电力系统继电保护课后习题集解析答案解析(全)--.docx

1、电力系统继电保护课后习题答案1绪论.1.1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，假设没有完善的继电保护系统 将故障快速切除，那么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，那么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展合理

2、的处理。1.2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响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，将故障局部与电网的其他局部隔离。1.3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拟、逻辑判断和执行输出三个局部完成预定的保护功 能。测量比

3、拟环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进展比拟，根 据比拟的结果，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 根据逻辑局部传来的指令，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。1.4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

4、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。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.路首端的电气量差异不大。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局部。1.5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异，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相 位的差异可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差异，可以构成纵联方向比拟

5、 式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差异，可以构成纵联距离保护。1. 6如图1 -1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？2. 1 4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。答：(1)正方向发生三相短路时，有0。a90 o77(2)正方向发生两相短路，当短路点位于保护安装处附近，短路阻抗为V气时，0。77a90 ;当短路点远离保护安装处，且系统容量很大、上时，一 30 a60。综合三相和各种两相短路的分析得出，当0。 W90时，使方向继电器在一切故障 情况下都能动作的条件应为3

6、0 a60 o2. 15对于90。接线方式、内角为30的功率方向判别元件，在电力系统正常负荷电流 功率因数在0.85下，分析功率方向判别元件的动作情况。假定A相的功率方向元件 出口与B相过电流元件出口串接，而不是“按相连接，当反方向B、C两相短路时，会 出现什么情况？ 答：内角为30。的功率方向元件，最大灵敏角=-30。，那么动作范围为由于该元件出口和A相功率方向元件串接，这样就会启动时间继 因而电流元件和功率元件必须“按相连接 O-60 o由正常负荷电流的功率因数0. 85可以得到物二arctanO. 85二31. 79。，在动作范围 内，根据功率元件出口与B相流过电流元件出口串接，当 反方

7、向发生B、C两相短路时， B相过电流元件动作， 电器，出现延时跳闸。2.16系统和参数见题2. 7,试完成：整定线路L3上不会4、5的电流速断定值，并尽可能在一端加装方向元件。2确定保护4、5、6、7、8、9处过电流的时间定值，并说明何处需要安装方向元件。3确定保护5、7、9限时电流速断的电流定值，并校验灵敏度。答：整定保护5的电流速断。保护4处的母线发生三相短路时，流过保护5的短路电流 为115沌10 + 16 二 2. 554A/ill / J按此电流来整定，动作定值sm5二八，”姒=3. 064kA在来看发电机1、2处于最大运行方式下保护5处母线三相短路时，有Xs. minXgi j |

8、 Xg2 + X/j n Xl2f 8 QIk5=z Y i V保护5处的电流为As.min十AL3 = . 953kA远小于按躲过保护4处母线三相短路求得的整定电流，所以保护5不必安装方向元件， 仅靠定值就能保证方向故障时不误动作。现在整定保护4,保护4按躲过保护5处母线短路最大电流整定时，定值为71七心二=2.34kA当保护4处背侧母线三相短路是，流过保护4的电流为2. 554kA,_定，其量值较小，保护灵敏度很高，49任何一短路电流的量值都会超过其整定值，所以每_处都应安装方大于其整定值，所以不会误动，必须加装方向元件。 2过电流保护按躲过最大负荷电流整处保护正向及方向故障时，向元件。4

9、、5、6处的过电流保护的动作时间分别与g3、G2和G1处在其动作延时的根底上增加一个时间级差；5、7、9处过电，由题2.7可知，三处过电流保护的动作在均装方向元件的情况下， 的过电流保护时间相配合， 流保护的动作时间均与3处过电流时间相配合， 时间为2s,所以5、7、9处过流保护的动作时间均应取2.5s。3处电流速断保护的定值为/二.3 =1Xg | Xg2 + X& II X235处限时电流速断保护定值应该与3、6、8处电流速断保护的定值相配合。 与3处电流速断保护的定值配合：K ImaxH jsei.5 _ 八必 1 Set.3hr =1. 224kA* X槌max =2.603KA, L

