电力工程基础（其次版）孙丽华主编

本文格式为Word版，下载可任意编辑——电力工程基础（其次版）孙丽华主编第一章

1-1什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？

答：电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的整体。建立联合电力系统的优点是：可以减少系统的总装机容量；可以减少系统的备用容量；可以提高供电的可靠性；可以安装大容量的机组；可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。

1-2电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？

答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。

对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。

1-3我国规定的三相交流电网额定压等级有哪些？用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系？为什么？

答：我国规定的三相交流电网额定压等级，低压有0.22/0.127kV、0.38/0.22kV和0.66/0.38kV；高压有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV和750kV。

用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压一致；发电机的额定电压应比同级电网额定电压高5%；变压器一次绕组的额定电压，对于降压变压器，应等于电网的额定电压，对于升压变压器，应等于发电机的额定电压；变压器二次绕的额定电压，当二次侧供电线路较长时，应比电网额定电压高10%，当变压器二次侧供电线路较短时，应比同级电网额定电压高5%。

1-4衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。

答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。

对电力系统的主要影响（略）。

1-5什么叫小电流接地系统？什么叫大电流接地系统？小电流接地系统发生一相接地时，各相对地电压如何变化？这时为何可以暂时继续运行，但又不允许长期运行？

答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。

在小电流接地系统中发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高3倍。此时三相之间的线电压依旧对称，因此用户的三相用电设备仍能照常运行，但是，发生单相接地后，其运行时间不能太长，以免在另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。

1-6消弧线圈的补偿方式有几种？一般采用哪种补偿方式？为什么？

答：消弧线圈的补偿方式有全补偿、欠补偿和过补偿，一般都采用过补偿方式。由于在过补偿方式下，即使电网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，即使今后电网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈仍可继续使用。

1-7为什么我国规定110kV以上的高压电网和380/220V的低压电网要采用大电流接地系统？各有什么优点？答：大电流接地系统发生单相接地时中性点电位仍为零，非故障相对地电压不会升高，仍为相电压，因此电气设备的绝缘水平只需按电网的相电压考虑，故可以降低工程造价。所以我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。而在380/220V系统中采用中性点直接接地方式，主要是考虑人身安全问题，一旦发生单相接地故障，可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝，将故障部分切除。

1-8试确定图1-12所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。

1

图1-12习题1-8附图

答：发电机G：10.5kV；变压器T1：10.5/242kV；变压器T2：10/3.3kV；变压器T3：220/38.5kV；变压器T4：220/121/38.5kV；变压器T5：35/6.6kV

1-9某10kV电网，架空线路总长度70km，电缆线路总长度为16km。试求此中性点不接地的电力系统发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。

答：由于IC?(loh?35lcab)UN350?(70?35?16)?10350?18A?30A

因此，不需要改为经消弧线圈接地。

其次章

2-1电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？

答：电力负荷按对供电可靠性的要求可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三类。一级负荷应由两个独立电源供电；二级负荷应由两回线路供电；三级负荷对供电电源无特别要求。

2-2何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动状况的一种图形。

年最大负荷利用小时数Tmax，是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大负荷Pmax持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，年负荷曲线越平坦，Tmax值越大，年负荷曲线越陡；Tmax值越小。因此，Tmax的大小说明白用户用电的性质，也说明白用户负荷曲线的大致趋势。

平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。

2-3什么叫计算负荷？确定计算负荷的意义是什么？

答：计算负荷是根据已知的用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。

确定计算负荷时为正确选择供配电系统中的导线、电缆、开关电器、变压器等提供技术参数。2-4什么叫暂载率？反复短时工作制用电设备的设备容量如何确定？

答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。

对于吊车：是指统一换算到??25%时的额定功率，其设备容量Pe?2PN对于电焊机：是指统一换算到??100%时的额定功率，其设备容量Pe?PN

?N；

?N?SNcos?N?N

2

2-5需要系数法和二项式系数法各有什么计算特点？各适用哪些场合？

答：需要系数法计算较简单，应用较广泛，但计算结果往往偏小，适用于容量区别不大、设备台量较多的场合；二项式法考虑大容量用电设备对计算负荷的影响，主要适用于设备台数较少而容量区别悬殊较大的的场合。

