繼電保護(hù)課后習(xí)題的答案第二版張保會(huì)尹項(xiàng)根

...wd......wd......wd...1.1電力系統(tǒng)如果沒有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，想象一下會(huì)出現(xiàn)什么情景答：現(xiàn)代的電力系統(tǒng)離開完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)是不能運(yùn)行的。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電源至故障點(diǎn)之間的電力設(shè)備中將流過很大的短路電流，假設(shè)沒有完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)將故障快速切除，那么會(huì)引起故障元件和流過故障電流的其他電氣設(shè)備的損壞；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓降低造成發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率和輸出電磁功率的不平衡，可能引起電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，甚至引起電網(wǎng)的崩潰、造成人身傷亡。如果電力系統(tǒng)沒有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，那么當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)，不能及時(shí)地發(fā)出信號通知值班人員進(jìn)展合理的處理。1.2繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中所起的作用是什么?答:繼電保護(hù)裝置就是指能反響電力系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動(dòng)裝置.它的作用包括:1.電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作;2.電力系統(tǒng)部正常運(yùn)行時(shí)發(fā)報(bào)警信號,通知值班人員處理,使電力系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行;3.電力系統(tǒng)故障時(shí),甄別出發(fā)生故障的電力設(shè)備,并向故障點(diǎn)與電源點(diǎn)之間、最靠近故障點(diǎn)斷路器發(fā)出跳閘指令,將故障局部與電網(wǎng)的其他局部隔離。1.3繼電保護(hù)裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)定的保護(hù)功能,各環(huán)節(jié)的作用是什么?答:繼電保護(hù)裝置一般通過測量比較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個(gè)局部完成預(yù)定的保護(hù)功能。測量比較環(huán)節(jié)是冊來那個(gè)被保護(hù)電器元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)展比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是〞、“非〞、“0〞或“1〞性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判別保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。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(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘。執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)是根據(jù)邏輯局部傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應(yīng)的動(dòng)作信息、發(fā)出警報(bào)或不動(dòng)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(fù)制差異，已經(jīng)構(gòu)成哪些原理的保護(hù)，這些保護(hù)單靠保護(hù)整定值能求出保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障嗎答：利用流過被保護(hù)元件電流幅值的增大，構(gòu)成了過電流保護(hù);利用短路時(shí)電壓幅值的降低，構(gòu)成了低電壓保護(hù)；利用電壓幅值的異常升高，構(gòu)成了過電壓保護(hù)；利用測量阻抗的降低和阻抗角的變大，構(gòu)成了低阻抗保護(hù)。單靠保護(hù)增大值不能切除保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障，因?yàn)楫?dāng)故障發(fā)生在本線路末端與下級線路的首端出口時(shí)，本線路首端的電氣量差異不大。所以，為了保證本線路短路時(shí)能快速切除而下級線路短路時(shí)不動(dòng)作，這種單靠整定值得保護(hù)只能保護(hù)線路的一局部。1.5依據(jù)電力元件兩端電氣量在正常工作和短路狀態(tài)下的差異，可以構(gòu)成哪些原理的保護(hù)答：利用電力元件兩端電流的差異，可以構(gòu)成電流差動(dòng)保護(hù)；利用電力元件兩端電流相位的差異可以構(gòu)成電流相位差動(dòng)保護(hù)；利兩側(cè)功率方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比較式保護(hù)；利用兩側(cè)測量阻抗的大小和方向的差異，可以構(gòu)成縱聯(lián)距離保護(hù)。1.6如圖1-1所示，線路上裝設(shè)兩組電流互感器，線路保護(hù)和母線保護(hù)應(yīng)各接哪組互感器答：線路保護(hù)應(yīng)接TA1，母線保護(hù)應(yīng)接TA2。因?yàn)槟妇€保護(hù)和線路保護(hù)的保護(hù)區(qū)必須重疊，使得任意點(diǎn)的故障都處于保護(hù)區(qū)內(nèi)。圖1-1電流互感器選用示意圖1.7結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程的知識，說明加快繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，為什么可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性答：由電力系統(tǒng)分析知識可知，故障發(fā)生時(shí)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率減小二機(jī)械功率基本不變，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生加速的不平衡功率。繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間越快，發(fā)電機(jī)加速時(shí)間越短，功率角擺開幅度就越小，月有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。由分析暫態(tài)穩(wěn)定性的等面積理論可知，繼電保護(hù)的動(dòng)作速度越快，故障持續(xù)的時(shí)間就越短，發(fā)電機(jī)的加速面積就約小，減速面積就越大，發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定性的可能性就越小，即穩(wěn)定性得到了提高。1.8后備保護(hù)的作用是什么闡述遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：后備保護(hù)的作用是在主保護(hù)因保護(hù)裝置拒動(dòng)、保護(hù)回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)等原因不能快速切除故障的情況下，迅速啟動(dòng)來切除故障。遠(yuǎn)后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：保護(hù)范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護(hù)范圍，它能解決遠(yuǎn)后備保護(hù)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(yuǎn)后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：〔1〕當(dāng)多個(gè)電源向該電力元件供電時(shí)，需要在所有的電源側(cè)的上級元件處配置遠(yuǎn)后備保護(hù)；〔2〕動(dòng)作將切除所有上級電源測的斷路器，造成事故擴(kuò)大；〔3〕在高壓電網(wǎng)中難以滿足靈敏度的要求。近后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：〔1〕與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)近后備保護(hù)動(dòng)作；〔2〕動(dòng)作時(shí)只能切除主保護(hù)要跳開的斷路器，不造成事故的擴(kuò)大；〔3〕在高壓電網(wǎng)中能滿足靈敏度的要求。近后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：變電所直流系統(tǒng)故障時(shí)可能與主保護(hù)同時(shí)失去作用，無法起到“后備〞的作用；斷路器失靈時(shí)無法切除故障，不能起到保護(hù)作用。1.9從對繼電器的“四性“要求及其間的矛盾，闡述繼電保護(hù)工作即是理論性很強(qiáng)，又是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的工作。答：繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性四項(xiàng)要求之間即矛盾又統(tǒng)一。繼電保護(hù)的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的大局部工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統(tǒng)一關(guān)系進(jìn)展的。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)即是一門理論性很強(qiáng)，又是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。首先繼電保護(hù)工作者要掌握電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的基本原理、運(yùn)行特性和分析方法，特別要掌握電力系統(tǒng)故障時(shí)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(yùn)行狀態(tài)下電氣量變化的特點(diǎn)和差異來“甄別“故障或不正常狀態(tài)的原理和方法，應(yīng)用不同的原理和判據(jù)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的基本方法，所以需要很強(qiáng)的理論性。由于被保護(hù)的電力系統(tǒng)及其相關(guān)的電氣設(shè)備千差萬別，故障時(shí)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(hù)原理或裝置都不可能不加調(diào)整地應(yīng)用于不同的電氣設(shè)備或系統(tǒng)，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程中設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對其繼電保護(hù)做出必要的調(diào)整。