電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題解析(第二版)-張保會(huì)-尹項(xiàng)根主編

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題答案

1緒論

1.1電力系統(tǒng)如果沒(méi)有配備完善的繼電保護(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)離開(kāi)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(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，假設(shè)沒(méi)有完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)將故障快速切除，那么會(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)械功蔚口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(méi)有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，那么當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行

時(shí)，不能及時(shí)地發(fā)出信號(hào)通知值班人員進(jìn)行合理的處理。

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)遁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(shí)，甄別出發(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，將故障局部與電網(wǎng)的其他局部隔離。

1.3繼電保護(hù)裝置通過(guò)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(guò)測(cè)量比擬、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個(gè)局部完成預(yù)定的保護(hù)功能。測(cè)量比擬環(huán)

節(jié)是冊(cè)來(lái)那個(gè)被保護(hù)電器元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比擬，根據(jù)比擬的結(jié)果，給出"是"、"非"、

或〃1〃性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判別保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。邏輯判斷環(huán)節(jié)是根據(jù)測(cè)量環(huán)節(jié)

輸出的邏輯信號(hào),使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類(lèi)型和范圍，最后確定是否應(yīng)該使斷路器

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(kāi)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)整定值能求出保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障嗎？

答：利用流過(guò)被保護(hù)元件電流幅值的增大，構(gòu)成了過(guò)電流保護(hù);利用短路時(shí)電壓幅值的降低，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(guò)電壓保護(hù)；利用測(cè)量阻抗的降低?口阻抗角的變大，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?yàn)楫?dāng)故障發(fā)生在本線路末端與下級(jí)線路的首端

出口時(shí)，本線路首端的電氣量差異不大。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，這種單靠整定值得保護(hù)只能保護(hù)線路的一局部。

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異，可以構(gòu)成電流差動(dòng)保護(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)保護(hù)；利兩側(cè)功率方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比擬式保護(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)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)按TA2。因?yàn)槟妇€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)。

E1-1電流互感器選用示意圖

1.7結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程的知識(shí)，說(shuō)明加快繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間,為什么可以提高目力系統(tǒng)的穩(wěn)定

性？

答：由電力系統(tǒng)分析知識(shí)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。繼電保護(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(kāi)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，繼電保護(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(dòng)、保護(hù)回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)等原因不

能快速切除故障的情況下，迅速啟動(dòng)來(lái)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(jí)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(wèn)題。

遠(yuǎn)后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：〔1〕當(dāng)多個(gè)電源向該電力元件供電時(shí)，需要在所有的電源側(cè)的上級(jí)元件處

配置遠(yuǎn)后備保護(hù)；(2)動(dòng)作將切除所有上級(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(mǎn)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(dòng)時(shí)近后備保護(hù)動(dòng)作；〔2〕動(dòng)

作時(shí)只能切除主保護(hù)要跳開(kāi)的斷路器，不造成事故的擴(kuò)大；〔3〕在高壓電網(wǎng)中能滿(mǎn)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(shí)可能與主保護(hù)同時(shí)失去作用，無(wú)法起到〃后備〃的

作用；斷路器失靈時(shí)無(wú)法切除故障，不能起到保護(hù)作用。

1.9從對(duì)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(shí)踐性

很強(qiáng)的工作。

答：繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性四項(xiàng)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(jì)、制造和運(yùn)行的大局部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(mén)理論性很強(qiáng)，又是工程實(shí)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)備的根本原理、運(yùn)行特性和分析方法，特別要掌握電力系統(tǒng)故障時(shí)的電氣量變化

的規(guī)律和分析方法，通過(guò)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(lái)"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(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的根本方法，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(wàn)別，故障時(shí)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(shí)際工程中設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)際，具體問(wèn)題具體分析，所以繼

電保護(hù)又具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。

2電流的電網(wǎng)保護(hù)

