电力系统继电保护作业答案

第一次作业

1.什么是电力系统的一次设备和二次设备？

答：一次设备:一般将电能通过的设备称为电力系统的一次设备。

二次设备:对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，称为电力

系统的二次设备。

2.什么是电力系统的运行状态和故障状态？

答：电力系统运行态指电力系统在不同运行条件（如负荷水平、出力配置、系统接

线、故障等）下的系统与设备的工作状配。

电力系统的故障状态是指所有一次设备在运行过程中由于外力、绝靠老化、过电

压、误操作、设计制造缺陷等原因而发生例如短路、断线等故障。

3.什么是继电保护装置？

答:继电保护装置就是指能反应电力系统中电气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功装置。

4.什么是主保护和后备保护？

答：主保护是指反应整个被保护元件上的故障，并能以最短的时限有选择地切除

故障的保护称为主保护。

后备保护是指在实际运行中，由于各种原因可能存在保护或断路器拒动的情况，

所以，必须要考虑后备保护（替代功能）的配备。其目的是不允许长期存在短路

的情况。于是出现了近后备保护、远后备保护、断路器失灵保护等。

5.试说明什么是继电器的继电特性?

答:继电器的继电特性是指继电器的输入量和输出量在整个变化过程中的相互关

系。无论是动作还是返回，继电器都是从起始位置到最终位置，它不可能停留在

某一个中间位置上。这种特性就称之为继电器的"继电特性"。

6.什么是系统最大运行方式和系统最小运行方式？

答：系统最大运行方式：

总可以找到这样的系统运行方式，在相同地点发生相同类型的短路时流过保护

安装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等值阻

抗最小,

Zs=Zs.mino

系统最小运行方式：

也可以找到这样的系统运行方式，在相同地点发生相同类型的短路时流过保护

安装处的电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行方式对应的系统等值阻

抗最大,

Zs=Zs.max0

7,什么是电流速断保护和限时电流速断保护？

答：电流速断保护：反应于短路电流的幅值增大而瞬时动作的电流保护（电流大

于某个数值时，立即动作）。

限时电流速断保护：由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此

考虑增加一段带时限动作的保护，用来切除本线路上速断保护范回以外的故障，

同时也能作为速断保护的后备。

8.什么是闭锁式方向纵联保护和允许式方向纵联保护？

答：闭锁式方向纵联保护：在系统发生故障时，线路两端功率方向元件判别流过

本端的功率方向，若功率方向为负则发出闭锁信号，闭锁两端的保护。

允许式方向纵联保护：当功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸。

9.什么是自动重合闸和三相一次重合闸的跳、合闸方式？

答：自动重合闸（简写为ARC）装置就是将因故障或人为误碰而跳开的断路器进

行自动合闸的一种自动装置。

三相一次重合闸的跳、合闸方式是指为无论本线路发生何种类型的故障，继电保

护装置均将三相断路器跳开，重合闸起动，经预定延时（可整定，一般在0.5-1.5

秒间）发出重合脉冲，将三相断路器一起合上。若是瞬时性故障，因故障已经消

失，重合成功，线路继续运行；若是永久性故障，继电保护再次动作跳开三相，不

再重合。

10.什么是瓦斯保护？

答：当变压器内部发生故障时，变压器油将分解出大量气体，利用这种气体动作的保护装置

称为瓦斯保护。

第二次作业

1.试阐述常见短路的主要特征及其对应的保护模式？

答：短路的主要特征对应的保护模式

电流增大过电流保护

答：（i）第ni段的动作电流比第I、n段的动作电流小得多，其灵敏度比第I、

n段更高；

（2底后备保护之间，只有灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能保证选择性；

（3）保护范围是本线路和相邻下一线路全长；

（4甩网末级线路保护亦可简化I+HI或III）越接近电源，动作时限越长，应

装设三段式保护。

4.试讨论对距离保护的评价?

答：①根据距离保护的工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选

择性。

②距离I段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长80%-85%,因此两端合

起来就使得在30%-40%的线路长度内的故障不能从两端瞬时切除，在一端须

经0.5s的延时才能切除。在220kV及以上电压的网络中，有时候这不能满足电

力系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。

③由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保

护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，距离I段的保护范围不受系统运

行方式变化的影响，其他两段受到的影响也比较小，因此保护范围比较稳定。

④由于距离保护中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种

必要的闭锁装置，因此接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。

5.纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么?

