電力系統(tǒng)繼電保護(hù)第二章習(xí)題和復(fù)習(xí)資料

2電流的電網(wǎng)愛護(hù)

2.1在過量（欠量）繼電器中，為什么要求其動作特性滿意"繼電特性"？若不滿意，當(dāng)參

加繼電器的電量在動作值旁邊時將可能出現(xiàn)什么狀況？

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)參加繼

電器的動作電量（圖中的。）大于其設(shè)定的動作值（圖中的〃）時，繼電器可以突然動作；

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)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，繼電器的動作都是明確干脆的，它不行能停留在某一個中間位置，這種特性稱為"繼

電特性〃。

為了保證繼電器牢靠工作，其動作特性必需滿意繼電特性，否則當(dāng)參加繼電器的電氣量

在動作值旁邊波動時，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)象，

后續(xù)的電路將無法正常工作。

2.2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納那些

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及摩

擦力矩之和，當(dāng)電磁力矩剛剛到達(dá)動作條件時，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。繼電器的返回過程及之相反，返回的條件變?yōu)?/p>

在閉合位置時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)生一個返回方向的剩余力矩，因此可以加速返回，即返回的過程也是干脆利落的。

所以返回值確定小于動作值，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。

2.3說明“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？

答：在過電流繼電器中，為使繼電器啟動并閉合其觸點，就必需增大通過繼電器線圈的電流

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。

在繼電器動作之后，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lreO

過電流繼電器返回系數(shù)過小時,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，過電流繼電器的電流就必需小于返回電流，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，不能保證牢靠動作，輸入電流正好在動作值旁邊時，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)展設(shè)定。

2.4在電流爰護(hù)的整定計算中，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)對瞬時動作的爰護(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際啟動電流可能小于整定值。

考慮必要的裕度，從最不利的狀況動身，即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在

預(yù)定的愛護(hù)范圍以外故障時，爰護(hù)裝置不誤動作，因此必需乘以大于1的牢靠系數(shù)。

2.5說明電流速斷、限時電流速斷結(jié)合工作時，依靠什么環(huán)節(jié)保證愛護(hù)動作的選擇性？依靠

什么環(huán)節(jié)保證爰護(hù)動作的靈敏度性和速動性？

答：電流速斷愛護(hù)的動作電流必需根據(jù)躲開本線路末端的最大短路電流來整定，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，而只能愛護(hù)線路全長的一局部，靈敏度不

夠。限時電流速斷的整定值低于電流速斷爰護(hù)的動作短路，按躲開下級線路電流速斷愛護(hù)的

最大動作范圍來整定，進(jìn)步了愛護(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愛護(hù)切除故障，保證它的選擇

性。

電流速斷和限時電流速斷相協(xié)作愛護(hù)線路全長，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電流速斷愛護(hù)切除。速斷愛護(hù)的速動性好，但動作值高、

靈敏性差；限時電流速斷期的動作值低、靈敏度高但須要0.3?0.6s的延時才能動作。速

斷和限時速斷愛護(hù)的協(xié)作，既保證了動作的靈敏性，乜可以滿意速動性的要求。

2.6為什么定時限過電流愛護(hù)的靈敏度、動作時間須要同時逐級協(xié)作，而電流速斷的靈敏度

不須要逐級協(xié)作？

答：定時限過電流愛護(hù)的整定值根據(jù)大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定，不但愛護(hù)本線路

的全長,而且爰護(hù)相鄰線路的全長，可以起遠(yuǎn)后備爰護(hù)的作用。當(dāng)遠(yuǎn)處短路時，應(yīng)當(dāng)保證離

故障點最近的過電流愛護(hù)最先動作，這就要求愛護(hù)必需在靈敏度和動作時間上逐級協(xié)作，最

天端的過電流爰護(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)越級跳閘、非選擇性動作現(xiàn)象的發(fā)生。由于電