2-6什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？

答：年最大负荷损耗小时数实际上也是一个假想时间，在此时间内，线路持续通过计算电流所产生的电能损耗，恰好与实际负荷电流全年在线路上产生的电能损耗相等。它与年最大负荷利用小时数Tmax和负荷的功率因数有关。

2-7功率因数低的不良影响有哪些？如何提高企业的自然功率因数？

答：功率因数低将会引起线路的总电流增大，使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大；使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量；使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力；使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。

提高企业的自然功率因数的方法有：正确选用感应电动机的型号和容量；限制感应电动机的空载运行；提高感应电动机的检修质量；合理使用变压器；感应电动机同步化运行。

2-8并联电容器的补偿方式有哪几种？各有什么优缺点？

答：并联电容器的补偿方式有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿（个别补偿）。

高压集中补偿方式的投资较少，电容器组的利用率较高，能够提高整个变电所的功率因数，但它的补偿范围小，只能补偿6～10kV母线以前的线路上的无功功率，不能补偿工业企业内部配电线路的无功功率。

低压成组补偿方式的投资不大，运行维护便利，能够减小车间变压器的容量，降低电能损耗，其补偿区大于高压集中补偿，能够补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功率。

分散就地补偿方式的补偿范围最大，补偿效果最好，能够补偿安装地点以前的变压器和所有高低压线路的无功功率，但投资较大，且电容器组在被补偿的设备中止工作时也一并被切除，利用率较低。

2-9某工厂车间380V线路上接有冷加工机床50台，共200kW；吊车3台，共4.5kW（??15%）；通风机8

台，每台3kW；电焊变压器4台，每台22kVA（??65%，cos?N?0.5）；空压机1台，55kW。试确定该车间的计算负荷。

解：该车间的计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表

序号12345设备容量/kW用电设备名称台数铭牌值冷加工机床吊车通风机电焊变压器空压机小计负荷总计（K??0.9）503841662004.5248855换算值2003.52435.47550.160.150.80.350.850.50.50.80.350.81.731.730.752.680.75Kdcos?计算负荷tan?P30/kW320.52519.212.446.75110.87599.8Q30/kvar55.360.9114.433.2335.06138.96125.06S30/kVA160I30/A243.12-10有一条380V低压干线，供电给30台小批生产的冷加机床电动机，总容量为200kW，其中较大容量的电动机有10kW1台，7kW3台，4.5kW8台。试分别用需要系数法和二项式系数法计算该干线的计算负荷。

解：用需要系数法和二项式系数法所求计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表（需要系数法）

用电设备名称台数设备容量/kWKdcos?tan?计算负荷3

P30/kW冷加工机床302000.160.51.7332Q30/kvarS30/kVA55.3663.94I30/A97.15电力负荷计算表（二项式系数法）

设备用电设备名称台数n/x设备容量二项式系数b/ccos?计算负荷tan??P/kWe?P/kWxP30/kW0.51.7342.2Q30/kvar73S30/kVA84.32I30/A128.1冷加工机床

30/520035.50.14/0.42-11有一条10kV高压线路供电给两台并列运行的S9—800/10（D,yn11接线）型电力变压器，高压线路采用

LJ—70铝绞线，水平等距离架设，线距为1m，长6km。变压器低压侧的计算负荷为900kW，cos??0.8，Tmax?5000h。试分别计算此高压线路和电力变压器的功率损耗和年电能损耗。