答：纵联保护的特点：电流保护、距离保护仅仅利用保护元件一侧的电气量构成

保护判据。它不可能快速区分本线末端和相邻线路始端的故障。为了有选择性地

切除线路上任意点的故障，只能采用阶段式保护的配合，对于线路末端故障需要

这些保护的口段延时切除，这在220kV及以上电压等级的电力系统中难于满

足系统稳定性对快速切除故障的要求。

阶段式保护的特点：利用线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本线路内部短

路与外部短路，达到有选择、快速地切除全线路任意点短路的目的。

因此，采用通信通道将两端的保护装置纵向联结起来，将两端的电气量比较，以

判断故障在区内还是区外。以这种方式构成的保护称之为输电线路的纵联保护。

该种保护理论上具有输电线路内部短路故障时动作的绝对选择性。

6•阐述电力线载波通道的工作方式

答：(1)正常无高频电流方式。

此方式在电力系统正常工作条件下发信机不发信，沿通道不传送高频电流，发信

机只在电力系统发生故障期间才由保护的启动元件启动发信，因此又称之为故

障启动发信的方式。

(2)正常有高频电流方式

此方式在电力系统正常工作条件下发信机处于发信状态，沿高频通道传送高频

电流，因此又称为长期发信方式。

(3)移频方式是指在正常运行情况下，发信机长期发送一个频率为fl的高频信

号，其作用是闭锁保护和对通道进行连续检查。在被保护线路发生故障时，保护

控制发信机移频，改为发送频率为f2的高频信号

7,说明单相自动重合画的优缺点，以及其应用场合？

答：采用单相自动重合闸的优点：

①绝大多数故障情况下保证对用户的连续供电从而提高供电的可靠性，当由单

侧电源单回路向重要负荷供电时，对保证不间断供电更有显著的优越性。

②提高了双侧电源系统并列运行的稳定性

采用单相自动重合闸的缺点：

①需要按相操作的断路器

②需要专门的选相元件与继电器保护相配合

③非全相运行会引起其它保护的误动作，需采取措施予以防止

由于单相重合闸具有以上特点，井在实践中证明了它的优越性，因此，已在

220kv-500kV的线路上获得了广苏的耐用.对于llOkv的电力网，一般不推荐

这种重合闸方式，只在由单侧电源向重要负荷供电的某些线路及根据系统运行

需要装设单相重合闸的某些重要线路上，才考虑使用。

8.试说明瓦斯保护工作原理？

答：瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上。

继电器的大致的工作原理如下：

变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的

上方，气体沿管道上升使瓦斯继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻

瓦斯动作，发出警告信号。

发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压

力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，继电器感受到的油速达

到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。

9.试说明方向性电流保护的基本原理？

答：方向性电流保护的基本原理就是在原有保护的基础上增加一个功率方向判别元

件，以在反方向故障时保证保护不致误动作。

第三次作业

1.

解：皿「37航厂

L'J-4_G

Li出口：工上50%处：'”云西-FT

8Q=1.78★

=2.67K/

末株・4=———=；'出=\33、KA

不则•人Z、+Z〃8+8

2.

解1.电流I段整定计算

（D求动作电流r…按躲过最大运行方式下本

线路末端（即K1点）三相短路时流过保护的最大

短路电流整定，即：

1.25x37*=2.67(H)

4+0.4x15

49M

:固有动作时间，即:

/；=0（$）

（3）灵敏系数校验，即求保护范围。在最大运行方式

下发生三相短路时的保护范围为：

/,=—"—=2670=7^竺一nZa=4

6（4公）a

/%=——xl00%=66.7%>50%满足要求。

15x0.4

♦小保护范围：<弋一发生两枳短路时的

保护范围

正——=2670=立丁理—

2Z、、mxa+xZmmm26、(L5+Zmm)'

=4m=1.92

I9?

=•xl()()%=32%>15%

15x0.4

满足要求.

2.电流”段整定计算

（1）求动作电流右…按与相邻线路保护电流I段动作

电流相配合的原则整定,即：

一…37/V3

'黑=K*I；=K0K31M•max=Uxl.25x-----------------

4+0.4x50

=I.22(U)____

（3）灵敏系数校验。利用最小方式下本线路末端（即K1点）

发生两相金属性短时流过保护的电流校验灵敏系数，即：

Q=恭=（中〃

，dl

37z

,-_y?—)/1.22-138>1.3

x5+0.4x15满足要求。

3.保护1电流111段整定计算

（1）求动作电流O按躲过本线路可能流过的最

大负荷电流来整定，即：

12x1，

0.23=0.487(A/0

"，2作R版”■面包印线星保珏的最大动作时限高一

个级差即

广二/+.A，T：鼠+2A/-0.5+2x（）.5rI.5（s）

（3）嵬敏系数校验.

