《電力系統(tǒng)繼電保護 習題及答案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電力系統(tǒng)繼電保護 習題及答案（91頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一章 概述 復習思考題答案1-1電力系統(tǒng)在運行中，可能出現(xiàn)故障和不正常工作情況。最常見的故障是各種類型的短路，主要包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路以及發(fā)電機、變壓器繞組的匝間短路等。故障發(fā)生后會造成以下后果：（1）故障點的電弧使故障設(shè)備燒壞。通過短路電流的設(shè)備，由于發(fā)熱和電動力的作用受到損壞或降低使用壽命。（2）電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，使用戶正常工作遭到破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量。（3）破壞電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個電力系統(tǒng)瓦解，導致大面積停電。電力系統(tǒng)正常工作遭到破壞，但未形成故障，稱作不正常工作情況。常見的 類型有：過負荷、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。發(fā)生不正常

2、工作情況的后果是：（1）電氣設(shè)備運行超過額定電流會引起過熱，加速絕緣老化，降低使用壽命，且容易引發(fā)短路。（2）發(fā)電機突然甩負荷造成過電壓，將直接威脅電氣絕緣。（3）電力系統(tǒng)振蕩時，電流、電壓周期性擺動，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行。故障和不正常工作若不及時處理，將引起事故。事故是指人員傷亡、設(shè)備損壞、電能質(zhì)量下降到不能允許的程度和對用戶少供或停電。1-2作為一種重要的反事故措施，繼電保護的基本任務(wù)是：（1）當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能自動、快速、有選擇地將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，使故障設(shè)備免受損壞，保證系統(tǒng)其它部分繼續(xù)運行。（2）當發(fā)生不正常工作情況時，能自動、及時、有選擇地發(fā)出信號，由值班人員進行處理，

3、或切除繼續(xù)運行會引起故障的設(shè)備。1-3繼電保護是利用電氣量或物理量的顯著變化來區(qū)分電力系統(tǒng)正常運行與發(fā)生故障或不正常運行情況。例如：1 反應電氣量的保護（1）可根據(jù)電流的劇增，構(gòu)成電流保護原理；（2）反應電壓劇減，構(gòu)成低電壓保護原理；（3）同時反應電壓降低和電流增加，構(gòu)成阻抗（距離）保護原理，它以阻抗減小的多少來反應故障點距離的遠近，并決定是否動作；（4）同時反應電壓與電流之間相位角的變化，則可以判斷故障點的方向，構(gòu)成方向保護原理（正向故障動作，反向不動作）此外，還可以利用正常運行時沒有或很小而故障時卻很大的電氣量，即某一對稱分量（負序或零序）的電壓、電流和功率，來構(gòu)成序分量保護原理。2 反應

4、物理量的保護可利用正常和故障時物理量（如氣體溫度）的變化來構(gòu)成相應的保護，如反應變壓器內(nèi)部故障時油蒸汽和油速度增大的瓦斯保護，反應變壓器、電動機繞組溫度或油溫度升高的溫度保護。不論是反應電氣量還是物理量變化的保護，當其測量值超過一定數(shù)值（整定值）時，繼電保護將有選擇地切除故障或顯示電氣設(shè)備的不正常工作情況。1-4繼電保護裝置一般由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。各部分作用分別是：（1）測量部分：是將被保護對象（輸電線路或其它電氣元件）輸入的信息（電流、電壓等）與實現(xiàn)給定的整定值進行比較，判斷被保護元件有無故障或異常情況，并輸出相應的信息。（2）邏輯部分：根據(jù)測量部分輸出的信息，使保護裝置按一

5、定的邏輯關(guān)系工作，以確定是否需要給出瞬時或延時動作于跳閘或信號的相應信息（3）執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分輸出的信息，將跳閘或報警信號送至斷路器的控制回路或報警信號回路1-5對繼電保護的基本要求有：1）選擇性；2）速動性；3）靈敏性；4）可靠性四者之間既相互聯(lián)系又相互矛盾。例如，為保證選擇性，有時要求保護動作帶延時（即降低了速動性要求）；為保證靈敏性，有時允許保護非選擇性動作（即降低選擇性要求），再由自動重合閘裝置來糾正；為保證速動性和選擇性，有時序采用較復雜的保護裝置（即降低了可靠性）。因此，須從電力系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，分清主次，求得最優(yōu)情況下的統(tǒng)一，如對于中、低壓電氣設(shè)備，速動性要求就比高電壓等

6、級電氣設(shè)備的低。1-6是非選擇性動作。若K1點短路保護1、2拒動或斷路器QF1、QF2拒動，則保護3動作，跳開斷路器QF3起到后備保護作用。同理也可作為相鄰元件變壓器或線路BD的遠后備保護第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護復習思考題答案2-1以電磁型繼電器為例，當電磁力矩Me小于繼電器動作力矩Me.act時，繼電器不動作，觸點斷開；當MeMe.act時，繼電器立即動作，觸點迅速閉合。在繼電器動作后，只有MeMe.res（返回力矩）時，繼電器才突然返回到原位。無論動作和返回，繼電器的動作都是明確、干脆的，不可能停留在某個中間位置。這種特性，稱作繼電器“繼電特性”2-2電流繼電器的輸入電流增大，

7、達到一定值時，繼電器動作，此時的電流稱為繼電器的動作電流Ik.act。繼電器動作后，減小輸入電流，達到一定值時，繼電器返回，此時的電流稱為返回電流Ik.res。返回電流與動作電流的比值Kres= Ik.res/ Ik.act稱為返回系數(shù)。由于過流保護的定值Ik.act= Ik.res/Kres，所以，Kres增大可以降低定值Ik.act ，從而提高靈敏度。當然，返回系數(shù)也不能過大，過大會造成繼電器動作不可靠，因此一般取0.85-0.9。2-3變換器的作用是：（1）變換電量。將電壓互感器二次側(cè)電壓（100V）和電流互感器的二次側(cè)電流（5A）轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流，以適應弱電元件的需要。（2）隔離電