一樣原理的保護(hù)裝置在應(yīng)用于電力系統(tǒng)不同位置的元件上時(shí)，可能有不同的配置和配合；一樣的電力元件在電力系統(tǒng)不同位置安裝時(shí)，可能配置不同的繼電保護(hù)，這些均需要根據(jù)電力系統(tǒng)的工程實(shí)際，具體問題具體分析，所以繼電保護(hù)又具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。2電流的電網(wǎng)保護(hù)2.1在過量〔欠量〕繼電器中，為什么要求其動(dòng)作特性滿足“繼電特性〞假設(shè)不滿足，當(dāng)參加繼電器的電量在動(dòng)作值附近時(shí)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(dāng)參加繼電器的動(dòng)作電量〔圖中的〕大于其設(shè)定的動(dòng)作值〔圖中的〕時(shí)，繼電器能夠突然動(dòng)作；繼電器一旦動(dòng)作以后，即是輸入的電氣量減小至稍小于其動(dòng)作值，繼電器也不會(huì)返回，只有當(dāng)參加繼電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值〔圖中的〕以后它才突然返回。無論啟動(dòng)還是返回，繼電器的動(dòng)作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個(gè)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(dòng)作特性必須滿足繼電特性，否那么當(dāng)參加繼電器的電氣量在動(dòng)作值附近波動(dòng)時(shí)，繼電器將不停地在動(dòng)作和返回兩個(gè)狀態(tài)之間切換，出現(xiàn)“抖動(dòng)“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(shí)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(shù)答：在過量動(dòng)作的電磁型繼電器中，繼電器的動(dòng)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(dāng)電磁力矩剛剛到達(dá)動(dòng)作條件時(shí)，繼電器的可動(dòng)銜鐵開場轉(zhuǎn)動(dòng)，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(guān)系增加，彈簧的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個(gè)動(dòng)作過程中總的剩余力矩為正值，銜鐵加速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至銜鐵完全吸合，所以動(dòng)作過程干脆利落。繼電器的返回過程與之相反，返回的條件變?yōu)樵陂]合位置時(shí)彈簧的反拉力矩大于電磁力矩與摩擦力矩之和。當(dāng)電磁力矩減小到啟動(dòng)返回時(shí)，由于這時(shí)摩擦力矩反向，返回的過程中，電磁力矩按平方關(guān)系減小，彈簧力矩按線性關(guān)系減小，產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)作值，繼電器有一個(gè)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(shí)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(shè)定動(dòng)作值和返回值兩個(gè)不同的整定值而實(shí)現(xiàn)的。2.3解釋“動(dòng)作電流〞和“返回系數(shù)〞，過電流繼電器的返回系數(shù)過低或高各有何缺點(diǎn)答：在過電流繼電器中，為使繼電器啟動(dòng)并閉合其觸點(diǎn)，就必須增大通過繼電器線圈的電流，以增大電磁轉(zhuǎn)矩，能使繼電器動(dòng)作的最小電流稱之為動(dòng)作電流。在繼電器動(dòng)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(shí)，在一樣的動(dòng)作電流下起返回值較小。一旦動(dòng)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(fù)荷電流的作用下繼電器可能不會(huì)返回，最終導(dǎo)致誤動(dòng)跳閘；而返回系數(shù)過高時(shí)，動(dòng)作電流惡和返回電流很接近，不能保證可靠動(dòng)作，輸入電流正好在動(dòng)作值附近時(shí)，可能回出現(xiàn)“抖動(dòng)〞現(xiàn)象，使后續(xù)電路無法正常工作。繼電器的動(dòng)作電流、返回電流和返回系數(shù)都可能根據(jù)要求進(jìn)展設(shè)定。2.4在電流保護(hù)的整定計(jì)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(shí)際存在的各種誤差的影響，例如：〔1〕實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值；〔2〕對瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)還應(yīng)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(hù)裝置中的短路繼電器的實(shí)際啟動(dòng)電流可能小于整定值。考慮必要的裕度，從最不利的情況出發(fā)，即使同時(shí)存在著以上幾個(gè)因素的影響，也能保證在預(yù)定的保護(hù)范圍以外故障時(shí)，保護(hù)裝置不誤動(dòng)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(shí)電流速斷聯(lián)合工作時(shí)，依靠什么環(huán)節(jié)保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性依靠什么環(huán)節(jié)保證保護(hù)動(dòng)作的靈敏度性和速動(dòng)性答：電流速斷保護(hù)的動(dòng)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(hù)線路全長，而只能保護(hù)線路全長的一局部，靈敏度不夠。限時(shí)電流速斷的整定值低于電流速斷保護(hù)的動(dòng)作短路，按躲開下級線路電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍來整定，提高了保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，但是為了保證下級線路短路時(shí)不誤動(dòng)，增加一個(gè)時(shí)限階段的延時(shí)，在下級線路故障時(shí)由下級的電流速斷保護(hù)切除故障，保證它的選擇性。電流速斷和限時(shí)電流速斷相配合保護(hù)線路全長，速斷范圍內(nèi)的故障由速斷保護(hù)快速切除，速斷范圍外的故障那么必須由限時(shí)電流速斷保護(hù)切除。速斷保護(hù)的速動(dòng)性好，但動(dòng)作值高、靈敏性差；限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作值低、靈敏度高但需要0.3~0.6s的延時(shí)才能動(dòng)作。速斷和限時(shí)速斷保護(hù)的配合，既保證了動(dòng)作的靈敏性，也能夠滿足速動(dòng)性的要求。2.6為什么定時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏度、動(dòng)作時(shí)間需要同時(shí)逐級配合，而電流速斷的靈敏度不需要逐級配合答：定時(shí)限過電流保護(hù)的整定值按照大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定，不但保護(hù)本線路的全長，而且保護(hù)相鄰線路的全長，可以起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。當(dāng)遠(yuǎn)處短路時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證離故障點(diǎn)最近的過電流保護(hù)最先動(dòng)作，這就要求保護(hù)必須在靈敏度和動(dòng)作時(shí)間上逐級配合，最末端的過電流保護(hù)靈敏度最高、動(dòng)作時(shí)間最短，每向上一級，動(dòng)作時(shí)間增加一個(gè)時(shí)間級差，動(dòng)作電流也要逐級增加。否那么，就有可能出現(xiàn)越級跳閘、非選擇性動(dòng)作現(xiàn)象的發(fā)生。由于電流速斷只保護(hù)本線路的一局部，下一級線路故障時(shí)它基本不會(huì)動(dòng)作，因而靈敏度不需要逐級配合。2.7如圖2-2所示網(wǎng)絡(luò)，在位置1、2和3處裝有電流保護(hù)，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(jī)元件最多三臺運(yùn)行，最少一臺運(yùn)行，線路最多三條運(yùn)行，最少一條運(yùn)行，請確定保護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻抗?！?〕整定保護(hù)1、2、3的電流速斷定值，并計(jì)算各自的最小保護(hù)范圍。〔3〕整定保護(hù)2、3的限時(shí)電流速斷定值，并校驗(yàn)使其滿足靈敏度要求〔1.2〕〔4〕整定保護(hù)1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.5s，校驗(yàn)保護(hù)1作后備用，保護(hù)2和3作遠(yuǎn)備用的靈敏度。圖2-2簡單電網(wǎng)示意圖解：由可得==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(yùn)行方式及阻抗最小時(shí)，那么有三臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路L1~L3全部運(yùn)行，由題意G1，G2連接在同一母線上，那么=〔||+||〕||(+)=(6+12)||(10+16)=10.6同理，最小運(yùn)行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運(yùn)行，相應(yīng)地有=+=39圖2-3等值電路〔2〕對于保護(hù)1，其等值電路圖如圖2-3所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)1的最大短路電流為相應(yīng)的速斷定值為=×=1.2×1.312=1.57kA最小保護(hù)范圍計(jì)算公式為===-85.9km即1處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒有保護(hù)區(qū)。對于保護(hù)2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2的最大電流==1.558kA相應(yīng)的速斷定值為=×=1.2×1.558=1.87kA最小保護(hù)范圍為==-70.6km即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。對于保護(hù)3等值電路如圖2-3所示，母線C在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)3的最大電流==2.17kA相應(yīng)的速斷定值為=×=1.2×2.17=2.603kA最小保護(hù)范圍為==-42.3km即3處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。上述計(jì)算說明，在運(yùn)行方式變化很大的情況下，電流速斷保護(hù)在較小運(yùn)行發(fā)生下可能沒有保護(hù)區(qū)?！?〕整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為==1.15×1.57=1.806kA線路末段〔即D處〕最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為==0.8098kA所以保護(hù)2處的靈敏系數(shù)==0.4484即不滿足1.2的要求。