電力系統(tǒng)繼電保護課后習(xí)題集解析答案解析(全)--.docx

1、電力系統(tǒng)繼電保護課后習(xí)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(dāng)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，假設(shè)沒有完善的繼電保護系統(tǒng) 將故障快速切除，那么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(dāng)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)，那么當(dāng)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展合理

2、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：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(fù)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，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，將故障局部與電網(wǎng)的其他局部隔離。1.3繼電保護裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)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擬、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個局部完成預(yù)定的保護功 能。測量比

3、擬環(huán)節(jié)是冊來那個被保護電器元件的物理參量，并與給定的值進展比擬，根 據(jù)比擬的結(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(yīng)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(yīng)該使斷路器跳閘。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(fù)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

4、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(dāng)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，這種單靠整定值得保護只能保護線路的一局部。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異，可以構(gòu)成電流差動保護；利用電力元件兩端電流相 位的差異可以構(gòu)成電流相位差動保護；利兩側(cè)功率方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比擬

5、 式保護；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)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(yīng)各接哪組互感 器？2. 1 4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。a90 o77(2)正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點位于保護安裝處附近，短路阻抗為V氣時，0。77a90 ;當(dāng)短路點遠離保護安裝處，且系統(tǒng)容量很大、上時，一 30 a60。綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當(dāng)0。 W90時，使方向繼電器在一切故障 情況下都能動作的條件應(yīng)為3

6、0 a60 o2. 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(dāng)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=-30。，那么動作范圍為由于該元件出口和A相功率方向元件串接，這樣就會啟動時間繼 因而電流元件和功率元件必須“按相連接 O-60 o由正常負荷電流的功率因數(shù)0. 85可以得到物二arctanO. 85二31. 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(dāng) 反方

7、向發(fā)生B、C兩相短路時， B相過電流元件動作， 電器，出現(xiàn)延時跳閘。2.16系統(tǒng)和參數(shù)見題2. 7,試完成：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115沌10 + 16 二 2. 554A/ill / J按此電流來整定，動作定值sm5二八，”姒=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Xs. minXgi j |

8、 Xg2 + X/j n Xl2f 8 QIk5=z Y i V保護5處的電流為As.min十AL3 = . 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71七心二=2.34kA當(dāng)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,_定，其量值較小，保護靈敏度很高，49任何一短路電流的量值都會超過其整定值，所以每_處都應(yīng)安裝方大于其整定值，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處保護正向及方向故障時，向元件。4

9、、5、6處的過電流保護的動作時間分別與g3、G2和G1處在其動作延時的根底上增加一個時間級差；5、7、9處過電，由題2.7可知，三處過電流保護的動作在均裝方向元件的情況下， 的過電流保護時間相配合， 流保護的動作時間均與3處過電流時間相配合， 時間為2s,所以5、7、9處過流保護的動作時間均應(yīng)取2.5s。3處電流速斷保護的定值為/二.3 =1Xg | Xg2 + X& II X235處限時電流速斷保護定值應(yīng)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：K ImaxH jsei.5 _ 八必 1 Set.3hr =1. 224kA* X槌max =2.603KA, L

10、3支路對應(yīng)的分支系數(shù)的倒數(shù)為 焉 兄 II Xg2 + x II x+ Xg； +3 =與保護3配合時，5處限時電流速斷保護的定值為；忙i假設(shè)裝設(shè)方向元件，那么6處電流速斷保護應(yīng)該按躲過母 冒” 餐整定，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!段的整定值為IIK. 巳 Xlik.6= Kel x Ikl = Xg3 + XL3 + X1 II Xz2 + 知=1 048kA同理，裝設(shè)方向元件的情況下，匕處保q的定值也為4,.8 = i.o48kA。按與它們配合時，5 處限時電流速斷保護的定值為 以.5 = K也.6 =

11、 K也8 =1 205kArll取三種情況的最大者，即婦/.5二1. 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二K” 一 微 min2 Xe + X、se.5 r n13 =2. 211 kA所以靈敏度為set.5 =1.834滿足要求。*它們速斷保護的定值還應(yīng)安躲過母線b三相短路時流母線B三相短路時流過6、8處的最大短路電流為EA6.max = 8.max = 2 XG | XG2 + XL | X2 g44kA這時其短路電流速斷保護的整定值變?yōu)閟et.6 sei.8 =rel A-6.max 2 2 6k A所以5處限時電流保護的定值為 土5 =足6=2.599k

