电力系统继电保护课后习题答案

1电力系统继电保护课后习题答案1绪论11电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想象一下会出现什么情景答现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。当电力系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流，若没有完善的继电保护系统将故障快速切除，则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成人身伤亡。如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，则当电力系统出现不正常运行时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。12继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么答继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置它的作用包括1电力系统正常运行时不动作2电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行3电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。13继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么答继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。14依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗答利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。2单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障，因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差别不大。所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动作，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。15依据电力元件两端电气量在正常工作和短路状态下的差异，可以构成哪些原理的保护答利用电力元件两端电流的差别，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相位的差别可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差别，可以构成纵联方向比较式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差别，可以构成纵联距离保护。16如图11所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器答线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。因为母线保护和线路保护的保护区必须重叠，使得任意点的故障都处于保护区内。线路TA1TA2母线图11电流互感器选用示意图17结合电力系统分析课程的知识，说明加快继电保护的动作时间，为什么可以提高电力系统的稳定性答由电力系统分析知识可知，故障发生时发电机输出的电磁功率减小二机械功率基本不变，从而使发电机产生加速的不平衡功率。继电保护的动作时间越快，发电机加速时间越短，功率角摆开幅度就越小，月有利于系统的稳定。由分析暂态稳定性的等面积理论可知，继电保护的动作速度越快，故障持续的时间就越短，发电机的加速面积就约小，减速面积就越大，发电机失去稳定性的可能性就越小，即稳定性得到了提高。18后备保护的作用是什么阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。答后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动来切除故障。远后备保护的优点是保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围，它能解决远后备保护范围内所有故障元件由任何原因造成的不能切除问题。远后备保护的缺点是（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；（2）动作将切除所有上级电源测的断路器，造成事故扩大；（3）在高压电网中难以满足灵敏度的要求。近后备保护的优点是（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动3作；（2）动作时只能切除主保护要跳开的断路器，不造成事故的扩大；（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。近后备保护的缺点是变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。19从对继电器的“四性“要求及其间的矛盾，阐述继电保护工作即是理论性很强，又是工程实践性很强的工作。答继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性四项要求之间即矛盾又统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。