电力系统继电保护课后习题解析答案(全)--(43页).doc

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1、-第-1-页电力系统继电保护电力系统继电保护课后习题解析答案课后习题解析答案(全全)-第-2-页电 力系 统继 电保 护课 后习 题答 案电 力系 统继 电保 护课 后习 题答 案1 1 绪 论绪 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，若没有 完善的继电保 护系统将故障快速 切除，则会引 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

2、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，则当 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 人员进行合理 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 反应电力系统 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

3、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,将故障部 分与电网的其 他部分隔离。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 测量比较、逻 辑判断和执行 输出三个部分 完成预定的保 护功能。测量 比较环节是册 来那个被保护 电器元件的物 理参量，并与 给定的值进行 比较，根据比较的 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

4、否应 该使断路器跳 闸。执行输出 环节是根据逻辑部 分传来的指令，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

5、下级线路的 首端出口时，本线路首端的 电气量差别不 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 部分。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 电流的差别，可以构成电流 差动保护；利 用电力元件两 端电流相位的差别 可以构成电流 相位差动保护；利两侧功率 方向的差别，可以构成纵联 方向比较式保护；利用两侧测量 阻抗的大小和 方向的差别，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

6、感器？-第-3-页答：线路保护 应接 TA1，母线保护 应接 TA2。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 功率基本不变，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

7、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 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）

8、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

9、、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 大部分工作也 是围绕如何处 理好这四者的 辩证统一关系进行 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 的基本原理、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 正常状态的原 理和方法，应 用不同的原理 和判据实现 继电保护的基 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

10、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。相同原理 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；相同的电 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-第-4-页工程实践 性。2 电流的电 网保护2.1 在过量（欠量）继电器 中，为什么要 求其动作特性 满足“继电特性

11、”？若不满 足，当加入继 电器的电量在 动作值附近时 将可能出现什 么情况？答：过量 继电器的继电 特性类似于电 子电路中的“施密特特 性“，如图 2-1 所示。当 加入继电器 的动作电量（图中的kI）大于其设 定的动作值（图中的opI）时，继电器能 够突然动作；继电器一旦动 作以后，即是 输入的电气量 减小至稍小于 其动作值，继 电器也不会返回，只有当加 入继电器的电 气量小于其设 定的返回值（图中的reI）以后它才 突然返回。无论 启动还是返回，继电器的动 作都是明确干 脆的，它不可 能停留在某一 个中间位置，这种 特性称为“继电特性”。为了保证 继电器可靠工 作，其动作特 性必须满足继

12、电特性，否则 当加入继电器 的电气量在动 作值附近波动 时，继电器将 不停地在动作 和返回两个状 态之间切换，出现“抖动“现象，后 续的电路将无 法正常工作。2.2请列举说 明为实现“继电特性”，电磁型、集成电路 性、数字型继 电器常分别采 用那些技术？答：在过 量动作的电磁 型继电器中，继电器的动作 条件是电磁力 矩大于弹簧的 反拉力矩与摩擦力 矩之和，当电 磁力矩刚刚达 到动作条件时，继电器的可 动衔铁开始转 动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不 变的情况下，电磁力矩随气 隙的减小而按 平方关系增加，弹 簧的反拉力矩 随气隙的减小 而线性增加，在整个动作过 程中总的剩余 力矩为正值，衔

13、铁 加速转动，直 至衔铁完全吸 合，所以动作 过程干脆利落。继电器的返 回过程与之相反，返回的条件变 为在闭合位置 时弹簧的反拉 力矩大于电磁 力矩与摩擦力 矩之和。当电磁力 矩减小到启动 返回时，由于 这时摩擦力矩 反向，返回的 过程中，电磁 力矩按平方关系减 小，弹簧力矩 按线性关系减 小，产生一个 返回方向的剩 余力矩，因此 能够加速返回，即 返回的过程也 是干脆利落的。所以返回值 一定小于动作 值，继电器有 一个小于1 的返回系 数。这样就获 得了“继电特性”。在集成电 路型继电器中，“继电特性”的获得是 靠施密特触发 器实现的，施密特触 发器的特性，就是继电特 性。在数字型 继电器中

14、，“继电特性”的获得是 靠分别设定动 作值和返回值 两个不同的整定值而实 现的。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kI，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opI。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reI。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

15、就必须小于 返回电流，真 阳在外故障切 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，动作电流恶和返回 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。-第-5-页继电器的 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