2.1在過(guò)量〔欠量〕繼電器中，為什么要求其動(dòng)作特性滿(mǎn)足〃繼電特性〃？假設(shè)不滿(mǎn)足，當(dāng)參加繼電器

的電量在動(dòng)作值附近時(shí)將可能出現(xiàn)什么情況？

答：過(guò)量繼電器的繼電特性類(lèi)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〔圖中的人〕大于其設(shè)定的動(dòng)作值〔圖中的幾〕時(shí)1繼電器能夠突然動(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，

它不可能停留在某一個(gè)中間位置，這種特性稱(chēng)為“繼電特性"。

為了保證繼電器可靠工作，其動(dòng)作特性必須滿(mǎn)足繼電特性，否那么當(dāng)參加繼電器的電氣量在動(dòng)作

值附近波動(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用那些技術(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與摩擦力矩之

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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，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(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)程與之相反，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

與摩擦力矩之和。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，因此能夠加速返回，即

返回的過(guò)程也是干脆利落的。所以返回值一定小于動(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解釋"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)，就必須增大通過(guò)繼電器線圈的電流。，以增

大電磁轉(zhuǎn)矩，能使繼電器動(dòng)作的最小電流稱(chēng)之為動(dòng)作電流乙。

在繼電器動(dòng)作之后，為使它重新返回原位，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(chēng)之為繼電器的返回電流〃。

過(guò)電流繼電器返回系數(shù)過(guò)小時(shí)，在相同的動(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須小于返回電流，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，不能保證可靠動(dòng)作,

輸入電流正好在動(dòng)作值附近時(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。

(3)整定保護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷定值，并校驗(yàn)使其滿(mǎn)足靈敏度要求〔K四之1.2〕

(4)整定保護(hù)1、2、3的過(guò)電流定值，假定流過(guò)母線E的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s,校驗(yàn)保護(hù)1

作后備用，保護(hù)2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。

圖2-2簡(jiǎn)單電網(wǎng)示意圖

解：由可得=X],=0.4x60=24。,=0.4x40=16Q,X?=0.4x50=20Q,=0.4x30Q,

LIL，L，Ovr.-XLcInV

XD￡=0.4X20=8Q

(1)經(jīng)分析可知，最大運(yùn)行方式及阻抗最小時(shí)，那么有三臺(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，那么

二CXG1||XG2+XJ|X￡2)||(XC3+XL3)=(6+12)||(10+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X、皿=XC1+X〃=39

圖2-3等值電路

〔2〕對(duì)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(guò)保護(hù)1的

相應(yīng)的速斷定值為七廣牖X3nm=1.2xl.312=1.57kA

最小保護(hù)范圍計(jì)算公式為乙=￡./:/4油二x-L=-85.9km

乙4.max+L\^minherU.4

\/

即1處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒(méi)有保護(hù)區(qū)。

對(duì)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)生三相短路流過(guò)保護(hù)2的最大電流

/=3=1.558kA

K.U.IDJXyryr

Aj.min+ARC+ACD

相應(yīng)的速斷定值為乙2=K)x/ADnm=1.2xl.558=1.87kA

最小保護(hù)范圍為L(zhǎng)min=J--4皿x-L=-70.6km

het.2U4

\7

即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒(méi)有保護(hù)區(qū)。

對(duì)于保護(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)保護(hù)3的最大電流

相應(yīng)的速斷定值為C=腐xZtcnm=1.2x2.17=2.603kA

最小保護(hù)范圍為4x——=-42.3km

0.4

即3處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒(méi)有保護(hù)區(qū)。

上述計(jì)算說(shuō)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(méi)有保護(hù)區(qū)。

〔3〕整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為匕=Kl/L.,=1.15xl.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

jt.D.inax=0.8098kA

所以保護(hù)2處的靈敏系數(shù)K]二冬詈=0.4484即不滿(mǎn)足七注1.2的要求。

同理，保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為=KL]/',=l.lSxl.87=2.1SlkA

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

hc^=———-——=0.9764kA

2Xe+X^

所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù)K%=勺1=04531即不滿(mǎn)足K皿>1.2的要求。

可見(jiàn)，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度都遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求。

