電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題解析(第二版)

1、WORD格式電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題答案1緒論11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，電源至故障點(diǎn)之間的 電力設(shè)備中將流過很大的短路電流，若沒有完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)將故障快速切除，則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(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。如果電力 系統(tǒng)沒有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，則當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行時，不能及時地發(fā)出信號通知值班人員進(jìn) 行合理

2、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)裝置就是指能反應(yīng)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(yùn)行時不動作;2電力系統(tǒng)部正常運(yùn)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(yùn)行;3.電力系統(tǒng)故障時,甄別岀發(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)出跳閘指令，將故障部分與電網(wǎng)的其他部分隔離。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較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個部分完成預(yù)定的保護(hù)功能。測量比較壞節(jié)是

3、冊 來那個被保護(hù)電器元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給岀“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。邏輯判斷壞節(jié)是根據(jù)測量環(huán)節(jié)輸出的邏輯信號， 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)該使斷路器跳閘。執(zhí)行輸岀環(huán)節(jié)是根據(jù) 邏輯部分傳來的指令，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。14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)整定值能求岀保護(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);利用短路時電壓幅值

4、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，構(gòu)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別不大。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(hù)只能保護(hù)線路的一部分。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別，可以構(gòu)成電流差動保護(hù)；利用電力元件兩端電流相位的差別可以構(gòu)成電 流相位差動保護(hù)；利兩側(cè)功率方向的差別，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比較式保護(hù)；

5、利用兩側(cè)測量阻抗的大小和方向 的差別，可以構(gòu)成縱聯(lián)距離保護(hù)。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(hù)和母線保護(hù)應(yīng)各接哪組互感器？答：線路保護(hù)應(yīng)接TA1,母線保護(hù)應(yīng)接TA2。因為母線保護(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)。母線線路TAITA2圖七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(jī)輸出的電磁功率減小二機(jī)械功率基本不變，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn) 生加速的不平衡功率。繼電保護(hù)的動作時間越快，發(fā)電機(jī)加速時間越短，功率角擺開幅度就越小，月有利于系

6、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，-2-7-專業(yè)資料整理故障持續(xù)的時間就越短，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)缺點(diǎn)。答：后備保護(hù)的作用是在主保護(hù)因保護(hù)裝置拒動、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)范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護(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)多個電源向該電力元件供電時，需要在所

7、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)拒動時近后備保護(hù)動作；(2)動作時只 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)故障時可能與主保護(hù)同時失去作用，無法起到“后備”的作用; 斷路器失靈時無法切除故障，不能起到保護(hù)作用。19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

8、性四項要求之間即矛盾又統(tǒng)一。繼電保護(hù)的科學(xué)研究、設(shè)計、 制造和運(yùn)行的大部分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)行的。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)即是一門理論性很強(qiáng)，又是工程實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。首先繼電保護(hù)工作者要掌握電 力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的基本原理、運(yùn)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(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)實現(xiàn)繼電保護(hù)的基本方法，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

9、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(hù)做出必要的調(diào)整。相同原理的保護(hù)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；相同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(hù)，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(hù)又具有很強(qiáng)的工程 實踐性。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” ？若不滿足，當(dāng)加入繼電器的電量 在動作值附近時將可能出現(xiàn)什么情況？答：過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)加入繼電器的動作電量

10、（圖中的Jk）大于其設(shè)定的動作值（圖中的】op）時，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，繼電器也不會返回，只有當(dāng)加入繼 電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值（圖中的Tre）以后它才突然返回。無論啟動還是返回，繼電器的動作都是 明確干脆的，它不可能停留在某一個中間位置，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，否則當(dāng)加入繼電器的電氣量在動作值附近波動時，繼電器將不停地在動作和返回兩個狀態(tài)之間切換，出現(xiàn)“抖動“現(xiàn)彖，后續(xù)的電路將無法正常工作。1Eo22請列舉說明為實現(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

