電力系統(tǒng)繼電保護課后習題解析(第二版)

1、電力系統(tǒng)繼電保護課后習題答案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。1.3 繼電保護裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預定的保護功能 ，各環(huán)節(jié)的作用是什么？答:繼電保護裝置一般通過測量比較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個部分

2、完成預定的保護功能。測量比較環(huán)節(jié)是冊來那個被保護電器元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結果，給出“是”、“非”、“0”或“1”性質的一組邏輯信號，從而判別保護裝置是否應該啟動。 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，使保護裝置按一定的邏輯關系判定故障的類 型和范圍，最后確定是否應該使斷路器跳閘。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)下的電氣量復制差異，已經(jīng)構成哪些原 理的保護，這些保護單靠保護整定值能求出保護范圍內(nèi)任意點的故障嗎？答：利用流過被保護元件電流幅值的增大

3、，構成了過電流保護利用短路時電壓幅值的降低，構成了低電壓保護；利用電壓幅值的異常升高，構成了過電壓保護；利用測量阻抗的降低和 阻抗角的變大，構成了低阻抗保護。單靠保護增大值不能切除保護范圍內(nèi)任意點的故障，因為當故障發(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只能保護線路的一部分。1.6 如圖1-1所示，線路上裝設兩組電流互感器，線路保護和母線保護應各接哪組互感器？ 答：線路保護應接TA1,母線保護應接TA2。因為母線保護和線路保護的保護區(qū)必須重疊， 使得任意點的故障都處于保護區(qū)內(nèi)。母線線路

4、TA2TA1圖1-1電流互感器選用示意圖1.9 從對繼電器的“四性”要求及其間的矛盾，闡述繼電保護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。繼電保護的 科學研究、設計、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)一關系進行 的。電力系統(tǒng)繼電保護即是一門理論性很強，又是工程實踐性很強的學科。首先繼電保護工 作者要掌握電力系統(tǒng)、電氣設備的基本原理、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

5、法，應用不同的原理和判據(jù)實現(xiàn)繼電保護 的基本方法，所以需要很強的理論性。由于被保護的電力系統(tǒng)及其相關的電氣設備千差萬別，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原理或裝置都不可能不加調(diào)整地應用于不同的電氣設 備或系統(tǒng)，而應根據(jù)實際工程中設備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對其繼電保護做出必要的調(diào)整。 相同原理的保護裝置在應用于電力系統(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，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，所以繼電保護又具有很強的工程實踐性。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

6、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(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

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。2.7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：E 115/瓜V, Xgi 15、XG2 10 , XG3 10 , L1 L2 60km, L3 40km,LB C 50 km , Lc D 30 km , L D E 20 m ,線路阻抗 0.4 / km , Krei =1.2、K rei = Krei =1.15 , Ib C.max 300A, IcD.

8、max 200A, Id E.max 150A, Kss = 1.5、K0e=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( Ksen 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 Xl產(chǎn) Xl2 =0.4X60=24 , Xl3

9、=0.4X40=16 , X bc =0.4 X 50=20 ,Xcd=0.4 X30 ,Xde =0.4X20=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Xs.min = ( XG1 | XG2 + XL1| XL2 ) |( XG3+ X L 3) = (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Xs.max = XG1+ XL1=39B10.6X s. min20Cjg r2n 八12編輯版word圖2-3等值電路(2)對于保護1,其等

10、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IkEmax . .115/ 3相應的速斷定值為ISet.1=K；elXs.min XbcXcdXde10.6 20X Ik.E.max=1.2X1.312=1.57kA121.312kA 8最小保護范圍計算公式為ISet =.32ZZ.Is-s.maxJ min32_ ISets.max1 c =-85.9km0.4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 I k.D .max =X s.min相應的速斷定值為I；

11、et.2最小保護范圍為LminX BC =Krel 工2I Set.2=1.558kA XcdX IkDmax=1.2X1.558=1.87kA .1 max_1Zs.max0-4=-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 Ik.C.max=-E =2.17kA XsminXBC相應的速斷定值為lSet.3= Ki X Ik.c.max=1.2KsIres) A (IdIdmin)式中，Ks為標積制動系數(shù)，8為1和12的夾角。(2)比率制動。令差動電流為Id= I1+I2制動電流為

12、 Ires=|(1-I2)/2|則比率制動式縱差保護的動作方程為Id K(Ires-Ires.min)+Id.min, 當 卜es Ires.mimId Id.min, 當 Ires Ires.min式中，卜es.min成為拐點電流；Id.min為啟動電流；K為制動線斜率.7.4 發(fā)電機的完全差動保護為何不反應匝間短路故障，變壓器差動保護能反應嗎？答；發(fā)電機的完全差動保護引入發(fā)電機定子機端和中性點的全部相電流I1和I2,在定子繞組發(fā)生同相匝間短路時兩側電流仍然相等，保護將不能夠動作。變壓器匝間短路時，相當于增加了繞組的個數(shù)，并改變了變壓器的變比，此時變壓器兩側電流不再相等，流入差動繼電器的電流將不在為零，所以變壓器縱差動保護能反應繞組的匝間短路故障。8.2 試述判別母線故障的基本方法。答：(1)全電流差動原理判別母線故障。在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，或表示為匯Ipi=0;當母線上發(fā)生故障時，所有與母線連接的元件都向故障點供給短路電流或流出殘留的負荷電流，按基爾霍夫電流定律，有匯Ipi=Ik(短路點的總電流)。(2)電流相位差動原理判別母線故障。如從每個連接元件中電流的相位來看，則在正常運行以及外部故障時，則至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位是相反的，具體說來，就是電流流入的元件和電流流出的元件這