解：（1）变压器的功率损耗和电能损耗

Q30(2)?P30(2)tan??900?tan(arccos0.8)?675kvar

S30(2)?P30（2）cos??9000.86?1125kVA

变压器的负荷率为：??11252?800?0.703

查附录表A-1可知，S9-800/10型（Dyn11）变压器的技术数据为：

?P0?1.4kW，?Pk?7.5kW，I0%?2.5，Uk%?5

则两台变压器的功率损耗为：?PT?2(?P0???Pk)?2?(1.4?0.70322?7.5)?10.2kW

?QT?2?SN100(I0%??Uk%)?2?2800100(2.5?0.7032?5)?79.54kvar

由Tmax?5000h和cos??0.8查图2-7得：??3650h。因此，两台变压器的电能损耗为：

Wa?2(?P0?8760???Pk?)?2?(1.4?8760?0.703（2）线路的功率损耗和电能损耗

22?7.5?3650)?5.16?10kWh

4变压器高压侧的计算负荷为：P30(1)?P30(2)??PT?900?10.2?910.2kW

Q30(1)?Q30(2)??QT?675?79.54?754.54kvarS30(1)?910.2?754.54S30(1)3UN22?1182.28kVA

I30??1182.283?10?68.26A

查附录表A-12可知，LJ-70铝绞线的r1?0.46Ω/km，Sav?1.25m时x1?0.358Ω/km（实际上

4

，因此线路的功率损耗为：Sav?1.26m）

?PWL?3I30RWL?102?3?3?68.2622?0.46?6?10?3?68.262?3?38.58kW

?3?QWL?3I30XWL?10?3?0.358?6?105?30kvar

线路的电能损耗为：?Wa??PWL??38.58?3650?1.41?10kWh

2-12某电力用户10kV母线的有功计算负荷为1200kW，自然功率因数为0.65，现要求提高到0.90，试问需装

设多少无功补偿容量？假使用BW10.5—40—1W型电容器，问需装设多少个？装设以后该厂的视在计算负荷为多少？比未装设时的视在计算负荷减少了多少？

解：（1）需装设的BWF10.5-40-1W型并联电容器容量及个数

QC?1200?[tan(arccos0.65)?tan(arccos0.9)]?822kvar

QCqC82240n???20.55取n?21

则实际补偿容量为：QC?21?40?840kvar

（2）无功补偿前后视在负荷的变化

补偿前：Q30?P30tan??1200?tan(arccos0.65)?1403kvar

S30?P30cos?2?12000.65A?1846kV

??补偿后：S30P30?(Q30?QC)2?12023?(1403?840)2A?1325.5kV

??1846?1325.5?520.5kV补偿后视在负荷减少了：S30?S30A

2-13某降压变电所装有一台Y,yn0联结的S9—800/10型电力变压器，其二次侧（380V）的有功计算负荷为520kW，无功计算负荷为430kvar，试求此变电所一次侧的计算负荷和功率因数。假使功率因数未达到0.9，问应在此变电所低压母线上装多大并联电容器容量才能达到要求？解：（1）变压器一次侧的计算负荷和功率因数

查附录表A-1可知，S9-800/10型（Yyn0）变压器的技术数据为：

?P0?1.4kW，?Pk?7.5kW，I0%?0.8，Uk%?4.5

S30(2)?5202?4302A?674.76kV

cos?(2)?P30(2)S30(2)?520674.76?0.77

??则变压器的功率损耗为：

674.76800?0.843

5

由

s?bb?h?250?6060?8?2.79?2，故取K≈1。

则母线受到的最大电动力为

Fmax?3ish2ls?10?7?3?53.55?10Fmaxl10?3?2?1?1000250?10?7N?1986.7N

母线的弯曲力矩为：M??1986.7?1102N·m?198.67N·m

母线的截面系数为：W?bh6MWal2?0.06?0.0086198.6748?107?7m3?48?107?7m

3母线的计算应力为：?c?铝母线排的最大允许应力?第五章

?Pa?4.14?10Pa

?6.9?10Pa＞?c，所以动稳定满足要求。

5-1熄灭电弧的条件是什么？开关电器中常用的灭弧方法有哪些？

答：灭弧的条件是去游离率大于游离率。开关电器中常用的灭弧方法有速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧分细灭弧法、狭缝灭弧法、采用多断口灭弧法和采用新型介质灭弧法等。