同理，保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為==1.15×1.87=2.151kA線路末段〔即C處〕最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為==0.9764kA所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù)==0.4531即不滿足1.2的要求。可見，由于運(yùn)行方式變化太大，2、3處的限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度都遠(yuǎn)不能滿足要求?！?〕過電流整定值計(jì)算公式為==所以有==304.5A同理得=406A=609A在最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)元件的最小短路電流的計(jì)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(hù)1作為近后備的靈敏度為==2.391.5滿足近后備保護(hù)靈敏度的要求；保護(hù)2作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為==1.791.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求；保護(hù)3作為遠(yuǎn)后備的靈敏度為==1.331.2滿足最為遠(yuǎn)后備保護(hù)靈敏度的要求。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為=0.5+0.5=1s=+0.5=1.5s=+0.5=2s2.8當(dāng)圖2.56中保護(hù)1的出口處在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路，保護(hù)按照題2.7配置和整定時(shí)，試問〔1〕共有哪些保護(hù)元件啟動(dòng)〔2〕所有保護(hù)工作正常，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長時(shí)間切除〔3〕假設(shè)保護(hù)1的電流速斷保護(hù)拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長時(shí)間切除〔4〕假設(shè)保護(hù)1的斷路器拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長時(shí)間切除答:〔1〕由題2.7的分析，保護(hù)1出口處〔即母線D處〕短路時(shí)的最小短路電流為0.8098kA，在量值上小于所有電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值，所以所有這些保護(hù)都不會(huì)啟動(dòng)；該量值大于1、2、3處過電流保護(hù)的定值，所以三處過電流保護(hù)均會(huì)啟動(dòng)?！?〕所有保護(hù)均正常的情況下，應(yīng)有1處的過電流以1s的延時(shí)切除故障?！?〕分析說明，按照此題給定的參數(shù)，1處的速斷保護(hù)肯定不會(huì)動(dòng)作，2處的限時(shí)電流速斷保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作，只能靠1處的過電流保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)1s跳閘；假設(shè)斷路器拒動(dòng)，那么應(yīng)由2處的過電流保護(hù)以1.5s的延時(shí)跳開2處的斷路器。2.9如圖2-4所示網(wǎng)絡(luò)，流過保護(hù)1、2、3的最大負(fù)荷電流分別為400A、500A、550A,=1.3、=0.85，=1.15，==0.5s，=1.0s，試計(jì)算：保護(hù)4的過電流定值；保護(hù)4的過電流定值不變，保護(hù)1所在元件故障被切除，當(dāng)返回系數(shù)低于何值時(shí)會(huì)造成保護(hù)4誤動(dòng)=0.85時(shí)，保護(hù)4的靈敏系數(shù)=3.2，當(dāng)=0.7時(shí)保護(hù)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(hù)4的最大負(fù)荷電流為=400+500+550=1450A保護(hù)4的過電流定值為=2.55A時(shí)限為=max〔，，〕+=1.5s〔2〕保護(hù)21切除故障后，流過保護(hù)4的最大負(fù)荷電流=500+550=1050A=1.05kA，在考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)出現(xiàn)的最大保護(hù)電流==1.3×1.05=1.365kA，這個(gè)電流必須小于保護(hù)4的返回電流，否那么1.5s以后保護(hù)4將誤切除。相應(yīng)的要求≤==2.55，從而2.55＞1.365，＞=0.535。當(dāng)返回系數(shù)低于0.535時(shí)，會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)?！?〕保護(hù)4的靈敏系數(shù)=，與成正比，當(dāng)下降時(shí)靈敏系數(shù)下降，==2.635。2.10在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)兩條上下、級線路安裝相間短路的電流保護(hù)時(shí)，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(diǎn)當(dāng)兩條線路并列時(shí)，這種安裝方式有何優(yōu)缺點(diǎn)以上串、并兩種線路，假設(shè)采用三相星形接線，有何缺乏答：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，允許單相接地時(shí)繼續(xù)短時(shí)運(yùn)行，在不同線路不同相別的兩點(diǎn)接地形成兩相短路時(shí)，可以只切除一條故障線路，另一條線路繼續(xù)運(yùn)行。不考慮同相的故障，兩線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(dāng)兩條上、下級線路安裝相間短路電流保護(hù)時(shí)，上級線路裝在A、C相商，而下級裝在A、B相上時(shí)，將在〔1A、2B〕、〔1B、2A〕、〔1C、2A〕和〔1C、2B〕四種情況下由下級線路保護(hù)切除故障，即下級線路切除故障的幾率為2/3;當(dāng)故障為〔1A、2C〕時(shí)，將會(huì)由上級線路保護(hù)切除故障；而當(dāng)故障為〔1B、2C〕時(shí)，兩條線路均不會(huì)切除故障，出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)的嚴(yán)重情況。兩條線路并列時(shí)，假設(shè)兩條線路保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)一樣，那么在〔1A、2B〕、〔1C、2A〕和〔1C、2B〕三種情況下，兩條線路被同時(shí)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(huì)切除，即保護(hù)拒動(dòng)。假設(shè)保護(hù)采用三相星形接線時(shí)，需要三個(gè)電流互感器和四根二次電纜，相對來講是復(fù)雜不經(jīng)濟(jì)的。兩條線路并列時(shí)，假設(shè)發(fā)生不同相別的接地短路時(shí)，兩套保護(hù)均啟動(dòng)，不必要切除兩條線路的時(shí)機(jī)就比較多。2.11在雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)中，方向性電流保護(hù)利用了短路時(shí)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(cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)中，利用電流幅值特征不能保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性。方向性電流保護(hù)利用短路時(shí)功率方向的特征，當(dāng)短路功率由母線流向線路時(shí)說明故障點(diǎn)在線路方向上，是保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作的方向，允許保護(hù)動(dòng)作。反之，不允許保護(hù)動(dòng)作。用短路時(shí)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(cè)的保護(hù)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(shí)質(zhì)上是在判別什么為什么會(huì)存在“死區(qū)〞什么時(shí)候要求它動(dòng)作最靈敏答：功率方向判別元件實(shí)質(zhì)是判別參加繼電器的電壓和電流之間的相位，并且根據(jù)一定關(guān)系[cos(+a)是否大于0]判別初短路功率的方向。為了進(jìn)展相位比較，需要參加繼電器的電壓、電流信號有一定的幅值〔在數(shù)字式保護(hù)中進(jìn)展相量計(jì)算、在模擬式保護(hù)中形成方波〕，且有最小的動(dòng)作電壓和電流要求。當(dāng)短路點(diǎn)越靠近母線時(shí)電壓越小，在電壓小雨最小動(dòng)作電壓時(shí)，就出現(xiàn)了電壓死區(qū)。在保護(hù)正方向發(fā)生最常見故障時(shí)，功率方向判別元件應(yīng)該動(dòng)作最靈敏。2.13當(dāng)教材中途2.29的功率方向判別元件用集成電路實(shí)現(xiàn)，分別畫出，和，時(shí)，各輸出電壓隨時(shí)間變化的波形；如果用數(shù)字式〔微機(jī)〕實(shí)現(xiàn)，寫出你的算法，并校驗(yàn)上述兩種情況下方向元件的動(dòng)作情況。答：以內(nèi)角=30°為例，畫出各點(diǎn)輸出電壓波形如圖2-5所示。動(dòng)作最靈敏條件臨界動(dòng)作條件圖2-5各點(diǎn)電壓輸出波形圖可以看出，在內(nèi)角=30°時(shí)第一種情況下動(dòng)作最靈敏，第二種情況元件處于臨界動(dòng)作狀態(tài)。數(shù)字式實(shí)現(xiàn)時(shí)，動(dòng)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)可以得到情況1為動(dòng)作最靈敏，而情況2處于臨界動(dòng)作狀態(tài)的結(jié)論。2.14為了保證在正方向發(fā)生各種短路時(shí)功率判別元件都能動(dòng)作，需要確定接線方式及內(nèi)角，請給出90°接線方式正方向短路時(shí)內(nèi)角的范圍。答：(1)正方向發(fā)生三相短路時(shí)，有0°<a<90°。(2)正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝處附近，短路阻抗＜時(shí)，0°<a<90°；當(dāng)短路點(diǎn)遠(yuǎn)離保護(hù)安裝處，且系統(tǒng)容量很大＞時(shí)，-30°<a<60°。綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當(dāng)0°<<90°時(shí)，使方向繼電器在一切故障情況下都能動(dòng)作的條件應(yīng)為30°<a<60°。2.15對于90°接線方式、內(nèi)角為30°的功率方向判別元件，在電力系統(tǒng)正常負(fù)荷電流〔功率因數(shù)在0.85〕下，分析功率方向判別元件的動(dòng)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(dāng)反方向B、C兩相短路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么情況答：內(nèi)角為30°的功率方向元件，最大靈敏角=-30°，那么動(dòng)作范圍為-120≤≤-60°。