電力系統(tǒng)繼電保護課后習題答案

1、2電流的電網(wǎng)保護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2-1所示。當加入繼電器的動作電量（圖中的）大于其設定的動作值（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，只有當加入繼電器的電氣量小于其設定的返回值（圖中的）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，其動作特性必須滿足繼電

2、特性，否則當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？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，當電磁力矩剛剛達到動作條件時，繼電器的可動銜鐵開始轉動，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，銜鐵加速轉動，直至銜鐵完全吸合，所以動作過程干脆利落。繼電器的返

3、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，電磁力矩按平方關系減小，彈簧力矩按線性關系減小，產(chǎn)生一個返回方向的剩余力矩，因此能夠加速返回，即返回的過程也是干脆利落的。所以返回值一定小于動作值，繼電器有一個小于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

4、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，以增大電磁轉矩，能使繼電器動作的最小電流稱之為動作電流。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。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荷電流的作用下繼電器可能不會返回，最終導致誤動跳閘；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)

5、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)要求進行設定。2.4 在電流保護的整定計算中，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）對瞬時動作的保護還應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）保護裝置中的短路繼電器的實際啟動電流可能小于整定值?？紤]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，也能保證在預定的保護范圍以外故障時，保護裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。2.5 說明電流速斷、限時電流速斷聯(lián)

6、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

7、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。2.6為什么定時限過電流保護的靈敏度、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：定時限過電流保護的整定值按照大于本線路流過的最大負荷電流整定，不但保護本線路的全長，而且保護相鄰線路的全長，可以起遠后備保護的作用。當遠處短路時，應當保證離故障點最近的過電流保護最先動作，這就要求保護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靈敏度最高、動作時間最短，每向上一級，動作

8、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，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。（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.

9、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+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

10、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

11、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

12、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。可見，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=2.391.5 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

13、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=2s2.8 當圖2.56中保護1 的出口處在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路，保護按照題2.7配置和整定時，試問（1）共有哪些保護元件啟動？（2）所有保護工作正常，故障由何處的那個保護元件動作、多長時間切除？（3）若保護1 的電流速斷保護拒動，故障由何處的那個保護元件動作、多長時間切除？（4）若保護1 的斷路器拒動，故障由何處的那個保護元件動作、多長時間切除？答: （1） 由題2.7的分析，保護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

14、于所有電流速斷保護和限時電流速斷保護的整定值，所以所有這些保護都不會啟動；該量值大于1、2、3處過電流保護的定值，所以三處過電流保護均會啟動。（2）所有保護均正常的情況下，應有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處的速斷保護肯定不會動作，2處的限時電流速斷保護也不會動作，只能靠1處的過電流保護動作，延時1s跳閘；若斷路器拒動，則應由2處的過電流保護以1.5s的延時跳開2處的斷路器。2.9 如圖2-4所示網(wǎng)絡，流過保護1、2、3的最大負荷電流分別為400A、500A、550A,=1.3、=0.85，=1.15， =0.5s，=1.0s ，試計算： （1） 保護

15、4 的過電流定值；（2） 保護4的過電流定值不變，保護1所在元件故障被切除，當返回系數(shù)低于何值時會造成保護4誤動？（3） =0.85時，保護4的靈敏系數(shù)=3.2，當=0.7時保護4 的靈敏系數(shù)降低到多少？圖2-4 系統(tǒng)示意圖解：過電流保護4 的最大負荷電流為 =400+500+550=1450A保護4的過電流定值為 =2.55A時限為 =max（，）+=1.5s（2）保護21 切除故障后，流過保護4 的最大負荷電流 =500+550=1050A=1.05kA，在考慮電動機的自啟動出現(xiàn)的最大保護電流 =1.3×1.05=1.365kA，這個電流必須小于保護4 的返回電流，否則1.5s以

16、后保護4 將誤切除。相應的要求=2.55，從而2.551.365，=0.535。當返回系數(shù)低于0.535時，會造成保護誤動。（3）保護4的靈敏系數(shù)=，與成正比，當下降時靈敏系數(shù)下降，=2.635。2.10 在中性點非直接接地系統(tǒng)中，當兩條上下、級線路安裝相間短路的電流保護時，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

