護1的最大短路電流為Xs.m,n XBEXcdXde鳥1?8相應 的速斷定值為 薦1二 K；1 X Ik-E-max=1.2 X1.312=1.57kA最小保護范圍計算公式為ISet = 晅E 2_ZIJs.maxI set込_E_2 Zs.max Z1 LminLmin 10.4=-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的最大電流IkDmax二Xsmn XBC XcD =1.558kA相應 的速斷定值為 ©.2二 K；1 xIk.D.max=1.2 X1.558=1.87

21、kA丄ZHJs.maxI set.2最小保護范圍為Lmln =10.4=-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Ikcmax= XsmnXBC =2.仃kAIset.3104最小保護范圍為Lmin 一=-42.3km相應的速斷定值為 爲3二 K；1 X IkC-max=i.2 X2.17=2.603kA_2 ZnJs.maxI set.3即3處的電流速斷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)。I n/

22、n I 1（3）整定保護2的限時電流速斷定值為為二心扁1=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運EI k.D.max =2 Xs.max X BC Xcd =0.8098kA所以保護2處的靈敏系數(shù)Knset I k.D .minI set =0.4484 即不滿足Ksen 1.2的要,I nIX n I 1同理，保護3的限時電流速斷定值為 Iset.3= Krel Iset.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晶 E1 k.C.max = 2 Xs.max X BC =0.9764k

23、A所以保護3處的靈敏系數(shù)Ksnet.3 -k.C.min"7nI set.3 =0.4531即不滿足Ksen 1.2的要求?？梢?，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。(4 )過電流整定值計算公式為Iset二Kre'mI reKrel KssI L.maxmsetKremset.1 Krel KssI D E.maxKre=304.5Am m同理得 set.2=406AI 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 旋 EI k.min =2 Zs.maxZL所以有 lE.min=727.8AID.min =

24、809.8AIC.min=974.51A所以由靈敏度公式KsenI k.minI mIset可知，保護1作為近后備的靈敏度為I E.minK mTmSet1 二 Iset1 =2.391.5滿足近后備保護靈敏度的要求；保護2作為遠后備的靈敏度為 保護靈敏度的要求；K皿K set.21 E.mi nTmlset.2 =1.791.2滿足最為遠后備保護3作為遠后備的靈敏度為 保護靈敏度的要求。K皿Kset.3I E.minTm1 set.3 =1.331.2滿足最為遠后備-m - mt2 = t1 +0.5=1.5sm保護的動作時間為t1 =0.5+0.5=1s-m - mt3 = t2 +0.5

25、=2s 2.8當圖2.56中保護1的出口處在系統(tǒng)最小運行方式下發(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不會啟動；該量值大 于1、2、3處過電流保護的定值，所以三

26、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，流過保護1、2、3的最大負荷電流分別為400A、500A、550A,5=1.3、K皿-皿+皿-mKre=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;(3)(2)保護4的過電流定值不變，

27、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？senKIX'senIX3=0.85 時，保護4的靈敏系數(shù) =3.2，當Kre=0.7時保護4 的靈敏系數(shù)降低到多少？圖2-4系統(tǒng)示意圖解：過電流保護4的最大負荷電流為I4.max=400+500+550=1450A保護4的過電流定值為I mKssKrelIset.4p1 4.max=2.55Ammm m時限為 t4 =max ( t1 , 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II4.max =500+550=1050A=1.05kA,在考慮電動機的自啟動出現(xiàn)的最大

28、保護電流Iss.max=KssI 1.05=1.365kA,這個電流必須小于保護4的返回電流，以后保護4將誤切除。相應的要求I ss.max < Ire= 3囂=2.551.3654.max =1.3 X否則1.5sKre,從而2.55 Kre > 1.365 , Kre > 2.55 =0.535。當返回系數(shù)低于 0.535 時，會造 成保護誤動。Kse n.4(3)保護4的靈敏系數(shù)I k.B.minI k.B.min KreIset4Krel KssI 4.max Ksen.4 與 Kre 成正比 當Kre下降時靈敏系數(shù)下降，Ksen=0.70.853.2=2.635 。

29、當兩條上下、級線路安裝相間短2.10在中性點非直接接地系統(tǒng)中，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？、（1A、2C ）、（1B、2A ）、（ 1B、2C ）、答：在中性點非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時繼續(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）（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

30、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

31、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，兩套保護均啟動，不必要切除兩條線路的機會就比較多。2.11在雙側電源供電的網(wǎng)絡中，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：在雙側電源供電網(wǎng)絡中，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

