電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作業(yè)題答案

1、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)元件最多三臺運(yùn)行，最少一臺運(yùn)行，線路最多三條運(yùn)行，最少一條運(yùn)行，請確定保護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻抗。（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)動作時限為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 簡單電網(wǎng)示意圖解：由已知可得=0.4&#

2、215;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，則有三臺發(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+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

3、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

4、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)生兩相短路時的電流為=0.8098kA 所以保護(hù)2處的靈敏系數(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。可見，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時電流速斷保護(hù)的靈敏

5、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=2.391.5 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)的動作時間為 =0.5+0.5=1s =+0.5=1.5s =+0.5=2s2.9 如圖2-4所示網(wǎng)絡(luò)，流過保護(hù)1、2、3的最大

6、負(fù)荷電流分別為400A、500A、550A,=1.3、=0.85，=1.15， =0.5s，=1.0s ，試計(jì)算： （1） 保護(hù)4 的過電流定值；（2） 保護(hù)4的過電流定值不變，保護(hù)1所在元件故障被切除，當(dāng)返回系數(shù)低于何值時會造成保護(hù)4誤動？（3） =0.85時，保護(hù)4的靈敏系數(shù)=3.2，當(dāng)=0.7時保護(hù)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(hù)4 的最大負(fù)荷電流為 =400+500+550=1450A保護(hù)4的過電流定值為 =2.55A時限為 =max（，）+=1.5s（2）保護(hù)21 切除故障后，流過保護(hù)4 的最大負(fù)荷電流 =500+550=1050A=1.05kA，在考慮電

7、動機(jī)的自啟動出現(xiàn)的最大保護(hù)電流 =1.3×1.05=1.365kA，這個電流必須小于保護(hù)4 的返回電流，否則1.5s以后保護(hù)4 將誤切除。相應(yīng)的要求=2.55，從而2.551.365，=0.535。當(dāng)返回系數(shù)低于0.535時，會造成保護(hù)誤動。（3） 保護(hù)4的靈敏系數(shù)=，與成正比，當(dāng)下降時靈敏系數(shù)下降，=2.635。2.19 系統(tǒng)示意圖如圖2-6所示，發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機(jī)方式為4臺全開，最小開機(jī)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(yùn)行。參數(shù)為：kV，= =5，=8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗=0.4/km，=

8、1.2/km，=1.2，=1.15。 圖2-6 系統(tǒng)示意圖（1）畫出所有元件全運(yùn)行時的三序等值網(wǎng)絡(luò)，并標(biāo)注參數(shù)；（2）所有元件全保護(hù)時，計(jì)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(hù)1、4零序段的最大、最小分支系數(shù)；（4）分別求出保護(hù)1、4零序、段的定值，并校驗(yàn)靈敏度；（5）保護(hù)1、4零序、段是否需要安裝方向元件；（6）保護(hù)1處裝有單相重合閘，所有元件全運(yùn)行時發(fā)生系統(tǒng)振蕩，整定保護(hù)1不靈敏段定值。解：先求出線路的參數(shù)，即 =60km，=24，=72，=40km，=16,=48，所有元件全運(yùn)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(fù)序等值

9、圖 (c)零序等值圖圖2-7 所有元件全運(yùn)行時三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖（2）下求出所有元件全運(yùn)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(fù)荷序網(wǎng)等值圖。1）單相接地短路時，故障端口正序阻抗為=(24+5)|(16+6.5)=12.67故障端口負(fù)序阻抗為 =12.67故障端口零序阻抗為=79.5|10|55.5=7.657則復(fù)合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。故障端口零序電流為 =2.012kA在零序網(wǎng)中按照零序?qū)Ъ{進(jìn)行分配零序電流從而得到此時流過保護(hù)1、4處的零序電流分別為 =0.194kA =0.278kA畫出零序電流分布圖如圖2-9所示. 圖2-8 單相接地短路復(fù)合序網(wǎng)等值圖 圖2-9 單相

10、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 =12.67=7.657，則復(fù)合序網(wǎng)如圖2-10所示。|=4.77 故障端口正序電流為 =3.808kA故障端口零序電流為 =2.373kA同樣地，流過保護(hù)1、4的零序電流分別為 =0.299kA， =0.327kA。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(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(hù)1的分支系數(shù) 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。=,對于，當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有=87當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時

11、最小，有 =79.5對于，當(dāng)T5,T6只有一臺運(yùn)行時最大，=20；當(dāng)T5,T6兩臺全運(yùn)行時最小，=10. 因此保護(hù)1的最大分支系數(shù) =9.7，最小分支系數(shù)為=4.975同樣的分析保護(hù)4的分支系數(shù)。當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時，T5,T6YOU 助增的作用，如圖2-13所示。=對于，當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有=63當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時最小，有 =55.5對于，當(dāng)T5,T6只有一臺運(yùn)行時最大，=20；當(dāng)T5,T6兩臺全運(yùn)行時最小，=10. 因此保護(hù)4的最大分支系數(shù) =7.3，最小分支系數(shù)為=3.775 圖2-12 BC段故障時變壓器的助增作用 圖2-13 AB段故障時變壓器的助增作用（