10、3支路对应的分支系数的倒数为 焉 兄 II Xg2 + x II x+ Xg； +3 =与保护3配合时，5处限时电流速断保护的定值为；忙i假设装设方向元件，那么6处电流速断保护应该按躲过母 冒” 餐整定，而母线A三相短路时,发电机G1, G2所提供的 短路电流不会流过保护6 ,只有发电机G3的电流才流过保护6,所以其!段的整定值为IIK. 巳 Xlik.6= Kel x Ikl = Xg3 + XL3 + X1 II Xz2 + 知=1 048kA同理，装设方向元件的情况下，匕处保q的定值也为4,.8 = i.o48kA。按与它们配合时，5 处限时电流速断保护的定值为 以.5 = K也.6 =

11、 K也8 =1 205kArll取三种情况的最大者，即妇/.5二1. 224kA校验灵敏度：母线.B两相短路时，流过5处的最小短路电流为二K” 一 微 min2 Xe + X、se.5 r n13 =2. 211 kA所以灵敏度为set.5 =1.834满足要求。*它们速断保护的定值还应安躲过母线b三相短路时流母线B三相短路时流过6、8处的最大短路电流为EA6.max = 8.max = 2 XG | XG2 + XL | X2 g44kA这时其短路电流速断保护的整定值变为set.6 sei.8 =rel A-6.max 2 2 6k A所以5处限时电流保护的定值为 土5 =足6=2.599k

12、Ajy-W _ A.8.min灵敏度为sei.5二0. 85故不满足要求。2. 1 7在中性点直接接地系统中，发生接地短路后，试分析、总结：（1）零序电压、电流 分量的分布规律；（2）负序电压、电流分量的分布规律；（3）正序电压、电流分量的分布 规律。答：（1）零序电压故障点处零序电压最高，距故障点越远零序电压越低，其分布取决于到大地间阻抗的大小。零序电流由零序电压产生，由故障点经线路流向大地，其 分布主要取决于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，与电源点的数目 和位置无关。（2）负序电压故障点处负序电压最高，距故障点越远负序电压越低，在 发电机中性点上负序电压为零。负序电流的分布

13、取决于系统的负序阻抗。（3）正序电压一 一越靠近电源点正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值越低。正序电流的分布 取决于系统的正序阻抗。2. 18比拟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， 不便于对其进展监视，该侧

14、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构造比拟复杂，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。2. 1

15、9系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系统，最大开机方式 为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。 参数为：鸟=115 , 用 k V , X1.G1 = X2.GI - X G2 = X2 G2 二5 Q , X1.G3 = 2.G3 - l.G4 = 2.G4 =8。,X|.ri X74二5 Q , Xori X074 =5Q, X有=X%=5 Q, X075 = Xr6=20 Q , a-b=60km,t777昭1昭11知-C =40km,线路阻抗 勺二乙2二o. 4O/km, =1. 2。/而，归二1. 2, 小二1. 15。

16、图2-6系统示意图1画出所有元件全运行时的三序等值网络，并标注参数；2所有元件全保护时，计算母线B发生单相接地短路和两相接地短路时的零序电流分布；3分别求出保护1、4零序II段的最大、最小分支系数；4分别求出保护1、4零序I、II段的定值，并校验灵敏度；5保护1、4零序I、II段是否需要安装方向元件；6保护1处装有单相重合闸，所有元件全运行时发生系统振荡，整定保护1不灵敏I 段定值。解：先求出线路的参数，即 七二60km, Xi. = X2AJ24Q, X。.二72Q, c=40km,Xi.bc =乂2.时二16。，、obc=48Q,所有元件全运行是三序电压等值网络图如图2-7所示。(a) 正

17、序等值图(b) 负序等值图(c) 零序等值图图2-7所有元件全运行时三序电压等值网络图2下求出所有元件全运行时，B母线分别发生单相接地短路和两相接地短路时的负荷 序网等值图。1单相接地短路时，故障端口正序阻抗为Y I VV I V7/ V1G11.71 II / v 工八 1.G3 丁八 1.T3、ZE1 =(X1.曲 +)II(Xec+),.八22 二(24+5) | | (16+6. 5)=12. 67。故障端口负序阻抗为之2 =Z=12. 67。故障端口零序阻抗为YVV7, v II 075 | /0.73 , V Zeo =(=+ X。.曲)ll=ll(=+ Xo.bc)一 一小222