11、些技術(shù)？答：在過量動作的電磁型繼電器中，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) 電磁力矩剛剛達(dá)到動作條件WORD格式時，繼電器的可動銜鐵開始轉(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，彈簧的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個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)?在閉合位置時彈簧的反拉力矩大于電磁力矩與摩擦力矩之和。當(dāng)電磁力矩減小到啟動返回時，由于這時摩擦 力矩反向，返回的過程中，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)

12、生一個返回方向的剩余 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不同的整定值而實現(xiàn)的。23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觸點(diǎn)，就必須增大通過繼電器線圈的電流妝，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Po在繼電器動作之后，為使它重新返

13、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：re.過 電流繼電器返回系數(shù)過小時，在相同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， 過電流繼電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)致誤動跳閘；而返回系數(shù)過高時，動作電流惡和返回電流很接近，不能保證可靠動作，輸入電流正好在 動作值附近時，可能回出現(xiàn)“抖動”現(xiàn)象，使后續(xù)電路無法正常工作。繼電器的動作電流、返回電流和返回系數(shù)都可能根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)定。2. 4在電流保護(hù)的整定計算中，為什么要引入可靠系數(shù)，其值考慮哪些因素后確定？一 5-專業(yè)資料整

14、理答：引入可靠系數(shù)的原因是必須考慮實際存在的各種誤差的影響，例如：(1) 實際的短路電流可能大于計算值；(2) 對瞬時動作的保護(hù)還應(yīng)考慮短路電流中非周期分量使總電流增大的影響；(3) 電流互感器存在誤差；(4) 保護(hù)裝置中的短路繼電器的實際啟動電流可能小于整定值。考慮必要的裕度，從最不利的情況岀發(fā)，即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預(yù)定的保護(hù)范圍 以外故障時，保護(hù)裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。2.5說明電流速斷、限時電流速斷聯(lián)合工作時，依靠什么環(huán)節(jié)保證保護(hù)動作的選擇性？依靠什么壞節(jié)保證保 護(hù)動作的靈敏度性和速動性？答：電流速斷保護(hù)的動作電流必須按照躲開本線路末端的最大短

15、路電流來整定，即考電流整定值保證選擇性。 這樣，它將不能保護(hù)線路全長，而只能保護(hù)線路全長的一部分，靈敏度不夠。限時電流速斷的整定值低于電 流速斷保護(hù)的動作短路，按躲開下級線路電流速斷保護(hù)的最大動作范圍來整定，提高了保護(hù)動作的靈敏性， 但是為了保證下級線路短路時不誤動，增加一個時限階段的延時，在下級線路故障時由下級的電流速斷保護(hù) 切除故障，保證它的選擇性。電流速斷和限時電流速斷相配合保護(hù)線路全長，速斷范圍內(nèi)的故障由速斷保護(hù)快速切除，速斷范圍外 的故障則必須由限時電流速斷保護(hù)切除。速斷保護(hù)的速動性好，但動作值高、靈敏性差；限時電流速斷保護(hù) 的動作值低、靈敏度高但需要0曠0.6s的延時才能動作。速斷

16、和限時速斷保護(hù)的配合，既保證了動作的靈敏 性，也能夠滿足速動性的要求。2. 6為什么定時限過電流保護(hù)的靈敏度、動作時間需要同時逐級配合，而電流速斷的靈敏度不需要逐級配合？答：定時限過電流保護(hù)的整定值按照大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定，不但保護(hù)本線路的全長，而且保 護(hù)相鄰線路的全長，可以起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。當(dāng)遠(yuǎn)處短路時，應(yīng)當(dāng)保證離故障點(diǎn)最近的過電流保護(hù)最先動 作，這就要求保護(hù)必須在靈敏度和動作時間上逐級配合，最末端的過電流保護(hù)靈敏度最高、動作時間最短， 每向上一級，動作時間增加一個時間級差，動作電流也要逐級增加。否則，就有可能出現(xiàn)-6-越級跳閘、非選擇性動作現(xiàn)象的發(fā)生。由于電流速斷只保護(hù)本線路