8、路。電流、電壓互感器二次側(cè)安全接地，是為了保證人身和設(shè)備的安全。而弱電元件往往與直流電源連接，直流回路又不允許直接接地，故常需要經(jīng)變換器將交、直流電路隔開；另外，弱電元件易受干擾，借助變換器的屏蔽層可以減少來自高壓設(shè)備的干擾。（3）調(diào)整定值。通過改變變換器一次繞組或二次繞組的抽頭，可實現(xiàn)保護裝置整定值的調(diào)整。電壓變化器的輸入、輸出量均為電壓；電流變換器的輸入、輸出量均為電流，但通常在其二次側(cè)并聯(lián)一小電阻R，來獲得電壓量；電抗變壓器的輸入量為電流，輸出量為電壓。電抗變壓器的鐵芯有氣隙，可使磁阻增大，勵磁阻抗減小且接近于感抗，磁路不易飽和，從而線性變換范圍增大，并且具有移相作用，常用來模擬阻抗。（

9、注意：教材13頁、14頁中電抗變壓器部分的Ze、Ie、Ie.r、Ie.a、Ij、Rj、Zloa均為歸算到一次側(cè)的量，即應為Ze、Ie、Ie.r、Ie.a、Ij、Rj、Zloa）2-4在反映電流增大而動作的電流保護中，電流速斷保護無動作延時，但卻不能保護線路全長；限時電流速斷保護能保護線路全長，卻不能作為相鄰線路的后備保護；定時限過電流保護可以作為本線路和相鄰線路的后備保護，但動作時間較長。為保證迅速、可靠地切除故障，可將這三種電流保護根據(jù)需要組合在一起構(gòu)成一整套保護，稱為三段式電流保護。三段式電流保護各段動作電流、保護區(qū)和動作時限的配合情況如題2-4圖所示。當被保護線路始端短路時，由I段瞬時切

10、除；該線路末端附近的短路，由第段經(jīng)0.5s延時切除；而第段只起后備作用。因此，裝有三段式電流保護的線路，一般可在0.5s左右時限內(nèi)切除故障。2-5對某一套保護裝置來講，任一點短路時，通過該保護裝置的短路電流為最大的運行方式，稱作系統(tǒng)最大運行方式；而短路電流為最小的運行方式，稱作系統(tǒng)最小運行方式。對于不同安裝地點的保護，最大和最小運行方式不一定相同，應根據(jù)具體的分析、計算來確定。在整定動作值時，因為要保證保護動作的選擇性，整定值須躲過本線路末端（或相鄰線路首端）的最大短路電流，而只有在最大運行方式下短路時，流過保護裝置的短路電流才會最大。若不是在最大運行方式下整定，則在最大運行方式下相鄰線路短路

11、時，流過保護安裝處的短路電流將可能超過定值而使動作失去選擇性。在校驗時，因為要保證在最不利情況下發(fā)生短路時，有足夠的靈敏度，因此需要考慮在最小運行方式下進行校驗（因為在最小運行方式下短路時，流過保護安裝處的短路電流為最小，屬最不利情況）。2-6 由于限時電流速斷保護的保護范圍延伸到下一線路的段電流速斷保護范圍內(nèi)，因此，為保證動作的選擇性，即下一線路段保護范圍內(nèi)的短路故障由該線路的段保護切除。限時電流（上一線路的）速斷保護應在動作時限上加以配合，即高出一個時限級差。對于，從盡快切除故障的角度出發(fā)，應越小越好，但為了保證兩套保護動作的選擇性，不可能選擇過小，以題2-6圖中線路BC首端K2點短路時，

12、保護1、2動作時間的配合為例來說明t要考慮的因素：1）斷路器QF2的跳閘時間tQF2（從接通跳閘回路到觸頭間電弧熄火時間）；2）保護2動作的正誤差時間tP2；3）保護1動作的負誤差時間tN1；4）時間裕度tS；這樣，從選擇性要求出發(fā)，保護1的II段動作時限為t1II= t2I + tQF2+ tP2+ tN1+ tS，即時限極差t= tQF2+ tP2+ tN1+ tS 。由此確定的t一般為0.35-0.6s，通常取t=0.5s。2-7（更正：本題圖中，保護2的最大動作時限應為t2.max=1.5s）保護1電流段動作時限應與保護2和4的動作時限較大者配合，因此t1.max=3.0s。2-8 段

13、過電流保護在整定動作電流時，不僅應大于該線路可能出現(xiàn)的最大負荷電流，同時還應考慮在外部短路切除后，保護裝置應能可靠返回，即外部故障時，該保護在短路電流下起動，但在延時未到時，故障已被故障線路保護切除，此時，即使在電動機自起動電流下（一般大于正常負荷電流），也應可靠返回（不會動作跳閘），因此，段過流保護應考慮靠返回系數(shù)。返回電流值越高，越能夠可靠返回。在整定、段時，不需考慮返回系數(shù)，因為根據(jù)、段的整定原則可知，它們的定值較高。在外部故障時段根本就不起動，段即使起動，在外部故障切除后，電動機自起動電流下也會因其較高的定值而可靠返回，所以不需要考慮返回系數(shù)。2-9電流互感器的等值電路如題2-9圖（a

14、）所示（各元件含義見教材P29和P30）當Z2s+ Zloa=0時，勵磁電流,一次電流全部轉(zhuǎn)化為二次電流，誤差為零；當Z2s+Zloa0時, , 。此時歸算后的一次電流不等于二次電流，電流互感器出現(xiàn)比值誤差I(lǐng)若Ze的阻抗角je與(Z2s+ Zloa)的阻抗角j2不同, 則會產(chǎn)生相角誤差所謂10%誤差曲線是指電流互感器比值誤差為10%，相角誤差不超過7時，額定電流倍數(shù)m10與允許負載阻抗Zloa之間的關(guān)系曲線。這里，額定電流倍數(shù)m10=I1/ I1N（I1N 為一次額定電流）。利用10%誤差曲線可以實現(xiàn)對負載阻抗Zloa的選擇和校驗。當已知一次電流I1 時，算出m101，利用該曲線，便可確定Zl