(4)過(guò)電流整定值計(jì)算公式為弋=9=2^5

KreKre

所以有所產(chǎn)=304.5A

Kre

同理得/^2=406A心「二609A

在最小運(yùn)行方式下流過(guò)保護(hù)元件的最小短路電流的計(jì)算公式為4mm二咚丁工

24.max-

所以有小=727.8AZD.min=809.8AZCmin=974.51A

所以莊靈敏度公式K皿=勺耨可知，保護(hù)1作為近后備的靈敏度為

K.T=^=2,39>1.5滿(mǎn)足近后備保護(hù)靈敏度的要求;

保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為《2=3=1.7921.2滿(mǎn)足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求；

/3G

保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為尺上二礙;L33之1.2滿(mǎn)足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。

1xa

,,,nn,

保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為z1=0.5+0.5=lsr]=r,+0.5=1.5s收嚴(yán)+0.5=2s

2.8當(dāng)圖2.56中保護(hù)1的出口處在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路保護(hù)按照題2.7配置和整定時(shí),

試問(wèn)

(1)共有哪些保護(hù)元件啟動(dòng)？

(2)所有保護(hù)工作正常，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長(zhǎng)時(shí)間切除？

(3)假設(shè)保護(hù)1的電流速斷保護(hù)拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長(zhǎng)時(shí)間切除？

〔4〕假設(shè)保護(hù)1的斷路器拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長(zhǎng)時(shí)間切除？

答：〔D由題2.7的分析，保護(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

量值上小于所有電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值，所以所有這些保護(hù)都不會(huì)啟動(dòng)；該量值

大于1、2、3處過(guò)電流保護(hù)的定值,所以三處過(guò)電流保護(hù)均會(huì)啟動(dòng)。

(2)所有保護(hù)均正常的情況下，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,按照此題給定的參數(shù)，1處的速斷保護(hù)肯定不會(huì)動(dòng)作，2處的限時(shí)電流速斷保護(hù)也不

會(huì)動(dòng)作，只能靠1處的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)1s跳閘；假設(shè)斷路器拒動(dòng)，那么應(yīng)由2處的過(guò)電流保護(hù)

以1.5s的延時(shí)跳開(kāi)2處的斷路器。

2.9如圖2-4所示網(wǎng)絡(luò)，流過(guò)保護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為400A、500A、55OA,

￡,=1.3、K*0.85,K方=1.15,f—=0.5sJ"=L.Os,試計(jì)算:

(1)保護(hù)4的過(guò)電流定值；

(2)保護(hù)4的過(guò)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(shí)會(huì)造成保護(hù)

4誤動(dòng)？

(3)Kre=0.85時(shí)，保護(hù)4的靈敏系數(shù)二3.2,當(dāng)Kre=0.7時(shí)保護(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)電流保護(hù)4的最大負(fù)荷電流為/4._=400+500+550=1450A

保護(hù)4的過(guò)電流定值為/以=與黑/4z=2.55A

時(shí)限為=max〔一，小，+Ar=1.5s

(2)保護(hù)21切除故障后，流過(guò)保護(hù)4的最大負(fù)荷電流/-4.miA=500+550=1050A=1.05kA

，在考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)出現(xiàn)的最大保護(hù)電流(曲二―=13xl.05=1.365kA，這個(gè)電流必須小

于保護(hù)4的返回電流，否那么1.5s以后保護(hù)4將誤切除。相應(yīng)的要求/,,nm<lre=K/E,4=2.55Kre,

從而2.55Kre>1.365,>翳=0.535。當(dāng)返回系數(shù)低于0.535時(shí)，會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。

(3)保護(hù)4的靈敏系數(shù)KsenA=J泮=:藍(lán)與Kre成正比，當(dāng)Kre下降時(shí)靈敏系數(shù)下降，

Ksen=-^-x3.2=2.635O

0.85

2.10在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)兩條上下、級(jí)線路安裝相間短路的電流保護(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、井兩種線路，假設(shè)采用三相星形接線，有何缺乏？

