供配電技術(shù)習(xí)題答案第7章匯編

第七章 供配電系統(tǒng)的繼電保護7-1繼電器保護裝置的任務(wù)和要求是什么？答：（1）繼電保護的任務(wù)：①自動地、迅速地、有選擇地將故障設(shè)備從供電系統(tǒng)中切除，使其他非故障部分迅速恢復(fù)正常供電。②正確反映電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，發(fā)出預(yù)告信號，以便操作人員采取措施，恢復(fù)電器設(shè)備的正常運行。③與供配電系統(tǒng)的自動裝置（如自動重合閘、備用電源自動投入裝置等）配合，提高供配電系統(tǒng)的供電可靠性。2）對繼電保護的要求：根據(jù)繼電保護的任務(wù)，繼電保護應(yīng)滿足選擇性、可靠性、速動性和靈敏性的要求。7-2電流保護的常用接線方式有哪幾種？各有什么特點？答：1、三相三繼電器接線方式。它能反映各種短路故障， 流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組的電流相等， 其接線系數(shù)在任何短路情況下均等于1。這種接線方式主要用于高壓大接地電流系統(tǒng)，保護相間短路和單相短路。2、兩相兩繼電器接線方式。它不能反映單相短路，只能反映相間短路，其接線系數(shù)在各種相間短路時均為 1。此接線方式主要用于小接地電流系統(tǒng)的相間短路保護。3、兩相一繼電器接線方式。這種接線方式可反映各種不同的相間短路，但是其接線系數(shù)隨短路種類不同而不不同，保護靈敏度也不同，主要用與高壓電動機的保護。7-3 什么叫過電流繼電器的動作電力、返回電流和返回系數(shù)？答：（1）使過電流繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流。2）使繼電器返回到啟始位置的最大電流稱為繼電器的返回電流3）繼電器的返回電流與動作電流之比稱為返回系數(shù)7-4電磁式電流繼電器和感應(yīng)式電流繼電器的工作原理有何不同？如何調(diào)節(jié)其動作電流？答：（1）工作原理的不同之處在于：電磁式電流繼電器的原理在于利于變化繼電器的電流來調(diào)節(jié)彈簧的作用力，調(diào)節(jié)其與常開觸頭的開合。而感應(yīng)式電流繼電器的原理在于調(diào)節(jié)制動力矩，使蝸桿與扇形齒輪嚙合。這就是叫繼電器的感應(yīng)系統(tǒng)動作。2）調(diào)節(jié)電磁式電流繼電器的動作電流的方法有兩種：①改變調(diào)整桿的位置來改變彈簧的反作用力進行平滑調(diào)節(jié)；②改變繼電器線圈的連接。感應(yīng)式繼電器的動作電流可用插銷改變線圈的抽頭進行級進調(diào)節(jié)； 也可以用調(diào)節(jié)彈簧的拉力進行平滑調(diào)節(jié)。7-5 電磁式時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的作用是什么？答：①電磁式時間繼電器用于繼電保護裝置中， 使繼電保護獲得需要延時， 以滿足選擇性要求。②信號繼電器是繼電保護裝置中用于發(fā)出指示信號， 表示保護動作，同時接通信號回路， 發(fā)出燈光或者音響信號③中間繼電器的觸頭容量較大， 觸頭數(shù)量較多，在繼電保護裝置中用于彌補主繼電器觸頭容量或者觸頭數(shù)量的不足。7-6 試說明感應(yīng)式電流繼電器的動作特性曲線。答：繼電器線圈中的電流越大， 鋁盤轉(zhuǎn)速越快，扇形齒輪上升速度也就越快，因此動作時限越短。這就是感應(yīng)式電流繼電器的“反時限”特性，如下圖曲線中的 ab段所示。當(dāng)繼電器線圈中的電流繼續(xù)增大時， 電磁鐵中的磁通逐漸達到飽和， 作用于鋁盤的轉(zhuǎn)矩不再增大， 使繼電器的動作時限基本不變。這一階段的動作特性稱為定時限特性，如下圖曲線中的 bc段所示。當(dāng)繼電器線圈中的電流進一步增大到繼電器的速斷電流整定值時， 電磁鐵2瞬時將銜鐵15吸下，觸頭閉合，同時也使信號牌掉下。這是感應(yīng)式繼電器的速斷特性，如下圖曲線中c’d所示。7-7 電力線路的過電流保護裝置的動作電流、動作時間如何整定？靈敏度怎樣校驗？答：（1）動作電流整定過電流保護裝置的動作電流必須滿足下列兩個條件：①正常運行時，保護裝置不動作，即保護裝置的動作電流 Iop.1應(yīng)大于線路的最大負(fù)荷電流IL.max；②保護裝置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置。要使保護裝置可靠返回，就要求保護裝置的返回電流IrelIL.max。由于過電流Iop.1大于IL.max，所以，以IrelIL.max作為動作電流整定依據(jù)，所以得Iop.KAKre1KwIL.max；KreKi式中，Kre1為可靠系數(shù)，Kw為接線系數(shù)，Kre為繼電的返回系數(shù)，Ki為電流互感器變比。（2）動作時間整定動作時間必須滿足選擇性要求。為保證動作的選擇性，動作時間整定按“階梯原則”來確定；即自負(fù)載側(cè)向電源側(cè)，后一級線路的過電流保護裝置的動作時限應(yīng)比前一級線路保護的動作時限大一級時限差t；t1t2t式中，t為時限級差，定時限電流保護取0.5s。（3）靈敏度校驗.過電流保護的靈敏度用系統(tǒng)最小運行方式下線路末端的兩相短路電流Ik.min進行校驗；KSIK(2.min)1.5Iop1KSIK(2.min)1.25Iop1

主保護時后備保護時式中，Iop1為保護裝置一次側(cè)動作電流。7-8

