繼電保護習題答案

1、1 緒論1.2繼電保護裝置在電力系統(tǒng)中所起的作用是什么?答:繼電保護裝置就是指能反應電力系統(tǒng)中設備發(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,將故障部分與電網(wǎng)的其他部分隔離。1.8后備保護的作用是什么？闡述遠后備保護和近后備保護的優(yōu)缺點。答：后備保護的作用是在主保護因保護裝置拒動、保護回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動等原因不能快速切除故障的情況

2、下，迅速啟動來切除故障。 遠后備保護的優(yōu)點是：保護范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護范圍，它能解決遠后備保護范圍內(nèi)所有故障元件由任何原因造成的不能切除問題。 遠后備保護的缺點是：（1）當多個電源向該電力元件供電時，需要在所有的電源側的上級元件處配置遠后備保護；（2）動作將切除所有上級電源測的斷路器，造成事故擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中難以滿足靈敏度的要求。近后備保護的優(yōu)點是：（1）與主保護安裝在同一斷路器處，在主保護拒動時近后備保護動作；（2）動作時只能切除主保護要跳開的斷路器，不造成事故的擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中能滿足靈敏度的要求。 近后備保護的缺點是：變電所直流系統(tǒng)故障時可能與主保護同時失去作用

3、，無法起到“后備”的作用；斷路器失靈時無法切除故障，不能起到保護作用。2電流的電網(wǎng)保護2.5 說明電流速斷、限時電流速斷聯(lián)合工作時，依靠什么環(huán)節(jié)保證保護動作的選擇性？依靠什么環(huán)節(jié)保證保護動作的靈敏度性和速動性？答：電流速斷保護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，它將不能保護線路全長，而只能保護線路全長的一部分，靈敏度不夠。限時電流速斷的整定值低于電流速斷保護的動作短路，按躲開下級線路電流速斷保護的最大動作范圍來整定，提高了保護動作的靈敏性，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保護切除故障，保

4、證它的選擇性。電流速斷和限時電流速斷相配合保護線路全長，速斷范圍內(nèi)的故障由速斷保護快速切除，速斷范圍外的故障則必須由限時電流速斷保護切除。速斷保護的速動性好，但動作值高、靈敏性差；限時電流速斷保護的動作值低、靈敏度高但需要0.30.6s的延時才能動作。速斷和限時速斷保護的配合，既保證了動作的靈敏性，也能夠滿足速動性的要求。2.7 如圖2-2所示網(wǎng)絡，在位置1、2和3處裝有電流保護，系統(tǒng)參數(shù)為： ， 、，線路阻抗，=1.2 、=1.15 ， ，=1.5、=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3在系統(tǒng)最大、最小運行方式下的等值阻抗。

5、（2）整定保護1、2、3的電流速斷定值，并計算各自的最小保護范圍。（3）整定保護2、3的限時電流速斷定值，并校驗使其滿足靈敏度要求（1.2）（4）整定保護1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流保護動作時限為0.5s，校驗保護1作后備用，保護2和3作遠備用的靈敏度。 圖2-2 簡單電網(wǎng)示意圖解：由已知可得=0.4×60=24，=0.4×40=16，=0.4×50=20，=0.4×30， =0.4×20=8（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L1L3全部運行，由題意G1，G2連接在同一母線上，則=（|+|）|

6、(+)=(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，相應地有=+=39圖2-3 等值電路（2）對于保護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1 的最大短路電流為相應的速斷定值為=×=1.2×1.312=1.57kA最小保護范圍計算公式為= =-85.9km即1處的電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區(qū)。對于保護2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護2 的最大電流 =1.558kA相應的速斷定值為 =×=1.2×1.558=1.87kA最

7、小保護范圍為 =-70.6km即2處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區(qū)。對于保護3等值電路如圖2-3所示，母線C在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護3 的最大電流 =2.17kA相應的速斷定值為 =×=1.2×2.17=2.603kA最小保護范圍為 =-42.3km即3處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區(qū)。上述計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護在較小運行發(fā)生下可能沒有保護區(qū)。（3）整定保護2的限時電流速斷定值為 =1.15×1.57=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=0.8098kA 所以保護2處

8、的靈敏系數(shù) =0.4484 即不滿足1.2的要求。同理，保護3的限時電流速斷定值為 =1.15×1.87=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=0.9764kA所以保護3處的靈敏系數(shù) =0.4531 即不滿足1.2的要求?？梢?，由于運行方式變化太大，2、3處的限時電流速斷保護的靈敏度都遠不能滿足要求。（4）過電流整定值計算公式為 =所以有 =304.5A同理得 =406A =609A在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的計算公式為 =所以有 =727.8A =809.8A =974.51A所以由靈敏度公式 =可知，保護1作為近后備的靈敏度為=2.

