電力系統(tǒng)繼電保護(hù)7~10章習(xí)題解答

1、 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)習(xí)題解答 (7-10章)第7章同步發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)思考題與習(xí)題解答71發(fā)電機(jī)有哪些故障類型？應(yīng)該裝設(shè)哪些反應(yīng)故障的保護(hù)？ 答：發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)：發(fā)電機(jī)故障類型主要有各種短路故障。各種故障包括相間短路、接地短路和輸電線路斷線。應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)有：（1）對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。（2）對(duì)于定子繞組單相接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧繞組）大于或等于5A時(shí)，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘，當(dāng)接地電容電流小于5A時(shí)保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)。對(duì)容量是100MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)盡量裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的接地保護(hù)。（3）對(duì)于定子繞組匝間短路，

2、當(dāng)繞組接成雙星形，且每一分支都有引出端時(shí)，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。（4）對(duì)于外部短路引起的過(guò)電流，一般應(yīng)裝設(shè)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)或復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。對(duì)于容量為50MW及以上的發(fā)電機(jī)，一般裝設(shè)負(fù)序過(guò)電流及單相低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。負(fù)序過(guò)電流保護(hù)同時(shí)用作外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷引起的負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。（5）對(duì)于由對(duì)稱過(guò)負(fù)荷引起的定子繞組過(guò)電流，應(yīng)裝設(shè)接于一相電流的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。（6）對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)及其某些大容量汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組的過(guò)電壓，應(yīng)裝設(shè)帶延時(shí)的過(guò)電壓保護(hù)。（7）對(duì)于勵(lì)磁回路的接地故障，水輪發(fā)電機(jī)一般應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)。對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地，一般采用定期檢測(cè)裝置，對(duì)大容量機(jī)組

3、，可裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)，對(duì)兩點(diǎn)接地故障，應(yīng)裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)。（8）對(duì)于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁消失，當(dāng)100MW以下不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，應(yīng)在自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)應(yīng)聯(lián)動(dòng)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器；當(dāng)采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。對(duì)于100MW以下但對(duì)電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機(jī)和100MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。（9）對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路過(guò)負(fù)荷，在容量為100MW以上并采用半導(dǎo)體勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，可以裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路過(guò)負(fù)荷保護(hù)。（10）對(duì)于大容量汽輪發(fā)電機(jī)的逆功率運(yùn)行，可以裝設(shè)逆功率保護(hù)。72試分析發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的作用及保護(hù)范圍答：發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)是反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路故障，保護(hù)無(wú)死區(qū)動(dòng)

4、作時(shí)限短。它作為發(fā)電機(jī)相間短路的主保護(hù)。其保護(hù)范圍包括發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線，即裝設(shè)發(fā)電機(jī)定子繞組兩側(cè)TA之間的范圍。73試說(shuō)明如圖71具有斷線監(jiān)視裝置的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)裝置，在內(nèi)部故障、電流互感器二次回路斷線情況下的動(dòng)作過(guò)程。當(dāng)發(fā)生二次回路斷線時(shí)的外部故障，保護(hù)將如何反應(yīng)？答：如圖71所示具有斷線監(jiān)視的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)裝置，在發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，電流互感器2TA二次回路斷線，則差動(dòng)繼電器通過(guò)1TA反應(yīng)的短路電流要大于繼電器動(dòng)作電流，繼電器動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生外部故障時(shí)，2TA斷線流過(guò)繼電器電流仍為，保護(hù)要誤動(dòng)作，但因?yàn)檠b設(shè)了斷線監(jiān)視裝置，發(fā)生斷線后，它發(fā)出信號(hào)，運(yùn)行人先接到信號(hào)后即將差動(dòng)保護(hù)退出，防止誤動(dòng)作

5、。 圖71 題7-3具有斷線監(jiān)視裝置的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線圖74零序電壓匝間短路保護(hù)，能否保護(hù)單相接地？ 答：不能，如圖72所示為零序電壓匝間短路保護(hù)原理接線圖，圖中把發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)出口端電壓互感器的中性點(diǎn)連在一起，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生匝間短路或者中性點(diǎn)不對(duì)稱的相間短路時(shí)，破壞了三相中性點(diǎn)的對(duì)稱，產(chǎn)生了對(duì)中性點(diǎn)的零序電壓即，使零序電壓匝間短路保護(hù)正常動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地時(shí)，雖然電壓互感器TV的一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓，即一次側(cè)三相對(duì)地電壓不平衡，中性點(diǎn)電位升高為，但TV一次側(cè)的中性點(diǎn)并不接地，所以即使它的中性點(diǎn)電位升高，三相對(duì)地中性點(diǎn)的電壓仍對(duì)稱，所以開(kāi)口三角形繞組輸出電壓=

6、0。保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。為防止1TV一次熔斷器熔斷引起保護(hù)誤動(dòng)作，設(shè)置了電壓閉鎖裝置，為防止低定值零序電壓匝間短路保護(hù)在外部短路時(shí)誤動(dòng)作，設(shè)置了負(fù)序功率方向閉鎖元件。 圖72 題7-4零序電壓匝間短路保護(hù)原理接線圖75為什么反應(yīng)零序電壓的定子繞組匝間短路保護(hù)要采用負(fù)序功率方向閉鎖？答：零序電壓的定子繞組匝間短路保護(hù)采用負(fù)序功率方向閉鎖元件。在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)振蕩或三相對(duì)稱短路時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組三相電流對(duì)稱，轉(zhuǎn)子回路不出現(xiàn)2次諧波電流，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行或發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，定子繞組的負(fù)序分量電流也將在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出2次諧波電流。為防止在這些情況下保護(hù)誤動(dòng)作，可加設(shè)起閉鎖作用的負(fù)序功率方

7、向閉鎖，因?yàn)樵验g短路時(shí)的負(fù)序功率方向與不對(duì)稱運(yùn)行或發(fā)生不對(duì)稱接地短路時(shí)的負(fù)序功率方向相反。這樣，不對(duì)稱情況下的負(fù)序功率方向元件使保護(hù)閉鎖，匝間短路時(shí)便能使保護(hù)開(kāi)放。76為什么發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的零序電流保護(hù)存在死區(qū)，如何減小死區(qū)？答：當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)附近接地時(shí)，由于接地電流很小，采用零序電流保護(hù)可能不能動(dòng)作，有15%30%的死區(qū)。為減小死區(qū)可采取下列措施：（1）加裝三次諧波濾過(guò)器；（2）對(duì)于高壓側(cè)是中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)，可利用保護(hù)裝置延時(shí)來(lái)躲過(guò)高壓側(cè)接地短路故障，其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與變壓器的零序保護(hù)相配合；（3）對(duì)于高壓側(cè)是中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)，可利用高壓側(cè)的零序電壓將發(fā)電機(jī)的接地保護(hù)閉鎖