反時限過電流保護的動作時限如何整定？答：在整定反時限電流保護的動作時限時應(yīng)指出某一動作電流倍數(shù)（通常為 10）時的動作時限，為保護動作的選擇性，反時限過電流保護時限整定也應(yīng)按照“階梯原則”來確定，即上下級路線的反時限過電流保護在保護配合點 K處發(fā)生短路時的時限級差為△ t=0.7s7-9 試比較定時限過電流保護和反時限過電流保護。答：定時限過電流保護整定簡單，動作準(zhǔn)確，動作時限固定，但使用繼電器較多，接線較復(fù)雜，需直流操作電源。反時限過電流保護使用繼電器少，接線簡單，可采用交流操作，但動作準(zhǔn)確度不高，動作時間與短路電流有關(guān)，呈反時限特性，動作時限整定復(fù)雜。7-10 電力線路的電流速斷保護的動作電流如何整定？靈敏度怎樣檢驗？答：（1）由于電流速斷保護動作不帶時限，為了保證速斷保護動作的選擇性，在下一級線路首端發(fā)生最大短路電流時，電流速斷保護不應(yīng)動作，即速斷保護動作電流Iopl>Ik.max，從而，速斷保護繼電器的動作電流整定值為Iop.KAKre1KwIK.maxKi式中，IK.max為線路末端最大三相短路電流；Kre1為可靠系數(shù)，DL型繼電器取1.3，GL型繼電器取1.5；Kw為接線系數(shù)；Ki為電流互感器變比。（2）由于電流速斷保護有死區(qū)，因此靈敏度校驗不能用線路末端最小兩相短路電流進行校驗，而只能用線路首端最小兩相短路電流IK(2.)min校驗，即IK(2.)min1.5KSIop17-11試比較過電流保護和電流速斷保護答：過電流保護：當(dāng)通過的電流大于繼電器的動作電流時，保護裝置啟動，并用時限保護動作的選擇性，這種繼電保護裝置稱為過電流保護。電流速斷保護：電流速斷保護是一種不帶時限的過電流保護，實際中電流速斷保護常與過電流保護配合使用。兩者的比較：過電流保護的范圍是本級線路和下級電路，本級線路為過電流保護的主保護區(qū)，下級線路是其后備保護區(qū)。定時限過流保護整定簡單，動作準(zhǔn)確，動作時限固定，但使用繼電器較多，接線較復(fù)雜，需直流操作電源。反時限過電流保護使用繼電器少，接線簡單，可采用交流操作，但動作準(zhǔn)確度不高， 動作時間與短路電流有關(guān)， 呈反時限特性，動作時限整定復(fù)雜；線路越靠近電源，過電流保護的動作時限越長，而短路電流越大， 危害也越大，這是過電流保護的不足。因此， GB50062-92規(guī)定，當(dāng)過電流保護動作時限超過０ .５～０.７Ｓ時，應(yīng)裝設(shè)瞬動的電流速斷保護。7-12電力線路的單相接地保護如何實現(xiàn)？絕緣監(jiān)視裝置怎樣發(fā)現(xiàn)接地故障？如查出接地故障線路？答：（1）電力線路的單相接地保護：中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時， 流經(jīng)接地點的電流是電容電流， 數(shù)值上很小，雖然相對地電壓不對稱， 系統(tǒng)仍可以對稱， 系統(tǒng)仍可繼續(xù)運行一段時間。 單相接地保護利用線路單相接地時的零序電流較系統(tǒng)其他線路線路單相接地接地時的零序電流大的特點， 實現(xiàn)有選擇的單相接地保護。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，架空線路的電流互感器動作，發(fā)出信號，以便及時處理。（2）視裝置發(fā)現(xiàn)接地故障：當(dāng)變電所出線回路較少或線路允許短時停電時，可采用無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護裝置。系統(tǒng)正常運行時， 三相電壓對稱，開口三角形繞組兩端電壓近似為零， 電壓繼電器不動作。系統(tǒng)單相接地故障時，接地相對地電壓近似為零，該相電壓表讀數(shù)近似為零，非故障相對地電壓高，非故障相的兩只電壓表讀數(shù)接近線電壓。同時開口三角形繞組兩端電壓也升高，電壓繼電器動作，發(fā)出單相接地信號，以便運行人員及時處理。（3）地故障線路的方法：運行人員可根據(jù)接地信號和電壓表讀數(shù)， 判斷哪一段母線， 哪一相發(fā)生單相接地， 但不能判斷哪一條線路發(fā)生單相接地， 因此絕緣監(jiān)視裝置是無選擇性的。 只能用依次拉合的方法，判斷接地故障線路。 依次先斷開，再合上各條線路，若斷開某線路時， ３只相電路表讀數(shù)恢復(fù)且近似相等，該線路便是接地故障線路，再消除接地故障，恢復(fù)線路正常運行。7-13為什么電力變壓器的電流保護一般不采用兩相一繼電器式接線 ?答：兩相一繼電器式接線的保護靈敏度隨短路種類而異，但 Yyno接線的變壓器二次側(cè)發(fā)生單相短路和 Yd11連接線的變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路時，保護裝置不動作，因此，該連接方式不能用于 Yyno連接和Yd11連接的變壓器的電流保護。 所以，電力變壓器的電流保護一般不用兩相一繼電器式接線。7-14電力變壓器的電流保護與電力線路的電流保護有何相同和不同之處？答：電力變壓器的電流保護分為：①過電流保護；②電流速斷保護；③零序電流保護；④過負(fù)荷保護。電力線路的電流保護分為：①過電流保護；②電流速斷保護；③單相接地保護；④過負(fù)荷保護。兩者在過電流保護、電流速斷保護、過負(fù)荷保護方面工作原理與接線完全相同。電力變壓器的零序電流保護是裝在二次側(cè)零線上，能過檢測零線的零序電流而實現(xiàn)保護。電力線路的單相接地保護是能過檢測線路中的零序電流而實現(xiàn)有選擇性的單相接地保護。7-15 試敘述變壓器氣體保護的工作原理。