電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題復(fù)習(xí)資料

電力系統(tǒng)繼電愛護(hù)課后習(xí)題答案

1緒論

1.1電力系統(tǒng)假如沒有裝備完善的繼電愛護(hù)系統(tǒng)，想象一下會(huì)出現(xiàn)什

么情景？

答：現(xiàn)代的電力系統(tǒng)分開完善的繼電爰護(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)之間的電力設(shè)備中將流過(guò)很大的短路

電流，若沒有完善的繼電愛護(hù)系統(tǒng)將故障快速切除，則會(huì)引起故障元

件和流過(guò)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。假如電力系統(tǒng)沒有裝備完善的繼電爰護(hù)系統(tǒng)，則當(dāng)電力系

統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)，不能剛好地發(fā)出信號(hào)通知值班人員進(jìn)展合理的

處理。

1.2繼電愛護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中所起的作用是什么？

答:繼電愛護(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(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)盡快復(fù)原正常運(yùn)行3電力系統(tǒng)故障

時(shí)，甄別動(dòng)身生故障的電力設(shè)備,并向故障點(diǎn)及電源點(diǎn)之間、最靠近故

障點(diǎn)斷路器發(fā)出跳閘指令，將故障局部及電網(wǎng)的其他局部隔離。

1.3繼電爰護(hù)裝置通過(guò)哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)定的爰護(hù)功能，各環(huán)節(jié)的作

用是什么？

答:繼電愛護(hù)裝置一般通過(guò)測(cè)量比擬、邏輯推斷和執(zhí)行輸出三個(gè)局部完

成預(yù)定的愛護(hù)功能。測(cè)量比擬環(huán)節(jié)是冊(cè)來(lái)那個(gè)被愛護(hù)電器元件的物理

參量，并及給定的值進(jìn)展比擬，根據(jù)比擬的結(jié)果，給出〃是〃、〃非〃、

〃0〃或〃r性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判別爰護(hù)裝置是否應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)。

邏輯推斷環(huán)節(jié)是根據(jù)測(cè)量環(huán)節(jié)輸出的邏輯信號(hào)，使愛護(hù)裝置按確定的

邏輯關(guān)系斷定故障的類型和范圍，最終確定是否應(yīng)當(dāng)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(lái)的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈

沖及相應(yīng)的動(dòng)作信息、發(fā)出警報(bào)或不動(dòng)作。

1.4根據(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)成哪些原理的愛護(hù)，這些愛護(hù)單靠愛護(hù)整定值能求出愛

護(hù)范圍內(nèi)隨意點(diǎn)的故障嗎？

答：利用流過(guò)被愛護(hù)元件電流幅值的增大，構(gòu)成了過(guò)電流爰護(hù);利用短

路時(shí)電壓幅值的降低，構(gòu)成了低電壓愛護(hù)；利用電壓幅值的異樣上升,

構(gòu)成了過(guò)電壓愛護(hù)；利用測(cè)量阻抗的降低和阻抗角的變大，構(gòu)成了低

阻抗爰護(hù)。

單靠愛護(hù)增大值不能切除愛護(hù)范圍內(nèi)隨意點(diǎn)的故障，因?yàn)楫?dāng)故障發(fā)生

在本線路末端及下級(jí)線路的首端出口時(shí)，本線路首端的電氣量差異不

尢所以，為了保證本線路短路時(shí)能快速切除而下級(jí)線路短路時(shí)不動(dòng)

作，這種單靠整定值得愛護(hù)只能爰護(hù)線路的一局部。

1.5根據(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)成哪些原理的愛護(hù)？

答：利用電力元件兩端電流的差異，可以構(gòu)成電流差動(dòng)愛護(hù)；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(dòng)爰護(hù)；利兩側(cè)功率

方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比擬式愛護(hù)；利用兩側(cè)測(cè)量阻抗的大

小和方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)間隔愛護(hù)。

1.6如圖所示，線路上裝設(shè)兩組電流互感器，線路愛護(hù)和母線愛

護(hù)應(yīng)各接哪組互感器？

答：線路愛護(hù)應(yīng)接TA1,母線愛護(hù)應(yīng)接TA2。因?yàn)槟妇€爰護(hù)和線路愛

護(hù)的爰護(hù)區(qū)必需重疊，使得隨意點(diǎn)的故障都處于愛護(hù)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)分析課程的學(xué)問，說(shuō)明加快繼電愛護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，

為什么可以進(jìn)步電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性？

答：由電力系統(tǒng)分析學(xué)問可知，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

愛護(hù)的動(dòng)作時(shí)間越快，發(fā)電機(jī)加速時(shí)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，繼電爰護(hù)的動(dòng)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)定性得到了進(jìn)步。

1.8后備爰護(hù)的作用是什么？闡述遠(yuǎn)后備愛護(hù)和近后備爰護(hù)的優(yōu)缺

點(diǎn)。

答：后備愛護(hù)的作用是在主愛護(hù)因愛護(hù)裝置拒動(dòng)、愛護(hù)回路中的其他

環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)等緣由不能快速切除故障的狀況下，快速啟動(dòng)

來(lái)切除故障。

遠(yuǎn)后備爰護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：愛護(hù)范圍覆蓋全部下級(jí)電力元件的主爰護(hù)

范圍，它能解決遠(yuǎn)后備愛護(hù)范圍內(nèi)全部故障元件由任何緣由造成的不

能切除問題。

遠(yuǎn)后備爰護(hù)的缺點(diǎn)是：(1)當(dāng)多個(gè)電源向該電力元件供電時(shí)，須

要在全部的電源側(cè)的上級(jí)元件處配置遠(yuǎn)后備愛護(hù)；(2)動(dòng)作將切除全

部上級(jí)電源測(cè)的斷路器，造成事故擴(kuò)大；(3)在高壓電網(wǎng)中難以滿意

靈敏度的要求。

近后備愛護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)及主愛護(hù)安裝在同一斷路器處，在主愛護(hù)

拒動(dòng)時(shí)近后備愛護(hù)動(dòng)作f2)動(dòng)作時(shí)只能切除主爰護(hù)要跳開的斷路器,

性〃？若不滿意，當(dāng)參加繼電器的電量在動(dòng)作值旁邊時(shí)將可能出現(xiàn)什

么狀況？

答：過(guò)量繼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)參加繼電器的動(dòng)作電量（圖中的4）大于其設(shè)定的動(dòng)

作值（圖中的〃）時(shí)，繼電器可以突然動(dòng)作；繼電器一旦動(dòng)作以后，

即是輸入的電氣量減小至稍小于其動(dòng)作值，繼電器也不會(huì)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(wú)論啟動(dòng)還是返回，繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的，它不行