17、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）。當兩條上、下級線路安裝相間短路電流保護時，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切除故障，即下級線路切除故障的幾率為2/3;當故障為（1A、2C）時，將會由上級線路保護切除故障；而當故障為（1B、2C）時，兩條線路均不會切除故障，出現(xiàn)保護拒動的嚴重情況。兩條線路并列時，若兩條線路保護動作的延時一樣，則在（1A、2B） 、（1C、2A）和 （1C、2B）三種情況下，兩條

18、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、2C）故障下，兩條線路均不會切除，即保護拒動。若保護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，相對來講是復雜不經(jīng)濟的。兩條線路并列時，若發(fā)生不同相別的接地短路時，兩套保護均啟動，不必要切除兩條線路的機會就比較多。2.11在雙側電源供電的網(wǎng)絡中，方向性電流保護利用了短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：在雙側電源供電網(wǎng)絡中，利用電流幅值特征不能保證保護動作的選擇性。方向性電流保護利用短路時功率方向的特征，當短路功率由母線流向線路時表明故障點在線路方向

19、上，是保護應該動作的方向，允許保護動作。反之，不允許保護動作。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，并且線路兩側的保護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

20、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。2.13 當教材中途2.29的功率方向判別元件用集成電路實現(xiàn)，分別畫出，和，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，并校驗上述兩種情況下方向元件的動作情況。答：以內角=30°為例，畫出各點輸出電壓波形如圖2-5所示。 動作最靈敏條件 臨界動作條件 圖2-5 各點電壓輸出波形圖可以看出，在內角=30°時第一種情況下動作最靈敏，第二種情況元件處于臨界動作狀態(tài)。數(shù)字式實現(xiàn)時，動作的判據(jù)可以表示為 。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

21、情況1 為動作最靈敏，而情況2 處于臨界動作狀態(tài)的結論。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角，請給出90°接線方式正方向短路時內角的范圍。答：(1)正方向發(fā)生三相短路時，有0°<a<90°。(2)正方向發(fā)生兩相短路，當短路點位于保護安裝處附近，短路阻抗時，0°<a<90°；當短路點遠離保護安裝處，且系統(tǒng)容量很大時，-30°<a<60°。綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當0°<<90°時，使方向繼電器在一切故障情

22、況下都能動作的條件應為30°<a<60°。2.15 對于90°接線方式、內角為30°的功率方向判別元件，在電力系統(tǒng)正常負荷電流（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”，當反方向B、C兩相短路時，會出現(xiàn)什么情況？答：內角為30°的功率方向元件，最大靈敏角=-30°，則動作范圍為-120-60°。由正常負荷電流的功率因數(shù)0.85可以得到=arctan0.85=31.79°，在動作范圍內，根據(jù)功率元件出口與B相流過電流元件

23、出口串接，當 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5的電流速斷。保護4處的母線發(fā)生三相短路時，流過保護5的短路電流為= = 2.554A 按此電流來整定，動作定值=3.064kA在來看發(fā)電機1、2處于

24、最大運行方式下保護5處母線三相短路時，有=（|+|）=18 保護5處的電流為 =1.953kA遠小于按躲過保護4 處母線三相短路求得的整定電流，所以保護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4，保護4按躲過保護5 處母線短路最大電流整定時，定值為=2.34kA 當保護4處背側母線三相短路是，流過保護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）過電流保護按躲過最大負荷電流整定，其量值較小，保護靈敏度很高，49任何一處保護正向及方向故障時，短路電流的量值都會超過其整定值，所以每一處都應安裝方向元件。在均裝方向元件的情況下，4、5、6

25、處的過電流保護的動作時間分別與G3、G2和G1處的過電流保護時間相配合，在其動作延時的基礎上增加一個時間級差；5、7、9處過電流保護的動作時間均與3處過電流時間相配合，由題2.7可知，三處過電流保護的動作時間為2s，所以5、7、9處過流保護的動作時間均應取2.5s。（3）5處限時電流速斷保護定值應該與3、6、8處電流速斷保護的定值相配合。與3 處電流速斷保護的定值配合：3處電流速斷保護的定值為=×=2.603KA，L3支路對應的分支系數(shù)的倒數(shù)為 與保護3配合時，5處限時電流速斷保護的定值為 =1.224kA與6處和8處電流速斷配合： 若裝設方向元件，則6處電流速斷保護應該按躲過母線A

