電力系統(tǒng)繼電保護(hù)習(xí)題及答案

第一章概述復(fù)習(xí)思考題答案

1-1電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能出現(xiàn)故障和不正常工作情況。最常見(jiàn)的故障是

各種類型的短路，主要包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路

以及發(fā)電機(jī)、變壓器繞組的匝間短路等。

故障發(fā)生后會(huì)造成以下后果：

(1)故障點(diǎn)的電弧使故障設(shè)備燒壞。通過(guò)短路電流的設(shè)備，由于發(fā)熱和電

動(dòng)力的作用受到損壞或降低使用壽命。

(2)電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，使用戶正常工作遭到破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)破壞電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)電力系統(tǒng)瓦

解，導(dǎo)致大面積停電。

電力系統(tǒng)正常工作遭到破壞，但未形成故障，稱作不正常工作情況。常見(jiàn)的

類型有：過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。

發(fā)生不正常工作情況的后果是：

(1)電氣設(shè)備運(yùn)行超過(guò)額定電流會(huì)引起過(guò)熱，加速絕緣老化，降低使用壽

命，且容易引發(fā)短路。

(2)發(fā)電機(jī)突然月負(fù)荷造成過(guò)電壓，將直接威脅電氣絕緣。

(3)電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電流、電壓周期性擺動(dòng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

故障和不正常工作若不及時(shí)處理，將引起事故。事故是指人員傷亡、設(shè)備損

壞、電能質(zhì)量下降到不能允許的程度和對(duì)用戶少供或停電。

1-2作為一種重要的反事故措施，繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：

(1)當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)、快速、有選擇地將故障設(shè)備從系統(tǒng)

中切除，使故障設(shè)備免受損壞，保證系統(tǒng)其它部分繼續(xù)運(yùn)行。

(2)當(dāng)發(fā)生不正常工作情況時(shí)，能自動(dòng)、及時(shí)、有選擇地發(fā)出信號(hào)，由值

班人員進(jìn)行處理，或切除繼續(xù)運(yùn)行會(huì)引起故障的女備。

1-3繼電保護(hù)是利用電氣量或物理量的顯著變化來(lái)區(qū)分電力系統(tǒng)正常運(yùn)行與

發(fā)生故障或不正常運(yùn)行情況。例如：

1.反應(yīng)電氣量的保護(hù)

（1）可根據(jù)電流的劇增，構(gòu)成電流保護(hù)原理；

（2）反應(yīng)電壓劇減，構(gòu)成低電壓保護(hù)原理；

（3）同時(shí)反應(yīng)電壓降低和電流增加，構(gòu)成阻抗（距離）保護(hù)原理，它以阻

抗z=6/i減小的多少天反應(yīng)故障點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近，并決定是否動(dòng)作；

（4）同時(shí)反應(yīng)電壓與電流之間相位角的變化，則可以判斷故障點(diǎn)的方向，

構(gòu)成方向保護(hù)原理（正向故障動(dòng)作，反向不動(dòng)作）

此外，還可以利用正常運(yùn)行時(shí)沒(méi)有或很小而故障時(shí)卻很大的電氣量，即某一

對(duì)稱分量（負(fù)序或零序）的電壓、電流和功率，來(lái)構(gòu)成序分量保護(hù)原理。

2.反應(yīng)物理量的保護(hù)

可利用正常和故障時(shí)物理量（如氣體溫度）的變化來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的保護(hù)，如反

應(yīng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)油蒸汽和油速度增大的瓦斯保護(hù)，反應(yīng)變壓器、電動(dòng)機(jī)繞組

溫度或油溫度升高的溫度保護(hù)。

不論是反應(yīng)電氣量還是物理量變化的保護(hù)，當(dāng)其測(cè)量值超過(guò)一定數(shù)值（整定

值）時(shí)，繼電保護(hù)將有選擇地切除故障或顯示電氣設(shè)備的不正常工作情況。

1-4繼電保護(hù)裝置一般由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。各部分作用

分別是：

（1）測(cè)量部分：是將被保護(hù)對(duì)象（輸電線路或其它電氣元件）輸入的信息

（電流、電壓等）與實(shí)現(xiàn)給定的整定值進(jìn)行比較，判斷被保護(hù)元件有無(wú)故障或異

常情況，并輸出相應(yīng)的信息。

（2）邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分輸出的信息，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系

工作，以確定是否需要給出瞬時(shí)或延時(shí)動(dòng)作于跳閘或信號(hào)的相應(yīng)信息

（3）執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分輸出的信息，將跳閘或報(bào)警信號(hào)送至斷路器

的控制回路或報(bào)警信號(hào)回路

1-5對(duì)繼電保護(hù)的基本要求有：

1）選擇性；2）速動(dòng)性；3）靈敏性；4）可靠性

四者之間既相互聯(lián)系乂相互矛盾。例如，為保證選擇性，有時(shí)要求保護(hù)動(dòng)作

帶延時(shí)（即降低了速動(dòng)性要求）；為保證靈敏性，有時(shí)允許保護(hù)非選擇性動(dòng)作（即

降低選擇性要求），再由自動(dòng)重合閘裝置來(lái)糾正；為保證速動(dòng)性和選擇性，有時(shí)

序采用較復(fù)雜的保護(hù)裝置（即降低了可靠性）。因此，須從電力系統(tǒng)的實(shí)際情況

出發(fā)，分清主次，求得最優(yōu)情況下的統(tǒng)一，如對(duì)于中、低壓電氣設(shè)備，速動(dòng)性要

求就比高電壓等級(jí)電氣設(shè)備的低。

1-6是非選擇性動(dòng)作。

若K1點(diǎn)短路保護(hù)1、2拒動(dòng)或斷路器QF1、QF2拒動(dòng)，則保護(hù)3動(dòng)作，跳開(kāi)

斷路器QF3起到后備保護(hù)作用。同理也可作為相鄰元件變壓器或線路BD的遠(yuǎn)后

備保護(hù)

第二章電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護(hù)

復(fù)習(xí)思考題答案

2-1以電磁型繼電器為例，當(dāng)電磁力矩M小于繼電器動(dòng)作力矩Mau時(shí)，繼電器不動(dòng)作，

觸點(diǎn)斷開(kāi)：當(dāng)時(shí)，繼電器立即動(dòng)作，觸點(diǎn)迅速閉合。在繼電器動(dòng)作后，只有"WKw

（返回力矩）時(shí)，繼電器才突然返回到原位。無(wú)論動(dòng)作和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確、干

脆的，不可能停留在某個(gè)中間位置。這種特性，稱作繼電器“繼電特性”

2-2電流繼電器的輸入電流增大，達(dá)到一定值時(shí)，納電器動(dòng)作，此時(shí)的電流稱為繼甩瑞

的動(dòng)作電流幾的。繼電器動(dòng)作后，減小輸入電流，達(dá)到一定值時(shí)，繼電器返回，此時(shí)的電

流稱為返回電流2皿。返回電流與動(dòng)作電流的比值《小Ares//須稱為返回系數(shù)。由于過(guò)