9、391.5 滿足近后備保護靈敏度的要求；保護2作為遠后備的靈敏度為 =1.791.2滿足最為遠后備保護靈敏度的要求；保護3作為遠后備的靈敏度為 =1.331.2滿足最為遠后備保護靈敏度的要求。保護的動作時間為 =0.5+0.5=1s =+0.5=1.5s =+0.5=2s2.12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)一定關系cos(+a)是否大于0判別初短路功率的方向。為了進行相位比較，需要加入繼電器的電壓、電流信號有一定的幅值（在數(shù)字式保護中進行相量計算、在模擬式保護中形成方

10、波），且有最小的動作電壓和電流要求。當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)。在保護正方向發(fā)生最常見故障時，功率方向判別元件應該動作最靈敏。3 電網(wǎng)距離保護3.9 畫圖并解釋偏移特性阻抗繼電器的測量阻抗、整定阻抗和動作阻抗的含義。答：偏移特性阻抗繼電器的動作特性如圖33所示，各電氣量標于圖中。測量阻抗就是保護安裝處測量電壓與測量電流之間的比值，系統(tǒng)不同的的運行狀態(tài)下（正常、震蕩、不同位置故障等），測量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。在斷路故障情況下，由故障環(huán)上的測量電壓、電流算出測量阻抗能夠正確的反應故障點到保護安裝處的距離。對于偏移特性的阻抗繼電器而

11、言，整定阻抗有兩個，即正方向整定阻抗和反方向整定阻抗，它們均是根據(jù)被保護電力系統(tǒng)的具體情況而設定的常數(shù)，不隨故障情況的變化而變化。一般取繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗作為整定阻抗。動作阻抗：是阻抗元件處于臨界動作狀態(tài)對應的測量阻抗，從原點到邊界圓上的矢量連線稱為動作阻抗，通常用來表示。對于具有偏移特性的阻抗繼電器來說，動作阻抗并不是一個常數(shù)，二是隨著測量阻抗的阻抗角不同而不同。圖3-3 偏移阻抗特性圓3.17什么是最小精確工作電流和最小精確工作電壓？測量電流或電壓小于最小精工電流或電壓時會出現(xiàn)什么問題？答：通常情況下，在阻抗繼電器的最靈敏角方向上，繼電器的動作阻抗就等于其整定阻抗，即Zo

12、p=Zset。但是當測量電流較小時，由于測量誤差、計算誤差、認為設定動作門檻等因素的影響，會使繼電器的動作阻抗變小，使動作阻抗降為0.9Zset對應的測量電流，稱為最小精確工作電流，用Iac.min 表示。當測量電流很大時，由于互感器飽和、處理電路飽和、測量誤差加大等因素的影響，繼電器的動作阻抗也會減小，使動作阻抗降為0.9Zset對應的測量電流，稱為最大精確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗也會減小，使動作阻抗降為0.9Zset對應的測量電流，稱為最大精確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗值的乘積，稱為阻抗繼電器的最小精工電壓，常用Uac.min表示。

13、當測量電流或電壓小于最小精工電流電壓時，阻抗繼電器的動作阻抗將降低，使阻抗繼電器的實際保護范圍縮短，可能引起與之配合的其他保護的非選擇性動作。3.19什么是助增電流和外汲電流？它們對阻抗繼電器的工作有什么影響？答：圖3-9（a）中母線B上未接分支的情況下，,此時k點短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為 在母線B接上分支后，k點短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為即在相位與相差不大的情況下，分支的存在將使A處感受到的測量阻抗變大，這種使測量阻抗變大的分支就成為助增分支，對應的電流稱為助增電流。類似地圖3-9（a）中，在母線B上未接分支的情況下，此時k點短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量

14、到的阻抗為 在母線B接上分支后，k點短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為即在相位與相差不大的情況下，分支的存在將使A處感受到的測量阻抗變小，這種使測量阻抗變大的分支就成為外汲分支，對應的電流稱為外汲電流。4 輸電線路縱聯(lián)保護4.2縱聯(lián)保護與階段式保護的根本差別是什么？陳述縱聯(lián)保護的主要有缺點。（第二小題見作業(yè)本）答：縱聯(lián)保護與階段式保護的根本差別在于，階段式保護僅檢測、反應保護安裝處一端的電氣量，其無延時的速動段（即第段）不能保護全長，只能保護線路的一部分，另一部分則需要依靠帶有一定延時的第段來保護；而縱聯(lián)保護通過通信聯(lián)系，同時反應被保護線路兩端的電氣量，無需延時配合就能夠區(qū)分出區(qū)內(nèi)故障

15、與區(qū)外故障，因而可以實現(xiàn)線路全長范圍內(nèi)故障的無時限切除。4.5通道傳輸?shù)男盘柗N類、通道的工作方式有哪些？答：在縱聯(lián)比較式保護中，通道中傳送的信號有三類，即閉鎖信號、允許信號和跳閘信號。在縱聯(lián)電流差動保護中，通道中傳送的是線路兩端電流的信息，可以是用幅值、相角或?qū)嵅?、虛部表示的相量值，也可以是采樣得到的離散值。在縱聯(lián)電流相位差動保護中，通道中傳送的是表示兩端電流瞬時值為正（或負）的相位信息，例如，瞬時值為正半周時有高頻信息，瞬時值為負半周時無高頻信息，檢測線路上有高頻信息的時間，可以比較線路兩端電流的相位。不同的通道有不同的工作方式，對于載波通道而言，有三種工作方式，即正常無高頻電流方式、正常有