26、處三相短路的最大短路電流來整定，而母線A三相短路時，發(fā)電機G1，G2所提供的短路電流不會流過保護6 ，只有發(fā)電機G3的電流才流過保護6，所以其段的整定值為=×=1.048kA同理，裝設方向元件的情況下，8處保護的定值也為 =1.048kA。按與它們配合時，5處限時電流速斷保護的定值為 =1.205kA取三種情況的最大者，即=1.224kA校驗靈敏度：母線B兩相短路時，流過5處的最小短路電流為=2.211kA 所以靈敏度為 =1.834滿足要求。在6、8處不裝方向元件的情況下，它們速斷保護的定值還應安躲過母線B三相短路時流過它們的最大短路電流來整定。母線B三相短路時流過6、8處的最大短

27、路電流為=1.844kA這時其短路電流速斷保護的整定值變?yōu)?2.26kA所以5處限時電流保護的定值為 =2.599kA靈敏度為 =0.85 故不滿足要求。2.17在中性點直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路后，試分析、總結：(1)零序電壓、電流分量的分布規(guī)律；(2)負序電壓、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：(1)零序電壓故障點處零序電壓最高，距故障點越遠零序電壓越低，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接地變壓器的零序阻抗，與電源點的數(shù)目和位置無關。(2)負序電壓故障點處負序電壓最高，距故

28、障點越遠負序電壓越低，在發(fā)電機中性點上負序電壓為零。負序電流的分布取決于系統(tǒng)的負序阻抗。(3)正序電壓越靠近電源點正序電壓數(shù)值越高，越靠近短路點正序電壓數(shù)值越低。正序電流的分布取決于系統(tǒng)的正序阻抗。2.18 比較不同的提取零序電壓方式的優(yōu)缺點。答：（1）電磁式電壓互感器一般有三個繞組，一個一次繞組，兩個二次繞組。在三相系統(tǒng)中，三個單相式電壓互感器的一次繞組接成星形并將中性點接地，其兩個二次繞組一個按星形方式接線，另一個按開口三角形接線，星形接線的繞組用來測量各相對地電壓及相間電壓，開口三角形用來直接獲取系統(tǒng)的零序電壓。這種方式獲取零序電壓的有地啊是簡單方便，精度較高，不需要額外的裝置或系統(tǒng);其

29、缺點是開口三角側正常無電壓，不便于對其進行監(jiān)視，該側出現(xiàn)斷線短路等故障無法及時發(fā)現(xiàn)，輸出零序電壓的極性容易標錯，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構比較復雜，主要應用于35kV及以下電壓等級的中低壓配電系統(tǒng)，其優(yōu)缺點與（1）的情況類似。（3）接于發(fā)電機中性點的電壓互感器，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，但適用范圍小，同時不平衡電壓較大，不夠靈敏。（4）保護內部合成零序電壓的方式接線較為簡單，不容易出現(xiàn)接線及極性的錯誤，其缺點是裝置內部必須設置專門的模塊。傳統(tǒng)的機電式保護中通常采用（1）、（2）、（3）三種方式獲取零序電壓；在數(shù)字式保護

30、中，傾向于采用方式（4）;在一些特殊的場合，也可以采用方式（3）。2.19 系統(tǒng)示意圖如圖2-6所示，發(fā)電機以發(fā)電機-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺全開，最小開機方式為兩側各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)為：kV，= =5，=8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗=0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。 圖2-6 系統(tǒng)示意圖（1）畫出所有元件全運行時的三序等值網(wǎng)絡，并標注參數(shù)；（2）所有元件全保護時，計算母線B發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路時的零序電流分布；（3）分別求出保護1、4零序段的最大、最小分支系數(shù)；（4）分別求出

31、保護1、4零序、段的定值，并校驗靈敏度；（5）保護1、4零序、段是否需要安裝方向元件；（6）保護1處裝有單相重合閘，所有元件全運行時發(fā)生系統(tǒng)振蕩，整定保護1不靈敏段定值。解：先求出線路的參數(shù)，即 =60km，=24，=72，=40km，=16,=48，所有元件全運行是三序電壓等值網(wǎng)絡圖如圖2-7所示。 (a) 正序等值圖 (b) 負序等值圖 (c)零序等值圖圖2-7 所有元件全運行時三序電壓等值網(wǎng)絡圖（2）下求出所有元件全運行時，B 母線分別發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路時的負荷序網(wǎng)等值圖。1）單相接地短路時，故障端口正序阻抗為=(24+5)|(16+6.5)=12.67故障端口負序阻抗為 =