17、的一部分，下一級線路故障時它根本不會 動作，因而靈敏度不需要逐級配合。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:= 15 ,XG2= 0AQ210=2 L= lookup=40km.LBC- 50km. LCD30km-LDE20m.線路阻抗0. 4 /km. K1rel=i.2、KII ：Inrel= rel =1.15. BT. max= 3MA JC_尸 200AInn_lSOAD. max DErmax . ss=gKre=0. 85 o 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

18、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，并校驗使其滿足靈敏度要求(Ksenl.2)(4) 整定鬲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,校驗保護(hù)1作后備 用，保護(hù)2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。12198 L1 口CDEG1*7飛 L2 口54L312-2簡單電網(wǎng)示意圖解：由已知可得 XL1=XL2=O. 4X60=24, xL3=0. 4X40=16, XBC=O. 4X50=20, CD二0.4X30, XDE=O. 4X20=8(1) 經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式及阻抗最小時，則有三

19、臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路LPL3全部運(yùn)行，由題意G1,G2連接在同一母線上，則xs. min= ( XG1| |XG2+XL1| |XL2) ! | (XG3+XL3) = (6+12) I | (10+16)二 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s. max=AGl?Ll =39BCDE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=k. E. ma+115廣3 +1. 312kAs. min ABCXcdXdeIO. 6720 128相應(yīng)的速 1 析定(fiii set.E

20、. max=i.2xi.312=1.5?kAJ最小保范圍計算公式為x11set=2s. maxTininmin=3e2IIsets. max0.4=-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E相短路流過保護(hù)2Tk.D. maxis. niiifBCCD=i.闕x相應(yīng)的速斷定值為11 set. 2=k 1 relxJk. D. m(ix=i.2x1.553=1.s?kAJs. maIIset. 20.4最小保護(hù)范圍為即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)。min=-70. 6km對于保護(hù)3等值電路如圖2-

21、3所示，母線C在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三-8-相短路流過保護(hù)3相應(yīng)的速斷定值為口 setset set. 1=mxE+的最大電流Tk. C. maxzs. minBC =2.17Uiset3frelx】k C. maX=1.2X2.17=2. 603kA2_ Js. ma x II xiset. 3丿 0.4最小保護(hù)范圍為Lmin=-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1.57=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所以保

22、護(hù)2處的靈敏系數(shù) 求。的要Xs. ma +Ik. D. max=2 xXBCXCD=O. 8098kAk D. minKj=I J=0. 4484即不滿足 Ksenl. 2同理，保護(hù)3的限時電流速斷定值為| /rel11 set 2=i.i5x3et.31.87=2. 151kA線路末段（&C處）最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為喩.C. max=2 ?s. maxBC=0. 9764kAzk. C. min所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù)K.Jt二o. 4531即不滿足Ksenl. 2的要求?？梢姡捎谶\(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時電流速斷保護(hù)的靈敏度都遠(yuǎn)不能滿足要求。Ire KjKJ（4）過電流

23、整定值計算公式為Kre所以有T 1,1丄set . 1=Kre =304.5A同理得【set 2=406aset. 3=6o9a保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為 保護(hù)靈敏度的要求；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算公式為丁3E+rk. min=2Zs. max；rE. mi7l所以有n=727. 8AZD. min=so9.sAIk. minIIIZC. min=974. 51A所以由靈敏度公式insen=Iset 可知，保護(hù)1作為近后備的靈敏度為蹴巴1丄巴=2. 391. 5滿足近后備保護(hù)靈敏度的要求;:E. mikJ丄et .2=1. 791. 2滿足最為遠(yuǎn)后備ZE. mi保護(hù)3作