流保護(hù)的定值為3=4皿/Ks,所以，流,增大可以降低定值幾act,從而提高靈敏度。當(dāng)然，

返回系數(shù)也不能過(guò)大，過(guò)大會(huì)造成繼電器動(dòng)作不可靠，因此一般取0.85-0.9。

2-3變換器的作用是：

（1）變換電量。將電壓互感器二次側(cè)電壓（100V）和電流互感器的二次側(cè)電流（5A）

轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流，以適應(yīng)弱電元件的需要。

（2）隔離電路。電流、電壓互感器二次側(cè)安全接地，是為了保證人身和設(shè)備的安全。

而弱電元件往往與直流電源連接，直流回路又不允許直接接地，故常需要經(jīng)變換器將交、直

流電路隔開(kāi)：另外，弱電元件易受干擾，借助變換器的屏蔽層可以減少來(lái)自高壓設(shè)備的干擾。

（3）調(diào)整定值。通過(guò)改變變換器一次繞組或二次繞組的抽頭，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置整定值

的調(diào)整。

?電壓變化器的輸入、輸出量均為電壓；

?電流變換器的輸入、輸出量均為電流，但通常在其二次側(cè)并聯(lián)一小電阻R,來(lái)獲得電

壓量；

-電抗變壓器的輸入量為電流，輸出量為電壓。

電抗變壓器的鐵芯有氣隙，可使磁阻增大，勵(lì)磁阻抗減小且接近于感抗，磁

路不易飽和，從而線性變換范圍增大，并且具有移相作用，常用來(lái)模擬阻抗。

（注意：教材13頁(yè)、14頁(yè)中電抗變壓器部分的Z、1、八工.、心、偏、ZM均為歸

算到一次側(cè)的量,即應(yīng)為ZZ心、14、H,、%、R%、Z1G

2-4在反映電流增大而動(dòng)作的電流保護(hù)中，電流速斷保護(hù)無(wú)動(dòng)作延時(shí)，但卻不能保護(hù)線

路全長(zhǎng)；限時(shí)電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長(zhǎng)，卻不能作為相鄰線路的后備保護(hù)；定時(shí)限過(guò)電

流保護(hù)可以作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)，但動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng).為保證迅速、可靠地切除

故障，可將這三種電流保護(hù)根據(jù)需要組合在一起構(gòu)成一整套保護(hù)，稱為三段式電流保護(hù)。

三段式電流保護(hù)各段動(dòng)作電流、保護(hù)區(qū)和動(dòng)作時(shí)限的配合情況如題2-4圖所示。當(dāng)被保

護(hù)線路始端短路時(shí)，由I段瞬時(shí)切除；該線路末端附近的短路，由第II段經(jīng)0.5s延時(shí)切除:

而第III段只起后備作用.為此，裝有三段式電流保護(hù)的線路，一般可在0.5s左右時(shí)限內(nèi)切

除故障。

題2-4圖三段式電流保護(hù)的保護(hù)區(qū)和時(shí)限配合特性

2-5對(duì)某一套保護(hù)裝置來(lái)講，任一點(diǎn)短路時(shí)，通過(guò)該保護(hù)裝置的短路電流為最大的運(yùn)行

方式，稱作系統(tǒng)最大運(yùn)行方式；而短路電流為最小的運(yùn)行方式，稱作系統(tǒng)最小運(yùn)行方式。對(duì)

于不同安裝地點(diǎn)的保護(hù)，最大和最小運(yùn)行方式不一定相同，應(yīng)根據(jù)具體的分析、計(jì)算來(lái)確定。

在整定動(dòng)作值時(shí)，因?yàn)橐ＷC保護(hù)動(dòng)作的選擇性，整定值須躲過(guò)本線路末端（或相鄰

線路首端）的最大短路電流，而只有在最大運(yùn)行方式下短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)裝置的短路電流才

會(huì)最大。若不是在最大運(yùn)行方式下整定，則在最大運(yùn)行方式下相鄰線路短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)安

裝處的短路電流將可能超過(guò)定值而使動(dòng)作失去選擇性。

在校驗(yàn)時(shí)，因?yàn)橐ＷC在最不利情況下發(fā)生短路時(shí)，有足夠的靈敏度，因此需要考慮

在最小運(yùn)行方式下進(jìn)行校臉（因?yàn)樵谧钚∵\(yùn)行方式下短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)安裝處的短路電流為

最小，屬最不利情況）。

2-6由尸限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍延伸到下一線路的I段電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)，因

此,為保證動(dòng)作的選擇性，即下一線路I段保護(hù)范圍內(nèi)的短路故障由該線路的I段保護(hù)切除。

限時(shí)電流（上一線路的）速斷保護(hù)應(yīng)在動(dòng)作時(shí)限上加以配合，即高出一個(gè)時(shí)限級(jí)差△心

題2-6圖限時(shí)電流速斷保護(hù)工作原理及時(shí)限特性

（a”艮時(shí)電充速斷保護(hù)的特性分析：（b）時(shí)限侍性

對(duì)于△乙從盡快切除故障的角度出發(fā)，應(yīng)越小越好，但為了保證兩套保護(hù)動(dòng)作的選擇

性，△「不可能選擇過(guò)小，以題2-6圖中線路BC首端K2點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1、2動(dòng)作時(shí)間的

配合為例來(lái)說(shuō)明△「要考慮的因素：

1）斷路器QF2的跳間時(shí)間tuF.2（從接通跳閘回路到觸頭間電弧熄火時(shí)間）；

2）保護(hù)2動(dòng)作的正誤差時(shí)間加2；

3）保護(hù)1動(dòng)作的負(fù)誤差時(shí)間人；

4）時(shí)間裕度為

這樣，從選擇性要求出發(fā)，保護(hù)1的II段動(dòng)作時(shí)限為t2+/2+5+&+"

即時(shí)限極差A(yù)t=t0F.2+M+&+tso由此確定的A￡一般為0.35-0.6s,通常取△p0.5s。

2-7（更正：本題圖中，保護(hù)2的最大動(dòng)作時(shí)限應(yīng)為友網(wǎng)=1.5s）

題2-7圖保護(hù)1動(dòng)作時(shí)限整定

保護(hù)1電流HI段動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與保護(hù)2和4的動(dòng)作時(shí)限較大者配合，因此h皿二3.0s。

2-8川段過(guò)電流保護(hù)在整定動(dòng)作電流時(shí)，不僅應(yīng)大于該線路可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流,

同時(shí)還應(yīng)考慮在外部短路切除后，保護(hù)裝置應(yīng)能可靠返回，即外部故障時(shí)，該保護(hù)在短路電

流卜起動(dòng)，但在延時(shí)未到時(shí)，故障已被故障線路保護(hù)切除，此時(shí)，即使在電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流

下（一般大于正常負(fù)荷電流），也應(yīng)可靠返回（不會(huì)動(dòng)作跳閘），因此，【I【段過(guò)流保護(hù)應(yīng)考慮

靠返回系數(shù)。返回電流/ke=KreS?/k小值越高，越能夠可靠返回。

在整定I、II段時(shí)，不需考慮返回系數(shù)，因?yàn)楦鶕?jù)I、II段的整定原則可知,

它們的定值較高。在外部故障時(shí)I段根本就不起動(dòng)，【I段即使起動(dòng)，在外部故障

切除后，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流下也會(huì)因其較高的定值而可靠返回，所以不需要考慮

返回系數(shù)。

2-9電流互感器的等值電路如題2-9圖（a）所示（各元件含義見(jiàn)教材P29和P30〕

題2-9圖

（a）電沆互感黔■與他電路；（b）電沆互感器iox誤差曲線

當(dāng)Z0+Z60時(shí)，勵(lì)磁電流,1=0,”=72,一次電流全部轉(zhuǎn)化為二次電流，誤

差為零；當(dāng)為+Z"0時(shí)，j'cXO,3=力2+才1。此時(shí)歸算后的一次電流不等于二

次電流，電流互感器出現(xiàn)比值誤差△?