18、二79. 5| |10| |55. 5二7. 657。那么复合序网等值图如图2-8所示。/ 二 %=115/右故障端口 零序电流为 f Zsi +ZS2 +zeo 12.67 + 12.67 + 7.657=2 01 2kA在零序网中按照零序导纳进展分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分 ,0.12579,，0.018018别为 0170 0.130597 二o. 194kA 0.130597 =0. 278kA画出零序电流分布图如图2-9所示.2）两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时一样，即=Z2=2. 67。有。=7.657。，那么复合序网如图2-10所示。12.

19、67x7.657jU.m圣2 | | Zfo= 12.67 + 7.675 二4. 77 故障端 口正序电流为+ZS2 H Zzo =3. 808kA,12.67j 12 x故障端口零序电流为勺=12.67 + 7.675=2. 373kA同样地，流过保护1、4的零序电流分别为 ，。1二0. 299kA,，。2二0. 327kA。从而得到如图2-1 1所示的零序电流分布图。图2-10 两相接地短路复合序网等值图图2-11 两相接地短路零序电流分布图3先求出保护1的分支系数Kb当BC段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如图2-12所示。TJY，BCM = + 心M = + IK.b = 1

20、ABMABM，对于X|,当只有一台发电机变压器组运行是最大，有Ximax=XR +X。曲二87。Yon 1 yVY-n h人0.旭八当两台发电机变压器组运行时|最小，有 1 min = 2=79.5。对于、2,当T5,T6只有一台运行时最大，X2max=20;当T5, T6两台全运行时最小，X+ 八 1 maxX2min=10.因此保护1的最大分支系数 灼力max二 X2min二9.7,_|_ X】min最小分支系数为1力.min=2max =4. 975同样的分析保护4的分支系数八4力。当AB段发生接地故障时，T5, T6Y0U助增的作用， 如图2-13所示。TIY，BCM = + A 如=

21、+ _L K.b 二【ABMaBM对于X、当只有一台发电机变压器组运行是最大，有Ximax=X073+X0.此二63。Y八 0.73 | yYY-nh A().BC八当两台发电机变压器组运行时 】最小，有 Amin=2二55.5。对于、2,当T5,T6只有一台运行时最大，X2max=20；当T5, T6两台全运行时最小，YK2min=10.因此保护4的最大分支系数八max=X_1_1 max2min =7. 3 ,+ X m.最小分支系数为 Y力.min=X2max=3.775图2-1 2 BC段故障时变压器的助增作用 的助增作用图2-13 AB段故障时变压器4保护1整定计算零序I段： 根据前

22、面的分析结果，母线B故障流过保护1的最大零序电流为k x 3/= 9二1. 2X3X0 229 = 0. 8244kAO.l.max 二0. 229kA 故 I 段定值为求保护1的零序II段定值, 相接地短路和两相接地短路，应先求出保护3零序I段定值，设在母线C处分别发生单 求出流过保护3的最大零序电流，因此有X.GI + X 丁 yyz=Zd 2 + E + fX.G3 + X 73 | | (2)二5. 68。Y乙)=(号+乂。.仙)|YV八075 , V 1 II 073ao.bc JII Z- 八22 二6. 63。JU.m115/右单相接地短路时，有气1十仁2十气3=5.86 + 5

23、.86 + 6.63=3.691从而求得流过保护3的电流为，。3二0.43kA5.86 x 6.63连相接地短路时,有 冬2 II Z)=5.86 + 6.63二3.06。这样,保护3l|zfS正序电流1 Z2 II气0二7. 6kA零序电流2十气。=3.5kA从而求得流过保护3的电流 L3=0.408kA流过保护3的最大零序电流Q3max=0. 43kAtI k x 2 /的零序I段定值为 s3二八泗 W（）3maxF . 548kA这样,保护1以.1 = k X /的零序|段定值为1力min，3 -i-x 1.548= 4.975二0. 358kA校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护1的