32、12.67故障端口零序阻抗為=79.5|10|55.5=7.657則復合序網(wǎng)等值圖如圖2-8所示。故障端口零序電流為 =2.012kA在零序網(wǎng)中按照零序導納進行分配零序電流從而得到此時流過保護1、4處的零序電流分別為 =0.194kA =0.278kA畫出零序電流分布圖如圖2-9所示. 圖2-8 單相接地短路復合序網(wǎng)等值圖 圖2-9 單相接地短路零序電流分布圖2) 兩相接地短路時，故障端口各序阻抗和單相接地短路時相同，即 =12.67=7.657，則復合序網(wǎng)如圖2-10所示。|=4.77 故障端口正序電流為 =3.808kA故障端口零序電流為 =2.373kA同樣地，流過保護1、4的零序電流分

33、別為 =0.299kA， =0.327kA。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1的分支系數(shù) 當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。=,對于，當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有=87當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時最小，有 =79.5對于，當T5,T6只有一臺運行時最大，=20；當T5,T6兩臺全運行時最小，=10. 因此保護1的最大分支系數(shù) =9.7，最小分支系數(shù)為=4.975同樣的分析保護4的分支系數(shù)。當AB段發(fā)生接地故障時，T5,T6YOU 助增的作用，如圖2-1

34、3所示。=對于，當只有一臺發(fā)電機變壓器組運行是最大，有=63當兩臺發(fā)電機變壓器組運行時最小，有 =55.5對于，當T5,T6只有一臺運行時最大，=20；當T5,T6兩臺全運行時最小，=10. 因此保護4的最大分支系數(shù) =7.3，最小分支系數(shù)為=3.775 圖2-12 BC段故障時變壓器的助增作用 圖2-13 AB段故障時變壓器的助增作用（4）保護1整定計算零序段： 根據(jù)前面的分析結果，母線B故障流過保護1的最大零序電流為 =0.229kA 故段定值 =1.2×3×0.229=0.8244kA為求保護1的零序段定值，應先求出保護3零序段定值，設在母線C處分別發(fā)生單相接地短路和

35、兩相接地短路，求出流過保護3 的最大零序電流，因此有=（）|()=5.68=6.63單相接地短路時，有 =3.69kA從而求得流過保護3的電流為 =0.43kA連相接地短路時，有 =3.06正序電流 =7.6kA 零序電流 =3.5kA從而求得流過保護3 的電流 =0.408kA這樣，流過保護3的最大零序電流 =0.43kA保護3的零序段定值為 =1.548kA這樣，保護1的零序段定值為 =0.358kA校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過保護1 的最小零序電流 =0.194kA靈敏系數(shù) =1.626保護4 整定計算：零序段 根據(jù)前面的分析結果，母線B故障流過保護4的最大零序電流為 =0.327

36、kA 故段定值 =1.2×3×0.327=1.18kA為求保護4的零序段定值，應先求出保護2零序段定值，設在母線A處分別發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路，求出流過保護2 的最大零序電流，因此有=（）|()=4.52=6.86單相接地短路時，有 =4.179kA從而求得流過保護2的電流為 =0.356kA兩相接地短路時，有 =2.723正序電流 =9.17kA 零序電流 =3.64kA從而求得流過保護2的電流 =0.31kA這樣，流過保護2的最大零序電流 =0.356kA保護2的零序段定值為 =1.286kA這樣，保護4的零序段定值為 =0.39kA校驗靈敏度：母線B接地短路故

37、障流過保護4 的最小零序電流 =0.278kA靈敏系數(shù) =2.142.20 系統(tǒng)示意圖如圖2-6所示，發(fā)電機以發(fā)電機-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機方式為4臺全開，最小開機方式為兩側各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數(shù)為：kV，= =5，=8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗=0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。其相間短路的保護也采用電流保護，試完成：（1）分別求出保護1、4 的段、定值，并校驗靈敏度；（2）保護1、4 的、段是否安裝方向元件；（3）分別畫出相間短路的電流保護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）