流速斷只爰護(hù)本線路的一局部，下一級線路故障時它根本不會動作，因此靈敏度不須要逐級

協(xié)作。

2.7如圖2-2所示網(wǎng)絡(luò)，在位置1、2和3處裝有電流愛護(hù)，系統(tǒng)參數(shù)為：

=115/6kV，XG}=15Q、XG2=10Q，XG3=10Q,L,=L2=60km，Ly=40km,

Ls_c=50km>LC-D=3OA〃z,L〃-E=20,〃，線路阻抗0.4。/km>K\el=1.2、K^ef=K^t=1.15,

Gca=300A,，c“2=200A，(2=150A,Kjl.5、Kr,=0.85。試求：

(1)發(fā)電機(jī)元件最多三臺運行，最少一臺運行，線路最多三條運行，最少一條運行，請確

定愛護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運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，并計算各自的最小愛護(hù)范圍。

(3)整定愛護(hù)2、3的限時電流速斷定值，并校驗使其滿意靈敏度要求(Kxen>1.2)

(4)整定愛護(hù)1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流愛護(hù)動作時限為0.5s,校

驗愛護(hù)1作后備用，爰護(hù)2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。

圖2-2簡潔電網(wǎng)示意圖

解：由已知可得X,,=X,,=0.4x60=24Q,X=0.4x40=16Q,X=0.4x50=20Q,

LIL，'LJ/3*DRLC'

xr.=0.4x300,X-0.4x20=80

(1)經(jīng)分析可知，最大運行方式及阻抗最小時，則有三臺發(fā)電機(jī)運行，線路L1~L3全部運

行，由題意Gl,G2連接在同一母線上，則

X,.而n=(XGI||XC2+Xtl||Xt2)||(XG3+Xt3)=(6+12)||(10+16)=10.6

同理，最小運行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運行，相應(yīng)地有

Xe=XGi+X“=39

圖2-3等值電路

(2)對于愛護(hù)1,其等值電路圖如圖2-3所示，母線E最大運行方式下發(fā)生三相短路流過

￡_U5/6=]312乂

愛護(hù)1的最大短路電流為(.￡

X^+XSC+XCOXCE10.6+20+12+8

相應(yīng)的速斷定值為心二x小皿=1.2x1.312=1.57kA

最小愛護(hù)范圍計算公式為（=47f7/二J--A,maxx-L=-85.9km

,4.max+ZIrininhetU4

即1處的電流速斷爰護(hù)在最小運行方式下沒有爰護(hù)區(qū)。

對于愛護(hù)2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過愛護(hù)2的

最大電流人…=--——=1.558kA

5.mm/>cC/>

相應(yīng)的速斷定值為/［，=K)x/ADmax=1.2xl.558=1.87kA

最小愛護(hù)范圍為小=興―…x-L=-70.6km

a.2u.q

\/

即2處的電流速斷愛護(hù)在最小運行方式下也沒有愛護(hù)區(qū)。

對于愛護(hù)3等值電路如圖2-3所示,母線C在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過愛護(hù)3的

最大電流/y=丫：丫=2.17kA

As.min+ABC

相應(yīng)的速斷定值為七3二K胃X4c皿=1.2x2.17=2.603kA

最小愛護(hù)范圍為L=4——z_axx-L=-42.3km

G.3U.4

即3處的電流速斷愛護(hù)在最小運行方式下也沒有愛護(hù)區(qū)。

上述計算說明，在運行方式改變很大的狀況下，電流速斷爰護(hù)在較小運行發(fā)生下可能沒有爰

護(hù)區(qū)。

（3）整定愛護(hù)2的限時電流速斷定值為II==1.15xl.57=1.806kA

線路末段（即D處）最小運行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為

E

D.maxOY?v?y=0.8098kA

A

乙Ks.max+ABC+CD

所以愛護(hù)2處的靈敏系數(shù)0^^=0.4484即不滿意K刈21.2的要求。

【set

同理，愛護(hù)3的限時電流速斷定值為=/L2=1.15xl.87=2.151kA

線路末段（即C處）最小運行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為

x/3E

i.C.max=0.9764kA

FXe+XBC

所以愛護(hù)3處的靈敏系數(shù)K13=結(jié)?=0.4531即不滿意Ksen>1.2的要求。

set3

可見，由于運行方式改變太大,2、3處的限時電流速斷愛護(hù)的靈敏度都遠(yuǎn)不能滿意要求。

（4）過電流整定值計算公式為e=4-二人乎皿

KreKre

所以有e」二K胃KJa=304.5A

Kre

同理得/.L=406A/^=609A

在最小運行方式下流過愛護(hù)元件的最小短路電流的計算公式為lkmin=二

乙A.max

所以有=727.8A/s=809.8A/m=974.51A

所以由靈敏度公式Ksen=與滬可知，愛護(hù)1作為近后備的靈敏度為

卻

C.=礙=2.3921.5滿意近后備愛護(hù)靈敏度的要求；

set.\

愛護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為=4臀=1.79>1.2滿意最為遠(yuǎn)后備爰護(hù)靈敏度的要求；

