继电保护课后问题详解

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1、word电力系统继电保护课后习题答案1绪论1.1电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想象一下会出现什 么情景？答：现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。当电力 系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路 电流，假如没有完善的继电保护系统将故障快速切除，如此会引起故 障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障 时，发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的 不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造 成人身伤亡。如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，如此当电 力系统出现不正常运行时，不能与时地发出信号通知值班人

2、员进展合 理的处理。1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么？答：继电保护装置就是指能反响电力系统中设备发生故障或不正常运 行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用 包括:1.电力系统正常运行时不动作；2.电力系统部正常运行时发报 警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行3电力系 统故障时,甄别出发生故障的电力设备，并向故障点与电源点之间、最 靠近故障点断路器发出跳闸指令，将故障局部与电网的其他局部隔 离。1.3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能，各环节的 作用是什么？答:继电保护装置一般通过测量比拟、逻辑判断和执行输出三个局部 完成预定的保护

3、功能。测量比拟环节是册来那个被保护电器元件的物 理参量，并与给定的值进展比拟，根据比拟的结果，给出“是“非、“ 0 或“ T性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。 逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的 逻辑关系判定故障的类型和X围，最后确定是否应该使断路器跳闸。 执行输出环节是根据逻辑局部传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉 冲与相应的动作信息、发出警报或不动作。1.4 依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制 差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护X围内任意点的故障吗？答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流

4、保护；利用 短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升 高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成 了低阻抗保护。单靠保护增大值不能切除保护X围内任意点的故障，因为当故障发生 在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差异不 大。所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动 作，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一局部。1.5依据电力元件两端电气量在正常工作和短路状态下的差异，可以 构成哪些原理的保护？答：利用电力元件两端电流的差异，可以构成电流差动保护；利用电 力元件两端电流相位的差异可以构成电流相位差动保护；利两侧功率 方向的差异

5、，可以构成纵联方向比拟式保护；利用两侧测量阻抗的大 小和方向的差异，可以构成纵联距离保护。1.6如图1-1所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保 护应各接哪组互感器？答：线路保护应接TA1,母线保护应接TA2。因为母线保护和线路保 护的保护区必须重叠，使得任意点的故障都处于保护区内。母线f 科 、线路TA1TA2图1-1电流互感器选用示意图1.7结合电力系统分析课程的知识，说明加快继电保护的动作时间， 为什么可以提高电力系统的稳定性？答：由电力系统分析知识可知，故障发生时发电机输出的电磁功率减 小二机械功率根本不变，从而使发电机产生加速的不平衡功率。继电 保护的动作时间越快，发电机加

6、速时间越短，功率角摆开幅度就越小， 月有利于系统的稳定。由分析暂态稳定性的等面积理论可知，继电保护的动作速度越快， 故障持续的时间就越短，发电机的加速面积就约小，减速面积就越大, 发电机失去稳定性的可能性就越小，即稳定性得到了提高。1.8后备保护的作用是什么？阐述远后备保护和近后备保护的优缺 点。答：后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他 环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动 来切除故障。远后备保护的优点是：保护X围覆盖所有下级电力元件的主保护 X围，它能解决远后备保护X围内所有故障元件由任何原因造成的不 能切除问题。远后备保护的缺点是：1当多个电源向

7、该电力元件供电时，需 要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；2动作将切除所 有上级电源测的断路器，造成事故扩大；3在高压电网中难以满足 灵敏度的要求。近后备保护的优点是：1与主保护安装在同一断路器处，在主保护 拒动时近后备保护动作；2动作时只能切除主保护要跳开的断路器, 不造成事故的扩大；3在高压电网中能满足灵敏度的要求。近后备保护的缺点是：变电所直流系统故障时可能与主保护同时 失去作用，无法起到“后备的作用；断路器失灵时无法切除故障， 不能起到保护作用。1.9从对继电器的“四性“要求与其间的矛盾，阐述继电保护工作即 是理论性很强，又是工程实践性很强的工作。答：继电保护的可靠性、选择性、

8、速动性和灵敏性四项要求之间即矛 盾又统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大局部工作也 是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进展的。电力系统继电保护即是一门理论性很强，又是工程实践性很强的 学科。首先继电保护工作者要掌握电力系统、电气设备的根本原理、 运行特性和分析方法，特别要掌握电力系统故障时的电气量变化的规 律和分析方法，通过寻求电力系统的不同运行状态下电气量变化的特 点和差异来“甄别“故障或不正常状态的原理和方法，应用不同的原 理和判据实现继电保护的根本方法，所以需要很强的理论性。由于被保护的电力系统与其相关的电气设备千差万别，故障时电 气量的变化受多种因素的影响和制约，因此任何一

