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继电保护考点第2章 电流保护1. 零序保护的基本思想： 电力系统正常工作时，其三相是近似对称工作的，三相中的电压和电流应为对称的三相电压/电流，其负序、零序电压/电流基本等于零。 当出现短路故障时，电路中将会通过很大的零序电流。所以可以通过检测零序分量的大小来判别系统的故障并实施保护。2. 中性点不直接接地系统单相接地故障的特点： （1）通过对地电容构成回路，回路阻抗大，电流小。 （2）故障点的零序电压大小与故障前故障相的相电压大小相等，方向相反。 （3）非故障线路的零序电流为自身的对地电容电流之和，方向为流出母线。 （4）故障线路的零序电流为非故障线路的对地电容电流之和，方向为流入母线2.3 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。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。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，真要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”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。2.4 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。2.5 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0.30.6s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。2.6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。2.7 如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为： ， 、，线路阻抗，=1.2 、=1.15 ， ，=1.5、=0.85。试求：（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（1.2）（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0.5s，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵敏度。 图2-2 简单电网示意图解：由已知可得=0.460=24，=0.440=16，=0.450=20，=0.430， =0.420=8（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=（|+|）|(+)=(6+12)|(10+16)=10.6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=+=39图2-3 等值电路（2）对于保护1，其等值电路图如图2-3所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护1 的最大短路电流为相应的速断定值为=1.21.312=1.57kA最小保护范围计算公式为= =-85.9km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2-3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 =1.558kA相应的速断定值为 =1.21.558=1.87kA最小保护范围为 =-70.6km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2-3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 =2.17kA相应的速断定值为 =1.22.17=2.603kA最小保护范围为 =-42.3km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，电流速断保护在最小运行发生下可能没有保护区。（3）整定保护2的限时电流速断整定值为 =1.151.57=1.806kA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=0.8098kA 所以保护2处的灵敏系数 =0.4484 即不满足1.2的要求。同理，保护3的限时电流速断定值为 =1.151.87=2.151kA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=0.9764kA所以保护3处的灵敏系数 =0.4531 即不满足1.2的要求。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 =所以有 =304.5A同理得 =406A =609A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 =所以有 =727.8A =809.8A =974.51A所以由灵敏度公式 =可知，保护1作为近后备的灵敏度为=2.391.5 满足近后备保护灵敏度的要求；保护2作为远后备的灵敏度为 =1.791.2满足最为远后备保护灵敏度的要求；保护3作为远后备的灵敏度为 =1.331.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。保护的动作时间为 =0.5+0.5=1s =+0.5=1.5s =+0.5=2s2.8 当图2.56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2.7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2.7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0.8098kA，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1.5s的延时跳开2处的断路器。2.11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。