8、或?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)。采用上述措施后，繼電器動(dòng)作值可取510伏，保護(hù)范圍可提高到90%以上，但是在中性點(diǎn)附近仍有5%10%的死區(qū)。 7-7大容量發(fā)電機(jī)為什么要采用100%定子接地保護(hù)？利用發(fā)電機(jī)定子繞組三次諧波電壓和零序電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)的原理是什么？ 答：在大型機(jī)組中水內(nèi)冷機(jī)組占有一定的比例。對(duì)于水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于機(jī)械損傷或發(fā)生漏水等原因，導(dǎo)致中性點(diǎn)附近的定子繞組發(fā)生接地故障是完全可能的。如果這種故障沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，勢(shì)必會(huì)發(fā)展成匝間短路，相間短路或兩點(diǎn)接地短路，以致造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。因此，對(duì)這種大容量發(fā)電機(jī)，有必要裝設(shè)能保護(hù)100%定子繞組的接地保護(hù)。下面說(shuō)明利用三次諧波電壓構(gòu)成

9、的100%定子接地保護(hù)。該保護(hù)由兩部分組成，一部分為零序電壓保護(hù)，它可以保護(hù)85%90%定子繞組。另一部分利用發(fā)電機(jī)三次諧波電壓構(gòu)成，它用來(lái)消除零序電壓保護(hù)的死區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)100%定子繞組的接地保護(hù)。為了可靠起見(jiàn)，兩部分保護(hù)區(qū)有段重疊。第二部分的工作原理是利用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和出線端的三次諧波電壓在正常運(yùn)行和接地故障時(shí)變化相反的特點(diǎn)構(gòu)成。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓比發(fā)電機(jī)出線端的三次諧波電壓大。利用其變化特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)出口的三次諧波電壓成為動(dòng)作量，從而使中性點(diǎn)的三次諧波電壓成為制動(dòng)量，利用絕對(duì)值比較原理，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓時(shí)，繼電器動(dòng)作，這種保護(hù)在正常時(shí)

10、制動(dòng)，在定子繞組接地時(shí)動(dòng)作。三次諧波電壓保護(hù)原理如下，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響，在發(fā)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)中存在三次諧波分量，其值不超過(guò)基波電勢(shì)的10%。正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)絕緣的發(fā)電機(jī)端電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓分布如圖7-3（a）所示，其中為每相三次諧波電勢(shì)，為每相對(duì)地電容，為機(jī)端其它各連接元件每相的對(duì)地電容，中性點(diǎn)三次諧波電壓和機(jī)端三次諧波電壓分別為： （71） （7-2） （7-3）上式說(shuō)明在正常情況下，機(jī)端三次諧波電壓小于中性點(diǎn)三次諧波電壓，若發(fā)電機(jī)經(jīng)消弧繞組接地，上述結(jié)論也成立。 （c） (d)圖73 題7-7發(fā)電機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓（a）正

11、常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)三次諧波電壓的等值電路；（c）發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時(shí)三次諧波電壓的等值電路；（c）、隨接地點(diǎn)位置a變化的曲線圖74發(fā)電機(jī)零序電壓和三次諧波電壓相結(jié)合構(gòu)成100定子繞組單相接地保護(hù)原理接線圖設(shè)發(fā)電機(jī)定子繞組距中性點(diǎn)a處發(fā)生單相接地，如圖7-3(b)所示，無(wú)論中性點(diǎn)是否接消弧繞組都有=,且與的比值為 (7-4)與隨a而變化，其變化曲線如圖7-3（d）所示，當(dāng)a。有以上分析可知，正常情況下，；當(dāng)a，利用作為動(dòng)作量，利用作為制動(dòng)量，構(gòu)成接地保護(hù)，可以反應(yīng)50%范圍內(nèi)的接地故障。利用基波零序電壓和三次諧波電壓的發(fā)電機(jī)定子繞組100%的定子接地保護(hù)接線圖如圖7-4所示。圖中和分別表示由中性

12、點(diǎn)和機(jī)端取得的交流電壓，由電抗變換器1UR一次繞組和電容構(gòu)成三次諧波串聯(lián)諧振電路，、組成基波串聯(lián)諧振電路，因此加于整流橋1U的交流電壓是三次諧波電壓。1U整流電壓經(jīng)濾波后作為動(dòng)作量作用于執(zhí)行元件，同樣，經(jīng)電抗變換器2UR、整流橋2U，濾波電容后，形成制動(dòng)量作用于執(zhí)行元件，執(zhí)行元件兩端電壓為： （7-5）在正常情況下，0, 執(zhí)行元件不動(dòng)作；當(dāng)a 0，執(zhí)行元件動(dòng)作，調(diào)節(jié)電位器1RP可以改變保護(hù)的整定值。電壓變換器UV直接接于機(jī)端電壓互感器1TV的開(kāi)口三角形側(cè)，反映基波零序電壓?；阈螂妷航?jīng)整流器3U整流和經(jīng)，組成濾波器濾波后，加于執(zhí)行元件，調(diào)節(jié)電位器2RP滑動(dòng)端位置，可以改變基波零續(xù)電壓部分的整

13、定值。7-8 發(fā)電機(jī)失磁后，發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗如何變化，什么是等有功阻抗圓，等無(wú)功阻抗圓?答：失磁后，發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗的變化是，失磁保護(hù)的重要判據(jù)，下面以汽輪發(fā)電機(jī)經(jīng)線路與無(wú)窮大系統(tǒng)并列運(yùn)行為例分析失磁后發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗的變化情況。如圖7-5（a）所示為系統(tǒng)的等值電路，圖7-5（b）為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)各電氣量的相量圖。由電機(jī)理論可知，發(fā)電機(jī)送到受端的有功功率和無(wú)功功率為： (7-6) (7-7) (7-8)式中 發(fā)電機(jī)電勢(shì)，系統(tǒng)電壓； 發(fā)電機(jī)同步電抗與系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)之間聯(lián)系電抗之和； 與之間的夾角，稱為功角； 受端功率因數(shù)角圖7-5 題7-8發(fā)電機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)并列運(yùn)行（a）等值電路；（b）相量

14、圖在正常運(yùn)行時(shí)，,發(fā)電機(jī)失步.下面分三個(gè)階段分析發(fā)電機(jī)從失磁到穩(wěn)定異步運(yùn)行。1.失磁開(kāi)始到失步前為等有功階段在這個(gè)階段中，隨勵(lì)磁電流逐漸減小而下降，根據(jù)公式11-6可知發(fā)電機(jī)送出功率P減小，但原動(dòng)機(jī)輸入功率沒(méi)有減小，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)剩余功率使轉(zhuǎn)子加速，增大，sin增大，由于減小和增大相互補(bǔ)償，故P的平均值保持不變，這一過(guò)程稱為等有功過(guò)程。根據(jù)式（7-7）無(wú)功功率Q隨增大而降低，而且從正值變?yōu)樨?fù)值，即發(fā)電機(jī)變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收感性無(wú)功功率。發(fā)電機(jī)從失磁到失步前，機(jī)端測(cè)量阻抗為： （11-9）式中,和P均為常數(shù),=arctan（Q/P），隨Q變化而變化，式（11-9）表示以為圓心，半徑為的圓,如圖7-6所示，稱