答：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)繼續(xù)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、2。、［IB、2A〕、〔IB、2。、［IC、2A)、［IC、2B〕。

當(dāng)兩條上、下級(jí)線路安裝相間短路電流保護(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)、［:LB、2A〕、〔IC、2A〕和〔IC、2B)四種情況下由下級(jí)線路保護(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)線路保護(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)保護(hù)拒動(dòng)的嚴(yán)重情況。

兩條線路并列時(shí)，假設(shè)兩條線路保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)一樣，那么在〔1A、2B）.[IC2A）和〔1C、

2B）三種情況下，兩條線路被同時(shí)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(huì)切除，即保護(hù)拒動(dòng)。

假設(shè)保護(hù)采用三相星形接線時(shí)，需要三個(gè)電流互感器和四根二次電纜，相對(duì)來(lái)講是復(fù)雜不經(jīng)濟(jì)的。

兩條線路并列時(shí)，假設(shè)發(fā)生不同相別的接地短路時(shí)，兩套保護(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，方向性電流保護(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(wèn)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(dòng)作的選擇性。方向性電流保護(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，是保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作的方

向，允許保護(hù)動(dòng)作。反之，不允許保護(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(wèn)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(mǎn)足選擇性。

2.12功率方向判別元件實(shí)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：功率方向判別元件實(shí)質(zhì)是判別參加繼電器的電壓和電流之間的相位夕’，并且根據(jù)一定關(guān)系

[cos（野+a）是否大于0]判別初短路功率的方向。為了進(jìn)行相位比擬，需要參加繼電器的電壓、電流

信號(hào)有一定的幅值〔在數(shù)字式保護(hù)中進(jìn)行相量計(jì)算、在模擬式保護(hù)中形成方波〕，且有最小的動(dòng)作電壓

和電流要求。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

保護(hù)正方向發(fā)生最常見(jiàn)故障時(shí)，功率方向判別元件應(yīng)該動(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(huà)出〃"Ursin（100叫，

z；=/，5畝（100加+30。）和〃，=”而（100打），ir=/，411（100加-60。）時(shí)，各輸出電壓隨時(shí)間變化的波形；

如果用數(shù)字式〔微機(jī)〕實(shí)現(xiàn)，寫(xiě)出你的算法，并校驗(yàn)上述詼種情況下方向元件的動(dòng)作情況。

答：以?xún)?nèi)角。二30。為例，畫(huà)出各點(diǎn)輸出電壓波形如圖2-5所示。

??

uejaUeja

動(dòng)作最靈敏條件argf—=（）。臨界動(dòng)作條件arg{—=90。

圖2-5各點(diǎn)電壓輸出波形圖

可以看出，在內(nèi)角a二30。時(shí)第一種情況下動(dòng)作最靈敏，第二種情況元件處于臨界動(dòng)作狀態(tài)。數(shù)字

I]pia

式實(shí)現(xiàn)時(shí)，動(dòng)作的判據(jù)可以表示為-900<arg<90。。

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(dòng)作最靈敏，而情況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，需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：⑴正方向發(fā)生三相短路時(shí)，有0°<a<90。。

（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Z”<Z,時(shí)/00<a<90°;當(dāng)短路點(diǎn)

遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處，且系統(tǒng)容量很大Z,/>Z、時(shí)，-30o〈av60。。

綜合三相和各種兩相短路的分析得出,當(dāng)0°</<90。時(shí)，使方向繼電器在一切故障情況下都能動(dòng)

作的條件應(yīng)為30°<a<60°o

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)作情況。假定A相的功率方向元件出口與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)什么情況？

答：內(nèi)角為30。的功率方向元件，最大靈敏角八二-30。，那么動(dòng)作范圍為-1204%￡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)功率元件出口與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(jiàn)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)確定保護(hù)4、5、6、7、8、9處過(guò)電流的時(shí)間定值，并說(shuō)明何處需要安裝方向元件。

(3)確定保護(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(shí)，流過(guò)保護(hù)5的短路電流為