由正常負(fù)荷電流的功率因數(shù)0.85可以得到=arctan0.85=31.79°，在動(dòng)作范圍內(nèi)，根據(jù)功率元件出口與B相流過電流元件出口串接，當(dāng)反方向發(fā)生B、C兩相短路時(shí)，B相過電流元件動(dòng)作，由于該元件出口和A相功率方向元件串接，這樣就會(huì)啟動(dòng)時(shí)間繼電器，出現(xiàn)延時(shí)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(huì)4、5的電流速斷定值，并盡可能在一端加裝方向元件?！?〕確定保護(hù)4、5、6、7、8、9處過電流的時(shí)間定值，并說明何處需要安裝方向元件?！?〕確定保護(hù)5、7、9限時(shí)電流速斷的電流定值，并校驗(yàn)靈敏度。答：整定保護(hù)5的電流速斷。保護(hù)4處的母線發(fā)生三相短路時(shí)，流過保護(hù)5的短路電流為==2.554A按此電流來整定，動(dòng)作定值==3.064kA在來看發(fā)電機(jī)1、2處于最大運(yùn)行方式下保護(hù)5處母線三相短路時(shí)，有=〔||+||〕=18保護(hù)5處的電流為=1.953kA遠(yuǎn)小于按躲過保護(hù)4處母線三相短路求得的整定電流，所以保護(hù)5不必安裝方向元件，僅靠定值就能保證方向故障時(shí)不誤動(dòng)作?，F(xiàn)在整定保護(hù)4，保護(hù)4按躲過保護(hù)5處母線短路最大電流整定時(shí)，定值為==2.34kA當(dāng)保護(hù)4處背側(cè)母線三相短路是，流過保護(hù)4的電流為2.554kA，大于其整定值，所以不會(huì)誤動(dòng)，必須加裝方向元件?！?〕過電流保護(hù)按躲過最大負(fù)荷電流整定，其量值較小，保護(hù)靈敏度很高，4~9任何一處保護(hù)正向及方向故障時(shí)，短路電流的量值都會(huì)超過其整定值，所以每一處都應(yīng)安裝方向元件。在均裝方向元件的情況下，4、5、6處的過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間分別與G3、G2和G1處的過電流保護(hù)時(shí)間相配合，在其動(dòng)作延時(shí)的根基上增加一個(gè)時(shí)間級差；5、7、9處過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均與3處過電流時(shí)間相配合，由題2.7可知，三處過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為2s，所以5、7、9處過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均應(yīng)取2.5s。〔3〕5處限時(shí)電流速斷保護(hù)定值應(yīng)該與3、6、8處電流速斷保護(hù)的定值相配合。與3處電流速斷保護(hù)的定值配合：3處電流速斷保護(hù)的定值為=×=2.603KA，L3支路對應(yīng)的分支系數(shù)的倒數(shù)為與保護(hù)3配合時(shí)，5處限時(shí)電流速斷保護(hù)的定值為=1.224kA與6處和8處電流速斷配合：假設(shè)裝設(shè)方向元件，那么6處電流速斷保護(hù)應(yīng)該按躲過母線A處三相短路的最大短路電流來整定，而母線A三相短路時(shí)，發(fā)電機(jī)G1，G2所提供的短路電流不會(huì)流過保護(hù)6，只有發(fā)電機(jī)G3的電流才流過保護(hù)6，所以其Ⅰ段的整定值為=×==1.048kA同理，裝設(shè)方向元件的情況下，8處保護(hù)的定值也為=1.048kA。按與它們配合時(shí)，5處限時(shí)電流速斷保護(hù)的定值為=1.205kA取三種情況的最大者，即=1.224kA校驗(yàn)靈敏度：母線B兩相短路時(shí)，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(hù)的定值還應(yīng)安躲過母線B三相短路時(shí)流過它們的最大短路電流來整定。母線B三相短路時(shí)流過6、8處的最大短路電流為===1.844kA這時(shí)其短路電流速斷保護(hù)的整定值變?yōu)?==2.26kA所以5處限時(shí)電流保護(hù)的定值為=2.599kA靈敏度為=0.85故不滿足要求。2.17在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地短路后，試分析、總結(jié)：(1)零序電壓、電流分量的分布規(guī)律；(2)負(fù)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(diǎn)處零序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)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(diǎn)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(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，與電源點(diǎn)的數(shù)目和位置無關(guān)。(2)負(fù)序電壓——故障點(diǎn)處負(fù)序電壓最高，距故障點(diǎn)越遠(yuǎn)負(fù)序電壓越低，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)上負(fù)序電壓為零。負(fù)序電流的分布取決于系統(tǒng)的負(fù)序阻抗。(3)正序電壓——越靠近電源點(diǎn)正序電壓數(shù)值越高，越靠近短路點(diǎn)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(diǎn)。答：〔1〕電磁式電壓互感器一般有三個(gè)繞組，一個(gè)一次繞組，兩個(gè)二次繞組。在三相系統(tǒng)中，三個(gè)單相式電壓互感器的一次繞組接成星形并將中性點(diǎn)接地，其兩個(gè)二次繞組一個(gè)按星形方式接線，另一個(gè)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);其缺點(diǎn)是開口三角側(cè)正常無電壓，不便于對其進(jìn)展監(jiān)視，該側(cè)出現(xiàn)斷線短路等故障無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，輸出零序電壓的極性容易標(biāo)錯(cuò)，從而造成零序功率方向繼電器不能正確工作?！?〕采用三相五柱式互感器本身構(gòu)造比較復(fù)雜，主要應(yīng)用于35kV及以下電壓等級的中低壓配電系統(tǒng)，其優(yōu)缺點(diǎn)與〔1〕的情況類似。〔3〕接于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(jì)，但適用范圍小，同時(shí)不平衡電壓較大，不夠靈敏?！?〕保護(hù)內(nèi)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(cuò)誤，其缺點(diǎn)是裝置內(nèi)部必須設(shè)置專門的模塊。傳統(tǒng)的機(jī)電式保護(hù)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(hù)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(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機(jī)方式為4臺全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運(yùn)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(yùn)行時(shí)的三序等值網(wǎng)絡(luò)，并標(biāo)注參數(shù)；〔2〕所有元件全保護(hù)時(shí)，計(jì)算母線B發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路時(shí)的零序電流分布；〔3〕分別求出保護(hù)1、4零序Ⅱ段的最大、最小分支系數(shù)；〔4〕分別求出保護(hù)1、4零序Ⅰ、Ⅱ段的定值，并校驗(yàn)靈敏度；〔5〕保護(hù)1、4零序Ⅰ、Ⅱ段是否需要安裝方向元件；〔6〕保護(hù)1處裝有單相重合閘，所有元件全運(yùn)行時(shí)發(fā)生系統(tǒng)振蕩，整定保護(hù)1不靈敏Ⅰ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(yùn)行是三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖如圖2-7所示。(a)正序等值圖(b)負(fù)序等值圖(c)零序等值圖圖2-7所有元件全運(yùn)行時(shí)三序電壓等值網(wǎng)絡(luò)圖〔2〕下求出所有元件全運(yùn)行時(shí)，B母線分別發(fā)生單相接地短路和兩相接地短路時(shí)的負(fù)荷序網(wǎng)等值圖。1〕單相接地短路時(shí)，故障端口正序阻抗為=(24+5)||(16+6.5)=12.67故障端口負(fù)序阻抗為=12.67故障端口零序阻抗為=79.5||10||55.5=7.657那么復(fù)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?qū)Ъ{進(jìn)展分配零序電流從而得到此時(shí)流過保護(hù)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(fù)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(shí)，故障端口各序阻抗和單相接地短路時(shí)一樣，即=12.67=7.657，那么復(fù)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(hù)1、4的零序電流分別為=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(fù)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(hù)1的分支系數(shù)當(dāng)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(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有==87當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)最小，有==79.5對于，當(dāng)T5,T6只有一臺運(yùn)行時(shí)最大，=20；當(dāng)T5,T6兩臺全運(yùn)行時(shí)最小，=10.因此保護(hù)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(hù)4的分支系數(shù)。當(dāng)AB段發(fā)生接地故障時(shí)，T5,T6YOU助增的作用，如圖2-13所示。=對于，當(dāng)只有一臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行是最大，有==63當(dāng)兩臺發(fā)電機(jī)變壓器組運(yùn)行時(shí)最小，有==55.5對于，當(dāng)T5,T6只有一臺運(yùn)行時(shí)最大，=20；當(dāng)T5,T6兩臺全運(yùn)行時(shí)最小，=10.