電力系統(tǒng)繼電保護1-3章習題解答

1、 電力系統(tǒng)繼電保護習題參考答案 第1章 緒論思考題與習題的解答1-1 什么是故障、異常運行方式和事故？它們之間有何不同？又有何聯(lián)系？答：電力系統(tǒng)運行中，電氣元件發(fā)生短路、斷線時的狀態(tài)均視為故障狀態(tài)，電氣元件超出正常允許工作范圍；但沒有發(fā)生故障運行，屬于異常運行方式既不正常工作狀態(tài)；當電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運行方式時，若不及時處理或處理不當，則將引發(fā)系統(tǒng)事故，事故是指系統(tǒng)整體或部分的工作遭到破壞，并造成對用戶少供電或電能質量不符合用電標準，甚至造成人身傷亡和電氣設備損壞等嚴重后果。故障和異常運行方式不可以避免，而事故是可以避免發(fā)生。1-2常見故障有哪些類型？故障后果表現(xiàn)在哪些方面？ 答：常見故

2、障是各種類型短路，包括相間短路和接地短路。此外，輸電線路斷線，旋轉電機、變壓器同一相繞組匝間短路等，以及由上述幾種故障組合成復雜的故障。故障后果使故障設備損壞或燒毀；短路電流通過非故障設備產生熱效應和力效應，使非故障元件損壞或縮短使用壽命；造成系統(tǒng)中部分地區(qū)電壓值大幅度下降，破壞電能用戶正常工作影響產品質量；破壞電力系統(tǒng)中各發(fā)電廠之間并聯(lián)運行穩(wěn)定性，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，從而使事故擴大，甚至是整個電力系統(tǒng)瓦解。1-3什么是主保護、后備保護和輔助保護？遠后備保護和近后備保護有什么區(qū)別？ 答：一般把反映被保護元件嚴重故障，快速動作與跳閘的保護裝置稱為主保護，而把在主保護系統(tǒng)失效時備用的保護稱為后備保護。

3、例如：線路的高頻保護，變壓器的差動保護等。當本元件主保護拒動，由本元件另一套保護裝置作為后備保護，這種后備保護是在同一安裝處實現(xiàn)的故稱為近后備保護。遠后備保護對相鄰元件保護各種原因的拒動均能起到后備保護作用，同時它實現(xiàn)簡單、經濟，因此要優(yōu)先采用，只有在遠后備保護不能滿足要求時才考慮采用近后備保護。 輔助保護是為了補充主保護和后備保護的不足而增設的簡單保護，如用電流速斷保護來加速切除故障或消除方向元件的死區(qū)。1-4 繼電保護裝置的任務及其基本要求是什么？答：繼電保護裝置的任務是自動、迅速、有選擇性的切除故障元件使其免受破壞保證其它無故障元件恢復正常運行；監(jiān)視電力系統(tǒng)各元件，反映其不正常工作狀態(tài)，

4、并根據運行維護條件規(guī)范設備承受能力而動作，發(fā)出告警信號，或減負荷、或延時跳閘；繼電保護裝置與其它自動裝置配合，縮短停電時間，盡快恢復供電，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。 繼電保護裝置的基本要求是滿足“四性”即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。1-5什么是保護的最大與最小運行方式，確定最大與最小運行方式應考慮哪些因素？答：根據系統(tǒng)最大負荷的需要，電力系統(tǒng)中所有可以投入的發(fā)電設備都投入運行（或大部分投入運行），以及所有線路和規(guī)定接地的中性點全部投入運行的方式稱為系統(tǒng)最大運行方式。對繼電保護而言，則指在最大運行方式下短路時，通過該保護的短路電流為最大的系統(tǒng)的連接方式。根據系統(tǒng)負荷為最小，投入與之相適應的發(fā)

5、電機組且系統(tǒng)中性點只有少部分接地的運行方式稱為系統(tǒng)的最小運行方式。在有水電廠的系統(tǒng)中，還要考慮水電廠水能狀況限制的運行方式。對繼電保護而言，是指短路時通過該保護的短路電流為最小的可能運行方式。應考慮可以投入的發(fā)電設備、系統(tǒng)負荷的大小、系統(tǒng)中性點的接地方式。1-6在圖1-1中，各斷路器處均裝有繼電保護裝置P1P7。試回答下列問題：（1）當K1點短路時，根據選擇性要求應由哪個保護動作并跳開哪個斷路器？如果6QF因失靈而拒動，保護又將如何動作？（2）當K2點短路時，根據選擇性要求應由哪些保護動作并跳開哪幾個斷路器？如果此時保護3拒動或3QF拒跳，但保護P1動作并跳開1QF，問此種動作是否有選擇性？如

6、果拒動的斷路器為2QF，對保護P1的動作又應該如何評價？圖1-1 題1-6電網示意圖答：（1）當K1點短路時，根據選擇性要求保護6動作應跳開6QF，如果6QF拒動，由近后備保護P3、P5動作跳開3QF、5QF或由遠后備保護P2、P4的動作跳開2QF、4QF。（2）當K2點短路時，根據選擇性要求應由保護P2、P3動作跳開2QF、3QF，如3QF拒動，保護1動作并跳開1QF，則保護1為無選擇性動作，此時應由保護5或保護4動作，跳開5QF或4QF。如果是2QF拒動，則保護1動作跳開1QF具有選擇性。第二章 電網的電流電壓保護思考題與習題2-1 電流互感器的極性是如何確定的？常用的接線方式有哪幾種？答