能停留在某一個(gè)中間位置，這種特性稱為〃繼電特性〃。

為了保證繼電器牢靠工作，其動(dòng)作特性必需滿意繼電特性，否則

當(dāng)參加繼電器的電氣量在動(dòng)作值旁邊波動(dòng)時(shí)，繼電器將不停地在動(dòng)作

和返回兩個(gè)狀態(tài)之間切換，出現(xiàn)〃抖動(dòng)〃現(xiàn)象，后續(xù)的電路將無(wú)法正

常工作。

2.2請(qǐng)列舉說(shuō)明為實(shí)現(xiàn)〃繼電特性〃，電磁型、集成電路性、數(shù)字型

繼電器常分別采納那些技術(shù)？

答：在過(guò)量動(dòng)作的電磁型繼電器中，繼電器的動(dòng)作條件是電磁力矩大

于彈簧的反拉力矩及摩擦力矩之和，當(dāng)電磁力矩剛剛到達(dá)動(dòng)作條件

時(shí)，繼電器的可動(dòng)銜鐵開場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，磁路氣隙減小，在外加電流（或電

壓）不變的狀況下，電磁力矩隨氣隙的減小而按平方關(guān)系增加，彈簧

的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個(gè)動(dòng)作過(guò)程中總的剩余力

矩為正值，銜鐵加速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至銜鐵完全吸合，所以動(dòng)作過(guò)程干脆利

落。繼電器的返回過(guò)程及之相反，返回的條件變?yōu)樵陂]合位置時(shí)彈簧

的反拉力矩大于電磁力矩及摩擦力矩之和。當(dāng)電磁力矩減小到啟動(dòng)返

回時(shí)，由于這時(shí)摩擦力矩反向，返回的過(guò)程中，電磁力矩按平方關(guān)系

減小，彈簧力矩按線性關(guān)系減小，產(chǎn)生一個(gè)返回方向的剩余力矩，因

此可以加速返回，即返回的過(guò)程也是干脆利落的。所以返回值確定小

于動(dòng)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(dòng)作值和返

回值兩個(gè)不同的整定值而實(shí)現(xiàn)的。

2.3說(shuō)明〃動(dòng)作電流”和〃返回系數(shù)’，過(guò)電流繼電器的返回系數(shù)過(guò)

低或高各有何缺點(diǎn)？

答：在過(guò)電流繼電器中，為使繼電器啟動(dòng)并閉合其觸點(diǎn)，就必需增大

通過(guò)繼電器線圈的電流4,以增大電磁轉(zhuǎn)矩，能使繼電器動(dòng)作的最小

電流稱之為動(dòng)作電流/叩。

在繼電器動(dòng)作之后，為使它重新返回原位，就必需減小電流以減

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40

過(guò)電流繼電器返回系數(shù)過(guò)小時(shí)，在一樣的動(dòng)作電流下起返回值較

小。一旦動(dòng)作以后要使繼電器返回，過(guò)電流繼電器的電流就必需小于

返回電流，真陽(yáng)在外故障切除后負(fù)荷電流的作用下繼電器可能不會(huì)返

回，最終導(dǎo)致誤動(dòng)跳閘；而返回系數(shù)過(guò)高時(shí)，動(dòng)作電流惡和返回電流

很接近，不能保證牢靠動(dòng)作，輸入電流正好在動(dòng)作值旁邊時(shí)，可能回

出現(xiàn)〃抖動(dòng)〃現(xiàn)象，使后續(xù)電路無(wú)法正常工作。

繼電器的動(dòng)作電流、返回電流和返回系數(shù)都可能根據(jù)要求進(jìn)展設(shè)

定。

2.4在電流愛護(hù)的整定計(jì)算中，為什么要引入牢靠系數(shù)，其值考慮哪

些因素后確定？

答：引入牢靠系數(shù)的緣由是必需考慮實(shí)際存在的各種誤差的影響，例

如：

(1)實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值；

(2)對(duì)瞬時(shí)動(dòng)作的愛護(hù)還應(yīng)考慮短路電流中非周期重量使總電流增

大的影響；

(3)電流互感器存在誤差；

(4)愛護(hù)裝置中的短路繼電器的實(shí)際啟動(dòng)電流可能小于整定值。

考慮必要的裕度，從最不利的狀況動(dòng)身，即使同時(shí)存在著以上幾個(gè)因

素的影響，也能保證在預(yù)定的爰護(hù)范圍以外故障時(shí)，爰護(hù)裝置不誤動(dòng)

作，因此必需乘以大于1的牢靠系數(shù)。

2.5說(shuō)明電流速斷、限時(shí)電流速斷結(jié)合工作時(shí)，依靠什么環(huán)節(jié)保證愛

護(hù)動(dòng)作的選擇性？依靠什么環(huán)節(jié)保證愛護(hù)動(dòng)作的靈敏度性和速動(dòng)

性？

答：電流速斷愛護(hù)的動(dòng)作電流必需根據(jù)躲開本線路末端的最大短路電

流來(lái)整定，即考電流整定值保證選擇性。這樣，它將不能愛護(hù)線路全

長(zhǎng)，而只能爰護(hù)線路全長(zhǎng)的一局部，靈敏度不夠。限時(shí)電流速斷的整

定值低于電流速斷愛護(hù)的動(dòng)作短路，按躲開下級(jí)線路電流速斷愛護(hù)的

最大動(dòng)作范圍來(lái)整定，進(jìn)步了愛護(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)的電流速斷爰護(hù)切除故障，保證它的選擇性。

電流速斷和限時(shí)電流速斷相協(xié)作愛護(hù)線路全長(zhǎng)，速斷范圍內(nèi)的故

障由速斷愛護(hù)快速切除，速斷范圍外的故障則必需由限時(shí)電流速斷愛

護(hù)切除。速斷愛護(hù)的速動(dòng)性好，但動(dòng)作值高、靈敏性差；限時(shí)電流速

斷愛護(hù)的動(dòng)作值低、靈敏度高但須要0.3~0.6s的延時(shí)才能動(dòng)作。速

斷和限時(shí)速斷愛護(hù)的協(xié)作，既保證了動(dòng)作的靈敏性，也可以滿意速動(dòng)

性的要求。

2.6為什么定時(shí)限過(guò)電流爰護(hù)的靈敏度、動(dòng)作時(shí)間須要同時(shí)逐級(jí)協(xié)作,

而電流速斷的靈敏度不須要逐級(jí)協(xié)作？

答：定時(shí)限過(guò)電流愛護(hù)的整定值根據(jù)大于本線路流過(guò)的最大負(fù)荷電流

整定，不但爰護(hù)本線路的全長(zhǎng)，而且愛護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng)，可以起遠(yuǎn)

后備爰護(hù)的作用。當(dāng)遠(yuǎn)處短路時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證離故障點(diǎn)最近的過(guò)電流愛

護(hù)最先動(dòng)作，這就要求愛護(hù)必需在靈敏度和動(dòng)作時(shí)間上逐級(jí)協(xié)作，最

末端的過(guò)電流愛護(hù)靈敏度最高、動(dòng)作時(shí)間最短，每向上一級(jí)，動(dòng)作時(shí)

間增加一個(gè)時(shí)間級(jí)差，動(dòng)作電流也要逐級(jí)增加。否則，就有可能出現(xiàn)