16、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

17、，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

18、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

19、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：115/3EkV，115GX、210GX，310GX，1260LLkm，340Lkm，50BCLkm，30CDLkm，20DELm，线路阻抗0.4/km，relK=1.2、relK=relK=1.15，.max300B CIA，.max200CDIA，.max150D EIA，ssK=1.5、reK=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

20、保护 3 在系统最 大、最小运行 方式下的等值 阻抗。-第-6-页（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（senK1.2）（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1LX=2LX=0.460=24，3LX=0.440=16，BCX=0.450=20，CDX=0.430，DEX=0.420=8（1）经分析可 知，最大运行

21、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.minsX=（1GX|2GX+1LX|2LX）|(3GX+3LX)=(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.maxsX=1GX+1LX=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.max.min115/31.31210.620128k EsBCCDDEEIkAXXXX相应的速 断定值为.1se

22、tI=relK.maxk EI=1.21.312=1.57kA最小保护 范围计算公式 为setI=32.max1minsEZZ LminL=.max3120.4ssetEZI=-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.maxk DI=.minsBCCDEXXX=1.558kA相应的速 断定值为.2setI=relK.maxk DI=1.21.558=1.87kA最小保护 范围为minL=.max.23120.4ssetEZI=-70.6km即 2 处的

23、电流 速断保护在最 小运行方式下 也没有保护区。-第-7-页对于保护 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.maxk CI=.minsBCEXX=2.17kA相应的速 断定值为.3setI=relK.maxk CI=1.22.17=2.603kA最小保护 范围为minL=.max.33120.4ssetEZI=-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 较小运行发生 下可能没有保护区。（3）整定保 护 2 的限时电 流速断定值为set

24、I=setK.1setI=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.maxk DI=.max32sBCCDEXXX=0.8098kA所以保护 2 处的灵敏 系数setK=.mink DsetII=0.4484即不满足senK1.2 的要求。同理，保 护 3 的限时电 流速断定值为.3setI=relK.2setI=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.maxk CI=.max32sBCEXX=0.9764kA所以保护 3 处的灵敏 系数.3setK=.min.3k CsetII=

25、0.4531即不满足senK1.2 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setI=rereIK=.maxrelssLreKK IK所以有.1setI=.maxrelssD EreKK IK=304.5A同理得.2setI=406A.3setI=609A-第-8-页在最小运 行方式下流过 保护元件的最 小短路电流的 计算公式为.minkI=.max32sLEZZ所以有.minEI=727.8A.minDI=809.8A.minCI=974.51A所以由灵 敏度公式senK=.minksetII可知，保

26、护 1 作为近后 备的灵敏度为.1setK=.min.1EsetII=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.2setK=.min.2EsetII=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.3setK=.min.3EsetII=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1t=0.5+0.5=1s2t=1t+0.5=1.5s3t=2t+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

27、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

28、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。2.9如图 2-4 所示网络，流过保护 1、2、3 的最大负 荷电流分别为 400A、500A、550A,ssK=1.3、reK=0.85，relK=1.15，1t=2t=0.5s，3t=1.0s，试计算：（1）保护 4 的过电流 定值；（2）保护 4 的过电流 定值不变，保护 1 所在元件 故障被切除，当返回系

29、数reK低于何值-第-9-页时会造成 保护 4 误动？（3）reK=0.85 时，保护 4 的灵敏系 数senK=3.2，当reK=0.7 时保护 4 的灵敏系 数降低到多少？图 2-4系统示意 图解：过电 流保护 4 的最大负 荷电流为4.maxI=400+500+550=1450A保护 4 的过电流 定值为.44.maxssrelsetreK KIIK=2.55A时限为4t=max（1t，2t，3t）+t=1.5s（2）保护 21切除故障 后，流过保护 4 的最大负 荷电流4.maxI=500+550=1050A=1.05kA，在考虑 电动机的自启 动出现的最大 保护电流.maxssI=s

30、sK4.maxI=1.31.05=1.365kA，这个电流必 须小于保护 4 的返回电 流，否则 1.5s 以后保护 4 将误切除。相应的要 求.maxssIreI=.4resetK I=2.55reK，从而 2.55reK1.365，reK1.3652.55=0.535。当返回系 数低于 0.535时，会造 成保护误动。（3）保护 4 的灵敏系 数.min.4.4k BsensetIKI=.min4.maxk BrerelssIKKK I，.4senK与reK成正比，当reK下降时灵敏系数下 降，senK=0.73.20.85=2.635。2.10在中性点 非直接接地系 统中，当两条上 下、