38、相間短路的電流保護的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的內角有何不同；（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，設想現(xiàn)場工程師是如何保證接線極性正確的。解：（1）保護1的、段整定。最大運行方式為G1、G2全運行，相應的 =5 最小運行方式為一臺電機運行，相應的 =10母線B處三相短路流過保護1的最大電流 =2.289kA保護1 的段定值為 =1.2×2.289=2.747kA母線C三相短路流過保護3的最大電流 =1.475kA保護3 的段定值為 =1.771kA保護1 的段定值為 =2.063kA母線B兩相短路流過保護1的最小電流 =1.691kA

39、保護1電流斷的靈敏度系數(shù) =0.83 靈敏度不滿足要求。保護4的、段整定。最大運行方式為G3、G4全運行，相應的 =6.5 最小運行方式為一臺電機運行，相應的 =13母線B處三相短路流過保護4的最大電流 =2.951kA保護1 的段定值為 =1.2×2.951=3.541kA母線A三相短路流過保護2的最大電流 =1.428kA保護2 的段定值為 =1.713kA保護4 的段定值為 =1.97kA母線B兩相短路流過保護4的最小電流 =1.983kA保護4電流斷的靈敏度系數(shù) =1.01 靈敏度不滿足要求。（2）計算母線A背側三相短路時流過保護1 的最大短路電流，即=1.428kA由于2.

40、747kA=，并且2.036kA=，故保護1 的、均不需要加裝方向元件。計算母線C背側三相短路時流過保護4的最大短路電流，即=1.475kA由于3.54kA=，并且1.97kA=，故保護4的、均不需要加裝方向元件。（3）相間短路的電流保護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）對相間短路電流保護功率方向判別元件而言，當0°90°，使相間短路電流保護功率方向判別元件在一切故障時都能動作的條件為：內角應滿足30°60

41、76;。對某一已經(jīng)確定了阻抗角的送電線路而言，應采用=90°-，以便短路時獲得最大靈敏角。而對零序功率方向判別元件而言，在保護范圍內故障時，最大靈敏角=-95°-110°，即內角一般為95°110°。（5）現(xiàn)場測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）接在二次同名端，當電路接通時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，穩(wěn)定后電路斷開是指針向左擺動，則同名端標識正確。若指針擺動方向相反，則二次同名端應在另一端。當電壓、電流互感

42、器的同名端（極性）被正確標定以后，按照功率方向元件接線原理圖仔細地接入后，還可以采用電壓、電流、功率和相角一體化測量儀表進行測量，根據(jù)以上電量的幅值、相位關系和各讀數(shù)值對接線校核。圖2-16 現(xiàn)場測定電流互感器極性的常用原理接線圖2.21 對于比.2.19復雜得多的實際電力系統(tǒng)，設想保護工程師是如何完成保護定值計算的？如果你今后從事保護整定計算，如何借助現(xiàn)在計算工具提高你的勞動效率？答：由于繼電保護整定計算多種不同的運行方式，要對不同地點、不同類型的故障進行多次計算，既要計算出各個繼電保護元件不同段的動作值，還要進行靈敏度校驗，計算的工作量非常的大，特別是在網(wǎng)絡結構特別復雜的實際電力系統(tǒng)中，人

43、工計算幾乎不可能完成。保護工作者曾今發(fā)明了“直（交）流計算臺”，用集中的電阻（阻抗）代表電網(wǎng)元件的電（阻）抗，按照電網(wǎng)的實際連接關系連接成模擬的電網(wǎng)，在電源點接上直（交）流電壓，用儀表測量短路后的電流、電壓。因為接線復雜、精度低，目前實際電力系統(tǒng)已經(jīng)廣泛推廣應用繼電保護整定計算軟件，只要整定人員按要求輸入電網(wǎng)結構和參數(shù)，就可以由計算機快速準確的計算出需要的短路電流及不同保護裝置隔斷的動作值，并可以由計算機完成靈敏度校驗。今后繼電保護的整定計算主要由計算機來完成，但整定計算人員必須了解計算的原理和原則，再出現(xiàn)一些整定計算軟件無法涵蓋的特殊情況時，還素人工手動計算作為補充。2.22 圖217所示系