7、：（1）電流互感器TA采用減極性標示方法，其一次繞組L1L2和二次繞組K1K2引出端子極性標注如圖2-1（a）所示，其中L1和K1，L2和K2分別為同極性端。如果TA的端子標志不清楚，可用圖2-1(b)所示接線測定判斷出同極性端，如用圖2-1(b)中實線接法U=U1-U2，則電壓表U所接兩個端子為同極性端，如虛線接法，則U=U1+U2，電壓表U所接兩個端子為異極性端。圖2-1題2-1電流互感器接線示意圖（2）電流互感器TA常用接線方式有完全星形接線，不完全星形（兩相V形）接線、兩相電流差接線和一相式接線。2-2 電流互感器的10誤差曲線有何用途？怎樣進行10誤差校驗？答：電流互感器額定變比為常

8、數(shù)，其一次電流與二次電流，在鐵芯不飽和時有的線性關系，如圖2-2（a）中直線1所示。但當鐵芯飽和時，與不再保持線性關系，如圖2-2（a）中曲線2所示。繼電保護要求在一次電流等于最大短路電流時，其變化誤差要小于或等于10%，因此可在圖2-2（a）中找到一個電流自點做垂線與直線1和曲線2分別交于B、A點，且。如果一次電流，則變比誤差就不會超過10%圖2-2 TA10%誤差曲線說明（a）TA二次電流與一次電流的關系；（b）TA10%誤差曲線由于TA變比誤差與其二次負荷阻抗有關，為便于計算，制造廠對每種TA都提供了在下允許的二次負荷，曲線就稱為TA的10%誤差曲線，用10%誤差曲線可方便的求出TA在滿

9、足誤差不超過10%的最大允許負荷阻抗。如圖2-2（b）所示，已知后，可以從曲線上查出允許負荷阻抗，如果大于實際負荷阻抗，則誤差滿足要求。2-3 電流互感器在運行中為什么要嚴防二次側開路？電壓互感器在運行中為什么要嚴防二次側短路？答：（1）TA正常運行時，二次電流產生的磁通勢起去磁作用，勵磁電流很小，鐵芯中總磁通很小，二次繞組感應電動勢不超過幾十伏，如果二次側開路，二次電流的去磁作用消失，其一次電流完全轉變?yōu)閯畲烹娏鳎痂F芯內磁通劇增，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，加之二次繞組后匝數(shù)很多，根據電磁感應定律可知二次繞組兩端產生很高電壓，可達數(shù)千伏。不但要損壞二次繞組絕緣，而且將嚴重危及人身安全。再者由于

10、鐵芯中磁密劇增，使鐵芯損耗加大，嚴重發(fā)熱，甚至燒壞絕緣。因此TA二次繞組不允許開路，故在TA二次回路中不能裝設熔斷器，二次回路一般不進行切換，若要切換應先將二次繞組短接。（2）電壓互感器是一個內阻極小的電壓源，正常時負荷阻抗很大，相當于開路狀態(tài)，二次側僅有很小負荷電流，當二次側短路時，負荷阻抗為零，將產生很大短路電流，將電壓互感器TV燒壞，因此，TV二次側不允許短路。2-4電流互感器二次繞組的接線有哪幾種方式？答：TA二次繞組有完全星形接線不完全星形接線兩相電流差接線三角形接線一相用兩只電流互感器串聯(lián)或并聯(lián)接線。2-5 畫出三相五柱電壓互感器的，接線圖，并說明其特點。答：三相五柱式電壓互感器有

11、五個鐵芯柱，給零序磁通提供了閉合磁路。增加了一個二次輔助繞組，接成開口三角形，獲得零序電壓。接線圖如圖2-3所示。圖2-3 三相五柱式TV的磁路及接線（a）磁路；（b）接線電網正常運行時，三相電壓對稱，開口三角繞組引出端子電壓為三相二次繞組電壓相量和，其值為零。但實際上由于漏磁等因素影響，一般不為零而有幾伏數(shù)值的不平衡電壓當電網發(fā)生單相接地故障時，TV一次側零序電壓要感應到二次側，因三相零序電壓大小相等，相位相同，故三角形繞組輸出電壓 （為電壓互感器額定電壓變比）（1）這種接線用于中性點不直接接地電網中，在電網發(fā)生單相接地時，開口三角形繞組兩端3倍零序電壓，為使，開口三角形繞組每相電壓為100

12、/3V，因此，TV的變化為（為一次繞組的額定線電壓）。（2）這種接線用于中性點直接接地電網中，在電網發(fā)生單相接地故障時，故障相電壓為零，非故障相電壓大小、相位與故障前相同不改變，開口三角繞組兩端的3倍零序電壓為相電壓，為使此時，TV的變比應為。圖2-4 TV等值電路圖 2-6 試述阻容式單相負序電壓濾過器的工作原理。答：常用阻容式負序電壓濾過器接線如圖2-6所示。其參數(shù)關系為： 而且要求超前相位角30°超前相位角60°。圖2-6阻容式單向負序電壓濾過器（1）當輸入正序電壓時相量圖如圖2-7（a）所示。圖2-7 負序電壓濾過器向量圖 (a)加入正序電壓向量圖;(b)加入負序電

13、壓向量圖為在上電壓降與同相位，為在上電壓降，落后電流。為在上電壓降與同相位，為在上電壓降，落后電流 90°。電壓三角形abm與皆為含30°、60°銳角的直角三角形，故 故、均為之中點，、兩點重合，說明。即通過正序電壓，輸出電壓為零。（2）輸入三相負序電壓的向量圖如圖2-7（b）所示。由于負序三相電壓可由正序電壓中B、C兩相交換而得，按與上面相同的三角形abm及bcn的關系，可得到加入負序電壓時的 2-7 什么是電抗變換器？它與電流互感器有什么區(qū)別？答：電抗變換器是把輸入電流轉換成輸出電壓的中間轉換裝置，同時也起隔離作用。它要求輸入電壓與輸出電壓成線性關系，即。而電