卻.2

愛護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為=T=1-33>1.2滿意最為遠(yuǎn)后備愛護(hù)靈敏度的要求。

,皿.3

愛護(hù)的動作時間為-=0.5+0.5=lsd=一+0.5=1.5s記=記+0.5=2$

2.8當(dāng)圖2.56中愛護(hù)1的出口處在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路，愛護(hù)根據(jù)題2.7配

置和整定時，試問

(1)共有哪些愛護(hù)元件啟動？

(2)全部愛護(hù)工作正常，故障由何處的那個愛護(hù)元件動作、多長時間切除？

(3)若愛護(hù)1的電流速斷愛護(hù)拒動，故障由何處的那個愛護(hù)元件動作、多長時間切除？

(4)若愛護(hù)1的斷路器拒動，故障由何處的那個愛護(hù)元件動作、多長時間切除？

答：(1)由題2.7的分析爰護(hù)1出口如即母線D處短路時的最小短路電流為0.8098kA,

在量值上小于全部電流速斷愛護(hù)和限時電流速斷愛護(hù)的整定值，所以全部這些愛護(hù)都不會啟

動；該量值大于1、2、3處過電流愛護(hù)的定值，所以三處過電流愛護(hù)均會啟動。

(2)全部愛護(hù)均正常的狀況下，應(yīng)有1處的過電流以1s的延時切除故障。

(3)分析說明，根據(jù)本題給定的參數(shù)，1處的速斷愛護(hù)確定不會動作，2處的限時電流速

斷愛護(hù)也不會動作，只能靠1處的過電流愛護(hù)動作，延時1s跳閘；若斷路器拒動，則應(yīng)由

2處的過電流愛護(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)，流過愛護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為400A、500A、550A,

Kss=1.3、Kre=0.85,01.15，一二端二0.5s,呼=l.0s,試計算:

(1)爰護(hù)4的過電流定值；

(2)愛護(hù)4的過電流定值不變，愛護(hù)1所在元件故障被切除，當(dāng)返回系數(shù)K”,低于何值時

會造成愛護(hù)4誤動？

(3)K*0.85時，愛護(hù)4的靈敏系數(shù)K““=3.2,當(dāng)Kre=0.7時愛護(hù)4的靈敏系數(shù)降低到

多少？

圖2-4系統(tǒng)示意圖

解：過電流愛護(hù)的最大負(fù)荷電流為

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

愛護(hù)的過電流定值為=與值

4/4max=2.55A

Kre

時限為嚴(yán)=max(一,匕"，空)+Ar=1.5s

(2)愛護(hù)21切除故障后，流過爰護(hù)4的最大負(fù)荷電流14.nu1=500+550=1050A=1.05kA

,在考慮電動機(jī)的自啟動出現(xiàn)的最大愛護(hù)電流（2二=1.3xl.05=1.365kA,這個

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4M4

4=32.55K-從而2.55K.>1365,K”>黑=0.535。當(dāng)返回系數(shù)低于0.535

時，會造成愛護(hù)誤動。

（3）愛護(hù)4的靈敏系數(shù)K…席皿=,心及Kre成正比，當(dāng)K,下降時靈

‘04人rel^,w^4.max

敏系數(shù)下降，K刈=gx3.2=2.635。

0.85

2.10在中性點非干脆接地系統(tǒng)中,當(dāng)兩條上下、級線路安裝相間短路的電流爰護(hù)時，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？當(dāng)兩條線路并列時，這種

