電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題集解析答案解析

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)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(hù)系統(tǒng)是不能運(yùn)行的。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，

電源至故障點(diǎn)之間的也力設(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(hù)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(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓降低造成發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率和輸出包磁功率的不平

W,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(hù)系統(tǒng)，那么當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)，不能及時(shí)地發(fā)

出信號通知值班人員進(jìn)展合理的處理。

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)裝置就是指能反響電力系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于斷

路器跳間或發(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(yùn)行時(shí)不動作；2.

電力系統(tǒng)部正常運(yùn)行時(shí)發(fā)報(bào)警信號，通知值班人員處理，使也力系統(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)出跳問指令，將故障局部與電網(wǎng)的其他局部隔離。

1.3繼電保護(hù)裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)定的保護(hù)功能，各環(huán)節(jié)的作用是什么？

答：繼電保護(hù)裝置一般通過測量比擬、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個(gè)局部完成預(yù)定妁保護(hù)功

能。測量比擬環(huán)節(jié)是冊來爪個(gè)被保護(hù)電器元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)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(hù)

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)輸出的邏斡信號，使保護(hù)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)該使斷路器跳間。執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)是

根據(jù)邏輯局部傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳間脈沖及相應(yīng)的動作信息、發(fā)出警報(bào)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(hù)，這些保護(hù)單靠保護(hù)整定值能求出保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障嗎？

答：利用流過被保護(hù)元件電流幅值的增大，構(gòu)成了過電流保護(hù)；利用短路時(shí)電壓幅值的降

低，構(gòu)成了低電壓保護(hù)；利用電壓幅值的異常升高，構(gòu)成了過電壓保護(hù)：利用測量阻抗

的降低和阻抗角的變大，枸成了低阻抗保護(hù)。

單靠保護(hù)增大值不能切除保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障，因?yàn)楫?dāng)故障發(fā)生在本線路末端與下

級線路的首端出口時(shí)，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(shí)能

快速切除而下級線，路短路葉不動作，這種單靠整定值得保護(hù)只能保護(hù)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(hù)?

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(hù)；利用電力元件兩端電流相

住的差異可以構(gòu)成電流相位差動保護(hù)；利兩側(cè)功率方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比擬

式保護(hù)；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(hù)。

1.6如圖17所示，線路上裝設(shè)兩組電流互感器，線路保護(hù)和母線保護(hù)應(yīng)各按哪組互感

器？

答：線路保護(hù)應(yīng)接TA1,母線保護(hù)應(yīng)接TA2o因?yàn)槟妇€保護(hù)和線路保護(hù)的保護(hù)區(qū)必須重疊，

使得任意點(diǎn)的故障都處于保護(hù)區(qū)內(nèi)。

圖17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(hù)的動作時(shí)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(shí)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率減小二機(jī)械功率根本

不變，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生加速的不平衡功率。繼電保護(hù)的動作時(shí)間越快，發(fā)電機(jī)加速時(shí)

間越短，功率角搓開幅度就越小，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(hù)的動作速度越快，故障持續(xù)的時(shí)間

就越短，發(fā)電機(jī)的加速面積就約小，減速面積就越大，發(fā)電機(jī)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(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)塊點(diǎn)。

答：后備保護(hù)的作用是在主保護(hù)因保護(hù)裝直拒劫、保護(hù)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(yuǎn)后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：保護(hù)范圍覆蓋所有下級之力元件的主保護(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)

的上級元件處配置遠(yuǎn)后備保護(hù)；〔2〕動作將切除所有上級電源測的斷路器，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)拒動時(shí)近后備保護(hù)

動作；〔2〕動作時(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，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。

1.9從對繼電器的“四性”要求及其間的矛盾，闡述繼電保護(hù)工作即是理論性很強(qiáng)，又

是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的工作。

答：繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性四項(xiàng)要求之間即矛盾又統(tǒng)一。繼也保

護(hù)的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)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(jìn)展的。

電,力系統(tǒng)繼電,保護(hù)即是一門理論性很強(qiáng)，又是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。首先繼電保

撲工作者要掌根電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的根本原理、運(yùn)行特性和分析方法，特別要學(xué)根電