越級(jí)跳閘、非選擇性動(dòng)作現(xiàn)象的發(fā)生。由于電流速斷只愛護(hù)本線路的

一局部，下一級(jí)線路故障時(shí)它根本不會(huì)動(dòng)作，因此靈敏度不須要逐級(jí)

協(xié)作。

2.7如圖2-2所示網(wǎng)絡(luò)，在位置1、2和3處裝有電流爰護(hù),系統(tǒng)參

數(shù)為：

En=\\5/43kV,Xri=15￡1、Xc=10C,Xr,=10Q,L=L,=60km,40km，

LB_C=50k/n，Lc_o=30km，LD_E=20m，線路阻抗0.4Q/k%,K，=1.2、

15,/…=3004,，C=20(M,"ax=150A,kIS、

L=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)確定愛護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻

抗。

(2)整定愛護(hù)1、2、3的電流速斷定值，并計(jì)算各自的最小愛護(hù)范

圍。

(3)整定愛護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷定值，并校驗(yàn)使其滿意靈敏度要

求(

(4)整定愛護(hù)1、2、3的過(guò)電流定值，假定流過(guò)母線E的過(guò)電流愛

護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s,校驗(yàn)愛護(hù)1作后備用，愛護(hù)2和3作遠(yuǎn)備用的

靈敏度。

圖2-2簡(jiǎn)潔電匣示意圖

解：由已知可得X/X,?=0.4x60=24c,X/3=0.4x40=16。，

xBC=0.4X50=20Q,XCD=0.4X30Q,x,把=0.4x20=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L1~L3全部運(yùn)行，由題意Gl,G2連接在同一母線上，則

工皿0二(xM|xG2+x4|Xn)||(XG3+Xn)=(6+12)||Q0+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Xe=xG1+xtl=39

圖2-3等值電路

(2)對(duì)于爰護(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(guò)愛護(hù)1的最大短路電流為

E一'⑸6=132公

AE.maxyyyy

A5,min十八8c十ACDA%.10.6+20+12+8

相應(yīng)的速斷定值為七=腐x4￡_=1.2xl.312=1.57kA

最小愛護(hù)范圍計(jì)算公式為

(6

E

2

seir\7ryjminniaxx—=-85.9km

乙max+40.4

即1處的電流速斷爰護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒有愛護(hù)區(qū)。

對(duì)于愛護(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(guò)愛護(hù)2的最大電流/ozmax=-—J—=1.558kA

相應(yīng)的速斷定值為/L=cX-=1.2xl.558=1.87kA

（電E1

最小愛護(hù)范圍為L(zhǎng)=孑-一z,,x-L=-70.6km

minhei,2nm出4

即2處的電流速斷愛護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有愛護(hù)區(qū)。

對(duì)于愛護(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(guò)爰護(hù)3的最大電流”y后Y=2.17kA

minHC

相應(yīng)的速斷定值為*=七X4皿=1.2x2.17=2.603kA

最小爰護(hù)范圍為L(zhǎng)=f--zx-L=-42.3km

minhei.3snmU.4

即3處的電流速斷愛護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有愛護(hù)區(qū)。

上述計(jì)算說(shuō)明，在運(yùn)行方式變更很大的狀況下，電流速斷愛護(hù)在較小

運(yùn)行發(fā)生下可能沒有愛護(hù)區(qū)。

（3）整定爰護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為C=心」=1.15x

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

k.D.m^x=立七=0.8098kA

2X.3+XBC+Xm

所以愛護(hù)2處的靈敏系數(shù)右萬(wàn)%=0.4484即不滿意-fl.2的要

1sei

求。

同理，愛護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為心=。乙2=1.15x

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

心z=45r^=0.9764kA

乙A$.max十八8c

所以愛護(hù)3處的靈敏系數(shù)KZ=鏟二0.4531即不滿意01.2的

set.3

要求。

可見，由于運(yùn)行方式變更太大，2、3處的限時(shí)電流速斷爰護(hù)的靈敏

度都遠(yuǎn)不能滿意要求。

(4)過(guò)電流整定值計(jì)算公式為===，子皿

KreKre

所以有43=區(qū)』"皿.=304.5A

K’e

同理得同2=406A%=609A

在最小運(yùn)行方式下流過(guò)愛護(hù)元件的最小短路電流的計(jì)算公式為

.x/3E

17.-

K.mm勺r-^

Z4max+乙I

所以有人上727.8A/_=809.8A/Cmin=974.51A

所以由靈敏度公式心產(chǎn)與學(xué)可知，愛護(hù)1作為近后備的靈敏度為

1sei

七=轉(zhuǎn)=2.39>1.5滿意近后備爰護(hù)靈敏度的要求；

*sei.\

愛護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為C2=^=1.79>1.2滿意最為遠(yuǎn)后備

hel.2

愛護(hù)靈敏度的要求；

愛護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為七上棄=1.33之1.2滿意最為遠(yuǎn)后備

hel.3

愛護(hù)靈敏度的要求。

愛護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為/.n,=0.5+0.5=ls及=—+0.5=l.5s

=t^1+0.5=2s

2.8當(dāng)圖2.56中爰護(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，愛護(hù)根據(jù)題2.7配置和整定時(shí)，試問

(1)共有哪些愛護(hù)元件啟動(dòng)？

(2)全部爰護(hù)工作正常，故障由何處的那個(gè)爰護(hù)元件動(dòng)作、多長(zhǎng)時(shí)

間切除？

(3)若愛護(hù)1的電流速斷愛護(hù)拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)愛護(hù)元件動(dòng)

作、多長(zhǎng)時(shí)間切除？

(4)若爰護(hù)1的斷路器拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)愛護(hù)元件動(dòng)作、多

長(zhǎng)時(shí)間切除？

答：(1)由題2.7的分析，愛護(hù)1出口處(即母線D處)短路時(shí)

的最小短路電流為0.8098kA,在量值上小于全部電流速斷愛護(hù)和限

時(shí)電流速斷爰護(hù)的整定值，所以全部這些爰護(hù)都不會(huì)啟動(dòng)；該量值大

于L2、3處過(guò)電流愛護(hù)的定值，所以三處過(guò)電流愛護(hù)均會(huì)啟動(dòng)。

(2)全部愛護(hù)均正常的狀況下，應(yīng)有1處的過(guò)電流以1s的延時(shí)切除

故障。

(3)分析說(shuō)明，根據(jù)本題給定的參數(shù)，1處的速斷愛護(hù)確定不會(huì)動(dòng)

作，2處的限時(shí)電流速斷愛護(hù)也不會(huì)動(dòng)作，只能靠1處的過(guò)電流愛護(hù)

動(dòng)作，延時(shí)1s跳閘；若斷路器拒動(dòng)，則應(yīng)由2處的過(guò)電流愛護(hù)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(guò)愛護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為

400A、500A、550A,

以二1.3、K.0.85,<5=1.15,z,n,=tf=0.5s,=1.0s,試計(jì)算:

(1)愛護(hù)4的過(guò)電流定值；

(2)愛護(hù)4的過(guò)電流定值不變，愛護(hù)1所在元件故障被切除，當(dāng)返

回系數(shù)。低于何值時(shí)會(huì)造成愛護(hù)4誤動(dòng)？

(3)心=0.85時(shí)，愛護(hù)4的靈敏系數(shù)兒”=3.2,當(dāng)心二0.7時(shí)爰護(hù)4

的靈敏系數(shù)降低到多少？

圖2-4系統(tǒng)示意圖

解：過(guò)電流爰護(hù)的最大負(fù)荷電流為

4/4nm=400+500+550=1450A

愛護(hù)4的過(guò)電流定值為七=守/…=2.55A

Kre

時(shí)限為w=max(，鎮(zhèn)，噂)+A/=1.5s

（2）爰護(hù)21切除故障后，流過(guò)爰護(hù)4的最大負(fù)荷電流

/1=500+550=1050A=1.05kA

4.inix

,在考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)出現(xiàn)的最大愛護(hù)電流/…二七/“二1.3x

1.05=1.365kA,這個(gè)電流必需小于爰護(hù)4的返回電流，否則1.5s

以后爰護(hù)4將誤切除。相應(yīng)的要求/…=0=2.55人，從而

2.55^>1.365,心>黑=0.535。當(dāng)返回系數(shù)低于0.535時(shí)，會(huì)

造成愛護(hù)誤動(dòng)。

（3）愛護(hù)4的靈敏系數(shù)除“.4二針二缶4，及K,成正比，當(dāng)

K“下降時(shí)靈敏系數(shù)下降，右〃二鑒X3.2=2.635。

v.oS

2.10在中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，當(dāng)兩條上下、級(jí)線路安裝相間短

路的電流爰護(hù)時(shí)，上級(jí)線路裝在A、C相商，二下級(jí)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，若采納三相星形接線，有何缺乏？

答：在中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)接著短時(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，另一條線路接著運(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、2C1（IB.2AX（IB、2C\

（IC、2A\（IC、2B1

當(dāng)兩條上、下級(jí)線路安裝相間短路電流爰護(hù)時(shí)，上級(jí)線路裝在A、

C相商，而下級(jí)裝在A、B相上時(shí)，將在（1A.2B）、（IB、2A\

（IC、2A）和（IC、2B）四種狀況下由下級(jí)線路愛護(hù)切除故障，

即下級(jí)線路切除故障的幾率為2/3;當(dāng)故障為（1A、2C）時(shí)，將會(huì)由

上級(jí)線路爰護(hù)切除故障；而當(dāng)故障為（IB、2C）時(shí)，兩條線路均不

會(huì)切除故障，出現(xiàn)圜戶拒動(dòng)的嚴(yán)峻狀況。

兩條線路并列時(shí)，若兩條線路爰護(hù)動(dòng)作的延時(shí)一樣，則在（1A、

2B）、（IC、2A）和（IC、2B）三種狀況下，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（IB、2A）故障下,

只能切除線路2;在（IB、2C）故障下，兩條線路均不會(huì)切除，即愛

護(hù)拒動(dòng)。

若愛護(hù)采納三相星形接線時(shí)，須要三個(gè)電流互感器和四根二次電

纜，相對(duì)來(lái)講是困難不經(jīng)濟(jì)的。兩條線路并列時(shí)，若發(fā)生不同相別的

接地短路時(shí)，兩套愛護(hù)均啟動(dòng)，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，方向性電流爰護(hù)利用了短路時(shí)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(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)中，利用電流幅值特征不能保證愛護(hù)動(dòng)作的

選擇性。方向性電流爰護(hù)利用短路時(shí)功率方向的特征，當(dāng)短路功率由

母線流向線路時(shí)說(shuō)明故障點(diǎn)在線路方向上，是爰護(hù)應(yīng)當(dāng)動(dòng)作的方向，

允許愛護(hù)動(dòng)作。反之，不允許愛護(hù)動(dòng)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)的愛

護(hù)只需根據(jù)單電源的協(xié)作方式整定協(xié)作即可滿意選擇性。

2.12功率方向判別元件本質(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：功率方向判別元件本質(zhì)是判別參加繼電器的電壓和電流之間的相

位抄，并且根據(jù)確定關(guān)系［cos（仍+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，須要參加繼電器的電壓、電流信號(hào)有確定

的幅值（在數(shù)字式愛護(hù)中進(jìn)展相量計(jì)算、在模擬式愛護(hù)中形成方波）,

且有最小的動(dòng)作電國(guó)口電流要求。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)。在愛護(hù)正方向發(fā)生

最常見故障時(shí)，功率方向判別元件應(yīng)當(dāng)動(dòng)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

出處=U，sin（1006）,

ir=Irsin（l00。+30。）和勺=Ursin（l00。），ir=lrsin（100^-60°）時(shí)，各輸出電壓隨

時(shí)間變更的波形；假如用數(shù)字式（微機(jī)）實(shí)現(xiàn)，寫出你的算法，并校

驗(yàn)上述兩種狀況下方向元件的動(dòng)作狀況。

答：以內(nèi)角a=30。為例，畫出各點(diǎn)輸出電壓波形如圖2-5所示。

■

動(dòng)作最靈敏條件arg監(jiān)=0。臨界動(dòng)作條件

Ir

Ueja

argT—=90。

A

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)第一種狀況下動(dòng)作最靈敏，第二種狀

況元件處于臨界動(dòng)作狀態(tài)。數(shù)字式實(shí)現(xiàn)時(shí)，動(dòng)作的判據(jù)可以表示為

■

ueja

-90°<arg^—<90°o

將第一種狀況和第二種狀況下的電壓、電流帶入該判據(jù)可以得到

狀況1為動(dòng)作最靈敏，而狀況2處于臨界動(dòng)作狀態(tài)的結(jié)論。

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(dòng)作須要

確定接線方式及內(nèi)角請(qǐng)給出90。接線方式正方向短路時(shí)內(nèi)角的范圍。

答：Q）正方向發(fā)生三相短路時(shí)，有0°<a<90。。

⑵正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點(diǎn)位于爰護(hù)安裝處旁邊，短路阻抗z”

<z,時(shí)，0°<a<90。；當(dāng)短路點(diǎn)遠(yuǎn)離愛護(hù)安裝處，目系統(tǒng)容量很大乙>

z^

st-30°<a<60°o

綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當(dāng)0。<小<90。時(shí)，使方向

繼電器在一切故障狀況下都能動(dòng)作的條件應(yīng)為30。<a<60。。

2.15對(duì)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(dòng)

作狀況。假定A相的功率方向元件出口及B相過(guò)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(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么狀況？

答：內(nèi)角為30。的功率方向元件，最大靈敏角%二-30。，則動(dòng)作范圍

為-120W為<-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(dòng)作范圍內(nèi)，根據(jù)功率元件出口及B相

流過(guò)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(guò)電

流元件動(dòng)作，由于該元件出口和A相功率方向元件串接，這樣就會(huì)啟

動(dòng)時(shí)間繼電器，出現(xiàn)延時(shí)跳閘。因此電流元件和功率元件必需〃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(huì)4、5的電流速斷定值，并盡可能在一端加