24、最小零序电流 2O.l.min= = 0. 194kAKre灵敏系数3,O.l min以.1 二1.626保护4整定计算： 零序I段根据前面的分析结果，母线B故障流过保护4的最大零序电流为Tk x 3/4.max 二 0 327kA 故 I 段定值 = 04max 二1 2 X 3 X 0. 327=1. 18kA为求保护4的零序II段定值，应先求出保护2零序I段定值，设在母线A处分别发生单 相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流，因此有X.G3 + X| 73 , y V = Z2 一山 1SCX.G1 + X 7| | （2）二4. 52。YYY7/八0.73 I v II

25、 八075 , V 1 II 八o.riZ（）= L（ + X（）BC ） II + X（）.M II -八222 二6.86。jUm115/右单相接地短路时，有 气|仁2十气3=4.52 + 4.52 + 6.68 =4. 1 79kA从而求得流过保护2的电流为2=0. 356kA4.52x6.86两相接地短路时，有 心2 IIZ）=4.52 + 6.86二2.723。U7t =12! 1 - j x a Z +Z IIZ/0 f z +Z正序电流1112 11 10 =9. 17kA零序电流2 +乙0二3.64kA 从而求得流过保护2的电流 /。2=0. 31kA这样，流过保护2的最大零序

26、电流，02max=o. 356kA保护2的零序I段定值为 /初.2二爪必x3/o.2.max=1. 286kA_ rel1.15het A 一 k* het.2 X 1.282这样，保护4的零序II段定值为4力.min=3.775=0. 39kA校验灵敏度：母线B接地短路故障流过保护4的最小零序电流O4min=0. 278kA3/V *0.4 minKre =灵敏系数setA =2. 1 4X.G2 = 202=5 Q , X1.G3 = X2.G3 = X G4 = X2GJ8 Q ,1.G1 八 2.G1 二2. 20系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系统，最大开机方

27、式 为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。 参数为： 鸟=115/右kV X，=XXo.r5 =Xr6 二 20。，人“二 60km,汨二1. 2,汨=1. 15o其相间短Xi.n X& =5 Q , X。丁 X。皿二5 Q, .T5 =、成6 = 1 5 Q,Lb-c二40 km,线路阻抗乙二乙二04。/扁，小二1.2。/而， 路的保护也采用电流保护，试完成：1分别求出保护1、4的段I、II定值，并校验灵敏度；2保护1、4的I、II段是否安装方向元件；3分别画出相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功率方向判别元件的交流 接线；4相间短路的电流保

28、护的功率方向判别元件与零序功率方向判别元件的内角有何不 同；5功率方向判别元件必须正确地按照电压、 现场工程师是如何保证接线极性正确的。电流同名端接线后，才能正确工作，设想解：1保护1的I、II段整定。5. min 最大运行方式为G1、G2全运行，相应的最小运行方式为一台电机运行，相应的 s.max X。 + 门二q Q母线d.B.mux yv处三相短路流过保护1的最大电流Av.min +Ad =2. 289kA保护的 I 段定值为x【.max 二 1. 2 X 2. 289二2. 747k A母线ft/.C.max _ wV三相短路流过保护3的最大电流入s.min +Ad=1.475kA保护

29、的 I 段定值为 4 = K, X/Cmaxn. 771kA/II _ jII x rI保护1的II段定值为 setA 八汩*知.3二2. 063kA母线两相短路流过保护1的最小电流，_ 用 Epd.&max2 Xg +X。 6kA保护 d.Bmin dm 1 _ 电流II断的灵敏度系数sa.l1.6912.063二0.83灵敏度不满足要求。保护的I、II段整定。X 最大运行方式为G3、G4全运行，相应的Xg3 + X73s. min2 二6.5。5. max最小运行方式为一台电机运行，相应的 Xs.max = Xg3 +X”二13。母线处三相短路流过保护4的最大电流d.B. max yV入s

30、.min +Ad =2. 951kA保护的 I 段定值为 儿1 =虬，X/Bmax = 1. 2 X 2. 951=3. 541 kAd.&max yr母线三相短路流过保护2的最大电流入smin二1.428kA保护的I段定值为set.2 _ K-el * /“.A.max 7 1 3 k A保护/II _ 昭11 x的II段定值为 W.4 一 f x.2二1.97kAt/.B.niax母线两相短路流过保护4的最小电流2 X，max +Xd =1. 983kA保护_ * d.?min sen A _,电流II断的灵敏度系数sd41.983 197=1. oi灵敏度不满足要求。2计算母线A背侧三相