△/='------100%

4

若的阻抗角價(jià)與（ZiZQ的阻抗角g不同，則會(huì)產(chǎn)生相角誤差

O=Arg（Jl2./7'i）

所謂10%誤差曲線是指電流互感器比值誤差為10%,相角誤差不超過(guò)7。時(shí)，額定電流

倍數(shù)如o與允許負(fù)載阻抗Z.”,之間的關(guān)系曲線。這里，額定電流倍數(shù)（AN為一次

額定電流）。

利用10%誤差曲線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載阻抗Z，電的選擇卻校驗(yàn)。當(dāng)已知一次電流人時(shí)，算

出如0」，利用該曲線，便可確定五質(zhì)，如題2-9圖（b）所示；當(dāng)己知不電時(shí)，若實(shí)際算得

機(jī)K）與2L所確定的交點(diǎn)處于該曲線之下（如圖中M點(diǎn)），則電流誤差不超過(guò)1（）%。

2-10在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，可能出現(xiàn)的最大零序電壓3Uo的大小為

故障相電壓；在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，可能出現(xiàn)的最大零序電壓3Uo的大

小為3倍故障相電壓。具體分析如題2-10圖（a）（b）中相量關(guān)系所示。為保證電壓互感器

二次額定電壓不超過(guò)100V,因此用于中性點(diǎn)直接接地目網(wǎng)時(shí)，變比為Up/苧/1（K）,

7V3/

用于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)時(shí),變比為Up

=-￡A

建2-10圖單相接地相量圖

Q）中性點(diǎn)直播鏤蛇系統(tǒng)：（b）中隹點(diǎn)非直接鏤電系統(tǒng)

2-11在電流互感正常運(yùn)行時(shí)，二次電流對(duì)一次電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)起去磁作用，勵(lì)磁電流

很小，所以鐵芯中的總磁通很小，二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不超過(guò)幾十伏。當(dāng)二次回路開(kāi)路時(shí),

去磁作用消失，則一次電流全部轉(zhuǎn)化為勵(lì)磁電流，使鐵芯中磁通量劇增，導(dǎo)致鐵芯極度飽和。

由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率成正比，因此電流互感器二次側(cè)開(kāi)路時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值很

高，可達(dá)數(shù)千伏。這樣高的二次電壓不但威脅人身安全，而且會(huì)使繞組和設(shè)備的絕緣損壞。

此外，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，使鐵芯損耗增大，導(dǎo)致鐵芯嚴(yán)重發(fā)熱，甚至使鐵芯因過(guò)熱而燒

毀。因此，運(yùn)行中不允許電流互感器二次側(cè)開(kāi)路。

運(yùn)行中電壓互感器的二次側(cè)不能短路，因?yàn)殡妷夯ジ衅魇且粋€(gè)內(nèi)阻很小的電壓源。正常

運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷阻抗很大，相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài)，二次側(cè)僅有很小的負(fù)荷電流。當(dāng)二次短路時(shí)，負(fù)

荷阻抗為零，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，將電壓互感器燒毀。

2-12電流保護(hù)的接線方式是指電流繼電器與電流互感器的二次繞組之間的連接關(guān)系。

三相完全星形和兩相不完全星形接線在不同相別的短路組合中，動(dòng)作情況不同，因而各有優(yōu)

缺點(diǎn)。

1.各種相間短路

兩種接線方式都能正確反應(yīng)，只不過(guò)動(dòng)作的繼電器數(shù)目不同。前者對(duì)各種相間短路，均

至少有兩個(gè)繼電器動(dòng)作，可靠性高；后者在AB和BC相間短路時(shí)只有一個(gè)繼電器動(dòng)作。

2.中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中兩點(diǎn)異地接地短路

在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生兩點(diǎn)異地接地短路時(shí)允許只切除一個(gè)接地

點(diǎn)，以提高供電的可靠性。

（1）對(duì)于題2-12圖（a）中串聯(lián)線路L1和L2,當(dāng)發(fā)生類似于KI、K2點(diǎn)兩點(diǎn)異地短

路時(shí)，若采用完全星形接線，由于保護(hù)都是按選擇性要求在整定值和時(shí)限上配合，能夠保證

100%只切除線路L2。若采用不完全星形接線，則只能保證有2/3的機(jī)會(huì)有選擇地切除一條

線路（如K2點(diǎn)為B相故障時(shí)，保護(hù)2不動(dòng)作，只能由保護(hù)1動(dòng)作切除故障），從而在某些

情況下擴(kuò)大了停電范圍。

（2）并聯(lián)接線L2和L3,當(dāng)發(fā)生類似于K2、K3點(diǎn)兩點(diǎn)異地短路對(duì)于圖中時(shí)，若采用

完全星形接線，將100%切除兩條線路L2、L3,擴(kuò)大了停電范圍。若采用不完全星形接線,

則可有2/3的機(jī)會(huì)只切除一條線路（B相接地的那條線路不會(huì)被切除），供電的可靠性高于

前者。

（3）Y,dll接線變玉器后兩相短路

由題2T2圖（c）（d）所示變壓器兩側(cè)各相電流相量關(guān)系可見(jiàn)，保護(hù)安裝處B框電流

大小是A、C兩相電流的兩倍，因此，不完全星形接線因不能反應(yīng)B相電流而使靈敏度是完

全星形接線的1/2。

題2-12圖

(a)中住點(diǎn)非直樓樓地電離的斫點(diǎn)異的短路:

(b)格線兩：(c)d側(cè)相后國(guó)：門(mén))Y側(cè)用岳用

根據(jù)以上分析，完全星形接線因可靠性和靈敏性較高，廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大

型貴重設(shè)備的保護(hù)中；不完全星形接線方式，因較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所以在中性點(diǎn)直接接地電

網(wǎng)和中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，廣泛采用它作為相間短路保護(hù)的接線方式。事實(shí)上，在中性

點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的變電所母線上，并列線路居多，對(duì)于兩點(diǎn)接地故障采用不完全星形接