裝方向元件。

(2)確定愛護(hù)4、5、6、7、8、9處過(guò)電流的時(shí)間定值，并說(shuō)明何

處須要安裝方向元件。

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

答：整定愛護(hù)5的電流速斷。愛護(hù)4處的母線發(fā)生三相短路時(shí)，流過(guò)

愛護(hù)5的短路電流為

/_E_115/—

?-X-+X”-10+162.554A

按此電流來(lái)整定，動(dòng)作定值，2=K3M=3.064I<A

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

有

人min=(xGi\\xG2+xu\\xL2)=18Q

E

愛護(hù)5處的電流為k=YY=l.953kA

遠(yuǎn)小于按躲過(guò)愛護(hù)4處母線三相短路求得的整定電流，所以爰護(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(dòng)作。

如今整定愛護(hù)4,愛護(hù)4按躲過(guò)愛護(hù)5處母線短路最大電流整定時(shí),

定值為

九==2.34kA當(dāng)爰護(hù)4處背側(cè)母線三相短路是，流過(guò)愛護(hù)4的

電流為2.554kA，大于其整定值，所以不會(huì)誤動(dòng)，必需加裝方向元件。

(2)過(guò)電流愛護(hù)按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，其量值較小，愛護(hù)靈敏

度很高，4~9任何一處爰護(hù)正向及方向故障時(shí),短路電流的量值都會(huì)

超過(guò)其整定值，所以每一處都應(yīng)安裝方向元件。

在均裝方向元件的狀況下，4、5、6處的過(guò)電流愛護(hù)的動(dòng)作時(shí)間分別

及G3、G2和G1處的過(guò)電流愛護(hù)時(shí)間相協(xié)作，在其動(dòng)作延時(shí)的根底

上增加一個(gè)時(shí)間級(jí)差；5、7、9處過(guò)電流爰護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均及3處過(guò)

電流時(shí)間相協(xié)作，由題2.7可知，三處過(guò)電流爰護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為2s,

所以5、7、9處過(guò)流愛護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均應(yīng)取2.5s。

(3)5處限時(shí)電流速斷愛護(hù)定值應(yīng)當(dāng)及3、6、8處電流速斷愛護(hù)的

定值相協(xié)作。

及3處電流速斷愛護(hù)的定值協(xié)作：

3處電流速斷愛護(hù)的定值為/3=C,x小…=2.603KA,L3支路對(duì)應(yīng)的

0409

分支系數(shù)的倒數(shù)為*Kbr-III硬+“1兇II+”;G3+%xL3=

及愛護(hù)3協(xié)作時(shí)，5處限時(shí)電流速斷愛護(hù)的定值為

%=七白以=L224kA

Khr

及6處和8處電流速斷協(xié)作：若裝設(shè)方向元件，則6處電流速斷愛

護(hù)應(yīng)當(dāng)按躲過(guò)母線A處三相短路的最大短路電流來(lái)整定，而母線A

三相短路時(shí)，發(fā)電機(jī)Gl,G2所供應(yīng)的短路電流不會(huì)流過(guò)愛護(hù)6,

只有發(fā)電機(jī)G3的電流才流過(guò)爰護(hù)6,所以其I段的整定值為

=

心=K)xikl-K)_.：.-x七l?048kA

AG3AL3十AL\IIAL2AL\十AL2

同理，裝設(shè)方向元件的狀況下，8處愛護(hù)的定值也為/L8=1.048kAo

按及它們協(xié)作時(shí)，5處限時(shí)電流速斷愛護(hù)的定值為/，=KH-K*，

=1.205kA

取三種狀況的最大者，即服二l.224kA

校驗(yàn)靈敏度：母線B兩相短路時(shí)，流過(guò)5處的最小短路電流為

心皿一半Tr=2.211kA所以靈敏度為KM二針二1.834滿意

，大63+入￡31set.5

要求。

在6、8處不裝方向元件的狀況下，它們速斷愛護(hù)的定值還應(yīng)安躲過(guò)

母線B三相短路時(shí)流過(guò)它們的最大短路電流來(lái)整定。

母線B三相短路時(shí)流過(guò)6、8處的最大短路電流為

兒2-兒?a*-5Xm||Xs+x”iix?-l.844kA

這時(shí)其短路電流速斷爰護(hù)的整定值變?yōu)?乙尸七x4…=2.26kA

所以5處限時(shí)電流爰護(hù)的定值為七=七乙6=2.599kA

靈敏度為(二=鏟=0.85故不滿意要求。

hei.5

2.17在中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中,發(fā)生接地短路后，試分析、總結(jié):(1)

零序電壓、電流重量的分布規(guī)律；(2)負(fù)序電壓、電流重量的分布規(guī)律；

⑶正序電壓、電流重量的分布規(guī)律。

答：(1)零序電壓——故障點(diǎn)處零序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)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(diǎn)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(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，及電源點(diǎn)的數(shù)目和位置無(wú)

關(guān)。(2)負(fù)序電壓——故障點(diǎn)處負(fù)序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)負(fù)序電

壓越低，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上負(fù)序電壓為零。負(fù)序電流的分布取決于系

統(tǒng)的負(fù)序阻抗。（3）正序電壓——越靠近電源點(diǎn)正序電壓數(shù)值越高，

越靠近短路點(diǎn)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(diǎn)。

答：（1）電磁式電壓互感器一般有三個(gè)繞組，一個(gè)一次繞組，兩個(gè)二

次繞組。在三相系統(tǒng)中，三個(gè)單相式電壓互感器的一次繞組接成星形

并將中性點(diǎn)接地，其兩個(gè)二次繞組一個(gè)按星形方式接線，另一個(gè)按開

口三角形接線，星形接線的繞組用來(lái)測(cè)量各相對(duì)地電壓及相間電壓，

開口三角形用來(lái)干脆獲得系統(tǒng)的零序電壓。這種方式獲得零序電壓的

有地啊是簡(jiǎn)潔便利，精度較高，不須要額外的裝置或系統(tǒng);其缺點(diǎn)是開

口三角側(cè)正常無(wú)電壓，不便于對(duì)其進(jìn)展監(jiān)視，該側(cè)出現(xiàn)斷線短路等故

障無(wú)法剛好發(fā)覺，輸出零序電壓的極性簡(jiǎn)潔標(biāo)錯(cuò)，從而造成零序功率

方向繼電器不能正確工作。

（2）采納三相五柱式互感器本身構(gòu)造比擬困難，主要應(yīng)用于35kV

及以下電壓等級(jí)的中低壓配電系統(tǒng)，其優(yōu)缺點(diǎn)及（1）的狀況類似。

（3）接于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電壓互感器，用一只電壓互感器即可獲得

三相系統(tǒng)的零序電壓，較為經(jīng)濟(jì)，但適用范圍小，同時(shí)不平衡電壓較

大，不夠靈敏。

（4）爰護(hù)內(nèi)部合成零序電壓的方式接線較為簡(jiǎn)潔，不簡(jiǎn)潔出現(xiàn)接線

及極性的錯(cuò)誤，其缺點(diǎn)是裝置內(nèi)部必需設(shè)置特地的模塊。

傳統(tǒng)的機(jī)電式爰護(hù)中通常采納（11（21（3）三種方式獲得零

序電壓；在數(shù)字式愛護(hù)中，傾向于采納方式（4）；在一些特殊的場(chǎng)合,

也可以采納方式（3X

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(tái)全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺(tái)，變壓

器T5和T6可能2臺(tái)也可能1臺(tái)運(yùn)行。參數(shù)為：與=u5/GkV,

X1.GI=X2G]-X]G2=X202-5。1X]G3=XZG3-^|,G4=^2.G4-8Q.

