电力系统继电保护原理(答案).doc

2.3答：（1）在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触电，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转矩，能使继电器返回原位的最大电流为继电器的返回电流。返回系数是返回电流与动作电流的比值。（2）过电流继电器返回系数过小时，在相同的动作电流下其返回电流较小。一旦动作以后要使继电器返回，流过继电器的电流必须小于返回电流，这样在外部故障切除后的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，可能会出现“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以根据要求进行设定。2.4答：（1）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：实际的短路电流值可能大于计算值;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；电流互感器存在着误差；（2）保护装置中的电流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，因此必须乘以大于1的可靠系数。2.5答：（1）电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端短路的最大短路电流来整定，即靠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，但是为力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。（2）电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围的故障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0.30.6秒的延时才能动作。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，因此灵敏度不需要逐级配合。2.11答：在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证动作的选择性。方向性电流保护医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问题，并且线路两侧的保护只需要按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。2.12答：（1）功率方向判别元件实质加入继电器的电压和电流之间的相位r，并且根据一定关系 是否大于0判别出短路功率的方向。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。当短路点月靠近母线时电压越小，在电压小于最小动作时，就出现了电压死区。（2）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。2.14答：（1）正方向发生三相短路时，有0a90。(2)正方向发生两相短路，当短路点位于保护安装处附近，短路阻抗ZdZs时，0aZs时，-30a60.综合三相和各种两相短路保护的分析得出，当0d90时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为30a0,IBIset，保护才能动作。当反方向发生B、C两相短路时，因IA=0,故PA=0,A相功率方向继电器不会启动，即使满足IBIset，保护亦不会启动2.22 （1）以线路AB末端发生单相接地为例，中性点直接接地系统零序等值图如图2-18所示。由图2-18可见，从故障点看进去的零序阻抗为母线B引出的三个分支的并联，等值阻抗值较小，出现单相接地后系统中会有较大的零序电流。 中性点非直接接地系统，零序网络由同级电压网络中元件对地的等值电容构成通路，其零序等值图如图2-19所示。由2-19可见，故障点的等值阻抗为三个对地容抗的并联，由于分布电容的容值较小、阻抗较大，因此故障点的零序等值阻抗也较大，接地后不会产生较大的零序电流。2.24 （1）相间短路的三段式电流保护：利用短路故障时电流显著增大的故障特征形成判据构成保护。其中速断保护按照躲开本线路末端最大短路电流整定，保护本线路的一部分；限时速断保护按照躲开下级速断保护末端短路整定，保护本线路全长；速断和限时速断的联合工作，保护本线路短路被快速、灵敏切除。过流保护躲开最大负荷电流作为本线路和相邻线路短路时的后备保护。主要优点是简单可靠，并且在一般情况下也能够满足快速切出故障的要求，因此在电网中特别是在35kV及以下电压等级的网络中获得了广泛应用。 缺点是它的灵敏度受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响。灵敏系数和保护范围往往不能满足要求，难以应用于更高电压等级的复杂我未来。（2）方向性电流保护：既利用故障时电流幅值变大的特征，又利用电流与电压相角的特征，在短路功率的流动方向正是保护应该动作的方向，并且电流幅值大于整定值时，保护动作跳闸。适用于多端电源网络。 优点：大多数情况下保证了保护大动作的选择性、灵敏性和速动性要求。 缺点：应用方向元件使接线复杂、投资增加，同时保护安装处附近正方向发生三相短路时，由于母线电压降低至零，方向元件失去判别的依据，保护装置拒动，出现电压死区。 （3）零序电流保护：正常运行的电网三相对称，没有零序电流。在中性点直接接地电网中，发生接地故障时，会有很大的零序电流。这样故障特征很明显，利用这一特征可以构成零序电流保护。适应网络于110kv级以上电压等级的网络。 优点：保护简单，经济可靠；整定值一般较低，灵敏度较高；受系统运行方式变化的影响较小；系统发生振荡、短时过负荷时保护不受影响；没有电压死区。 缺点：对于短路线路或运行方式变化很大的情况，保护好往往不能满足系统运方式变化的要求，随着单相中合闸的广泛应用，在单相跳开期间系统中可能有较大的零序电流，保护会受到影响，自耦变压器的适应使保护整定配合复杂化。 （4）方向性零序电流保护：在双侧或多侧电源的网络中，电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。利用正方向和反方向故障时，零序功率方向的差别，使用功率方向元件闭锁可能误动作的保护，从而形成方向性零序保护。 优点：避免了不加方向元件，保护可能的误动作。其余优点同零序电流保护。 缺点：同零序电流保护，接线较复杂。 （5）中性点直接接地系统中的电流电压保护：在中性点非直接接地系统中，保护好相间短路的电流、电压保护与中性点直接接地系统是完全相同的。仅在单相接地时二者有差别，中性点直接接地系统中单相接地形成了短路，有大短路电流流过，保护应该快速跳闸，除反应相电流幅值的电流保护外，还可以采用专门的零序保护。而在中性点非直接接地系统中单相接地时，没有形成短路，无大的短路电流流过，属于不正常运行，可以发出信号并指出接地所在的线路，以便尽快修复。当有单相接地时全系统出现等于相电压的零序电压，采用零序电压保护报告有单相接地发生，由于没有大短路电流流过故障线路这个明显特征，而甄别接地发生在那条线路上则困难得多。一般需要专门的“单相接地选线装置”，装置依据接地与非接地线路基波零序电流大小、方向以及高次谐波特征的差异，选出接地线路。2.23 答：（1）零序电流、零序电压、零序功率方向：零序电流：在非故障线路中流过的电流其数值等于本身的对地电容电流，在故障线路中流过的零序电流数值为全系统所有非故障元件对地电容电流之和。零序电压：全系统都会出现量值等于相电压的零序电压，各点零序电压基本一样。零序功率方向：在故障线路上，电容性无功功率方向为线路流向母线；在非故障线路上，电容无功功率方向为母线流向线路。（2）装设消弧线圈后，上述零序电流的分布规律将发生变化，接地线路中的流向电流为消弧线圈补偿后的残余电流，其量值较小，零序过电流元件将无法整定；零序电流的量值有可能小于非故障线路的零序电流，所以零序电流群体比幅值原理也将无法应用。（3）用零序功率方向选线困难：由于一般采