力系統(tǒng)故障時(shí)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(yùn)行狀態(tài)下電

氣量變化的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的根本方法，所以需要很強(qiáng)的理論性。

由于被保護(hù)的電力系統(tǒng)及其相關(guān)的電氣設(shè)備千差萬別，故障時(shí)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(hù)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(shí)際工程中設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對其繼電保護(hù)做出

必要的調(diào)整。一樣原理的保護(hù)裝置在應(yīng)用于也力系統(tǒng)不同位置的元件上時(shí)，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(shí)，可能配置不同的繼電保護(hù)，

這些均需要根據(jù)電力系統(tǒng)的工程實(shí)際，具體問題具體分析，所以繼電保護(hù)又具有很強(qiáng)的

工程實(shí)踐性。

2電流的電網(wǎng)保護(hù)

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〃？假設(shè)不滿足，

當(dāng)參加繼電器的電量在動作值附近時(shí)將可能出現(xiàn)什么情況？

答：過量維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(dāng)參

加繼也器的動作電量〔圖中的人〕大于其設(shè)定的動作值〔圖中的‘切〕時(shí)，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，維電器也不

會返回，只有當(dāng)參加繼電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值〔圖中的（〕以后它才突然返

回。無論啟動還是返回，維電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個(gè)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，否那么當(dāng)參加繼電器的

電氣量在動作值附近波動時(shí)，繼電器將不停地在動作和返回兩個(gè)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請列舉說明為實(shí)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用

那些技術(shù)？

答：在過量動作的電磁型維電器中，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(dāng)電磁力矩剛剛到達(dá)動作條件時(shí)，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）不變的情況下，電磁力矩隨氣隙的減小而按平方關(guān)系

增加，彈黃的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個(gè)動作過程中總的剩余力矩為正

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。繼電器的返回過程與

之相反，返回的條件變?yōu)樵陂]合位置時(shí)彈簧的反拉力矩大于也磁力矩與摩擦力矩之和。

當(dāng)電磁力矩減小到啟動返回時(shí)，由于這時(shí)摩擦力矩反向，返回的過程中，電碳力矩按平

方關(guān)系減小，彈簧力矩按線性關(guān)系減小，產(chǎn)生一個(gè)退回方向的剩余力矩，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(gè)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(shí)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(gè)不同的整

定值而實(shí)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(diǎn)？

答：在過電流繼電器中，為使繼電器啟動并閉合其做點(diǎn)，就必須增大通過繼電器線圖的

電流4,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o

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1房。

過電流繼電器返回系教過小時(shí)，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，過電流維也器的電流就必須小于返回電流，真陽在外故障切除后負(fù)荷

電流的作用下繼電器可能不會返回，最終導(dǎo)致誤動踽間；而退回系數(shù)過高時(shí)，動作電流

怒和返回電流很接近，不能保證可靠動作，輸入電流正好在動作值附近時(shí)，可能回出現(xiàn)

“抖動〃現(xiàn)象，使后續(xù)電路無法正常工作。

12〕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，并校臉使其滿足靈敏度要求〔*“〃之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(shí)限為0.5s,

校臉保護(hù)1作后備用，保擰2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。

圖2-2簡單電網(wǎng)示意圖

解：由可得“2=0.4X60=24^,'"3=0.4X40=16。，BC=Q.4X50=20^,CD=0.4

X30。，XQE=。4x20=8Q

〔1〕經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式及阻抗最小時(shí)，那么有三臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路L1~L3全

部運(yùn)行，由題意G1,G2連接在同一母線上，那么

XXXXX

Xs.min二〔G\||G2+Ll\|L2)||(G3+)=(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

YVV

J.max=八3+八/，1=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

E115/73

k.E.maxy.y*_i_VV——==1.312kA

過保護(hù)1的最大短路電.流為As?而n十ABC+ACDAUDHF10.6+20+12+8

7

相應(yīng)的速斷定值為二八4X^,E.nm=1>2X1.312=1.57kA

_——ZX——

?立E心e0.4

Z+ZLL

最小保護(hù)范圍計(jì)算公式為卻二2s.maxlm.nmin=I)=-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