24、為遠(yuǎn)后備的靈敏度為 保護(hù)靈敏度的要求。二1. 331. 2滿足最為遠(yuǎn)后備+0. 5=1. 5s保護(hù)的動作時間為屮二05+0. 5=ls+ in + in t +0. 5=2s2. 8當(dāng)圖2. 56中保護(hù)1的岀口處在系統(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，試問(1) 共有哪些保護(hù)元件啟動？(2) 所有保護(hù)工作正常，故障由何處的那個保護(hù)元件動作、多長時間切除?(3) 若保護(hù)1的電流速斷保護(hù)拒動，故障由何處的那個保護(hù)元件動作、多長時間切除?(4) 若保護(hù)1的斷路器拒動，故障由何處的那個保護(hù)元件動作、多長時間切除？答：(1)由題2.7的分析，保護(hù)1出口處(即母線D處)短路時的最

25、小短路電流為0. 8098kA, 于所有電流速斷保護(hù)和限時-10-WORD格式電流速斷保護(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Is的延時切除故障。(3) 分析表明，按照本題給定的參數(shù)，1處的速斷保護(hù)肯定不會動作，2處的限時電流速斷保護(hù)也不會動作, 只能靠1處的過電流保護(hù)動作，延時Is跳閘；若斷路器拒動，則應(yīng)由2處的過電流保護(hù)以1. 5s的延時跳開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,KSS=1. 3

26、KK -f IIIIII tglH tQIII、1 e=0.85. 丄=1.15.丄二 / =0.5s. o =1.03 試計算:(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)Kre低于何值時會造成保護(hù)4誤動?(3)Kre=0. 85時，保護(hù)4的靈敏系數(shù) 靈敏系數(shù)降低到多少？Ksen=3. 2,當(dāng) Kre=0. 7時保護(hù)4的-15-專業(yè)資料整理圖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I送sslelBz4. max=400+500+550=1450A保護(hù)4的過電流定值為X III X III X III . Ill 時限為t沁(til

27、2 . t3（2）保護(hù)21切除故障后，流過保護(hù)4的最大負(fù)荷電流4 . max二500+550二 1050A二 1. 05kA,在考慮電動機(jī)的自啟動出現(xiàn)的最大保護(hù)電流rss. max=:i_365. re2. 55=0.535成保護(hù)誤動。1.365o當(dāng)返回系數(shù)低于0. 535時，會造（3）保護(hù)4的靈敏系數(shù)34Jk. B. minzk. B. min reI_I1：, zKrelKssI4 max, sen. 4 與re 成正比.當(dāng)Ye0. 7X3.2K下降時靈敏系數(shù)下降.sen=O. 85-2. 635o2. 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，上級線路裝在

28、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，這種安裝方式有何優(yōu)缺點(diǎn)？以上串、并兩種線 路，若采用三相星形接線，有何不足？答：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時繼續(xù)短時運(yùn)行，在不同線路不同相別的兩點(diǎn)接地形成兩相短 路時，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、20、（IB、2A）、（IB、20、（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，上級線路裝在A、C相商，而下級裝在A、B相上時，將 在（1A、2B）、（IB、2A）、（1C、2A）和（1C、2B）四種

29、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、20時，將會由上級線路保護(hù)切除故障；而當(dāng)故障為（1B、20時，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，若兩條線路保護(hù)動作的延時一樣，則在（1A、2B）、（1C、2A）和（1C、2B）三種情況 下，兩條線路被同時切除；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 （1B、20故障下，兩條線路均不會切除，即保護(hù)拒動。若保護(hù)采用三相星形接線時，需要三個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，若發(fā)生不同相別的接地短路時，兩套保護(hù)

30、均啟動，不必要切除兩條線路的機(jī)會就比較多。2. 11在雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護(hù)利用了短路時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保護(hù)動作的選擇性。方向性電流保護(hù)利用短路時功 率方向的特征，當(dāng)短路功率由母線流向線路時表明故障點(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質(zhì)上是在判別什么？為什么會存在“死區(qū)” ？什么時候要求它