9、种继电保护原理或 装置都不可能不加调整地应用于不同的电气设备或系统，而应根据实 际工程中设备、系统的现状与参数，对其继电保护做出必要的调整。 一样原理的保护装置在应用于电力系统不同位置的元件上时，可能有 不同的配置和配合；一样的电力元件在电力系统不同位置安装时，可 能配置不同的继电保护，这些均需要根据电力系统的工程实际，具体 问题具体分析，所以继电保护又具有很强的工程实践性。2电流的电网保护2.1在过量欠量继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特 性 ？假如不满足，当参加继电器的电量在动作值附近时将可能出现 什么情况？答：过量继电器的继电特性类似于电子电路中的“施密特特性“，如 图2-1所示

10、。当参加继电器的动作电量图中的Ik大于其设定的动 作值图中的口时，继电器能够突然动作；继电器一旦动作以后， 即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有 当参加继电器的电气量小于其设定的返回值图中的Ire丨以后它才突 然返回。无论启动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可 能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性。为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否如 此当参加继电器的电气量在动作值附近波动时，继电器将不停地在动 作和返回两个状态之间切换，出现“抖动“现象，后续的电路将无法 正常工作。EoT 162E153411、Iop12.2 请列举说明为实现“

11、继电特性，电磁型、集成电路性、数字型 继电器常分别采用那些技术？ 答：在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大 于弹簧的反拉力矩与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件 时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流或电 压不变的情况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧 的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力 矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利 落。继电器的返回过程与之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧 的反拉力矩大于电磁力矩与摩擦力矩之和。当电磁力矩减小到启动返 回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电

12、磁力矩按平方关系 减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因 此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。所以返回值一定小 于动作值，继电器有一个小于1的返回系数。这样就获得了 “继电 特性。在集成电路型继电器中，“继电特性的获得是靠施密特触发器实 现的，施密特触发器的特性，就是继电特性。在数字型继电器中，“继电特性的获得是靠分别设定动作值和返 回值两个不同的整定值而实现的。2.3解释“动作电流和“返回系数，过电流继电器的返回系数过 低或高各有何缺点？答：在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必须增大 通过继电器线圈的电流Ik,以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小

13、电流称之为动作电流Iop。在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减 小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电 流 Ire。过电流继电器返回系数过小时，在一样的动作电流下起返回值较 小。一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必须小于 返回电流，真阳在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返 回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流恶和返回电流 很接近，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，可能回 出现“抖动现象，使后续电路无法正常工作。继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进展设 2.4在电流保护的整定计算中，为什么要

14、引入可靠系数，其值考虑哪 些因素后确定？答：引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例 如：1实际的短路电流可能大于计算值；2对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增 大的影响；3电流互感器存在误差；4保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。考虑必要的裕度，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因 素的影响，也能保证在预定的保护X围以外故障时，保护装置不误动 作，因而必须乘以大于1的可靠系数。2.5 说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保 护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动 性？答：电流速断保护的动作电流必须按

15、照躲开本线路末端的最大短路电 流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能保护线路全 长，而只能保护线路全长的一局部，灵敏度不够。限时电流速断的整 定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的 最大动作X围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级 线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由 下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断X围内的故 障由速断保护快速切除，速断X围外的故障如此必须由限时电流速断 保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流 速断保护的动作值低、灵敏度高但需要

16、0.30.6s 的延时才能动作。 速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速 动性的要求。2.6为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合， 而电流速断的灵敏度不需要逐级配合？答：定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流 整定，不但保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起远 后备保护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保 护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最 末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时 间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。否如此，就有可能出现越级跳闸、非选择性动

17、作现象的发生。由于电流速断只保护本线路 的一局部，下一级线路故障时它根本不会动作，因而灵敏度不需要逐 级配合。2.7如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参 数为：E115/3kVXG1 15、Xg210Xg3 10L1L260 kmL340 kmLB C50 kmLc d 30 kmL D E20m线路阻抗0.4 /km,K rel =1 2、K nrel :K皿irel =115B C. max300A91 C D200AI.maxD E.max150AKss9= 1.5、Kre=0.85。试求：1发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行， 最少一条运行，请

18、确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻 抗。2整定保护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小保护X 围。3整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要 求Ksen 1.24整定保护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E的过电流保 护动作时限为0.5s，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵 敏度。G1G2目01BCDEG3图2-2简单电网示意图解：由可得 Xl1二Xl2 x 60=24, XL3 x 40=16 , XBC x 50=20, XCD x30 ,Xde x 20=81经分析可知，最大运行方式与阻抗最小时，如此有三台发电机 运行，线路L1L3全部运行，由题