線有2/3的機(jī)會(huì)只切除一條線路，要比完全星形接線方式100%切除兩條線路優(yōu)越。

2T3畫(huà)出相量圖如題2T2圖(c)(d)所示。由相量圖和己知條件可知

，=。=800(A)

所以

/A=Ic=，a/=800/A/3=462（A）

=21A=2x.°=924（A）

B相電流是其它兩相的兩倍，但若采用不完全星形接線，B相無(wú)繼電器，只能由A、C

相繼電器動(dòng)作。為提高靈敏度，可在中性線上加一電流繼電器如題2T2圖（b）所示。因該

繼電器流入的是A、C相電流之和，因此靈敏度可提高一倍。

題2-14圖電流電壓聯(lián)抽速斷保戶的展開(kāi)圖

Q）交沆回路田；（b）宜充回路圖

2-15（注意:教材49頁(yè)圖2-56應(yīng)為題2T5圖）

設(shè)Z=0.4dXrel=1.25,1,*Hrel=l.2,及產(chǎn)1.5,鼠,=0.85,is.mix=0.5s

1.保護(hù)1電流I段整定計(jì)算

10kvA一B

10kmI團(tuán)

Zs.maz=0.3QIloa.max=150A

Zs.max=0.2Q

題275圖

（1）求動(dòng)作電流按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下本線路末端（即B母線處）三相短路時(shí)

流過(guò)保護(hù)的最大短路電流整定，即

/'ctl=K\el，KBmax=X—:—

Nsmin+4|'AB

=1-25X0,2^10=1-8（kA）

（2）動(dòng)作時(shí)限。為保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間，即Y=0s

（3）靈敏性校驗(yàn)，即求保護(hù)范圍。在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)的保護(hù)范圍為

±A_)

max(Z

’1，act

l10.5/V3_=7.92(km)

0.41.8

/%=3x100%

II1Ai

792

=X100%=79.2%>50%,滿足要求。

10

最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的保護(hù)范圍為

/__L（史?旦-z）

*inin7'、TIs.max/

Zl27act

1,610.5/V3八小二/〃、

=——（——?--------0.3）=6.54（km）

0.421.8

/%=^xl（X）%=—xlOO%

nun/10

=65.4%>15%,滿足要求。

2.保護(hù)1電流II段整定計(jì)算

<1）求動(dòng)作電流/1小。按與相鄰線路保護(hù)2的I段動(dòng)作電流相配合的原則整定，即

rll_ri_rIIr

7ac:.l一Arel*yact.2-Arel*八rel*1KCmax

=1.1x1.25x10,5=0.82(kA)

0.2+0.4x25

（2）動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)2的I段動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差A(yù)t,即

4n=g+加=0.5(s)

（3）靈敏系數(shù)校驗(yàn)。利用最小運(yùn)行方式下木線路末端（即B母線處）發(fā)生兩相金屬性

短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流來(lái)校驗(yàn)，即

K_^KBmin_及\/rII

八sen--Hl-—?虧*7TV1-）act.1

7act.l乙乙s.ma<十乙1”AB/

10.5/V3/

20.3+0.4x10/

=1.49>1.3,滿足要求。

3.保護(hù)1電流HI段整定計(jì)算

（1）求動(dòng)作電流/工按躲過(guò)本線路可能流過(guò)的最大負(fù)荷電流來(lái)整定，即

喘戶吟旦?/|oa.max=峨*x°?15=0.32（kA）

IVA…U.OJ

（2）動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差A(yù)t,即

/m+U24=L5（s）

（3）靈敏系數(shù)校驗(yàn)。

1）作近后備時(shí)。利用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相金屬性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的電流

校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即

0^濡0向2

=3.82>1.5,滿足要求

2）作遠(yuǎn)后備時(shí)。利用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過(guò)保護(hù)

的電流校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即

731O.5/V3、/々。

----?-----------------)/U.3Z

20.3+0.4x25/

=1.59>1.2,滿足要求

2-16在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大時(shí)，電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍可能很小，甚至沒(méi)有保護(hù)

區(qū)。為了能在不增加保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的前提下，擴(kuò)大保護(hù)范圍，可采用由電流繼電器和電壓繼

電器共同作為測(cè)量元件的電流、電壓連鎖速斷保護(hù)。由于該保護(hù)采用電流、電壓元件相互閉

鎖方式構(gòu)成“與”邏輯，因此，在外部短路時(shí)，只要有一個(gè)測(cè)量元件不動(dòng)作，保護(hù)就不會(huì)動(dòng)

作。這樣在整定計(jì)算時(shí)，可以不考慮最大或最小兩種極端運(yùn)行方式，只按經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行方

式整定，即可保證動(dòng)作的先擇性，從而使保護(hù)有較大的保護(hù)范圍。這里，電流、電壓元件按

經(jīng)常運(yùn)行方式下兩者的保護(hù)范圍相等這一條件來(lái)整定。

2-17從選擇性方面來(lái)說(shuō)，電流速斷（后簡(jiǎn)稱為I段）保護(hù)的選擇性是靠動(dòng)作電流來(lái)實(shí)

現(xiàn)的；限時(shí)電流速斷（后簡(jiǎn)稱為II段）和過(guò)電流（后簡(jiǎn)稱為III段）保護(hù)則是靠動(dòng)作電流

和時(shí)限共同完成的。它們?cè)趩蝹?cè)電源根射網(wǎng)中能夠保訐選擇性，但在多電源網(wǎng)絡(luò)或單電源環(huán)

網(wǎng)中，則只有在某些特殊皆況下才能滿足選擇性要求。從速動(dòng)性方面來(lái)說(shuō)，I段保護(hù)以保護(hù)

固有動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作跳閘；II段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限一般在0.5s以內(nèi)，因而動(dòng)作迅速是這兩種保護(hù)

的優(yōu)點(diǎn)。III段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)，特別是靠近電源側(cè)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限可能達(dá)幾秒，這是III

段保護(hù)的主要缺點(diǎn)。從靈敏性上看，I段保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，且保護(hù)范圍受運(yùn)行方式的

影響較大：II段保護(hù)，雖按保護(hù)線路全長(zhǎng)整定，但靈敏性依然受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響；III

段保護(hù)因按最大負(fù)荷電流腋定，靈敏性一般能滿足要求，但在長(zhǎng)距離重負(fù)荷線上，由「負(fù)荷

電流幾乎與短路電流相當(dāng)，則往往難以滿足要求。受運(yùn)行方式影響大、靈敏性差是電流保護(hù)

的主要缺點(diǎn),從可靠性來(lái)看，由于三段式電流保護(hù)繼電器簡(jiǎn)單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定

計(jì)算都較簡(jiǎn)便，不易出錯(cuò)，因此可靠性較裔。

總之，三段式電流保護(hù)最主要的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，在一般情況下能滿足快速切除故障

的要求，因此廣泛用于3￡kV及以卜.單側(cè)電源輻射電網(wǎng)中。

第三章電網(wǎng)相間短路的方向電流保護(hù)