因此保護(hù)4的最大分支系數(shù)==7.3，最小分支系數(shù)為==3.775圖2-12BC段故障時(shí)變壓器的助增作用圖2-13AB段故障時(shí)變壓器的助增作用〔4〕保護(hù)1整定計(jì)算零序Ⅰ段：根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過保護(hù)1的最大零序電流為=0.229kA故Ⅰ段定值==1.2×3×0.229=0.8244kA為求保護(hù)1的零序Ⅱ段定值，應(yīng)先求出保護(hù)3零序Ⅰ段定值，設(shè)在母線C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(hù)3的最大零序電流，因此有=〔〕||()=5.68=6.63單相接地短路時(shí)，有==3.69kA從而求得流過保護(hù)3的電流為=0.43kA連相接地短路時(shí)，有==3.06正序電流=7.6kA零序電流=3.5kA從而求得流過保護(hù)3的電流=0.408kA這樣，流過保護(hù)3的最大零序電流=0.43kA保護(hù)3的零序Ⅰ段定值為==1.548kA這樣，保護(hù)1的零序Ⅱ段定值為==0.358kA校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過保護(hù)1的最小零序電流==0.194kA靈敏系數(shù)=1.626保護(hù)4整定計(jì)算：零序Ⅰ段根據(jù)前面的分析結(jié)果，母線B故障流過保護(hù)4的最大零序電流為=0.327kA故Ⅰ段定值==1.2×3×0.327=1.18kA為求保護(hù)4的零序Ⅱ段定值，應(yīng)先求出保護(hù)2零序Ⅰ段定值，設(shè)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(hù)2的最大零序電流，因此有=〔〕||()=4.52=6.86單相接地短路時(shí)，有==4.179kA從而求得流過保護(hù)2的電流為=0.356kA兩相接地短路時(shí)，有==2.723正序電流=9.17kA零序電流=3.64kA從而求得流過保護(hù)2的電流=0.31kA這樣，流過保護(hù)2的最大零序電流=0.356kA保護(hù)2的零序Ⅰ段定值為==1.286kA這樣，保護(hù)4的零序Ⅱ段定值為==0.39kA校驗(yàn)靈敏度：母線B接地短路故障流過保護(hù)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(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機(jī)方式為4臺全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運(yùn)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(hù)也采用電流保護(hù)，試完成：〔1〕分別求出保護(hù)1、4的段Ⅰ、Ⅱ定值，并校驗(yàn)靈敏度；〔2〕保護(hù)1、4的Ⅰ、Ⅱ段是否安裝方向元件；〔3〕分別畫出相間短路的電流保護(hù)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〕相間短路的電流保護(hù)的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的內(nèi)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(shè)想現(xiàn)場工程師是如何保證接線極性正確的。解：〔1〕保護(hù)1的Ⅰ、Ⅱ段整定。最大運(yùn)行方式為G1、G2全運(yùn)行，相應(yīng)的=5最小運(yùn)行方式為一臺電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的=10母線B處三相短路流過保護(hù)1的最大電流=2.289kA保護(hù)1的Ⅰ段定值為=1.2×2.289=2.747kA母線C三相短路流過保護(hù)3的最大電流=1.475kA保護(hù)3的Ⅰ段定值為=1.771kA保護(hù)1的Ⅱ段定值為=2.063kA母線B兩相短路流過保護(hù)1的最小電流=1.691kA保護(hù)1電流Ⅱ斷的靈敏度系數(shù)==0.83靈敏度不滿足要求。保護(hù)4的Ⅰ、Ⅱ段整定。最大運(yùn)行方式為G3、G4全運(yùn)行，相應(yīng)的=6.5最小運(yùn)行方式為一臺電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的=13母線B處三相短路流過保護(hù)4的最大電流=2.951kA保護(hù)1的Ⅰ段定值為=1.2×2.951=3.541kA母線A三相短路流過保護(hù)2的最大電流=1.428kA保護(hù)2的Ⅰ段定值為=1.713kA保護(hù)4的Ⅱ段定值為=1.97kA母線B兩相短路流過保護(hù)4的最小電流=1.983kA保護(hù)4電流Ⅱ斷的靈敏度系數(shù)==1.01靈敏度不滿足要求。〔2〕計(jì)算母線A背側(cè)三相短路時(shí)流過保護(hù)1的最大短路電流，即==1.428kA由于＜2.747kA=，并且＜2.036kA=，故保護(hù)1的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件。計(jì)算母線C背側(cè)三相短路時(shí)流過保護(hù)4的最大短路電流，即==1.475kA由于＜3.54kA=，并且＜1.97kA=，故保護(hù)4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件?！?〕相間短路的電流保護(hù)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(hù)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(hù)功率方向判別元件而言，當(dāng)0°＜＜90°，使相間短路電流保護(hù)功率方向判別元件在一切故障時(shí)都能動(dòng)作的條件為：內(nèi)角應(yīng)滿足30°＜＜60°。對某一已經(jīng)確定了阻抗角的送電線路而言，應(yīng)采用=90°-，以便短路時(shí)獲得最大靈敏角。而對零序功率方向判別元件而言，在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，最大靈敏角=-95°~-110°，即內(nèi)角一般為95°~110°?！?〕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(dāng)電路接通時(shí)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(dòng)，穩(wěn)定后電路斷開是指針向左擺動(dòng)，那么同名端標(biāo)識正確。假設(shè)指針擺動(dòng)方向相反，那么二次同名端應(yīng)在另一端。當(dāng)電壓、電流互感器的同名端〔極性〕被正確標(biāo)定以后，按照功率方向元件接線原理圖仔細(xì)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(jìn)展測量，根據(jù)以上電量的幅值、相位關(guān)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(fù)雜得多的實(shí)際電力系統(tǒng)，設(shè)想保護(hù)工程師是如何完成保護(hù)定值計(jì)算的如果你今后從事保護(hù)整定計(jì)算，如何借助現(xiàn)在計(jì)算工具提高你的勞動(dòng)效率答：由于繼電保護(hù)整定計(jì)算多種不同的運(yùn)行方式，要對不同地點(diǎn)、不同類型的故障進(jìn)展屢次計(jì)算，既要計(jì)算出各個(gè)繼電保護(hù)元件不同段的動(dòng)作值，還要進(jìn)展靈敏度校驗(yàn)，計(jì)算的工作量非常的大，特別是在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造特別復(fù)雜的實(shí)際電力系統(tǒng)中，人工計(jì)算幾乎不可能完成。保護(hù)工作者曾今創(chuàng)造了“直〔交〕流計(jì)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(shí)際連接關(guān)系連接成模擬的電網(wǎng)，在電源點(diǎn)接上直〔交〕流電壓，用儀表測量短路后的電流、電壓。因?yàn)榻泳€復(fù)雜、精度低，目前實(shí)際電力系統(tǒng)已經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件，只要整定人員按要求輸入電網(wǎng)構(gòu)造和參數(shù)，就可以由計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確的計(jì)算出需要的短路電流及不同保護(hù)裝置隔斷的動(dòng)作值，并可以由計(jì)算機(jī)完成靈敏度校驗(yàn)。今后繼電保護(hù)的整定計(jì)算主要由計(jì)算機(jī)來完成，但整定計(jì)算人員必須了解計(jì)算的原理和原那么，再出現(xiàn)一些整定計(jì)算軟件無法涵蓋的特殊情況時(shí)，還素人工手動(dòng)計(jì)算作為補(bǔ)充。2.22圖2—17所示系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)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(luò)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(dòng)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(dòng)規(guī)律；〔6〕故障后電壓方向機(jī)對稱性變化；〔7〕故障對電力系統(tǒng)運(yùn)行的危害；〔8〕對保護(hù)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(luò)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(diǎn)直接接地系統(tǒng)零序等值圖如圖2—18所示。由圖2—18可見，從故障點(diǎn)看進(jìn)去的零序阻抗為母線B引出的三個(gè)分支的并聯(lián)，等值阻抗值較小，出現(xiàn)單相接地后系統(tǒng)中會(huì)有較大的零序電流。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，零序網(wǎng)絡(luò)由同級電壓網(wǎng)絡(luò)中元件對地的等值電容構(gòu)成通路，其零序等值圖如圖2—19所示。圖2-18線路AB末端故障時(shí)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)零序等值圖圖2-19中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)零序等值圖由圖2—19可見，故障點(diǎn)的等值阻抗為三個(gè)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(diǎn)的零序等值阻抗也較大，接地不會(huì)產(chǎn)生較大的零序電流。零序電壓分布規(guī)律：中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，故障點(diǎn)零序電壓最高，距離距離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)下降越多，在變壓器中性點(diǎn)處降為0。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，假設(shè)不計(jì)微小的零序電容電流在線路阻抗上產(chǎn)生的微小壓降，那么統(tǒng)一電壓等級的整個(gè)系統(tǒng)的零序電壓都一樣〔及三相變壓器之間的一局部系統(tǒng)〕?！?〕零序電流的大小及流動(dòng)規(guī)律：中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，零序電流的大小同系統(tǒng)的運(yùn)行方式和系統(tǒng)各局部的零序阻抗的大小都有關(guān)系，零序電流在故障點(diǎn)與變壓器中性點(diǎn)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(dòng)勢和線路的對地電容。零序電流從故障點(diǎn)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，那么是全系統(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?！?〕故障線路與非故障線路靈虛功率方向：中性點(diǎn)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(diǎn)的一側(cè)，零序功率方向由母線流向線路，而遠(yuǎn)離故障點(diǎn)的一側(cè)，零序功率方向由線路流向母線。