电力系统继电保护即是一门理论性很强，又是工程实践性很强的学科。首先继电保护工作者要掌握电力系统、电气设备的基本原理、运行特性和分析方法，特别要掌握电力系统故障时的电气量变化的规律和分析方法，通过寻求电力系统的不同运行状态下电气量变化的特点和差异来“甄别“故障或不正常状态的原理和方法，应用不同的原理和判据实现继电保护的基本方法，所以需要很强的理论性。由于被保护的电力系统及其相关的电气设备千差万别，故障时电气量的变化受多种因素的影响和制约，因此任何一种继电保护原理或装置都不可能不加调整地应用于不同的电气设备或系统，而应根据实际工程中设备、系统的现状与参数，对其继电保护做出必要的调整。相同原理的保护装置在应用于电力系统不同位置的元件上时，可能有不同的配置和配合；相同的电力元件在电力系统不同位置安装时，可能配置不同的继电保护，这些均需要根据电力系统的工程实际，具体问题具体分析，所以继电保护又具有很强的工程实践性。2电流的电网保护21在过量（欠量）继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”若不满足，当加入继电器的电量在动作值附近时将可能出现什么情况答过量继电器的继电特性类似于电子电路中的“施密特特性“，如图21所示。当加入继电器的动作电量（图中的）大于其设定的动作值（图中的）时，继电器能够突然动KIOPI作；继电器一旦动作以后，即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有当加入继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的）以后它才突然返回。无论启RE动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否则当加入继电器的电气量在动作值附近波动时，继电器将不停地在动作和返回两个状态之间切换，出现“抖动4“现象，后续的电路将无法正常工作。126534OPIKIRE1E022请列举说明为实现“继电特性”，电磁型、集成电路性、数字型继电器常分别采用那些技术答在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大于弹簧的反拉力矩与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不变的情况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利落。继电器的返回过程与之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧的反拉力矩大于电磁力矩与摩擦力矩之和。当电磁力矩减小到启动返回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电磁力矩按平方关系减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。所以返回值一定小于动作值，继电器有一个小于1的返回系数。这样就获得了“继电特性”。在集成电路型继电器中，“继电特性”的获得是靠施密特触发器实现的，施密特触发器的特性，就是继电特性。在数字型继电器中，“继电特性”的获得是靠分别设定动作值和返回值两个不同的整定值而实现的。23解释“动作电流”和“返回系数”，过电流继电器的返回系数过低或高各有何缺点答在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必须增大通过继电器线圈的电流，以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小电流称之为动作电流。KIOPI在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电流。REI过电流继电器返回系数过小时，在相同的动作电流下起返回值较小。一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必须小于返回电流，真阳在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流恶和返回电流很接近，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，可能回出现“抖动”5现象，使后续电路无法正常工作。继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进行设定。24在电流保护的整定计算中，为什么要引入可靠系数，其值考虑哪些因素后确定答引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例如（1）实际的短路电流可能大于计算值；（2）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响；（3）电流互感器存在误差；（4）保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。考虑必要的裕度，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。25说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性答电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作范围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围内的故障由速断保护快速切除，速断范围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0306S的延时才能动作。