Xm~XL7.4=5。,x°6~x℃=15c,X75=x.=15Q,x。%=x0,r6=20。,

小二L_，線路阻抗乙=

60km,[{C=40km4=0.4Q/km,z()=1.2n/km,

K，=1.2,e=1.15。

圖2-6系統(tǒng)示意圖

(1)畫出全部元件全運(yùn)行時(shí)的三序等值網(wǎng)絡(luò)，并標(biāo)注參數(shù)；

(2)全部元件全愛護(hù)時(shí)，計(jì)算母線B發(fā)生單相接地短路和兩相接地

短路時(shí)的零序電流分布；

(3)分別求出愛護(hù)1、4零序口段的最大、最小分支系數(shù)；

(4)分別求出愛護(hù)1、4零序I、n段的定值，并校驗(yàn)靈敏度；

(5)爰護(hù)1、4零序I、II段是否須要安裝方向元件；

(6)愛護(hù)1處裝有單相重合閘，全部元件全運(yùn)行時(shí)發(fā)生系統(tǒng)振蕩，

整定愛護(hù)1不靈敏I段定值。

解:先求出線路的參數(shù)，即心二60km,X.AB=X"24Q"尸72c,

L=40km,

XL8C=XN8C=16Q,XO.8C=48。，全部元件全運(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)序等值圖

(c)零序等值圖

圖2-7全部元件全運(yùn)行時(shí)三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖

(2)下求出全部元件全運(yùn)行時(shí)，B母線分別發(fā)生單相接地短路和兩

相接地短路時(shí)的負(fù)荷序網(wǎng)等值圖。

1）單相接地短路時(shí)，故障端口正序阻抗為

工廠區(qū)加+%丁―0+、;*=（24+5）||（16+6.5）=12.67。

故障端口負(fù)序阻抗為ZZLZ》=12.67。

故障端口零序阻抗為

z工。=（冬+X0..）II普ii（警+x0,）=79.5||10||55.5=7.657c

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//0=——=2.012kA

ZX1+Zr2+Zv()12.67+12.67+7.657

在零序網(wǎng)中根據(jù)零序?qū)Ъ{進(jìn)展安排零序電流從而得到此時(shí)流過(guò)愛護(hù)

L4處的零序電流分別為/0I=//oxAJ^=0.194kA

2^2^=0.278kA

/（°n-=//70oX0.130597

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單相接地短路零序電流

分布圖

2）兩相接地短路時(shí)，故障端口各序阻抗和單相接地短路時(shí)一樣，即

zSI=zZ2=12.67Q

ZIO=7.657Q,貝！］復(fù)合序網(wǎng)如圖2-10戶標(biāo)。

z』％。二需黑=4.77故障端口正序電流為

1Z.O/+/.o/j

/==3.808kA

Zgi+Z52IIZ^o

故障端口零序電流為//。=加3,26；2.373kA

12.67+/.o/5

同樣地，流過(guò)爰護(hù)L4的零序電流分別為/ol=O.299kA,

電=0.327kAo

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)先求出爰護(hù)1的分支系數(shù)K’b

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(duì)于X，當(dāng)只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有

當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)乂最小，有X,=殍+乂四=79.5。

對(duì)于X2,當(dāng)T5J6只有一臺(tái)運(yùn)行時(shí)占最大，x2max=20;當(dāng)T5J6兩臺(tái)

全運(yùn)行時(shí)鳩最小，

x2min=10.因此愛護(hù)1的最大分支系數(shù)勺"+3=9.7,

X2min

最小分支系數(shù)為Kihn,n=i+暫皿=4.975

/max

同樣的分析愛護(hù)4的分支系數(shù)也。當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時(shí)，

T5J6YOU助增的作用,如圖2-13所示。

對(duì)于天，當(dāng)只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有

X"=XOT3+^o.fiC=63Q

當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)X最小，有Xmn=ti+X0.=55.5。

對(duì)于私,當(dāng)T5,T6只有一臺(tái)運(yùn)行時(shí)先最大，x2nm=20;當(dāng)T5,T6兩臺(tái)

全運(yùn)行時(shí)x,最小，

X*=10.因此愛護(hù)4的最大分支系數(shù)儲(chǔ)2皿=7.3,

X2min

最小分支系數(shù)為K4.=i+2=3.775

圖2-12BC段故障時(shí)變壓器的助增作用圖2-13

AB段故障時(shí)變壓器的助增作用

(4)愛護(hù)1整定計(jì)算

零序I段：根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過(guò)愛護(hù)1的最大零

序電流為/o.i.max=0.229kA故I段定值r!etA=K)X3/Okmax=1.2x3x

0.229=0.8244kA

為求愛護(hù)i的零序n段定值，應(yīng)先求出愛護(hù)3零序I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(guò)愛護(hù)3的

最大零序電流，因此有

ZiZ2=(強(qiáng)用-X.)||(強(qiáng)亭必)=5.68。

Z。=((%+X.)II4+X。.]II功=6.63。

從而求得流過(guò)愛護(hù)3的電流為/0*0.43kA

連相接地短路時(shí)，有42||七。=鬻等=3.06。

5.86+6.63

正序電流ifl=-—>=7.6kA零序電流

Z.+Zg2IIZgo

從而求得流過(guò)愛護(hù)3的電流/03=0.408kA

這樣，流過(guò)愛護(hù)3的最大零序電流/、二0?43kA

愛護(hù)3的零序I段定值為/，=x3/0.…=1.548kA

這樣愛護(hù)1的零序I[段定值為森=鄉(xiāng)-乂心*短xl.548=0.358kA

校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過(guò)愛護(hù)1的最小零序電流

==0.194kA

靈敏系數(shù)K.=%=1.626

set.I

愛護(hù)4整定計(jì)算：

零序工段根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過(guò)愛護(hù)4的最大零序

電流為任,g=0.327kA故I段定值乙產(chǎn)K)x3/。4nm=1.2X3X

0.327=1.18kA

為求爰護(hù)4的零序II段定值，應(yīng)先求出愛護(hù)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(guò)愛護(hù)2的