________E________

最大電流4omax=X’.min+BC+XCD=1.558kA

fl171J

相應(yīng)的速斷定值為。"2二八EX^o.nm=12X1,558=1.87kA

x57

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9cmax二八s.min十人3c=2.17kA

ri/i

/

相應(yīng)的速斷定值為，也3=Fx*c,max=1,2X2.17=2.603kA

1

x

0.4

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)算說明，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)。

jllrl

〔3〕整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為2^.i=1.15X1.57=1.806kA

線路末段〔即D處〕最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路曠的電流為

6________E

4.0.max=2X5,ax+BC+^CD=Q8098kA

/IIK

所以保護(hù)2處的靈敏系數(shù)二”=0.4484即不滿足人加之1.2的要求。

同理，保護(hù)3的限時(shí)也流速斷定值為‘%=’>2=1.15X1.87=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

■E

1OV4-Y

O.C.max=乙八s.max十八8c=Q.9764kA

A.C.min

所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù)Z..3=o.4531即不滿足2的要求。

可見，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。

0/KJ.-

〔4〕過電流隹定值計(jì)算公式為、K.

/Hi

所以有“i二八U=304.5A

ill!Till

/

同理得'皿2=406A.^,3=6O9A

V3E

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"min=2Zs.max+ZL

所以有‘Emin=727.8A,。皿二809.8A/c-min=974.51A

/匕min

K/III

所以由靈敏度公式f%可知，保護(hù)1作為近后備的靈敏度為

E,mm

K川「iii一

het.}=2.39>1.5滿足近后備保護(hù)靈敏度的要求；

.E.min

K川/川

俁護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為八向.2=/卬.2=1.79之1.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要

求：

,E.min

izlllrill

俁護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為八'"3=he,3=1.3321.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要

求。

科1.IIIfHl.III.HI

r

俁護(hù)的動作時(shí)間為=0.5+0.5=1s2=h+o.5=1.5s%=，2+o.5=2s

2.8當(dāng)圖2.56中保護(hù)1的出口處在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路，保護(hù)按照題2.7

配置和整定時(shí)，試問

(1］共有哪些保護(hù)元件啟動？

12〕所有保護(hù)工作正常，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動作、多長時(shí)間切除？

〔3〕假設(shè)保護(hù)1的電流速斷保護(hù)拒動，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動作、多長時(shí)間切

除?

〔4〕假設(shè)保護(hù)1的斷路器拒動，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動作、多長時(shí)間切除？

答：〔1〕由題2.7的分析，保護(hù)1出口處〔即母線D處〕短路時(shí)的最小短路電流為

0.8098kA,在量值上小于所有電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值，所以所有這

些保護(hù)都不會啟動；該量值大于1、2、3處過電流保護(hù)的定值，所以三處過電流保護(hù)均

會啟動。

〔2〕所有保護(hù)均正常的情況下，應(yīng)有1處的過電流以1s的延時(shí)切除故障。

〔3〕分析說明，按照此題給定的參數(shù)，1處的速斷保護(hù)肯定不會動作，2處的限時(shí)電流

這斷保護(hù)也不會動作，只能靠1處的過電流保護(hù)動作，延時(shí)1s跳閘；假設(shè)斷路器拒動，

那么應(yīng)由2處的過電流保擰以1.5s的延時(shí)跳開2處的斷路器。

2.9如圖2-4所示網(wǎng)絡(luò)，流過保護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為400A、500A、550A,

K肥肥山.III.III.III

?”=1.3、「=0.85,用=1.15,=r2=o.5s,"3=1.os,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)K"低于何值

時(shí)會造成保護(hù)4誤切？

K

（3）八"二0.85時(shí)，保護(hù)4的靈敏系數(shù)=3.2,當(dāng)八"0.7時(shí)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^,max=400+500+550=1450A

/川二KW

1s（tA014,max

佚護(hù)4的過包流定值為Kre=2.55A

JIIfill.IIIJll

時(shí)限為‘4=max〔'I,"2,,3]+△/=■!.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

