繼電保護(hù)課后答案

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電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課后習(xí)題答案

1緒論

1.1電力系統(tǒng)假使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，若沒有完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)將故障快速切除，則會(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。假使電力系統(tǒng)沒有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，則當(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(hào)通知值班人員進(jìn)行合理的處理。

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)裝置就是指能反應(yīng)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(hào)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(hào),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,將故障部分與電網(wǎng)的其他部分隔離。

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(cè)量比較、規(guī)律判斷和執(zhí)行輸出三個(gè)部分完成預(yù)定的保護(hù)功能。測(cè)量比較環(huán)節(jié)是冊(cè)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)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是〞、“非〞、“0〞或“1〞性質(zhì)的一組規(guī)律信號(hào)，從而判別保護(hù)裝置是否應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)。規(guī)律判斷環(huán)節(jié)是根據(jù)測(cè)量環(huán)節(jié)輸出的規(guī)律信號(hào)，使保護(hù)裝置按一定的規(guī)律關(guān)系判定故障的類型和范圍，最終確定是否應(yīng)當(dāng)使斷路器跳閘。執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)是根據(jù)規(guī)律部分傳來的指令，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

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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(cè)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，由于當(dāng)故障發(fā)生在本線路末端與下級(jí)線路的首端出口時(shí)，本線路首端的電氣量區(qū)別不大。所以，為了保證本線路短路時(shí)能快速切除而下級(jí)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)線路的一部分。

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區(qū)別，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區(qū)別可以構(gòu)成電流相位差動(dòng)保護(hù)；利兩側(cè)功率方向的區(qū)別，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比較式保護(hù)；利用兩側(cè)測(cè)量阻抗的大小和方向的區(qū)別，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。由于母線保護(hù)和線路保護(hù)的保護(hù)區(qū)必需重疊，使得任意點(diǎn)的故障都處于保護(hù)區(qū)內(nèi)。

母線線路TA1TA2

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(shí)，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(shí)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，

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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狀況下，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(jí)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(jí)元件處配置遠(yuǎn)后備保護(hù)；（2）動(dòng)作將切除所有上級(jí)電源測(cè)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(duì)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)行的大部分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)行的。

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)工要把握電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的基本原理、運(yùn)行特性和分析方法，特別要把握電力系統(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)

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際工程中設(shè)備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對(duì)其繼電保護(hù)做出必要的調(diào)整。一致原理的保護(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協(xié)同；一致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〞？若不滿足，當(dāng)參與繼電器的電量在動(dòng)作值附近時(shí)將可能出現(xiàn)什么狀況？

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)參與繼電器的動(dòng)作電量（圖中的Ik）大于其設(shè)定的動(dòng)作值（圖中的Iop）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)參與繼電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值（圖中的I）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〞。

re為了保證繼電器可靠工作，其動(dòng)作特性必需滿足繼電特性，否則當(dāng)參與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。

E0162E1534IreIopIk

2.2請(qǐng)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)電磁力矩剛剛達(dá)到動(dòng)作條件

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時(shí)，繼電器的可動(dòng)銜鐵開始轉(zhuǎn)動(dòng)，磁路氣隙減小，在外加電流（或電壓）不變的狀況下，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)，就必需增大通過繼電器線圈的電流Ik，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Iop。

在繼電器動(dòng)作之后，為使它重新返回原位，就必需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Ire。

過電流繼電器返回系數(shù)過小時(shí)，在一致的動(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需小于返回電流