15、為等有功阻抗圓。圖7-6題7-8等有功阻抗圓 圖7-7題7-8等無(wú)功阻抗圓上述分析可知，失步前機(jī)端測(cè)量阻抗在阻抗復(fù)平面第一象限，失磁開(kāi)始到失步前，隨著Q、減小，機(jī)端測(cè)量阻抗的端點(diǎn)沿著等有功圓向第IV象限移動(dòng)。2.臨界失步點(diǎn)當(dāng)增加到，汽輪發(fā)電機(jī)處于靜態(tài)極限，此時(shí)失磁發(fā)電機(jī)送至系統(tǒng)無(wú)功功率，根據(jù)式（7-7）應(yīng)為 =常數(shù) (7-10）式中Q為負(fù)值，表明發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，這種情況下，機(jī)端測(cè)量阻抗為 （7-11） 將式（1110）代入（1011）可得式 （7-12）式中，僅為變量，所以式（7-12）也是一個(gè)圓方程，其圓心坐標(biāo)為（0，）,半徑為，如圖7-7所示。該圖稱臨界失步阻抗圓或稱為等無(wú)功

16、阻抗圓。3失步后的異步運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)失步穩(wěn)定運(yùn)行在第IV象限，其等值電路如圖7-8所示。按圖中規(guī)定電流正方向，機(jī)端測(cè)量阻為： （7-13）當(dāng)發(fā)電機(jī)在空載下失磁，轉(zhuǎn)差率S=0，,此時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗最大，即 （7-14）當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁前帶有很大的有功功率，失磁后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步時(shí)轉(zhuǎn)差率很高，極限情況是S，0，此時(shí)有最小值，即 （7-15）由上述分析可見(jiàn)，如圖7-9所示，發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，其機(jī)端測(cè)量阻抗按所帶有功負(fù)荷不同（P1或P2），位于阻抗復(fù)平面第一象限（a和點(diǎn)）。失磁后，機(jī)端測(cè)量阻抗沿等有功圓向第IV象限變化，當(dāng)它與臨界失步阻抗圓相交時(shí)（b或點(diǎn)），表明機(jī)組處于靜態(tài)穩(wěn)定的極限。越過(guò)靜態(tài)邊界后，機(jī)組轉(zhuǎn)入

17、異步運(yùn)行，最后穩(wěn)定運(yùn)行在第IV象限與之間的范圍（c或點(diǎn)附近）。 圖7-8發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)的等值電路 定子繞組漏電抗；歸算至定子側(cè)轉(zhuǎn)子回路電阻及漏電抗；定、轉(zhuǎn)子繞組間互感抗；轉(zhuǎn)差率；圖7-9發(fā)電機(jī)失磁后機(jī)端測(cè)量阻抗的變化7-9 為什么大容量發(fā)電機(jī)采用負(fù)序電流保護(hù)，其動(dòng)作值是按什么條件選擇的？答：由于大容量發(fā)電機(jī)組的額定電流很大，在相鄰元件末端發(fā)生兩相短路時(shí)，短路電流可能很小，采用復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)或負(fù)序電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)，往往不能滿足相鄰元件對(duì)靈敏系數(shù)的要求，在此情況下采用負(fù)序電流保護(hù)作為后備保護(hù)，可以提高不對(duì)稱短路時(shí)的靈敏性。負(fù)序電流及單相低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，其動(dòng)作電流按下述三個(gè)條件整定：

18、（1）靈敏元件2KA的整定。負(fù)序過(guò)負(fù)荷部分的動(dòng)作電流按躲開(kāi)發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷時(shí)負(fù)序電流濾過(guò)器的不平衡電流和小于發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序電流值，一般取 （7-16）保護(hù)動(dòng)作時(shí)限比發(fā)電機(jī)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大一級(jí)。（2）不靈敏元件3KA的整定。負(fù)序過(guò)流部分，按照發(fā)電機(jī)短時(shí)間允許的負(fù)序電流來(lái)確定。在選擇動(dòng)作電流時(shí)，應(yīng)先給一個(gè)計(jì)算時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)運(yùn)行人員有可能采取措施消除產(chǎn)生負(fù)序電流的運(yùn)行方式，一般取，若流過(guò)發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流，允許通過(guò)負(fù)序電流的時(shí)間，運(yùn)行人員來(lái)不及消除產(chǎn)生負(fù)序電流的運(yùn)行方式，這種情況下保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于跳閘。因此，負(fù)序電流保護(hù)的動(dòng)作電流（標(biāo)幺值）為 （7-17）對(duì)于表面冷卻的發(fā)電機(jī)，取A=30-40

19、代入上式可得 （7-18）（3）不靈敏元件負(fù)序電流動(dòng)作值除按轉(zhuǎn)子發(fā)熱條件整定外，保護(hù)裝置的啟動(dòng)電流還應(yīng)與相鄰元件的后備保護(hù)在靈敏系數(shù)上相配合。若發(fā)電機(jī)和變壓器都沒(méi)有獨(dú)立的負(fù)序電流保護(hù)，則發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)可只與升壓變壓器的負(fù)序電流相配合，即 （7-19） 式中 配合系數(shù)，取1.1； 在主要運(yùn)行方式下，發(fā)生外部不對(duì)稱短路，流過(guò)變壓器的負(fù)序電流正好等于變壓器負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作電流，流過(guò)發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流。7-10 為什么要安裝發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)？一般有哪幾種保護(hù)？答：發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高，離心力較大，承受的電負(fù)荷又重，一次勵(lì)磁繞組絕緣容易破壞。繞組導(dǎo)線碰接鐵芯，會(huì)造成轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障。

20、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的一點(diǎn)接地是比較常見(jiàn)的故障不會(huì)形成電流通路，所以對(duì)發(fā)電機(jī)無(wú)直接危害，但發(fā)生一點(diǎn)接地后，勵(lì)磁回路對(duì)地電壓升高，可能導(dǎo)致第二點(diǎn)接地。勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地后構(gòu)成短路電流通路，可能燒壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯。由于部分勵(lì)磁繞組被短接，破壞了氣隙磁場(chǎng)的對(duì)稱性，引起機(jī)組振動(dòng)，特別是多極機(jī)振動(dòng)更嚴(yán)重。此外，轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地還可能使汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系統(tǒng)和汽缸磁化。因此要安裝發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路保護(hù)。通常1MW以上的水輪發(fā)電機(jī)只裝設(shè)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)，并動(dòng)作于信號(hào)，以便安排停機(jī)。1MW以下的水輪發(fā)電機(jī)宜裝設(shè)定期檢測(cè)裝置。對(duì)于100MW以下的汽輪發(fā)電機(jī)，一點(diǎn)接地故障采用定期檢測(cè)裝置，發(fā)生一點(diǎn)接地后，再投入兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置