31、短路时流过保护1的最大短路电流，即E甲J.A.maxy , y , X.3 + X.31 15 / VJ就一2 =24 + 16 + 6.5F.428kA故保护1的I、II均不需要加由于、v 2.747kA=匕，并且j V 2. 036kA=以, 装方向元件。计算母线C背侧三相短路时流过保护4的最大短路电流，即MmL v V . X.+X.115/75八AB十人BC十 )1 K I 2= 24 + 16 + 5 f . 475kA由于A/.c.max V3.54kA二/)1,并且/C.max V1.97kA二故保护4的I、II均不需要加装方向元件。3相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功

32、率方向元件的交流接线图分别如 图 2-14 、2-15 所示.图2-14相间短路的电流保护的功率方向判别元件交流接线图图2-15零序功率方向元件的交流接线图4对相间短路电流保护功率方向判别元件而言，当0 90 ,使相间短路电流 保护功率方向判别元件在一切故障时都能动作的条件为：内角应满足30 60 o对某一已经确定了阻抗角的送电线路而言，应采用a二90。-们，以便短路时获得最大灵 敏角。而对零序功率方向判别元件而言，在保护范围内故障时，最大灵敏角代=-95 -110。,即内角 a 般为 95。110。o5现场测定互感器极性的常用原理图如图2-1 6所示。一般采用直流电池组配合直流 毫安表的简单

33、工具，将电池正极接在互感器的一次同名端，直流电表的红笔正极接 在二次同名端，当电路接通时一次电流由同名端流入，二次电流由同名端流出，指针向 右摆动，稳定后电路断开是指针向左摆动，那么同名端标识正确。假设指针摆动方向相 反，那么二次同名端应在另一端。当电压、电流互感器的同名端极性被正确标定以后，按照功率方向元件接线原 理图仔细地接入后，还可以采用电压、电流、功率和相角一体化测量仪表进展测量，根 据以上电量的幅值、相位关系和各读数值对接线校核。图2-16现场测定电流互感器极性的常用原理接线图2. 21对于比.2. 19复杂得多的实际电力系统，设想保护工程师是如何完成保护定值计算 的？如果你今后从事

34、保护整定计算，如何借助现在计算工具提高你的劳动效率？答：由于继电保护整定计算多种不同的运行方式，要对不同地点、不同类型的故障进展 屡次计算，既要计算出各个继电保护元件不同段的动作值，还要进展灵敏度校验，计算 的工作量非常的大，特别是在网络构造特别复杂的实际电力系统中，人工计算几乎不可 能完成。保护工作者曾今创造了 “直交流计算台，用集中的电阻阻抗代表电 网元件的电阻抗，按照电网的实际连接关系连接成模拟的电网，在电源点接上直交 流电压，用仪表测量短路后的电流、电压。因为接线复杂、精度低，目前实际电力系统 已经广泛推广应用继电保护整定计算软件，只要整定人员按要求输入电网构造和参数， 就可以由计算机

35、快速准确的计算出需要的短路电流及不同保护装置隔断的动作值，并可 以由计算机完成灵敏度校验。今后继电保护的整定计算主要由计算机来完成，但整定计算人员必须了解计算的原理和 原那么，再出现一些整定计算软件无法涵盖的特殊情况时，还素人工手动计算作为补充。2. 22图2 1 7所示系统的变压器中性点可以接地，也可以不接地。比拟中性电直接接地 系统与中性点非直接接地系统中发生单相接地以后，在下属方面的异同：答：线路保护应接TA1 ,母线保护应接TA2o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。图1-1电流互感器选用示意图1.7结合电力系统分析课程的知识，说明加快继电保护的动

36、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根本 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。1. 8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

37、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

38、作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。1.9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、制造和运行的大局部工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一 关系进展的。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、电气设备的根本原理、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