19、意G1, G2连接在同一母线上，如 此X s. minXG1 | XG2 + XL1 | XL2|(XG3 + XL3同理，最小运行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1运行, 相应地有 Xs. max = XG1+ XL1 =39BCDE图2-3等值电路2对于保护1，其等值电路图如图2-3所示, 下发生三相短路流过保护1的最大短路电流为IE115八3I k E maxXs.min Xbc XcdXde 10.62012母线E最大运行方式相应的速断定值为亠=Krel XI k .E.max XI最小保护X围计算公式为Iset= 2fmaxEZ1 LminLmin =2zIs.max丨set

20、10.4-20 - / 66即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区 对于保护2等值电路如图2-3所示，母线D在最大运行方式下发生三E相短路流过保护2的最大电流 L.D.max二Xs.mXBC XCD相应的速断定值为I set2 = Krel X max XI set.2Z s.max10.4最小保护X围为-min即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。对于保护3等值电路如图2-3所示，母线C在最大运行方式下发生三E相短路流过保护3的最大电流 L.C.max二XsmnXbc相应的速断定值为 也3二Krel X hc.max X2最小保护X围为inZs.max10.4I set.

21、3即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。上述计算明确，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小 运行发生下可能没有保护区。口n I3整定保护2的限时电流速断定值为1 set二Kset 1 set.1 X线路末段即D处最小运行发生下发生两相短路时的电流为、3EI k .D.max = 2 X s.max X BC X CD =0.8098kAk.D.min所以保护2处的灵敏系数Kset= =0.4484 即不满足Ksen 1.2的要求。nn I同理，保护3的限时电流速断定值为割3二Krel I set2 X线路末段即C处最小运行发生下发生两相短路时的电流为I k.C.max =

22、2 Xs.maxXBC所以有同理得皿set.2 =406A皿set.3 =609Ak .C.min所以保护3处的灵敏系数K：t.3二鳥.3 =0.4531 即不满足Ksen 1.2的要求。都远不能满足要求。iK皿 K 1rerel ss丨 L.max4过电流整定值计算公式为Is；二 Kre 二Kre可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断保护的灵敏度Iset.1 =K皿relKssIDE.maxKre在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的计算公式为、3EI k .min2 Zs.maxZl所以有 耐=727.8A G.min =809.8A Ic.mink .min所以由灵敏度

23、公式Ksen= Iset可知，保护1作为近后备的灵敏度为E.min皿 Ksetl二Iset.1 1.5 满足近后备保护灵敏度的要求；E.min 皿1.2满足最为远后备保护灵1.2满足最为远后备保护灵保护2作为远后备的灵敏度为Kset2 = I sg 敏度的要求；厂二+0.5=1.5sE.min 皿 皿 保护3作为远后备的灵敏度为Kset.3 = I割3 敏度的要求。保护的动作时间为1 =0.5+0.5=1s+皿 +皿t3 =t2 +0.5=2s 2.8当图2.56中保护1的出口处在系统最小运行方式下发生两相短 路，保护按照题2.7配置和整定时，试问1共有哪些保护元件启动？2所有保护工作正常，故

24、障由何处的那个保护元件动作、多长时 间切除？3假如保护1的电流速断保护拒动，故障由何处的那个保护元件 动作、多长时间切除？4假如保护1的断路器拒动，故障由何处的那个保护元件动作、 多长时间切除？答：1由题2.7的分析，保护1出口处即母线D处短路时的最小短路电流为0.8098kA，在量值上小于所有电流速断保护和限时 电流速断保护的整定值，所以所有这些保护都不会启动；该量值大于 1、2、3处过电流保护的定值，所以三处过电流保护均会启动。2所有保护均正常的情况下，应有1处的过电流以1s的延时切除 故障。3分析明确，按照此题给定的参数，1处的速断保护肯定不会动作， 2处的限时电流速断保护也不会动作，只

25、能靠1处的过电流保护动作， 延时1s跳闸；假如断路器拒动，如此应由2处的过电流保护以1.5s 的延时跳开2处的断路器。2.9如图2-4所示网络，流过保护1、2、3的最大负荷电流分别为400A、500A、550A,皿 皿 皿 皿Kss=1.3、心=0.85 , Kre2保护21切除故障后，流过保护4的最大负荷电流14.maxI,在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流I ss.maX = Kss max X1.05=1.365kA,这个电流必须小于保护4的返回电流，否如此1.5s=1.15 ,二 t? =0.5s ,上3 =1.0S,试计算：(1) 保护4的过电流定值；(2) 保护4的过电流定值不