答：氣體保護是保護油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種主要保護裝置。 氣體保護裝置主要由氣體繼電器構(gòu)成。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部出現(xiàn)故障時， 電弧的高溫會使變壓器內(nèi)的油分解為大量的油氣體，氣體保護就是利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置。變壓器正常運行時， 氣體繼電器容器內(nèi)充滿了油， 上下開口油杯產(chǎn)生的力矩小于平衡錘產(chǎn)生的力矩，開口杯處于上升位置，上下兩對干簧觸點處于斷開位置。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時， 產(chǎn)生的氣體較少， 氣體緩慢上升，聚集在氣體繼電器容器上部，使繼電器內(nèi)的油面下降， 上開口油杯露出油面， 上開口油杯因其產(chǎn)生的力矩大于平衡錘的力矩而處于下降的位置，上干簧觸點閉合，發(fā)出報警信號，稱為輕瓦斯動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時， 產(chǎn)生大量的氣體， 油汽混合物迅猛地從油箱通過聯(lián)通管沖向油枕。在油汽混合物沖擊下，氣體繼電器擋板被掀起，使下口油杯下降上，下干簧觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘，稱為重瓦斯動作。若變壓器油箱嚴(yán)重漏油， 隨著氣體繼電器內(nèi)哦的油面逐漸下降， 首先上油杯下降， 從而上下簧觸點閉合，發(fā)出報警信號，接著下油杯下降，從而下干簧觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘。7-16 電力變壓器差動保護的工作原理是什么？差動保護中不平衡電流產(chǎn)生的原因是什么？如何減小不平衡電流？答：（1）變壓器的差動保護原理是在變壓器兩側(cè)安裝電流互感器， 其二次繞組電流之差，即IKA I1 I2 Iub，Iub為變壓器一、二次側(cè)的不平衡電流。當(dāng)變壓器正常運行或差動保護區(qū)外短路時， 流入差動繼電器的不平衡電流小于繼電器的動作電流，保護不動作。在保護區(qū)內(nèi)短路時，對單端電源供電的變壓器I20,IKI1，遠(yuǎn)大于繼電器的動作電流，繼電器KA瞬時動作，通過中間繼電器KM，使變壓器兩側(cè)短路器跳閘，切除故障，（2）不平衡電流產(chǎn)生的原因及減小措施：①變壓器連接組引起的不平衡電流：總降壓變電所的變壓器通常是Yd11連接組，變壓器兩側(cè)線電流之間就有30°的相位差，因此，即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的大小相等，保護回路中仍會出現(xiàn)由相位差引起的不平衡電流。為了消除這一不平衡電流，可將變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，變壓器三角形接線側(cè)的電流互感器的二次側(cè)電流互感器接成星形接線，這樣變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相位相同，消除了由變壓器連接組引起的不平衡電流。②電流互感器變比引起的不平衡電流：為了使變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相等，需要選擇合適的電流互感器的變比，但電流互感器的變比是按標(biāo)準(zhǔn)分成若干等級，而實際需要的變比與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)變比往往不同，不可能使差動保護兩側(cè)的電流相等，從而產(chǎn)生不平衡電流。可利用差動繼電器中的平衡線圈或自耦電流互感器消除由電流互感器變比引起的不平衡電流。③在變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)的過程中，由于變壓器鐵心中的磁通不能突變，在變壓器一次繞組中產(chǎn)生很大的勵磁涌流，涌流中含有數(shù)量值很大的非周期分量，涌流可達變壓器的額定電流的8～10倍，勵磁涌流不反映到二次繞組，因此，在差動回路中產(chǎn)生很大的不平衡電流流過差動繼電器?？衫盟亠柡碗娏骰ジ衅骰虿顒永^電器的速飽和鐵心減小勵磁涌流引起的不平衡電流。④此外，變壓器兩側(cè)電流互感器的型號不同，有載調(diào)變壓器分接頭電壓的改變也會在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。綜上所述，產(chǎn)生不平衡電流的原因很多，可以采取措施最大程度地減小不平衡電流，但不能完全消除。7-17高壓電動機和電容器的繼電保護如何配置和整定？答：（1）高壓電動機的繼電保護配置按GB50062—92規(guī)定，對2000KW以下的高壓電動機相間短路。裝設(shè)電流速斷保護；對2000KW及以上的高壓電動機，或電流速斷保護靈敏度不滿足要求的高壓電動機。