電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題解析答案-

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)是不能運行的。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故

障時，電源至故障點之間的電力設(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)電機端電壓降低造成發(fā)電機的輸入機械功率

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)不正常運行時，不能及時地發(fā)出信號通知值班人員進(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：維電保護(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

運行時不動作；2.電力系統(tǒng)部正常運行時發(fā)報警信號，通知值班人員處理，使電力

系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運行；3.電力系統(tǒng)故障時，甄別出發(fā)生故障的電力設(shè)備，并向故

障點與電源點之間、最靠近故障點斷路器發(fā)出跳閘指令，將1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。測量比較環(huán)節(jié)是冊來那個被保護(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，給出“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。邏輯判斷環(huán)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)行輸出環(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。

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)方向比校式保護(hù)；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，使得任意點的故障都處于保護(hù)區(qū)內(nèi)。

圖1-1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，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)電機輸出的電磁功率減小二機械功

率基本不變，從而使發(fā)電機產(chǎn)生加速的不平衡功率。繼電保護(hù)的動作時間越快，

發(fā)電機加速時間越短，功率角擺開幅度就越小，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)的動作速度越快，故障持續(xù)

的時間就越短，發(fā)電機的加速面積就約小，減速面積就越大，發(fā)電機失去穩(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。

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)的缺點是：（1）當(dāng)多個電源向該電力元件供電時，需要在所有的

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。

1.9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，又是工程實踐性很強的工作。

答：繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、速動性和靈敏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，又是工程實踐性很強的學(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)

的不同運行狀態(tài)下電氣量變化的特點和差異來“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)實除工程中設(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27所示。

當(dāng)加入繼電器的動作電量（圖中的乙）大于其設(shè)定的動作值（圖中的〃）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

中的乙）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，其動作特性必鄉(xiāng)頁滿足繼電特性，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)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

別采用那些技術(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

拉力矩與摩擦力矩之和，當(dāng)電磁力矩剛剛達(dá)到動作條件時，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)樵陂]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)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

『脆利落的。所以返回值一定小于動作值，繼電器有一個小尸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？

答：在過電流繼電器中，為使繼電器啟動并閉合其觸點，就必須增大通過繼電器

線圈的電流人，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〃c

在繼電器動作之后，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之為繼電器的返回電流4。

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？

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)裝置中的短路組電器的實際啟動電流可能小于整定值。

考慮必要的裕度，從最不利的情況出發(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說明也流速斷、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？依靠什么環(huán)節(jié)保證保護(hù)動作的靈敏度性加速動性？

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圻保護(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0.3~0.6s的延時才能動作。速斷和限時速斷保護(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)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：

E=T15/6kVX=15QX=10QX=10C2L,=L=60hn4=405L_=50km

，GI、G2，C3，2，，RC，

￡C“=3OA〃7,J_E=2O〃Z,線路阻抗0.40/切?，=i2、K^二1[5,=300A,

(3=2004，〃.Ee=1504,Ky5、K“=0.85。試求：

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

運行，請確定保護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運行方式下的等值阻抗。

(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，并校臉使其滿足靈敏度要求(^->1.2)

(4)整定保護(hù)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，保初2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。

圖2-2簡單電網(wǎng)示意圖

解：由已知可得九二、"二0.4X60=24。，X^=o.4X40=16Q,X^=0.4X50=20Q,

X

XCD=o.4X30C,^=0.4X20=8Q

(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)電機運行，線路L廠L3

全部運行，由題意G1,G2連接在同一母線上，則

XXXXXX

Xm二(G1||C2+U\\L2)||(G3+L3)=(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

X$.max=XGI+=39

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

E115/73.

IzkPnvix———1?t31

XF+XSC+XCEOE10.6+20+12+8

max

相應(yīng)的速斷定值為卻.】二KMx^=1.2X1.312=1.57kA

當(dāng)L

_2_____zx—!—

73E乙ex

04

最小保護(hù)范圍計算公式為&=2Z,max+Z[LminAnin=I)="85.9km

即1處的電流速斷保護(hù)在最小運行方式下沒有保護(hù)區(qū)。

對于保護(hù)2等值電路如困2-3所示，母線D在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過

保護(hù)2的最大電流,Qmax=X,min+XHC+X。)二1.558kA

K

相應(yīng)的速斷定值為乙2=\eiX.2X1.558=1.87kA

/"e0.4

最小保護(hù)范圍為￡min=l)=-70.6km

即2處的電流速斷保護(hù)在最小運行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。

對于保護(hù)3等值電路如國2-3所示，母線C在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過

E

保護(hù)3的最大電流4cm狄二X,+X”=2.17kA

相應(yīng)的速斷定值為乙3二4cm”=1.2X2.17=2.603kA

1set3?

最小保護(hù)范圍為Lmin=lJ=-42.3km

即3處的電流速斷保護(hù)在最小運行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。

上述計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運行發(fā)生下

可能沒有保護(hù)區(qū)。

(3)整定保護(hù)2的限時也流速斷定值為《二15X1.57=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_______

+

4Q.max=2X.ntaxBC^CD=Q.8098kA

'l.Q.min

所以保護(hù)2處的靈敏系數(shù)K［二二0.4484即不滿足2的要求。

rllJ^wj\

同理，保護(hù)3的限時電流速斷定值為4.3二人旬/也口.15X1.87=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

■E

h.c.mx—2X5.max+X"。=0.9764kA

4cmin

所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù)=0.4531即不滿足2的要求。

可見，由于運行方式變化太大，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。

hi4

(4)過電流整定值計算公式為&=“叱=Kre

K胃KJ.