15、oa1 ，如題2-9圖（b）所示；當已知Zloa 時，若實際算得m10與Zloa 所確定的交點處于該曲線之下（如圖中M點），則電流誤差不超過10%。2-10在中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，可能出現(xiàn)的最大零序電壓3U0的大小為故障相電壓；在中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，可能出現(xiàn)的最大零序電壓3U0的大小為3倍故障相電壓。具體分析如題2-10圖（a）（b）中相量關(guān)系所示。為保證電壓互感器二次額定電壓不超過100V，因此，用于中性點直接接地電網(wǎng)時，變比為，用于中性點非直接接地電網(wǎng)時，變比為。2-11在電流互感正常運行時，二次電流對一次電流產(chǎn)生的磁動勢起去磁作用，勵磁電流很小，所以鐵芯中的總

16、磁通很小，二次繞組的感應電動勢不超過幾十伏。當二次回路開路時，去磁作用消失，則一次電流全部轉(zhuǎn)化為勵磁電流，使鐵芯中磁通量劇增，導致鐵芯極度飽和。由于感應電動勢與磁通變化率成正比，因此電流互感器二次側(cè)開路時，感應電動勢的幅值很高，可達數(shù)千伏。這樣高的二次電壓不但威脅人身安全，而且會使繞組和設(shè)備的絕緣損壞。此外，由于磁感應強度增大，使鐵芯損耗增大，導致鐵芯嚴重發(fā)熱，甚至使鐵芯因過熱而燒毀。因此，運行中不允許電流互感器二次側(cè)開路。運行中電壓互感器的二次側(cè)不能短路，因為電壓互感器是一個內(nèi)阻很小的電壓源。正常運行時，負荷阻抗很大，相當于開路狀態(tài)，二次側(cè)僅有很小的負荷電流。當二次短路時，負荷阻抗為零，會產(chǎn)

17、生很大的短路電流，將電壓互感器燒毀。2-12電流保護的接線方式是指電流繼電器與電流互感器的二次繞組之間的連接關(guān)系。三相完全星形和兩相不完全星形接線在不同相別的短路組合中，動作情況不同，因而各有優(yōu)缺點。1各種相間短路兩種接線方式都能正確反應，只不過動作的繼電器數(shù)目不同。前者對各種相間短路，均至少有兩個繼電器動作，可靠性高；后者在AB和BC相間短路時只有一個繼電器動作。2中性點非直接接地電網(wǎng)中兩點異地接地短路在中性點非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生兩點異地接地短路時允許只切除一個接地點，以提高供電的可靠性。（1）對于題2-12圖（a）中串聯(lián)線路L1和L2，當發(fā)生類似于K1、K2點兩點異地短路時，若采用完全星形

18、接線，由于保護都是按選擇性要求在整定值和時限上配合，能夠保證100%只切除線路L2。若采用不完全星形接線，則只能保證有2/3的機會有選擇地切除一條線路（如K2點為B相故障時，保護2不動作，只能由保護1動作切除故障），從而在某些情況下擴大了停電范圍。（2）并聯(lián)接線L2和L3，當發(fā)生類似于K2、K3點兩點異地短路對于圖中時，若采用完全星形接線，將100%切除兩條線路L2、L3，擴大了停電范圍。若采用不完全星形接線，則可有2/3的機會只切除一條線路（B相接地的那條線路不會被切除），供電的可靠性高于前者。（3）Y，d11接線變壓器后兩相短路由題2-12圖（c）（d）所示變壓器兩側(cè)各相電流相量關(guān)系可見，

19、保護安裝處B相電流大小是A、C兩相電流的兩倍，因此，不完全星形接線因不能反應B相電流而使靈敏度是完全星形接線的1/2。根據(jù)以上分析，完全星形接線因可靠性和靈敏性較高，廣泛應用于發(fā)電機、變壓器等大型貴重設(shè)備的保護中；不完全星形接線方式，因較為簡單、經(jīng)濟，所以在中性點直接接地電網(wǎng)和中性點非直接接地電網(wǎng)中，廣泛采用它作為相間短路保護的接線方式。事實上，在中性點非直接接地電網(wǎng)中的變電所母線上，并列線路居多，對于兩點接地故障采用不完全星形接線有2/3的機會只切除一條線路，要比完全星形接線方式100%切除兩條線路優(yōu)越。2-13畫出相量圖如題2-12圖（c）（d）所示。由相量圖和已知條件可知所以B相電流是其

20、它兩相的兩倍，但若采用不完全星形接線，B相無繼電器，只能由A、C相繼電器動作。為提高靈敏度，可在中性線上加一電流繼電器如題2-12圖（b）所示。因該繼電器流入的是A、C相電流之和，因此靈敏度可提高一倍。2-14展開圖如圖所示2-15 (注意：教材49頁圖2-56應為題2-15圖)設(shè)Z1=0.4W，KIrel=1.25，KIIrel=1.1，KIIIrel=1.2，Kss=1.5，Kres=0.85，t3。max=0.5s1.保護1電流I段整定計算（1）求動作電流IIact.1。按躲過最大運行方式下本線路末端（即B母線處）三相短路時流過保護的最大短路電流整定，即（2）動作時限。為保護固有動作時間

21、，即t1I=0s（3）靈敏性校驗，即求保護范圍。在最大運行方式下發(fā)生三相短路時的保護范圍為滿足要求。最小運行方式下發(fā)生兩相短路時的保護范圍為，滿足要求。2.保護1電流段整定計算（1）求動作電流IIIact.1。按與相鄰線路保護2的段動作電流相配合的原則整定，即（2）動作時限。應比相鄰線路保護2的段動作時限高一個時限級差Dt，即（3）靈敏系數(shù)校驗。利用最小運行方式下本線路末端（即B母線處）發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護的電流來校驗，即，滿足要求。3保護1電流段整定計算（1）求動作電流Iact.1。按躲過本線路可能流過的最大負荷電流來整定，即（2）動作時限。應比相鄰線路保護的最大動作時限高一個時限級