31、動作最靈敏？答：功率方向判別元件實質(zhì)是判別加入繼電器的電壓和電流之間的相位，并且根據(jù)一定關(guān)系cos(+a)是否大于0判別初短路功率的方向。為了進(jìn)行相位比較，需要加入繼電器的電 壓、電流信號有一定的幅值(在數(shù)字式保護(hù)中進(jìn)行相量計算、在模擬式保護(hù)中形成方波)，且有最小的動作電 壓和帛流要求。當(dāng)短路點(diǎn)越靠近母線時電壓越小，在電壓小雨最小動作電壓時，就出現(xiàn)了電壓死區(qū)。在保護(hù)正 方向發(fā)生最常見故障時，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現(xiàn)，分別畫u U 2：n(lC0:)hj r r t / 4 CC亠 CC、C sin(100t) i I 3in

32、(100t60JirIrSin(100t30)和也r . rr時輜出電用隨時間變優(yōu)的波形；如果用數(shù)字式(微機(jī))實現(xiàn)，寫出你的算法，并校驗上述兩種情況下方向元件的動作情況。所示。= 答：以內(nèi)角+二3F為例，駆出各點(diǎn)輸出迪壓波形如圖2-5JI - uuU1U2 aUiWORD格式專業(yè)資料整理u.u330 t(ms)1020t (ms)102030 t(ms)utt (m35 疔u5102030 t(ms)1020U75 10t (ms)us1015u-1020ms)t (mss)1520u9u9arg1015t (ms)90arg20t (ms)動作最靈敏條件圖2-5各點(diǎn)電壓輸出波形圖臨界動作條可

33、以看岀，在內(nèi)角二30現(xiàn)時，動作的判據(jù)可以表示為時第一種情況下動作最靈敏，第二種情況元件處于臨界動作狀態(tài)。數(shù)字式實UreJ90arg90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。-14-2. 14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 o(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zdzs時，0 a90 ；當(dāng)短路點(diǎn)遠(yuǎn)離 保護(hù)安裝處，且系統(tǒng)容量很大記冬時，-30 a60 o綜合三相和各

34、種兩相短路的分析得出，當(dāng)0。90時，使方向繼電器在砌故障情況下都能動作的條 件應(yīng)為 30 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(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sen二-30 ,則動作范圍為-120WdW-60。由正常負(fù)荷電流 的功率因數(shù)0. 85可以得到d=arctan0. 85=31. 79：J ,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，

35、當(dāng)反方向發(fā)生 B、C兩相短路時，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，這樣就會啟動時間繼電 器，岀現(xiàn)延時跳閘。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27,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、& 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(hù)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(hù)5的電流速斷。保護(hù)4處的母線發(fā)生三相短路時，流過保護(hù)5的短路電流為E很416=2. 554A10set. 5=KIrel*k4=3.o6ikAXG3 13

36、=按此電流來整定.動作定值5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，有Xs.min=/Gl fellXL2)=1S_ E Jk5 二+保護(hù)5處的電流為5s. min認(rèn)磁遠(yuǎn)小于按躲過保護(hù)4處母線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 方向故障時不誤動作?，F(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，定值為34kA當(dāng)保護(hù)4處背側(cè)母線三相短路是，流過保護(hù)4的電流為2. 554RA,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，49任何一處保護(hù)正向及方向 故障時，短路

37、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)的動作時間分別與G3、G2和G1處的過電流保護(hù)時間相配合，在其動作延時的基礎(chǔ)上增加一個時間級差；5、7、9處過電流 保護(hù)的動作時間均與3處過電流時間相配合，由題27可知，三處過電流保護(hù)的動作時間為2s,所以5、7、 9處過流保護(hù)的動作時間均應(yīng)取2. 5so(3) 5處限時電流速斷保護(hù)定值應(yīng)該與3、6、8處電流速斷保護(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 set. 3= relx k. C. max=2.603KA. L3支路對應(yīng)的分1XG1 XG2XL11 X