,E115/6

A4==-=2.554A

rXC3+Xl310+16

按此電流來(lái)整定，動(dòng)作定值/以=%〃M=3.064kA

在來(lái)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(shí)，有

X—二〔XG』|XG+X4|X,,2〕二18。

保護(hù)5處的電流為九二=1.953kA

Xs.min+

遠(yuǎn)小于按躲過(guò)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(shí)不誤動(dòng)作。

現(xiàn)在整定保護(hù)4,保護(hù)4按躲過(guò)保護(hù)5處母線短路最大電流整定時(shí)，定值為

/.L.4=/\九=2.34kA當(dāng)保護(hù)4處背側(cè)母線三相短路是，流過(guò)保護(hù)4的電流為2.554kA,大于其整定

值，所以不會(huì)誤動(dòng)，必須加裝方向元件。

(2)過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定,其量值較小，保護(hù)靈敏度很高,4~9任何一處保護(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。

在均裝方向元件的情況下，4、5、6處的過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間分別與G3、G2和G1處的過(guò)電流保

護(hù)時(shí)間相配合，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)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均與3

處過(guò)電流時(shí)間相配合，由題2.7可知，三處過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為2s,所以5、7、9處過(guò)流保護(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/二二K）xikCmax=2.603KA,L3支路對(duì)應(yīng)的分支系數(shù)的倒數(shù)為

=0.409

"XGIIXC2+X￡IIIX2+XG3+X

與保護(hù)3配合時(shí)，5處限時(shí)電流速斷保護(hù)的定值為匕s=理3匕3=1.224kA

與6處和8處電流速斷配合：假設(shè)裝設(shè)方向元件，那么6處電流速斷保護(hù)應(yīng)該按躲過(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所提供的短路電流不會(huì)流過(guò)保護(hù)

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

回一=1.048kA

同理，裝設(shè)方向元件的情況下，8處保護(hù)的定值也為/二8=1.048kAe按與它們配合時(shí)，5處限時(shí)電流

速斷保護(hù)的定值為===1.205kA

取三種情況的最大者,即/工二L224kA

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

6E

A.B.min=2.211kA所以靈敏度為耳，=節(jié)也=1.834滿(mǎn)足要求。

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(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

這時(shí)其短路電流速斷保護(hù)的整定值變?yōu)橐?=心s=K）x/,6nm=2.26kA

所以5處限時(shí)電流保護(hù)的定值為/，=七/鼠=2.599kA

靈敏度為尺幻5=與皿=0另5故不滿(mǎn)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)序電壓、電流分量的分布規(guī)律；（3）正序電壓、電流分量的分布規(guī)律。

答：⑴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，與電源點(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，其詼個(gè)二次繞組一個(gè)按星形方式接線，另一個(gè)

按開(kāi)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(kāi)口三角形用來(lái)直接獲取系

統(tǒng)的零序電壓。這種方式獲取零序電壓的有地啊是簡(jiǎn)單方便，精度較高，不需要額外的裝置或系統(tǒng);其

缺點(diǎn)是開(kāi)口三角側(cè)正常無(wú)電壓，不便于對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視，該側(cè)出現(xiàn)斷線短路等故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，輸出

零序電壓的極性容易標(biāo)錯(cuò)，從而造成零序功率方向繼電器不能正確工作。

(2)采用三相五柱式互感器本身結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜，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)與〔1〕的情況類(lèi)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(shí)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(jiǎn)單，不容易出現(xiàn)接線及極性的錯(cuò)誤，其缺點(diǎn)是裝置內(nèi)部

必須設(shè)置專(zhuān)門(mén)的模塊。

傳統(tǒng)的機(jī)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(chǎng)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(kāi)機(jī)方式為4臺(tái)全開(kāi),

最小開(kāi)機(jī)方式為兩側(cè)各開(kāi)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:q=115/GkV,

XI.GI=X2.G1=X1.G2=X2.G2=5C,=X.G3=XI.G4=X[.G4=8。.