21、，帶時(shí)限動(dòng)作于停機(jī)。轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷或100MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)裝勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)裝置（帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)）和兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置（帶時(shí)限動(dòng)作于停機(jī)）。711發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)分為哪幾種？答：發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)有：（1）定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)；（2）勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)（3）轉(zhuǎn)子表面負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù)（負(fù)序電流保護(hù)）。1定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組通過(guò)的電流和允許電流的持續(xù)時(shí)間成為反時(shí)限的關(guān)系。如圖710所示，即電流I越大，允許時(shí)間T越短。圖710題711發(fā)電機(jī)定子繞組通過(guò)負(fù)荷電流和允許持續(xù)時(shí)間的關(guān)系曲線因此大型發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)采用具有反時(shí)限特性的繼電器。保護(hù)裝置采用三相式接線，動(dòng)作時(shí)作用于跳閘。對(duì)于定子繞組

22、非直接冷卻的中小容量的發(fā)電機(jī)，由于模擬定子發(fā)熱特性的反時(shí)限繼電器太復(fù)雜，通常采用接于一相電流的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。如圖711所示。過(guò)負(fù)荷保護(hù)由一個(gè)電流繼電器KA和一個(gè)時(shí)間繼電器KT組成，動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。發(fā)電機(jī)定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)的整定值按發(fā)電機(jī)額定電流1.24倍整定，即 (720)圖711題711發(fā)電機(jī)定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)原理接線圖保護(hù)動(dòng)作時(shí)限比發(fā)電機(jī)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大一時(shí)限級(jí)差，一般整定左右，以防止發(fā)電機(jī)外部短路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)誤動(dòng)作。對(duì)于定子繞組為直接冷卻且過(guò)負(fù)荷能力較低（例如過(guò)負(fù)荷能力低于1.5倍，過(guò)負(fù)荷時(shí)間不超過(guò)60S）的發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)可采用定時(shí)限和反時(shí)限兩部分構(gòu)成。定時(shí)限部分作用于信號(hào)，有條件時(shí)也可

23、以作用于減負(fù)荷。反時(shí)限部分作用于解列或程序跳閘。2、勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障或強(qiáng)勵(lì)磁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁回路都有可能過(guò)負(fù)荷。采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)由于半導(dǎo)體元件易出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷的機(jī)會(huì)比直流勵(lì)磁機(jī)多。大容量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組一般采用氫或水直接內(nèi)冷，繞組導(dǎo)線所取電流密度較高，線徑相對(duì)較小，因而允許過(guò)負(fù)荷時(shí)間很短。如國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一些機(jī)組在二倍額定勵(lì)磁電流時(shí)僅允許運(yùn)行20S，值班人員在這樣短時(shí)間內(nèi)處理好勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷問(wèn)題是困難的。因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：容量100MW及以上采用半導(dǎo)體勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)。 勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)宜采用反時(shí)限特性，通常利用直流互感器（其工

24、作原理同磁放大器相似）作為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組電流的檢測(cè)元件，利用半導(dǎo)體電路或微機(jī)軟件形成所需要的反時(shí)限特性。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于300MW以下，采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，可裝設(shè)定時(shí)限的勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)，保護(hù)裝置帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)和降低勵(lì)磁電流，對(duì)300MW及以上發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)可由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成。定時(shí)限部分動(dòng)作電流按正常運(yùn)行最大勵(lì)磁電流下能可靠返回條件整定，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，并動(dòng)作于降低勵(lì)磁電流。反時(shí)限部分作用于解列滅磁。3、 轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù) 當(dāng)電力系統(tǒng)三相負(fù)荷不對(duì)稱（如由電氣機(jī)車、電弧爐等單相設(shè)備造成）或非全相運(yùn)行，或發(fā)生外部不對(duì)稱短路時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組將流過(guò)負(fù)序電流。

25、負(fù)序電流產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，它相對(duì)于轉(zhuǎn)子的速度為兩倍同步轉(zhuǎn)速，因而在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出兩倍工頻（100Hz）的電流。由于轉(zhuǎn)子深部感抗大，此電流只能在轉(zhuǎn)子表面流通，將使轉(zhuǎn)子損耗增大，引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱。因此電流流過(guò)槽楔與大小齒間的接觸表面，轉(zhuǎn)子本體和套箍間的接觸表面時(shí)，將會(huì)引起局部高溫，甚至可能使轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)松脫，造成發(fā)電機(jī)的重大故障，因此，為防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子遭受負(fù)序電流的損壞，需要裝設(shè)轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱量的大小與流經(jīng)發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流的平方及其持續(xù)時(shí)間成正比。假設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不向周圍散熱，則在這個(gè)最嚴(yán)重條件下，發(fā)電機(jī)可以承受的負(fù)序電流平方和電流持續(xù)時(shí)間乘積對(duì)不

26、同型式和不同冷卻方式的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)是一個(gè)常數(shù)，即 (7-21) 式中負(fù)序電流和發(fā)電機(jī)額定電流的比值； 負(fù)序電流持續(xù)時(shí)間； 耐熱常數(shù)，由廠家提供，其數(shù)值和發(fā)電機(jī)的型式及冷卻方式有關(guān)對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層的負(fù)荷保護(hù)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，50MW及以上，的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)定時(shí)限負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù)，保護(hù)裝置的動(dòng)作電流按躲過(guò)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序過(guò)電流值和躲過(guò)最大負(fù)荷下負(fù)序電流濾過(guò)器的不平衡電流整定，保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)和負(fù)序過(guò)電流保護(hù)組合在一起。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定100MW及以上，A1,發(fā)電機(jī)就可能遭受過(guò)勵(lì)磁的危害。 發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁時(shí)，鐵芯磁密過(guò)分增大，使鐵芯飽和，鐵芯飽和后，鐵損增加，使鐵芯溫度上升。鐵芯飽