安裝方式有何優(yōu)缺點？以上串、并兩種線路，若采納三相星形接線，有何缺乏？

答：在中性點非干脆接地系統(tǒng)中，允許單相接地時接著短時運行，在不同線路不同相別的兩

點接地形成兩相短路時，可以只切除一條故障線路，另一條線路接著運行。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、2B\

當(dāng)兩條上、下級線路安裝相間短路電流愛護(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、2A1（IC、2A）和（IC、2B）四種狀況下由下

級線路愛護(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，將會由

上級線路爰護(hù)切除故障；而當(dāng)故障為（IB、2C）時，兩條線路均不會切除故障，出現(xiàn)爰護(hù)

拒動的嚴(yán)峻狀況。

兩條線路并列時，若兩條線路愛護(hù)動作的延時一樣，則在（1A、2B）、（IC、2A）和

（IC、2B）三種狀況下，兩條線路被同時切除；而在QA、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，兩條線路均不會切除，即

愛護(hù)拒動。

若愛護(hù)采納三相星形接線時，須要三個電流互感器和四根二次電纜，相對來講是困難不

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，兩套愛護(hù)均啟動，不必要切除兩

條線路的時機(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)動作的選擇性。方向性電流愛

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說明故障點在線路方向上，是

爰護(hù)應(yīng)當(dāng)動作的方向，允許爰護(hù)動作。反之，不允許爰護(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？為什么會存在"死區(qū)"？什么時候要求它動

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物,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、電流信號有確定的幅值（在數(shù)字式愛護(hù)中進(jìn)展相量計算、在模擬式愛護(hù)中形成方波）,

且有最小的動作電壓和電流要求。當(dāng)短路點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)。在愛護(hù)正方向發(fā)生最常見故障時，功率方向判別元件應(yīng)當(dāng)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)，分別畫出〃r=U,.sin（100m）,

if=/，sin（100加+30。）和%=U，sin（100m）,ir=sinQOO加一60。）時,各輸出電壓隨時間改

變的波形；假如用數(shù)字式（微機(jī)）實現(xiàn)，寫出你的算法，并校驗上述兩種狀況下方向元件的

動作狀況。

答：以內(nèi)角。二30。為例，畫出各點輸出電壓波形如圖2-5所示。

??

uejaUeja

動作最靈敏條件arg^—=0°臨界動作條件arg――二90。

圖2-5各點電壓輸出波形圖

可以看出，在內(nèi)角a二30。時第一種狀況下動作最靈敏，第二種狀況元件處于臨界動作

H/

狀態(tài)。數(shù)字式實現(xiàn)時，動作的判據(jù)可以表示為-90°?arg上＞490。。

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為動作最靈敏，

而狀況2處于臨界動作狀態(tài)的結(jié)論。

2.14為了保證在正方向發(fā)生各種短路時功率判別元件都能動作，須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°＜a＜90。。

⑵正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點位于愛護(hù)安裝處旁邊，短路阻抗乙＜Z、時，0。。＜90。；

當(dāng)短路點遠(yuǎn)離愛護(hù)安裝處，且系統(tǒng)容量很大乙＞Z，時，-30。。＜60?！?/p>

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

下都能動作的條件應(yīng)為30°＜a＜60°o

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狀況。假定A相的功率方向元件出口及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)什么狀

況？

答：內(nèi)角為30。的功率方向元件,最大靈敏角外片-30。，則動作范圍為-1204e/W-60。。由

正常負(fù)荷電流的功率因數(shù)085可以得到e二arctan0.85=31.79。，在動作范圍內(nèi)，根據(jù)功率

元件出口及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，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，出現(xiàn)延時跳

間。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)確定爰護(hù)4、5、6、7、8、9處過電流的時間定值，并說明何處須要安裝方向元件。

(3)確定愛護(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，流過愛護(hù)5的短路電流為

/,4=---="5/6=2.554A

XG3+X/〃10+16

按此電流來整定，動作定值/柒=K)％=3.064kA

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

(XG』|XG2+)=18。

F

愛護(hù)5處的電流為晨=丫丫=1.953kA

Xg.min+X^3

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

如今整定爰護(hù)4,爰護(hù)4按躲過爰護(hù)5處母線短路最大電流整定時,定值為

乙產(chǎn)七z=2.34kA當(dāng)愛護(hù)4處背側(cè)母線三相短路是，流過愛護(hù)4的電流為2.554kA,大

于其整定值，所以不會誤動，必需加裝方向元件。

(2)過電流愛護(hù)按躲過最大負(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,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。