所以有l(wèi)seiA-=304.5A

rill/III

同理得a2F06Ay^=609A

在最小運行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的計算公式為

GE

k.mift=2Z5.n1ax+

所以有Gmin=727.8A〃min=809.8A〃min=974.51A

所以由靈敏度公式二/匕可知，保護(hù)1作為近后備的靈敏度為

，￡min

〃山,111―

仁二=2.39>1.5滿足近后備保護(hù)靈敏度的要求；

,E.min

t^IllrIII

保擰2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為匕江2二&.2=1.794.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度

的要求；

l七r.nil”

r^HI/III

保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為K皿3=&.3=1.334.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度

的要求。

JIIJ!ljIIJ\\JII

保護(hù)的動作時間為z'=0.5+0.5=1sr2-f\+0.5=1.5sz3=f2+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的電流速所保護(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1s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1s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,

kjzlllJI1JHJII

、vss=1.3、Kre=Q.85,=1.15,r!-f2=o.5s,=1.Os,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)心低

于何值時會造成保護(hù)4誤動？

K

(3)七二0.85時，保護(hù)4的靈敏系數(shù)'"=3.2,當(dāng)鐮二0.7時保護(hù)4的靈敏系

數(shù)降低到多少？

圖2-4系統(tǒng)示意圖

Z

解：過電流保護(hù)4的最大負(fù)荷電流為4.max=400+500+550=1450A

7III:KW

4“24.max

保護(hù)4的過電流定值為Kre=2.55A

JIIJIIJIIJII

時限為=max(4,’2,h)+Ar=1.5s

(2)保護(hù)21切除故障后，流過保護(hù)4的最大負(fù)荷電流

心=500+550=1050A=1.05kA

,在考慮電動機的自啟動出現(xiàn)的最大保護(hù)電流九2二.3X1.05=1.365kA,

這個電流必須小于保護(hù)4的返回電流，否則1.5s以后保護(hù)4將誤切除。相應(yīng)的

1.365

要求LmaxW乙二K/工二2.55七,從而2.55口>1.365,心>2.55=0.535。當(dāng)返回

系數(shù)低于0.535時，會造成保護(hù)誤動。

/jK

K—，.8.n】in'A,&min''rv

K

(3)保護(hù)4的靈敏系數(shù)C.4=K^K/.max,與心成正比，當(dāng)re下降時

-91x32

靈敏系數(shù)下降,K^=0-85=2.635o

2.10在中性點非直接接地系統(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，若采用三相星

形接線，有何不足？

答：在中性點非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時繼續(xù)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，另一條線路繼續(xù)

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、

2C）、（1B、2A）、（1B、2C）、（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）、（1B、2A）、（1C、2A）和（1C、2B）

四種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（1B、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)

均啟動，不必要切除兩條線路的機會就比較多。

2.11在雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護(hù)利用了拓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（仍+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)，分別畫出

ur=Ursin（lOO^z）

ir=Asin（l00R+30°）和ur=Ursin（l00k）,=Irsin（lOO^r-60°）時，各輸出電壓隨時間變化

的波形；如果用數(shù)字式（微機）實現(xiàn)，寫出你的算法，并校臉上述兩種情況下方

向元件的動作情況。

答：以內(nèi)角。=30°為例，畫出各點輸出電壓波膨如圖2-5所示。

動作最靈敏條件臨界動作條件

*

Ueja

arg^—=90°

i

圖2-5各點電壓輸出波形圖

可以看出，在內(nèi)角。=30°時第一種情況下動作最靈敏，第二種情況元件處于

■

Ueia

-90°<arg-5—<90°

臨界動作狀態(tài)。數(shù)字式實現(xiàn)時，動作的判據(jù)可以表示為"O

工信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。

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°<a<90°0

(2)正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點位于保護(hù)安裝處附近，短路阻抗4Vzs時，。°

<a<90°;當(dāng)短路點遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處，且系統(tǒng)容量很大乙>4時，一30°<a<60°。

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

切故障情況下都能動作的條件應(yīng)為30°<a<60°0

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^=-30°,則動作范圍為720W^

W-60°。由正常負(fù)荷電流的功率因數(shù)0.85可以得到外二arctanO.85=31.79°,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，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)確定保護(hù)4、5、6、7、8、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的電流速圻。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

jE115/6

/《4-

XG3+Xn=10+16=2.554A

rillyI]

按此電流來整定，動作定值勤5=K3M=3.064kA

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

Z.min=(^G\||XG2+L\||L2)=18。

1-.

保護(hù)5處的電流為Xs.min+XL3=],953kA

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。

現(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

七.4二七九二2.34kA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

2.554kA,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，4~9

任何一處保護(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2.7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)的定值為七3二《*/,.c.max=2.603KA,L3支路對應(yīng)的分支系數(shù)的

_L=X?！?/p>