XLG32

=

~Xin=5C.~X0.74=15。，Xi%=Xi.%=15C,X0.75=X0.76=20。＞^_B60km,

《=《=。

LH_C=40km,=z2=0.4Q/km,Z0=1.2Q/kmf1.2,1.15

圖2-6系統(tǒng)示意圖

(1)畫(huà)出所有元件全運(yùn)行時(shí)的三序等值網(wǎng)絡(luò)，并標(biāo)注參數(shù)；

〔2〕所有元件全保護(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[分別求出保護(hù)1、4零序n段的最大、最小分支系數(shù)；

〔4〕分別求出保護(hù)1、4零序I、n段的定值，并校驗(yàn)靈敏度；

〔5〕保護(hù)1、4零序I、n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(shí)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,Xi.=X2AB=24Q,XOAB=72Q,L8c=40km,

所有元件全運(yùn)行是三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖如圖所示。

XlBC=X2fyc=16Q,X0BC=48Q,2-7

(a)正序等值圖

(b)負(fù)序等值圖

?零序等值圖

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

(2)下求出所有元件全運(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

V4-YY4.Y

z沙一(X.+⑷；⑺)II(X.+心]⑺)=(24+5)1/6+6.5)=12.6%

故障端口負(fù)序阻抗為ZS2-ZS1=12.67Q

VVV

故障端口零序阻抗為Zzo=（安+X°M）II警II（二羅+X"C）=79.5||10||55.5=7.657C

那么復(fù)合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。

U5Zx/3

故障端口零序電流為If0==2.012kA

Z.+Zn+Zgo12.67+12.67+7.657

在零序網(wǎng)中按照零序?qū)Ъ{進(jìn)行分配零序電流從而得到此時(shí)流過(guò)保護(hù)1、4處的零序電流分別為

r,0.12579crc/HA,0.018018^

/.=x=0.194kA7—Ix=0n.278Ok1AA

n°」/00.130597°-f/l0}0.130597

單相接地短

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)相同，即ZD=ZL2=12.67Q

ZL0=7.657Q,那么復(fù)合序網(wǎng)如圖2-10所示。

Z二1七。=霽:鬻=4.77故障端口正序電流為I=少=3.808kA

12.67+7.673fl,工]IlZg。

故障端口零序電流為〃。二/「oXsJZG12.373kA

12.67+7.675

同樣地，流過(guò)保護(hù)L4的零序電流分別為/（,J=0.299kA,/02=0.327kAe

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）先求出保護(hù)1的分支系數(shù)K1,

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Xlmax=X（）T]+X（）AS=87。

當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)最小，有XImin=竽+X。'8=79.5Q

對(duì)于X,,當(dāng)T5,T6只有一臺(tái)運(yùn)行時(shí)X,最大,X2max=20;當(dāng)T5J6兩臺(tái)全運(yùn)行時(shí)X,最小，

Y

x2min=10.因此保護(hù)1的最大分支系數(shù)Klb皿=1+A=9.7,

“2min

Y

最小分支系數(shù)為=1+*=4.975

2max

同樣的分析保護(hù)4的分支系數(shù)K4h。當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時(shí),T5J6YOU助增的作用,如圖2-13所

1ABM1ABM八2

對(duì)于當(dāng)只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大,有Xlmax=X0.T3+X。建=63C

當(dāng)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)占最小，有Xlmin=^+XOflC=55.5Q

對(duì)于X2,當(dāng)T5J6只有一臺(tái)運(yùn)行時(shí)X2最大，X2max=20;當(dāng)T5,T6兩臺(tái)全運(yùn)行時(shí)X2最小，

Y

X2min=10.因此保護(hù)4的最大分支系數(shù)儲(chǔ)會(huì)二1+含之二7.3,

X2nun

V

最小分支系數(shù)為1=3.775

2max

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

〔4〕保護(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)保護(hù)1的最大零序電流為/0,nm=0.229kA故I

段定值匕"x3/0,max=1.2x3x0.229=0.8244kA

為求保護(hù)1的零序H段定值，應(yīng)先求出保護(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)保護(hù)3的最大零序電流，因此有