12、Ajy-W _ A.8.min靈敏度為sei.5二0. 85故不滿足要求。2. 1 7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；（2）負序電壓、電流分量的分布規(guī)律；（3）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)。（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

13、取決于系統(tǒng)的負序阻抗。（3）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， 不便于對其進展監(jiān)視，該側(cè)

14、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構(gòu)造比擬復(fù)雜，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采用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，也可以采用方式3。2. 1

15、9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T6可能2臺也可能1臺運行。 參數(shù)為：鳥=115 , 用 k V , X1.G1 = X2.GI - X G2 = X2 G2 二5 Q , X1.G3 = 2.G3 - l.G4 = 2.G4 =8。,X|.ri X74二5 Q , Xori X074 =5Q, X有=X%=5 Q, X075 = Xr6=20 Q , a-b=60km,t777昭1昭11知-C =40km,線路阻抗 勺二乙2二o. 4O/km, =1. 2。/而，歸二1. 2, 小二1. 15。

16、圖2-6系統(tǒng)示意圖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、4零序II段的最大、最小分支系數(shù)；4分別求出保護1、4零序I、II段的定值，并校驗靈敏度；5保護1、4零序I、II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 七二60km, Xi. = X2AJ24Q, X。.二72Q, c=40km,Xi.bc =乂2.時二16。，、obc=48Q,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

17、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Y I VV I V7/ V1G11.71 II / v 工八 1.G3 丁八 1.T3、ZE1 =(X1.曲 +)II(Xec+),.八22 二(24+5) | | (16+6. 5)=12. 67。故障端口負序阻抗為之2 =Z=12. 67。故障端口零序阻抗為YVV7, v II 075 | /0.73 , V Zeo =(=+ X。.曲)ll=ll(=+ Xo.bc)一 一小222

18、二79. 5| |10| |55. 5二7. 657。那么復(fù)合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。/ 二 %=115/右故障端口 零序電流為 f Zsi +ZS2 +zeo 12.67 + 12.67 + 7.657=2 01 2kA在零序網(wǎng)中按照零序?qū)Ъ{進展分配零序電流從而得到此時流過保護1、4處的零序電流分 ,0.12579,，0.018018別為 0170 0.130597 二o. 194kA 0.130597 =0. 278kA畫出零序電流分布圖如圖2-9所示.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=Z2=2. 67。有。=7.657。，那么復(fù)合序網(wǎng)如圖2-10所示。12.

19、67x7.657jU.m圣2 | | Zfo= 12.67 + 7.675 二4. 77 故障端 口正序電流為+ZS2 H Zzo =3. 808kA,12.67j 12 x故障端口零序電流為勺=12.67 + 7.675=2. 373kA同樣地，流過保護1、4的零序電流分別為 ，。1二0. 299kA,，。2二0. 327kA。從而得到如圖2-1 1所示的零序電流分布圖。圖2-10 兩相接地短路復(fù)合序網(wǎng)等值圖圖2-11 兩相接地短路零序電流分布圖3先求出保護1的分支系數(shù)Kb當(dāng)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。TJY，BCM = + 心M = + IK.b = 1

20、ABMABM，對于X|,當(dāng)只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有Ximax=XR +X。曲二87。Yon 1 yVY-n h人0.旭八當(dāng)兩臺發(fā)電機變壓器組運行時|最小，有 1 min = 2=79.5。對于、2,當(dāng)T5,T6只有一臺運行時最大，X2max=20;當(dāng)T5, T6兩臺全運行時最小，X+ 八 1 maxX2min=10.因此保護1的最大分支系數(shù) 灼力max二 X2min二9.7,_|_ X】min最小分支系數(shù)為1力.min=2max =4. 975同樣的分析保護4的分支系數(shù)八4力。當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時，T5, T6Y0U助增的作用， 如圖2-13所示。TIY，BCM = + A 如=