裝設(shè)差動保護；對易發(fā)生過負(fù)荷的電動機，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護；對不重要的高壓電動機或者不允許自起動的電動機，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護；高壓電動機單相接地電流大于5A時，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護電動機過負(fù)荷保護的動作電流按躲過電動機的額定電流整定，即Iop.KAKre1KwIN.MKreKi電動機的電流速斷保護動作電流按躲過電動機的最大起動電流Ist.max整定，即Iop.KAKre1KwIst.maxKi單相接地保護動作電流按躲過其接地電容電流IC.M整定，即Iop.KAKre1IC.MKi2）電容器的繼電保護配置：容量在400kvar以上的電容器組一般采用斷路器控制，裝設(shè)電流速斷保護，作為電容器的相間短路保護。容量在400kvar及以下的電容器一般采用帶熔斷器的負(fù)荷開關(guān)進行控制和保護。電容器電流速斷保護的動作電流按躲過電容器投入時的沖擊電流整定，即Iop.KAKre1IN.CKi7-18 配電系統(tǒng)微機保護有什么功能？試說明其硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。答：（1）配電系統(tǒng)微機保護的功能有：保護，測量，自動重合閘，人-機對話，自檢，時間記錄，報警，斷路器控制，通信，實時時鐘等。2）其硬件結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，微型控制器，存儲器，顯示器，鍵盤，時鐘，控制和信號等部分組成。軟件系統(tǒng)一般包括設(shè)定程序，運行程序和中斷微機保護功能程序 3部分。7-19試整定如圖7-53所示的供電網(wǎng)絡(luò)各段的定時限過電流保護的動作時限的動作時限，已知保護1和4的動作時限為0.5s。解：由題意可知，保護4與保護1的時限為0.5s，而為了保證選擇性，自負(fù)載側(cè)向電源側(cè)，后一級線路的過電流保護裝置的動作時限應(yīng)比前一級線路保護動作時限大一個時限級差△t=0.5s，所以可得 5QF與2QF的時限為 1s，3QF的時限為 1.5s，而6QF的時限要比 3QF與5QF都大0.5，應(yīng)此取2s的時限。7-20試整定如圖7-54所示的10kV線路2WL定時限過電流和電流速斷保護裝置，并畫出保護接線原理圖和展開圖。已知最大運行方式時IK1.max4.22KA，IK2.min1.61KA，最小運行方式時IK(31).max3.56KA，IK(32).min1.46KA，線路最大負(fù)荷電流為120A（含自起動電流），保護裝置采用兩相兩繼電器接線，電流互感器變比為200/5A，下級保護動作時限為0.5s。解：（1）護接線原理圖和展開圖如圖a和圖b。2）定時限過電流保護①整定動作電流Iop.KAKre1KwIL.max1.211204.2AKreKi0.8540選DL—11/10電流繼電器，線圈并聯(lián)，整定動作電流為5A。過電流保護一次側(cè)動作電流為Iop1KiIop.KA404.5180AKw1.0②整定動作時限t1 t2 t 0.5 0.5 1s③校驗保護靈敏度保護線路 2WL的靈敏度，按線路 2WL首端最小三相短路電流校驗，即KSIK(2)1.min0.873.56151.5Iop10.18線路2WL的后備保護靈敏度KSIK(2)2.min0.871.461.25Iop17.060.18由此可見保護整定滿足靈敏度要求。電流速斷保護：①整定動作電流Iop.KAKre1KwIK(3.)max1.31161052.4AKi40選DL—11/50電流繼電器，線圈并聯(lián)，整定動作電流為50A。過電流保護一次側(cè)動作電流為Iop1KiIop.KA40502000AKw1.0②靈敏度校驗以線路2WL的首端最小兩相短路電流校驗，即KSIK(21).min0.873560Iop11.551.52000電流速斷保護整定滿足要求。（a）原理圖 （b）展開圖7-21 某10kV電力線路，采用兩相兩繼電器接線的去分流跳閘原理的反時限過電流保護，電流互感器變比為 150/5A，線路最大負(fù)荷電流（含自起動電流）為 85A，線路末端三相短路電流IK(32) 1.2kA,試整定該裝置 GL-15型感應(yīng)式過電流繼電器的動作電流和速斷電流倍數(shù)。解：（1）動作電流的倍數(shù)IK(32)120040n30Iop1（2）速斷電流倍數(shù)Iop.KAKre1KwIK(32)1.31120039AKi40Iop.KAKre1KwIL.max1.312859.2AKreKi0.830所以整定繼電器動作電流為10AInI

op.KA(qb)op.KA(oc)

3910

3.97-22某上下級反時限過電流保護都采用兩相兩繼電器接線和GL-15型過電流繼電器。下級繼電器的動作電流為5A，10倍動作電流的動作時限為0.5s，電流互感器變比為50/5A。上級繼電器的動作電流也為5A，電流互感器變比為75/5A，末端三相短路電流IK(33)=450A，試整定上級過電流保護10倍動作電流的動作時限.解：由題知t1t2t0.50.61.1s7-23試整定習(xí)題3-12中變壓器的定時限過電流和電流速斷保護，其接線方式為三相三線電器式，電流互感器的變比為75/5A，下級保護動作時間為0.7S，變壓器連接組為Yd11。解：如下圖所示(一)過電流保護：動作電流整定Iop.KAKre1KwIL.max1.31249.28AKreKi0.815選整流器動作電流 50A,過電流保護一次側(cè)動作電流為Iop1KiIop.KA15Kw50750A1.0動作時限整定由線路1W、2WL保護配合K1，整定2WL的電流繼電器時限曲線K1點短路1WL保護的動作電流倍數(shù)N1和初動作時限t1IK(31)3000n14Iop11550查GL-15電流繼電器特性曲線得t1=1s,k1點短路2WL倍數(shù)n2IK(31)3000n24Iop1(2)750查表GL-15曲線,得t2=1-0.7=0.3s靈敏度檢驗KS17600.872.041.5750∴滿足要求.