38、20. 409Kbr XG1| | XG2Xli 1 IX2XG3XL3支系數(shù)的倒數(shù)為一與保護(hù)3配合時，5處限時電流速斷保護(hù)的定值為T V111t II丄 se.:51 rel丄 s 3et= 冠7二1 224kA與6處和8處電流速斷配合：若裝設(shè)方向元件，則6處電流速斷保護(hù)應(yīng)該按躲過母線A處三相短路的最大 短路電流來整定，而母線A三相短路時，發(fā)電機(jī)Gl, G2所提供的短路電流不會流過保護(hù)6,只有發(fā)電機(jī)G3的 電流才流過保護(hù)6,所以其I段的整定值為-16-XL1+XL3 XL1 XL2XL1SL2 =1.0ISkA同理，裝設(shè)方向元件的情況下，8處保護(hù)的定值也為 按與它們配合時，5處限時電流速斷保

39、護(hù)的定值為IIIaet.5set. 8=i.013kA.二1 205kAII取三種情況的最大者，即】set 5=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=3 II = k. B. minTk. B. min 2XG3 XL3=2.211kA所以靈敏度為Ksen. 5set. 5心朋足燮求。在6、8處不裝方向元件的情況下，它們速斷保護(hù)的定值還應(yīng)安躲過母線B三相短路時流過它們的最大短 路電流來整定。母線B三相短路時流過6、8處的最大短路電流為丁石rk6. maxkS. max=2XGl | XG2Ll x2=i.8nkAx這時其更路電就速赫護(hù)的塾定值變1 set. 6

40、=* set. 8$reFk6 mdx=畑_所以5處限時電流保護(hù)的定值為set5%lset6=沁H =k. B. minKsen. 5II靈敏度為】set5二0. 85故不滿足要求。2. 17在中性點(diǎn)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(fù)療;電壓、電流分量的分布規(guī)律；（3）正療;電壓、電流分量的分布規(guī)律。答：（1）零序電壓一一故障點(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。零序電流一一由零序電壓產(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，與電源點(diǎn)的數(shù)目和位

41、置無關(guān)。（2）負(fù)序電壓一一故障點(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 壓一一越靠近電源點(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比較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(diǎn)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

42、零序電壓的有地啊是簡單方便，精度較高,不需要額外的裝 I或系統(tǒng);其缺點(diǎn)是開口三角側(cè)正常無電壓,不便于對其進(jìn)行監(jiān)視，該側(cè)岀現(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(biāo)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結(jié)構(gòu)比較復(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(diǎn)與（1）的情況類似。（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取得三相系統(tǒng)的零序電壓，較為經(jīng)濟(jì)，但適用范圍小，同時不平衡電壓較大，不夠靈敏。（4）保護(hù)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(diǎn)是裝置內(nèi)部必須 設(shè)置專門的模塊。傳 統(tǒng)的機(jī)

43、電式保護(hù)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(hù)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）。2.19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:115/ kv. XI. G1X2. Gl=8,T5x0.1G2檢G2=5. X1.G3X2. G3=X1.G4X2.G4xl. T1 xl. T4=5. x0. Tlx0. T4=i5,xl. T5AB二60km, BC二40km,犧路阻抗l=_2=0. 4/km, 0=1. 2-1

44、8-WORD格式-19-專業(yè)資料整理1.G1A1.T1 xl. ABXl. G21.T2T.T3C1.G3(a)正序等值圖(2) 所有元件全保護(hù)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) 分別求岀保護(hù)1、4零序II段的最大、最小分支系數(shù)；(4) 分別求岀保護(hù)1、4零序I、II段的定值，并校驗靈敏度；(5) 保護(hù)1、4零序I、II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I段定值。解:先求出線路的參數(shù)，即 LAB=60km, l. BC x2. BC=16, x0. BC=48,所有元件全運(yùn)行是三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)