Z〃=Zz2=〔乂°丁叫22ll（*G；Xm）=5.68Q

Z0=[（^1k+Xo/8）II+X0.8C]II=6.63o

UfKX115/6>“IA

單相接地短路時(shí)，有I=3.69kA

f0Z,、+Z、、+Z>35.86+5.86+6.63

從而求得流過(guò)保護(hù)3的電流為如=043kA

連相接地短路時(shí)，有小廿黑鬻二3.06Q

=7.6kA零序電流//0=Ix—^—=3.5kA

正序電流/fl=--:州fl

Z'Z"+Zgo

Za+Z"IIZ20

從而求得流過(guò)保護(hù)3的電流703=0.408kA

這樣，流過(guò)保護(hù)3的最大零序電流/（Unux=0.43kA

保護(hù)3的零序I段定值為=K）x3/O3,max=1.548kA

這樣，保護(hù)1的零序n段定值為心1=*心力黑x1.548=0.358kA

用…皿4.975

校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過(guò)保護(hù)1的最小零序電流/o.lmi?==O.194kA

靈敏系數(shù)產(chǎn)=1.626

set.\

保護(hù)4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)保護(hù)4的最大零序電流為/014,max=0327kA故I段

定值/.L,1=。x3/04max=12x3x0.327=1.18kA

為求保護(hù)4的零序n段定值，應(yīng)先求出保護(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)保護(hù)2的最大零序電流，因此有

Z、=Zz2二2||（X-：X-）=452Q

J乙

Y

4二號(hào)+'。.)|今+x5號(hào)=6.860

U/刖___________“5/6—=4.179kA

單相接地短路時(shí)，有g(shù)

4.52+4.52+6.68

乙?乙/乙D

從而求得流過(guò)保護(hù)2的電流為心=0.356kA

兩相接地短路時(shí)，有Z、.，||z、.。=巖堂|二2.723Q

一一4.52+6.86

U7

正序電流I=——=9.17kA零序電流1=1八x——二一=3.64kA

f]/0/(,71

JZzi+ZL2||ZZOZL2+ZL()

從而求得流過(guò)保護(hù)2的電流/012=0.31kA

這樣，流過(guò)保護(hù)2的最大零序電流/8.a=0.356kA

保護(hù)2的零序I段定值為乙2二《x3/02max=1.286kA

這樣，保護(hù)4的零序II段定值為/，=歹」x心2二坐x1.282=0.39kA

冗力,min3.775

校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過(guò)保護(hù)4的最小零序電流/°.4.min==0.278kA

靈敏系數(shù)筆皿=2.14

,tetA

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(kāi)機(jī)方式為4臺(tái)全開(kāi),

最小開(kāi)機(jī)方式為兩側(cè)各開(kāi)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：紇=115/百kV,

===

X].GI=^2.GlX]G=X?G2=5C,X]G3=^2.G3^i.G4Xg=8。.

X]71~X].T4=5。IXQTl-X074=15c,X[75=X[76=15。，X075=X0.T6=20。ILA_B=60km,

Ll}_c=40km,線路阻抗Z1=Z2=0.4Q/km,Z0=1.2Q/km,《=1.2,。=1.15。其相間短路的保

護(hù)也采用電流保護(hù)，試完成：

(1)分別求出保護(hù)1、4的段I、n定值，并校驗(yàn)靈敏度;

〔2〕保護(hù)1、4的I、II段是否安裝方向元件；

〔3〕分別畫(huà)出相間短路的電流保護(hù)的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的交流接線；

〔4〕相間短路的電流保護(hù)的功率方向判別元件與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須正確地按照電壓、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〕保護(hù)1的I、n段整定.