31、级线路安 装相间短路的 电流保护时，上级线路装 在 A、C 相商，二 下级线路装在 A、B 相上，有 何优缺点？当 两条线路并列 时，这种安装 方式有何优缺 点？以上串、并两种线路，若采用三相星 形接线，有何 不足？答：在中 性点非直接接 地系统中，允 许单相接地时 继续短时运行，在不同线路 不同相别的两点接 地形成两相短 路时，可以只 切除一条故障 线路，另一条 线路继续运行。不考虑同相的故 障，两线路故 障组合共有以 下六种方式：（1A、2B）、（1A、2C）、（1B、2A）、（1B、2C）、（1C、2A）、（1C、2B）。当两条上、下级线路 安装相间短路 电流保护时，上级线路 装在 A、

32、C 相商，而下级装在 A、B 相上时，将在（1A、2B）、（1B、2A）、（1C、2A）和（1C、2B）四种情况 下由下级线路 保护切除故障，即下级线 路切除故障的 几率为 2/3;当故障为（1A、2C）时，将会由上级 线路保护切除 故障；而当故 障为（1B、2C）时，两 条线路均不会 切除故障，出现保护拒 动的严重情况。两条线路 并列时，若两 条线路保护动 作的延时一样，则在（1A、2B）、（1C、2A）和（1C、2B）三种情况 下，两条线路 被同时切除；而在(1A、2C)故障下，只能切除 线路1；在（1B、2A）故障下，只能切除 线路 2；在（1B、2C）故障下，两条线路 均不会切除，即保

33、护拒 动。-第-10-页若保护采 用三相星形接 线时，需要三 个电流互感器 和四根二次电 缆，相对来讲 是复杂不经济 的。两条线路 并列时，若发 生不同相别的 接地短路时，两套保护均启 动，不必要切除两 条线路的机会 就比较多。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

34、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

35、越小，在电压小雨最 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。2.13当教材中 途 2.29 的功率方 向判别元件用 集成电路实现，分别画出sin(100)rruUt，sin(10030)rriIt和sin(100)rruUt，sin(10060)rriIt时，各输出电 压随时间变化的波形；如果用数字 式（微机）实 现，写出你的 算法，并校验 上述两种情况 下方向元件的动作 情况。答：以内 角=30为例，画 出各点输出电 压波形如图 2-5 所示。动作最灵 敏条件arg0jrrU eI 临界动作 条件arg90jrrU eI图 2-

36、5各点电压 输出波形图可以看出，在内角=30时第一种 情况下动作最 灵敏，第二种情 况元件处于临 界动作状态。数字式实现时，动作的判据 可以表示为90arg90jrrU eI。将第一种 情况和第二种 情况下的电压、电流带入 该判据可以得 到情况 1 为动作最 灵敏，而情 况 2 处于临界 动作状态的结 论。2.14 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-第-11-页角，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。(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dZsZ时，0

37、a90；当短路 点远离保护安 装处，且系统 容量很大dZsZ时，-30a60。综合三相 和各种两相短 路的分析得出，当 0 90时，使方向继 电器在一切故 障情况下都 能动作的条件 应为 30a1.2相邻变压 器灵敏系数校 验，此时1 maxbK=2.88，nexttZZ=20.1(2)1.maxsetsenABbnextZKZKZ=1.911.2所以灵敏 度校验要求。3）动作时 限：与相邻设 备保护配合，有13ttt=1s，它能同 时满足与相邻 线路保护以及相邻 变压器保护配 合的要求。保护 4 距离 段的整定：1）整定阻 抗：按下面两 个条件选择。（a）当与相 邻下级线路距 离保护 段相配

38、合 时，有.44.min.2()setrelBCbsetZKZKZ=0.75（16+1.4120.4）=33.573（b）当与相 邻变压器的快 速保护相配合 时，有.44.min()setrelBCbtZKZKZ=0.75（16+1.5320）=34.95所以取.4setZ=33.5732）灵敏度 校验：.433.57316setsenBCZKZ=2.11.25，满足灵 敏度要求。3）动作时 限：与相邻保 护 2 的 段配合，有13ttt=0.5+0.5=1s，它能同 时满足与相邻线路 保护以及相邻 变压器保护配 合的要求。保护 4 距离 段的整定：1）整定阻 抗：按躲过正 常运行时的最小负