26、变，保护1所在元件故障被切除，当返 回系数G低于何值时会造成保护4误动？Ksen(3) Kre=0.85时，保护4的灵敏系数 =3.2，当Kre=0.7时保护4的 灵敏系数降低到多少？解：过电流保护4的最大负荷电流为 bmax=400+500+550=1450AIset4 保护4的过电流定值为皿KssKrel |I 4.maxKre皿 皿 皿 皿时限为 t4 =max t1 , t2 , t3+ t以后保护4将误切除。相应的要求1 ssmax 1.365 , K re1.365 応=0.535。当返回系数低于0.535时，会造成保护误动。Kse n.4k.B.mink.B.minKre3保护4

27、的灵敏系数K皿K |rel ss I 4.maxKre成正比，当Kre下降时灵敏系数下降,0.7Ksen = 0.853.2=2.635。2.10 在中性点非直接接地系统中，当两条上下、级线路安装相间短 路的电流保护时，上级线路装在A、C相商，二下级线路装在A、B相 上，有何优缺点？当两条线路并列时，这种安装方式有何优缺点？以 上串、并两种线路，假如米用三相星形接线，有何不足？ 答：在中性点非直接接地系统中，允许单相接地时继续短时运行，在 不同线路不同相别的两点接地形成两相短路时，可以只切除一条故障 线路，另一条线路继续运行。不考虑同相的故障，两线路故障组合共 有以下六种方式：1A、2B 、

28、1A、2C、 1B、2A、 1B、2C、 1C、 2A、 1C、2B。当两条上、下级线路安装相间短路电流保护时，上级线路装在A、 C相商，而下级装在A、B相上时，将在1A、2B、 1B、2A、 1C、2A和 1C、2B四种情况下由下级线路保护切除故障，即下级线 路切除故障的几率为2/3;当故障为1A、2C时，将会由上级线路保 护切除故障；而当故障为1B、2C时，两条线路均不会切除故障， 出现保护拒动的严重情况。两条线路并列时，假如两条线路保护动作的延时一样，如此在1A、 2B 、 1C、2A和 1C、2B三种情况下，两条线路被同时切除； 而在（1A、2C）故障下，只能切除线路1 ;在1B、2A

29、故障下，只能 切除线路2;在1B、2C故障下，两条线路均不会切除，即保护拒 动。假如保护采用三相星形接线时，需要三个电流互感器和四根二次 电缆，相对来讲是复杂不经济的。两条线路并列时，假如发生不同相 别的接地短路时，两套保护均启动，不必要切除两条线路的机会就比 拟多。2.11在双侧电源供电的网络中，方向性电流保护利用了短路时电气量 的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题？答：在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。方向性电流保护利用短路时功率方向的特征，当短路功率由 母线流向线路时明确故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向， 允许保护动作。反之，不允许保护动

30、作。用短路时功率方向的特征解 决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保 护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。2.12功率方向判别元件实质上是在判别什么？为什么会存在“死 区 ？什么时候要求它动作最灵敏？答：功率方向判别元件实质是判别参加继电器的电压和电流之间的相 位33,并且根据一定关系cos( +a)是否大于0判别初短路功率的 方向。为了进展相位比拟，需要参加继电器的电压、电流信号有一定 的幅值在数字式保护中进展相量计算、在模拟式保护中形成方波 且有最小的动作电压和电流要求。当短路点越靠近母线时电压越小， 在电压小雨最小动作电压时，就出现了电压死区。在保护正

31、方向发生 最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏。2.13当教材中途2.29的功率方向判别元件用集成电路实现，分别画 出 ur Ur sin(100 t)ir Ir sin (100 t 30 )和 u Ur si n(100 t) ,Ir si n( 100 t 60 )时，各输出 电压随时间变化的波形；如果用数字式微机实现，写出你的算法，并校 验上述两种情况下方向元件的动作情况。答：以内角=30 为例，画出各点输出电压波形如图2-5所示。Uu3uuu 7牛10arg咛 0动作最灵敏条件Ir临界动作条Urejarg 万-90件 Ir图2-5各点电压输出波形图可以看出，在内角=30 时第

32、一种情况下动作最灵敏，第二种情 况元件处于临界动作状态。数字式实现时，动作的判据可以表示为?Urej90 arg 刁 90将第一种情况和第二种情况下的电压、电流带入该判据可以得到 情况1为动作最灵敏，而情况2处于临界动作状态的结论。2.14为了保证在正方向发生各种短路时功率判别元件都能动作，需要 确定接线方式与内角，请给出90 接线方式正方向短路时内角的X 围。答：（1）正方向发生三相短路时，有0 a90 。正方向发生两相短路，当短路点位于保护安装处附近，短路阻抗Zd v乙时，0 aZs 时,-30a60 。综合三相和各种两相短路的分析得出，当0 90 时，使方向 继电器在一切故障情况下都能动