27、和后還會(huì)使磁場(chǎng)擴(kuò)散到周圍空間，使漏磁場(chǎng)增強(qiáng)?？拷F芯的繞組導(dǎo)線和其他金屬構(gòu)件，由于漏磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流損耗。鐵芯飽和后諧波磁密度增強(qiáng)，而渦流損耗與諧波磁密的頻率的平方成正比，因此附加損耗增大，并使這些部位發(fā)熱，引起高溫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質(zhì)。過(guò)勵(lì)磁還會(huì)使鐵芯背部漏磁場(chǎng)增強(qiáng)。背部漏磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)。處于這一交變漏磁場(chǎng)中的定位筋，和定子繞組的線棒類似，將感應(yīng)出電勢(shì)。相鄰定位筋中的感應(yīng)電勢(shì)存在相角差，通過(guò)定子鐵芯構(gòu)成閉合回路，流通電流。正常情況下。定子鐵芯背部漏磁小，定位筋中感應(yīng)電勢(shì)也小，故通過(guò)定位筋和鐵芯的電流也比較小。過(guò)電壓時(shí)，定子背部漏磁通急劇增大，從而使定位筋和鐵芯中電流急

28、劇增加，在定位筋附近的部位，電流密度很大，將引起局部過(guò)熱，電壓越高，時(shí)間越長(zhǎng)，局部過(guò)熱越嚴(yán)重，甚至造成局部燒傷。如果定位筋和定子鐵芯接觸不良，在接觸面上還可能出現(xiàn)火花放電。這對(duì)于氫冷發(fā)電機(jī)，后果可能嚴(yán)重。大型發(fā)電機(jī)由于縱軸電抗較大，即單位面積的磁通較大，故過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象比中小型發(fā)電機(jī)要嚴(yán)重。我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，300MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。發(fā)電機(jī)具有一定的耐受過(guò)勵(lì)磁的能力，其允許過(guò)勵(lì)磁時(shí)間隨過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)n升高而下降，兩者不成線性關(guān)系，在同一過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)下，允許發(fā)電機(jī)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間t和額定磁密,飽和磁密的大小及磁化曲線的形狀有密切關(guān)系，越接近，磁化曲線飽和段的斜率越小，則在同一個(gè)過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)n下

29、，允許發(fā)電機(jī)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間越短。為使過(guò)勵(lì)磁保護(hù)能有效地在發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)保護(hù)發(fā)電機(jī)，保護(hù)應(yīng)具有反時(shí)限特性，且保護(hù)特性要和發(fā)電機(jī)的過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)曲線相配合，即繼電器特性曲線緊隨過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)曲線下降。這樣當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，保護(hù)會(huì)以稍小于允許發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)間斷開(kāi)發(fā)電機(jī)，即保證發(fā)電機(jī)安全，又不會(huì)在發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行尚未危及發(fā)電機(jī)安全時(shí)，過(guò)早地切除發(fā)電機(jī)。由于鐵芯飽和非線性和鐵芯材料及工藝上的差別，使發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁特性各異，給過(guò)勵(lì)磁保護(hù)增添了困難。因此，發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)采用兩段定時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。保護(hù)裝置由低定值和高定值兩部分組成。低定值部分帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)和降低勵(lì)磁電流。高定值部分動(dòng)作于解列、滅磁或程序跳

30、閘。汽輪發(fā)電機(jī)裝設(shè)了過(guò)勵(lì)磁保護(hù)，可不再裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。7-13已知發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-300-2，額定容量，額定電壓，額定電流11320A，功率因數(shù)，效率，發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗，次暫態(tài)電抗，同步電抗。已知，。要求；1、試用用下拋園特性元件構(gòu)成失磁保護(hù)的整定計(jì)算，并繪出失磁保護(hù)動(dòng)作特性。 2、發(fā)電機(jī)采用BCD-25型差動(dòng)繼電器構(gòu)成比率制動(dòng)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，試進(jìn)行整定計(jì)算，并繪出縱差保護(hù)比率制動(dòng)特性曲線（提示制動(dòng)系數(shù)整定的范圍有0.2、0.35、0.6）解：略7-14已知發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-600-2，額定容量，額定電壓，額定電流19245A，功率因數(shù)，效率，發(fā)電機(jī)瞬變電抗，次暫態(tài)電抗，同步電抗。已知

31、，。要求；1、試用用下拋園特性元件構(gòu)成失磁保護(hù)的整定計(jì)算，并繪出失磁保護(hù)動(dòng)作特性。 2、發(fā)電機(jī)采用BCD-25型差動(dòng)繼電器構(gòu)成比率制動(dòng)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，試進(jìn)行整定計(jì)算，并繪出縱差保護(hù)比率制動(dòng)特性曲線（提示制動(dòng)系數(shù)整定的范圍有0.2、0.35、0.6）解：略7-15已知發(fā)電機(jī)容量為25MW,cos=0.8,額定電壓為6.3kV,=0.122,=0.149,假定發(fā)電機(jī)未與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，試對(duì)發(fā)電機(jī)的BCH-2型差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算（即求、）.解：1 求發(fā)電機(jī)額定電流及出口最大三相短路電流，取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電流為 發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電勢(shì)為于是，發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)次暫態(tài)短路電流的周期分量為 此處算出的比取=1時(shí)略大。

32、2求動(dòng)作電流值（1）按躲過(guò)最大不平衡電流條件式中 可靠系數(shù)，取1.3；非周期分量系數(shù)，取1；TA的同型系數(shù)，取0.5；TA的誤差，取0.1（2）按躲過(guò)電流互感器二次回路斷線時(shí)誤動(dòng)作條件取最大負(fù)荷電流為發(fā)電機(jī)額定電流。 取上述二條件中最大值者，即，流入差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為 3確定BCH2型繼電器各繞組匝數(shù) 差動(dòng)繞組的匝數(shù)為匝取匝，匝，匝動(dòng)作電流整定值為：4 靈敏系數(shù)校驗(yàn)因只考慮單機(jī)運(yùn)行（題設(shè)條件）故最小短路電流為滿足要求7-16發(fā)電機(jī)額定參數(shù)及其差動(dòng)保護(hù)用電流互感器變比等已知數(shù)同1113題，發(fā)電機(jī)采用圖712所示高靈敏接線的BCH-2(DCD2)型縱差動(dòng)保護(hù)，試對(duì)該保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算。假設(shè)系統(tǒng)最

33、小運(yùn)行方式下發(fā)電機(jī)的等值阻抗大于發(fā)電機(jī)的正序阻抗。圖7-12高靈敏接線的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線圖、 、 分別為每相BCH-2型差動(dòng)繼電器的差動(dòng)繞組和平衡繞組；KI斷線監(jiān)視繼電器解：已知發(fā)電機(jī)額定容量為25MW， ，求高靈敏接線的BCH2型縱差動(dòng)保護(hù)整定1求發(fā)電機(jī)額定電流及出口最大三相短路電流。計(jì)算結(jié)果同題712（略）2求差動(dòng)繼電器動(dòng)作電流，確定各繞組匝數(shù)(1)按TA二次回路斷線時(shí)未斷線相保護(hù)不誤動(dòng)作條件確定平衡繞組匝數(shù)匝取整定匝數(shù)，匝(2)求差動(dòng)繞組匝數(shù)及其動(dòng)作電流匝按實(shí)有抽頭，取差動(dòng)繞組整定匝數(shù)匝差動(dòng)繞組動(dòng)作電流(3)按TA二次回路斷線時(shí)斷線相保護(hù)不誤動(dòng)條件校驗(yàn)：在負(fù)荷電流作用下，斷線相差動(dòng)