在均裝方向元件的狀況下，4、5、6處的過電流愛護(hù)的動作時間分別及G3、G2和G1處的

過電流愛護(hù)時間相協(xié)作，在其動作延時的根底上增加一個時間級差；5、7、9處過電流愛護(hù)

的動作時間均及3處過電流時間相協(xié)作，由題2.7可知，三處過電流愛護(hù)的動作時間為2s,

所以5、7、9處過流愛護(hù)的動作時間均應(yīng)取2.5s。

(3)5處限時電流速斷愛護(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處電流速斷爰護(hù)的定值為心尸x/ACnm=2.603KA,L3支路對應(yīng)的分支系數(shù)的倒數(shù)為

1_XGJ|XG2+X*|X2一0409

%G1II%G2+%L1IIX2+XG3+XL3.

及愛護(hù)3協(xié)作時，5處限時電流速斷爰護(hù)的定值為七=七；尸L224kA

Kbr

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所供應(yīng)的短路電

流不會流過愛護(hù)6,只有發(fā)電機(jī)G3的電流才流過愛護(hù)6,所以其I段的整定值為

C=exlkl=K）:?=1.048kA

入。3十AL3十八〃IIA1.2AL1+AL2

同理，裝設(shè)方向元件的狀況下，8處愛護(hù)的定值也為7L,8=1.048kAo按及它們協(xié)作時，5

處限時電流速斷愛護(hù)的定值為==1.205kA

取三種狀況的最大者，即心，=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

心…與丫%=2,211kA所以靈敏度為心=與』1.834滿意要求。

，與3+*〃3*set.5

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

1p

max=kmax=--------------------------------：-------------------------=1.844RA

"i2XG]||XG2+||X2

這時其短路電流速斷愛護(hù)的整定值變?yōu)?==CX晨皿、=2.26kA

所以5處限時電流愛護(hù)的定值為/，=＜：,C=2.599kA

靈敏度為尺]=與以=0.85故不滿意要求。

2.17在中性點干脆接地系統(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；（3）正序電壓、電流重量的分布規(guī)律。

答：（1）零序電壓——故障點處零序電壓最高,距故障點越遠(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，由故障點經(jīng)線路流向大地，其分布主

要取決于送電線路的零序阻擷口中性點接地變壓器的零序阻抗，及電源點的數(shù)目和位置無

關(guān)。（2）負(fù)序電壓——故障點處負(fù)序電壓最高，距故障點越遠(yuǎn)負(fù)序電壓越低，在發(fā)電機(jī)中性

點上負(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

點正序電壓數(shù)值越高，越靠近短路點正序電壓數(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。

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潔便利，精度

較高，不須要額外的裝置或系統(tǒng);其缺點是開口三角側(cè)正常無電壓，不便于對其進(jìn)展監(jiān)視，該

側(cè)出現(xiàn)斷線短路等故障無法剛好發(fā)覺，輸出零序電壓的極性簡潔標(biāo)錯，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及以下電壓等級的中低

壓配電系統(tǒng)，其優(yōu)缺點及(1)的狀況類似。

(3)接于發(fā)電機(jī)中性點的電壓互感器，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，同時不平衡電壓較大，不夠靈敏。

(4)愛護(hù)內(nèi)部合成零序電壓的方式接線較為簡潔，不簡潔出現(xiàn)接線及極性的錯誤，其缺點

是裝置內(nèi)部必需設(shè)置特地的模塊。

傳統(tǒng)的機(jī)電式愛護(hù)中通常采納(11(2)(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);在一些特殊的場合，也可以采納方式(3I

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臺運行。參數(shù)

為：紜=115/6kV,X]GI=X2Gl-XlG2=X2G2=5。/XIG3=X2G3-XIG4=X2G4=8Q,

~X[74=5。,Xori~X0T4=15Q,Xirs=Xir6=15QZX0T5=X0T6=20Q.