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，故障線路上電容性無功功率方向?yàn)榫€路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向?yàn)槟妇€流向線路?！?〕故障電流的大小及流動(dòng)規(guī)律：中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，由于故障點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)中變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，由于不構(gòu)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(fù)荷電流較小，基本上不影響負(fù)荷電流的分布、〔6〕故障后電壓的變化及對稱性變化：中性點(diǎn)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(diǎn)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?！?〕故障對電力系統(tǒng)的危害：中性點(diǎn)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(diǎn)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(fù)荷的供電沒有影響，一般情況下，對系統(tǒng)危害不大?！?〕對保護(hù)切除故障速度的要求：中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，由于接地相電流很大，為防止損壞設(shè)備，應(yīng)迅速切除接地相甚至三相。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，由于故障點(diǎn)電流很小，切三項(xiàng)之間的線電壓仍對稱，可以允許再運(yùn)行1~2h，同時(shí)發(fā)出信號。2.23圖2—17所示系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)全部不接地，如果發(fā)現(xiàn)單相接地，試答復(fù)：〔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?！?〕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〔3~6KV系統(tǒng)〕時(shí)，將裝設(shè)消弧線圈，減小接地電流，表達(dá)用零序電流實(shí)現(xiàn)選線的困難?！?〕表達(dá)用零序功率方向?qū)崿F(xiàn)選線的困難。〔4〕表達(dá)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電流之和。零序電壓：全系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)量值等于相電壓的零序電壓，個(gè)點(diǎn)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?yàn)榫€路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向?yàn)槟妇€流向線路。〔2〕裝設(shè)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(bǔ)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(yīng)用?！?〕用零序功率方向選線困難：由于一般采用的是過補(bǔ)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(shí)際上是電感性無功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?！?〕拉路停電選線存在的問題：1〕需要人工操作，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，自動(dòng)化程度低；2〕需要依次斷開每一條線路，影響供電可靠性，假設(shè)重合閘拒動(dòng)，可能造成較長時(shí)間的停電。2.24小結(jié)以下電流保護(hù)的基本原理、使用網(wǎng)絡(luò)并闡述其優(yōu)缺點(diǎn)：〔1〕相間短路的三段式電流保護(hù)；〔2〕方向性電流保護(hù)；〔3〕零序電流保護(hù)；〔4〕方向性零序電流保護(hù)；〔5〕中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的電流電壓保護(hù)。答：〔1〕相間保護(hù)的三段式保護(hù)：利用短路故障時(shí)電流顯著增大的故障特征形成判據(jù)構(gòu)成保護(hù)。其中速斷保護(hù)按照躲開本線路末端最大短路電流整定，保護(hù)本線路的局部；限時(shí)速度按保護(hù)按躲開下級速度按保護(hù)末端短路整定，保護(hù)本線路全長；速斷和限時(shí)速斷的聯(lián)合工作，保護(hù)本線路短路被快速、靈敏切除。過電流保護(hù)躲開最大負(fù)荷電流作為本線路和相鄰線路短路時(shí)的后備保護(hù)。主要優(yōu)點(diǎn)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(luò)中獲得了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是它的靈敏度受電網(wǎng)的接線以及電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化的影響。靈敏系數(shù)和保護(hù)范圍往往不能滿足要求，難以應(yīng)用于更高等級的復(fù)雜網(wǎng)路。〔2〕方向性電流保護(hù)：及利用故障是電流復(fù)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(dòng)方向正是保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作的方向，并且流動(dòng)幅值大于整定幅值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作跳閘。適用于多斷電源網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)：多數(shù)情況下保證了保護(hù)動(dòng)作的選擇性、靈敏性和速動(dòng)性要求。缺點(diǎn)：應(yīng)用方向元件是接線復(fù)雜、投資增加，同時(shí)保護(hù)安裝地點(diǎn)附近正方向發(fā)生是你想短路時(shí)，由于母線電壓降低至零，方向元件失去判斷的依據(jù)，保護(hù)裝置據(jù)動(dòng)，出現(xiàn)電壓死區(qū)?！?〕零序電流保護(hù)：正常運(yùn)行的三相對稱，沒有零序電流，在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生接地故障時(shí)，會(huì)有很大的零序電流。故障特征明顯，利用這一特征可以構(gòu)成零序電流保護(hù)。適用網(wǎng)絡(luò)與110KV及以上電壓等級的網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)：保護(hù)簡單，經(jīng)濟(jì)，可靠；整定值一般較低，靈敏度較高；受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較??；系統(tǒng)發(fā)生震蕩、短時(shí)過負(fù)荷是不受影響；沒有電壓死區(qū)。缺點(diǎn)：對于短路線路或運(yùn)行方式變化較大的情況，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的要求。隨著相重合閘的廣泛應(yīng)用，在單項(xiàng)跳開期間系統(tǒng)中可能有較大的零序電流，保護(hù)會(huì)受較大影響。自耦變壓器的使用使保護(hù)整定配合復(fù)雜化?！?〕方向性零序電流保護(hù)：在雙側(cè)或單側(cè)的電源的網(wǎng)絡(luò)中，電源處變壓器的中性點(diǎn)一般至少有一臺要接地，由于零序電流的實(shí)際流向是由故障點(diǎn)流向各個(gè)中性點(diǎn)接地的變壓器，因此在變壓器接地?cái)?shù)目比較多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，就需要考慮零序電流保護(hù)動(dòng)作的方向性問題。利用正方向和反方向故障時(shí)，零序功率的差異，使用功率方向元件閉鎖可能誤動(dòng)作的保護(hù)，從而形成方向性零序保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：防止了不加方向元件，保護(hù)可能的誤動(dòng)作。其余的優(yōu)點(diǎn)同零序電流保護(hù)。缺點(diǎn)：同零序電流保護(hù)，接線較復(fù)雜。〔5〕中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中的電流電壓保護(hù)：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，保護(hù)相間短路的電流、電壓保護(hù)與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)是完全一樣的。僅有單相接地時(shí)二者有差異，中性點(diǎn)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(hù)應(yīng)快速跳閘，除反響相電流幅值的電流保護(hù)外，還可以采用專門的零序保護(hù)。而在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中單相接地時(shí)，沒有形成短路，無大的短路電流流過，屬于不正常運(yùn)行，可以發(fā)出信號并指出接地所在的線路，以便盡快修復(fù)。當(dāng)有單相接地時(shí)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(hù)報(bào)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(gè)明顯特征，而甄別接地發(fā)生在哪條線路上那么困難得多。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(hù)3.1距離保護(hù)是利用正常運(yùn)行與短路狀態(tài)間的哪些電氣量的差異構(gòu)成的答：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)安裝處的電壓接近額定電壓，電流為正常負(fù)荷電流，電壓與電流的比值為負(fù)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(shí)，保護(hù)安裝處的電壓變?yōu)槟妇€剩余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏?，電壓與電流的比值變?yōu)楸Ｗo(hù)安裝處與短路點(diǎn)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(hù)就是利用了正常運(yùn)行與短路時(shí)電壓和電流的比值，即測量阻抗之間的差異構(gòu)成的。3.2什么是保護(hù)安裝處的負(fù)荷阻抗、短路阻抗、系統(tǒng)等值阻抗答：負(fù)荷阻抗是指在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)安裝處的電壓〔近似為額定電壓〕與電流〔負(fù)荷電流〕的比值。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)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小〕，負(fù)荷阻抗的特點(diǎn)是量值較大，在阻抗復(fù)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(shí)保護(hù)安裝處的電壓變?yōu)槟妇€剩余電壓，電流變?yōu)槎搪冯娏?