14、流互感器是改變電流的轉換裝置，它將高壓大電流轉換成低壓小電流，是線性變換，因此要求勵磁阻抗大，勵磁電流小，負荷阻抗小，而電抗器變換器正好與其相反，電抗變換器勵磁電流大，二次負荷阻抗大，處于開路工作狀態(tài)；而電流互感器二次負荷阻抗遠小于其勵磁阻抗，處于短路工作狀態(tài)。2-8電磁式電壓互感器誤差表現(xiàn)在那兩個方面；畫出等值電路和相量說明？ 答：電磁式電壓互感器可用圖2-12（a）等值電路，相量圖如圖2-12（b）所示。圖2-12 題2-13TV的等值電路及相量圖（a）等值電路；（b）TV的電壓相量圖電壓互感器誤差表現(xiàn)在，即與不同，二者在數(shù)值上不完全相同，在相位上也存在較小的差值。2-9 為什么差動保護使

15、用D級電流互感器？答：變壓器差動保護用電流互感器其型號和變比都不相同，即使輸出線路、發(fā)電機、電動機的縱聯(lián)差動保護兩側所用的電流互感器變比相同，其勵磁特性和剩磁也不相同，因此正常運行時，總有不平衡電流流過差動繼電器。而且會隨著一次電流增大，鐵心飽和程度的加深使不平衡電流顯著增大。為減小不平衡電流，需要在電流互感器的結構、鐵芯材料等方面采取措施，使一次側通過較大的短路電流時鐵芯也不至于飽和。級就具有上述性能，它是專門用于縱聯(lián)差動保護的特殊電流互感器。2-10系列電流繼電器的返回系數(shù)為什么恒小于1 ？答：根據電磁式繼電器轉矩特性和機械轉矩特性分析，由于繼電器的剩余轉矩和摩擦轉矩存在，決定了返回電流必

16、然小于動作電流，即返回系數(shù)恒小于1，如系列電流繼電器。2-11 何謂保護的最大和最小運行方式，確定最大和最小運行方式應考慮哪 些因素？答：當電力系統(tǒng)運行方式和故障類型改變時，短路電流將隨之變化。對每一套保護裝置來講，通過該保護裝置的短路電流為最大的方式稱為系統(tǒng)最大運行方式，而短路電流為最小的方式則稱為系統(tǒng)最小運行方式。對于不同安裝地點的保護裝置。應根據網絡接線的實際情況選取最大運行方式和最小運行方式 在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路故障時，通過保護裝置的短路電流最大；而在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路故障時，通過保護裝置的短路電流最小。2-12 在計算無時限電流速斷和帶時限電流速斷保護的動作電

17、流時，為什么不考慮負荷的自啟動系數(shù)和繼電器的返回系數(shù)？ 答：因為無時限電流速斷和帶時限電流速斷保護的整定計算公式中，動作電流使用最大運行方式下三相短路電流來整定，和負荷的自啟動電流和返回電流相比較，后者可以互略不計，因而可以不考慮負荷的自啟動系數(shù)和繼電器返回系數(shù)。2-13 采用電流電壓連鎖保護為什么能提高電流保護的靈敏系數(shù) 答：電流電壓聯(lián)鎖速斷保護按躲過線路末端短路故障來整定，通常保護裝置按某一主要運行方式下電流元件和電壓元件保護范圍相等的條件整定計算，這樣整定不僅保證了保護的選擇性，在最大、最小運行方式下，其保護范圍比單獨的電流速斷或電壓速斷保護范圍要大，即提高了保護的靈敏系數(shù)。2-14如圖

18、2-80所示雙電源網絡，兩電源最大、；，；最小電抗為，線路AB和BC的電抗為，試確定母線C短路時，求AB線路A側保護最大、最小分支系數(shù)。圖2-80 題2-14的網絡圖解：2-16如圖3-18所示單側電源網絡，已知電源最大電抗，最小電抗為，線路AB和BC的電抗為、，且，當母線C短路時，求對AB線路電流配合的最大、最小分支系數(shù)。圖2-82 題2-16的網絡圖解：2-17 比較電流、電壓保護第、段的靈敏系數(shù)，哪一段保護的靈敏系數(shù)最高和保護范圍最長？為什么？答：電流電壓保護第段保護即無時限電流速斷保護其靈敏系數(shù)隨運行方式變化而變化，靈敏系數(shù)和保護范圍最小，第段保護即帶時限電流速斷保護其靈敏性有所提高，

19、保護范圍延伸到下級線路一部分，但當相鄰線路阻抗很小時，其靈敏系數(shù)也可能達不到要求，第段保護即定時限過電流保護，其靈敏系數(shù)一般較高，可以保護本級線路全長，并作為相鄰線路的遠后備保護。2-18如圖2-83所示電網中，線路與均裝有三段式電流保護，當在線路的首端點短路時，都有那些保護啟動和動作，跳開哪個斷路器？答：在首端點發(fā)生短路，三段過流保護都啟動，只有保護2動作，跳開。 圖2-83題2-18電網絡圖2-19接線如圖所示電網中，試指出對6QF電流保護來說，在什么情況下具有最大和最小運行方式？ 圖2-84題2-19網絡圖答：對6QF來說，當變壓器T1和變壓器T2并聯(lián)運行時為電網最大運行方式，和切除一臺