4一8=60km,LR_C=40km,線路阻抗Z1=Z2=0.4。/km,Zo=1.2Q/km,K)=1.2,

￡人1.15。

圖2-6系統(tǒng)示意圖

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

(2)全部元件全愛護(hù)時，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)分別求出愛護(hù)1、4零序n段的最大、最小分支系數(shù)；

(4)分別求出爰護(hù)1、4零序I、II段的定值，并校驗靈敏度；

(5)愛護(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，全部元件全運行時發(fā)生系統(tǒng)振蕩，整定爰護(hù)1不靈敏I段

定值。

解:先求出線路的參數(shù)，即如二60km,XA*=X2A5=24Q,X0,^=72Q,L5C=40km,

XLBC-X2fiC=16Q,X0fiC=48Q,全部元件全運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

?零序等值圖

圖2-7全部元件全運行時三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖

(2)下求出全部元件全運行時，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.8+%"；X"）II（X"c+、心；X，）=（24+5）||Q6+6.5）=12.67Q

故障端口負(fù)序阻抗為

ZZ2=ZD=12.67Q

故障端口零序阻抗為Zso=（，+X。"）||安||（弩+X0flC）=79.5||10||55.5=7.657Q

則復(fù)合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。

115/6

故障端口零序電流為〃0==2.012kA

ZX1+Zv2+Zy012.67+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流過愛護(hù)1、4處的零序電流分別

小，，0.12579,O.O18OI8--

為A）i=%x-------=0.194kA=Irx-------=0n.2n78oklAA

°J/00.130597°2）f（｝o.130597

回出零序電流分布圖如圖2-9所示.

Zso=7.6570,則復(fù)合序網(wǎng)如圖2-10所示。

%"3黑潦=477故障端口正序電流為“石念百=3.8。8kA

故障端口零序電流為3",12.67_=2.373kA

同樣地，流過愛護(hù)L4的零序電流分別為/0J=0.299kA,怎=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）先求出愛護(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。

對于天，當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運行是最大，有七四=X。力+X。.=87C

當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運行時最小，有xhnin二爺+X。燦=79.5Q

對于2,當(dāng)T5J6只有一臺運行時X2最大，X2max=20;當(dāng)T5,T6兩臺全運行時X2最小,

y

%1nLi0.因此愛護(hù)1的最大分支系數(shù)0"+9=9.7,

%2min

Y

最小分支系數(shù)為Kw=1+4=4.975

“2max

同樣的分析愛護(hù)4的分支系數(shù)K4b。當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時,T5J6YOU助增的作用,如

圖2-13所示。

對于x「當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運行是最大，有X1nm=X0T3+X0.fiC=63。

當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運行時最小，有X,二與+X。.=55.50

對于X2,當(dāng)T5J6只有一臺運行時X2最大，X2max=20;當(dāng)T5,T6兩臺全運行時X2最小，

V

乂2*=10.因此爰護(hù)4的最大分支系數(shù)心2=1+含”二7.3,

^2min

Y

最小分支系數(shù)為/C,,niin=1+A=3刀5

“2max

圖2-12BC段故障時變壓器的助增作用圖2-13AB段故障時變壓器的助增作用

(4)愛護(hù)1整定計算

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

/o.lmax=O.229kA故I段定值/L,=x3/0,nm=1.2x3x0.229=0.8244kA

為求愛護(hù)1的零序n段定值，應(yīng)先求出爰護(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，求出流過愛護(hù)3的最大零序電流，因此有

A\=Zq=（X⑷；"兒….8c）||（區(qū)吟9）=5.68C

4=［（警+X。.八8）IIt+x。,1II平=6.63。

U/IOI

西相接地短路時，有If?！?3.69kA

Z》++Z,35.86+5.86+6.63

從而求得流過爰護(hù)3的電流為/0.3=0.43kA

連相接地短路時，有ZHZ==3.06。

I2I05:.8髻6+6＞.63

Zs2

正序電流1fl=-——=7.6kA零序電流/-0=加x=3.5kA

/

O八z+z

"ZD+ZZ2HZZ0I2S0

從而求得流過愛護(hù)3的電流/03=0.408kA

這樣，流過愛護(hù)3的最大零序電流的m=0.43kA

愛護(hù)3的零序I段定值為C=Cx3/。.3.=1.548kA

這樣，愛護(hù)1的零序H段定值為=當(dāng)」＞＜d=照x1.548=0.358kA

用.乩4.975

校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過愛護(hù)1的最小零序電流/ol,min==O.194kA