速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。26为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断的灵敏度不需要逐级配合答定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流整定，不但保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起远后备保护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。否则，就有可能出现越级跳闸、非选择性动作现象的发生。由于电流速断只保护本线路的一部分，下一级线路故障时它根本不会动作，因而灵敏度不需要逐级配合。27如图22所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为，、，15/3EKV15GX0G310GX1260LKM340LK，线路阻抗，12、1150BCLM0CDLKDELM4/KRELKRELLK6，15、085。试求MAX30BCIAMAX20CDIAMAX150DEIASKRE（1）发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运行，请确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。（2）整定保护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小保护范围。（3）整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要求（12）SENK（4）整定保护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E的过电流保护动作时限为05S，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵敏度。G1G2G3ABCDE987654321L1L2L3图22简单电网示意图解由已知可得046024，044016，045020，04301LX23LXBCXCDX，04208DE（1）经分析可知，最大运行方式及阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路L1L3全部运行，由题意G1，G2连接在同一母线上，则（|）|612|1016106MINSX1G2X1L23GXL同理，最小运行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1运行，相应地有39AXS1LBCDE321EMINSX10620128图23等值电路（2）对于保护1，其等值电路图如图23所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护1的最大短路电流为MAXIN15/3120628KESBCDIKAXX相应的速断定值为121312157KA1SETRELK最小保护范围计算公式为859KMSETI32MAX1INSZLMIMAX104SSETEZI7即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。对于保护2等值电路如图23所示，母线D在最大运行方式下发生三相短路流过保护2的最大电流1558KAMAXKDIINSBCEX相应的速断定值为121558187KA2ETRELKMAXKDI最小保护范围为706KMMINLAX23104SSETZI即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。对于保护3等值电路如图23所示，母线C在最大运行方式下发生三相短路流过保护3的最大电流217KAMAXKCIINSBCEX相应的速断定值为122172603KA3ETIRELKMAXKI最小保护范围为423KMMINLAX31204SSETZI即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行发生下可能没有保护区。（3）整定保护2的限时电流速断定值为1151571806KASETISTK1EI线路末段（即D处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为08098KAMAXKDIMAXSBCDEX所以保护2处的灵敏系数04484即不满足12的要求。SETKMINKSETISEN同理，保护3的限时电流速断定值为1151872151KA3TRELK2STI线路末段（即C处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为09764KAMAXKCIMAX2SBEX所以保护3处的灵敏系数04531即不满足12的要求。3SETKMIN3KCSETISEN可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断保护的灵敏度都远不能满足要求。（4）过电流整定值计算公式为SETIRMAXRELSLKI8所以有3045A1SETIMAXRELSDEKI同理得406A609A2ST3SET在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的计算公式为MINKIAX32SLEZ所以有7278A8098A97451AMINEIMINDIMINCI所以由灵敏度公式可知，保护1作为近后备的灵敏度为SEKKST23915满足近后备保护灵敏度的要求；1SETKINESETI保护2作为远后备的灵敏度为17912满足最为远后备保护灵敏度的要求；2SETMINESETI保护3作为远后备的灵敏度为13312满足最为远后备保护灵敏度的要求。