34、繼電器中磁勢(shì)為 滿足要求(4)按躲開(kāi)外部短路不平衡電流條件校驗(yàn)動(dòng)作電流滿足要求3.靈敏系數(shù)校驗(yàn)按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式機(jī)端兩相短路電流進(jìn)行校驗(yàn)折算到二次側(cè)繼電器電流靈敏系數(shù)可見(jiàn)，靈敏性比題11-13結(jié)果提高一倍多。7-17在額定電壓10.5KV的發(fā)電機(jī)上裝設(shè)負(fù)序電流保護(hù)，并附有單相式低電壓過(guò)電流保護(hù)其接線圖如1113所示。發(fā)電機(jī)允許長(zhǎng)期流過(guò)負(fù)序電流一般為發(fā)電機(jī)額定電流10%。當(dāng)負(fù)序電流等于發(fā)電機(jī)額定電流50%時(shí)，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘。發(fā)電機(jī)電壓母線上接有兩臺(tái)變壓器，其后備保護(hù)（電流保護(hù)）的時(shí)間分別為,正常時(shí)可能長(zhǎng)期出現(xiàn)的負(fù)序電流=40A,負(fù)序電流濾過(guò)器的不平衡電流折算到一次側(cè)為發(fā)電機(jī)額定電流的5%，發(fā)電

35、機(jī)由構(gòu)造形式和材料決定的耐熱系數(shù)A=30,可靠系數(shù)，返回系數(shù)=0.85,時(shí)限階段t=0.5s，發(fā)電機(jī)額定容量20MVA,電流互感器變比1500/5，變壓器后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間=1.2s,=1.4s.圖713題7-17單相式低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)原理接線解：發(fā)電機(jī)額定電流為負(fù)序電流濾過(guò)器一次不平衡電流為在最不利的情況下，和（長(zhǎng)期出現(xiàn)的負(fù)序電流）為同相，保護(hù)在兩者之和的作用下應(yīng)該不動(dòng)作，故動(dòng)作于信號(hào)的負(fù)序過(guò)電流保護(hù)的啟動(dòng)電流應(yīng)為由題設(shè)條件可知，啟動(dòng)電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許負(fù)序電流即取二者中大值者作為保護(hù)動(dòng)作電流，故較靈敏繼電器1KA的動(dòng)作值為根據(jù)題設(shè)條件，動(dòng)作于跳閘的不靈敏的繼電器2KA動(dòng)作電流應(yīng)為或

36、按轉(zhuǎn)子允許發(fā)熱條件，動(dòng)作電流標(biāo)幺值應(yīng)為即,與題設(shè)條件結(jié)果相同作用于跳閘的時(shí)間繼電器3KT整定與變壓器后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間中最長(zhǎng)者相配合，故作用于信號(hào)的時(shí)間繼電器2KT，在外部短路時(shí)不動(dòng)作，因此它的整定值在原則上應(yīng)該比上述動(dòng)作于跳閘的時(shí)間再大，在此取一個(gè)，故實(shí)際上動(dòng)作于信號(hào)的時(shí)間一般整定都較長(zhǎng)，可取10s。718為保證發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)在對(duì)稱故障時(shí)動(dòng)作，在該保護(hù)中設(shè)置單相式低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)（圖713中1KA,1KV,1KT,1KM）已知電壓繼電器1KV的返回系數(shù)=1.2,電流繼電器1KA的返回系數(shù)=0.85，可靠系數(shù)=1.2,另外假定外部故障切除后，負(fù)荷電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)電機(jī)的線電壓殘余值，其

37、他計(jì)算所需數(shù)據(jù)同717題計(jì)算結(jié)果。求該低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流，動(dòng)作電壓，動(dòng)作時(shí)間t.解：由上題求解結(jié)果（略），發(fā)電機(jī)額定電流，故電流元件動(dòng)作電流為電壓元件整定應(yīng)保證在故障切除后，殘余電壓作用下，繼電器1KV能可靠返回，即 時(shí)間繼電器1KT的整定同2KT（參見(jiàn)習(xí)題7-17）第8母線保護(hù)思考題及習(xí)題解答8-1簡(jiǎn)述判別母線故障的基本方法。答： 判別母線故障有三個(gè)原則。1、在母線上發(fā)生故障時(shí)，所有與母線連接的元件都向故障點(diǎn)提供短路電流。2、在正常運(yùn)行時(shí)以及母線以外故障，母線上所有連接元件中和，流入的電流和流出的電流相等。3、從每個(gè)連接元件中電流相位來(lái)看，在正常運(yùn)行和母線外部故障時(shí)，至少有一個(gè)元件

38、的電流相位和其余元件電流相位相反。而當(dāng)母線故障時(shí)，除電流等于零的元件，其他元件中的電流相位都相同。8-2 什么是母線完全電流差動(dòng)保護(hù)？答：母線完全電流差動(dòng)保護(hù)屬于低阻抗型差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)回路電流繼電器阻抗很小，在母線內(nèi)部故障時(shí)，電流互感器負(fù)荷小，二次電壓低，因而飽和度低，誤差小。無(wú)論單母線母線完全電流差動(dòng)保護(hù)或雙母線完全電流差動(dòng)保護(hù)，都可以用判別母線故障的三個(gè)原則判別故障。8-3 簡(jiǎn)述母線保護(hù)的裝設(shè)原則。答：母線保護(hù)方式有兩種，一種是利用供電元件的保護(hù)切除母線故障，另一種是采用專用母線保護(hù)。繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程規(guī)定，下列情況應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護(hù)（1）對(duì)110KV及以上的雙母線和分段單母

39、線，為了保證有選擇性地切除任一故障。（2）110KV及以上單母線，重要發(fā)電廠或110KV以上重要變電所的3566KV母線，按電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求和保證母線電壓要求，需要快速切除母線上的故障。（3）3566KV電力網(wǎng)中主要變電所的3566KV雙母線或分段單母線，當(dāng)在母線或分段斷路器上裝設(shè)解列裝置和其它自動(dòng)裝置后，仍不滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求時(shí)。（4）對(duì)于發(fā)電廠和變電所的110KV分段母線或并列運(yùn)行的雙母線，必須快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障或線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時(shí)。母線專用保護(hù)應(yīng)該具有足夠的靈敏性和可靠性。對(duì)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)，母線保護(hù)采用三相式接線，以反映相間和單相