12、4）保護(hù)1整定計(jì)算零序段： 根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過保護(hù)1的最大零序電流為 =0.229kA 故段定值 =1.2×3×0.229=0.8244kA為求保護(hù)1的零序段定值，應(yīng)先求出保護(hù)3零序段定值，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，求出流過保護(hù)3 的最大零序電流，因此有=（）|()=5.68=6.63單相接地短路時，有 =3.69kA從而求得流過保護(hù)3的電流為 =0.43kA連相接地短路時，有 =3.06正序電流 =7.6kA 零序電流 =3.5kA從而求得流過保護(hù)3 的電流 =0.408kA這樣，流過保護(hù)3的最大零序電流 =0.43kA保護(hù)3的零序段

13、定值為 =1.548kA這樣，保護(hù)1的零序段定值為 =0.358kA校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過保護(hù)1 的最小零序電流 =0.194kA靈敏系數(shù) =1.626保護(hù)4 整定計(jì)算：零序段 根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過保護(hù)4的最大零序電流為 =0.327kA 故段定值 =1.2×3×0.327=1.18kA為求保護(hù)4的零序段定值，應(yīng)先求出保護(hù)2零序段定值，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(hù)2 的最大零序電流，因此有=（）|()=4.52=6.86單相接地短路時，有 =4.179kA從而求得流過保護(hù)2的電流為 =0.356kA兩相接地短路時，有

14、 =2.723正序電流 =9.17kA 零序電流 =3.64kA從而求得流過保護(hù)2的電流 =0.31kA這樣，流過保護(hù)2的最大零序電流 =0.356kA保護(hù)2的零序段定值為 =1.286kA這樣，保護(hù)4的零序段定值為 =0.39kA校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過保護(hù)4 的最小零序電流 =0.278kA靈敏系數(shù) =2.143.19什么是助增電流和外汲電流？它們對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k點(diǎn)短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為 在母線B接上分支后，k點(diǎn)短路時，A處阻抗繼電器KZ1測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

15、使A處感受到的測量阻抗變大，這種使測量阻抗變大的分支就成為助增分支，對應(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k點(diǎn)短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為 在母線B接上分支后，k點(diǎn)短路時，A處阻抗繼電器KZ1測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處感受到的測量阻抗變小，這種使測量阻抗變大的分支就成為外汲分支，對應(yīng)的電流稱為外汲電流。3.18 圖3-7所示系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機(jī)方式為4臺全開，最小開機(jī)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(yùn)行。參數(shù)為：kV，= =15，=10，=10，=30

16、,=20,=40，=60km，=40km，線路阻抗=0.4/km，=1.2/km，線路阻抗角均為75°，=300A，負(fù)荷功率因數(shù)角為30°；=1.2，=0.85，=0.75。變壓器均裝有快速差動保護(hù)。試回答：圖 3-7 系統(tǒng)示意圖（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)，各選用何種接線方式？各選用何種動作特性？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、段選擇具有方向特性的距離保護(hù)，段具有偏移特性的距離保護(hù)。（2）整定保護(hù)14的距離段，并按照你選定的動作特性，在一個阻抗復(fù)平面上畫

17、出各保護(hù)的的動作區(qū)域。答：線路AB正序阻抗 =0.4×60=24 線路BC的正序阻抗 =0.4×40=16保護(hù)1、2的距離保護(hù)段 =0.85×24=20.4保護(hù)3、4的距離保護(hù)段 =0.85×16=13.6保護(hù)14距離段在復(fù)阻抗平面上的動作區(qū)域如圖3-8所示，圓周1、2、3、4分別對應(yīng)保護(hù)1、2、3、4距離段的動作特性。圖3-8 保護(hù)14距離段的動作特性（3）分別求出保護(hù)1、4接地距離保護(hù)的最大、最小分支系數(shù)。答：對保護(hù)11）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)段相配合時，有 =2.88，=1.592）當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時，有 =2.88，=2.01對保

18、護(hù)41）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)段相配合時，有 =2.26，=1.412）當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時，有 =1.99，=1.53（4）分別求出保護(hù)1、4 接地距離、段的定值即時限，并校驗(yàn)靈敏度。答：保護(hù)1距離段的整定：1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。（a）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)段相配合時，有=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，有=0.75×（24+2.01×20）=48.15所以取=34.2182）靈敏度校驗(yàn)：=1.431.25，滿足靈敏度要求。3）動作時限：與相鄰保護(hù)3 的段配合，有=