20、為電網最小運行方式。2-20 試說明電流保護整定計算時，所用各種系數(shù)、它們的意義和作用？答：可靠系數(shù)，為保證繼電保護裝置的可靠性；繼電器返回系數(shù)，恒小于，越接近于，繼電器越靈敏；保護中電流互感器的接線系數(shù)；負荷的自啟動系數(shù)，反應尖峰電流作用；保護裝置的靈敏系數(shù)。只有滿足保護裝置要求的靈敏系數(shù)，保護裝置才能使用。2-21 電流保護采用兩相三繼電器接線時，若將相電流互感器極性接反，如圖2-85（1）所示，試分析三相短路及兩相短路時繼電器、中電流的大小。圖2-85（1）題2-21電流互感器TA接線及電流分布答：兩相三繼電器接線在C相TA極性接反時，發(fā)生三相短路時和A、C兩相短路時電流分布如圖2-85

21、（2）所示圖2-85（2）題2-21電流互感器TA接線及電流分布（a)三相短路時電流分布；（b）電流相量圖1、三相短路時從圖2-85（a）中可知電流繼電器和通過電流互感器二次側相電流值，而中通過電流為相電流值的倍。2、A、C兩相短路時(如圖2-85（2）所示)，、通過電流互感器二次側相電流值，而中通過電流為，由于，所以 即中通過電流為零。2-22 在接線的變壓器在（側）發(fā)生兩相短路時，裝在側的電流保護采用三相完全星形接線與采用不完全星形接線方式其靈敏系數(shù)有何不同？為什么采用兩相三接線方式就能使其靈敏系數(shù)與采用三相完全星形接線相同呢？ 答：接線變壓器在側發(fā)生兩相短路（d、b兩相短路）時，設變壓器

22、電壓變比為1，在側電流分布如圖2-85(3)所示，可知，由此可知采用三相星形接線比采用不完全星形接線靈敏系數(shù)可提高1倍，如采用兩相三繼電器接線在中線上的繼電器通過電流為。即與完全星形接線中B相繼電器中通過電流值相同。故與完全星形接線系數(shù)相同。圖2-85(3) Y，d11接線變壓器側發(fā)生a、b相短路2-23 如圖312為無限大容量系統(tǒng)供電的輻射式線路，線路上最大負荷電流電流互感器變比選為，且采用兩相星形接線，線路上動作時限，、各點的三相短路電流分別為在最大運行方式下，在最小運行方式下。 圖2-86題2-23網絡圖擬在線路上裝設三段式電流保護，試完成：（1）計算出定時限過流保護的動作電流與動作時限

23、（）并進行靈敏系數(shù)校驗；（2）計算出無時限與帶時限電流速斷保護的動作電流，并作靈敏系數(shù)校驗（）；（3）畫出三段式電流保護原理接線圖及時限配合特性曲線。解：1、線路第段電流保護整定計算（1）保護裝置的一次側動作電流為： （2）保護裝置的二側（繼電器中）動作電流為 A （3）動作時限 （4）靈敏系數(shù)校驗 2、線路第段電流保護整定（1）保護1的第段動作電流要和保護2的第段動作電流相配合，故先求保護2的第段動作電流。 （2）繼電器動作電流： （3）動作時限。 （4）靈敏系數(shù)校驗 合格 3、線路第段過電流保護整定計算 （1）保護裝置一次側動作電流為 （2）繼電器動作電流 （3）保護動作時限 （4）靈敏系

24、數(shù)校驗：近后備保護 合格 遠后備保護 不合格 4、畫出三段式過流保護原理接線及時限特性。（略）2-24如圖3-13所示，已知電源相電勢線路單位長度正序電抗，取。試對電流保護的、段進行整定計算，即求、段動作電流、動作時間、，并校驗、段的靈敏系數(shù)，若靈敏系數(shù)不滿足要求，怎么辦？圖2-87題2-24網絡圖解：1、計算各短路點最大運行方式及最小運行方式下三相短路電流值。點：點：點：2、線路電流保護第段保護整定計算1）計算保護裝置一次側動作電流和繼電器的動作電流： 2）最小靈敏系數(shù)校驗，用校驗最小保護范圍來檢查： 100km 3）第段電流保護時限取。3、線路電流保護第段整定計算1）處電流保護第段動作電流

25、要和相鄰電路的電流保護第段相配合，故首先計算線路電流保護第段動作電流值： 2）線路電流保護第段動作電流值為： 3）繼電器動作電流為 4）線路電流保護第段動作時限應與電流保護第段相配合。 5）校驗電流保護第段靈敏系數(shù)，按本級線路末端點最小運行方式下二相短路電流校驗最小靈敏系數(shù)： 不滿足要求 因為靈敏系數(shù)不滿足要求改為電流保護1段與電流保護2的段相配合靈敏系數(shù)： 靈敏系數(shù)仍不合格，可以改為采用延時電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。4、線路電流保護第段整定計算（1）保護裝置一次側動作電流為 繼電器動作電流為 （2）保護時限確定 3）過流保護靈敏系數(shù)校驗近后備保護： 合格 遠后備保護： 滿足要求 2-25 如圖3

26、14所示網絡中每條線路斷路器處均裝設三段式電流保護。試求線路斷路器處電流保護第、段的動作電流，動作時間和靈敏系數(shù)。圖3-14中電源電勢為處電源的最大、最小等效阻抗為：。線路阻抗為：線路的最大負荷為，電流保護可靠系數(shù)。 圖2-88題2-25網絡圖解：1、計算B、C、D、E點最大、最小運行方式下三相短路電流。B點 C點： D點：E點：2、線路電流保護第段整定計算（1）保護裝置一次側動作電流 （2）繼電器動作電流 （3）最小保護范圍校驗：41.56KM3、線路帶時限電流速斷（段）保護整定計算（1）保護1第段動作電流要與相鄰下一級和保護第I段電流保護相配合。；保護裝置一次側動作電流為：繼電器動作電流：