，此時(shí)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(hù)安裝處與短路點(diǎn)之間一段線路的阻抗，其值較小，阻抗角交大。系統(tǒng)等值阻抗：在單個(gè)電源供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護(hù)安裝處與背側(cè)電源點(diǎn)之間電力元件的阻抗和；在由多個(gè)電源點(diǎn)供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護(hù)安裝處斷路器斷開的情況下，其所連接母線處的戴維南等值阻抗，即系統(tǒng)等值電動(dòng)勢與母線處短路電流的比值，一般通過等值、簡化的方法求出。3.3什么是故障環(huán)路相間短路與接地短路所構(gòu)成的故障環(huán)路的最明顯差異是什么答：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障電流流過的通路稱為故障環(huán)路。相間短路與接地短路所構(gòu)成的故障環(huán)路的最明顯差異是：接地短路的故障環(huán)路為“相-地〞故障環(huán)路，即短路電流在故障相與大地之間流通；對于相間短路，故障環(huán)路為“相-相〞故障環(huán)路，即短路電流僅在故障相之間流通，不流向大地。3.4構(gòu)成距離保護(hù)為什么必須用故障環(huán)上的電流、電壓作為測量電壓和電流答：在三相系統(tǒng)中，任何一項(xiàng)的測量電壓與測量電流值比都能算出一個(gè)測量阻抗，但是只有故障環(huán)路上的測量電壓、電流之間才能滿足關(guān)系，即由它們算出的測量阻抗才等于短路阻抗，才能夠正確反響故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離。用非故障環(huán)上的測量電壓與電流雖然也能算出一個(gè)測量阻抗，但它與故障距離之間沒有直接的關(guān)系，不能正確的反響故障距離，雖然不能構(gòu)成距離保護(hù)。3.5為了切除線路上各種類型的短路，一般配置哪幾種接線方式的距離保護(hù)協(xié)同工作答：保護(hù)裝置一般只考慮簡單故障，即單相接地短路、兩相接地短路、兩相不接地故障和三相短路故障四種類型的故障。再110KV及以上電壓等級的輸電線路上，一般配置保護(hù)接地短路的距離保護(hù)和保護(hù)相間短路的距離保護(hù)。接地距離保護(hù)的接線方式引入“相——地〞故障環(huán)上的測量電壓、電流，能夠準(zhǔn)確的反響單相接地、兩相接地和三相接地短路；相間距離保護(hù)接線方式映入“相——相〞故障換上的測量電壓、電流，能夠準(zhǔn)確地反響兩相接地短路、兩相不接地短路和三相短路。即對于單線接地短路，只有接地距離保護(hù)接線方式能夠正確反響；對于兩相不接地短路，只有相間距離保護(hù)接線方式能夠正確反響；而對于兩相接地短路及三相短路，兩種接線方式都能夠正確反響。為了切除線路上的各種類型的短路，兩種接線方式都需要配置，兩者協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)。由于相間距離保護(hù)接線方式手過渡電阻的影響較小，因此對于兩相接地短路及三相故障，盡管理論上兩種接線方式都能夠反響，但一般多為相間距離保護(hù)首先跳閘。3.6在本線路上發(fā)生金屬性短路，測量阻抗為什么能夠正確反響故障的距離答：電力系統(tǒng)發(fā)生金屬性短路時(shí)，在保護(hù)安裝處所測量Um降低，Im增大，它們的比值Zm變?yōu)槎搪伏c(diǎn)與保護(hù)安裝處之間短路阻抗Zk;對于具有均勻參數(shù)的輸電線路來說，Zk與短路距離Lk成正比關(guān)系，即Zm=Zk=Z1Lk(Z1=R1+jX1,為單位長度線路的復(fù)阻抗)，所以能夠正確反響故障的距離。3.7距離保護(hù)裝置一般由哪幾局部組成簡述各局部的作用。答：距離保護(hù)一般由啟動(dòng)、測量、振蕩閉鎖、電壓回路斷線閉鎖、配合邏輯和出口等幾局部組成，它們的作用分述如下：(1)啟動(dòng)局部：用來判別系統(tǒng)是否發(fā)生故障。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，該局部不動(dòng)作；而當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，該局部能夠動(dòng)作。通常情況下，只有啟動(dòng)局部動(dòng)作后，才將后續(xù)的測量、邏輯等局部投入工作。(2)測量局部：在系統(tǒng)故障的情況下，快速、準(zhǔn)確地測定出故障方向和距離，并與預(yù)先設(shè)定的保護(hù)范圍相比較，區(qū)內(nèi)故障時(shí)給出動(dòng)作信號，區(qū)外故障時(shí)不動(dòng)作。(3)振蕩閉鎖局部：在電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，距離保護(hù)的測量元件有可能誤動(dòng)作，振蕩閉鎖元件的作用就是正確區(qū)分振蕩和故障。在系統(tǒng)振蕩的情況下，將保護(hù)閉鎖，即使測量元件動(dòng)作，也不會(huì)出口跳閘；在系統(tǒng)故障的情況下，開放保護(hù)，如果測量元件動(dòng)作且滿足其他動(dòng)作條件，那么發(fā)出跳閘命令，將故障設(shè)備切除。(4)電壓回路斷線局部：電壓回路斷線時(shí)，將會(huì)造成保護(hù)測量電壓的消失，從而可能使距離保護(hù)的測量局部出現(xiàn)誤判斷。這種情況下應(yīng)該將保護(hù)閉鎖，以防止出現(xiàn)不必要的誤動(dòng)。(5)配合邏輯局部：用來實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)各個(gè)局部之間的邏輯配合以及三段式保護(hù)中各段之間的時(shí)限配合。(6)出口局部：包括跳閘出口和信號出口，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)接通跳閘回路并發(fā)出相應(yīng)的信號。3.8為什么阻抗繼電器的動(dòng)作特性必須是一個(gè)區(qū)域答：阻抗繼電器在實(shí)際情況下，由于互感器誤差、故障點(diǎn)過度電阻等因素影響，繼電器實(shí)際測量到的Zm一般并不能嚴(yán)格地落在與同向的直線上，而是落在該直線附近的一個(gè)區(qū)域中。為保證區(qū)內(nèi)故障情況下阻抗繼電器都能可靠動(dòng)作，在阻抗復(fù)平面上，其動(dòng)作的范圍應(yīng)該是一個(gè)包括對應(yīng)線段在內(nèi)，但在的方向上不超過的區(qū)域，如圓形區(qū)域、四邊形區(qū)域、蘋果形區(qū)域、橄欖形區(qū)域等。(a)〔b〕〔c〕〔d〕〔e〕圖3-2常見阻抗繼電器的動(dòng)作特性〔a〕偏移圓阻抗特性；〔b〕方向圓阻抗特性；〔c〕全阻抗圓特性；〔d〕“8〞字形特性；〔e〕四邊形特性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(dòng)作阻抗的含義。答：偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性如圖3—3所示，各電氣量標(biāo)于圖中。測量阻抗就是保護(hù)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(yùn)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響故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。對于偏移特性的阻抗繼電器而言，整定阻抗有兩個(gè)，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(hù)電力系統(tǒng)的具體情況而設(shè)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(diǎn)到保護(hù)范圍末端的線路阻抗作為整定阻抗。動(dòng)作阻抗：是阻抗元件處于臨界動(dòng)作狀態(tài)對應(yīng)的測量阻抗，從原點(diǎn)到邊界圓上的矢量連線稱為動(dòng)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(dòng)作阻抗并不是一個(gè)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3.10解釋什么是阻抗繼電器的最大靈敏角，為什么通常選定線路阻抗角為最大靈敏角答：當(dāng)測量阻抗Zm的阻抗角與正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等時(shí)，阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗最大，正好等于Zset1,即Zop=Zset1,此時(shí)繼電器最為靈敏，所以Zset1的阻抗角又稱為最靈敏角。選定線路阻抗角為最大靈敏角，是為了保證在線路發(fā)生金屬性短路的情況下，阻抗繼電器動(dòng)作最靈敏。3.11導(dǎo)出具有偏移圓特性的阻抗繼電器的絕對值比較動(dòng)作方程和相位比較動(dòng)作方程。答：如圖3—4所示偏移阻抗特性圓，在阻抗復(fù)平面上，以與末端的連線為直徑作出的圓就是偏移特性圓，圓心為，半徑為測量阻抗落在圓內(nèi)或圓周上時(shí)，末端到圓心的距離一定小于或等于圓的半徑，而當(dāng)測量阻抗落在圓外時(shí)，末端到圓心的距離一定大于圓的半徑，所以絕對值比較動(dòng)作方程可以表示為當(dāng)阻抗落在下局部圓周的任一點(diǎn)上時(shí)，有當(dāng)阻抗落在左上局部圓周的任一點(diǎn)上時(shí)，有當(dāng)阻抗落在圓內(nèi)的任一點(diǎn)時(shí)，有所有阻抗繼電器的相位比較動(dòng)作方程為圖3-4偏移阻抗特性圓3.12阻抗繼電器的絕對值比較動(dòng)作方程和相位比較動(dòng)作方程之間的關(guān)系是什么答：設(shè)絕對值比較式中“〞左側(cè)的阻抗記為，右側(cè)的阻抗記為，那么絕對值比較動(dòng)作條件的一般表達(dá)式為；設(shè)相位比較式中分子、分母的阻抗分別用表示，那么相位比較動(dòng)作條件的一般表達(dá)式為?？梢缘贸鏊膫€(gè)量之間關(guān)系為3.13特性經(jīng)過原點(diǎn)的方向阻抗繼電器有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)畫出相間距離和接地距離繼電器絕對值比較動(dòng)作回路、相位比較動(dòng)作回路的交流接線圖。答：特性經(jīng)過原點(diǎn)的方向繼電器的優(yōu)點(diǎn)是阻抗元件本身具有方向性，只在正向區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作，反方向短路時(shí)不會(huì)動(dòng)作。其主要缺點(diǎn)是動(dòng)作特性經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，在正向出口或反向出口短路時(shí)，測量阻抗的阻抗值都很小，都會(huì)落在坐標(biāo)原點(diǎn)附近，正好處于阻抗元件臨界動(dòng)作的邊沿上，有可能出現(xiàn)正向出口短路時(shí)拒動(dòng)或反向出口短路時(shí)誤動(dòng)的情況。方向阻抗繼電器絕對值比較動(dòng)作回路、相位比較動(dòng)作回路的交流接線圖分別如圖3—5和圖3—6所示〔以圓特性的方向阻抗元件為例〕。3.14什么是距離繼電器的參考電壓其工作電壓作用是什么選擇參考電壓的原那么是什么答：在相位比較的距離繼電器中，用作相位比較的電壓稱為參考電壓，也叫做極化電壓，例如在相位比較式中，用電壓判斷相位是否符合方程式，所以就稱為參考電壓和極化電壓。選擇參考電壓的原那么：相位不隨故障位置變化、在出口短路時(shí)不為0的電壓量作為比相的參考電壓，如正序電壓、記憶電壓等。