33、作的条件应为30 a60 。2.15 对于90 接线方式、内角为30 的功率方向判别元件，在电力 系统正常负荷电流功率因数在0.85丨下，分析功率方向判别元件的 动作情况。假定A相的功率方向元件出口与B相过电流元件出口串接， 而不是“按相连接，当反方向B、C两相短路时，会出现什么情况？答：内角为30 的功率方向元件，最大灵敏角sen=-30 ，如此动作X 围为-120 d -60 d ,在动作X围内，根据功率元件出口与B 相流过电流元件出口串接，当反方向发生B、C两相短路时，B相过 电流元件动作，由于该元件出口和A相功率方向元件串接，这样就会 启动时间继电器，出现延时跳闸。因而电流元件和功率元

34、件必须“按 相连接。2.16 系统和参数见题2.7 ,试完成：1整定线路L3上不会4、5的电流速断定值，并尽可能在一端加 装方向元件。2确定保护4、5、6、7、8、9处过电流的时间定值，并说明何处 需要安装方向元件。3确定保护5、7、9限时电流速断的电流定值，并校验灵敏度。 答：整定保护5的电流速断。保护4处的母线发生三相短路时，流过 保护5的短路电流为I E 115/. 31 k4Xg3 xl3 =10 16 =2.554A按此电流来整定，动作定值Is；5二心讥4在来看发电机1、2处于最大运行方式下保护5处母线三相短路时， 有X s. minXG1 |XG2 + XL1 |Xl2=18I k

35、5 保护5处的电流为EXs.min X L3远小于按躲过保护4处母线三相短路求得的整定电流，所以保护5 不必安装方向元件，仅靠定值就能保证方向故障时不误动作。现在整定保护4 ,保护4按躲过保护5处母线短路最大电流整定时， 定值为爲4J；elIk5=2.34kA 当保护4处背侧母线三相短路是，流过保护4的电 流为2.554kA，大于其整定值，所以不会误动，必须加装方向元件。2过电流保护按躲过最大负荷电流整定，其量值较小，保护灵敏 度很高，49任何一处保护正向与方向故障时，短路电流的量值都会 超过其整定值，所以每一处都应安装方向元件。在均装方向元件的情况下，4、6、8处的过电流保护的动作时间分别

36、与G3 G2和G1处的过电流保护时间相配合，在其动作延时的根底上 增加一个时间级差；5、7、9处过电流保护的动作时间均与3处过电 流时间相配合，由题2.7可知，三处过电流保护的动作时间为2s，所 以5、7、9处过流保护的动作时间均应取2.5s。35处限时电流速断保护定值应该与3、6、8处电流速断保护的定 值相配合。与3处电流速断保护的定值配合：3处电流速断保护的定值为lSet3 = K；i X Ik.C.max =2.603KA , L3支路对应的分支系数的倒数为1Xg1 |Xg2 Xl1 |X20 409KbrXg1 |Xg2Xl1 |X2 Xg3 Xl3与保护3配合时，I nk n set

37、.6 = K rel X I k 7 =XG3 I nset.5relset.35处限时电流速断保护的定值为心与6处和8处电流速断配合： 假如装设方向元件，如此6处电流速 断保护应该按躲过母线A处三相短路的最大短路电流来整定，而母线 A三相短路时，发电机G1, G2所提供的短路电流不会流过保护6 , 只有发电机G3的电流才流过保护6,所以其I段的整定值为XL3 Xl1 |Xl2 Xl1Xl2K1IirelEXL1I同理，装设方向元件的情况下，8处保护的定值也为扁8=1.048kA。口n in . i按与它们配合时，5处限时电流速断保护的定值为set5Krel Iset.6Krel沁8n取三种情

38、况的最大者，即set.5校验灵敏度：母线B两相短路时，流过5处的最小短路电流为k .B.min,3 E2 Xg3 Xl3 =2.211kAK nsen.5所以灵敏度为k.B.minIset.5 =1.834 满足要在6、8处不装方向元件的情况下，它们速断保护的定值还应安躲过 母线B三相短路时流过它们的最大短路电流来整定。母线B三相短路时流过6、8处的最大短路电流为XL1IIX2I k6.max = I k8.max = 2 XG1 | XG2这时其短路电流速断保护的整定值变为Iset.6= Iset.8 = Krel Ik6.max口n . i所以5处限时电流保护的定值为I碱5Krel I s