22、差Dt，即（3）靈敏系數(shù)校驗。1）作近后備時。利用最小運行方式下本線路末端兩相金屬性短路時流過保護的電流校驗靈敏系數(shù)，即2）作遠后備時。利用最小運行方式下相鄰線路末端發(fā)生兩相金屬性短路時流過保護的電流校驗靈敏系數(shù)，即2-16 在系統(tǒng)運行方式變化很大時，電流速斷保護的保護范圍可能很小，甚至沒有保護區(qū)。為了能在不增加保護動作時間的前提下，擴大保護范圍，可采用由電流繼電器和電壓繼電器共同作為測量元件的電流、電壓連鎖速斷保護。由于該保護采用電流、電壓元件相互閉鎖方式構(gòu)成“與”邏輯，因此，在外部短路時，只要有一個測量元件不動作，保護就不會動作。這樣在整定計算時，可以不考慮最大或最小兩種極端運行方式，只按

23、經(jīng)常出現(xiàn)的運行方式整定，即可保證動作的選擇性，從而使保護有較大的保護范圍。這里，電流、電壓元件按經(jīng)常運行方式下兩者的保護范圍相等這一條件來整定。2-17 從選擇性方面來說，電流速斷（后簡稱為I段）保護的選擇性是靠動作電流來實現(xiàn)的；限時電流速斷（后簡稱為II段）和過電流（后簡稱為III段）保護則是靠動作電流和時限共同完成的。它們在單側(cè)電源輻射網(wǎng)中能夠保證選擇性，但在多電源網(wǎng)絡(luò)或單電源環(huán)網(wǎng)中，則只有在某些特殊情況下才能滿足選擇性要求。從速動性方面來說，I段保護以保護固有動作時限動作跳閘；II段保護動作時限一般在0.5s以內(nèi)，因而動作迅速是這兩種保護的優(yōu)點。III段保護動作時限較長，特別是靠近電源側(cè)

24、的保護動作時限可能達幾秒，這是III段保護的主要缺點。從靈敏性上看，I段保護不能保護線路全長，且保護范圍受運行方式的影響較大；II段保護，雖按保護線路全長整定，但靈敏性依然受系統(tǒng)運行方式的影響；III段保護因按最大負荷電流整定，靈敏性一般能滿足要求，但在長距離重負荷線上，由于負荷電流幾乎與短路電流相當，則往往難以滿足要求。受運行方式影響大、靈敏性差是電流保護的主要缺點。從可靠性來看，由于三段式電流保護繼電器簡單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定計算都較簡便，不易出錯，因此可靠性較高?？傊问诫娏鞅Ｗo最主要的優(yōu)點是簡單、可靠，在一般情況下能滿足快速切除故障的要求，因此廣泛用于35kV及以下單側(cè)電源輻

25、射電網(wǎng)中。第三章 電網(wǎng)相間短路的方向電流保護 復習思考題答案3-1單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，可以看成一個雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)。沿順時針方向來看，各過電流保護的動作時間應滿足t1t3t5t7；沿逆時針方向來看，應滿足t8t6t4t2。此外，還要考慮與相鄰母線上其它非環(huán)網(wǎng)出線的保護動作時限相配合，即比最大時限高一個級差Dt。例如，t1應比t3和 t9的較大者高一個時限級差Dt。須指出的是，由于保護11所保護線路是在電源母線上，因此，兩個方向上的末端保護7和2，均不須與保護11配合（因為該出線發(fā)生短路故障時，保護7和2 上無短路電流流過）。設(shè)保護2、7的動作時間為t2 =t7=0s（最末一級線路保護無須與其它

26、保護配合，因此可以整定為0s過流），則其它各保護的動作時間分別為：t5 =t7+Dt=0.5st3 =t10+Dt=2.5s（因為t10t5）t1 =t3+Dt=3.0s（因為t3t9）t4 =t9+Dt=2.0s（因為t9t2）t6 =t4+Dt=2.5s（因為t4=t10）t8 =t6+Dt=3.0s對于B母線上各出線保護來說，t2t9t3，因此，保護2需裝置方向元件，保護3不需裝；對于C母線上各出線保護來說，t5t4=t10，因此，保護4、5均需裝方向元件；對于D母線來說，t7t6，因此，保護7需裝方向元件，保護6不需裝。對于母線A來說，當保護11所在出線發(fā)生短路時，保護1、8處無短路電

27、流流過，因此，保護1、8不需裝方向元件。對于所有非環(huán)網(wǎng)線路，如保護9、10、11所在線路均為單電源線路，因此，不需裝方向元件。3-2 按相位比較原理構(gòu)成的功率方向繼電器，比較相位的兩個電壓為當時繼電器動作。如果將相位比較的兩個電壓量作為平行四邊形的兩條邊可作平行四邊形如題3-2圖所示。當q=90時（如題3-2圖（a）所示），繼電器處于臨界動作狀態(tài)，此時，平行四邊形對角線的幅值關(guān)系為；當q90時（如題3-2圖（c）所示），繼電器不動作，此時，。可見，幅值關(guān)系和相位關(guān)系是一一對應的，因此，相位比較原理與幅值比較原理具有互換性。由相量關(guān)系不難看出當時，繼電器動作。從而由相位比較原理轉(zhuǎn)換為了幅值比較原

28、理的功率方向繼電器。同理，若已知幅值比較原理的兩個電壓,同樣可以得到相位比較原理的兩個電壓由此可見，相位比較原理和幅值比較原理之間具有互換性。3-3 由于功率方向繼電器存在最小動作電壓Uact.min，當保護正向出口附近發(fā)生相間短路時，如果母線殘壓小于Uact.min，將導致方向繼電器在正向出口區(qū)域內(nèi)短路時不動作，該區(qū)域稱為功率方向繼電器的死區(qū)。顯然，Uact.min越小，死區(qū)越小。對于教材中圖3-10所示功率方向繼電器，由于在電壓變換器UV一次回路中串接有電容C1，與UV一次繞組W1的電感構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，因此，即使輸入電壓突然消失，也可借助諧振回路的暫態(tài)過程，使W1上的電壓仍能維持一段時間