5-2高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关各有哪些功能？

答：高压断路器不仅能通断正常负荷电流，而且能切断一定的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障；高压隔离开关的主要功能是隔离高压电源，保证人身和设备检修安全，同时还具有倒闸操作和通断小电流的功能；高压负荷开关可以通断一定的负荷电流和过负荷电流，有隔离开关的作用，但不能断开短路电流。

5-3倒闸操作的基本要求是什么？

答：倒闸操作的基本要求是：合闸送电时，先合上隔离开关，再合上断路器；跳闸断电时，先断开断路器，再断开隔离开关。

5-4低压断路器有哪些功能？按结构型式可分为哪两大类？

答：低压断路器既能带负荷通断电路，又能在线路发生短路、过负荷、低电压（或失压）等故障时自动跳闸。低压断路器按结构型式分，有塑料外壳式和万能式两大类。

5-5熔断器的主要功能是什么？什么是“限流〞式熔断器？

答：熔断器的主要功能是对电路及其设备进行短路或过负荷保护。“限流〞式熔断器是指熔断器的灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧。

5-6避雷器有何功能？有哪些常见的结构型式？各适用于哪些场合？

答：避雷器用于防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器按结构型式分，有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物避雷器等。其中，保护间隙和管型避雷器一般用于户外输电线路的防雷保护，阀型避雷器和金属氧化物避雷器主要用于变配电所的进线防雷电波侵入保护。

5-7Dyn11接线配电变压器和Yyn0接线配电变压器相比较有哪些优点？

答：Dyn11接线变压器能有效地抑制3的整数倍高次谐波电流的影响；Dyn11接线变压器的零序电抗比Yyn0接线变压器小得多，更有利于低压侧单相接地短路故障的切除；Dyn11接线变压器承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0接线的变压器大。

5-8什么是电流互感器的误差？电流互感器的常用接线方式有哪几种？

答：电流互感器的误差包括电流误差（比值差）和相位误差（角差）。电流误差fi是二次电流的测量值乘以额定

?的相角差。?与I变流比Ki与一次电流数值差的百分数；相位差?i是?I?21电流互感器常用的接线方式有一相式接线、两相不完全星形接线、两相电流差接线和三相完全星形接线。

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5-9什么是电压互感器的误差？电压互感器的常用接线方式有哪几种？

答：电压互感器的误差吧包括电压误差（比值差）和相位误差（角差）。比值差fu是二次电压的测量值乘以额??与U?的相角差。定变压比Ku与一次电压数值差的百分数；相位差?u是?U215-10什么是高压开关柜的“五防〞？固定式开关柜和手车式开关柜各有哪些优缺点？

答：①防止误跳、误合断路器；②防止带负荷分、合隔离开关；③防止带电挂接地线；④防止带地线合闸；⑤防止误入带电间隔。

固定式开关柜具有价格低，内部空间大，运行维护便利等优点，但体积较大；手车式开关柜具有灵活性好、检修安全、供电可靠性高、安装紧凑和占地面积小等优点，但价格较贵。

5-11对电气主接线的基本要求是什么？电气主接线有哪些基本形式？各有什么优缺点？

答：对电气主接线的基本要求是安全、可靠、灵活、经济。电气主接线的基本形式有线路-变压器单元接线、单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁路母线接线、双母线接线、桥式接线等。

线路-变压器单元接线的优点是接线简单，所用电气设备少，配电装置简单，俭约投资。缺点是该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所要全部停电，供电可靠性都不高，只可供三级负荷。

单母线接线的优点是接线简单、使用设备少、操作便利、投资少、便于扩建。缺点是当母线及母线隔离开关故障或检修时，必需断开全部电源，造成整个配电装置停电；当检修一回路的断路器时，该回路要停电。

单母线分段接线既保存了单母线接线简单、经济、便利等优点，又在一定程度上提高了供电的可靠性。但仍不能战胜某一回路断路器检修时，该回路要长时间停电的显著缺点，同时这种接线在一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电。