21、+ _L K.b 二【ABMaBM對于X、當(dāng)只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有Ximax=X073+X0.此二63。Y八 0.73 | yYY-nh A().BC八當(dāng)兩臺發(fā)電機變壓器組運行時 】最小，有 Amin=2二55.5。對于、2,當(dāng)T5,T6只有一臺運行時最大，X2max=20；當(dāng)T5, T6兩臺全運行時最小，YK2min=10.因此保護4的最大分支系數(shù)八max=X_1_1 max2min =7. 3 ,+ X m.最小分支系數(shù)為 Y力.min=X2max=3.775圖2-1 2 BC段故障時變壓器的助增作用 的助增作用圖2-13 AB段故障時變壓器4保護1整定計算零序I段： 根據(jù)前

22、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k x 3/= 9二1. 2X3X0 229 = 0. 8244kAO.l.max 二0. 229kA 故 I 段定值為求保護1的零序II段定值, 相接地短路和兩相接地短路，應(yīng)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 求出流過保護3的最大零序電流，因此有X.GI + X 丁 yyz=Zd 2 + E + fX.G3 + X 73 | | (2)二5. 68。Y乙)=(號+乂。.仙)|YV八075 , V 1 II 073ao.bc JII Z- 八22 二6. 63。JU.m115/右單相接地短路時，有氣1十仁2十氣3=5.86 + 5

23、.86 + 6.63=3.691從而求得流過保護3的電流為，。3二0.43kA5.86 x 6.63連相接地短路時,有 冬2 II Z)=5.86 + 6.63二3.06。這樣,保護3l|zfS正序電流1 Z2 II氣0二7. 6kA零序電流2十氣。=3.5kA從而求得流過保護3的電流 L3=0.408kA流過保護3的最大零序電流Q3max=0. 43kAtI k x 2 /的零序I段定值為 s3二八泗 W（）3maxF . 548kA這樣,保護1以.1 = k X /的零序|段定值為1力min，3 -i-x 1.548= 4.975二0. 358kA校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過保護1的

24、最小零序電流 2O.l.min= = 0. 194kAKre靈敏系數(shù)3,O.l min以.1 二1.626保護4整定計算： 零序I段根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過保護4的最大零序電流為Tk x 3/4.max 二 0 327kA 故 I 段定值 = 04max 二1 2 X 3 X 0. 327=1. 18kA為求保護4的零序II段定值，應(yīng)先求出保護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地短路，求出流過保護2的最大零序電流，因此有X.G3 + X| 73 , y V = Z2 一山 1SCX.G1 + X 7| | （2）二4. 52。YYY7/八0.73 I v II

25、 八075 , V 1 II 八o.riZ（）= L（ + X（）BC ） II + X（）.M II -八222 二6.86。jUm115/右單相接地短路時，有 氣|仁2十氣3=4.52 + 4.52 + 6.68 =4. 1 79kA從而求得流過保護2的電流為2=0. 356kA4.52x6.86兩相接地短路時，有 心2 IIZ）=4.52 + 6.86二2.723。U7t =12! 1 - j x a Z +Z IIZ/0 f z +Z正序電流1112 11 10 =9. 17kA零序電流2 +乙0二3.64kA 從而求得流過保護2的電流 /。2=0. 31kA這樣，流過保護2的最大零序

26、電流，02max=o. 356kA保護2的零序I段定值為 /初.2二爪必x3/o.2.max=1. 286kA_ rel1.15het A 一 k* het.2 X 1.282這樣，保護4的零序II段定值為4力.min=3.775=0. 39kA校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過保護4的最小零序電流O4min=0. 278kA3/V *0.4 minKre =靈敏系數(shù)setA =2. 1 4X.G2 = 202=5 Q , X1.G3 = X2.G3 = X G4 = X2GJ8 Q ,1.G1 八 2.G1 二2. 20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

27、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： 鳥=115/右kV X，=XXo.r5 =Xr6 二 20。，人“二 60km,汨二1. 2,汨=1. 15o其相間短Xi.n X& =5 Q , X。丁 X。皿二5 Q, .T5 =、成6 = 1 5 Q,Lb-c二40 km,線路阻抗乙二乙二04。/扁，小二1.2。/而， 路的保護也采用電流保護，試完成：1分別求出保護1、4的段I、II定值，并校驗靈敏度；2保護1、4的I、II段是否安裝方向元件；3分別畫出相間短路的電流保護的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的交流 接線；4相間短路的電流保