29、，即對輸入電壓起到記憶作用，在記憶時間內(nèi)UV二次輸出電壓不為零。該記憶時間約為70ms。因繼電器動作時間一般小于25ms，故可以消除功率方向繼電器的死區(qū)。3-4 理論上當加入功率方向繼電器的電流為零或電壓為零時，都將使繼電器的動作量與制動量相平衡。以比幅式功率繼電器為例，動作量，制動量，當或為零時，繼電器不可能動作。但實際上，由于繼電器內(nèi)部參數(shù)不平衡，只加電流而電壓為零，或只加電壓而電流為零時，極化繼電器KP線圈兩端出現(xiàn)動作電壓或制動電壓，使KP動作或制動，這種現(xiàn)象稱為功率方向繼電器的潛動。KP線圈上出現(xiàn)使其動作的電壓，稱為正向潛動；出現(xiàn)使其制動的電壓，稱為反向潛動。如果正向潛動嚴重，則在保護

30、安裝處反向出口短路時，功率方向繼電器可能誤動。相反，如果反向潛動嚴重，則正向出口短路時，功率方向繼電器靈敏性可能降低，甚至拒動。3-5 90接線方式的主要優(yōu)點是：1）不論發(fā)生三相短路還是兩相短路，繼電器均能正確判斷故障點方向；2）選擇合適的繼電器內(nèi)角a，可使繼電器在各種相間短路故障時，工作在接近最靈敏狀態(tài)；3）對于兩相短路故障無死區(qū)，因為加入繼電器的電壓含有非故障相電壓，遠大于繼電器的最小動作電壓。對于近處三相短路，由于電壓回路的記憶作用，可以消除繼電器死區(qū)。3-6 最靈敏角的含義是指當輸入繼電器的電壓滯后電流最靈敏角的大小時，動作量最大，制動量最小，繼電器工作在最靈敏狀態(tài)。3-7對于保護3來

31、說，K點短路屬于正向近處短路，則保護安裝處各電氣量的相量關(guān)系如題3-7圖（a）所示。短路電流由電動勢產(chǎn)生，且滯后的角度為線路阻抗角，保護安裝處的電壓就是短路點的電壓，。（分析方法參考電力系統(tǒng)故障分析）。對于B相功率方向繼電器，按接線方式，輸入繼電器的電流，電壓，該電壓滯后電流。若繼電器內(nèi)角，則繼電器的動作區(qū)為直線MN的陰影側(cè)，電流落在動作區(qū)內(nèi)，繼電器動作。對于保護2來說，K點為背后短路點，流過B相繼電器的電流為，即，從圖中可以看出，在動作區(qū)之外，繼電器不動作。對于保護1來說，K點短路為正向遠處短路，保護安裝處各電氣量的相量關(guān)系如題3-7圖（b）所示。短路電流仍然由電動勢產(chǎn)生，且滯后于的角度為線

32、路阻抗角。保護安裝處的電壓，。對于B相功率方向繼電器，電壓滯后電流。若繼電器內(nèi)角，則其動作區(qū)為題3-7圖（b）中直線MN陰影側(cè)。電流在動作區(qū)內(nèi)且在最靈敏線上，因此保護1的B相功率方向繼電器可以靈敏動作。但對于保護1來說，K點短路為相鄰線路故障，可通過電流繼電器定值和時間繼電器延時來實現(xiàn)選擇性。只有在保護3或該線路斷路器拒動的情況下，才會動作，起遠后備作用。（注意：教材61頁的圖3-17（b）應為下圖所示,圖中直線MN與是重合的）復習思考題（第四章）4-1 在中性點直接接地和非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時對接地保護要求如何？為什么？答：（1）中性點直接接地電網(wǎng)中，通常裝設(shè)專用而簡單，動作與跳閘的

33、接地保護，因為大接地點電網(wǎng)發(fā)生接地故障的幾率特別大，發(fā)生接地短路時，將出現(xiàn)很大的故障相電流和零序電流，靈敏系數(shù)往往不能滿足要求，動作時間較長，（2）中性點非直接接地電網(wǎng)中，通常裝設(shè)動作于信號也可跳閘的接地保護，因為中性點非直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生接地短路時，故障點上流過比負荷小得多的電流，且電網(wǎng)的線電壓保持對稱，不影響對用戶供電。4-2 在中性直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時，零序電壓和零序電流有何特點？答：（1）零序電壓在故障點最高，離故障點越遠，零序電壓越低，變壓器中性點處零序電壓為零。 （2）零序電流只在中性點接地的電網(wǎng)中流通。系統(tǒng)的零序阻抗越小，接地點的零序電流越大，流過兩側(cè)的零序電流與該側(cè)的

34、零序阻抗成反比。 (3) 如正方向發(fā)生接地故障，零序電流超前零序電壓一個鈍角，零序功率由故障線路流向母線。4-3 變壓器中性點接地的基本原則有哪些？為什么？答：（1）每個發(fā)電廠或低壓側(cè)有電源的變電所至少有一臺變壓器中性點接地，以防止由于失去中性點后發(fā)生接地短路時引起的過電壓。 （2）每個電源處有并列運行的變壓器時，應將部分變壓器的中性點接地。這樣，當某一臺中性點接地變壓器由于檢修或其他原因退出時，可將另一臺變壓器中性點接地，從而保護零序網(wǎng)絡(luò)基本不變，以保持零序電流的大小和分布不變。 （3）變壓器低壓側(cè)無電源時，為提高零序保護的靈敏性，變壓器應不接地運行。 （4）變壓器中性點絕緣水平較低時，中性

35、點必須接地，以防止由于中性點電壓升高導致的絕緣損壞。4-4 通過哪些方法可以獲取零序電流和零序電壓？產(chǎn)生不平電流 的原因有哪些？答：（1）零序電流的獲得：a) 利用三個同型號的電流互感器并接獲得。b) 利用零序電流互感器獲得。 （2）零序電壓的獲得：a) 利用電壓互感器開口三角形獲得。b) 發(fā)電機中性點經(jīng)電壓互感器或消弧線圈接地，通過二次側(cè)可獲得。 （3）不平衡電流產(chǎn)生的原因：如采用三個同型號的TA并接獲得零序電流，正常運行和相間短路時，若考慮TA勵磁電流的影響，此時零序電流濾過器輸出電流。另外三只TA的特性不完全一致也會造成不平衡電流。而采用零序電流互感器，正常運行和相間短路時，一次側(cè)三相電