44、統(tǒng)的變壓器中性點可以接地，也可以不接地。比較中性電直接接地系統(tǒng)與中性點非直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地以后，在下屬方面的異同：（1）零序等值網(wǎng)絡及零序參數(shù)的組成；（2）靈虛電壓分布規(guī)律；（3）零序電流的大小及流動規(guī)律；（4）故障電路與非故障線路零序功率方向；（5）故障電流的大小及流動規(guī)律；（6）故障后電壓方向機對稱性變化；（7）故障對電力系統(tǒng)運行的危害；（8）對保護切除故障速度的要求；圖2-17 系統(tǒng)接線圖答：（1）零序等值網(wǎng)絡及零序參數(shù)的組成：以線路AB末端發(fā)生單相接地為例，中性點直接接地系統(tǒng)零序等值圖如圖218所示。由圖218可見，從故障點看進去的零序阻抗為母線B引出的三個分支的并聯(lián)，等值阻抗

45、值較小，出現(xiàn)單相接地后系統(tǒng)中會有較大的零序電流。 中性點非直接接地系統(tǒng)，零序網(wǎng)絡由同級電壓網(wǎng)絡中元件對地的等值電容構成通路，其零序等值圖如圖219所示。圖2-18 線路AB末端故障時中性點直接接地系統(tǒng)零序等值圖圖2-19中性點非直接接地系統(tǒng)零序等值圖由圖219可見，故障點的等值阻抗為三個對地容抗的并聯(lián)，由于分布電容的容值較小、阻抗較大，因此故障點的零序等值阻抗也較大，接地不會產(chǎn)生較大的零序電流。零序電壓分布規(guī)律： 中性點直接接地系統(tǒng)中，故障點零序電壓最高，距離距離故障點越遠下降越多，在變壓器中性點處降為0。 在中性點非直接接地系統(tǒng)中，若不計微小的零序電容電流在線路阻抗上產(chǎn)生的微小壓降，則統(tǒng)一電

46、壓等級的整個系統(tǒng)的零序電壓都一樣（及三相變壓器之間的一部分系統(tǒng)）。（3）零序電流的大小及流動規(guī)律： 中性點直接接地系統(tǒng)中，零序電流的大小同系統(tǒng)的運行方式和系統(tǒng)各部分的零序阻抗的大小都有關系，零序電流在故障點與變壓器中性點之間形成回路。 非直接接地系統(tǒng)中，零序電流的大小依賴于系統(tǒng)地相電動勢和線路的對地電容。零序電流從故障點流出通過線路的對地電容流回大地。非故障元件的零序電流就是該線路本身的對地電容電流，故障元件中流過的零序電流，數(shù)值為全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流值之和，再有消弧線圈的情況下，則是全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容電流值與消弧線圈中的電感電流值相量和。（4）故障線路與非故障線路靈虛功

47、率方向： 中性點直接接地系統(tǒng)中，在故障線路上零序功率方向表現(xiàn)為線路流向母線；在非故障線路上，靠近故障點的一側，零序功率方向由母線流向線路，而遠離故障點的一側，零序功率方向由線路流向母線。中性點非直接接地系統(tǒng)中，故障線路上電容性無功功率方向為線路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向為母線流向線路。（5）故障電流的大小及流動規(guī)律： 中性點直接接地系統(tǒng)中，由于故障點和網(wǎng)絡中變壓器中性點形成回路，因此故障相電流較大。故障電流有故障電流向中性點。中性點非直接接地系統(tǒng)中，由于不構成短路回路而只經(jīng)過對地電容形成回路，因此接地相電流很小。由于接地電流相對于負荷電流較小，基本上不影響負荷電流的分布、（6

48、）故障后電壓的變化及對稱性變化： 中性點直接接地系統(tǒng)中，故障后三相的相電壓和線電壓都不在對稱。中性點非直接接地系統(tǒng)中，故障后接地相電壓降為0，非接地相對于低電壓升高至原電壓的倍，但三相之間線電壓依然保持對稱。（7）故障對電力系統(tǒng)的危害：中性點直接接地系統(tǒng)中，故障相電流很大，對系統(tǒng)危害很大。中性點非直接接地系統(tǒng)中，故障相電流很小，而且三相之間的線電壓任然保持對稱，對負荷的供電沒有影響，一般情況下，對系統(tǒng)危害不大。（8）對保護切除故障速度的要求： 中性點直接接地系統(tǒng)中，由于接地相電流很大，為防止損壞設備，應迅速切除接地相甚至三相。中性點非直接接地系統(tǒng)中，由于故障點電流很小，切三項之間的線電壓仍對稱