28、護的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的內(nèi)角有何不 同；5功率方向判別元件必須正確地按照電壓、 現(xiàn)場工程師是如何保證接線極性正確的。電流同名端接線后，才能正確工作，設(shè)想解：1保護1的I、II段整定。5. min 最大運行方式為G1、G2全運行，相應(yīng)的最小運行方式為一臺電機運行，相應(yīng)的 s.max X。 + 門二q Q母線d.B.mux yv處三相短路流過保護1的最大電流Av.min +Ad =2. 289kA保護的 I 段定值為x【.max 二 1. 2 X 2. 289二2. 747k A母線ft/.C.max _ wV三相短路流過保護3的最大電流入s.min +Ad=1.475kA保護

29、的 I 段定值為 4 = K, X/Cmaxn. 771kA/II _ jII x rI保護1的II段定值為 setA 八汩*知.3二2. 063kA母線兩相短路流過保護1的最小電流，_ 用 Epd.&max2 Xg +X。 6kA保護 d.Bmin dm 1 _ 電流II斷的靈敏度系數(shù)sa.l1.6912.063二0.83靈敏度不滿足要求。保護的I、II段整定。X 最大運行方式為G3、G4全運行，相應(yīng)的Xg3 + X73s. min2 二6.5。5. max最小運行方式為一臺電機運行，相應(yīng)的 Xs.max = Xg3 +X”二13。母線處三相短路流過保護4的最大電流d.B. max yV入s

30、.min +Ad =2. 951kA保護的 I 段定值為 兒1 =虬，X/Bmax = 1. 2 X 2. 951=3. 541 kAd.&max yr母線三相短路流過保護2的最大電流入smin二1.428kA保護的I段定值為set.2 _ K-el * /“.A.max 7 1 3 k A保護/II _ 昭11 x的II段定值為 W.4 一 f x.2二1.97kAt/.B.niax母線兩相短路流過保護4的最小電流2 X，max +Xd =1. 983kA保護_ * d.?min sen A _,電流II斷的靈敏度系數(shù)sd41.983 197=1. oi靈敏度不滿足要求。2計算母線A背側(cè)三相

31、短路時流過保護1的最大短路電流，即E甲J.A.maxy , y , X.3 + X.31 15 / VJ就一2 =24 + 16 + 6.5F.428kA故保護1的I、II均不需要加由于、v 2.747kA=匕，并且j V 2. 036kA=以, 裝方向元件。計算母線C背側(cè)三相短路時流過保護4的最大短路電流，即MmL v V . X.+X.115/75八AB十人BC十 )1 K I 2= 24 + 16 + 5 f . 475kA由于A/.c.max V3.54kA二/)1,并且/C.max V1.97kA二故保護4的I、II均不需要加裝方向元件。3相間短路的電流保護的功率方向判別元件與零序功

32、率方向元件的交流接線圖分別如 圖 2-14 、2-15 所示.圖2-14相間短路的電流保護的功率方向判別元件交流接線圖圖2-15零序功率方向元件的交流接線圖4對相間短路電流保護功率方向判別元件而言，當(dāng)0 90 ,使相間短路電流 保護功率方向判別元件在一切故障時都能動作的條件為：內(nèi)角應(yīng)滿足30 60 o對某一已經(jīng)確定了阻抗角的送電線路而言，應(yīng)采用a二90。-們，以便短路時獲得最大靈 敏角。而對零序功率方向判別元件而言，在保護范圍內(nèi)故障時，最大靈敏角代=-95 -110。,即內(nèi)角 a 般為 95。110。o5現(xiàn)場測定互感器極性的常用原理圖如圖2-1 6所示。一般采用直流電池組配合直流 毫安表的簡單