39、原理和方法，应用不同的原理和 判据实现继电保护的根本方法，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。一样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；一样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1零序等值网络及零序参数的组成；2灵虚电压分布规律；3零

40、序电流的大小及流动规律；4故障电路与非故障线路零序功率方向；5故障电流的大小及流动规律；6故障后电压方向机对称性变化；7故障对电力系统运行的危害；8对保护切除故障速度的要求；图2-17系统接线图答：1零序等值网络及零序参数的组成：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 1 8所示。由图218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。图2-18线路AB末端故障时中性点直接接地系统零序等值图

41、图2-19中性点非直接接地系统零序等值图由图219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，接地不会产生较大的零序电流。零序电压分布规律：中性点直接接地系统中，故障点零序电压最高，距离距离故障点越远下降越多，在 变压器中性点处降为0。在中性点非直接接地系统中，假设不计微小的零序电容电流在线路阻抗上产生的微 小压降，那么统一电压等级的整个系统的零序电压都一样及三相变压器之间的一局部 系统。3零序电流的大小及流动规律：中性点直接接地系统中，零序电流的大小同系统的运行方式和系统各局部的零序阻 抗的大小都有关系，零序电流在故障点与变

42、压器中性点之间形成回路。非直接接地系统中，零序电流的大小依赖于系统地相电动势和线路的对地电容。零 序电流从故障点流出通过线路的对地电容流回大地。非故障元件的零序电流就是该线路 本身的对地电容电流，故障元件中流过的零序电流，数值为全系统所有非故障元件对地 电容电流值之和，再有消弧线圈的情况下，那么是全系统所有非故障元件对地电容电流 值与消弧线圈中的电感电流值相量和。4故障线路与非故障线路灵虚功率方向：中性点直接接地系统中，在故障线路上零序功率方向表现为线路流向母线；在非故障线路上，靠近故障点的一侧，零序功率方向由母线流向线路，而远离故障点的一侧， 零序功率方向由线路流向母线。中性点非直接接地系统

43、中，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，电容性无功功率方向为母线流向线.路。5故障电流的大小及流动规律：中性点直接接地系统中，由于故障点和网络中变压器中性点形成回路，因此故障相电流 较大。故障电流有故障电流向中性点。中性点非直接接地系统中，由于不构成短路回路 而只经过对地电容形成回路，因此接地相电流很小。由于接地电流相对于负荷电流较小， 根本上不影响负荷电流的分布、6故障后电压的变化及对称性变化：中性点直接接地系统中，故障后三相的相电压和线电压都不在对称。中性点非直接 接地系统中，故障后接地相电压降为0,非接地相对于低电压升高至原电压的右倍，但 三相之间线电压依然保持

44、对称。7故障对电力系统的危害：中性点直接接地系统中，故障相电流很大，对系统危害很大。中性点非直接接地系统中，故障相电流很小，而且三相之间的线电压任然保持对称，对 负荷的供电没有影响，一般情况下，对系统危害不大。8对保护切除故障速度的要求：中性点直接接地系统中，由于接地相电流很大，为防止损坏设备，应迅速切除接地 相甚至三相。中性点非直接接地系统中，由于故障点电流很小，切三项之间的线电压仍 对称，可以允许再运行1 2h ,同时发出信号。2. 23图217所示系统中变压器中性点全部不接地，如果发现单相接地，试答复：1比拟故障线路与非故障线路中零序电流、零序电压、零序功率方向的差异。2如果在接地电流过

45、的电容电流超过10A 35KV系统、20A 10KV系统、30A 36KV 系统时，将装设消弧线圈，减小接地电流，表达用零序电流实现选线的困难。3表达用零序功率方向实现选线的困难。4表达拉路停电选线存在的问题。答：1零序电流、零序电压、零序功率的方向：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，个点零序电压根本一样。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， 电容性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

46、流的分布规律发生变化，接地线路中的零序电流为消 弧线圈补偿后的参与电流，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：由于一般采用的是过补偿，流经故障线路的的零序电流 是流过消弧线圈的零序电流与非故障元件零序电流之差，而电容无功功率方向是由母线 流向线路实际上是电感性无功功率由线路流向母线，零序功率方向与非故障线路一致， 因此无法利用功率方向来判断故障线路。4拉路停电选线存在的问题：1需要人工操作，费时、费力，自动化程度低；2需要依次断开每一条线路，影响供电可靠性，假设重合闸拒动，可能造成较