27、（2）段電流保護時限的確定 （3）段電流保護靈敏系數(shù)校驗 靈敏系數(shù)不滿足要求，可采用降低動作電流延長保護范圍方法提高靈敏性。改與保護3第段電流相配合 保護3第段動作電流應與保護4第段動作電流配合 靈敏系數(shù)不滿足要求改為采用帶延時的電流電壓聯(lián)鎖速斷保護。 時限 4、線路電流保護第段整定計算（1）保護裝置一次側動作電流（2）保護時限確定 （3）靈敏系數(shù)校驗近后備保護： 合格遠后備保護： 合格 2-26 確定圖2-89中各斷路器上過電流保護的動作時間（時限級差），并在圖上繪出過流保護的時限特性。 ； ； 圖2-89 題2-26網絡圖和過流保護時限特性2-27 過流保護和電流速斷保護在什么情況下需要裝

28、設方向元件？試舉例說明之。 答：在兩側電源輻射形電網或單側電源環(huán)形電網，為實現(xiàn)選擇性，過流保護和電流速斷保護應加裝方向元件。對于母線兩側的保護，時限短的應裝設方向元件；時限相同，兩側均應裝設。2-28 說明構成相位比較和幅值比較的功率方向繼電器的基本方法。答：按相位比較原理構成功率方向繼電器，是判斷母線電壓和線路電流之間相位，功率方向繼電器動作方程為: （2-1）根據式（2-1）等可知功率方向繼電器可按比較兩電氣量相位原理構成，可以直接比較和或間接比較電氣量和的線性函數(shù)和之間相角構成，即 （2-2）式中、為已知量，由繼電器內部參數(shù)決定，繼電器動作方程可表示為： （2-3）已知相位比較兩電氣量和

29、可以得出幅值比較兩電氣量和如下： （2-4） 繼電器的幅值比較回路由整流和濾波、幅值比較、執(zhí)行元件三個單元構成。常用的有循環(huán)電流式比較回路，均壓比較回路和直接比較回路三種。2-29 試分析接線時某相間短路功率方向元件在電流極性接反時，正方向發(fā)生三相短路時的動作情況。答：分析接線時，某相間短路功率方向元件電流極性接反時，正方向發(fā)生三相短路時，則與相位為，則該相繼電器不能動作。因為落在繼電器的動作區(qū)外。圖2-1 題2-29功率方向繼電器電流極性接反時動作范圍2-30 畫出功率方向繼電器接線，分析在采用接線時，通常繼電器的角取何值為好？ 答：功率方向繼電器接線如圖2-2所示，通常功率方向繼電器內角取

30、。圖2-2題2-30功率方向繼電器接線方式的接線圖2-31型功率方向繼電器角有兩個定值，一個是，另一個是。試分別畫出最大靈敏角和時，功率方向繼電器的動作區(qū)和的變化范圍的相量圖。答：型功率方向繼電器內角值為或，當或時其動作區(qū)變化范圍和相量圖如2-3所示（1）變化范圍： （4-7） （2）變化范圍： （4-8）圖2-3 題2-31中的變化范圍2-32有一按接線的型功率方向繼電器，其電抗變換器的轉移阻抗角為或，問：（1）該繼電器的內角多大？靈敏角多大？（2）該繼電器用于阻抗角多大的線路才能在三相短路時最靈敏？答：（1）當電抗變換器阻抗角為或時該繼電器內角為或，其靈敏角分別為或。（2）通過圖4-6中可

31、以看出用于線路阻抗角或時在三相短路時最靈敏。圖2-4 題 2-32 線路阻抗角示意圖2-33如圖2-90所示輸電網絡，在各斷路器上裝有過流保護，已知時限級差為，為保證動作選擇性，試確定各過流保護的時間及哪些保護需要裝設方向元件？圖2-90 題2-33輸電網絡答：，。保護2、3、4、6應設方向元件。2-34如圖2-91所示的輸電網絡各斷路器采用方向過流保護，時限級差，試確定各過流保護的動作時間，并說明哪些保護需要裝設方向元件。 圖2-91題2-34輸電網絡答：，2-35 為什么反應接地短路的保護一般要利用零序分量而不是其它序分量？ 答：因為只有發(fā)生接地故障時短路電流中才會出現(xiàn)零序分量，利用零序分

32、量構成接地保護有較大的優(yōu)越性。由于對稱，平衡的三相系統(tǒng)不會出現(xiàn)零序分量，故零序電流保護的整定值不需要躲過電力系統(tǒng)的振蕩電流、三相短路電流和最大負荷電流，因此零序電流保護的整定值較小，從而可提高保護的靈敏性。2-36 什么是中性點非直接接地電網？在此種網絡中發(fā)生單相接地故障時，出現(xiàn)的零序電壓和零序電流有什么特點？它與中性點直接接地電網中，接地故障時出現(xiàn)的零序電壓和零序電流在大小、分布及相位上都有什么不同？ 答：中性點非直接接地電網是指中性點不接地電網或中性點經消弧繞組接地電網。中性點非直接接地電網中發(fā)生單相接地時，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓增大倍相電壓（設A相接地），中性點N對地電壓為

33、這個電壓就是零序電壓，由對稱分量法可知 。非故障相線路流過零序電流為非故障相本身接地電容電流之和 ，該零序電流超前零序電壓，電容電流方向從母線流向線路，而故障相線路始端流過零序電流為所有非故障相線路接地電容電流之和或等于接地電流減去故障相本身對地電容電流，因此故障線路零序電流方向是從線路流向母線，該零序電流滯后零序電壓。對于中性點直接接地電網中發(fā)生單相接地時，在故障點出現(xiàn)零序電壓，在零序電壓作用下，產生零序電流。由于零序電流方向以流向故障點為正方向，零序電壓方向以線路指向大地為正方向，則零序電流路徑為從接地點流向變壓器中性點，再經變壓器流向線路。故障點處的零序電壓最大，離故障點越遠則變壓器中性