復(fù)習(xí)思考題答案

3-1單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，可以看成一個(gè)雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)。沿順時(shí)針?lè)较?/p>

來(lái)看，各過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足3〉t3>t5>t7；沿逆時(shí)針?lè)较騺?lái)看，應(yīng)滿足

t8>t6>t..>t2o此外，還要考慮與相鄰母線上其它非環(huán)網(wǎng)出線的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限相配

合，即比最大時(shí)限高一個(gè)級(jí)差A(yù)t。例如，t1應(yīng)比t3和tg的較大者高一個(gè)時(shí)限級(jí)

差A(yù)t。須指出的是，由于保護(hù)11所保護(hù)線路是在電源母線上，因此，兩個(gè)方向

上的末端保護(hù)7和2,均不須與保護(hù)11配合（因?yàn)樵摮鼍€發(fā)生短路故障時(shí)，保

護(hù)7和2上無(wú)短路電流流過(guò)）。設(shè)保護(hù)2、7的動(dòng)作時(shí)間為t2=t]=Os（最末一級(jí)

線路保護(hù)無(wú)須與其它保護(hù)配合，因此可以整定為0s過(guò)流），則其它各保護(hù)的動(dòng)作

時(shí)間分別為：

t5=t7+At=0.5s

=tio+At=2.5s（因?yàn)?/p>

ti=t3+At=3.Os（因?yàn)閠3>tD

t4=to+At=2.Os（因?yàn)?/p>

t6=t.1+At=2.5s（因?yàn)閠產(chǎn)t】o）

t8=t6+At=3.Os

對(duì)于B母線上2方向元件，保

護(hù)3不需裝；對(duì)于，題3-1圖單側(cè)電流環(huán)網(wǎng)過(guò)電流」4、5均需裝

保護(hù)動(dòng)作時(shí)限與方向元件的選擇

方向元件；對(duì)于D母線來(lái)說(shuō),t7<t6,因此，保護(hù)7需裝方向元件，保護(hù)6不需裝。

對(duì)于母線A來(lái)說(shuō)，當(dāng)保護(hù)11所在出線發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)1、8處無(wú)短路電流流過(guò),

因此，保護(hù)1、8不需裝方向元件。對(duì)于所有非環(huán)網(wǎng)線路，如保護(hù)9、10、11所

在線路均為單電源線路，因此，不需裝方向元件。

32按相位比較原理構(gòu)成的功率方向繼電能，比較相位的兩個(gè)電壓為

Ui=KuUk

U2=Kx7k

當(dāng)

-90°<Arg山\I(J2)<90°

時(shí)繼電器動(dòng)作。如果將相位比較的兩個(gè)電壓量作為平行四邊形的兩條邊可作平行

四邊形如題3-2圖所示。當(dāng)?shù)?0。時(shí)(如題3-2圖(a)所示),繼電器處于臨界動(dòng)

U1

作狀態(tài),此件田題

題3-2圖相位比較電壓和幅值比較電壓之間的關(guān)系

3-2圖(b)月⑷&90。.歷|二|丘口|：(b)6<90\\UT\>|C7n|；(c)8>90。,歷卜|%|1n題

3-2圖(c)所示)，繼電器不動(dòng)作，此時(shí)，可見(jiàn)，幅值關(guān)系和相位

關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的，因此，相位比較原理與幅值比較原理具有互換性。由相量關(guān)

系不難看出

U\=U\+U2=Jk

Uu=U\-Ui=KuA/k-K\人

當(dāng)0nl時(shí)，繼電滯動(dòng)作。從而由相位比較原理轉(zhuǎn)換為了幅值比較原理的功

率方向繼電器。同理，若已知幅值比較原理的兩個(gè)電壓，同樣可以得到相位比較

原理的兩個(gè)電壓

Ui=(1[+"i)/2=AuDk

*

U2-0n)/2=37k

由此可見(jiàn)，相位比較原理和幅值比較原理之間具有互換性。

3-3由于功率方向繼電器存在最小動(dòng)作電壓U-當(dāng)保護(hù)正向出口附近發(fā)

生相間短路時(shí)，如果母線殘壓小于/"n，將導(dǎo)致方向繼電器在正向出口區(qū)域內(nèi)

短路時(shí)不動(dòng)作，該區(qū)域稱為功率方向繼電器的死區(qū)。顯然，口口由越小，死區(qū)越

小。

對(duì)于教材中圖3-10所示功率方向繼電器，由于在電壓變換器UV一次回路中

串接有電容G,與UV一次繞組W1的電感構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，因此，即使輸入電

壓突然消失，也可借助諧振回路的暫態(tài)過(guò)程，使陽(yáng)上的電壓仍能維持一段時(shí)間,

即對(duì)輸入電壓起到記憶作用，在記憶時(shí)間內(nèi)UV二次輸出電壓不為零。該記憶時(shí)

間約為70ms。因繼電器動(dòng)作時(shí)間一般小于25nis,故可以消除功率方向繼電器的

死區(qū)C

3-4理論上當(dāng)加入功率方向繼電器的電流為零或電壓為零時(shí)，都將使繼電器

的動(dòng)作量與制動(dòng)量相平衡。以比幅式功率繼電器為例，動(dòng)作量

Ux=Kvij^+kxK,制動(dòng)量。11=女1）。1＜一女1鼠，當(dāng)鼠或Ok為零時(shí)，

Oi=0”繼電器不可能動(dòng)作。但實(shí)際上，由于繼電器內(nèi)部參數(shù)不平衡，只加電

流而電壓為零，或只加電壓而電流為零時(shí)，極化繼電器KP線圈兩端出現(xiàn)動(dòng)作電

壓或制動(dòng)電壓，使KP動(dòng)作或制動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為功率方向繼電器的潛動(dòng)。KP線

圈上出現(xiàn)使其動(dòng)作的電壓，稱為正向潛動(dòng)；出現(xiàn)使其制動(dòng)的電壓，稱為反向潛動(dòng)。

如果正向潛動(dòng)嚴(yán)重，則在保護(hù)安裝處反向出口短路時(shí)，功率方向繼電器可

能誤動(dòng)。相反，如果反向潛動(dòng)嚴(yán)重，則正向出口短路時(shí)，功率方向繼電器靈敏性

可能降低，甚至拒動(dòng)。

3-590。接線方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）不論發(fā)生三相短路還是兩相短路，繼電