3SETKINESETI保护的动作时间为05051S0515S052S1T2T13T228当图256中保护1的出口处在系统最小运行方式下发生两相短路，保护按照题27配置和整定时，试问（1）共有哪些保护元件启动（2）所有保护工作正常，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除（3）若保护1的电流速断保护拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除（4）若保护1的断路器拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除答（1）由题27的分析，保护1出口处（即母线D处）短路时的最小短路电流为08098KA，在量值上小于所有电流速断保护和限时电流速断保护的整定值，所以所有这些保护都不会启动；该量值大于1、2、3处过电流保护的定值，所以三处过电流保护均会启动。（2）所有保护均正常的情况下，应有1处的过电流以1S的延时切除故障。（3）分析表明，按照本题给定的参数，1处的速断保护肯定不会动作，2处的限时电流速断保护也不会动作，只能靠1处的过电流保护动作，延时1S跳闸；若断路器拒动，则应由2处的过电流保护以15S的延时跳开2处的断路器。29如图24所示网络，流过保护1、2、3的最大负荷电流分别为400A、500A、550A,13、085，115，05S，10S，试计算SKRERELKT3T（1）保护4的过电流定值；（2）保护4的过电流定值不变，保护1所在元件故障被切除，当返回系数低于何值REK9时会造成保护4误动（3）085时，保护4的灵敏系数32，当07时保护4的灵敏系数降低REKSENKRE到多少41253BACMM图24系统示意图解过电流保护4的最大负荷电流为4005005501450A4MAXI保护4的过电流定值为255A4SRELSETKI时限为MAX（，）15ST1T23T（2）保护21切除故障后，流过保护4的最大负荷电流5005501050A105KA4MAXI，在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流131051365KA，这个MAXSISK4MAXI电流必须小于保护4的返回电流，否则15S以后保护4将误切除。相应的要求255，从而2551365，0535。当返回系数低MAXSIRESETKIRERERE13652于0535时，会造成保护误动。（3）保护4的灵敏系数，与成正比，当下降时灵MIN44KBSENSETIIN4MAXKBRERELSIK4SENREREK敏系数下降，2635。SENK073285210在中性点非直接接地系统中，当两条上下、级线路安装相间短路的电流保护时，上级线路装在A、C相商，二下级线路装在A、B相上，有何优缺点当两条线路并列时，这种安装方式有何优缺点以上串、并两种线路，若采用三相星形接线，有何不足答在中性点非直接接地系统中，允许单相接地时继续短时运行，在不同线路不同相别的两点接地形成两相短路时，可以只切除一条故障线路，另一条线路继续运行。不考虑同相的故障，两线路故障组合共有以下六种方式（1A、2B）、（1A、2C）、（1B、2A）、（1B、2C）、（1C、2A）、（1C、2B）。当两条上、下级线路安装相间短路电流保护时，上级线路装在A、C相商，而下级装10在A、B相上时，将在（1A、2B）、（1B、2A）、（1C、2A）和（1C、2B）四种情况下由下级线路保护切除故障，即下级线路切除故障的几率为2/3当故障为（1A、2C）时，将会由上级线路保护切除故障；而当故障为（1B、2C）时，两条线路均不会切除故障，出现保护拒动的严重情况。两条线路并列时，若两条线路保护动作的延时一样，则在（1A、2B）、（1C、2A）和（1C、2B）三种情况下，两条线路被同时切除；而在1A、2C故障下，只能切除线路1；在（1B、2A）故障下，只能切除线路2；在（1B、2C）故障下，两条线路均不会切除，即保护拒动。若保护采用三相星形接线时，需要三个电流互感器和四根二次电缆，相对来讲是复杂不经济的。两条线路并列时，若发生不同相别的接地短路时，两套保护均启动，不必要切除两条线路的机会就比较多。211在双侧电源供电的网络中，方向性电流保护利用了短路时电气量的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题答在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。方向性电流保护利用短路时功率方向的特征，当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。反之，不允许保护动作。用短路时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。212功率方向判别元件实质上是在判别什么为什么会存在“死区”什么时候要求它动作最灵敏答功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位，并且根据一定关系COSA是否大于0判别初短路功率的方向。为了进行相位比较，需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值（在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波），且有最小的动作电压和电流要求。当短路点越靠近母线时电压越小，在电压小雨最小动作电压时，就出现了电压死区。