单母线加旁路母线接线解决了出线断路器检修时的停电问题，但其缺点是需要增加一组母线、专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备，使配电装置繁杂，投资增大，且隔离开关要用来操作，增加了误操作的可能性。

双母线接线具有以下优点：①轮换检修母线而不致中断供电；②检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电；③工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电；④检修任一回路断路器时，可用母联断路器来代替，不致于使该回路的供电长期中断。

但双母线接线也存在以下缺点：①在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用，简单误操作；②工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电；③使用的隔离开关数目多，配电装置结构繁杂，占地面积较大，投资较高。

桥形接线中四个回路只有三个断路器，投资小，接线简单，供电的可靠性和灵活性较高，适用于向一、二类负荷供电。

5-12电气设备选择的一般原则是什么？如何校验电气设备的动稳定和热稳定？

答：电气设备选择的一般原则是：按正常工作条件选择额定电流和额定电压，按短路状况进行校验动稳定校验和热稳定。

电气设备满足动稳定的条件是imax≥ish或Imax≥Ish；满足热稳定的条件是Itt≥I?tima。

5-13某10/0.4kV车间变电所，总计算负荷为980kVA，其中一、二类负荷700kVA。试初步选择该车间变电所变压器的台数和容量。

解：由于有一、二类负荷，所以应选两台变压器。变压器容量应同时满足以下两个条件：

22ST?0.7S30?0.7?980?686kVA且ST?S30(I?II)?700kVA

查附录表A-1，选两台10/0.4kV、S9—800kVA的变压器。

5-14某厂的有功计算负荷为3000kW，功率因数为0.92，该厂6kV进线上拟安装一台SN10-10型断路器，其主保护动作时间为1.2s，断路器分闸时间为0.2s，其6kV母线上的Ik?I??20kA，试选择该断路器的规格。

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解：IW.max?P303UNcos??30003?6?0.92?313.8A

tima?tk?tpr?toc?1.2?0.2?1.4s

ish?2.55Ik?2.55?20?51kA

Sk?3UavIk?UUN3?6.3?20?218MVA

610Soc?SN?oc?500??300MVA

查附录表A-15，选择SN10—10II/1000型断路器，设备具体参数及计算数据见下表。

高压断路器选择表

安装地点的电气条件序号项目123数据6313.8218项目SN10—10II/1000101000300合格合格合格所选设备的技术数据结论UW.max/kVIW.max/ASk/MVAUIN/kV/ANASoc/MV45

ish/kA25120?1.4imax/kA22Itt/（kA.s）80合格合格22I?tima/（kA.s）31.5?225-15试选择图5-63中10kV馈线上的电流互感器。已知该线路的最大工作电流为70A，线路上的短路电流为

Ik?4.6kA，继电保护动作时间为2s，断路器分闸时间为0.2s，电流互感器二次回路采用2.5mm2的铜心塑料线，互感器与测量仪表相距4m.。

解：（1）确凿度校验：查附录表A-25，电流互感器二次侧的负荷统计见下表：

电流互感器二次侧负荷统计表仪表型式46L1-A46D1-WDS1总计二次线圈负荷（VA）A相0.350.60.51.45C相0.60.51.1图5-63习题5-4附图

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由上表知，其最大负荷为1.45VA。取Rtou=0.1Ω，则满足确凿度等级的连接导线电阻为

RWL?则连接导线（铜线）的截面为

SN2??Si?IN2RtouI2N22?10?1.45?5?0.1522?0.242?