34、點接地處零序電壓越低，甚至為零。2-37在中性點直接接地電網中，接地保護有那些？它們的基本原理是什么？ 答：在中性點直接接地電網中，接地保護裝置有三段式零序電流保護和三段式方向電流保護。保護第段為零序電流速斷保護，和相間速斷保護一樣，只能保護一部線路，不能保護線路全長。零序電流第段為帶時限電流速斷保護，一般能保護線路全長，在線路對端母線故障時有足夠的靈敏性，其動作時間比相鄰線路的零序段動作時間大一時限差（一般為0.5s）。零序保護第段為本級線路或相鄰線路的后備保護，其動作時間和相鄰線路的零序二段和三段相配合。若零序第段在線路對端母線接地故障的靈敏系數(shù)不合格，就由零序第段保護線路全長，以保證原來

35、對端母線接地故障時有足夠的靈敏性，這時原來的零序第段就相應變?yōu)榱阈虻诙巍Ｔ谧儔浩鹘拥財?shù)目比較多的復雜網絡，必須考慮零序保護動作的方向性，在線路兩側或多側有接地中性點時，必須在零序電流保護中增設功率方向元件，才能保證動作的選擇性。這樣可構成三段式零序方向電流保護，其接線是零序功率方向繼電器電流線圈串接在零序電流濾過器上正極性端連接取得，而它的電壓線圈接在零序電壓濾過器開口三角形繞組上，反極性連接，取得。這種接線是因為單相接地時，零序電流超前零序電壓的電角度為（考慮到負荷電流，系統(tǒng)阻抗的電阻和短路點的過度電阻），如果功率方向繼電器電壓繞組接，則零序電流滯后零序電壓的電角度為，如圖5-1（a）所示，

36、此時繼電器應正確動作；且動作最靈敏。因此稱為功率繼電器最大靈敏角。動作區(qū)一般限制在，即當零序電流超前零序電壓至零序電流滯后為范圍內，方向元件都會動作，且在滯后為時動作最靈敏。圖5-1（b）陰影區(qū)為功率方向繼電器的動作區(qū)。 圖2-5題2-37中零序電流和電壓相量圖（a）單相接地時零序電流和零序電壓相量圖；（b）零序功率方向繼電器動作特性在中性點直接接地電網中發(fā)生接地短路時，零序電流的方向總是由故障點流向各個中性點的變壓器，因此當變壓器接地數(shù)目比較多的復雜網絡，必須考慮零序保護動作的方向性。在線路兩側或多側有接地中性點時，必須在零序電流保護中增設功率方向元件，才能保證動作的選擇性。三段式零序方向電

37、流保護由無時限零序方向電流速斷保護，限時零序方向電流速斷保護和零序方向過流保護組成。同一方向上的零序電流保護動作電流和動作時限的整定同前面介紹三段式零序電流保護相同，零序電流元件的靈敏系數(shù)校驗也與前面相同。只是由于零序電壓分布特點可知在靠近保護安裝處附近不存在方向元件死區(qū)，但遠離保護安裝地點發(fā)生接地短路時，流過保護的零序電流及零序電壓很小，方向元件可能不動作，因此，應分別檢驗方向元件的電流和電壓靈敏系數(shù)。2-38 為什么零序電流速斷保護的保護范圍比反應相間短路的電流速斷保護的保護范圍長而且穩(wěn)定、靈敏系數(shù)高？ 答：零序電流速斷保護和相間短路電流速斷保護都是按被保護線路末端最大短路電流整定，按被保

38、護線路末端最小短路電流校驗靈敏系數(shù)。而發(fā)生單相短路時比三相短路要小很多。因此零序電流速斷保護動作電流整定一般，而相間電流速斷保護一般為。由線路零序阻抗，所以，線路始末端接地短路的零序電流差別要比相間短路電流差別大很多，因而零序電流速斷保護范圍要大于相間短路電流速斷保護范圍，單相接地時，故障相電流為倍零序電流,所以零序電流速斷保護靈敏系數(shù)高。相間電流速斷保護范圍受系統(tǒng)運行方式影響大，而零序電流保護受系統(tǒng)運行方式變化影響小，因為系統(tǒng)運行方式改變時，零序網絡參數(shù)變動比正序網絡小，一方面是線路零序阻抗遠比正序、負序阻抗大，另一方面通過對變壓器中性點接地方式合理確定，更是保證零序網絡參數(shù)穩(wěn)定的重要原因。

39、2-39 如圖示中性點直接接地電網電流保護原理接線圖，已知正常時線路上流過一次負荷電流，電流互感器變比為，零序電流繼電器的動作電流為，問：（1）正常運行時，若TA的一個極性接反，保護會不會誤動作？為什么？答：根據下面相量圖分析流入繼電器的電流為，所以保護誤動作。；（2）如有一個電流互感器TA斷線，保護會不會誤動作？為什么？答：設A相TA斷線，則，故流入繼電器的電流為， 所以也要誤動作。圖2-6 題2-39接線圖及電流相量圖（a）接線圖；（b）TA一相極性接反時電流相量圖；（c）TA一相斷線時電流相量圖2-40如圖2-92所示網絡，已知電源等值電抗；線路正序電抗，零序電抗；變壓器T1額定參數(shù)：3