在保护正方向发生最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏。213当教材中途229的功率方向判别元件用集成电路实现，分别画出，SIN10RUUT和，时，各输出电压随时间变SIN103RIITSIN10RUUTSIN106RIIT化的波形；如果用数字式（微机）实现，写出你的算法，并校验上述两种情况下方向元件的动作情况。答以内角30为例，画出各点输出电压波形如图25所示。11UT128036TU12TMS3U102030TMS3U102030TMS4102030TMS41525355TMS5U102030TMSU1025305TMS6102030TMS61520TMS7U105TMS7U10TMS81510TMS820TMS9U1510TMS9U20动作最灵敏条件临界动作条件ARG0JUEIARG9JUEI图25各点电压输出波形图可以看出，在内角30时第一种情况下动作最灵敏，第二种情况元件处于临界动作状态。数字式实现时，动作的判据可以表示为。90ARG90JEI将第一种情况和第二种情况下的电压、电流带入该判据可以得到情况1为动作最灵敏，而情况2处于临界动作状态的结论。214为了保证在正方向发生各种短路时功率判别元件都能动作，需要确定接线方式及内角，请给出90接线方式正方向短路时内角的范围。12答1正方向发生三相短路时，有012MAXBKEXTBCZASETSENABBNXTZK相邻变压器灵敏系数校验，此时288，201AXBET19112所以灵敏度校验要求。12MAXSETSENABBNT3）动作时限与相邻设备保护配合，有1S，它能同时满足与相邻线路保护以13TT及相邻变压器保护配合的要求。保护4距离段的整定1）整定阻抗按下面两个条件选择。（A）当与相邻下级线路距离保护段相配合时，有075（16141204）3357344MIN2SETRELBCBSETZKZ（B）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有075（1615320）349544INSETRELBT所以取33573ST2）灵敏度校验21125，满足灵敏度要求。435716SETSNBCZK3）动作时限与相邻保护2的段配合，有05051S，它能同时满足与13TT相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。38保护4距离段的整定1）整定阻抗按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有19053，MININAXLLUZ0913MIN4COSRELLSETSTKZZ1559348512COS7SET2）灵敏度校验（A）本线路末端短路时灵敏度系数为974154159316SETSENBCZK（B）相邻设备末端短路时灵敏度系数为1242MAXSETSEBNTKZ相邻线路末端短路时灵敏系数。利用（3）中求灵敏系数的结论，只要令,BKCX即可，所以有0KX45605600560341121212342BABACBCBCXX当、分别取最小值，而、分别取最大值时，就取最大值，即1256034103401BK当125，20，20，30，30时，有12MINX560MINX341MAXX120MAXX340MAXX221，24，22612AXBKNEXTABZ42ASETSENBCBNXTZK相邻变压器灵敏系数校验，此时199，204AXBE27912所以灵敏度校验要求。42MAXSETSENBCBNT3）动作时限与相邻设备保护配合，有1S，它能同时满足与相邻线路保护以42TT及相邻变压器保护配合的要求。（5）当AB线路中点处发生BC两相短路接地时，那个地方哪些测量元件动作，请逐一列出。保护、断路器正常工作条件下，哪些保护的何段以什么时间跳开了哪些断路器将短路切除。答当AB线路中点处发生B、C两相短路接地时，接地保护中B相、C相的接地距离保护的测量元件动作；相间距离保护中，B、C相间距离保护的测量元件动作。保护、断路器正常工作条件下，保护1的B,C相的接地距离保护段、BC相间距离保护段、保护2的B，C相的接地距离保护段、BC相间距离保护的段，将在故障瞬间跳开保护1,2处的断路器，从而将短路故障切除。39（6）短路条件同（5），若保护1的接地距离段拒动、保护2处断路器拒动，哪些保护以时间跳开何断路器将短路切除。答保护1的相间距离保护段将在故障瞬间跳开保护1处的断路器，保护4的距离段延时1S跳开保护4的断路器。（7）假定各保护回路正确动作的概率为90，在（5）的短路条件下，全系统中断路器不被错误切除任意一个的概率是多少体会保护动作可靠性应要求到多高答假定保护1在发电厂侧还有1套远后备保护，则线路AB中点短路后应该有4个断路器的跳闸回路被4套保护启动，如果各保护回路正确动作的概率只有90，则全系统中不被错误切除任意一个断路器的概率是P0909090906561。319什么是助增电流和外汲电流它们对阻抗继电器的工作有什么影响答图39（A）中母线B上未接分支的情况下，,此时K点短路时，A处阻抗继3I12I电器KZ1测量到的阻抗为121ABKABKZUZII在母线B接上分支后，K点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为3I2311333111ABKBKBKKAZIIUZII即在相位与相差不大的情况下，分支的存在将使A处感受到的测量阻抗变大，这种313I使测量阻抗变大的分支就成为助增分支，对应的电流称为助增电流。3I类似地图39（A）中，在母线B上未接分支的情况下，此时K点短路时，A处3I12I阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为121ABKABKZIUZI在母线B接上分支后，K点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为3I23I11333111ABKBKBKKAZIIUZII即在相位与相差不大的情况下，分支的存在将使A处感受到的测量阻抗变小，这种313I使测量阻抗变大的分支就成为外汲分支，对应的电流称为外汲电流。