19、0.5+0.5=1s，它能同時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)1距離段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時 的最小負(fù)荷阻抗整定，有=190.53，=155.932）靈敏度校驗(yàn)：（a）本線路末端短路時靈敏度系數(shù)為 =6.501.5（b）相鄰設(shè)備末端短路時靈敏度系數(shù)為 1.2 相鄰線路末端短路時靈敏系數(shù)。利用（3）中求靈敏系數(shù)的結(jié)論，只要令,即可，所以有當(dāng)、分別取最小值，而、分別取最大值時，就取最大值，即當(dāng)=10，=20，=25，=30，=30時，有=2.88，=16，=2.33>1.2相鄰變壓器靈敏系數(shù)校驗(yàn)，此時 =2.88，=20=1.91>1.2 所以靈敏度

20、校驗(yàn)要求。3）動作時限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合，有=1s，它能同時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距離段的整定：1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。（a）當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)段相配合時，有=0.75×（16+1.41×20.4）=33.573（b）當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時，有=0.75×（16+1.53×20）=34.95所以取=33.5732）靈敏度校驗(yàn)：=2.11.25，滿足靈敏度要求。3）動作時限：與相鄰保護(hù)2 的段配合，有=0.5+0.5=1s，它能同時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距離段的整定

21、：1）整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時 的最小負(fù)荷阻抗整定，有=190.53，=155.932）靈敏度校驗(yàn)：（a）本線路末端短路時靈敏度系數(shù)為 =9.741.5（b）相鄰設(shè)備末端短路時靈敏度系數(shù)為 1.2 相鄰線路末端短路時靈敏系數(shù)。利用（3）中求靈敏系數(shù)的結(jié)論，只要令,即可，所以有當(dāng)、分別取最小值，而、分別取最大值時，就取最大值，即當(dāng)=12.5，=20，=20，=30，=30時，有=2.21，=24，=2.26>1.2相鄰變壓器靈敏系數(shù)校驗(yàn)，此時 =1.99，=20=2.79>1.2 所以靈敏度校驗(yàn)要求。3）動作時限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合，有=1s，它能同時滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓

22、器保護(hù)配合的要求。（5）當(dāng)AB線路中點(diǎn)處發(fā)生BC兩相短路接地時，那個地方哪些測量元件動作，請逐一列出。保護(hù)、斷路器正常工作條件下，哪些保護(hù)的何段以什么時間跳開了哪些斷路器將短路切除。答：當(dāng) AB線路中點(diǎn)處發(fā)生B、C兩相短路接地時，接地保護(hù)中：B相、C相的接地距離保護(hù)的測量元件動作；相間距離保護(hù)中，B、C相間距離保護(hù)的測量元件動作。保護(hù)、斷路器正常工作條件下，保護(hù)1的B,C相的接地距離保護(hù)段、BC相間距離保護(hù)段、保護(hù)2的B，C相的接地距離保護(hù)段、BC相間距離保護(hù)的段，將在故障瞬間跳開保護(hù)1,2處的斷路器，從而將短路故障切除。（6）短路條件同（5），若保護(hù)1的接地距離段拒動、保護(hù)2處斷路器拒動，哪

23、些保護(hù)以時間跳開何斷路器將短路切除。答：保護(hù)1的相間距離保護(hù)段將在故障瞬間跳開保護(hù)1處的斷路器，保護(hù)4的距離段延時1s跳開保護(hù)4的斷路器。（7）假定各保護(hù)回路正確動作的概率為90%，在（5）的短路條件下，全系統(tǒng)中斷路器不被錯誤切除任意一個的概率是多少？體會保護(hù)動作可靠性應(yīng)要求到多高？答：假定保護(hù)1在發(fā)電廠側(cè)還有1套遠(yuǎn)后備保護(hù)，則線路AB中點(diǎn)短路后應(yīng)該有4個斷路器的跳閘回路被4套保護(hù)啟動，如果各保護(hù)回路正確動作的概率只有90%，則全系統(tǒng)中不被錯誤切除任意一個斷路器的概率是P=0.9×0.9×0.9×0.9=0.6561。3.21什么是電力系統(tǒng)的振蕩？振蕩時電壓、電流

24、有什么特點(diǎn)？阻抗繼電器的測量阻抗如何變化？答：電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)失去同步的現(xiàn)象，稱為電力系統(tǒng)的振蕩；電力系統(tǒng)振蕩時，系統(tǒng)兩側(cè)等效電動勢間的夾角在0°360°范圍內(nèi)作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓、線路電流、距離保護(hù)的測量阻抗也都呈現(xiàn)周期性變化。在系統(tǒng)兩端電動勢相等的條件下，測量阻抗按下式的規(guī)律變化，對應(yīng)的軌跡如圖3.10所示。3.23 系統(tǒng)如圖3-12所示，母線C、D、E均為單側(cè)電源。全系統(tǒng)阻抗角均為80°，=15，=30，=24， =32，=0.4s，系統(tǒng)最短振蕩周期T=0.9s。試解答：圖3-12 簡單電力系統(tǒng)示意圖（1） G1、G2兩機(jī)電動勢幅值相同，找出系統(tǒng)的振蕩中心在何處？（2）分析發(fā)生在振蕩期間母線A、B、C、D電壓的變化規(guī)律及線路A-B電流的變化。（3）線路B-C、C-D、D-E的保護(hù)是否