(二)電流速斷保護的整定 :電流整定Iop.KAKre1KwIL.max1.511750175AKi15nqb1753.550Iob(qb)npbIob(oc)3.57501.731517（2）靈敏度檢驗KSIK(2)1.min30001.971.5Iop11517∴電流速斷保護整定滿足要求。7-24試校驗圖7-55所示的10/0.4kV，1000kVA，Yyno接線的車間變電所二次側(cè)干線末端發(fā)生短路時，兩相兩繼電器接線過電流保護的靈敏度。已知過電流保護動作電流為10A，電流互感器變比為75/5A，0.4kA干線末端單相短路電流Ik(1)=3500A，如不滿足要求，試整定零序電流保護。解：（1）動作電流整定Iop.KAKre1Kw(1.5~3.0)I1N1.211000KreKi0.85210.8A15310選DL-11/20電流繼電器，線圈并聯(lián)，動作電流整定IOP.KA(oc)11A保護一次側(cè)動作電流為Iop.1KiIop.KA(oc)1511165AKw1.0（2）靈敏度校驗IK(21).min1335000.4KS32110.381.5Iop1165所以變壓器零序電流保護靈敏度不滿足要求在變壓器低壓側(cè)中性點引出線上裝設(shè)專用的零序電流保護，由一只400/5A電流互感器和一只GL-15/10感應(yīng)式電流繼電器組成。7-25 某給水泵高壓電動機參數(shù)為： UN 10kV,PN 2000kW,IN 138A,Kst 6。電動機端子處三相短路電流為 4.14kA。試確定該電動機的保護配置，并進行整定。解：根據(jù)題意可知對該電動機保護裝置的配置和整定1）保護裝置的設(shè)置：因為水泵電動機在生產(chǎn)過程中沒有過負(fù)荷的可能，不裝設(shè)過負(fù)荷保護；電動機很重要，且裝在經(jīng)常有人值班的機房內(nèi)，需要自起動運行，不裝設(shè)低電壓保護；僅裝電流速斷保護，采用兩相繼電器接線，電流互感器電流比為 200／5A，繼電器為 DL-11／50。（2）Iopk=30A, Iopl=1200A, ks=3.0 ＞2.0第七章 供配電系統(tǒng)的繼電保護7-1繼電器保護裝置的任務(wù)和要求是什么？答：（1）繼電保護的任務(wù)：①自動地、迅速地、有選擇地將故障設(shè)備從供電系統(tǒng)中切除，使其他非故障部分迅速恢復(fù)正常供電。②正確反映電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，發(fā)出預(yù)告信號，以便操作人員采取措施，恢復(fù)電器設(shè)備的正常運行。③與供配電系統(tǒng)的自動裝置（如自動重合閘、備用電源自動投入裝置等）配合，提高供配電系統(tǒng)的供電可靠性。2）對繼電保護的要求：根據(jù)繼電保護的任務(wù)，繼電保護應(yīng)滿足選擇性、可靠性、速動性和靈敏性的要求。7-2電流保護的常用接線方式有哪幾種？各有什么特點？答：1、三相三繼電器接線方式。它能反映各種短路故障， 流入繼電器的電流與電流互感器二次繞組的電流相等， 其接線系數(shù)在任何短路情況下均等于1。這種接線方式主要用于高壓大接地電流系統(tǒng)，保護相間短路和單相短路。2、兩相兩繼電器接線方式。它不能反映單相短路，只能反映相間短路，其接線系數(shù)在各種相間短路時均為 1。此接線方式主要用于小接地電流系統(tǒng)的相間短路保護。3、兩相一繼電器接線方式。這種接線方式可反映各種不同的相間短路，但是其接線系數(shù)隨短路種類不同而不不同，保護靈敏度也不同，主要用與高壓電動機的保護。7-3 什么叫過電流繼電器的動作電力、返回電流和返回系數(shù)？答：（1）使過電流繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流。2）使繼電器返回到啟始位置的最大電流稱為繼電器的返回電流3）繼電器的返回電流與動作電流之比稱為返回系數(shù)7-4電磁式電流繼電器和感應(yīng)式電流繼電器的工作原理有何不同？如何調(diào)節(jié)其動作電流？答：（1）工作原理的不同之處在于：電磁式電流繼電器的原理在于利于變化繼電器的電流來調(diào)節(jié)彈簧的作用力，調(diào)節(jié)其與常開觸頭的開合。而感應(yīng)式電流繼電器的原理在于調(diào)節(jié)制動力矩，使蝸桿與扇形齒輪嚙合。這就是叫繼電器的感應(yīng)系統(tǒng)動作。2）調(diào)節(jié)電磁式電流繼電器的動作電流的方法有兩種：①改變調(diào)整桿的位置來改變彈簧的反作用力進行平滑調(diào)節(jié)；②改變繼電器線圈的連接。感應(yīng)式繼電器的動作電流可用插銷改變線圈的抽頭進行級進調(diào)節(jié)；也可以用調(diào)節(jié)彈簧的拉力進行平滑調(diào)節(jié)。7-5電磁式時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的作用是什么？答：①電磁式時間繼電器用于繼電保護裝置中，使繼電保護獲得需要延時，以滿足選擇性要求。②信號繼電器是繼電保護裝置中用于發(fā)出指示信號，表示保護動作，同時接通信號回路，發(fā)出燈光或者音響信號③中間繼電器的觸頭容量較大，觸頭數(shù)量較多，在繼電保護裝置中用于彌補主繼電器觸頭容量或者觸頭數(shù)量的不足。7-6試說明感應(yīng)式電流繼電器的動作特性曲線。答：繼電器線圈中的電流越大，鋁盤轉(zhuǎn)速越快，扇形齒輪上升速度也就越快，因此動作時限越短。