33、工具，將電池正極接在互感器的一次同名端，直流電表的紅筆正極接 在二次同名端，當(dāng)電路接通時一次電流由同名端流入，二次電流由同名端流出，指針向 右擺動，穩(wěn)定后電路斷開是指針向左擺動，那么同名端標識正確。假設(shè)指針擺動方向相 反，那么二次同名端應(yīng)在另一端。當(dāng)電壓、電流互感器的同名端極性被正確標定以后，按照功率方向元件接線原 理圖仔細地接入后，還可以采用電壓、電流、功率和相角一體化測量儀表進展測量，根 據(jù)以上電量的幅值、相位關(guān)系和各讀數(shù)值對接線校核。圖2-16現(xiàn)場測定電流互感器極性的常用原理接線圖2. 21對于比.2. 19復(fù)雜得多的實際電力系統(tǒng)，設(shè)想保護工程師是如何完成保護定值計算 的？如果你今后從事

34、保護整定計算，如何借助現(xiàn)在計算工具提高你的勞動效率？答：由于繼電保護整定計算多種不同的運行方式，要對不同地點、不同類型的故障進展 屢次計算，既要計算出各個繼電保護元件不同段的動作值，還要進展靈敏度校驗，計算 的工作量非常的大，特別是在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造特別復(fù)雜的實際電力系統(tǒng)中，人工計算幾乎不可 能完成。保護工作者曾今創(chuàng)造了 “直交流計算臺，用集中的電阻阻抗代表電 網(wǎng)元件的電阻抗，按照電網(wǎng)的實際連接關(guān)系連接成模擬的電網(wǎng)，在電源點接上直交 流電壓，用儀表測量短路后的電流、電壓。因為接線復(fù)雜、精度低，目前實際電力系統(tǒng) 已經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用繼電保護整定計算軟件，只要整定人員按要求輸入電網(wǎng)構(gòu)造和參數(shù)， 就可以由計算機

35、快速準確的計算出需要的短路電流及不同保護裝置隔斷的動作值，并可 以由計算機完成靈敏度校驗。今后繼電保護的整定計算主要由計算機來完成，但整定計算人員必須了解計算的原理和 原那么，再出現(xiàn)一些整定計算軟件無法涵蓋的特殊情況時，還素人工手動計算作為補充。2. 22圖2 1 7所示系統(tǒng)的變壓器中性點可以接地，也可以不接地。比擬中性電直接接地 系統(tǒng)與中性點非直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地以后，在下屬方面的異同：答：線路保護應(yīng)接TA1 ,母線保護應(yīng)接TA2o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)。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

36、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根本 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

37、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(dāng)多個電源向該電力元件供電時，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

38、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(xué)研究、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)繼電保護即是一門理論性很強，又是工程實踐性很強的學(xué)科。首先繼電保 護工作者要掌握電力系統(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

39、原理和方法，應(yīng)用不同的原理和 判據(jù)實現(xiàn)繼電保護的根本方法，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(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)狀與參數(shù)，對其繼電保護做出 必要的調(diào)整。一樣原理的保護裝置在應(yīng)用于電力系統(tǒng)不同位置的元件上時，可能有不同 的配置和配合；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1零序等值網(wǎng)絡(luò)及零序參數(shù)的組成；2靈虛電壓分布規(guī)律；3零

40、序電流的大小及流動規(guī)律；4故障電路與非故障線路零序功率方向；5故障電流的大小及流動規(guī)律；6故障后電壓方向機對稱性變化；7故障對電力系統(tǒng)運行的危害；8對保護切除故障速度的要求；圖2-17系統(tǒng)接線圖答：1零序等值網(wǎng)絡(luò)及零序參數(shù)的組成：以線路AB末端發(fā)生單相接地為例，中性點直接接地系統(tǒng)零序等值圖如圖2 1 8所示。由圖218可見，從故障點看進去的零序阻抗為母線B引出的三個分支的并聯(lián)，等值阻 抗值較小，出現(xiàn)單相接地后系統(tǒng)中會有較大的零序電流。中性點非直接接地系統(tǒng)，零序網(wǎng)絡(luò)由同級電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對地的等值電容構(gòu)成通 路，其零序等值圖如圖2 19所示。圖2-18線路AB末端故障時中性點直接接地系統(tǒng)零序等值圖