49、，可以允許再運行12h，同時發(fā)出信號。2.23圖217所示系統(tǒng)中變壓器中性點全部不接地，如果發(fā)現(xiàn)單相接地，試回答：（1）比較故障線路與非故障線路中零序電流、零序電壓、零序功率方向的差異。（2）如果在接地電流過的電容電流超過10A（35KV系統(tǒng)）、20A（10KV系統(tǒng)）、30A（36KV系統(tǒng)）時，將裝設消弧線圈，減小接地電流，敘述用零序電流實現(xiàn)選線的困難。（3）敘述用零序功率方向實現(xiàn)選線的困難。（4）敘述拉路停電選線存在的問題。答：（1）零序電流、零序電壓、零序功率的方向：零序電流：在非故障線路中流過的電流其數(shù)值等于本身的對地電容電流，在故障線路中流過的零序電流數(shù)值為全系統(tǒng)所有非故障元件對地電容

50、電流之和。零序電壓：全系統(tǒng)都會出現(xiàn)量值等于相電壓的零序電壓，個點零序電壓基本一樣。零序功率方向：在故障線路上，電容性無功功率方向為線路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向為母線流向線路。（2）裝設消弧線圈后，上述零序電流的分布規(guī)律發(fā)生變化，接地線路中的零序電流為消弧線圈補償后的參與電流，其量值較小，零序過電流元件將無法整定；零序電流的量值有可能小于非故障線路的零序電流，所以零序電流群體比幅原理也將無法應用。（3）用零序功率方向選線困難：由于一般采用的是過補償，流經(jīng)故障線路的的零序電流是流過消弧線圈的零序電流與非故障元件零序電流之差，而電容無功功率方向是由母線流向線路（實際上是電感性無功

51、功率由線路流向母線），零序功率方向與非故障線路一致，因此無法利用功率方向來判斷故障線路。（4）拉路停電選線存在的問題： 1）需要人工操作，費時、費力，自動化程度低； 2）需要依次斷開每一條線路，影響供電可靠性，若重合閘拒動，可能造成較長時間的停電。2.24 小結下列電流保護的基本原理、使用網(wǎng)絡并闡述其優(yōu)缺點：（1）相間短路的三段式電流保護；（2）方向性電流保護；（3）零序電流保護；（4）方向性零序電流保護；（5）中性點非直接接地系統(tǒng)中的電流電壓保護。答：（1）相間保護的三段式保護：利用短路故障時電流顯著增大的故障特征形成判據(jù)構成保護。其中速斷保護按照躲開本線路末端最大短路電流整定，保護本線路的

52、部分；限時速度按保護按躲開下級速度按保護末端短路整定，保護本線路全長；速斷和限時速斷的聯(lián)合工作，保護本線路短路被快速、靈敏切除。過電流保護躲開最大負荷電流作為本線路和相鄰線路短路時的后備保護。主要優(yōu)點是簡單可靠，并且在一般情況下也能滿足快速切出故障的要求，因此在電網(wǎng)中特別是在35KV及以下電壓等級的網(wǎng)絡中獲得了廣泛的應用。缺點是它的靈敏度受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)的運行方式變化的影響。靈敏系數(shù)和保護范圍往往不能滿足要求，難以應用于更高等級的復雜網(wǎng)路。（2）方向性電流保護：及利用故障是電流復制變大的特征，有利用電流與電壓間相角的特征，在短路故障的流動方向正是保護應該動作的方向，并且流動幅值大于整定