,在考慮電動機(jī)的自啟動出現(xiàn)的最大保護(hù)電流&.max=Css4nu.x=1.3X1.05=1.365kA,這

個(gè)電流必須小于保護(hù)4的返回電流，否那么1.5s以后保護(hù)4將誤切除。相應(yīng)的要求,ssmax

1.365

1rillK卜k

re

W〃二八r3m.4=2.55re,從而2.55^>1.365,>2.55=0.535。當(dāng)返回系數(shù)低于0.535

時(shí)，會造成保護(hù)誤動。

7]K

k-'k.B.min'/及min八re

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〔3〕保護(hù)4的靈敏系數(shù)^.4=rr/.W4.max,八聯(lián)"與八成正比，當(dāng)八下降時(shí)靈

敏系數(shù)下降，%狽二°.85=2.635。

2.10在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)兩條上下、級線路安裝相間短路的電流保護(hù)時(shí)，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(diǎn)？當(dāng)兩條線路并列時(shí)，

這種安裝方式有何優(yōu)缺點(diǎn)？以上串、并兩種線路，假設(shè)采用三相星形接線，有何缺乏？

答：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，在不同線路不同相別

的兩點(diǎn)接地形成兩相短路時(shí)，可以只切除一條故障線路，另一條線路繼續(xù)運(yùn)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〕、〔1B、2A）、

[1B、2C〕、〔1C、2A〕、〔1C、2B〕。

當(dāng)兩條上、下級線路安裝相間短路電流保護(hù)時(shí)，上級線路裝在A、C相商，而下級裝

在A、B相上時(shí)，將在〔1A、2B〕、〔1B、2A〕、〔1C、2A〕和〔1C、2B〕四種情況下由

下級線路保護(hù)切除故障，即下級線路切除故障的幾率為2/3；當(dāng)故障為〔1A、2C〕時(shí)，將

會由上級線路保護(hù)切除故障；而當(dāng)故障為（1B,2C〕時(shí)，兩條線路均不會切除故障，出

現(xiàn)保護(hù)拒動的嚴(yán)重情況。

兩條線路并列時(shí)，假設(shè)兩條線路保護(hù)動作的延時(shí)一樣，那么在〔1A、2B〕、（：1C、

2A〕和〔1C、2B〕三種情況下，兩條線路被同時(shí)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，即保護(hù)拒動。

假設(shè)保護(hù)采用三相星形接線時(shí)，需要三個(gè)電流互感器和四根二次電纜，相對來講是

復(fù)雜不經(jīng)濟(jì)的。兩條線路并列時(shí)，假設(shè)發(fā)生不同相別的接地短路時(shí)，兩套保護(hù)均啟動，

不必要切除兩條線路的時(shí)機(jī)就比擬多。

2.11在雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護(hù)利月了短路時(shí)電氣量的什么掙征解決了

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，利用包流幅值特征不能保證保護(hù)動作的選擇性。方向性電,

流保護(hù)利用知路時(shí)功率方向的特征，當(dāng)樂路功率由母線流向線路時(shí)說明故障點(diǎn)在線路方

向上，是保護(hù)應(yīng)該動作的方向，允許保護(hù)動作。反之，不允許保護(hù)動作。用短路時(shí)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)的保護(hù)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(shí)質(zhì)上是在判別什么？為什么會存在“死區(qū)〃？什么時(shí)候要求它

動作最靈敏？

答：功率方向判別元件實(shí)質(zhì)是判別參加繼電器的電壓和電流之間的相位2J,并且根據(jù)一

定關(guān)系［cos(夕『+a)是否大于0］判別初短路功率的方向。為了進(jìn)展相位比擬，需要參加

繼電器的電壓、電流信號有一定的幅值〔在數(shù)字式保護(hù)中進(jìn)展相量計(jì)笄、在模擬式保護(hù)

中形成方波〕，且有最小的動作電壓和電流要求。當(dāng)拽路點(diǎn)越靠近母線時(shí)電壓越小，在電

區(qū)小雨最小動作電壓時(shí)，就出現(xiàn)了也壓死區(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)該動作最靈敏。

2.13當(dāng)教材中途2.29的功率方向判別元件用集成電路實(shí)現(xiàn)，分別畫出

ur=Ursin(l(Xbzv)