41、圖2-19中性點非直接接地系統(tǒng)零序等值圖由圖219可見，故障點的等值阻抗為三個對地容抗的并聯(lián)，由于分布電容的容值較小、 阻抗較大，因此故障點的零序等值阻抗也較大，接地不會產(chǎn)生較大的零序電流。零序電壓分布規(guī)律：中性點直接接地系統(tǒng)中，故障點零序電壓最高，距離距離故障點越遠下降越多，在 變壓器中性點處降為0。在中性點非直接接地系統(tǒng)中，假設(shè)不計微小的零序電容電流在線路阻抗上產(chǎn)生的微 小壓降，那么統(tǒng)一電壓等級的整個系統(tǒng)的零序電壓都一樣及三相變壓器之間的一局部 系統(tǒng)。3零序電流的大小及流動規(guī)律：中性點直接接地系統(tǒng)中，零序電流的大小同系統(tǒng)的運行方式和系統(tǒng)各局部的零序阻 抗的大小都有關(guān)系，零序電流在故障點與變

42、壓器中性點之間形成回路。非直接接地系統(tǒng)中，零序電流的大小依賴于系統(tǒng)地相電動勢和線路的對地電容。零 序電流從故障點流出通過線路的對地電容流回大地。非故障元件的零序電流就是該線路 本身的對地電容電流，故障元件中流過的零序電流，數(shù)值為全系統(tǒng)所有非故障元件對地 電容電流值之和，再有消弧線圈的情況下，那么是全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流 值與消弧線圈中的電感電流值相量和。4故障線路與非故障線路靈虛功率方向：中性點直接接地系統(tǒng)中，在故障線路上零序功率方向表現(xiàn)為線路流向母線；在非故障線路上，靠近故障點的一側(cè)，零序功率方向由母線流向線路，而遠離故障點的一側(cè)， 零序功率方向由線路流向母線。中性點非直接接地系統(tǒng)

43、中，故障線路上電容性無功功率 方向為線路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向為母線流向線.路。5故障電流的大小及流動規(guī)律：中性點直接接地系統(tǒng)中，由于故障點和網(wǎng)絡(luò)中變壓器中性點形成回路，因此故障相電流 較大。故障電流有故障電流向中性點。中性點非直接接地系統(tǒng)中，由于不構(gòu)成短路回路 而只經(jīng)過對地電容形成回路，因此接地相電流很小。由于接地電流相對于負荷電流較小， 根本上不影響負荷電流的分布、6故障后電壓的變化及對稱性變化：中性點直接接地系統(tǒng)中，故障后三相的相電壓和線電壓都不在對稱。中性點非直接 接地系統(tǒng)中，故障后接地相電壓降為0,非接地相對于低電壓升高至原電壓的右倍，但 三相之間線電壓依然保持

44、對稱。7故障對電力系統(tǒng)的危害：中性點直接接地系統(tǒng)中，故障相電流很大，對系統(tǒng)危害很大。中性點非直接接地系統(tǒng)中，故障相電流很小，而且三相之間的線電壓任然保持對稱，對 負荷的供電沒有影響，一般情況下，對系統(tǒng)危害不大。8對保護切除故障速度的要求：中性點直接接地系統(tǒng)中，由于接地相電流很大，為防止損壞設(shè)備，應(yīng)迅速切除接地 相甚至三相。中性點非直接接地系統(tǒng)中，由于故障點電流很小，切三項之間的線電壓仍 對稱，可以允許再運行1 2h ,同時發(fā)出信號。2. 23圖217所示系統(tǒng)中變壓器中性點全部不接地，如果發(fā)現(xiàn)單相接地，試答復(fù)：1比擬故障線路與非故障線路中零序電流、零序電壓、零序功率方向的差異。2如果在接地電流過

45、的電容電流超過10A 35KV系統(tǒng)、20A 10KV系統(tǒng)、30A 36KV 系統(tǒng)時，將裝設(shè)消弧線圈，減小接地電流，表達用零序電流實現(xiàn)選線的困難。3表達用零序功率方向?qū)崿F(xiàn)選線的困難。4表達拉路停電選線存在的問題。答：1零序電流、零序電壓、零序功率的方向：零序電流：在非故障線路中流過的電流其數(shù)值等于本身的對地電容電流，在故障線路中流過的零序電流數(shù)值為全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流之和。零序電壓：全系統(tǒng)都會出現(xiàn)量值等于相電壓的零序電壓，個點零序電壓根本一樣。零序功率方向：在故障線路上，電容性無功功率方向為線路流向母線；在非故障線路上， 電容性無功功率方向為母線流向線路。2裝設(shè)消弧線圈后，上述零序電