40、1.5MVA,，%，其它參數(shù)如圖所示，試確定AB線路的零序電流保護第I段、第II段、第III段的動作電流、靈敏系數(shù)和動作時限。圖2-92 題2-40網絡解：（1）計算零序短路電流。線路AB：；線路BC：；變壓器T1：母線短路時的零序電流因為，,所以，故應按單相接地短路整定計算，兩相接地短路校驗靈敏系數(shù)。B母線的最大三相短路電流為 B母線的最大三相短路電流為動作時限：C母線短路時的零序電流為(2) 各段保護的整定計算及靈敏系數(shù)校驗1）零序I段單相接地短路時保護區(qū)的長度為：兩相接地短路時保護區(qū)的長度為：2）零序II段動作時限(3)零序III段因為是110線路，可以考慮非全相運行情況，按躲開線路末端

41、最大不平衡電流整定。近后備保護：遠后備保護：動作時限：2-41 如圖2-94所示單側電源網絡，各斷路器采用方向過流保護，時限級差。試確定各過流保護和零序過流保護的動作時間。圖2-94 題2-41網絡圖答：過流保護：零序過流保護：2-42 中性點經消弧繞組接地電網中，單相故障的特點及保護方式如何確定？答：中性點經消弧繞組接地電網中，一般采用過補償方式，通過故障線路保護安裝處的電流為補償以后的感性電流。此電流數(shù)值上很小，在相位上超前相角，與非故障線路容性電流與的關系相同，因此在過補償情況下，不能采用零序電流保護和零序方向電流保護?？梢圆捎闷渌順嫵杀Ｗo，如反應穩(wěn)態(tài)過程的接地保護和采用反應暫態(tài)過程

42、的接地保護。但是這些保護在實際使用時并不理想，有待進一步研究解決。2-43何謂欠補償，過補償及完全補償？采用哪種補償方式好，為什么？答：（1）欠補償是表示消弧繞組的電感電流不足以完全補償電容電流，故障點殘流為容性電流。（2）全補償是表示消弧繞組的電感電流恰好完全補償電容電流，故障點的殘流為非常小的電阻性泄漏電流。（3）過補償表示消弧繞組的電感電流大于電容電流，故障點的電流為感性電流。完全補償時，消弧繞組與并聯(lián)后的三相電容處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，容易產生過電壓。欠補償在運行時部分線路可能退出運行，形成全補償，產生較大中性點電壓偏移，引起零序回路中產生嚴重的鐵磁諧振過電壓。因此在中性點經消弧繞組接地時采

43、用過補償；在多數(shù)情況下能迅速消除單相接地電弧而不破壞電網的正常運行，接地電弧不會重燃，把單相電弧接地電壓限制在2.5倍相電壓值。2-44 何謂絕緣監(jiān)視、作用如何、如何實現(xiàn)？答：絕緣監(jiān)視裝置是裝設在發(fā)電廠或變電所母線上檢查單相接地的監(jiān)視裝置。它利用中性點不接地電網發(fā)生單相接地時，出現(xiàn)零序電壓，發(fā)出告警信號。當電網中任一線路發(fā)生單相接地，全電網都會出現(xiàn)零序電壓，因此它發(fā)出的是無選擇性信號，需要運行人員依次斷開每條線路，并繼之以自動重合閘，將斷開線路投入；當斷開某條線路零序電壓信號消失，則這條線路就是故障線路。絕緣監(jiān)視裝置可用一個過電壓繼電器接于三相五柱式電壓互感器的二次輔助三角形繞組的輸出端構成。

44、電壓互感器二次側另外一個輔助繞組接成星形，在它的引出線上接三只電壓表或一只電壓表加一個三相切換開關用以測量各相對地電壓。在正常運行時，電網三相電壓對稱，沒有零序分量，三只電壓表讀數(shù)相等，過電壓繼電器不動作。當電網母線上任一條線路發(fā)生金屬性接地時，接地相電壓為零，該相電壓表讀數(shù)為零，而其它兩相電壓升至原倍相電壓，所以電壓表讀數(shù)升高。同時出現(xiàn)零序電壓，過電壓繼電器動作，發(fā)出接地故障信號，由運行人員選線操作，找出故障線路及時處理。2-45 什么是零序保護？直接接地電網中為什么要單設零序保護？在什么條件下要加裝方向繼電器組成零序電流方向保護？答： 在中性點直接接地電網中發(fā)生接地故障后，出現(xiàn)零序電流、零

45、序電壓和零序功率，利用這些零序分量電量構成接地故障保護的繼電保護裝置統(tǒng)稱為零序保護。相間電流保護的三相星形接線過電流保護雖然也能保護接地故障，但其靈敏性低，保護時限較長。采用零序保護可克服此不足，因為：系統(tǒng)正常運行和發(fā)生相間短路時不會出現(xiàn)零序電流和零序電壓，因此零序保護動作電流可以整定很小，有利于提高靈敏性；Y，d接線的降壓變壓器，三角形繞組以后的故障不會在星形繞組側反映出零序電流，所以零序保護的動作時限可以不必與Y、d接線變壓器以后的線路保護相配合而取得較短的動作時限。在雙側或多側電源電路中，電源處變壓器中性點一般至少有一臺要接地。由于零序電流實際流向是由故障點流向各個變壓器的中性點，因此，

46、在變壓器接地數(shù)目較多的中性點的復雜網絡中，必須考慮零序保護動作的方向性，在零序電流保護中增設功率方向元件，才能保證動作的選擇性。2-46 零序電流保護由哪幾部分組成，零序電流保護有什么優(yōu)點？答：零序電流保護主要由零序電流（電壓）濾過器，電流繼電器和零序方向繼電器三部分組成。零序電流保護同相間電流保護一樣廣泛采用三段式零序電流保護即無時限電流速斷保護，帶時限電流速斷保護和零序過流保護。零序電流保護與相間電流保護相比具有靈敏系數(shù)高，動作時間短，尤其對于兩側電源線路，當線路內部靠近任一側發(fā)生接地短路時，本側段動作跳閘后，對側零序電流增大使對側零序段也相繼跳閘，使總的故障切除時間更短。相間短路電流速斷