16、高頻電流方式和移頻方式。對于光纖及微波通道，取決于具體的通信協(xié)議形式。4.20什么是閉鎖角，由什么決定其大小，為什么保護必須考慮閉鎖角，閉鎖角的大小對保護有何影響？4.21什么是相繼動作，為什么會出現(xiàn)相繼動作，出現(xiàn)相繼動作對電力系統(tǒng)有何影響？答：在輸電線路保護中，一側保護先動作跳閘后，另一側保護才能動作的現(xiàn)象稱為相繼動作。隨著被保護線路的增長，為了保證區(qū)外故障時不誤動作，要求保護的閉鎖角增大，從而使動作區(qū)域變小，內(nèi)部故障時有可能進入保護的不動作區(qū)。由于在內(nèi)部故障時高頻信號的傳輸延時對于電流相位超前側和滯后側的影響是不同的，對于滯后的N側來說，超前側M發(fā)出的高頻信號經(jīng)傳輸延遲后，相當于使兩者之間

17、的相位差縮小，高頻信號的間斷角加大，有利于其動作，所以N側是可以動作的；但對于超前的M側來說，N側發(fā)來的信號經(jīng)延時后相對于加大了兩側電流的相位差，使M側感受到的高頻信號的間斷角變得更小，有可能小于整定的閉鎖角，從而導致不動作。為解決M端不能跳閘問題，當N側跳閘后，停止發(fā)高頻信號，M側只能收到自己發(fā)的高頻信號，間隔180°，滿足跳閘條件隨之跳閘。出現(xiàn)相繼動作后，保護相繼動作的一端故障切除的時間變慢。5.3在超高壓電網(wǎng)中使用三相重合為什么要考慮兩側電源的同期問題，使用單項重合閘是否需要考慮同期問題？答：三項重合閘時，無論什么故障均要切除三項故障，當系統(tǒng)網(wǎng)架結構薄弱時，兩側電源在斷路器跳閘

18、以后可能失去同步，因此需要考慮兩側電源同期問題；單相故障時只跳單相，使兩側電源之間仍然保持兩相運行，一般是同步的；因此，單相重合閘一般不考慮同期問題。5.7三相重合閘的最小重合時間主要由哪因素些決定的？單相重合閘的最小重合時間主要由哪因素些決定的？（作業(yè)本）5.13 什么是重合閘后加速保護？有何優(yōu)缺點？主要適用于什么場合？（作業(yè)本）6.3關于變壓器縱差動保護中的不平衡電流，試問：1.與差動電流在概念上有何區(qū)別和聯(lián)系？2.哪些是由測量誤差引起的？哪些是由變壓器結構和參數(shù)引起的？3.哪些屬于穩(wěn)定不平衡電流？哪些屬于暫態(tài)不平衡電流？4.電流互感器引起的暫態(tài)不平衡電流為什么會偏離時間軸的一側？5.減小

19、不平衡電流的措施有哪幾種？答：1.差動電流指被保護設備內(nèi)部故障時，構成差動保護的各電流互感器的二次電流之和。不平衡電流指在正常及外部故障情況下，由于測量誤差或者變壓器結構、參數(shù)引起的流過差動回路的電流。2.測量誤差引起的不平衡電流主要包括：a.計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流。b.電流互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器結構和參數(shù)引起的不平衡電流主要包括：a.變壓器一、二次側接線組別不同引起的不平衡電流。b.由變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生的不平衡電流。c.變壓器勵磁電流產(chǎn)生的不平衡電流。3.穩(wěn)態(tài)不平衡電流包括：a.變壓器一、二次側接線組別不同引起的不平衡電流。b.計算變比與實際變比不一

20、致產(chǎn)生的不平衡電流。c/由變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生的不平衡電流。暫態(tài)不平衡電流包括：a.電流互感器非線性傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流。b.變壓器勵磁電流產(chǎn)生的不平衡電流。 4.暫態(tài)不平衡電流中存在大量的非周期分量，導致其偏于時間軸的一側。5.減小不平衡電流的措施如下：a.用電流互感器不同的接線形式（變壓器Y側電流互感器采用Yd11接線，變壓器d側電流互感器采用Yy12接線），或用軟件的方法來克服變壓器各側接線組別不同造成的誤差。b.用平衡系數(shù)或平衡繞組來補償計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流。c.應盡可能使用型號、性能完全相同的D級電流互感器，使得兩側電流互感器的磁化曲線相同，以減小不平衡電流。此外，盡量減少電流互感器二次的負載，減輕其飽和