<=Isin(l°°k+30。)和ur=Ursin(lOO^),ir=Irsin(100^/-60。)時(shí)，各輸出電壓隨時(shí)間變

化的波形；如果用數(shù)字式(微機(jī)〕實(shí)現(xiàn)，寫出你的算法，并校臉上述兩種情況下方向元

件的動作情況。

答：以內(nèi)角。二30°為例,畫出各點(diǎn)榆出電壓波形如國2-5所示。

ja

Ue

arDg——?=0°

動作最靈敏條件臨界動作條件

Ueja

arg^—=90°

圖2-5各點(diǎn)電壓輸出波形圖

可以看出，在內(nèi)角《二30。時(shí)第一種情況下動作最靈敏，第二種情況元件處于臨界動

Ueia八

-90°<arg^—<90°

作狀態(tài)。數(shù)字式實(shí)現(xiàn)時(shí)，動作的判據(jù)可以表示為O

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(jié)論o

2.14為了保證在正方向發(fā)生各種短路時(shí)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(shí)內(nèi)角的范圍。

答：(1)正方向發(fā)生三相短路時(shí)，有0°<a<90°o

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(2)正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝處附近，短路阻抗乙"〈J時(shí)，0°

<a<90°；當(dāng)短路點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處，且系統(tǒng)容量很大乙>Z6時(shí)，TO。<a<60°。

綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當(dāng)0°<3*90°時(shí)，使方向繼電器在一切故障

情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(fù)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兩相短跑時(shí)，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720W%W

-60°。由正常負(fù)荷電流的功率因數(shù)0.85可以得到^=arctan0.85=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)反方向發(fā)生B、C兩相短路時(shí)，

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(shí)間繼

電器，出現(xiàn)延時(shí)跳間。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2.7,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(hù)4、5、6、7、8、9處過電流的時(shí)間定值，并說明何處需要安裝方向元件。

〔3〕確定保護(hù)5、7、9限時(shí)電流速斷的電流定值，并校驗(yàn)靈敏度。

答：整定保護(hù)5的電流速斷。保護(hù)4處的母線發(fā)生三相短路時(shí),流過保護(hù)5的短路電流

為

/二E115/6

女4VY

A+A

G3L3=10+16=2.554A

rini^\j

按此電流來整定，動作定值=u=3.064kA

在來看發(fā)電機(jī)1、2處于最大運(yùn)行方式下保護(hù)5處母線三相短路時(shí)，有

X*.min=[XG\||XGA+XL1||XL2]=1gQ

%=——-——

Y-i-Y

俁護(hù)5處的電流為'詢而十八公=1.953kA

遠(yuǎn)小于按躲過保護(hù)4處母愛三相短路求得的整定電流，所以保護(hù)5不必安裝方向元件，

僅靠定值就能保證方向故障時(shí)不誤動作。

現(xiàn)在整定保護(hù)4,保護(hù)4按躲過保護(hù)5處母線短路最大電流整定時(shí)，定值為

/I71/

小血4=/向。5=2.3dkA當(dāng)保護(hù)4處背側(cè)母線三相拉路是，流過保護(hù)4的電流為2.55/kA,

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(hù)按躲過最大負(fù)荷電流整定，其量值較小，保護(hù)靈敏度很高，4~9任何一

處保護(hù)正向及方向故障時(shí)，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。

在均裝方向元件的情況下，4、5、6處的過電流保護(hù)的動作時(shí)間分別與G3、G2和G1處

的過電流保護(hù)時(shí)間相配合，在其動作延時(shí)的根底上增加一個(gè)時(shí)間級差；5、7、9處過電

流保護(hù)的動作時(shí)間均與3處過電流時(shí)間相配合，由題2.7可知，三處過電流保護(hù)的動作

時(shí)間為2s,所以5、7、9處過流保護(hù)的動作時(shí)間均應(yīng)取2.5s。

〔3〕5處限時(shí)電流速斷保療定值應(yīng)該與3、6、8處也流速斷保護(hù)的定值相配合。

與3處電流速斷保護(hù)的定值配合：

3處電流速斷保護(hù)的定值為，江3二八用x0cgX=2.603KA,L3支路對應(yīng)的分支系數(shù)的倒數(shù)為

_L-X。J|XG?+IIX?