45、圖如 圖2-7所示。l. ABX2. AB=24, x0. AB=72, LBC=40km,WORD格式(b)負(fù)序等值圖-20-專業(yè)資料整理(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)下求岀所有元件全運(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(X| 筋X1.G1X1.T1)(X1.BC1.G3A1.T3)+2二(24+5)(16+6. 5)=12. 67Z =故障端口負(fù)序阻抗為Z2:1=12. 67故障端口零序阻抗為Zo(x0. T1 Xo.ab)X0.15I = z(x0. T3 x0. BC=79.5105

46、5. 5=7. 657則滾仔序網(wǎng)零值圖如圖2-Ot/RoU|115/3zf0故障端口零序電流為=Ztit=在零序網(wǎng)中按照零序?qū)Ъ{進(jìn)行分配零序電流用崙站亦寸爲(wèi)過保護(hù)7 657=2. 012kAWORD格式1、4處的零序電流分別為= x 0.018018 2一 o0. 130597=0. 278kA畫岀零序電流分布圖如圖2-9所示.0. 12579:0. 1=牙0 x0. 13O597=o. i9ikA羅Z 2 v12. 67專業(yè)資料整理Z o 7 657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=1C2)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Z _ Q

47、Zr -2=12.67X20. 657 v 如圖 2-10所示。12. 67 7. 6572U12. 67Z Zuf|o|y 77故障端口正序電流為IflZiZ2Z 0=3.808kA12. 67IfO故障端口零序電流為zf0=12. 677 675=2. 373kA同樣地，流過保護(hù)1、4的零序電流分別為T0. 1=0. 299kA:0. 2=0. 327kA-21-WORD格式從而得到如圖2-11所示的零序電流分布圖。BC 0. 164圖2-10兩相接地短路復(fù)合序網(wǎng)等值圖接地短路零序電流分布圖(3)先求岀保護(hù)1的分支系數(shù)Kl.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。

48、1CM =十 FBM _ 十 1 1圖2-11兩相KI. b=IABMIABMX2,對于訂，當(dāng)只有A臺發(fā)電機(jī)先甲器組運(yùn)行是最大，有? lmax=? 0. T10. AB=57當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時訂最小，有對于2,當(dāng)T5,T6只有一臺運(yùn)行時吆最大，x2x0. T1 +lmin*0. AB=79.5max=20；當(dāng) T5, T6兩臺全運(yùn)行時最小,-22-專業(yè)資料整理WORD格式XI max2min=10.因此保護(hù)1的最大分支系數(shù);1. b. max= 2min=9.-,+ Xlinin1最小分支系數(shù)為1bmin=A2max=i.9-5同樣的分析保護(hù)4的分支系數(shù)K4.bo當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時

49、，T5, T6Y0U助增的作用，如圖2-13所示。：BCMW BMX】=1+ = 1+ Kl.b=IABMZABMX2對于訂，當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有+QAlmax=x0. T30. BC=63當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時7最小，有xlmin =2對于2,當(dāng)T5,T6X0.T3 +x0. BC=55. 5只有一臺運(yùn)行時吆最大，x2max=20；當(dāng)T5, T6兩臺專業(yè)資料整理全運(yùn)行時嗆最小,+ 1 lmax2min=io.因此保護(hù)4的最大分支系數(shù)K4. b. max= A2min =7. 3,圖 2-13圖2-12BC段故障時變壓器的助增作用AB段故障時變壓器的助增作用（4）保護(hù)1整

50、定計算-23-f0+ 2： +單相接地短路時，有ZiZ2 Z3=5.865.86 6 63=3. 69kA從而求得流過保護(hù)3的電流為T0. 3=0. 43kA時 6. 63zz+連相接地短路時，有vf |0|z2:0=5. 866 63=3. 06Ifl-Z + IIZiZ2| z0=7. 6kA零序電流= xifo if i v + 2正序電流Z2 z0=3.5kA從而求得流過保護(hù)3的電流 z0. 3=0. 408kA這樣，流過保護(hù)3的最大零序電流0. 3. 13kA保護(hù)3的零序I段定值為Ol0. 3. max=i.513kA零序I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I I x序電流為1匚皿觀力加也故I段定值Iset. l=