39、荷阻抗整定，有.min.min.maxLLLUZU=0.9 11030.3=190.53，.min.4cos()relLsetssresetLKZZK K.40.83 190.531.2 1.2cos(7530)setZ=155.932）灵敏度 校验：-第-32-页（a）本线路 末端短路时灵 敏度系数为.4(1)155.9316setsenBCZKZ=9.74 1.5（b）相邻设 备末端短路时 灵敏度系数为.4(2)4.maxsetsenBCbnextZKZKZ1.2相邻线路 末端短路时灵 敏系数。利用（3）中求灵 敏系数的结论，只要令BKBCXX,0KX即可，所 以有当12.1X、56.0X

40、分别取最 小值，而34.1X、12.0X、34.0X分别取最 大值时，1bK就取最大 值，即当12.1minX=12.5，56.0minX=20，34.1maxX=20，12.0maxX=30，34.0maxX=30时，有1 maxbK=2.21，nextABZZ=24，.4(2)4.maxsetsenBCbnextZKZKZ=2.261.2相邻变压 器灵敏系数校 验，此时4 maxbK=1.99，nexttZZ=20.4(2)4.maxsetsenBCbnextZKZKZ=2.791.2所以灵敏 度校验要求。3）动作时 限：与相邻设 备保护配合，有42ttt=1s，它能同 时满足与相邻 线路

41、保护以及相邻 变压器保护配 合的要求。（5）当 AB 线路中点 处发生 BC 两相短路 接地时，那个地方 哪些测量元件 动作，请逐一列出。保护、断路器正常 工作条件下，哪些保护的何 段以什么时间 跳开了哪些断 路器将短路切除。答：当AB 线路中点 处发生 B、C 两相短路 接地时，接地 保护中：B 相、C 相的接地 距离保护的测 量元件动作；相间距离 保护中，B、C 相间距离 保护的测量元 件动作。保护、断路器正常 工作条件下，保护 1 的 B,C 相的接地 距离保护 段、BC 相间距离 保护段、保护 2 的 B，C 相的接地 距离保护段、BC 相间距离 保护的段，将在 故障瞬间跳开 保护1,

42、2 处的断路 器，从而将短 路故障切除。（6）短路条件 同（5），若保护 1 的接地距 离段拒动、保护 2 处断路器 拒动，哪些保护以时间跳 开何断路器将 短路切除。答：保护 1 的相间距 离保护段将在故 障瞬间跳开保 护 1 处的断路 器，保护 4 的距离段延时 1s 跳开保护 4 的断路器。（7）假定各 保护回路正确 动作的概率为 90%，在（5）的短路 条件下，全系 统中断路器不被错误 切除任意一个 的概率是多少？体会保护动 作可靠性应要 求到多高？答：假定保护 1 在发电厂 侧还有 1 套远后备 保护，则线路 AB 中点短路 后应该有 4 个断路器的跳闸 回路被 4 套保护启 动，如果

43、各保 护回路正确动 作的概率只有 90%，则全系 统中不被错误 切除任意一个 断路器的概率 是 P=0.90.9 0.90.9=0.6561。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？-第-33-页答：图 3-9（a）中母线 B 上未接3I分支的情 况下，12II,此时 k 点短路时，A 处阻抗继电器 KZ1 测量到的 阻抗为12111ABBkABBkAkI ZI ZUZZZZII在母线 B 接上3I分支后，213III，k 点短路时，A 处阻抗继 电器 KZ1 测量到的 阻抗为即在3I相位与1I相差不大 的情况下，分 支3I的存在将 使 A 处感受到 的

44、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3I称为助增 电流。类似地图 3-9（a）中，在 母线 B 上未接3I分支的情 况下，12II，此时 k 点短路时，A处阻抗继 电器 KZ1 测量到的 阻抗为12111ABBkABBkAkI ZI ZUZZZZII在母线 B 接上3I分支后，213III，k 点短路时，A 处阻抗继 电器 KZ1 测量到的 阻抗为即在3I相位与1I相差不大 的情况下，分 支3I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3I称为外汲 电流。3.20在整定值 相同的情况下，比较方向