46、流的分布規(guī)律發(fā)生變化，接地線路中的零序電流為消 弧線圈補償后的參與電流，其量值較小，零序過電流元件將無法整定；零序電流的量值 有可能小于非故障線路的零序電流，所以零序電流群體比幅原理也將無法應(yīng)用。3用零序功率方向選線困難：由于一般采用的是過補償，流經(jīng)故障線路的的零序電流 是流過消弧線圈的零序電流與非故障元件零序電流之差，而電容無功功率方向是由母線 流向線路實際上是電感性無功功率由線路流向母線，零序功率方向與非故障線路一致， 因此無法利用功率方向來判斷故障線路。4拉路停電選線存在的問題：1需要人工操作，費時、費力，自動化程度低；2需要依次斷開每一條線路，影響供電可靠性，假設(shè)重合閘拒動，可能造成較

47、長時間 的停電。2. 24小結(jié)以下電流保護的根本原理、使用網(wǎng)絡(luò)并闡述其優(yōu)缺點：1相間短路的三段式電流保護；2方向性電流保護；3零序電流保護；4方向性零序電流保護；5中性點非直接接地系統(tǒng)中的電流電壓保護。答：1相間保護的三段式保護：利用短路故障時電流顯著增大的故障特征形成判據(jù)構(gòu) 成保護。其中速斷保護按照躲開本線路末端最大短路電流整定，保護本線路的局部；限 時速度按保護按躲開下級速度按保護末端短路整定，保護本線路全長；速斷和限時速斷 的聯(lián)合工作，保護本線路短路被快速、靈敏切除。過電流保護躲開最大負荷電流作為本 線路和相鄰線路短路時的后備保護。主要優(yōu)點是簡單可靠，并且在一般情況下也能滿足快速切出故障

48、的要求，因此在電網(wǎng)中 特別是在35KV及以下電壓等級的網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛的應(yīng)用。缺點是它的靈敏度受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)的運行方式變化的影響。靈敏系數(shù)和保護 范圍往往不能滿足要求，難以應(yīng)用于更高等級的復(fù)雜網(wǎng)路。2方向性電流保護：及利用故障是電流復(fù)制變大的特征，有利用電流與電壓間相角的 特征，在短路故障的流動方向正是保護應(yīng)該動作的方向，并且流動幅值大于整定幅值時， 保護動作跳閘。適用于多斷電源網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點：多數(shù)情況下保證了保護動作的選擇性、靈敏性和速動性要求。缺點：應(yīng)用方向元件是接線復(fù)雜、投資增加，同時保護安裝地點附近正方向發(fā)生是你想 短路時，由于母線.電壓降低至零，方向元件失去判斷的依據(jù)，保護裝置

49、據(jù)動，出現(xiàn)電壓 死區(qū)。3零序電流保護：正常運行的三相對稱，沒有零序電流，在中性點直接接地電網(wǎng)中， 發(fā)生接地故障時，會有很大的零序電流。故障特征明顯，利用這一特征可以構(gòu)成零序電 流保護。適用網(wǎng)絡(luò)與1 10KV及以上電壓等級的網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點：保護簡單，經(jīng)濟，可靠；整定值一般較低，靈敏度較高；受系統(tǒng)運行方式變化的 影響較?。幌到y(tǒng)發(fā)生震蕩、短時過負荷是不受影響；沒有電壓死區(qū)。缺點：對于短路線路或運行方式變化較大的情況，保護往往不能滿足系統(tǒng)運行方式變化 的要求。隨著相重合閘的廣泛應(yīng)用，在單項跳開期間系統(tǒng)中可能有較大的零序電流，保 護會受較大影響。自耦變壓器的使用使保護整定配合復(fù)雜化。4方向性零序電流保護：在