最大零序電流，因此有

yzy(X心;"x_+x-)||W『＞4.52Q

z。=[(當(dāng)+x。麻)||警+x0,B]||普=6.86。

單相接地短路時(shí)，有小=一么一=—此也一=4.179kA

70

ZZI4-ZZ2+ZZ34.52+4.52+6.68

從而求得流過(guò)爰護(hù)的電流為

2/02=0356kA

兩相接地短路時(shí)，有小4。=萼黑=2.723。

4.52+o.oo

正序電流/Z1=--，/削=9.17kA零序電流

Zf\+z^2IIZ))

=x——=3.64kA

從而求得流過(guò)爰護(hù)的電流

2/O2=O.31kA

這樣，流過(guò)爰護(hù)2的最大零序電流/02a=0.356kA

愛護(hù)2的零序I段定值為也2=&x3&x=1.286kA

這樣，愛護(hù)4的零序口段定值為以二等二九二黑x|.282=0.39kA

K4bmm3.775

校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過(guò)爰護(hù)4的最小零序電流

，…=二0.278kA

靈敏系數(shù)七=今皿=2.14

*seiA

2.20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(tái)全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺(tái)，變壓

器T5和T6可能2臺(tái)也可能1臺(tái)運(yùn)行。參數(shù)為：紜=115/6kV,

=X2GI—X]G2=X202—5。IX]G3=X2G3—X[G4=X2G4—8。1

Xm~X,=5。,~X℃=15Q,X55=X5=15Q,x0.T5=x°.76=20Q,

小二60km，品w=40km，線路阻抗4=4=0.4Q/km,z0=1.2n/km,

桂產(chǎn)1.2,L5。其相間短路的愛護(hù)也采納電流愛護(hù)，試完成：

(1)分別求出愛護(hù)L4的段I、口定值，并校驗(yàn)靈敏度;

(2)愛護(hù)1、4的工、II段是否安裝方向元件；

(3)分別畫出相間短路的電流愛護(hù)的功率方向判別元件及零序功率

方向判別元件的溝通接線；

(4)相間短路的電流愛護(hù)的功率方向判別元件及零序功率方向判別

元件的內(nèi)角有何不同；

(5)功率方向判別元件必需正確地根據(jù)電壓、電流同名端接線后,

才能正確工作，設(shè)想現(xiàn)場(chǎng)工程師是如何保證接線極性正確的。

解：(1)愛護(hù)1的I、口段整定。

最大運(yùn)行方式為Gl、G2全運(yùn)行，相應(yīng)的d=5。

最小運(yùn)行方式為一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的Xe=X.+Xri=10Q

母線B處三相短路流過(guò)愛護(hù)1的最大電流7=—^-=2.289kA

/ftmax

s.min+X"

愛護(hù)1的工段定值為z，2x2.289=2.747kA

母線C三相短路流過(guò)愛護(hù)3的最大電流=1.475kA

X.min+Xd

愛護(hù)3的I段定值為K)X二1.771kA

愛護(hù)1的H段定值為4—,3=2.063kA

母線B兩相短路流過(guò)愛護(hù)1的最小電流^—=1.691kA

2X^,max+X([

愛護(hù)1電流II斷的靈敏度系數(shù)《3=鏟二援二0.83靈敏度不滿

.seiA2.。。3

意要求。

愛護(hù)4的I、II段整定。

最大運(yùn)行方式為G3、G4全運(yùn)行，相應(yīng)的、,而n=”9=6.5Q

最小運(yùn)行方式為一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行,相應(yīng)的=XG3+x73=13。

母線B處三相短路流過(guò)爰護(hù)4的最大電流/_L=2.951k^

m=

X$.min+Xd

愛護(hù)1的工段定值為九=心/…，2x2.951=3.541kA

母線A三相短路流過(guò)爰護(hù)2的最大電流/…==1.428kA

5.min+Xd

愛護(hù)2的I段定值為&=&x〃i=L713kA

愛護(hù)4的n段定值為/L=Cx/L=1.97kA

母線B兩相短路流過(guò)爰護(hù)4的最小電流腦皿=坐/一=L983kA

2X.v.max+Xd

愛護(hù)4電流II斷的靈敏度系數(shù)用l=小二哥=1.01靈敏度不滿

意要求。

(2)計(jì)算母線A背側(cè)三相短路時(shí)流過(guò)愛護(hù)1的最大短路電流，即

,=__________Z__________

J.X.max\7.\7

Y.Y?八一3十八G3

AAB+ABC+2

由于小儂＜2.747kA二九,并且＜2.036kA=/l,,故愛護(hù)1的

I、II均不須要加裝方向元件。

計(jì)算母線C背側(cè)三相短路時(shí)流過(guò)爰護(hù)4的最大短路電流，即

74-115/G-1475kA

叩皿，+丫+號(hào).卬-五際-L4/5KA

A八8十八8C

由于心儂＜3.54kA=九，并且%g＜1.97kA=%,故愛護(hù)4的I、

口均不須要加裝方向元件。

(3)相間短路的電流愛護(hù)的功率方向判別元件及零序功率方向元件

的溝通接線圖分別如圖2-14、2-15所示.

圖2-14相間短路的電流愛護(hù)的功率方向判別元件溝通接線

圖

圖2-15零序功率方向元件的溝通接線圖

(4)對(duì)相間短路電流愛護(hù)功率方向判別元件而言，當(dāng)0。<如<90。,

使相間短路電流愛護(hù)功率方向判別元件在一切故障時(shí)都能動(dòng)作的條

件為：內(nèi)角應(yīng)滿意30°<.<60。。對(duì)某一已經(jīng)確定了阻抗角的送電線

路而言,應(yīng)采納。=90。-心，以便短路時(shí)獲得最大靈敏角。而對(duì)零序

功率方向判別元件而言,在愛護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí),最大靈敏角仁二-95。

710。,即內(nèi)角。一般為95°~no°。

(5)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定互感器極性的常用原理圖如圖2-16所示。一般采納

直流電池組協(xié)作直流毫安表的簡(jiǎn)潔工具，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(shí)

一次電流由同名端流入，二次電流由同名端流出，指針向右搖擺，穩(wěn)

定后電路斷開是指針向左搖擺，則同名端標(biāo)識(shí)正確。若指針搖擺方向

相反，則二次同名端應(yīng)在另一端。

當(dāng)電壓、電流互感器的同名端(極性)被正確標(biāo)定以后，根據(jù)功

率方向元件接線原理圖細(xì)致地接入后，還可以采納電壓、電流、功率

和相角一體化測(cè)量?jī)x表進(jìn)展測(cè)量，根據(jù)以上電量的幅值、相位關(guān)系和

各讀數(shù)值對(duì)接線校核。

圖2-16現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定電流互感器極性的常用原

理接線圖

2.21對(duì)于比219困難得多的實(shí)際電力系統(tǒng)，設(shè)想爰護(hù)工程師是如何

完成愛護(hù)定值計(jì)算的？假如你今后從事愛護(hù)整定計(jì)算，如何借助如今

計(jì)算工具進(jìn)步你的勞動(dòng)效率？

答：由于繼電愛護(hù)整定計(jì)算多種不同的運(yùn)行方式，要對(duì)不同地點(diǎn)、不

同類型的故障進(jìn)展屢次計(jì)算，既要計(jì)算出各個(gè)繼電爰護(hù)元件不同段的

動(dòng)作值，還要進(jìn)展靈敏度校驗(yàn)，計(jì)算的工作量特別的大，特殊是在網(wǎng)