2.12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cos(+a)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，在电压小于最小动作电压时，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。2.18 比较不同的提取零序电压方式的优缺点。答：（1）电磁式电压互感器一般有三个绕组，一个一次绕组，两个二次绕组。在三相系统中，三个单相式电压互感器的一次绕组接成星形并将中性点接地，其两个二次绕组一个按星形方式接线，另一个按开口三角形接线，星形接线的绕组用来测量各相对地电压及相间电压，开口三角形用来直接获取系统的零序电压。这种方式获取零序电压的有地啊是简单方便，精度较高，不需要额外的装置或系统;其缺点是开口三角侧正常无电压，不便于对其进行监视，该侧出现断线短路等故障无法及时发现，输出零序电压的极性容易标错，从而造成零序功率方向继电器不能正确工作。（2）采用三相五柱式互感器本身结构比较复杂，主要应用于35kV及以下电压等级的中低压配电系统，其优缺点与（1）的情况类似。（3）接于发电机中性点的电压互感器，用一只电压互感器即可取得三相系统的零序电压，较为经济，但适用范围小，同时不平衡电压较大，不够灵敏。（4）保护内部合成零序电压的方式接线较为简单，不容易出现接线及极性的错误，其缺点是装置内部必须设置专门的模块。传统的机电式保护中通常采用（1）、（2）、（3）三种方式获取零序电压；在数字式保护中，倾向于采用方式（4）;在一些特殊的场合，也可以采用方式（3）。第三章 距离保护1.比较工作电压相位法的基本原理 以 作为参考相量，根据不同故障情况下 和 的差异，就可以区分出故障点的位置。当 和 反相时，可以判定为区内故障；当 和 同相时，可判断为区外或反向故障。2.以正序电压为参考电压的测量元件 在出口处发生短路的时候，故障相的电压会降为0，但非故障相的电压都不会为0，而且其相位也不会随着故障位置的变化而变化，所以可以引入非故障相的电压作为比较 的参考电压。 由对称分量法可知，正序电压是三相电压组合而成，相当于引入了非故障相的电压。 下面分析以正序电压作为参考电压时，测量元件的动作特性。 （1）不同短路情况下正序电压的变化分析 （2）以正序电压作参考电压时的动作特性3. .以记忆电压为参考电压的测量元件 以测量电压或正序电压为参考电压的方法，在出口三相对称短路时，三相的测量电压都降为0（注意：此时的三相测量电压就是正序电压），将失去比较的依据。为克服这一缺点，可采用故障前的电压（记忆电压）作为测量元件的参考电压。 在模拟电路中，记忆电压是通过LC谐振回路获得，但该电压会随着时间的推移而衰减。数字式保护中，记忆电压是放在存储器中的故障前电压的采样值，故而不存在衰减问题。 可以证明：以记忆电压为参考电压的元件的动作特性也是偏移圆3.3 什么是故障环路？相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么？答：在电力系统发生故障时，故障电流流过的通路称为故障环路。相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差异是：接地短路的故障环路为“相-地”故障环路，即短路电流在故障相与大地之间流通；对于相间短路，故障环路为“相-相”故障环路，即短路电流仅在故障相之间流通，不流向大地。3.4 构成距离保护为什么必须用故障环上的电流、电压作为测量电压和电流？答：在三相系统中，任何一项的测量电压与测量电流值比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环路上的测量电压、电流之间才能满足关系，即由它们算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反应故障点到保护安装处之间的距离。用非故障环上的测量电压与电流虽然也能算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关系，不能正确的反应故障距离，虽然不能构成距离保护。3.14 什么是距离继电器的参考电压？其工作电压作用是什么？选择参考电压的原则是什么？答：在相位比较的距离继电器中，用作相位比较的电压称为参考电压，也叫做极化电压，例如在相位比较式中，用电压判断相位是否符合方程式，所以就称为参考电压和极化电压。选择参考电压的原则：相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0的电压量作为比相的参考电压，如正序电压、记忆电压等。3.19什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3-9（a）中母线B上未接分支的情况下，,此时k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 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。类似地图3-9（a）中，在母线B上未接分支的情况下，此时k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为 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。3.32 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3-18所示的附加故障状态的电路图可以得 , 。图3-18所示的附加故障状态的电路图3.33 简述工频故障分量距离继电器的工作原理。答：在图3-18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 ,。取工频故障分量距离元件的工作电压为 。式中，为保护的整定阻抗，一般取为线路正序阻抗的80%85%。比较工作电压 与故障附加状态下短路点电压大小，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、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1.采用纵联保护的原因 电流保护和距离保护仅利用一侧的电气量构成保护判据。这种保护方式不能快速区分本线路末端和对侧母线故障。例如，在本线路末端发生短路时，只能采用II段保护来延时切除，对于220KV及以上线路，这种保护方式难于满足系统稳定性对快速切除故障的要求。2. 纵联保护的定义将线路一侧的电气量传递到另一侧，保护是否动作取决于安装在两端的装置联合判断的结果。3. 闭锁式方向纵联保护工作原理工作原理 目前在电力系统中广泛使用由电力线载波通道实现的闭锁式方向纵联保护。采用正常无高频电流、区