45、 圆特性、全阻抗圆 特性、苹果特性、橄榄特性 的躲负荷能 力。答：在整 定值相同的情 况下，橄榄特 性、方向圆特 性、苹果特性、全阻抗圆特 性分别如图 3-10 中的 1、2、3、4 所示。由 该图可以清楚 地看出，在整 定值相同的情 况下，橄榄特性的躲 负荷能力阻抗 能力最好，方 向圆阻抗特性 次之，苹果形 与全阻抗的躲 负荷能力需要具体 分析，取决于 负荷阻抗角以 及苹果形状的“胖瘦”。图 3-10四种阻抗 特性图3.21 什么是电 力系统的振荡？振荡时电压、电流有什 么特点？阻抗 继电器的测量 阻抗如何变化？答：电力 系统中发电机 失去同步的现 象，称为电力 系统的振荡；电力系统振荡 时

46、，系统两侧等效 电动势间的夹 角在 0360范围内作 周期性变化，从而使系统中 各点的电压、线路 电流、距离保 护的测量阻抗 也都呈现周期 性变化。在系 统两端电动势 相等的条件下，测 量阻抗按下式 的规律变化，对应的轨迹如 图 3.10 所示。3.22 采用故障 时短时开放的 方式为什么能 够实现振荡闭 锁？开放时间 选择的原则是 什么？答：1、利用电 流的负序、零 序分量或突变 量，实现振荡 闭锁。2、当系统 发生故障时，短时开放 距离保护允许 保护出口跳闸 称为短时开放。若在开放的 时间内，阻抗 继电器动作，说明 故障点位于阻 抗继电器的动 作范围之内，将故障线路跳 开；若在开放 的时间

47、内阻抗继电 器未动作，则 说明故障不在 保护区内，重 新将保护闭锁。-第-34-页开放时间 选择的原则：Tdw 称为振荡 闭锁的开放时 间，或称允许 动作时间，它 的选择要兼顾两个 方面：一是要 保证在正向区 内故障时，保 护 I 段有足够 的时间可靠跳 闸，保护段的测量 元件能够可靠 启动并实现自 保持，因而时 间不能太短，一般不应小于 0.1s；二是要保 证在区外故障 引起振荡时，测量阻抗不会 在故障后的 Tdw 时间内进 入动作区，因而时间 又不能太长，一般不应大于 0.3s。3.23系统如图 3-12 所示，母 线 C、D、E 均为单侧 电源。全系统 阻抗角均为 80，1.11.2GG

48、ZZ=15，1.ABZ=30，6.setZ=24，6.setZ=32，6t=0.4s，系统最 短振荡周期T=0.9s。试解答：图 3-12简单电力 系统示意图（1）G1、G2 两机电动 势幅值相同，找出系统的振 荡中心在何处？（2）分析发 生在振荡期间 母线 A、B、C、D 电压的变 化规律及线路 A-B 电流的变 化。（3）线路 B-C、C-D、D-E 的保护是 否需要加装振 荡闭锁，为什 么？（4）保护 6 的段采用方 向圆阻抗特性，是否需要装 振荡闭锁？答：（1）在系统 各部分的阻 抗角都相等的 情况下，振荡中 心的位置就 在阻抗中心12Z处，则有12Z=12（15+15+30）=30即

49、在 AB 线路的中 点。（2）对于母线 A、B，有由于母线 C、D 都是单端 电源，其电压 和母线 B 电压的变 化规律一样。（3）不 需 要，线 路 B-C、C-D、D-E 都 是 单 端 电 源，在 保 护 处 所 得 出 来 的 测 量 阻 抗 不 受振荡的影 响。（4）保 护 6 的 段 方向 圆阻 抗特 性及 测量 阻抗 的变 化轨 迹如 图 3-13 所 示，此时 有Z=15+15+30=60。系 统 振 荡 时 测 量 阻 抗 变 化 轨 迹 OO 是 G1G2 的 垂 直 平 分 线，6.setZ=32，所 以 动 作 特 性 的 半 径 为 16，这 样 使 测 量 阻 抗

50、进 入 动 作 的 角 度 为1=2arctan2230181 118 ，使 测 量 阻 抗 离 开 动 作 圆 的 角 度 为1=360-2arctan2230181242。故 停 留 在 动 作 区 内 的 角 度 为21=242-118=124。若 振 荡 为 匀 速 振 荡，在最短振荡 周期的情况下，停留在动 作区域的时间 为0.9124360t=0.31s，小于 段的整 定时 间 0.4s。所以 在 最 短振 荡 周期 振 荡 的情 况 下，距 离 段 不会 误 动，可 以 不加 振-第-35-页荡闭锁。但是，如果振荡 周期加长，测量阻抗 停留在动作区 域之内的时间 也将会加长，段将