A?lc?RWL?3?453?0.242?0.54mm2

按最小允许截面取1.5mm2的铜线。

（2）动稳定校验：ish?2.55Ik?2.55?4.6?511.73kA

2KesIN1?满足动稳定要求。

2?160?0.1?22.6kA?ish?11.73kA

（3）热稳定校验：tima?tk?tpr?tQF?2?0.2?2.2s

(KtIN1)t?(90?0.1)?1?81kA满足热稳定要求。

222?s?I?tima?4.6?2.2?46.55kA222?s

5-16某一降压变电所内装有两台双绕组变压器，该变电所有两回35kV电源进线，6回10kV出线，低压侧拟采用单母线分段接线，试画出当高压侧分别采用内桥接线、外桥接线和单母线分段接线时，该变电所的电气主接线单线图。

解：变电所的电气主接线单线图分别为：

高压侧采用单母线分段接线第六章

高压侧采用内桥接线

高压侧采用外桥接线

6-1在电力系统中继电保护的任务是什么？对继电保护的基本要求是什么？

答：继电保护装置的任务是：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其损坏程度尽可能减小，

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并最大限度地保证非故障部分迅速恢复正常运行；能对电气元件的不正常运行状态做出反应，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号、减负荷或延时跳闸。

对继电保护的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

6-2什么是继电保护的接线系数？星形、不完全星形和两相电流差接线方式的接线系数有何不同？答：在继电保护回路中，流入继电器中的电流与对应电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数。

星形接线和不完全星形接线方式无论发生何种相间短路，其接线系数都等于1，两相电流差接线在正常运行或三相短路时的接线系数为

3，A、C两相短路时的接线系数为2，A、B或B、C两相短路时的接线系数为1。

6-3什么叫过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数？

答：能使电流继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流；能使电流继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流；同一继电器的返回电流与动作电流的比值，称为电流继电器的返回系数。

6-4过电流保护装置的动作电流和动作时间应如何整定？如何提高过电流保护的灵敏度？

答：过电流保护装置的动作电流必需满足以下两个条件：保护装置的动作电流必需躲过线路上的最大负荷电流；保护装置在外部故障切除后应可靠返回到原始位置。

当过电流保护的灵敏度不满足要求时，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。6-5什么叫三段式电流保护？各段的保护范围和动作时限是如何进行协同的？

答：由无时限电流速断保护（称作第Ⅰ段）、带时限电流速断保护（称作第Ⅱ段）和定时限过电流保护（称作第Ⅲ段）协同构成整套保护，称为三段式过电流保护。

第I段只能保护本线路（WL1）的一部分，保护范围为l1?，动作时间t1?为继电器的固有动作时间；第II段不仅能保护本线路（WL1）的全长，而且向下一级相邻线路（WL2）延伸了一段，保护范围为l1??，动作时限与下级线路

?Ⅰ段保护协同，即t1???t2??t；第III段不仅能保护本线路（WL1）和相邻线路（WL2）的全长，而且延伸到再下

???一级线路（WL3）一部分，保护范围为l1???，动作时限按阶梯原则整定，即t1????t2??t。

6-6功率方向继电器的作用是什么？写出比幅式和比相式功率方向继电器的动作方程，并说明这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系。

答：功率方向继电器的作用是判断功率的方向。对于正方向的故障，其功率为正值，功率方向继电器动作；对于反方向的故障，其功率为负值，功率方向继电器不动作。

?C??K??K?I??U?，D相位比较式功率方向继电器的动作方程为：–90°≤arg≤90°（其中：CUKIK）?D??K?I??K?U?，??K?I??K?U?）?＞B?（其中：A幅值比较式功率方向继电器的动作方程为：ABIKUKIKUK

??C??D??A?这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系是：?

???B?C?D??6-7什么叫功率方向继电器的90°接线？

答：功率方向继电器的90°接线方式，是指系统在三相对称且功率因数为1的状况下，接入功率方向继电器的电流超前电压90°的接线。

6-8大接地电流系统中发生接地故障时有哪些特点？

答：故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处的零序电压为0；零序电流的分布与中性点接地的位置和数目有关；故障点的零序功率最大。

6-9零序功率方向继电器的电压为什么反极性接入？它有动作死区吗？为什么？

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答：功率方向继电器只反应被保护线路正方向接地短路时的零序功率方向。按规定的电流、电压正方向，当被

?约90°保护线路发生接地短路时，3I?0超前3U～110°，这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下，亦即0继电器的最大灵敏角为–90°～–110°。而当前，在电力系统中实际使用的零序功率方向继电器都是把最大灵敏角制成