50、雙側(cè)或單側(cè)的電源的網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器的中性點一般 至少有一臺要接地，由于零序電流的實際流向是由故障點流向各個中性點接地的變壓器， 因此在變壓器接地數(shù)目比擬多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，就需要考慮零序電流保護動作的方向性問 題。利用正方向和反方向故障時，零序功率的差異，使用功率方向元件閉鎖可能誤動作 的保護，從而形成方向性零序保護。優(yōu)點：防止了不加方向元件，保護可能的誤動作。其余的優(yōu)點同零序電流保護。缺點：同零序電流保護，接線較復(fù)雜。5中性點非直接接地系統(tǒng)中的電流電壓保護：在中性點非直接接地系統(tǒng)中，保護相間 短路的電流、電壓保護與中性點直接接地系統(tǒng)是完全一樣的。僅有單相接地時二者有差 異，中性點直接接地系統(tǒng)

51、中單相接地形成了短路，有短路電流流過，保護應(yīng)快速跳閘， 除反響相電流幅值的電流保護外，還可以采用專門的零序保護。而在中性點非直接接地 系統(tǒng)中單相接地時，沒有形成短路，無大的短路電流流過，屬于不正常運行，可以發(fā)出 信號并指出接地所在的稅路，以便盡快修復(fù)。當(dāng)有單相接地時全系統(tǒng)出現(xiàn)等于相電壓的 零序電壓，采用零序電壓保護報告有單相接地發(fā)生，由于沒有大短路電流流過故障線路 這個明顯特征，而甄別接地發(fā)生在哪條線路上那么困難得多。一般需要專門的“單相接 地選線裝置，裝置依據(jù)接地與非接地線路基波零序電流大小、方向以及高次諧波特征 的差異，選出接地線路。3 電網(wǎng)距離保護3. 1距離保護是利用正常運行與短路狀態(tài)

52、間的哪些電氣量的差異構(gòu)成的？答：電力系統(tǒng)正常運行時，保護安裝處的電壓接近額定電壓，電流為正常負荷電流，電 壓與電流的比值為負荷阻抗，其值較大，阻抗角為功率因數(shù)角，數(shù)值較?。浑娏ο到y(tǒng)發(fā) 生短路時，保護安裝處的電壓變?yōu)槟妇€剩余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏?，電壓與電流的比 值變?yōu)楸Ｗo安裝處與短路點之間一段線路的短路阻抗，其值較小，阻抗角為輸電線路的 阻抗角，數(shù)值較大，距離保護就是利用了正常運行與短路時電壓和電流的比值，即測量阻抗之間的差異構(gòu)成的。3. 2什么是保護安裝處的負荷阻抗、短路阻抗、系統(tǒng)等值阻抗？答：負荷阻抗是指在電力系統(tǒng)正常運行時，保護安裝處的電壓近似為額定電壓與電 流負荷電流的比值。因為電力系

53、統(tǒng)正常運行時電壓較高、電流較小、功率因數(shù)較高 即電壓與電流之間的相位差較小，負荷阻抗的特點是量值較大，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)生短路時保護安裝處的電壓變?yōu)槟妇€剩余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏鳎藭r測量電壓與測量電流的比值就是短路阻抗。短路阻抗即保護安裝處與 短路點之間一段線路的阻抗，其值較小，阻抗角交大。系統(tǒng)等值阻抗：在單個電源供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護安裝處與背側(cè)電 源點之間電力元件的阻抗和；在由多個電源點供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護安 裝處斷路器斷開的情況下，其所連接母線處的戴維南等值阻抗，即系統(tǒng)等值電動勢與母 線處短路電流的比值，一般通過等值

54、、簡化的方法求出。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)路的最明顯差異是什么？答：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障電流流過的通路稱為故障環(huán)路。相間短路與接地短路所構(gòu)成的故障環(huán)路的最明顯差異是：接地短路的故障環(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)成距離保護為什么必須用故障環(huán)上的電流、電壓作為測量電壓和電流？答：在三相系統(tǒng)中，任何一項的測量電壓與測量電流值比都能算出一個測量阻抗，但是. . .只有故障環(huán)路上的測量電壓、電流之間才能滿足關(guān)系Um= /,乙 =Itn Zk = IZLk，即由它 們算出的測量阻抗才等于短路阻抗，才能夠正確反響故障點到保護安裝處之間的距離。 用非故障環(huán)上的測量電壓與電流雖然也能算出一個測量阻抗，但它與故障距離之間沒有 直接的關(guān)系，不能正確的反響故障距離，雖然不能構(gòu)成距離保護。