這就是感應(yīng)式電流繼電器的“反時限”特性，如下圖曲線中的ab段所示。當(dāng)繼電器線圈中的電流繼續(xù)增大時，電磁鐵中的磁通逐漸達到飽和，作用于鋁盤的轉(zhuǎn)矩不再增大，使繼電器的動作時限基本不變。這一階段的動作特性稱為定時限特性，如下圖曲線中的bc段所示。當(dāng)繼電器線圈中的電流進一步增大到繼電器的速斷電流整定值時，電磁鐵2瞬時將銜鐵15吸下，觸頭閉合，同時也使信號牌掉下。這是感應(yīng)式繼電器的速斷特性，如下圖曲線中c’d所示。7-7 電力線路的過電流保護裝置的動作電流、動作時間如何整定？靈敏度怎樣校驗？答：（1）動作電流整定過電流保護裝置的動作電流必須滿足下列兩個條件：①正常運行時，保護裝置不動作，即保護裝置的動作電流 Iop.1應(yīng)大于線路的最大負(fù)荷電流IL.max；②保護裝置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置。要使保護裝置可靠返回，就要求保護裝置的返回電流IrelIL.max。由于過電流Iop.1大于IL.max，所以，以IrelIL.max作為動作電流整定依據(jù)，所以得Iop.KAKre1KwIL.max；KreKi式中，Kre1為可靠系數(shù)，Kw為接線系數(shù)，Kre為繼電的返回系數(shù)，Ki為電流互感器變比。（2）動作時間整定動作時間必須滿足選擇性要求。為保證動作的選擇性，動作時間整定按“階梯原則”來確定；即自負(fù)載側(cè)向電源側(cè)，后一級線路的過電流保護裝置的動作時限應(yīng)比前一級線路保護的動作時限大一級時限差t；t1t2t式中，t為時限級差，定時限電流保護取0.5s。（3）靈敏度校驗.過電流保護的靈敏度用系統(tǒng)最小運行方式下線路末端的兩相短路電流Ik.min進行校驗；KSIK(2.min)1.5Iop1KSIK(2.min)1.25Iop1

主保護時后備保護時式中，Iop1為保護裝置一次側(cè)動作電流。7-8 反時限過電流保護的動作時限如何整定？答：在整定反時限電流保護的動作時限時應(yīng)指出某一動作電流倍數(shù)（通常為 10）時的動作時限，為保護動作的選擇性，反時限過電流保護時限整定也應(yīng)按照“階梯原則”來確定，即上下級路線的反時限過電流保護在保護配合點 K處發(fā)生短路時的時限級差為△ t=0.7s7-9 試比較定時限過電流保護和反時限過電流保護。答：定時限過電流保護整定簡單，動作準(zhǔn)確，動作時限固定，但使用繼電器較多，接線較復(fù)雜，需直流操作電源。反時限過電流保護使用繼電器少，接線簡單，可采用交流操作，但動作準(zhǔn)確度不高，動作時間與短路電流有關(guān)，呈反時限特性，動作時限整定復(fù)雜。7-10 電力線路的電流速斷保護的動作電流如何整定？靈敏度怎樣檢驗？答：（1）由于電流速斷保護動作不帶時限，為了保證速斷保護動作的選擇性，在下一級線路首端發(fā)生最大短路電流時，電流速斷保護不應(yīng)動作，即速斷保護動作電流Iopl>Ik.max，從而，速斷保護繼電器的動作電流整定值為Iop.KAKre1KwIK.maxKi式中，IK.max為線路末端最大三相短路電流；Kre1為可靠系數(shù)，DL型繼電器取1.3，GL型繼電器取1.5；Kw為接線系數(shù)；Ki為電流互感器變比。（2）由于電流速斷保護有死區(qū)，因此靈敏度校驗不能用線路末端最小兩相短路電流進行校驗，而只能用線路首端最小兩相短路電流IK(2.)min校驗，即IK(2.)min1.5KSIop17-11試比較過電流保護和電流速斷保護答：過電流保護：當(dāng)通過的電流大于繼電器的動作電流時，保護裝置啟動，并用時限保護動作的選擇性，這種繼電保護裝置稱為過電流保護。電流速斷保護：電流速斷保護是一種不帶時限的過電流保護，實際中電流速斷保護常與過電流保護配合使用。兩者的比較：過電流保護的范圍是本級線路和下級電路，本級線路為過電流保護的主保護區(qū)，下級線路是其后備保護區(qū)。定時限過流保護整定簡單，動作準(zhǔn)確，動作時限固定，但使用繼電器較多，接線較復(fù)雜，需直流操作電源。反時限過電流保護使用繼電器少，接線簡單，可采用交流操作，但動作準(zhǔn)確度不高， 動作時間與短路電流有關(guān)， 呈反時限特性，動作時限整定復(fù)雜；線路越靠近電源，過電流保護的動作時限越長，而短路電流越大，危害也越大，這是過電流保護的不足。因此，GB50062-92規(guī)定，當(dāng)過電流保護動作時限超過０.５～０.７Ｓ時，應(yīng)裝設(shè)瞬動的電流速斷保護。7-12電力線路的單相接地保護如何實現(xiàn)？絕緣監(jiān)視裝置怎樣發(fā)現(xiàn)接地故障？如查出接地故障線路？答：（1）電力線路的單相接地保護：中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，流經(jīng)接地點的電流是電容電流，數(shù)值上很小，雖然相對地電壓不對稱，系統(tǒng)仍可以對稱，系統(tǒng)仍可繼續(xù)運行一段時間。單相接地保護利用線路單相接地時的零序電流較系統(tǒng)其他線路線路單相接地接地時的零序電流大的特點， 實現(xiàn)有選擇的單相接地保護。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，架空線路的電流互感器動作，發(fā)出信號，以便及時處理。（2）視裝置發(fā)現(xiàn)接地故障：當(dāng)變電所出線回路較少或線路允許短時停電時， 可采用無選擇性的絕緣監(jiān)視裝置作為單相接地的保護裝置。系統(tǒng)正常運行時， 三相電壓對稱，開口三角形繞組兩端電壓近似為零， 電壓繼電器不動作。