36、流平衡二次就不會出現(xiàn)零序電流。4-5 圖4-18為中性點直接地系統(tǒng)中某一線路，正常時流過的負荷電流為400A。已知：電流互感器變比為600/5，零序電流繼電器的動作電流Iact.k=3A，試問：（1） 正常運行時，若互感器的極性接反，繼電器是否會誤動作？為什么？（2） 正常時若有一個互感器二次側(cè)斷線，繼電器是否會誤動作？為什么？（3） 如要實現(xiàn)零序方向過電流保護需增加那些設(shè)備和繼電器，試在圖4-18中補充、畫出連接情況并標示其極性端。答：（1）一個極性接反，流過繼電器的電流為 I = 2400/（6005） = 6.67A3A 所以會誤動。見題4-5（a） （2）一個互感器二次側(cè)斷線，流過繼電

37、器的電流為 I = 400/（6005）= 3.33A3A 所以會誤動。見題4-5（b）（4） 如通過電流保護已實現(xiàn)跳閘功能，則需添加零序功率方向繼電器，其電流取零序電流濾序器輸出，電流取TA開口三角，接線見題圖4-5（c）。 如通過電流保護來實現(xiàn)跳閘功能，則還需添加時間繼電器、信號繼電器、跳閘線圈等設(shè)備，具體見圖4-5（c）。4-6 在中性點直接接地的電網(wǎng)中，為何不采用三相式相間電流保護兼作單相接地保護 ？答：（1）三相式相間電流保護的速斷及延時速斷部分，是按最大運行方式下的三相短路電流進行整定，三相式相間過電流保護采用負荷電流進行整定，且時限較長，因而在本線或相鄰線路發(fā)生接地故障時，接地故

38、障電流可能小于整定值，造成保護拒動或經(jīng)長延時動作，保護的靈敏性、速動性不滿足要求。 （2）三相式相間電流保護可能受到振蕩及過負荷的影響。 綜合以上兩點，可知不宜采用三相式相間電流保護兼作單相接地保護。4-7 在下圖網(wǎng)絡(luò)中，擬在斷路器QF1-QF5上裝設(shè)過電流保護和零序過電流保護，取t=0.5s，試確定：（1）過電流保護的動作時限； （2）零序過電流保護的動作時限；（3）畫出兩種保護的時限特性。答：（1）QF5： t5= 1.5S QF4： t4= 2S QF3： t3= 2.5S QF2： t2=3.5S QF1： t1=4S（2）QF5： t0.5 =0S QF4： t4= 2S QF3：

39、t0.3=1.5S QF2： t0.2=2S QF1： 不裝零序過電流(3)動作時限如題4-7圖4-8 為什么零序功率方向繼電器不需要 “記憶” 回路?接地短路時,該繼電器在哪些情況下不動作?答： 因接地故障點愈靠近保護安裝處,零序電壓越高,不存在電壓死區(qū),所以不需 “ 記憶” 作用。繼電器在下列情況下不動作： 接地短路時，該繼電器在反方向故障時不動作； TV斷線，輸入KWZ的3U0=0，KWZ不動作； 接線錯誤、極性接反則正方向接地故障時不動作； 繼電器內(nèi)部元件損壞也不能造成不動作。4-9 中性點不接地電網(wǎng)單相接地時有哪些特征？試比校實現(xiàn)接地保護的方式及其適用范圍。答：1、（1）接地相對電壓

40、為零，非故障相電壓倍。該電網(wǎng)出現(xiàn)零序電壓，數(shù)值上等于故障前電網(wǎng)的相電壓 ，且各處零序電壓相等。 （2）非故障線路保護安裝處通過的零序電流為該線路的零序電容電流，數(shù)值為 （如線路L1） ；方向從母線流向線路，它超前零序電壓900 。 （3）故障線路保護安裝處通過的零序電流為該電網(wǎng)所有非故障元件的零序電容電流之和，方向從線路流向母線，它滯后零序電壓900 。（5） 接地點流過該電網(wǎng)各元件對地電容電流之和，即 2、 實現(xiàn)方式：（a）絕緣監(jiān)視裝置，沒有選擇性。 （b）零序電流保護，適用于有條件安裝零序電流互感器的線路上。 （c）零序功率方向保護，適用于線路數(shù)較少，且零序電流保護的靈敏系數(shù)不滿足要求。4

41、-10 消弧線圈的作用是什么？通常采用哪些補償方式，為什么？為什么中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)實現(xiàn)有選擇性的接地保護較為困難？答：（1）消弧線圈的作用：當單相接地時，有一感性電流通過，接地點并與電網(wǎng)的電容電流抵消，從而減小接地點電流。 （2）通常采用過補償，因為完全補償和欠補償都有可能使，即，引起串聯(lián)諧振。 （3）故障線路補償后的感性電流與相位關(guān)系和非故障線路性電流與的相位關(guān)系相同；在數(shù)值上也和非故障線路的容性電流差不多，因此不能采用零序功率方向保護和零序電流保護，所以，實現(xiàn)有選擇性的接地保護較困難。第五章 電網(wǎng)的距離保護復習思考題答案5-1 試說明距離保護的測量阻抗Zm，整定阻抗Zset和輸電線

42、路故障時的短路阻抗Zk的含義和區(qū)別；如何算出阻抗繼電器的相應阻抗值？答：測量阻抗Zm： 保護安裝處電壓與電流之比，為實際測量阻抗；整定阻抗Zset：為人為整定的阻抗繼電器的動作阻抗；短路阻抗Zk：為短路點至保護安裝處的實際距離所對應的阻抗值； 計算阻抗繼電器的相應阻抗值 ：區(qū)別：保護測量阻抗不一定等于短路阻抗，測量阻抗相應于一次子系統(tǒng)變化而變化；整定阻抗一經(jīng)整定后相對固定。5-2 何為距離保護？試繪圖表述三段式距離保護的時限特性和構(gòu)成框圖。答：距離保護：利用測量阻抗來反應保護安裝處到短路點之間的距離并根據(jù)距離的遠近確定動作時限的一種保護。注：段為距離保護的時限為保護固有動作時間；段為距離保護的