3.15以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器有什么特點(diǎn)其初態(tài)特征與穩(wěn)態(tài)特征有何差異答：以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器可消除所有故障的死區(qū)，尤其是抑制出口三相對稱短路時(shí)三相電壓都降為零而失去比較依據(jù)的缺乏；但其動(dòng)作特性不能長期保持。處態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性差異：①在傳統(tǒng)的模式距離保護(hù)中，記憶電壓是通過LC諧振記憶回路獲得的，由于回路電阻的存在，記憶量是逐漸衰減的，故障一定時(shí)間后，記憶電壓將衰減至故障后的測量電壓。所有記憶回路產(chǎn)生的僅在故障剛剛發(fā)生、記憶尚未消失時(shí)是成立的，因此稱之為處態(tài)特性；②數(shù)字式保護(hù)中，記憶電壓就是存放在存儲器中的故障前電壓的采樣值，雖然不存在衰減問題，但故障發(fā)生一定時(shí)間后，電源的電動(dòng)勢發(fā)生變化，將不再等于故障前的記憶電壓，在用故障前的記憶電壓作為參考電壓，特性也將會(huì)發(fā)生變化。所以記憶電壓僅能在故障后的一定時(shí)間內(nèi)使用，例如僅在Ⅰ、Ⅱ段中采用。3.16用相位比較方法實(shí)現(xiàn)距離繼電器有何優(yōu)點(diǎn)，以余弦比相公式為例說明之。答：對于兩電氣量比較的距離繼電器而言，絕對值比較與相位比較是可以相互轉(zhuǎn)換的，所以兩種比較方式都能夠?qū)崿F(xiàn)距離繼電器。在數(shù)字式保護(hù)中，一般用相位比較方式實(shí)現(xiàn)，主要原因是相位比較方式實(shí)現(xiàn)較為簡單。相位比較的動(dòng)作條件為，該條件可以等值為，即只要判斷其正負(fù)，就可以判斷出繼電器是否滿足動(dòng)作條件，實(shí)現(xiàn)十分方便。3.17什么是最小準(zhǔn)確工作電流和最小準(zhǔn)確工作電壓測量電流或電壓小于最小精工電流或電壓時(shí)會(huì)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(dòng)作阻抗就等于其整定阻抗，即Zop=Zset。但是當(dāng)測量電流較小時(shí)，由于測量誤差、計(jì)算誤差、認(rèn)為設(shè)定動(dòng)作門檻等因素的影響，會(huì)使繼電器的動(dòng)作阻抗變小，使動(dòng)作阻抗降為0.9Zset對應(yīng)的測量電流，稱為最小準(zhǔn)確工作電流，用Iac.min表示。當(dāng)測量電流很大時(shí)，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(dòng)作阻抗也會(huì)減小，使動(dòng)作阻抗降為0.9Zset對應(yīng)的測量電流，稱為最大準(zhǔn)確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗也會(huì)減小，使動(dòng)作阻抗降為0.9Zset對應(yīng)的測量電流，稱為最大準(zhǔn)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。當(dāng)測量電流或電壓小于最小精工電流電壓時(shí)，阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗將降低，使阻抗繼電器的實(shí)際保護(hù)范圍縮短，可能引起與之配合的其他保護(hù)的非選擇性動(dòng)作。3.18圖3-7所示系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)-變壓器方式接入系統(tǒng)，最大開機(jī)方式為4臺全開，最小開機(jī)方式為兩側(cè)各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運(yùn)行。參數(shù)為：kV，==15，==10，=10，=30,=20,=40，=60km，=40km，線路阻抗==0.4/km，=1.2/km，線路阻抗角均為75°，=300A，負(fù)荷功率因數(shù)角為30°；=1.2，=0.85，=0.75。變壓器均裝有快速差動(dòng)保護(hù)。試答復(fù)：圖3-7系統(tǒng)示意圖〔1〕為了快速切除線路上的各種短路，線路A-B、B-C應(yīng)在何處配備三段式距離保護(hù)，各選用何種接線方式各選用何種動(dòng)作特性答：應(yīng)在1、2、3、4處配備三段式距離保護(hù)；選用接地距離保護(hù)接線方式和相間距離保護(hù)接線方式；它們的Ⅰ、Ⅱ段選擇具有方向特性的距離保護(hù)，Ⅲ段具有偏移特性的距離保護(hù)?！?〕整定保護(hù)1~4的距離Ⅰ段，并按照你選定的動(dòng)作特性，在一個(gè)阻抗復(fù)平面上畫出各保護(hù)的的動(dòng)作區(qū)域。答：線路AB正序阻抗=0.4×60=24線路BC的正序阻抗=0.4×40=16保護(hù)1、2的距離保護(hù)Ⅰ段=0.85×24=20.4保護(hù)3、4的距離保護(hù)Ⅰ段=0.85×16=13.6保護(hù)1~4距離Ⅰ段在復(fù)阻抗平面上的動(dòng)作區(qū)域如圖3-8所示，圓周1、2、3、4分別對應(yīng)保護(hù)1、2、3、4距離Ⅰ段的動(dòng)作特性。圖3-8保護(hù)1~4距離Ⅰ段的動(dòng)作特性〔3〕分別求出保護(hù)1、4接地距離保護(hù)的最大、最小分支系數(shù)。答：對保護(hù)11〕當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合時(shí)，有=2.88，=1.592〕當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有=2.88，=2.01對保護(hù)41〕當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合時(shí)，有=2.26，=1.412〕當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有=1.99，=1.53〔4〕分別求出保護(hù)1、4接地距離Ⅱ、Ⅲ段的定值即時(shí)限，并校驗(yàn)靈敏度。答：保護(hù)1距離Ⅱ段的整定：1〕整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇?！瞐〕當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合時(shí)，有=0.75×〔24+1.59×13.6〕=34.218〔b〕當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有=0.75×〔24+2.01×20〕=48.15所以取=34.2182〕靈敏度校驗(yàn)：=1.43＞1.25，滿足靈敏度要求。3〕動(dòng)作時(shí)限：與相鄰保護(hù)3的Ⅱ段配合，有=0.5+0.5=1s，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。保護(hù)1距離Ⅲ段的整定：1〕整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有==190.53，=155.932〕靈敏度校驗(yàn)：〔a〕本線路末端短路時(shí)靈敏度系數(shù)為=6.50＞1.5〔b〕相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏度系數(shù)為≥1.2①相鄰線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)。利用〔3〕中求靈敏系數(shù)的結(jié)論，只要令,即可，所以有當(dāng)、分別取最小值，而、、分別取最大值時(shí)，就取最大值，即當(dāng)=10，=20，=25，=30，=30時(shí)，有=2.88，=16，=2.33>1.2②相鄰變壓器靈敏系數(shù)校驗(yàn)，此時(shí)=2.88，=20=1.91>1.2所以靈敏度校驗(yàn)要求。3〕動(dòng)作時(shí)限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合，有=1s，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。保護(hù)4距離Ⅱ段的整定：1〕整定阻抗：按下面兩個(gè)條件選擇?！瞐〕當(dāng)與相鄰下級線路距離保護(hù)Ⅰ段相配合時(shí)，有=0.75×〔16+1.41×20.4〕=33.573〔b〕當(dāng)與相鄰變壓器的快速保護(hù)相配合時(shí)，有=0.75×〔16+1.53×20〕=34.95所以取=33.5732〕靈敏度校驗(yàn)：=2.1＞1.25，滿足靈敏度要求。3〕動(dòng)作時(shí)限：與相鄰保護(hù)2的Ⅰ段配合，有=0.5+0.5=1s，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。保護(hù)4距離Ⅲ段的整定：1〕整定阻抗：按躲過正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷阻抗整定，有==190.53，=155.932〕靈敏度校驗(yàn)：〔a〕本線路末端短路時(shí)靈敏度系數(shù)為=9.74＞1.5〔b〕相鄰設(shè)備末端短路時(shí)靈敏度系數(shù)為≥1.2①相鄰線路末端短路時(shí)靈敏系數(shù)。利用〔3〕中求靈敏系數(shù)的結(jié)論，只要令,即可，所以有當(dāng)、分別取最小值，而、、分別取最大值時(shí)，就取最大值，即當(dāng)=12.5，=20，=20，=30，=30時(shí)，有=2.21，=24，=2.26>1.2②相鄰變壓器靈敏系數(shù)校驗(yàn)，此時(shí)=1.99，=20=2.79>1.2所以靈敏度校驗(yàn)要求。3〕動(dòng)作時(shí)限：與相鄰設(shè)備保護(hù)配合，有=1s，它能同時(shí)滿足與相鄰線路保護(hù)以及相鄰變壓器保護(hù)配合的要求。〔5〕當(dāng)AB線路中點(diǎn)處發(fā)生BC兩相短路接地時(shí)，那個(gè)地方哪些測量元件動(dòng)作，請逐一列出。保護(hù)、斷路器正常工作條件下，哪些保護(hù)的何段以什么時(shí)間跳開了哪些斷路器將短路切除。答：當(dāng)AB線路中點(diǎn)處發(fā)生B、C兩相短路接地時(shí)，接地保護(hù)中：B相、C相的接地距離保護(hù)的測量元件動(dòng)作；相間距離保護(hù)中，B、C相間距離保護(hù)的測量元件動(dòng)作。保護(hù)、斷路器正常工作條件下，保護(hù)1的B,C相的接地距離保護(hù)Ⅰ段、BC相間距離保護(hù)Ⅰ段、保護(hù)2的B，C相的接地距離保護(hù)Ⅰ段、BC相間距離保護(hù)的Ⅰ段，將在故障瞬間跳開保護(hù)1,2處的斷路器，從而將短路故障切除。〔6〕短路條件同〔5〕，假設(shè)保護(hù)1的接地距離Ⅰ段拒動(dòng)、保護(hù)2處斷路器拒動(dòng)，哪些保護(hù)以時(shí)間跳開何斷路器將短路切除。答：保護(hù)1的相間距離保護(hù)Ⅰ段將在故障瞬間跳開保護(hù)1處的斷路器，保護(hù)4的距離Ⅲ段延時(shí)1s跳開保護(hù)4的斷路器?！?〕假定各保護(hù)回路正確動(dòng)作的概率為90%，在〔5〕的短路條件下，全系統(tǒng)中斷路器不被錯(cuò)誤切除任意一個(gè)的概率是多少體會(huì)保護(hù)動(dòng)作可靠性應(yīng)要求到多高答：假定保護(hù)1在發(fā)電廠側(cè)還有1套遠(yuǎn)后備保護(hù)，那么線路AB中點(diǎn)短路后應(yīng)該有4個(gè)斷路器的跳閘回路被4套保護(hù)啟動(dòng)，如果各保護(hù)回路正確動(dòng)作的概率只有90%，那么全系統(tǒng)中不被錯(cuò)誤切除任意一個(gè)斷路器的概率是P=0.9×0.9×0.9×0.9=0.6561。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(shí)k點(diǎn)短路時(shí)，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(diǎn)短路時(shí)，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(yīng)的電流稱為助增電流。類似地圖3-9