47、长时间 的停电。2. 24小结以下电流保护的根本原理、使用网络并阐述其优缺点：1相间短路的三段式电流保护；2方向性电流保护；3零序电流保护；4方向性零序电流保护；5中性点非直接接地系统中的电流电压保护。答：1相间保护的三段式保护：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，保护本线路的局部；限 时速度按保护按躲开下级速度按保护末端短路整定，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。过电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满足快速切出故障

48、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的应用。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，难以应用于更高等级的复杂网路。2方向性电流保护：及利用故障是电流复制变大的特征，有利用电流与电压间相角的 特征，在短路故障的流动方向正是保护应该动作的方向，并且流动幅值大于整定幅值时， 保护动作跳闸。适用于多断电源网络。优点：多数情况下保证了保护动作的选择性、灵敏性和速动性要求。缺点：应用方向元件是接线复杂、投资增加，同时保护安装地点附近正方向发生是你想 短路时，由于母线.电压降低至零，方向元件失去判断的依据，保护装置

49、据动，出现电压 死区。3零序电流保护：正常运行的三相对称，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。故障特征明显，利用这一特征可以构成零序电 流保护。适用网络与1 10KV及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；系统发生震荡、短时过负荷是不受影响；没有电压死区。缺点：对于短路线路或运行方式变化较大的情况，保护往往不能满足系统运行方式变化 的要求。随着相重合闸的广泛应用，在单项跳开期间系统中可能有较大的零序电流，保 护会受较大影响。自耦变压器的使用使保护整定配合复杂化。4方向性零序电流保护：在

50、双侧或单侧的电源的网络中，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拟多的复杂网络中，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，零序功率的差异，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：防止了不加方向元件，保护可能的误动作。其余的优点同零序电流保护。缺点：同零序电流保护，接线较复杂。5中性点非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，保护相间 短路的电流、电压保护与中性点直接接地系统是完全一样的。仅有单相接地时二者有差 异，中性点直接接地系统

51、中单相接地形成了短路，有短路电流流过，保护应快速跳闸， 除反响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税路，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，而甄别接地发生在哪条线路上那么困难得多。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。3 电网距离保护3. 1距离保护是利用正常运行与短路状态

52、间的哪些电气量的差异构成的？答：电力系统正常运行时，保护安装处的电压接近额定电压，电流为正常负荷电流，电 压与电流的比值为负荷阻抗，其值较大，阻抗角为功率因数角，数值较小；电力系统发 生短路时，保护安装处的电压变为母线剩余电压，电流变为短路电流，电压与电流的比 值变为保护安装处与短路点之间一段线路的短路阻抗，其值较小，阻抗角为输电线路的 阻抗角，数值较大，距离保护就是利用了正常运行与短路时电压和电流的比值，即测量阻抗之间的差异构成的。3. 2什么是保护安装处的负荷阻抗、短路阻抗、系统等值阻抗？答：负荷阻抗是指在电力系统正常运行时，保护安装处的电压近似为额定电压与电 流负荷电流的比值。因为电力系

53、统正常运行时电压较高、电流较小、功率因数较高 即电压与电流之间的相位差较小，负荷阻抗的特点是量值较大，在阻抗复平面上与R 轴之间的夹角较小。短路阻抗是指在电力系统发生短路时保护安装处的电压变为母线剩余电压，电流变为短路电流，此时测量电压与测量电流的比值就是短路阻抗。短路阻抗即保护安装处与 短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角交大。系统等值阻抗：在单个电源供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处与背侧电 源点之间电力元件的阻抗和；在由多个电源点供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安 装处断路器断开的情况下，其所连接母线处的戴维南等值阻抗，即系统等值电动势与母 线处短路电流的比值，一般通过等值

54、、简化的方法求出。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异是什么？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Um= /,乙 =Itn Zk = IZLk，即由它 们算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反响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，不能正确的反响故障距离，虽然不能构成距离保护。