43、時限比相鄰距離保護段大一個時間級差t；段為距離保護的時限比相鄰線路的距離保護時限最大值大一個時間級差t；起動部分、測量部分同時動作，保護才出口跳閘。5-3 試在復數(shù)阻抗平面上畫出Zset相同的全阻抗、方向阻抗、偏移特性和電抗型阻抗繼電器的動作特性；按幅值比較原理寫出它們的動作條件；并利用比幅式和比相式的互換關(guān)系，分別寫出相位比較原理的動作條件。答：見表繼電器動作特性圖比幅式動作條件比相式動作條件Zm全阻抗 zset Zm方向阻抗 zset Zm偏移阻抗 zset -zset Zm電抗型 jXset Zset 題5-3表5-4 某方向阻抗繼電器zset=8600，若zm=7300，試問該繼電器能

44、否動作？為什么？答： 如題5-4圖，由數(shù)學計算可得：阻抗角為300的臨界動作阻抗，測量阻抗在動作圓之內(nèi)，所以能動作。5-5 對偏移特性阻抗繼電器是否需設(shè)記憶回路和引入第三相電壓？為什么？答：對偏移特性阻抗繼電器不需設(shè)記憶回路和引入第三相電壓。因為偏移特性阻抗繼電器動作阻抗圓包括圓心，無死區(qū)，所以不需設(shè)記憶回路，故也不需引入第三相電壓。5-6 比幅式繼電器和比相式繼電器一般由哪幾部分組成？試畫出兩種方式下全阻抗繼電器的電壓形成回路。答：（1）比幅式繼電器和比相式繼電器一般由：電壓形成回路、相位比較回路和執(zhí)行元件組成。 （2）圖見教材P89圖5-10。5-7 試說明動作條件為的積分比相電路的構(gòu)成原

45、理，若時，該電路能否動作？為什么？答：（1）見教材圖5-14，設(shè)u2滯后u1的相角差為，在半個周期內(nèi)出現(xiàn)異性重合即同時為一正一負的角度為。當，對工頻信號異極性重合時間t=5ms。可利用測量異極性重合時間來判別u1與u2之間的關(guān)系。只要t5ms，就能判定。可以通過異或門比相電路實現(xiàn)。（2）不能動作。因為期間，t5ms，通過5ms延時電路后無輸出，所以不能動作。5-8 試說明形整流比相電路的工作原理。答：由四個二極管構(gòu)成的環(huán)形整流比相電路如題5-8圖（a）所示。其等效電路如題5-8圖（b）。見題5-8圖（c）將工頻一個周期分為八個時間段來分析：1段i1為正i2為負，| i2| i1|，V2、V3通

46、，i2在m、n兩點產(chǎn)生壓降Umn=0，小電流i1經(jīng)V3、n、R2、R1、m、V2構(gòu)成回路，i1在R1，R2上產(chǎn)生壓降Umn= -2 i1R0，此時輸出電壓Umn由小的電流i1決定，并隨i1增大而增大，當 |Umn|2UV時V1導通，Umn被箝制在2UV ；2段i1為正i2為負，i1為大電流，經(jīng)V1、V2流通，V3、V4截止，i2為小電流，經(jīng)O、R1、m、V1及O、R2、n、V2構(gòu)成回路，Umn= Umo= -2 i2R0，如|Umn|2UV，V3導通，Umn被箝制在2UV。當i2趨向于0時，|Umn|也趨向于0；3段i1為正i2為正，i1為大電流，V1、V2導通，i2經(jīng)V1、m、R1、O及V2

47、、m、R1、O構(gòu)成回路，Umn= 2 i2R，并隨i2增大而增大，當 |Umn|2UV時V4導通，Umn被箝制在2UV ；4段i1為正i2為正，| i2| i1|，V1、V4導通，2i2經(jīng)V1、m、R1、O及O 、R2、n、V4構(gòu)成回路，Umo= i2R2，Uon= -i2R2，故Umn= Umo+Uon=0。i1經(jīng)V1、m、R1、O、R2、n、V4構(gòu)成回路，Umn= 2 i1R。并隨i1增大而減小。如 |Umn|2UV則V2也導通，Umn被箝制在2UV 。當i1趨向于0時，|Umn|也趨向于0；5、6、7、8段類似。該比相回路的工作特點為：（1） 測量回路中二極管的工作狀態(tài)由大電流決定，而輸

48、出電壓Umn的大小由小電流決定；（2） 輸出電壓最大值被兩個二極管箝位在2UV上，當| Umn |=2UV時，一定由三個二極管導通；（3） 輸出電壓Umn的極性，由兩個比較電流的相對極性而決定，同極性時Umn恒為正，異極性時恒為負；（4）分析題5-8圖（c）中所示的輸出電壓波形可以推知：當時，輸出電壓平均值為正，輸出電壓持續(xù)為正的時間大于5ms；當時，輸出電壓平均值為負，輸出電壓持續(xù)為負的時間大于5ms；這說明Umn的平均值反應了和之間的相位關(guān)系，只要將Umn濾波，取出平均值，就可以實現(xiàn)比相式繼電器的動作條件。若不進行濾波，直接利用輸出電壓持續(xù)為正或負的時間也同樣可以實現(xiàn)。5-9 在反應接地短

49、路的阻抗繼電器接線方式中，為什么要采用零序補償？又是如何獲得的？答：是由于三相輸電線路之間存在互感的影響，被保護線路單位公里的正序阻抗Z1不等于被保護線路單位公里的零序阻抗Z0 ，如果直接采用注：Zm為測量阻抗，、 為該相相電壓、相電流。則ZmZ1Lk（為母線到故障點的距離），將直接影響測量阻抗的大小。采用零序補償后，加入繼電器的電流為.（ Ip為該相電流，為零序補償電流，K通常取實數(shù)）即將測量電流由變?yōu)?，使測量阻抗由變?yōu)?，使接地短路時測量阻抗。(接線如題5-9圖)5-10 方向阻抗繼電器為何有死區(qū)？又是如何克服的？這些方法各有什么特點？答：其動作方程為,可見，繼電器在出口故障時，由于Um趨向