39、et.6K nI k .B.minKsen.5灵敏度为Iset.5 =0.85 故不满足要求。2.17在中性点直接接地系统中，发生接地短路后，试分析、总结：（1） 零序电压、电流分量的分布规律；（2）负序电压、电流分量的分布规 律；（3）正序电压、电流分量的分布规律。答：（1）零序电压故障点处零序电压最高，距故障点越远零序电 压越低，其分布取决于到大地间阻抗的大小。零序电流由零序电 压产生，由故障点经线路流向大地，其分布主要取决于送电线路的零 序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，与电源点的数目和位置无 关。（2）负序电压故障点处负序电压最高，距故障点越远负序电压越低，在发电机中性点上负序电压为

40、零。负序电流的分布取决于系 统的负序阻抗。（3）正序电压越靠近电源点正序电压数值越高， 越靠近短路点正序电压数值越低。正序电流的分布取决于系统的正序 阻抗。2.18 比拟不同的提取零序电压方式的优缺点。答：1电磁式电压互感器一般有三个绕组，一个一次绕组，两个二 次绕组。在三相系统中，三个单相式电压互感器的一次绕组接成星形 并将中性点接地，其两个二次绕组一个按星形方式接线，另一个按开 口三角形接线，星形接线的绕组用来测量各相对地电压与相间电压， 开口三角形用来直接获取系统的零序电压。这种方式获取零序电压的 有地啊是简单方便，精度较高，不需要额外的装置或系统；其缺点是 开口三角侧正常无电压，不便于

41、对其进展监视，该侧出现断线短路等 故障无法与时发现，输出零序电压的极性容易标错，从而造成零序功率方向继电器不能正确工作。2采用三相五柱式互感器本身结构比拟复杂，主要应用于35kV与 以下电压等级的中低压配电系统，其优缺点与1的情况类似。3接于发电机中性点的电压互感器，用一只电压互感器即可取得 三相系统的零序电压，较为经济，但适用X围小，同时不平衡电压较 大，不够灵敏。4保护内部合成零序电压的方式接线较为简单，不容易出现接线 与极性的错误，其缺点是装置内部必须设置专门的模块。传统的机电式保护中通常米用1、 2、 3三种方式获取零 序电压；在数字式保护中，倾向于采用方式4；在一些特殊的场合， 也可

42、以采用方式3。2.19 系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系 统，最大开机方式为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压 器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：E 115/、3kV, X1.G1 X2.G1 = X1.G2 X2.G2 =5X1.G3 X2.G3 = X1.G4 X2.G4 =8X1.T1 X.T4=5Xo.T1 X 0.T4 =15X1.T5X1.T6 = 15X0.T5 X0.T6 =20LA B =60km, LB C =40km,线 路阻抗 乙=乙 /km , 鳥=1.15。Z /km , Krel =1.2 ,1画出所有元件全运行时的三序

43、等值网络，并标注参数；2所有元件全保护时，计算母线B发生单相接地短路和两相接地 短路时的零序电流分布；word3分别求出保护1、4零序H段的最大、最小分支系数；4分别求出保护1、4零序I、H段的定值，并校验灵敏度；5保护1、4零序I、H段是否需要安装方向元件；6保护1处装有单相重合闸，所有元件全运行时发生系统振荡, 整定保护1不灵敏I段定值。解：先求出线路的参数，即 LAB=60km, X1.AB X2.AB =24 , Xo.ab=72 lbc =40km,X1.bc X2.bc=16 , %0.眈=48，所有元件全运行是三序电压等值网络图如图2-7所示。X1G1AX1T1YSabEsX1.

44、T6-21- / 66正序等值图X2.G2X2.T6(b)负序等值图word(c)零序等值图图2-7所有元件全运行时三序电压等值网络图2下求出所有元件全运行时，B母线分别发生单相接地短路和两 相接地短路时的负荷序网等值图。1单相接地短路时，故障端口正序阻抗为(Xi.abX1.G1X 1 T14)II(Xi.bcXi.G3 Xi.t32-52 - / 66故障端口负序阻抗为Z 2 Z 1故障端口零序阻抗为X0.T12Xo.ab)|Xot5211(X0.T32X0.BC )如此复合序网等值图如图2-8所示。,Up|115/73I f 0故障端口零序电流为 Z 1 Z 2 Z 0 1267 1267