40、接地短路；對(duì)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)，母線保護(hù)采用兩相式接線，只需反映相間短路。8-4 分布簡(jiǎn)述高阻抗、中阻抗、低阻抗母線差動(dòng)保護(hù)的工作原理。答：母線的電流差動(dòng)保護(hù)接于差動(dòng)回路的電流繼電器阻抗很小，在內(nèi)部故障時(shí)，電流互感器的負(fù)荷小、二次電壓低，因而飽和度低，誤差小。這種母線差動(dòng)保護(hù)都是低阻抗型，所以也稱為低阻抗型母線差動(dòng)保護(hù)。在各元件電流互感器電流比相等的差動(dòng)保護(hù)回路中，用高阻抗（2.57.5k）電壓繼電器作為執(zhí)行元件，構(gòu)成母線的電壓差動(dòng)保護(hù)。也稱為高阻抗母線電壓保護(hù)。同理，差動(dòng)回路用阻抗大于低阻抗而小于高阻抗的繼電器構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)便稱為中阻抗母線差動(dòng)保護(hù)。85雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)，母線保護(hù)可以依據(jù)那

41、些原理來(lái)判斷故障母線？答：雙母線同時(shí)運(yùn)行時(shí)，母線保護(hù)可以依據(jù)元件固定連接的雙母線安全電流差動(dòng)保護(hù)原理和母線電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)原理來(lái)判斷故障母線。86試述母線不完全差動(dòng)保護(hù)的工作原理？答：不完全差動(dòng)電流保護(hù)通常用做發(fā)電廠或大容量變電站610KV母線保護(hù)。通常采用兩相式接線，兩段電流保護(hù)構(gòu)成。保護(hù)原理接線圖如圖121所示。圖中僅對(duì)端有電源的連接元件上裝設(shè)電流互感器，即發(fā)電機(jī)、變壓器、分段斷路器及母聯(lián)斷路器上裝設(shè)。有時(shí)也裝設(shè)在廠用變壓器上。這些電流互感器型號(hào)與變比均相同。二次繞組按照環(huán)流法原理連接，電流繼電器1KA,2KA和電流互感器二次繞組并聯(lián)。由于這種保護(hù)的電流互感器不是在與所有母線連接

42、的原件上裝設(shè)。因此稱為不完全差動(dòng)電流保護(hù)。圖8-1母線不完全差動(dòng)保護(hù)的工作原理接線圖1KA為電流速斷保護(hù)。其動(dòng)作電流按躲過(guò)線路電抗器后短路選擇且出線具有延時(shí)過(guò)流保護(hù)時(shí)，電流速斷作成不帶時(shí)限的。如圖121所示，如果出線斷路器容量按線路電抗器前短路選擇，且線路上除裝設(shè)延時(shí)過(guò)流保護(hù)外，還裝設(shè)了快速動(dòng)作的保護(hù)裝置，則電流速斷保護(hù)作成帶時(shí)限的，其時(shí)限比線路快速動(dòng)作的保護(hù)裝置大一個(gè)時(shí)限及差t，以防止線路電抗器后發(fā)生短路時(shí)誤動(dòng)作。圖中2KA為過(guò)電流保護(hù)。由于正常運(yùn)行時(shí)流過(guò)差動(dòng)回路的電流等于未接入差動(dòng)保護(hù)的所有連接元件的負(fù)荷電流之和，故過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流需躲過(guò)上述可能最大的負(fù)荷電流之和來(lái)整定。過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)

43、限比出線保護(hù)裝置的最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限極差t。過(guò)電流保護(hù)用做母線的后備保護(hù)以及引出線路的后備保護(hù)。不完全差動(dòng)電流保護(hù)工作原理如下：當(dāng)母線或線路電抗器前發(fā)生短路時(shí)，電流速斷保護(hù)動(dòng)作。即電流繼電器1KA動(dòng)作，經(jīng)信號(hào)繼電器1KS啟動(dòng)跳閘繼電器1KM,2KM,從而跳開(kāi)除發(fā)電機(jī)外的所有供電元件的斷路器。速斷保護(hù)不斷開(kāi)發(fā)電機(jī)且考慮故障發(fā)生在出線的斷路器和電抗器之間時(shí)，斷開(kāi)除發(fā)電機(jī)外的所有供電元件后將使故障電流大為減少，從而可以使斷路器按電抗器后短路選擇的線路過(guò)流保護(hù)動(dòng)作切除故障，而發(fā)電機(jī)仍可帶著母線上的其他負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以提高供電的可靠性。接線圖也考慮到運(yùn)行的靈活性，當(dāng)需要發(fā)電機(jī)斷路器由速斷保護(hù)切

44、除時(shí)，只要合上連接片XB12，并斷開(kāi)XB11即可。圖121中1SM、2SM為測(cè)試轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)供電元件（發(fā)電機(jī)變壓器）內(nèi)部短路或變壓器高壓側(cè)電網(wǎng)短路時(shí)，由于差動(dòng)回路僅流過(guò)不平衡電流，所以速斷和過(guò)電流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。 當(dāng)在出線電抗器后線路上發(fā)生短路時(shí)，電流速斷保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，而過(guò)電流保護(hù)可以動(dòng)作。如果出線保護(hù)或斷路器拒動(dòng)，電流繼電器2KA啟動(dòng)后，將啟動(dòng)1KT,2KT，經(jīng)預(yù)定時(shí)限后，1KT觸點(diǎn)閉合，經(jīng)信號(hào)繼電器2KS啟動(dòng)跳閘繼電器1KM,2KM，跳開(kāi)除發(fā)電機(jī)斷路器外的所有供電元件的斷路器。如此時(shí)故障仍未切除，則待時(shí)間繼電器2KT觸點(diǎn)閉合后，將發(fā)電機(jī)斷路器斷開(kāi)。時(shí)間繼電器2KT較時(shí)間繼電器1KT的動(dòng)作時(shí)限

45、大一時(shí)限極差t，這樣整定是考慮盡量不切除發(fā)電機(jī)，讓發(fā)電機(jī)帶著母線上的其它負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行。87元件固定連接的雙母線電流差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)元件固定連接破壞后，母線保護(hù)如何動(dòng)作？答：固定連接方式破壞時(shí)由于差動(dòng)保護(hù)的二次回路不能隨著一次元件進(jìn)行切換，所以流過(guò)差動(dòng)繼電器1KD,2KD,3KD的電流將隨著變化。如圖122所示，線路2自母線I經(jīng)倒閘操作切換到母線II后發(fā)生外部故障時(shí)電流分布。圖82 題8-7固定連接破壞后外部故障時(shí)電流分布圖由圖可知，此時(shí)選擇元件1KD,2KD中都有電流流過(guò)，因此1KD,2KD都可能動(dòng)作，但啟動(dòng)元件3KD中沒(méi)有故障電流流過(guò)，不動(dòng)作，所以可以防止外部故障時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作。 固定連接破壞后內(nèi)