3I320在整定值相同的情况下，比较方向圆特性、全阻抗圆特性、苹果特性、橄榄特性的躲负荷能力。答在整定值相同的情况下，橄榄特性、方向圆特性、苹果特性、全阻抗圆特性分别如图310中的1、2、3、4所示。由该图可以清楚地看出，在整定值相同的情况下，橄榄特性的躲负荷能力阻抗能力最好，方向圆阻抗特性次之，苹果形与全阻抗的躲负荷能力需要具40体分析，取决于负荷阻抗角以及苹果形状的“胖瘦”。12RJXOSETZSETZO34RJX图310四种阻抗特性图321什么是电力系统的振荡振荡时电压、电流有什么特点阻抗继电器的测量阻抗如何变化答电力系统中发电机失去同步的现象，称为电力系统的振荡；电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角在0360范围内作周期性变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。在系统两端电动势相等的条件下，测量阻抗按下式的规律变化，对应的轨迹如图310所示。1111COTCOT2222MMMZJZZJJXRNMOO121MZ12Z1EKEEM322采用故障时短时开放的方式为什么能够实现振荡闭锁开放时间选择的原则是什么41答1、利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁。2、当系统发生故障时，短时开放距离保护允许保护出口跳闸称为短时开放。若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位于阻抗继电器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开放的时间内阻抗继电器未动作，则说明故障不在保护区内，重新将保护闭锁。开放时间选择的原则TDW称为振荡闭锁的开放时间，或称允许动作时间，它的选择要兼顾两个方面一是要保证在正向区内故障时，保护I段有足够的时间可靠跳闸，保护段的测量元件能够可靠启动并实现自保持，因而时间不能太短，一般不应小于01S；二是要保证在区外故障引起振荡时，测量阻抗不会在故障后的TDW时间内进入动作区，因而时间又不能太长，一般不应大于03S。323系统如图312所示，母线C、D、E均为单侧电源。全系统阻抗角均为80，15，30，24，32，04S，系统最短振荡周12GZ1ABZ6SETZ6SETZ6T期T09S。试解答G1G2ABCDE654321图312简单电力系统示意图（1）G1、G2两机电动势幅值相同，找出系统的振荡中心在何处（2）分析发生在振荡期间母线A、B、C、D电压的变化规律及线路AB电流的变化。（3）线路BC、CD、DE的保护是否需要加装振荡闭锁，为什么（4）保护6的段采用方向圆阻抗特性，是否需要装振荡闭锁答（1）在系统各部分的阻抗角都相等的情况下，振荡中心的位置就在阻抗中心处，12Z则有（151530）30即在AB线路的中点。2Z1（2）对于母线A、B，有121JGGEEEIZ11AUIZ22GB由于母线C、D都是单端电源，其电压和母线B电压的变化规律一样。（3）不需要，线路BC、CD、DE都是单端电源，在保护处所得出来的测量阻抗不受42振荡的影响。（4）保护6的段方向圆阻抗特性及测量阻抗的变化轨迹如图313所示，此时有15153060。系统振荡时测量阻抗变化轨迹OO是G1G2的垂直平分线，Z32，所以动作特性的半径为16，这样使测量阻抗进入动作的角度为2ARCTAN6SET1118，使测量阻抗离开动作圆的角度为3602ARCTAN242。2301812308故停留在动作区内的角度为242118124。若振荡为匀速振荡，在最短21振荡周期的情况下，停留在动作区域的时间为031S，小于段的整定0912436T时间04S。所以在最短振荡周期振荡的情况下，距离段不会误动，可以不加振荡闭锁。但是，如果振荡周期加长，测量阻抗停留在动作区域之内的时间也将会加长，段将由可能误动，在整定时间为04S的情况下，允许最长的振荡周期为T116S，即振荡周期不会超过116S时段别后悔误动，超过时可能误动。043612为了保证可靠性，最好还是经过振荡闭锁。43ROJXOG2OSA21G1B图313振荡对距离保护的影响325在单侧电源线路上，过度电阻对距离保护的影响是什么答如图315（A）所示，在没有助增和外汲的单侧电源线路上，过度电阻中的短路电流与保护安装处的电流为一个店里，此时保护安装处测量电压和测量电流的关系可以表示为即MKGUIZRKMGZR如图315（B）所示，RG（过度电阻）的存在总是使继电器的测量阻抗值增大，阻抗角变小，保护范围缩短。保护装置距短路点越近时，受过度电阻的影响越大；同时，保护装置的整定阻抗越小（相当于被保护线路越短），受过度电阻的影响越大。MIMUGRABC12RJXRJXBAMZGC图315（A）单侧电源系统示意图（B）对不同安装地点的距离保护的影响326在双侧电源的线路上，保护测量到的过度电阻为什么会呈容性或感性答以图316（A）所示的没有助增和外汲双侧电源线路为例，保护安装处测量电压和测44量电流的关系表示为，即，对测量阻KKMGGUIZRIKKMGGIZR抗的影响，取决于对侧电源提供的短路电流大小即、之间的相位关系，杨浦可能使KI测量阻抗的实部增大，也有可能使之减小。若再故障前M侧为送端，N侧为受端，则M侧电源电动势的相位超前N侧。这样，在两侧系阻抗的阻抗角相同的情况下，的相位将KI超前，从而将具有负的阻抗角，即表现为容性的阻抗，它的存在有可能使总得测KIKGIR量阻抗变小。