靈敏系數(shù)K“二號皿=1.626

\setA

愛護(hù)4整定計算：

零序I段根據(jù)前面的分析結(jié)果母線B故障流過愛護(hù)4的最大零序電流為3鵬=0.327kA

故I段定值4..=</x3/O4,max=1.2x3xO.327=1.18kA

為求愛護(hù)4的零序H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，求出流過愛護(hù)2的最大零序電流，因此有

X1.G3+X1.73YiV

Zgl=Zg2=(+XL.+XK)||("、⑺)=4.52Q

2乙

7-XX()73V

Y)12—+^)^]II^=6.86Q

4)—112十八08c22

U/IOI

及相接地短路時,有//()——=4.179kA

Zg]+Z-+Zg34.52+4.52+6.68

從而求得流過愛護(hù)2的電流為/(,2=O.356kA

兩相接地短路時，有勺4。二提鬻二2.723C

=9.17kA零序電流兒=x—至_=3.64kA

正序電流1八

Zgi+Zg2IIZgo?"Z」ZE。

從而求得流過愛護(hù)2的電流/()2=0.31kA

，

這樣流過爰護(hù)2的最大零序電流/O2nm=O.356kA

X

愛護(hù)2的零序I段定值為心.2=K，3/°.).2.max=1.286kA

K胃x/'="5x1.282=0.39kA

這樣，愛護(hù)4的零序口段定值為/、%

八4.〃.min3.775

校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過愛護(hù)4的最/」薄序電流/(Umi?==0.278kA

靈敏系數(shù)(”耳產(chǎn)=2.14

*sei.\

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臺運行。參數(shù)

為：紇=115/石kv,XLG1=X2,CI=XIC2=X2.C2=50，Xg=X皿=Xg=X2.G4=8Q，

X[.丁1~X]T4=5Q,X0TIX°r4=15。，X[75=X[76=15Q,Xor5=X。76=20。,

〃B=60km,LB_C=40km,線路阻抗乙二Z2二0.4。/km,Z0=1.2Q/km,<,=1.2,

<L=1.15e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)1、4的段I、n定值，并校驗靈敏度；

(2)愛護(hù)1、4的I、n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)

場工程師是如何保證接線極性正確的。

解：(1)愛護(hù)1的I、n段整定。

最大運行方式為、全運行相應(yīng)的

GlG2，X_in=XG\:XT\=5Q

最小運行方式為一臺電機(jī)運行，相應(yīng)的xvmax=XC14-Xri=10Q

E

母線B處三相短路流過愛護(hù)1的最大電流〃及儂=-~~=2.289kA

X..min+Xd

愛護(hù)1的I段定值為4..=x=1.2x2.289=2.747kA

F

母線C三相短路流過愛護(hù)3的最大電流力皿=--2—=1.475kA

As.mi?+Ad

愛護(hù)3的I段定值為乙3=K)X心a=1.771kA

愛護(hù)1的n段定值為/：：,,=K)X乙3=2.063kA

同E

母線B兩相短路流過愛護(hù)1的最小電流心皿==1.691kA

2max+Xd

愛護(hù)1電流n斷的靈敏度系數(shù)尺，=鏟=襄=0.83靈敏度不滿意要求。

2.063

愛護(hù)4的I、n段整定。

XcX

最大運行方式為G3、G4全運行，相應(yīng)的X,min=-^^=6.5Q

最小運行方式為一臺電機(jī)運行，相應(yīng)的X,.a=X°3+X,3=13Q

E

母線B處三相短路流過愛護(hù)4的最大電流3.皿=----=2.951kA

X.min十Xd

愛護(hù)1的I段定值為4.,=Khx=1.2x2.951=3.541kA

E

母線A三相短路流過愛護(hù)2的最大電流〃人…=Y~~--=1.428kA

min+Xd

愛護(hù)2的I段定值為4,2=K)x孰皿=1.713kA

愛護(hù)4的口段定值為1%=K胃x%2=l?97kA

E

，

母線B兩相短路流過愛護(hù)4的最小電流》8nm二—=1.983kA

乙A5.max+x”