32、，并且線路兩側的保 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功率方向判別元件實質上是在判別什么？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是判別加入繼電器的電壓和電流之間的相 位爭二 并且根據(jù)一定關系cos( Sa)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。2.1

33、3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 si n(100 t) ir Ir si n(100 t 30 )和厲 U r si n(100 t) ir IrSin (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：以內角=30 °為例，畫出各點輸出電壓波形如圖2-5所示。uUitU3102030 t(ms)102030 t(ms)u 4U 5u 5L111020t（ms）5102530u 6#u 6牛102030msr35 't（ms）510t（扃

34、t（ms）U 7T52010151015t（ms）20t（ms）U 9動作最靈敏條件?Urejccarg ?90件 IrUrejargIr臨界動作條圖2-5各點電壓輸出波形圖可以看出，在內角=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態(tài)。數(shù)字式實現(xiàn)時，動作的判據(jù)可以表示為?Urej90 arg90Ir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 確定接線方式及內角，請給出90。接線方式正方向短路時內角的范圍。答：（1）正方向發(fā)生三相短

35、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< Zs時，0 °<a<90°當短路點遠離保護安裝處，且系統(tǒng)容量很大乙>Zs 時,-30 °<a<60綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當0 °V0V9O。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

36、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：內角為30。的功率方向元件，最大靈敏角sen=-30 °，則動作范圍 為-120 < d <-60。由正常負荷電流的功率因數(shù)0.85可以得到d=arcta nO .85=31.79。，在動作范圍內，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

37、.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的短路電流為按此電流來整定,動作定值 lSet-5= KrelIk4 =3.064kA在來看發(fā)電機1、 有2處于最大運行方式下保護5處母線三相短路時，X s.min =( Xg1 | Xg2 +Xl1| Xl2)=18保護5處的電流為Ik5XsmnXl3 =1.953kA115/73E16

38、=2.554AIk4 x xXG3 XL3 =10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1 set.4 IrelIk5=2.34kA當保護4處背側母線三相短路是，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

39、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 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2.5s。（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K；el XIkcmax=2.603KA, L3支路對應的1Xgi|Xg2 Xli|X2O4O9分支系數(shù)的倒數(shù)為KbrXg1 11 Xg2 Xl1 11X2Xg3 Xl3與保護3配合時，5處限時電流速

40、斷保護的定值為 丨"K"1丨"I set.5 Crel 丨 set.3Kbr =1.224kA與6處和8處電流速斷配合：若裝設方向元件，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， 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KIEk7 一IIr relset.6 seta Krel y I k7 =XG3 X L3 X L1 | XL2 XL1 X L2 = 048kA同理，裝設方向元件的情況下，8處保護的定值也為Iset.8=1.048kA 。 按與它

41、們配合時，5處限時電流速斷保護的定值為Iset.5 Qj'et.6 Kj'et.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W 匸I k.B.minK sen.5Iset.5 =1.834 滿足I 運 EI k.B.min2 Xg3 Xl3 =2.211kA 所以靈敏度為要求。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1EIk6.max 二 1 k8.max 二 2 Xgi 11 X

42、G2X L1 11 X2 =1 844kA這時其短路電流速斷保護的整定值變?yōu)闋?二爲8二KrelIk6.max =2.26kAI n1x1所以5處限時電流保護的定值為1曲 Krel1 set.6 =2.599kA/ HI k.B.minKsen.5 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：（1） 零序電壓、電流分量的分布規(guī)律；（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）零序電壓一一故 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

43、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。 負序電壓一一故 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。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

44、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 口三角側正常無電壓，不便于對其進行監(jiān)視，該側出現(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構比較復雜，主要應用于35kV 及以下電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

45、護內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，其缺點是裝置內部必須設置專門的模塊。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 ）。115/頂kV,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：EX1.G1X2.G1 =X1.G2X2.G2 =5X1.G3X2.G3 = X1.G4 X2.G4 =8X 0.7 6=20,Z0=1.2/

46、km ,X1.T1 X1.T4 =5X0.T1 X 074 =15X1.T5 X1T 6 =15X0.T5La B=60km, Lb c =40km ，線 路阻抗 乙=乙=0.4 /kmKrel =1.2 , Krel =1.15 。(1)（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、4零序n段的最大、最小分支系數(shù);(4)(5)保護1、4零序I、n段是否需要安裝方向元件；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,(6)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 , XhAB Xzab =24,