器均能正確判斷故障點(diǎn)方向；2）選擇合適的繼耳器內(nèi)角a,可使繼電器在各種

相間短路故障時(shí)，工作在接近最靈敏狀態(tài)；3）對(duì)于兩相短路故障無(wú)死區(qū)，因?yàn)?/p>

加入繼電器的電壓含有非故障相電壓，遠(yuǎn)大于繼電器的最小動(dòng)作電壓。對(duì)于近處

三相短路，由于電壓回路的記憶作用，可以消除維電器死區(qū)。

3-6最靈敏角的含義是指當(dāng)輸入繼電器的電壓滯后電流最靈敏角的大小時(shí)，

動(dòng)作量最大，制動(dòng)量最小，繼電浴工作在最靈敏狀態(tài)。

3-7對(duì)于保護(hù)3來(lái)說(shuō)，K點(diǎn)短路屬于正向近處短路，則保護(hù)安裝處各電氣量

的相量關(guān)系如題3-7圖（a）所示。短路電流.由電動(dòng)勢(shì)以c產(chǎn)生，且滯后￡加的

角度為線路阻抗角75。，保護(hù)安裝處的電壓就是短路點(diǎn)的電壓，t/a=￡a,

九=九二-￡/2。（分析方法參考電力系統(tǒng)故障分析）。對(duì)于B相功率方向繼電

器，按90。接線方式，輸入繼電器的電流＞二",電壓九一t）ca,該電壓滯后電

流.15°。若繼電器內(nèi)向a=45°,則繼電器的動(dòng)作區(qū)為直線MN的陰影側(cè)，電流九

落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，繼電器動(dòng)作。

對(duì)于保護(hù)2來(lái)說(shuō)，K點(diǎn)為背后短路點(diǎn)，流過(guò)B相繼電器的電流為-A,即％,

從圖中可以看出，Z在動(dòng)作區(qū)之外，繼電器不動(dòng)作。

Ebe

M

(b)

題3-7圖雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)各保護(hù)B相功率方向繼電器動(dòng)作情況

Q）近處所用短路（b）遠(yuǎn)處兩行短路

對(duì)于保護(hù)1來(lái)說(shuō)，K點(diǎn)短路為正向遠(yuǎn)處短路，保護(hù)安裝處各電氣量的相量關(guān)

系如題3-7圖（b）所示。短路電流八仍然由電動(dòng)勢(shì)以。產(chǎn)生，且滯后于點(diǎn)戾的角

度為線路阻抗角75。。，呆護(hù)安裝處的電壓九二工，t/b=￡b,九=友。對(duì)于B相

功率方向繼電器九=/；,t/ib=t/ca,電壓滯后電流45,。若繼電器內(nèi)角a=45’，

則其動(dòng)作區(qū)為題3-7圖（b）中直線MN陰影側(cè)。電流九二"在動(dòng)作區(qū)內(nèi)且在最

靈敏線.L,囚此保護(hù)1的B相功率方向繼電相可以靈敏動(dòng)作。但對(duì)于保護(hù)1來(lái)說(shuō),

K點(diǎn)短路為相鄰線路故障，可通過(guò)電流繼電器定值和時(shí)間繼電器延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇

性。只有在保護(hù)3或該線路斷路器拒動(dòng)的情況下，才會(huì)動(dòng)作，起遠(yuǎn)后備作用。

（注意：教材61頁(yè)的圖377（b）應(yīng)為下圖所示，圖中直線M件與（ha是重合的）

U"=EbcM

N，yUca=E

4-1在中性點(diǎn)直接接地和非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)對(duì)接地保護(hù)

要求如何？為什么？

答：（1）中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，通常裝設(shè)專用而簡(jiǎn)單，動(dòng)作與跳閘的接

地保護(hù)，因?yàn)榇蠼拥攸c(diǎn)電網(wǎng)發(fā)生接地故障的幾率特別大，發(fā)生接地短路時(shí)，將出

現(xiàn)很大的故障相電流和零序電流，靈敏系數(shù)往往不能滿足要求，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，

（2）中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，通常裝設(shè)動(dòng)作于信號(hào)也可跳閘的接地保護(hù),

因?yàn)橹行渣c(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)上流過(guò)比負(fù)荷小得多的

電流，目電網(wǎng)的線電壓保持對(duì)稱，不影響對(duì)用戶供電C

4-2在中性直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)，零序電壓和零序電流有何特

點(diǎn)？

答：(1)零序電壓在故障點(diǎn)最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低，變壓涔中

性點(diǎn)處零序電壓為零。

(2)零序電流只在中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中流通。系統(tǒng)的零序阻抗越小，接地

點(diǎn)的零序電流越大，流過(guò)兩側(cè)的零序電流與該側(cè)的零序阻抗成反比。

(3)如正方向發(fā)生接地故障，零序電流超前零序電壓一個(gè)鈍角，零序功率

由故隙線路流向母線。

4-3變壓器中性點(diǎn)接地的基本原則有哪些？為什么？

答：(1)每個(gè)發(fā)電廠或低壓側(cè)有電源的變電所至少有一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接

地，以防止由于失去中性點(diǎn)后發(fā)生接地短路時(shí)引起的過(guò)電壓。

(2)每個(gè)電源處有并列運(yùn)行的變壓器時(shí)，應(yīng)將部分變壓器的中性點(diǎn)接地。

這樣，當(dāng)某一臺(tái)中性點(diǎn)接地變壓器由于檢修或其他原因退出時(shí).，可將另一臺(tái)變壓

器中性點(diǎn)接地,從而保護(hù)零序網(wǎng)絡(luò)基本不變，以保持零序電流的大小和分布不變。

(3)變壓器低壓側(cè)無(wú)電源時(shí)，為提高零序保護(hù)的靈敏性，變壓器應(yīng)不接地

運(yùn)行。

(4)變壓器中性點(diǎn)絕緣水平較低時(shí)，中性點(diǎn)必須接地，以防止由于中性點(diǎn)

電壓升高導(dǎo)致的絕緣損壞。

4-4通過(guò)哪些方法可以獲取零序電流和零序電壓？產(chǎn)生不平電流的原因

有哪些？

答：(1)零序電流的獲得：a)利用三個(gè)同型號(hào)的電流互感器并接獲得。b)利

用零序電流互感港獲得。

(2)零序電壓的獲得：a)利用電壓互感器開(kāi)口三角形獲得。b)發(fā)電機(jī)

中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器或消弧線圈接地，通過(guò)二次側(cè)可獲得。

(3)不平衡電流產(chǎn)生的原因：如采用三個(gè)同型號(hào)的TA并接獲得零序電

流，正常運(yùn)行和相間短路時(shí)，若考慮TA勵(lì)磁電流的影響，此時(shí)零序電流濾過(guò)器

輸出電流io=%帥。另外三只TA的特性不完全一致也會(huì)造成不平衡電流。而采

用零序電流互感器，正常運(yùn)行和相間短路時(shí)，一次側(cè)三相電流平衡二次就不會(huì)出

現(xiàn)零序電流。

4-5圖4-18為中性點(diǎn)直接地系統(tǒng)中某一線路，正常時(shí)流過(guò)的負(fù)荷電流為

400Ao已知：電流互感器變比為600/5,零序電流繼電器的動(dòng)作電流hct.k=3A,

試問(wèn)：

(1)正常運(yùn)行時(shí)，若互感器的極性接反，繼電器是否會(huì)誤動(dòng)作？為什么？

(2)正常時(shí)若有一個(gè)互感器二次側(cè)斷線，繼電器是否會(huì)誤動(dòng)作？為什

么？

(3)如要實(shí)現(xiàn)零序方向過(guò)電流保護(hù)需增加那些設(shè)備和繼電器，試在圖

4?18中補(bǔ)充、畫(huà)出連接情況并標(biāo)示其極性端。

答：(1)一個(gè)極性接反，流過(guò)繼電器的電流為I=2X[400/(600/5)]=667A

>3A所以會(huì)誤動(dòng)。見(jiàn)，題4-5(a)