反之，若M侧为受端，N侧为送端，则将具有正的阻抗角，即表现为KGIR感性的阻抗，它的存在有可能使总得测量阻抗变大。在系统振荡加故障的情况下，与KI之间的相位差可能在0360的范围内变化，如图316（B）所示。KIKIGRABC12KKMNRJXRJXBA1MZGCKGI图316（A）双侧电源系统示意图（B）对不同安装地点的距离保护的影响327系统保护及保护配置同题323，保护6的、段都采用方向阻抗特性，在距离保护A母线20处发生经15的过度电阻短路，超前相位角0、30两种条件下，1GE2问保护6的、段动作情况。答由已知得24，32，又有6SETZ6SETZ，KKMGGIZR18052GKJUI（为故障点电压），28015GKJEUIEKGIR（1）超前相位角0时，有7/5所以有2KI807215JMZE2654JE如图317（A）所示，在相位角2652上，段的边界值为1904441161COS80256DETZ45测量阻抗将落在保护6的、段动作特性圆的圆外，所以保护6、段都不的动作。MZJXRABC6SETZTDZMRMZJX6SETZTCBA图317（A）动作特性与测量阻抗（B）动作特性与测量阻抗（2）超前相位角30时，有1GE2，而30302111/777555JJKGGEUEIUE3012118080808332JGKGGGJJJUIRRREEE3118080/355JGGGJEE4761/5JGE故得153042J14731/7JKGUEI0579JE（2015）（042J147）1512173J2354124KKMGGIZR80J如图（B）所示，由于1094相角方向上的测量阻抗与保护6的、段动作特1094JE性圆没有交点（除原点外），测量阻抗落在动作特性圆的圆外，所以保护6的、段都不动作。328什么是距离保护的稳态超越克服稳态超越影响的措施有哪些答稳态超越是指在区外故障期间测量阻抗稳定地落入动作区的动作现象。见图316（A），A处的总测量阻抗可能会因下级线路出口处过渡电阻的影响而减小，严重情况下，可能会使测量阻抗落入其段范围内，造成其段误动作。这种因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小，进一步引起保护误动作的现象，称为距离保护的稳态超越。克服稳态超越影响的措施是采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件。46329什么是距离保护的暂态超越克服暂态超越影响的措施有哪些答在线路发生短路时，由于各种原因，会使得保护感受到的阻抗值比实际路线的短路阻抗小，使得下一线路出口短路（即区外故障）时，保护出现非选择性动作，即所谓超越。暂态超越则是指在线路故障时，由于暂态分量的存在而造成的保护超越现象。克服暂态超越影响的措施如下（1）清除衰减直流分量影响的直流措施，主要由两种方法，第一种方法就是采用不受其影响的算法，如解微分方程算法等基于瞬间值模型的算法；第二种方法是采用各种滤波衰减直流分量的算法，到目前为止，数据窗短、运算量小的算法尚在研究中。（2）消除谐波及高频分量对距离保护影响的措施包括采用傅是算法能够滤除各种整次谐波，使其基本不受整数次谐波分量的影响；采用半积分算法对谐波也有一定的滤波作用；数字滤波可以方便地滤除整数次谐波，对非整数次谐波也有一定的衰减作用，是消除谐波影响的主要措施。330串联补偿电容器对距离保护的正确工作有什么影响如何克服这些影响答在串补电容前和串补电容后发生短路时，短路阻抗将会发生突变，短路阻抗与短路距离的线性关系被破坏，将使距离保护无法正确测量故障距离。减少串补电容影响的措施通常有以下几种（1）用直线型动作特性克服反方向误动；（2）用负序功率方向元件闭锁误动的距离保护；（3）选取故障前的记忆电压为参考电压来克服串补电容的影响；（4）通过整定计算来减小串补电容的影响。331用故障分量构成继电保护有什么有点答工频故障分量的距离保护具有如下几个特点。（1）继电器以电力系统故障引起的故障分量电压电流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作性能不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁。（2）继电器仅反应故障分量的工频稳态量，不反应其暂态的分量，动作性能较为稳定；（3）继电器的动作判据简单，因而实现方便，动作速度较快；（4）具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，又可作为方向元件使用；（5）继电器本身具有较好的选相能力。332什么是工频故障分量如何求得答当电力系统发生金属性短路时，可以分解为非故障状态和附加故障状态；系统在非故障状态下运行，电压电流中没有故障分量。系统故障时，相当于系统故障附加状态突然接入，这时出现和的电压、电流故障分量；在和中，既包括了系统短路引起的工UIUI47频的电流电压的变化分量，还包括短路引起的故障暂态分量；我们称工频电压、电流的变化量为工频故障分量。由图318所示的附加故障状态的电路图可以得。KSKEIZSUIZISZKZKEUKT0图318所示的附加故障状态的电路图333简述工频故障分量距离继电器的工作原理。答在图318中，保护安装处的工频故障分量电压为与正常运行时该点电压大小相同、方向相反的电动势，工频故障分量电流可以表示为,。取工频故KSKEIZSUIZ障分量距离元件的工作电压为。式中，为保护的OPSETSETUASET整定阻抗，一般取为线路正序阻抗的8085。比较工作电压与故障附加状态下OP短路点电压大小，即比较工作电压与非故障状态下短路电压的大小就能够区分内、0K外的故障。工频故障分量距离元件的动作判据可以表示为|，满足该式判定为OPU区内故障，保护动作；不满足该式，判定为区外故障，保护不动作。