50、于零，方程兩邊近似相等，阻抗繼電器無法動作，存在死區(qū)。為了克服死區(qū)，除采用偏移阻抗繼電器外（不能作為I段的測量元件），還可采用記憶回路或采用引入第三相電壓的方法。特點：如采用記憶回路，記憶時間較短，一般只能消除距離I段測量元件的死區(qū)。 如采用引入第三相電壓的方法，能防止出口兩相短路保護拒動和反向出口兩相短路保護誤動作。但在出口三相短路時，由于插入電壓為零，因此失效。 如采用向第三象限偏移的方法，對于出口相間短路都能反應。但對于反向出口短路有誤動作可能，所以，只能在已判定為正方向故障后才向第三象限偏移。以上三種方法應配合使用，才能發(fā)揮最好效果。5-11 具有極化電壓的比相式方向繼電器，極化電壓的

51、作用是什么？怎樣實現(xiàn)的？如何調(diào)整定阻抗值和最靈敏角？當（線路阻抗角）對保護有何影響？答：極化電壓的作用是消除阻抗繼電器的動作死區(qū)。具體實現(xiàn)方法，以AB相阻抗繼電器為例當三相短路時 反應了RCL記憶回路的電壓。當兩相短路時 反應在的第三相電壓、及記憶回路上的電壓。 如何調(diào)整定植整定阻抗: 注：為電抗變壓器轉(zhuǎn)移阻抗，為整定變壓器的變換系數(shù)改變UR 一次側(cè)抽頭可以調(diào)節(jié)（粗調(diào)），調(diào)節(jié)UV為二次側(cè)抽頭可調(diào)節(jié)，改變UR的副邊電阻 可調(diào)整最靈敏角。當時，將使保護的范圍縮短，只有= 時，方向阻抗繼電器保護范圍為最大. 5-12 何謂阻抗繼電器的精確工作電流？它與繼電器的哪些參數(shù)有關(guān)？當短路時加入繼電器的電流小

52、于繼電器的精確工作電流時，對保護有何影響？答：所謂精確工作電流是指，當=，對應于=0.9時，通入繼電器的電流，記作Iac。它與 與有關(guān)（為克服功率消耗或管壓降所對應的電壓，為電抗變壓器轉(zhuǎn)移阻抗）當短路電流小于精確工作電流時，阻抗繼電器的動作阻抗的誤差就會變大，從而使保護范圍縮短，縮短范圍大于10%。5-13 試分析說明三種圓特性阻抗繼電器，哪一種受過渡電阻的影響最小？哪一種受系統(tǒng)振蕩影響最?。看穑喝珙}圖5-13（a），阻抗繼電器的動作特性在+R軸方向所占的面積愈大，受過渡電阻的影響愈小。所以，受影響程度從大到小依次為透鏡型阻抗繼電器，方向阻抗繼電器，全阻抗繼電器。如題圖5-13(b)可得，繼電

53、器特性在阻抗平面上沿方向所占的面積越大，受影響的程度越大。從大到小依次為全阻抗繼電器，方向阻抗繼電器，透鏡型繼電器。5-14 當方向阻抗繼電器的時，從減小過渡電阻的影響出發(fā)，選擇還是為好?答：應選擇1.3 =0.5s4.距離段： =149.4 =102.2 =1+0.5=1.5s （注：由t5=0.5S可得t3=1s，由t7=1.5s可得t4=1s取其中較長的值） 近后備: =8.521.5 遠后備： 故障： =1.73 =2.5761.2 故障 =1.161.2滿足條件5-20 概述晶體管型距離保護裝置并說明振蕩閉鎖回路和三段 跳閘回路的動作過程。答：裝置采用六個按接線方式，帶記憶回路的方向

54、阻抗繼電器構(gòu)成、段可切換，第段獨立的三段式距離保護。裝置主要由起動部分、測量部分、邏輯部分組成。 、為段、側(cè)量元件。起動元件動作后，經(jīng)0.1s由段定值切換到段定值。、為第段測量元件。負序電流和零序電流增量作為起動元件，為提高三相同時性短路起動的可靠性，采用電流微分繼電器K7作為輔助起動元件，使起動回路雙重化。 振蕩閉鎖回路利用起動元件與相電流元件KA，阻抗元件Z動作先后原理構(gòu)成。 保護、動作邏輯回路，含有切換、禁止、起動延時等回路。 考慮到電源電阻影響，裝置設(shè)有根據(jù)需要可通過跨線實現(xiàn)的段瞬時測定回路，手動合閘和自動重合后加速回路以及高頻閉鎖回路。 設(shè)置了閉鎖和信號回路。振蕩閉鎖回路的工作情況：

55、見題圖5-51 當系統(tǒng)發(fā)生短路時，因元件先于相電流元件KA和測量元件Z動作，JZ6、H4將JZ7閉鎖。對應于KA和Z的H6輸出信號不能通過JZ7去閉鎖JZ6。這樣，JZ6的輸出信號通過JZ5、H7控制與門Y1、Y2開放，即距離、段開放。同時，JZ6的輸出經(jīng)T7延時0.2秒后閉鎖JZ5，去控制、段的開放時間，以防區(qū)外短路后系統(tǒng)振蕩引起保護誤動。系統(tǒng)靜穩(wěn)定破壞發(fā)生振蕩時，在振蕩開始的前半周期內(nèi)，相電流元件KA（按躲過最大負荷電流整定）和阻抗原件Z（其中按躲過最小負荷阻抗整定）先于元件動作，經(jīng)H5、T6、H6、JZ7閉鎖JZ6，且使H6有自保持。這樣，JZ6被可靠閉鎖，保護被閉鎖。如果在振動過程中進行操作時即使起動元件動作，JZ6也不會有輸出，不開放保護，從而防止振動過程中有操作引起保