(2)一個(gè)互感器二次側(cè)斷線，流過(guò)繼電器的電流為1=400/(600/5)=

3.33A>3A所以會(huì)誤動(dòng)。見(jiàn)題4-5(b)

(4)①如通過(guò)電流保護(hù)已實(shí)現(xiàn)跳閘功能，則需添加零序功率方向繼電器,

其電流取零序電流濾序器輸出，電流取TA開(kāi)口三角，接線見(jiàn)題圖4-5(c)。

②如通過(guò)電流保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)跳閘功能，則還需添加時(shí)間繼電器、信號(hào)

繼電落、跳閘線圈等設(shè)備，具體見(jiàn)圖4-5(c)o

題4-5困

4-6在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，為何不采用三相式相間電流保護(hù)兼作單

相接地保護(hù)？

答：（1）三相式相間電流保護(hù)的速斷及延時(shí)速斷部分，是按最大運(yùn)行方式下

的三相短路電流進(jìn)行整定，三相式相間過(guò)電流保護(hù)采用負(fù)荷電流進(jìn)行整定，

且時(shí)限較長(zhǎng)，因而在本線或相鄰線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地故障電流可能小

于整定值，造成保護(hù)拒動(dòng)或經(jīng)長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作，保護(hù)的靈敏性、速動(dòng)性不滿足要

求。

（2）三相式相間電流保護(hù)可能受到振蕩及過(guò)負(fù)荷的影響。

綜合以上兩點(diǎn)，可知不宜采用三相式相間電流保護(hù)兼作單相接地保護(hù)。

4-7在下圖網(wǎng)絡(luò)中，擬在斷路器QF1-QF5上裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)和零序過(guò)電流

保護(hù)，取△t=0.5s,試確定：（1）過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限；（2）零序過(guò)電流保

護(hù)的動(dòng)作時(shí)限；

（3）畫(huà)出兩種保護(hù)的時(shí)限特性。

圖4-19題4-7接線圖

答：(1)QF5：t5=1.5SQF4：u=2SQF3：t3=2.5S

QF2：t2=3.5SQF1：ti=4S

(2)QF5：to,5=()SQF4：t4=2SQF3：to.3=L5S

QF2：to.2=2SQF1：不裝零序過(guò)電流

t(s)

2Ito.3It5

]-「t。4------------

■tO.5Z

題4-7圖過(guò)電流保護(hù)和等序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限

（3）動(dòng)作時(shí)限如題4?7圖

4-8為什么零序功率方向繼電器不需要“記憶”回路?接地短路時(shí)，該繼電器

在哪些情況下不動(dòng)作？

答：因接地故障點(diǎn)愈靠近保護(hù)安裝處,零序電壓越高，不存在電壓死區(qū)，所以

不需“記憶”作用。繼電器在下列情況下不動(dòng)作：

①接地短路時(shí)，該繼電器在反方向故障時(shí)不動(dòng)作；

②TV斷線，輸入KWZ的3Uo=O,KWZ不動(dòng)作；

③接線錯(cuò)誤、極性接反則正方向接地故障時(shí)不動(dòng)作；

④繼電器內(nèi)部元件損壞也不能造成不動(dòng)作。

4-9中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地時(shí)有哪些特征？試比校實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的方

式及其適用范圍。

答：1、（1）接地相對(duì)電壓為零，非故障相電壓石倍。該電網(wǎng)出現(xiàn)零序電壓,

數(shù)值上等于故障前電網(wǎng)的相電壓，且各處零序電壓相等。

（2）非故障線路保護(hù)安裝處通過(guò)的零序電流為該線路的零序電容電

流，數(shù)值為34碗％（如線路L1）：方向從母線流向線路，它超前零

序電壓90。。

（3）故障線路保護(hù)安裝處通過(guò)的零序電流為該電網(wǎng)所有非故障元件的

零序電容電流之和，方向從線路流向母線，它滯后零序電壓9（）。。

（5）接地點(diǎn)流過(guò)該電網(wǎng)各元件對(duì)地電容電流之和，即

Icz=j3Uo^y(C01+C02+C03)=j3Uo

2、實(shí)現(xiàn)方式：(a)絕緣監(jiān)視裝置，沒(méi)有選擇性。

(b)零序電流保護(hù)，適用于有條件安裝零序電流互感器

的線路上。

(c)零序功率方向保護(hù)，適用于線路數(shù)較少，旦&序電

流保護(hù)的靈敏系數(shù)不滿足要求。

4-10消弧線圈的作用是什么？通常采用哪些補(bǔ)償方式，為什么？為什么

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)較為困難？

答：(1)消弧線圈的作用：當(dāng)單相接地時(shí)，有一感性電流通過(guò)，接地點(diǎn)并與

電網(wǎng)的電容電流抵消，從而減小接地點(diǎn)電流。

(2)通常采用過(guò)補(bǔ)償，因?yàn)橥耆a(bǔ)償和欠補(bǔ)償都有可能使

即砒,引起串聯(lián)諧振。

30co/

(3)故障線路補(bǔ)償后的感性電流與Jo相位關(guān)系和非故障線路性電流與

方。的相位關(guān)系相同；在數(shù)值上也和非故障線路的容性電流差不多，因此

不能采用零序功率方向保護(hù)和零序電流保護(hù)，所以，實(shí)現(xiàn)有選擇性的接

地保護(hù)較困難，

第五章電網(wǎng)的距離保護(hù)

復(fù)習(xí)思考題答案

5-1試說(shuō)明距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Zm,整定阻抗Zset和輸電線路故障時(shí)的短路

阻抗Zk的含義和區(qū)別；如何算出阻抗繼電器的相應(yīng)阻抗值？

*

答：測(cè)量阻抗Zm：保護(hù)安裝處電壓與電流之比乙“=》，為實(shí)際測(cè)量阻抗;

心

整定阻抗Zsei：為人為整定的阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗；

短路阻抗Zk：為短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的實(shí)際距離所對(duì)應(yīng)的阻抗值;

計(jì)算阻抗繼電器的相應(yīng)阻抗值：2”殳二學(xué)也二工,

〃，0A

區(qū)別：保護(hù)測(cè)量阻抗不一定等于短路阻抗，測(cè)量阻抗相應(yīng)于一次子系統(tǒng)變化

而變化；整定阻抗一經(jīng)整定后相對(duì)固定。

5-2何為距離保護(hù)？試?yán)L圖表述三段式距離保護(hù)的時(shí)限特性和構(gòu)成框圖。

答：距離保護(hù)：利用測(cè)量阻抗來(lái)反應(yīng)保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的距離并根據(jù)