53、幅值時，保護動作跳閘。適用于多斷電源網(wǎng)絡。優(yōu)點：多數(shù)情況下保證了保護動作的選擇性、靈敏性和速動性要求。缺點：應用方向元件是接線復雜、投資增加，同時保護安裝地點附近正方向發(fā)生是你想短路時，由于母線電壓降低至零，方向元件失去判斷的依據(jù)，保護裝置據(jù)動，出現(xiàn)電壓死區(qū)。（3）零序電流保護：正常運行的三相對稱，沒有零序電流，在中性點直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生接地故障時，會有很大的零序電流。故障特征明顯，利用這一特征可以構成零序電流保護。適用網(wǎng)絡與110KV及以上電壓等級的網(wǎng)絡。優(yōu)點：保護簡單，經(jīng)濟，可靠；整定值一般較低，靈敏度較高；受系統(tǒng)運行方式變化的影響較??；系統(tǒng)發(fā)生震蕩、短時過負荷是不受影響；沒有電壓死區(qū)。

54、缺點：對于短路線路或運行方式變化較大的情況，保護往往不能滿足系統(tǒng)運行方式變化的要求。隨著相重合閘的廣泛應用，在單項跳開期間系統(tǒng)中可能有較大的零序電流，保護會受較大影響。自耦變壓器的使用使保護整定配合復雜化。（4）方向性零序電流保護：在雙側或單側的電源的網(wǎng)絡中，電源處變壓器的中性點一般至少有一臺要接地，由于零序電流的實際流向是由故障點流向各個中性點接地的變壓器，因此在變壓器接地數(shù)目比較多的復雜網(wǎng)絡中，就需要考慮零序電流保護動作的方向性問題。利用正方向和反方向故障時，零序功率的差別，使用功率方向元件閉鎖可能誤動作的保護，從而形成方向性零序保護。優(yōu)點：避免了不加方向元件，保護可能的誤動作。其余的優(yōu)點

55、同零序電流保護。缺點：同零序電流保護，接線較復雜。（5）中性點非直接接地系統(tǒng)中的電流電壓保護：在中性點非直接接地系統(tǒng)中，保護相間短路的電流、電壓保護與中性點直接接地系統(tǒng)是完全相同的。僅有單相接地時二者有差別，中性點直接接地系統(tǒng)中單相接地形成了短路，有短路電流流過，保護應快速跳閘，除反應相電流幅值的電流保護外，還可以采用專門的零序保護。而在中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地時，沒有形成短路，無大的短路電流流過，屬于不正常運行，可以發(fā)出信號并指出接地所在的線路，以便盡快修復。當有單相接地時全系統(tǒng)出現(xiàn)等于相電壓的零序電壓，采用零序電壓保護報告有單相接地發(fā)生，由于沒有大短路電流流過故障線路這個明顯特征，而

56、甄別接地發(fā)生在哪條線路上則困難得多。一般需要專門的“單相接地選線裝置”，裝置依據(jù)接地與非接地線路基波零序電流大小、方向以及高次諧波特征的差異，選出接地線路。3 電網(wǎng)距離保護3.1距離保護是利用正常運行與短路狀態(tài)間的哪些電氣量的差異構成的？答：電力系統(tǒng)正常運行時，保護安裝處的電壓接近額定電壓，電流為正常負荷電流，電壓與電流的比值為負荷阻抗，其值較大，阻抗角為功率因數(shù)角，數(shù)值較小；電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，保護安裝處的電壓變?yōu)槟妇€殘余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏?，電壓與電流的比值變?yōu)楸Ｗo安裝處與短路點之間一段線路的短路阻抗，其值較小，阻抗角為輸電線路的阻抗角，數(shù)值較大，距離保護就是利用了正常運行與短路時電壓和電流的比值，即測量阻抗之間的差異構成的。 3.2什么是保護安裝處的負荷阻抗、短路阻抗、系統(tǒng)等值阻抗？答：負荷阻抗是指在電力系統(tǒng)正常運行時，保護安裝處的電壓（近似為額定電壓）與電流（負荷電流）的比值。因為電力系統(tǒng)正常運行時電壓較高、電流較小、功率因數(shù)較高（即電壓與電流之間的相位差較?。?，負荷阻抗的特點是量值較大，在阻抗復平面上與R軸之間的夾角較小。短路阻抗是指在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時保護安裝處的電壓變?yōu)槟妇€殘余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏?，此時測量電壓與測量電流的比值就是短路阻抗。短路阻抗即保護安裝處與短路點之間一段線路的阻抗，其值較