45、 7-657在零序网中按照零序导纳进展分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分别为I 0.10.125790.130597 =0.194kA0.20.0180180.130597画出零序电流分布图如图2-9所示.UZ 112.670.097A 0.1940.139B0.2780.77单相接地短路复合序网等值图 流分布图=图 2-8图2-9 单相接地短路零序电2)Z,如此复合序网如图2-10所示。12.67 7.6572| Z 0 = 12.67 7.675 =4.77I f 1 故障端口正序电流为U f|0|Z 1 Z 2 |Z 0故障端口零序电流为1f0,12.67f012.67

46、7.675同样地，流过保护1、4的零序电流分别为*2=0.327kA。I0.1 =0.299kA，从而得到如图2-11所示的零序电流分布图0.1640.3270.909U f|0|VZ 212.67_ ,VZ 07.657VZ 112.67两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时一样，即Z 2图2-11 两相图2-10 两相接地短路复合序网等值图 接地短路零序电流分布图3先求出保护1的分支系数Kl-b当BC段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如图2-12所示。ABMI BCM 1 I ABM 1X1K1.bI ABMI ABMX 2对于X1，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有

47、X1max = X 0.T 1X0.AB =87X0.T1 x当两台发电机变压器组运行时X1最小，有X1min二0.AB对于X2，当T5,T6只有一台运行时X2最大，X2max=20 ；当T5,T6两台 全运行时X2最小，X1 1maxX2min =10.因此保护1的最大分支系数Kb.max二X2min =9.7 ，1X1minX最小分支系数为Kl-b-min = X2maxX1max1X1minX最小分支系数为Kb.min = X2max同样的分析保护4的分支系数Kb。当AB段发生接地故障时，T5,T6 YOU 助增的作用，如图2-13所示。ABM丨 BCM 1 丨 ABM 1X1K1.b

48、= X2min=10.因此保护4的最大分支系数K4.b.max二X2min =7.3 , ABMI ABMX 2对于X1，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有 X1max = X0.T3 X0.BC =63X0.T3 x当两台发电机变压器组运行时X1最小，有X1min = 2 0.BC对于X2，当T5,T6只有一台运行时X2最大，X2max=20 ；当T5,T6两台 全运行时X2最小，IABMX1I BCMM *I ABM MX2I A BMX2 x/C BMI图2-12 BC段故障时变压器的助增作用 AB段故障时变压器的助增作用图 2-134保护1整定计算零序I段: 序电流为根据前面的分析

49、结果，母线B故障流过保护1的最大零I0max=o.229kA故 I 段定值 Krel 3I 0.1.max X 3 XZ0(竽X1.G1 X1T1 2X1.ABX1.BCXo.bc|单相接地短路时，有11(X0.T32If0厂1U f|0|从而求得流过保护3的电流为I 0.3X1.G3 X1.T32115 八 3Z 3 =5.865.86 6.63为求保护1的零序H段定值，应先求出保护3零序I段定值，设在母 线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护3的 最大零序电流，因此有5.86 6.63连相接地短路时，有Z 2 |Z 0= 5.866.63U f|0iI f1If1正序电流

50、Z 1 Z 2 l|Z 0 =7.6kA 零序电流 从而求得流过保护3的电流*3这样，流过保护3的最大零序电流dmax保护3的零序I段定值为Iset.3二心创3103吋这样，保护1的零序II段定值为IsetlKeiKi.b.min111.151 set.3=4.9751.548校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护1的最小零序电流心讪Kre灵敏系数3I0.1minnset.1保护4整定计算：零序I段 根据前面的分析结果，母线B故障流过保护4的最大零序 电流为 I04max=O.327kA故 I 段定值 Iset1 = Krel 3I04max x 3x为求保护4的零序I段定值，应先求出保护2零

51、序I段定值，设在母 线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的 最大零序电流，因此有X1.G3 X1T3 2X1.AB X1.BC11(X1.G1X1.T12Z0 (守X 0 t 5X0.bc)|-FX 0 T1X0.AB|T单相接地短路时，有If。盯1U f|0|Z 3 = 4.52115/ 34.52 6.68从而求得流过保护2的电流为I 0.24.52两相接地短路时，有Z 2|Z 0=4.526.866.86U f|0|If1正序电流 Z 1 Z 2 |Z 0 =9.仃kAIf0f1零序电流从而求得流过保护2的电流I0.2保护2流过保护2的最大零序电流的零序I段定值为Is

52、et.2=Krel保护4的零序I段定值为I 0.2.max3I 0.2.maxIdK 1relK4.b.min= 3.775I ；et.21.151.282校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护4的最小零序电流讪Kre灵敏系数310.4 minnset.12.20 系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系 统，最大开机方式为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压 器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：E 115r 3kV, XlG X2G二 X1.G2 X2.G2 =5X1.G3 X2.G3 = X1.G4 X2.G4 =8X1.T1 X1.T4=5, X0.T1