距離的遠(yuǎn)近確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)。

期5-2圖距離保護(hù)的時(shí)限特性和構(gòu)成框圖

Q）時(shí)限特性：（b）恂成樞國(guó)

注：I段為距離保護(hù)的時(shí)限為保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間；

H段為距離保護(hù)的時(shí)限比相鄰距離保護(hù)I段大一個(gè)時(shí)間級(jí)差△已

U【段為距離保護(hù)的時(shí)限比相鄰線路的距離保護(hù)時(shí)限最大值大一個(gè)時(shí)間級(jí)差4

t;

起動(dòng)部分、測(cè)量部分同時(shí)動(dòng)作，保護(hù)才出口跳閘。

5-3試在復(fù)數(shù)阻抗平面上畫(huà)出Zset相同的全阻抗、方向阻抗、偏移特性和電抗

型阻抗繼電器的動(dòng)作特性；按幅值比較原理寫(xiě)出它們的動(dòng)作條件；并利用比幅式

和比相式的互換關(guān)系，分別寫(xiě)出相位比較原理的動(dòng)作條件。

答：見(jiàn)表

HI

電動(dòng)作特性圖比幅式動(dòng)作條件比相式動(dòng)作條件

器

全

阻殳90°<ArgZm+Zxet<27(f)

z,”-zsel

抗

方

向90°<Arg—4一<27(/)

|Z?,-0.5Zj<|0.5ZJ—

阻se

抗2

偏-------Zsetg(l+a)Zs”>

u

移900<Arg"+Ms〃<27(/

-￡(1-a)Z$〃

7-7^set

阻

-a2

抗

'J/

電JAset

/Zm\Z-2jX\>\Z\

抗mselm900<Arg——<27(/

z-jx,

型mse

題5-3表

5-4某方向阻抗繼電器Zset=8N60。。，若Zm=7N30。。，試問(wèn)該繼電器能否動(dòng)作?

為什么？

答：如題5-4圖，由數(shù)學(xué)計(jì)算可得：阻

抗角為30°的臨界動(dòng)作阻抗

0

\z\=8cos(60-30°)=6.93<|ZW|,測(cè)量阻抗在動(dòng)

作圓之內(nèi)，所以能動(dòng)作。

5-5對(duì)偏移特性阻抗繼電器是否需設(shè)記憶問(wèn)

題5-4圖

路和引入第三相電壓？為什么？

答：對(duì)偏移特性阻抗繼電器不需設(shè)記憶回路和引入第三相電壓。因?yàn)槠?/p>

特性阻抗繼電器動(dòng)作阻抗圓包括圓心，無(wú)死區(qū)，所以不需設(shè)記憶回路，故也不需

引入第三相電壓。

5-6比幅式繼電器和比相式繼電器一般由哪幾部分組成？試畫(huà)出兩種方式下全

阻抗繼電器的電壓形成回路。

答：（1）比幅式繼電器和比相式繼電器一般由：電壓形成回路、相位比較

回路和執(zhí)行元件組成。

（2）圖見(jiàn)教材P89圖5-10。

5-7試說(shuō)明動(dòng)作條件為90?！?出4270°的積分比相電路的構(gòu)成原理，若

*

-90°"化3?90時(shí)，該電路能否動(dòng)作？為什么？

U2

答：（1）見(jiàn)教材圖5-14,設(shè)U2滯后in的相角差為在半個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)異

性重合即同時(shí)為一正一負(fù)的角度為。。當(dāng)。=90°,對(duì)工頻信號(hào)異極性重合時(shí)間

t=5ms<,可利用測(cè)量異極性重合時(shí)間來(lái)判別山與U2之間的關(guān)系。只要t25ms,

就能判定90丁的出￡270、可以通過(guò)異或門(mén)比相電路實(shí)現(xiàn)。

U2

（2）不能動(dòng)作。因?yàn)?9044抬出490。期間，tW5ms,通過(guò)5ms延時(shí)電

U2

路后無(wú)輸出，所以不能動(dòng)作。

5-8試說(shuō)明形整流比相電路的工作原理。

答：由四個(gè)二極管構(gòu)成的環(huán)形整流比相電路如題5-8圖（a）所示。其等效

電路如題5-8圖（b）o

見(jiàn)題5-8圖（c）將工頻一個(gè)周期分為八個(gè)時(shí)間段來(lái)分析：

1段ii為正i2為負(fù)，|i2|>|ii|,V2、V3通，i2在m、n兩點(diǎn)產(chǎn)生壓降Umn=0,

小電流ii經(jīng)V3、n、R2、RI、m、V2構(gòu)成回路，ii在Ri,R2上產(chǎn)生壓降Umn=-2iiR

<0,此時(shí)輸出電壓Umn由小的電流i1決定，并隨il增大而增大，當(dāng)|Umn|22Uv

時(shí)V1導(dǎo)通，Umn被箝制在2UV；

2段il為正i2為負(fù)，il為大電流，經(jīng)V|、V2流通，V3、V4截止，i2為小電

流，經(jīng)O、Ri、m、V1及0、R2、n、V2構(gòu)成回路,Umn=Umo=-2i2R<0,如|Umn|

N2Uv,V3導(dǎo)通，Umn被箝制在2Uv。當(dāng)i2趨向于0時(shí)，|Umn|也趨向于0；

題5-8圖環(huán)形整流比相電路的工作原理

3段il為正i2為正，ii為大電流，V|、V2導(dǎo)通，i2經(jīng)V1、m、Ri、O及V2、

m、Ri、O構(gòu)成回路,Umn=2i2R,并隨i2增大而增大,當(dāng)|Umn|22Uv時(shí)V4導(dǎo)通,

Umn被箝制在2UV；

4段il為正i2為正，|i2|>|ii|,V1.V4導(dǎo)通，2i2經(jīng)V］、m、R］、O及0、

R2、n、V4構(gòu)成回路,Umo=iaR2>Uon=-ilR2,故Umn=Umo+Uon=0。il經(jīng)V|、m、

Ri、0、R2、n、V4構(gòu)成回路，Umn=2iiRo并隨ii增大而減小。如|Umn|22Uv

則V2也導(dǎo)通，Umn被箝制在2Uv。當(dāng)il趨向于0時(shí)，|Umn|也趨向于（）；

5、6、7、8段類似。

該比相回路的工作特點(diǎn)為：

（1）測(cè)量回路中二極管的工作狀態(tài)由大電流決定，而輸出電壓Umn1勺大

小由小電流決定:

（2）輸出電壓最大值被兩個(gè)二極管箝位在2Uv上，當(dāng)|Umn|二2Uv時(shí)，

定由三個(gè)二極管導(dǎo)通；

（3）輸出電壓Umn的極性，由兩個(gè)比較電流的相對(duì)極性而決定，同極性

時(shí)Umn恒為正，異極性時(shí)恒為負(fù)；

（4）分析題5-8圖（c）中所示的輸出電壓波形可以推知：當(dāng)-90°?，V900時(shí)，

輸出電壓平均值為正，輸出電壓持續(xù)為正的時(shí)間大于5ms；當(dāng)90