絡(luò)構(gòu)造特殊困難的實(shí)際電力系統(tǒng)中，人工計(jì)算幾乎不行能完成。爰護(hù)

工作者曾今獨(dú)創(chuàng)了〃直(交)流計(jì)算臺(tái)〃，用集中的電阻(阻抗)代

表電網(wǎng)元件的電(阻)抗，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際連接關(guān)系連接成模擬的電

網(wǎng)，在電源點(diǎn)接上直(交)流電壓，用儀表測(cè)量短路后的電流、電壓。

因?yàn)榻泳€困難、精度低，目前實(shí)際電力系統(tǒng)已經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用繼電愛

護(hù)整定計(jì)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(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確的計(jì)算出須要的短路電流及不同愛護(hù)裝置隔斷的

動(dòng)作值，并可以由計(jì)算機(jī)完成靈敏度校驗(yàn)。

今后繼電愛護(hù)的整定計(jì)算主要由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，但整定計(jì)算人員必需

理解計(jì)算的原理和原則，再出現(xiàn)一些整定計(jì)算軟件無(wú)法涵蓋的特殊狀

況時(shí)，還素人工手動(dòng)計(jì)算作為補(bǔ)充。

2.22圖2—17所示系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)可以接地，也可以不接地。

比擬中性電干脆接地系統(tǒng)及中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地

以后，在下屬方面的異同：

(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)零序電流的大小及流淌規(guī)律；

(4)故障電路及非故障線路零序功率方向；

(5)故障電流的大小及流淌規(guī)律；

(6)故障后電壓方向機(jī)對(duì)稱性變更；

(7)故障對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的危害；

(8)對(duì)愛護(hù)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(diǎn)干脆接地系統(tǒng)零序等值圖

如圖2—18所示。

由圖2—18可見，從故障點(diǎn)看進(jìn)去的零序阻抗為母線B引出的三個(gè)

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(huì)有較大的零

序電流。

中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)，零序網(wǎng)絡(luò)由同級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對(duì)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(shí)中性點(diǎn)干脆接地系

統(tǒng)零序等值圖

圖2-19中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)

零序等值圖

由圖2—19可見，故障點(diǎn)的等值阻抗為三個(gè)對(duì)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(diǎn)的零序等值阻抗也較大,

接地不會(huì)產(chǎn)生較大的零序電流。

零序電壓分布規(guī)律：

中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中，故障點(diǎn)零序電壓最高，間隔間隔故障

點(diǎn)越遠(yuǎn)下降越多，在變壓器中性點(diǎn)處降為0。

在中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，若不計(jì)微小的零序電容電流在線路

阻抗上產(chǎn)生的微小壓降，則統(tǒng)一電壓等級(jí)的整個(gè)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)X

(3)零序電流的大小及流淌規(guī)律：

中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中，零序電流的大小同系統(tǒng)的運(yùn)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(diǎn)及變壓器中

性點(diǎn)之間形成回路。

非干脆接地系統(tǒng)中，零序電流的大小依靠于系統(tǒng)地相電動(dòng)勢(shì)和線

路的對(duì)地電容。零序電流從故障點(diǎn)流出通過(guò)線路的對(duì)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(duì)地電容電流，故障元

件中流過(guò)的零序電流，數(shù)值為全系統(tǒng)全部非故障元件對(duì)地電容電流值

之和，再有消弧線圈的狀況下，則是全系統(tǒng)全部非故障元件對(duì)地電容

電流值及消弧線圈中的電感電流值相量和。

(4)故障線路及非故障線路靈虛功率方向：

中性點(diǎn)干脆接地系統(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(diǎn)的一側(cè)，零序功率方向由母

線流向線路，而遠(yuǎn)離故障點(diǎn)的一側(cè)，零序功率方向由線路流向母線。

中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，故障線路上電容性無(wú)功功率方向?yàn)榫€路流

向母線；在非故障線路上，電容性無(wú)功功率方向?yàn)槟妇€流向線路。

(5)故障電流的大小及流淌規(guī)律：

中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中，由于故障點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)中變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)。中性點(diǎn)非

干脆接地系統(tǒng)中，由于不構(gòu)成短路回路而只經(jīng)過(guò)對(duì)地電容形成回路，

因此接地相電流很小。由于接地電流相對(duì)于負(fù)荷電流較小，根本上不

影響負(fù)荷電流的分布、

(6)故障后電壓的變更及對(duì)稱性變更：

中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中，故障后三相的相電壓和線電壓都不在對(duì)

稱。中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，故障后接地相電壓降為0,非接地相

對(duì)于低電壓上升至原電壓的G倍，但三相之間線電壓依舊保持對(duì)稱。

(7)故障對(duì)電力系統(tǒng)的危害：

中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中，故障相電流很大，對(duì)系統(tǒng)危害很大。

中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，故障相電流很小，而且三相之間的線電壓

任然保持對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷的供電沒有影響，一般狀況下，對(duì)系統(tǒng)危害不

大。

(8)對(duì)爰護(hù)切除故障速度的要求：

中性點(diǎn)干脆接地系統(tǒng)中，由于接地相電流很大，為防止損壞設(shè)備,

應(yīng)快速切除接地相甚至三相。中性點(diǎn)非干脆接地系統(tǒng)中，由于故障點(diǎn)

電流很小，切三項(xiàng)之間的線電壓仍對(duì)稱，可以允許再運(yùn)行l(wèi)~2h,同

時(shí)發(fā)出信號(hào)。

2.23圖2—17所示系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)全部不接地，假如發(fā)覺單相

接地，試答復(fù)：

(1)比擬故障線路及非故障線路中零序電流、零序電壓、零序功率

方向的差異。

(2)假如在接地電流過(guò)的電容電流超過(guò)10A(35KV系統(tǒng)\20A

(10KV系統(tǒng)130A(3~6KV系統(tǒng))時(shí)，將裝設(shè)消弧線圈，減小接

地電流，敘述用零序電流實(shí)現(xiàn)選線的困難。

(3)敘述用零序功率方向?qū)崿F(xiàn)選線的困難。

(4)敘述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(guò)的電流其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電

流，在故障線路

中流過(guò)的零序電流數(shù)值為全系統(tǒng)全部非故障元件對(duì)地電容電流之和。

零序電壓：全系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)量值等于相電壓的零序電壓，個(gè)點(diǎn)零序電

壓根本一樣。

零序功率方向：在故障線路上，電容性無(wú)功功率方向?yàn)榫€路流向母線；

在非故障線路上，電容性無(wú)功功率方向?yàn)槟妇€流向線路。

(2)裝設(shè)消弧線圈后，上述零序電流的分布規(guī)律發(fā)生變更，接地線

路中的零