YiV

最大運(yùn)行方式為GLG2全運(yùn)行，相應(yīng)的x?=⑺2/-5。

最小運(yùn)行方式為一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的Xi=XG1+X『I=10。

E

母線B處三相短路流過(guò)保護(hù)1的最大電流〃小”--=2.289kA

X$.min+Xd

W1的I段定值為I\e,.=K\etXIdBnm=1.2X2.289=2.747kA

p

母線C三相短路流過(guò)保護(hù)3的最大電流心2=--r=1.475kA

X$.min+Xd

保護(hù)3的I段定值為/工=K\dxIdC_=1.771kA

保護(hù)1的n段定值為/%=K胃x4.3=2.063kA

AE

母線B兩相短路流過(guò)保護(hù)1的最小電流〃，皿=-=1.691kA

2X,.ax+Xd

保護(hù)1電流n斷的靈敏度系數(shù)%=鏟=粵=0.83靈敏度不滿(mǎn)足要求。

L.12.063

保護(hù)4的I、口段整定。

最大運(yùn)行方式為G3、G4全運(yùn)行，相應(yīng)的豈生產(chǎn)=6.5。

最小運(yùn)行方式為一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的Xe=XG3+X73=13Q

E

母線B處三相短路流過(guò)保護(hù)4的最大電流〃㈤鵬=-~~r=2.951kA

X’.min+Xd

保護(hù)1的I段定值為心」=K)X/</Bnm=1.2x2.951=3.541kA

E

母線A三相短路流過(guò)保護(hù)2的最大電流〃人皿=飛=1.428kA

X.r.min+X“

保護(hù)2的I段定值為九=口X心2=1.713kA

保護(hù)4的n段定值為/匕=Cx/；/2=1.97kA

AE

母線B兩相短路流過(guò)保護(hù)4的最小電流3,皿=*~~2—=1.983kA

2X5皿+X”

保護(hù)4電流n斷的靈敏度系數(shù)C.4=鏟=粵=1.01靈敏度不滿(mǎn)足要求。

&.4L97

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

E-二115/6

=1.428kA

rf./l.nuix-v1V-24+16+6.5

V.V.ATi+AG3

AAB+ABC+2

由于心皿x<2.747kA=乙一并且La<2.036kA=1%,故保護(hù)1的I、II均不需要加裝方向元件。

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

I.4115/V3

rf.C.maxY.y=1.475kA

24+16+5

oc2

由于心2<3,54kA=心，并且〃cmax<1.97kA=/%,故保護(hù)4的I、II均不需要加裝方向元件。

(3)相間短路的電流保護(hù)的功率方向判別元件與零序功率方向元件的交流接線圖分別如圖2-14、

2-15所示.

圖2-14相間短路的電流保護(hù)的功率方向判別元件交流接線圖

圖2-15零序功率方向元件的交流接線圖

〔4〕對(duì)相間短路電流保護(hù)功率方向判別元件而言，當(dāng)0°<%<90°,使相間短路電流保護(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(mǎn)足30。<a<60。。對(duì)某一已經(jīng)確定了阻抗角的送電

線路而言，應(yīng)采用。=90。-外，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，在保

護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，最大靈敏角以,二-95。~-110。，即內(nèi)角a一般為95。?110。。

(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。一般采用直流電池組配合直流毫安表的簡(jiǎn)單

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〕接在二次同名瑞，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，指針向右擺動(dòng)，穩(wěn)定后電路斷開(kāi)是指針向左擺動(dòng)，

那么同名端標(biāo)識(shí)正確。假設(shè)指針擺動(dòng)方向相反，那么二次同名端應(yīng)在另一端。

蘭電壓、電流互感器的同名端〔極性〕被正確標(biāo)定以后，按照功率方向元件接線原理圖仔細(xì)地接

入后，還可以采用電壓、電流、功率和相角一體化測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(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復(fù)雜得多的實(shí)際電力系統(tǒng)，設(shè)想保護(hù)工程師是如何完成保護(hù)定值計(jì)算的？如果你今

后從事保護(hù)整定計(jì)算，如何借助現(xiàn)在計(jì)算工具提高你的勞動(dòng)效率？

答：莊于繼電保護(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(lèi)型的故障進(jìn)行屢次計(jì)算，既

要計(jì)算出各個(gè)繼電保護(hù)元