47、X0.AB =72Lbc =40km,XBCX2.bc=16,Xo.BC=48,所有元件全運行是三序電壓等值網(wǎng)絡圖所示。如圖2-7AX1.ABfX1.T3X1.G3 EX1.T4X1.G4八2EX1.G2X1.T2X2G2X2T2正序等值圖B X2.BCX2.T5X2T6X2T3X2G3Ay7電4分別求出保護1、4零序I、n段的定值，并校驗靈敏度;(b)負序等值圖X0.BCA欠1X0.AB zX0.T2 八7X0.T51X0.T6X0.T4（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)生單相接地短路和兩 相接地短路時的負荷序網(wǎng)等值圖。1 ）

48、單相接地短路時，故障端口正序阻抗為Z 1 (X1.ABX1.G1 2X1.T1)|(X1.bcXig3 Xi.t3)2)=(24+5)|(16+6.5)=12.67故障端口負序阻抗為Z 2Z 1=12.67故障端口零序阻抗為Z0 （f X0，B）|Xr|（竽Xo.BC )=79.5|10|55.5=7.657則復合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。故障端口零序電流為ZU|0|1 Z 2 Z 0115朋12.67 12.67 7.657 =2 012kA在零序網(wǎng)中按照零序導納進行分配零序電流從而得到此時流過保護I I 0.12579I 0 1I f 01、4處的零序電流分別為 .0.130597=0.1

49、94kAII0.018018I 0 2! f 0o.130597 =0.278kA畫出零序電流分布圖如圖2-9所示.A序網(wǎng)等值圖單相接地短路復合圖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1 Z 2 = 12.67Z0 =7.657，則復合序網(wǎng)如圖2-10所示。12.67 7.65721| Z 0 二 12.677.675 =4.77U f|0|故障端口正序電流為If1Z 1 Z 2 |Z 0 =3.808kA故障端口零序電流為If012.6712-67 7.675 =2.373kA同樣地，流過保護1、4的零序電流分別為Io.1 =0.299

50、kAIo.2=O.327kA。從而得到如圖2-11所示的零序電流分布圖。Z 112.67U f|0|ffiZ 212.671 yZ 07.6570.327C0.164BA 0.2290.909<40.115>圖 2-10接地短路零序電流分布圖兩相接地短路復合序網(wǎng)等值圖圖2-11 兩相(3)先求出保護1的分支系數(shù)Ki.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。A'BM1 BCM .I A'BM .X11 1K1 .b I ABMI ABMX2對于X1，當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有 X1max = X0.T1 X 0.AB =87X0.

51、AB=79.5X0.T1當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時X1最小，有X1min =2X1max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，1X2min=10.因此保護1的最大分支系數(shù) Kax二Xzmin =9.7，1 X1min最小分支系數(shù)為Ksn = X2max =4.975T5,T6 YOU同樣的分析保護4的分支系數(shù)K-。當AB段發(fā)生接地故障時， 助增的作用，如圖2-13所示。1 bcmK1.b _ 1 abm1 A'BM1 abm1max對于X1，當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有 X1max = X0.T3 X 0.BC

52、=63X0.BC=55.5X0.T3當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時X1最小，有X1min二對于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，X2min=10.因此保護4的最大分支系數(shù)K4.b.max 一X1maxX2 min =7.3，最小分支系數(shù)為K4.b.min X1minXzmax =3.775X27IA'BMIabmIc'BM圖 2-13圖2-12 BC段故障時變壓器的助增作用AB段故障時變壓器的助增作用(4 )保護1整定計算零序I段： 根據(jù)前面的分析結果，母線B故障流過保護1的最大零 序電流為 I0.1.max=0.22

53、9kA故 I 段定值 爲二 K；el 310.皿=1.2 X3 X0.229=0.8244kA為求保護1的零序n段定值，應先求出保護3零序I段定值，設在母 線C處分別發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路，求出流過保護3的最大零序電流，因此有Z0 (字X1.G1 X1.T1 (2X0.ab)|XPX1.ABX1.Bc)11(X1G3 X1.T32)=5.68X0 T3X0.BC|-2-=6.63單相接地短路時，有U f|0|Z 2 Z 3 = 5.86 5.86 6.63=3.69kA115/73從而求得流過保護3的電流為Io.3=O.43kA5.86 6.63連相接地短路時，有Z 2|Z 0= 5.86 6.63=3.06,U f|0|I f 1正序電流 Z 1 Z 2|Z 0=7.6kA 零序電流Z 2If0 If1 Z 廠Z 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lo.Smax =0.43kA保護3的零序I段定值為曲Kei310.3.max=1.548kAIsnet.1這樣，保護1的零序n段定值為K；el II1.15/I set.3 - 1.54