?70o70o～85o，即当从其正极性输入的3I?0滞后于按正极性端子输入的3U～85o时，继电器最灵敏。为此在使用零序0功率方向继电器时，若以正极性端接入继电器电流线圈的极性端，则必需以负极性端接入继电器电压线圈的极性端，

?滞后U???3U?，此时I?70o这时接入继电器的电流和电压分别为：I?K?3I?0，U，即?K??s?70?，这就KK0K保证了正方向发生接地故障时继电器工作在最灵敏的状态下。

6-10距离保护的基本原理是什么？由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。

?，它接近于额定电压，测量到的电流为负荷电流I?，则比值系统正常工作时，保护安装处测量到的电压为UwL?，测量到的??基本上是负荷阻抗，其值较大。当系统短路时，保护安装处测量到的电压为剩余电压UUwIL?ZLk?I??Z为保护安装处至短路点之间的阻抗，也称为短路阻抗，其值较小。因此，电流为短路电流I?k，则比值Ukkk利用电压和电流的比值，不但能明白地判断系统的正常工作状态和短路状态，还能反映短路点到保护安装处的距离。

距离保护装置一般由起动元件、测量元件和时间元件三部分组成。起动元件的作用是在被保护线路发生短路时马上起动保护装置；测量元件的作用是用来测量短路点到保护安装处的距离，并判断短路故障的方向；时间元件的作用是用来建立距离保护第II、III段的动作时限，以获得其所需要的动作时限特性。

6-11变压器差动保护产生不平衡电流的原因是什么？如何减小不平衡电流？

答：产生不平衡电流的原因有：由变压器两侧绕组接线不同而产生的不平衡电流；由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流；由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；由带负荷调整变压器的分接头而产生的不平衡电流；由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流。

减小不平衡电流的措施有：将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形；采用具有速饱和铁心的差动继电器；整定计算时引入同型系数等。

6-12微机保护装置的硬件构成分为几部分？各部分的作用是什么？

答：微机保护装置的硬件构成可分为六部分，即数据采集部分、微型计算机部分、输入输出接口部分、通信接口部分、人机接口部分和电源部分。

数据采集系统的任务是将模拟量输入量确凿地转换为所需的数字量；微型计算机系统是微机保护装置的核心，主要由微处理器、程序存储器、数据存储器、接口芯片及定时器等组成；输入输出接口是微机保护与外部设备的联系部分；通信接口是实现变电站综合自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准的通信接口电路；人机接口部分主要包括显示、键盘、各种面板开关、打印与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等；供电电源工作的可靠性是确保直接影响着微机保护装置的可靠性，寻常采用逆变稳压电源。

6-13微机保护有哪些算法？各种算法的特点是什么？

答：微机保护中采用的算法好多，但可归纳为两类。一类是根据输入电气量的若干采样点通过一定的数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与整定值进行比较；另一类算法是不计算具体量值，而是根据若干采样点值与整定值相结合，直接建立保护动作方程来判断是否在保护动作区内。常用的第一类算法有两点乘积算法、半周积分算法、傅氏算法、最小二乘方算法、微分方程算法等；常用的其次类算法有负序分量算法、继电器特性算法、相电流突变算法等。

两点乘积算法所和半周积分算法的运算量较小，所用的数据窗长度分别为1/4周期和1/2周期，但只能用于提供给算法的原始数据为纯净弦函数的理想采样值，且必需和数字滤波器协同使用；傅氏算法用于输入量为周期函数，该算法具有较强的滤波作用，所用的数据窗较长，为一个基波周期；最小二乘方算法用于输入量为随机函数，该算

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法的精度高，滤波性能好，但计算时间长；微分方程算法可以不必滤除非周期分量，只要求低通滤波，因而算法的总时窗较短，且不受电网频率变化的影响。需要指出，微分方程算法只能用于计算阻抗，因此多用于线路保护中，而傅氏算法、最小二乘方算法还常应用于元件保护、后备电流电压保护以及一些相序分量组成的保护中。