愛護(hù)4電流n斷的靈敏度系數(shù)C.4=鏟=零二1.01靈敏度不滿意要求。

勒.41?97

(2)計算母線A背側(cè)三相短路時流過愛護(hù)1的最大短路電流，即

/一_________________

9.人max-4____,___-一?"一5/(G1么＜-X1.H4Z2O8KkMA

VV

Y,Y,X"+XG324+16+6.5

八八8十八8C+2

田于〃AZ<2.747kA=，并且/—<2.036kA=意，故爰護(hù)1的I、II均不須要加

裝方向元件。

計算母線C背側(cè)三相短路時流過爰護(hù)4的最大短路電流，即

_____員_____115/6

?J.C.max=y.y=1.475kA

TIGL24+16+5

XAB+XBC+

田于<3.54kA二七」，并且〃CM<L97kA=/%,故愛護(hù)4的I、II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）對相間短路電流愛護(hù)功率方向判別元件而言，當(dāng)0。<心<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都能動作的條件為：內(nèi)角應(yīng)滿意30°<a<60°c對某一已

經(jīng)確定了阻抗角的送電線路而言,應(yīng)采納夕=90、口,以便短路時獲得最大靈敏角。而對零

序功率方向判別元件而言，在愛護(hù)范圍內(nèi)故障時，最大靈敏角9四=-95。~-110。，即內(nèi)角。

一般為95*110。。

（5）現(xiàn)場測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量儀表進(jìn)展測量，根據(jù)以上電

量的幅值、相位關(guān)系和各郵值對接線校核。

圖2-16現(xiàn)場測定電流互感器極性的常用原理接線圖

2.21對于比219困難得多的實際電力系統(tǒng)，設(shè)想愛護(hù)工程師是如何完成愛護(hù)定值計算的?

假如你今后從事愛護(hù)整定計算，如何借助如今計算工具進(jìn)步你的勞動效率？

答：由于繼電愛護(hù)整定計算多種不同的運行方式，要對不同地點、不同類型的故障進(jìn)展屢次

計算，既要計算出各個繼電爰護(hù)元件不同段的動作值，還要進(jìn)展靈敏度校驗，計算的工作量

特別的大，特殊是在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造特殊困難的實際電力系統(tǒng)中，人工計算幾乎不行能完成。愛護(hù)

工作者曾今獨創(chuàng)了"直（交）流計算臺"，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)的實際連接關(guān)系連接成模擬的電網(wǎng)，在電源點接上直（交）流電壓，用儀表測

量短路后的電流、電壓。因為接線困難、精度低，目前實際電力系統(tǒng)已經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用繼電

愛護(hù)整定計算軟件，只要整定人員按要求輸入電網(wǎng)構(gòu)造和參數(shù)，就可以由計算機(jī)快速精確的

計算出須要的短路電流及不同愛護(hù)裝置隔斷的動作值，并可以由計算機(jī)完成靈敏度校驗。

今后繼電爰護(hù)的整定計算主要由計算機(jī)來完成，但整定計算人員必需理解計算的原理和原

則，再出現(xiàn)一些整定計算軟件無法涵蓋的特殊狀況時f還素人工手動計算作為補(bǔ)充。

2.22圖2-17所示系統(tǒng)的變壓器中性點可以接地，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)對稱性改變；

(7)故障對電力系統(tǒng)運行的危害；

(8)對爰護(hù)切除故障速度的要求；

圖2?17系統(tǒng)接線醫(yī)

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,中性點干脆接地系統(tǒng)零序等值圖如圖2-18所示。

日圖2-18可見，從故障點看進(jìn)去的零序阻抗為母線B引出的三個分支的并聯(lián)，等值阻抗

值較小，出現(xiàn)單相接地后系統(tǒng)中會有較大的零序電流。

中性點非干脆接地系統(tǒng)，零序網(wǎng)絡(luò)由同級電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對地的等值電容構(gòu)成通路，其

零序等值圖如圖2—19所示。

圖2-18線路AB末