46、部故障時(shí)電流分布如圖83所示，此時(shí)啟動(dòng)元件3KD中流過(guò)全部短路電流，而選擇元件1KD,2KD僅流過(guò)部分故障電流，因此啟動(dòng)元件3KD動(dòng)作，選擇元件1KD,2KD也會(huì)同時(shí)動(dòng)作，無(wú)選擇性的地把兩組母線上的元件切除。為了避免流過(guò)1KD,2KD的電流過(guò)小，以至選擇元件不能可靠地動(dòng)作，而使故障母線上連接元件不能切除，特在固定連接方式破壞時(shí)投入刀閘開(kāi)關(guān)S，把選擇元件1KD,2KD的觸點(diǎn)短接。這樣啟動(dòng)元件3KD動(dòng)作時(shí)就能將兩側(cè)母線上連接元件無(wú)選擇性的切除。圖83 題8-7固定連接破壞后內(nèi)部故障時(shí)電流分布8-8電流比相式母線保護(hù)當(dāng)母線外部故障和內(nèi)部故障時(shí)，小母線上的波形分別如何變化？保護(hù)如何動(dòng)作？答：現(xiàn)以兩個(gè)連

47、接元件的母線為例說(shuō)明電流比相式母線保護(hù)的工作原理。如圖84所示，當(dāng)正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，流進(jìn)母線的電流和流出母線的電流大小相等，相位差180度，而在內(nèi)部故障時(shí)，都流進(jìn)母線，兩電流相位相同。電流、經(jīng)過(guò)電流互感器的變換，二次電流、輸入中間電流變換器1UA,2UA的一次繞組，中間變流器的二次電流在其負(fù)載電阻上的電壓降落造成二次電壓，如圖8-5所示。中間變流器1UA,2UA的二次輸出電壓分為兩組，分別經(jīng)二極V9,V10,V11,V12半波整流，接至小母線1,2,3上。小母線輸出再接至相位比較元件。下面分析母線外部故障和內(nèi)部故障時(shí)，小母線的波形變化.在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)、相位相差，、在相位上也相差，在

48、小母線1，2上呈現(xiàn)連續(xù)的負(fù)半波波形，如圖86所示，因此比相元件沒(méi)有輸出保護(hù)不會(huì)動(dòng)作于跳閘。當(dāng)母線內(nèi)部故障時(shí)，、相位相同、相位也相同，所以在小母線1，2上呈現(xiàn)相同的負(fù)半波波形，如圖127所示，所以一次比相元件有輸出，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。圖8-4 題8-5 母線故障時(shí)電流分布 （a）母線外部故障；（b）母線內(nèi)部故障圖8-5題12-5電流比相式母線保護(hù)原理接線圖圖8-6母線外部故障時(shí)UA一次側(cè)和二次側(cè)的波形圖圖8-7母線內(nèi)部故障時(shí)UA一次側(cè)和二次側(cè)的波形圖8-9按照?qǐng)D8-8說(shuō)明母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)的原理。答：圖12-8保護(hù)裝置工作原理是基于比較母聯(lián)斷路器回路中電流相位和母線完全電流總差動(dòng)回路中

49、電流相位來(lái)選擇故障母線的。在一定運(yùn)行方式，無(wú)論哪一組母線短路，流過(guò)差動(dòng)回路的電流相位恒定，而流過(guò)母聯(lián)回路的電流，在I母線上短路時(shí)與在II母線上短路時(shí)的相位有變化。若以電流從II母線流向I母線為母聯(lián)回路電流的正方向，則I母線短路時(shí)母聯(lián)回路電流與差動(dòng)回路電流相位相同，II母線短路時(shí)母聯(lián)回路電流與差動(dòng)回路電流相位差。因此，可以通過(guò)比較這兩個(gè)電流的相位來(lái)選擇故障母線，無(wú)論母線運(yùn)行方式如何改變，只要每組母線上有一個(gè)電源支路，母線短路時(shí)有短路電流通過(guò)母聯(lián)回路，保護(hù)都不會(huì)失去選擇性。該保護(hù)裝置主要由啟動(dòng)元件和選擇元件組成。啟動(dòng)元件是一個(gè)接在差動(dòng)回路的差動(dòng)繼電器KD，它在母線保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作，而在母線保

50、護(hù)范圍外部故障時(shí)不動(dòng)作。用他可以防止外部故障時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作。選擇元件KPC是一個(gè)電流相位比較繼電器，它的兩組繞組916和1213分別接入差電流和母線聯(lián)絡(luò)斷路器的電流。它比較兩電流的相位而動(dòng)作。實(shí)際上它是一個(gè)最大靈敏角為和的雙方向繼電器。不同的母線故障時(shí)。反映母線總故障電流的差動(dòng)回路的電流相位是不變的，而母線聯(lián)絡(luò)斷路器上的電流相位卻隨故障母線的不同而變化，因此比較母線聯(lián)絡(luò)斷路器電流和差動(dòng)回路電流相位，可以選擇出故障母線。圖88題8-6母聯(lián)電流相位比較式母線差動(dòng)保護(hù)原理接線圖87斷路器失靈保護(hù)的作用是什么？答：斷路器失靈保護(hù)又稱為后備接線。在故障元件的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作而斷路器拒絕動(dòng)作，后備接線起作用

51、，它能以較短時(shí)限切除同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)其它有關(guān)斷路器，以便盡快的把停電范圍限制到最小。 斷路器失靈保護(hù)通常在斷路器確有可能拒動(dòng)的200KV及以上電網(wǎng)（個(gè)別特別重要的110KV電網(wǎng)）中設(shè)置。圖89所示為斷路器失靈保護(hù)的構(gòu)成原理，圖中1KM,2KM為連接在單母線分段1段上的元件保護(hù)出口中間繼電器。這些繼電器動(dòng)作時(shí)，一方面使本身斷路器跳閘，一方面啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)的公用時(shí)間繼電器KT。時(shí)間繼電器的延時(shí)整定得大于故障元件斷路器的跳閘時(shí)間與保護(hù)裝置返回時(shí)間之和。因此，斷路器失靈保護(hù)在故障元件保護(hù)正常跳閘時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作，而是在故障切除后自動(dòng)返回。只有在故障元件的斷路器拒動(dòng)時(shí)。才由時(shí)間繼電器KT啟動(dòng)出口繼電器3KM，使接在I段母線上所有帶電源的斷路器跳閘，從而代替故障處拒絕動(dòng)作的斷路器切除故障（如圖中K點(diǎn)的故障），起到斷路器1QF拒動(dòng)時(shí)的后備保護(hù)作用。由于斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)要切除一段母線上所有連接元件的斷路器，而且保護(hù)接線中是將所有斷路器的操作回路連接在一起，因此保護(hù)接線必須保證動(dòng)作的可靠性，以免保護(hù)誤動(dòng)造成嚴(yán)重事故。為此，要