6-14提高微机保护可靠性的措施有哪些？

答：微机保护的可靠性主要是抗干扰问题。防止干扰进入微机保护装置的主要措施有：接地的处理，屏蔽与隔离，滤波、退耦和旁路，对供电电源的要求，合理地分派和布置插件；抑制窜入干扰影响的软硬件措施有：采样数据的干扰辩识，出口密码校核，复算校核，程序出轨的自恢复；装置故障的自检包括：CPU的检测，RAM的检测，EPROM的检测，数据采集系统的检测，出口通道的检测和成组功能的检测。

6-15

已知两相电流差接线的过电流保护在三相短路时的一次动作电流为I(3)op，灵敏系数为K(3)S?IkI(3)(3)op，

试证明：

（1）当AB或BC两相短路时，

(2)Iop?(3)3Iop，K(2)S?IkI(2)(2)op?0.5K(3)S；

（2）当AC两相短路时，Iop?(2)322）(3)Iop，K（?KS。S(3)解：三相短路时，Kw?3，继电器的动作电流为：Iop.K?KwKiIop?(3)3Ki(3)Iop

（1）当AB或BC两相短路时，Kw?1，

继电器的动作电流为：Iop.K?KwKiIop?(2)1Ki(2)Iop

由

3KiIop?(3)1Ki(2)Iop得：Iop?(2)3Iop

(3)3而I(2)k?32I(3)k∴K(2)S?II(2)k(2)op?2(3)3IopIk(3)?Ik2I(3)(3)op?0.5KS(3)

（2）当AC两相短路时，Kw?2，KwKi2Ki32继电器的动作电流为：Iop.K?Iop?(2)(2)Iop

由

3KiIop?(3)2Ki(2)Iop得：Iop?(2)Iop

(3)3∴K(2)S?II(2)k(2)op?232Ik(3)?Iop(3)Ik(3)(3)Iop?KS(3)

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6-16某前、后两级反时限过电流保护都采用两相两继电器接线和GL—15型过电流继电器。后一级继电器的动作电流为5A，10倍动作电流的动作时限为0.5秒，电流互感器变比50/5A，前一级继电器的动作电流也为5A，电流互感器变比75/5A，末端三相短路电流Ik解：设供电系统如下：

k点短路时

k(3)?450A，试整定前一级过电流保护10倍动作电流的动作时限。

~Ik?1KA175/5KA250/5KA2

中

的

电

流

为

：

?(2)?IkKw(2)Ki(2)50/5?450?45A

?(2)对KA2的动作电流倍数为：n?Ik2?(2)IkIop(2)?455?9

??0.51s由n2?9和KA2的整定时间t2?0.5s可得KA2的实际动作时间为：t2?所以KA2的实际动作时间为：t1???t?0.51?0.7?1.21s?t2k点短路时KA2中的电流为：Ik?(1)?Kw(1)Ki(1)Ik?175/5305?450?30A

?(1)对KA1的动作电流倍数为：n?则Ik1?(1)IkIop(1)??6

由n1?6和t1??1.21s，查曲线得KA1的10倍动作时间为：t1?1.1s

6-17如图6-72所示35kV系统中，已知A母线处发生三相短路时的最大短路电流为5.25kA，最小短路电流为2.5kA，线路AB、BC的长度分别为50km和40km，单位长度电抗取0.4Ω/km。试求：（1）保护1的电流I段的整定值及最小保护范围；

（2）保护1的电流II段的定值及灵敏系数。

图6-72习题6-17附图

解：XS.max?Uav3IkA.min?373?2.5?8.54?，XS.min?Uav3IkA.max?373?5.25?4.07?

（1）线路AB末端的最大三相短路电流Ik.B.max为

(3)Ik.B.max?(3)U3(XavS.min?XAB)?373(4.07?0.4?50)kA?0.887kA

取Krel?1.3，则保护1的电流I段动作电流为