53、X0.t4=15X1.T5 X1.T6 = 15X0.T5 X0.T6 =20,LA B =60km, LB C =40km,线路阻抗 乙=乙 /km , Z0 /km , Krel =1.2 ,5=1.15。其相间短路的保护也采用电流保护，试完成：1分别求出保护1、4的段I、n定值，并校验灵敏度；2保护1、4的I、n段是否安装方向元件；3分别画出相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功率 方向判别元件的交流接线；4相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功率方向判别 元件的内角有何不同；5功率方向判别元件必须正确地按照电压、电流同名端接线后， 才能正确工作，设想现场工程师是如何保证接线

54、极性正确的。解：1保护1的I、n段整定。XXG1XT1Xs min最大运行方式为G1、G2全运行，相应的2=5最小运行方式为一台电机运行，相应的Xs.maxXg1 Xt1 =10(EI d.B.max 母线B处三相短路流过保护1的最大电流XsminXd保护1的I段定值为 7KrelId.B.max x(EI d.C.max 、，、，母线C三相短路流过保护3的最大电流Xs.minXd保护3的I段定值为I set3KrelId.C.max保护1的I段定值为Iset.1K；l1沁3母线B两相短路流过保护1I d.B.max的最小电流、3 E2 Xs.maxXd保护 要求。1电流II断的灵敏度系数Ii

55、 L1KI I d.Bmin 1.691Ksen.1= 2.063=0.83 灵敏度不满足保护4的I、I段整定。最大运行方式为G3、G4全运行，相应的Xs.minXG3 XT32最小运行方式为一台电机运行，相应的XsmaxXG3XT3 =13母线B处三相短路流过保护4的最大电流I d.B.maxEXs.minXdIset.1保护1的I段定值为Ise Krel Id.B.max x母线A三相短路流过保护2的最大电流d.A.maxEXs.minXd保护2的I段定值为 Iset.2KI Irel d .A.max保护K1 IIset.4rel set.24的I段定值为I K I母线B两相短路流过保护

56、4的最小电流d.B.max3 E2 Xs.maxXd保护4电流I断的灵敏度系数 要求2d .A.maxK1sen.4d.Bmin 1.9837Iset4 = 1.97 =1.01 灵敏度不满足计算母线A背侧三相短路时流过保护1的最大短路电流，即EX X Xt3 Xg3 115/ 3X AB X BC2=24 166.5由于Id- .max V 2.747kA= I set.1 均不需要加装方向元件.n并且 IdAmax V 2.036kA= Jet.1 ,故保护 1 的 I、计算母线C背侧三相短路时流过保护4的最大短路电流，即Ed .C.maxXti Xgi115/,3X ABX BC2= 2

57、4 165由于 Id.C.max V 3.54kA= Jet.1，并且 IdC.max 1.97kA= 或4，故 保护 4 的、H 均不需要加装方向元件。3相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功率方向元件 的交流接线图分别如图2-14、2-15所示.图 2-14相间短路的电流保护的功率方向判别元件交流接线 图图2-15零序功率方向元件的交流接线图4对相间短路电流保护功率方向判别元件而言，当0v k 90 , 使相间短路电流保护功率方向判别元件在一切故障时都能动作的条 件为：内角应满足30 60 。对某一已经确定了阻抗角的送电线路而言，应采用 =90 - k,以便短路时获得最大灵敏角。而对

58、零 序功率方向判别元件而言，在保护X围内故障时，最大灵敏角sen =-95 -110 ,即内角 一般为 95 110 。5现场测定互感器极性的常用原理图如图2-16所示。一般采用 直流电池组配合直流毫安表的简单工具，将电池正极接在互感器的一 次同名端，直流电表的红笔正极接在二次同名端，当电路接通时 一次电流由同名端流入，二次电流由同名端流出，指针向右摆动，稳 定后电路断开是指针向左摆动，如此同名端标识正确。假如指针摆动 方向相反，如此二次同名端应在另一端。当电压、电流互感器的同名端极性被正确标定以后，按照功 率方向元件接线原理图仔细地接入后，还可以采用电压、电流、功率 和相角一体化测量仪表进展测量，根据以上电量的幅值、相位关系和 各读数值对接线校核。* *图2-16现场测定电流互感器极性的常用原理接线图2.21 对于比219 复杂得多的实际电力系统，设想保护工程师是如 何完成保护定值计算的？如果你今后从事保护整定计算，如何借助现 在计算工具提高你的劳动效率？答：由于继电保护整定计算多种不同的运行方式，要对不同地点、不