47、和限時電流速斷受系統(tǒng)運行方式變化影響大，而零序電流保護受系統(tǒng)運行方式變化影響小，此外由于零序阻抗比正序阻抗大，故線路始端與末端短路時，零序電流變化顯著，曲線較陡，因此，零序段保護范圍大也比較穩(wěn)定，零序段的靈敏系數(shù)較高，也易于滿足要求。當系統(tǒng)發(fā)生不正常運行狀態(tài)時（如系統(tǒng)震蕩、短時過負荷等）三相對稱，相間短路電流保護均受它們的影響而可能誤動作，因而要采取防止措施，而零序電流保護不受它們影響。在及以上高壓系統(tǒng)和超高壓系統(tǒng)中，單相接地故障占全部故障，而且其它故障也往往由單相接地引起，因此采用專門零序保護具有顯著優(yōu)越性。2-47 中性點直接接地電網中零序電流保護的時限特性和相間短路電流保護時限特性有何不

48、同？為什么？答：零序電流保護的時限特性與相間電流保護時限特性相同都是按階梯原則整定的，但是對于有Y、d接線的變壓器電網，d（三角形繞組）側無零序電流，所以時限起點從Y側變壓器開始至保護安裝處，顯然比相間短路時從變壓器d側開始至保護安裝處時間要短多了，因此零序電流保護動作時限縮短了。如圖2-6所示圖2-6 題2-47相間過電流保護與零序過電流保護的時限特性比較2-48 零序功率方向繼電器的最大靈敏角為什么確定？答：零序功率方向繼電器的接線如圖2-7所示，其電流繞組接于零序濾過器回路，輸入電流為，電壓繞組接于電壓互感器二次側開口三角形繞組反極性輸入端。，當保護線路發(fā)生正方向接地故障時超前約，這時滯

49、后，即，使繼電器工作在最靈敏條件下。圖2-7題2-48功率方向繼電器接線及相量圖（a）接線圖；（b）相量圖2-49 零序電流方向保護與綜合自動重合閘使用時應注意什么問題？答：在綜合自動重合閘動作過程中將出現(xiàn)非全相運行狀態(tài)，再考慮系統(tǒng)兩側的電機發(fā)生搖擺，則可能出現(xiàn)很大的零序電流，因此，影響零序電流保護正確工作，這時必須增大保護動作值或在重合閘過程中使之短時退出運行，待全相運行后再投入運行。2-49 零序電流方向保護與三相重合閘配合使用時應注意什么問題？答：零序電流方向保護與三相重合閘配合使用時應注意以下問題。1、零序電流段保護。階段式零序電流保護第段，在整定時要躲過正常運行和正常檢修方式下線路末

50、端（不帶方向時為兩端母線）單相及兩相接地故障時流經被保護線路的最大零序電流。當零序電流保護與三相重合閘配合使用時，由于線路后重合側斷路器合閘不同期（斷路器三相合閘不同期時間，實際可能達到）造成瞬時性非全相運行，也會產生零序電流。當躲不過這種非全相最大零序電流時，不帶時限的段保護將發(fā)生誤動作。躲過線路末端故障整定是絕對必須的，如果該定值又大于躲過斷路器不同期引起的非全相運行零序電流整定值，那么只需設置一個不帶時限的段電流保護。如果斷路器不同期引起的非全相運行零序電流大于末端故障零序電流時，或者按躲過非全相情況整定；或者在三相重合閘時給躲不開非全相運行零序電流的第段帶的時限；或者設置兩個第段，一個

51、按躲過非全相情況整定不帶時限，另一個按躲過末端故障整定，但在重合閘后加時限或退出工作。綜上所述，在三相重合閘配合使用時，零序電流方向保護必須具備實現(xiàn)兩個第段（靈敏段和不靈敏段）保護的可能性和無時限的段在重合閘時帶時限的可能性。2、零序電流方向保護裝置中帶時限的后備保護段數(shù)，根據規(guī)程規(guī)定，多段式零序電流方向保護之間必須按逐級配合原則整定，即要求靈敏系數(shù)和時間兩方面的配合。為適應不同電壓等級的電力網對后備作用以及特殊用途的保護（例如旁路斷路器的保護）對保護段數(shù)的要求，按現(xiàn)在系統(tǒng)實現(xiàn)的配置，要求零序電流方向保護除兩個第段外，還應有三個時間后備段。2-50 將圖2-95所示零序電流方向保護的接線連接正

52、確，并給TV、TA標上極性，（繼電器動作方向指向線路，最大靈敏角為）。答：、的極性及接線如圖2-96所示圖2-95題2-5設備圖 圖2-8題2-50設備接線圖第3章思考題與習題的解答3-1 什么叫距離保護？它與電流保護主要區(qū)別是什么？答：距離保護是指反應保護安裝處至故障點的距離，并根據這一距離的遠近而確定保護動作時限的一種保護裝置。它與電流保護相比優(yōu)點是在多電源的復雜電網中可以有選擇性的切除故障，而且有足夠的快速性和靈敏性；缺點是可靠性不如電流保護，距離保護受各種因素影響，在保護中采取各種防止這些影響的措施，使整套保護裝置比較復雜。3-2 試比較方向阻抗繼電器、偏移特性阻抗繼電器、全阻抗繼電器在構成原則上有什么區(qū)別，按絕對值比較方式列出它們的特性方