4输电线路纵联保护41纵联保护依据的最基本原理是什么答纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类，它是利用线路两端电气量在故障与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来，使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量，而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。通过对线路两侧电气量的比较和判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路短路的目的。纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障，当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时，判断为区内故障，保护立即动作跳闸；48当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时，就判断为区外故障，两侧的保护都不跳闸。纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障，在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下，区外故障时线路两侧电流大小相等，相位相反，其相量和或瞬时值之和都等于零；而在区内故障时，两侧电流相位基本一致，其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流，量值很大。所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和，就可以区分区内故障与区外故障，区内故障时无需任何延时，立即跳闸；区外故障，可靠闭锁两侧保护，使之均不动作跳闸。42纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么答纵联保护与阶段式保护的根本差别在于，阶段式保护仅检测、反应保护安装处一端的电气量，其无延时的速动段（即第段）不能保护全长，只能保护线路的一部分，另一部分则需要依靠带有一定延时的第段来保护；而纵联保护通过通信联系，同时反应被保护线路两端的电气量，无需延时配合就能够区分出区内故障与区外故障，因而可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。45通道传输的信号种类、通道的工作方式有哪些答在纵联比较式保护中，通道中传送的信号有三类，即闭锁信号、允许信号和跳闸信号。在纵联电流差动保护中，通道中传送的是线路两端电流的信息，可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值，也可以是采样得到的离散值。在纵联电流相位差动保护中，通道中传送的是表示两端电流瞬时值为正（或负）的相位信息，例如，瞬时值为正半周时有高频信息，瞬时值为负半周时无高频信息，检测线路上有高频信息的时间，可以比较线路两端电流的相位。不同的通道有不同的工作方式，对于载波通道而言，有三种工作方式，即正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。对于光纤及微波通道，取决于具体的通信协议形式。412输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间，会否误动，为什么答系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动特性，就会保证不误动作。非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电流纵联差动保护也不误动作。414为什么纵联电流差动保护要求两侧测量和计算的严格同步，而方向比较式纵联差动保护原理则无两侧同步的要求420什么是闭锁角，由什么决定其大小，为什么保护必须考虑闭锁角，闭锁角的大小对保护有何影响421什么是相继动作，为什么会出现相继动作，出现相继动作对电力系统有何影响答在输电线路保护中，一侧保护先动作跳闸后，另一侧保护才能动作的现象称为相继动49作。随着被保护线路的增长，为了保证区外故障时不误动作，要求保护的闭锁角增大，从而使动作区域变小，内部故障时有可能进入保护的不动作区。由于在内部故障时高频信号的传输延时对于电流相位超前侧和滞后侧的影响是不同的，对于滞后的N侧来说，超前侧M发出的高频信号经传输延迟后，相当于使两者之间的相位差缩小，高频信号的间断角加大，有利于其动作，所以N侧是可以动作的；但对于超前的M侧来说，N侧发来的信号经延时后相对于加大了两侧电流的相位差，使M侧感受到的高频信号的间断角变得更小，有可能小于整定的闭锁角，从而导致不动作。为解决M端不能跳闸问题，当N侧跳闸后，停止发高频信号，M侧只能收到自己发的高频信号，间隔180，满足跳闸条件随之跳闸。出现相继动作后，保护相继动作的一端故障切除的时间变慢。52何为瞬时性故障，何谓永久性故障答当故障发生并切除故障后，经过一定延时故障点绝缘强度恢复、故障点消失，若把断开的线路断路器再合上就能够恢复正常的供电，则称这类故障是瞬时性故障。如果故障不能自动消失，延时后故障点依然存在，则称这类故障是永久性故障。53在超高压电网中使用三相重合为什么要考虑两侧电源的同期问题，使用单项重合闸是否需要考虑同期问题答三项重合闸时，无论什么故障均要切除三项故障，当系统网架结构薄弱时，两侧电源在断路器跳闸以后可能失去同步，因此需要考虑两侧电源同期问题；单相故障时只跳单相，使两侧电源之间仍然保持两相运行，一般是同步的；因此，单相重合闸一般不考虑同期问题。55如果必须考虑同期合闸，重合闸是否必须装检同期