1）作近后备时。利用最小运行方式下本线路末端发生两相

金属性短路时流过保护的电流校验灵敏系数，即：

E.

r_4…

八y.f//j•”心

(—x371/0.487=3.45>1.5港R亚中

25+0.4x15满足要求。

力作远后备用利用最小运行方式下相邻线路末端（即

K2点）发生两相金属性短路时流过保护的电流校验灵敏

系数.即：

K_。'mn_E$\iin,

=（2S2xvnG）/0.487=1.52>1,2

25+0.4x50

满足要求。

3.解：（1）保护A第1段整定值

Z,.etA=K.ZAE；=0,8x0.4x75=24

保护A第n段整定值

ZSLE=KILIZBC=0.8x0,4x50=1（?fl

:1

Zj;tA=K^]ZAB+Z,;etB=0.8（0.4x75+16）=36.8H

（2）A若在在线路AB距A侧55km处发生金属性相间短路，测量阻抗

Zja=0.4x55=22<Z杀A=24

距离I段瞬时动作，切除故障B若在线路AB距A侧70km处发生金属性相间短路，

测量阻抗

Zja=0,4x70=28。>Z..;cA=24

距离I段不动作

Zia=2S<Z]必=36,812

故距离n动作，以o.5s延时切除故障。

1

（pL=cos_0.9=25.8°

（3）求使【I段误动的负荷电流

负荷阻抗为/时，方向阻抗继电器就会误动。

误动时的负荷电流为:/。

4.

解：L计算线路阻抗

7--：.<一■•「

•.・・一•••一一・■

Z：.=：,44：=l?n

2.距离保护I段的动作阻抗

KZ

Z：tl=relAB-。・85X14=negQ

t；=°S（第I段实际动作时间为保护装置固有动作时间）

3.距离保护n段的动作阻抗

（1）与相邻线路距离保护I段相配合

Zq'=K；.Z=0.85X16=13.6Q

ScUkFeiBuC

Zs\=K*（ZAB+Zs；t2）=0.8（14+13.6）=22.1Q

（2）灵敏系数

Z、22.1

KSen=y^=^r=1.58>1,25

乙ABL

灵敏系数大于1.25,满足要求

（3）动作延时，与相邻保护的I段配合

tj1=t；+At=0.5S

4.距离保护in段的动作阻抗

（1）整定阻抗

A最小负荷阻抗；

乙”=&£二"二迫立=163.30

B保护装置的起动阻抗：继电器为方向阻抗继电器，可靠系数Kg=0.83,阻抗测量元件返回系数Kre=l.l

取det=70°为线路阻抗角，

<Po=cos-1（0.9）=25.8°

TJT由0•83

Z=--------------------------------Zrmin=--------------------------------------------------X163.3

setl

K„Krecos（（pset-（pL）1.3x1.15xcos（70°-25.8°）

=126.5Q

动作时限：t；=t；+A=2.5S

（2）灵敏度校嗡

Zj126.5

K…方===9.03*1.5

满足要求。

5.

解：1.计算线路阻抗

=0.4x25=10QZM.=0.4x36=14.4。

距离保护I段的整定阻抗

ZXZ的=0.85M0=8.5C

t/=os实际动作时间为保护装置固有动作时间

解：距离保护n段

(1)与相邻线路距离保护।段相配合

Z]=K'ZHC=0.85•14.4=12.24Q

ZL=+Z])=0.8(10+12.24)=17.8Q

解：（2）灵敏系数7〃I7R

=^-=—=1.78>1.25

Z.H10

（3）动作延B,与相邻保护的I段配合

J=t2+at=0.5S

•_一—_•LT■■——・・•・••・一・・•

3.距离保护m段

（1）整定阻抗

求最小负荷阻抗，当线路上负荷最大且母线电压最低

时，负荷阻抗最小：

J纪业&70.62C

Z/rain

Lnux0335

负荷阻抗角1

(ph=cos(0.8)=36.87。

3.保护装■的整定阻抗：维电器为方向阻抗继丽，VB

系数0.8.陌抗泅量元件返回系数1.15,电动机自启动系数

1.5,取线路阻抗角75度

7nl

7y八

•