系統(tǒng)單相接地故障時，接地相對地電壓近似為零，該相電壓表讀數(shù)近似為零，非故障相對地電壓高，非故障相的兩只電壓表讀數(shù)接近線電壓。同時開口三角形繞組兩端電壓也升高，電壓繼電器動作，發(fā)出單相接地信號，以便運行人員及時處理。（3）地故障線路的方法：運行人員可根據(jù)接地信號和電壓表讀數(shù)， 判斷哪一段母線， 哪一相發(fā)生單相接地， 但不能判斷哪一條線路發(fā)生單相接地， 因此絕緣監(jiān)視裝置是無選擇性的。 只能用依次拉合的方法，判斷接地故障線路。 依次先斷開，再合上各條線路，若斷開某線路時， ３只相電路表讀數(shù)恢復(fù)且近似相等，該線路便是接地故障線路，再消除接地故障，恢復(fù)線路正常運行。7-13為什么電力變壓器的電流保護一般不采用兩相一繼電器式接線 ?答：兩相一繼電器式接線的保護靈敏度隨短路種類而異，但

Yyno接線的變壓器二次側(cè)發(fā)生單相短路和 Yd11連接線的變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路時，保護裝置不動作，因此，該連接方式不能用于Yyno連接和Yd11連接的變壓器的電流保護。所以，電力變壓器的電流保護一般不用兩相一繼電器式接線。7-14電力變壓器的電流保護與電力線路的電流保護有何相同和不同之處？答：電力變壓器的電流保護分為：①過電流保護；②電流速斷保護；③零序電流保護；④過負(fù)荷保護。電力線路的電流保護分為：①過電流保護；②電流速斷保護；③單相接地保護；④過負(fù)荷保護。兩者在過電流保護、電流速斷保護、過負(fù)荷保護方面工作原理與接線完全相同。電力變壓器的零序電流保護是裝在二次側(cè)零線上，能過檢測零線的零序電流而實現(xiàn)保護。電力線路的單相接地保護是能過檢測線路中的零序電流而實現(xiàn)有選擇性的單相接地保護。7-15 試敘述變壓器氣體保護的工作原理。答：氣體保護是保護油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種主要保護裝置。 氣體保護裝置主要由氣體繼電器構(gòu)成。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部出現(xiàn)故障時， 電弧的高溫會使變壓器內(nèi)的油分解為大量的油氣體，氣體保護就是利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置。變壓器正常運行時， 氣體繼電器容器內(nèi)充滿了油， 上下開口油杯產(chǎn)生的力矩小于平衡錘產(chǎn)生的力矩，開口杯處于上升位置，上下兩對干簧觸點處于斷開位置。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時， 產(chǎn)生的氣體較少， 氣體緩慢上升，聚集在氣體繼電器容器上部，使繼電器內(nèi)的油面下降， 上開口油杯露出油面， 上開口油杯因其產(chǎn)生的力矩大于平衡錘的力矩而處于下降的位置，上干簧觸點閉合，發(fā)出報警信號，稱為輕瓦斯動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時， 產(chǎn)生大量的氣體， 油汽混合物迅猛地從油箱通過聯(lián)通管沖向油枕。在油汽混合物沖擊下，氣體繼電器擋板被掀起，使下口油杯下降上，下干簧觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘，稱為重瓦斯動作。若變壓器油箱嚴(yán)重漏油， 隨著氣體繼電器內(nèi)哦的油面逐漸下降， 首先上油杯下降， 從而上下簧觸點閉合，發(fā)出報警信號，接著下油杯下降，從而下干簧觸點閉合，發(fā)出跳閘信號，使斷路器跳閘。7-16 電力變壓器差動保護的工作原理是什么？差動保護中不平衡電流產(chǎn)生的原因是什么？如何減小不平衡電流？答：（1）變壓器的差動保護原理是在變壓器兩側(cè)安裝電流互感器， 其二次繞組電流之差，即IKA I1 I2 Iub，Iub為變壓器一、二次側(cè)的不平衡電流。當(dāng)變壓器正常運行或差動保護區(qū)外短路時， 流入差動繼電器的不平衡電流小于繼電器的動作電流，保護不動作。在保護區(qū)內(nèi)短路時，對單端電源供電的變壓器I20,IKI1，遠(yuǎn)大于繼電器的動作電流，繼電器KA瞬時動作，通過中間繼電器KM，使變壓器兩側(cè)短路器跳閘，切除故障，（2）不平衡電流產(chǎn)生的原因及減小措施：①變壓器連接組引起的不平衡電流：總降壓變電所的變壓器通常是Yd11連接組，變壓器兩側(cè)線電流之間就有30°的相位差，因此，即使變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的大小相等，保護回路中仍會出現(xiàn)由相位差引起的不平衡電流。為了消除這一不平衡電流，可將變壓器星形接線側(cè)的電流互感器接成三角形接線，變壓器三角形接線側(cè)的電流互感器的二次側(cè)電流互感器接成星形接線，這樣變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相位相同，消除了由變壓器連接組引起的不平衡電流。②電流互感器變比引起的不平衡電流：為了使變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流相等，需要選擇合適的電流互感器的變比， 但電流互感器的變比是按標(biāo)準(zhǔn)分成若干等級， 而實際需要的變比與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)變比往往不同，不可能使差動保護兩側(cè)的電流相等，從而產(chǎn)生不平衡電流。可利用差動繼電器中的平衡線圈或自耦電流互感器消除由電流互感器變比引起的不平衡電流。③在變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)的過程中，由于變壓器鐵心中的磁通不能突變，在變壓器一次繞組中產(chǎn)生很大的勵磁涌流，涌流中含有數(shù)量值很大的非周期分量，涌流可達變壓器的額定電流的8～10倍，勵磁涌流不反映到二次繞組，因此，在差動回路中產(chǎn)生很大的不平衡電流流過差動繼電器?？衫盟亠柡碗娏骰ジ衅骰虿顒永^電器的速飽和鐵心減小勵磁涌流引起的不平衡電流。④此外，變壓器兩側(cè)電流互感器的型號不同，有載調(diào)變壓器分接頭電壓的改變也會在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。綜上所述，產(chǎn)生不平衡電流的原因很多，可以采取措施最大程度地減小不平衡電流，但不能完全消除。7-17高壓電動機和電容器的繼電保護如何配置和整定？答：（1）高壓電動機的繼電保護配置按GB50062—92規(guī)定，對2000KW以下的高壓電動機相間短路。裝設(shè)電流速斷保護；對2000KW及以上的高壓電動機，或電流速斷保護靈敏度不滿足要求的高壓電動機。裝設(shè)差動保護；對易發(fā)生過負(fù)荷的電動機，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護；對不重要的高壓電動機或者不允許自起動的電動機，應(yīng)裝設(shè)低電壓保護；高壓電動機單相接地電流大于5A時，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護電動機過負(fù)荷保護的動作電流按躲過電動機的額定電流整定，即Iop.KAKre1KwIN.MKreKi電動機的電流速斷保護動作電流按躲過電動機的最大起動電流Ist.max整定，即Iop.KAKre1KwIst.maxKi單相接地保護動作電流按躲過其接地電容電流IC.M整定，即Iop.KAKre1IC.MKi2）電容器的繼電保護配置：容量在400kvar以上的電容器組一般采用斷路器控制，裝設(shè)電流速斷保護，作為電容器的相間短路保護。容量在400kvar及以下的電容器一般采用帶熔斷器的負(fù)荷開關(guān)進行控制和保護。電容器電流速斷保護的動作電流按躲過電容器投入時的沖擊電流整定，即Iop.KAKre1IN.CKi7-18 配電系統(tǒng)微機保護有什么功能？試說明其硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。答：（1）配電系統(tǒng)微機保護的功能有：保護，測量，自動重合閘，人-機對話，自檢，時間記錄，報警，斷路器控制，通信，實時時鐘等。（2）其硬件結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，微型控制器，存儲器，顯示器，鍵盤，時鐘，控制和信號等部分組成。軟件系統(tǒng)一般包括設(shè)定程序，運行程序和中斷微機保護功能程序 3部分。7-19 試整定如圖 7-53 所示的供電網(wǎng)絡(luò)各段的定時限過電流保護的動作時限的動作時限，已知保護 1和4的動作時限為 0.5s。解：由題意可知，保護 4與保護1的時限為 0.5s，而為了保證選擇性，自負(fù)載側(cè)向電源側(cè)，后一級線路的過電流保護裝置的動作時限應(yīng)比前一級線路保護動作時限大一個時限級差△t=0.5s，所以可得 5QF與2QF的時限為 1s，3QF的時限為 1.5s，而6QF的時限要比 3QF與5QF都大0.5，應(yīng)此取2s的時限。7-20試整定如圖7-54所示的10kV線路2WL定時限過電流和電流速斷保護裝置，并畫出保護接線原理圖和展開圖。已知最大運行方式時IK1.max4.22KA，IK2.min1.61KA，最小運行方式時IK(31).max3.56KA，IK(32).min1.46KA，線路最大負(fù)荷電流為120A（含自起動電流），保護裝置采用兩相兩繼電器接線，電流互感器變比為200/5A，下級保護動作時限為0.5s。解：（1）護接線原理圖和展開圖如圖a和圖b。2）定時限過電流保護①整定動作電流Kre1KwIL.max1.21Iop.KA0.851204.2AKreKi40選DL—11/10電流繼電器，線圈并聯(lián)，整定動作電流為5A。過電流保護一次側(cè)動作電流為Iop1KiIop.KA404.5180AKw1.0②整定動作時限t1t2t0.50.51s③校驗保護靈敏度保護線路 2WL的靈敏度，按線路 2WL首端最小三相短路電流校驗，即KSIK(2)1.min0.873.561.5Iop1150.18線路2WL的后備保護靈敏度KSIK(2)2.min0.871.461.25Iop17.060.18由此可見保護整定滿足靈敏度要求。電流速斷保護：①整定動作電流Kre1Kw(3)1.31Iop.KAIK.max161052.4AKi40選DL—11/50電流繼電器，線圈并聯(lián)，整定動作電流為 50A。過電流保護一次側(cè)動作電流為Iop1KiIop.KA40Kw502000A1.0②靈敏度校驗以線路2WL的首端最小兩相短路電流校驗，即IK(21).min0.8735601.551.5KSIop12000電流速斷保護整定滿足要求。（a）原理圖（b）展開圖7-21某10kV電力線路，采用兩相兩繼電器接線的去分流跳閘原理的反時限過電流保護，電流互感器變比為150/5A，線路最大負(fù)荷電流（含自起動電流