...wd......wd......wd...1.1電力系統如果沒有配備完善的繼電保護系統，想象一下會出現什么情景答：現代的電力系統離開完善的繼電保護系統是不能運行的。當電力系統發生故障時，電源至故障點之間的電力設備中將流過很大的短路電流，假設沒有完善的繼電保護系統將故障快速切除，那么會引起故障元件和流過故障電流的其他電氣設備的損壞；當電力系統發生故障時，發電機端電壓降低造成發電機的輸入機械功率和輸出電磁功率的不平衡，可能引起電力系統穩定性的破壞，甚至引起電網的崩潰、造成人身傷亡。如果電力系統沒有配備完善的繼電保護系統，那么當電力系統出現不正常運行時，不能及時地發出信號通知值班人員進展合理的處理。1.2繼電保護裝置在電力系統中所起的作用是什么?答:繼電保護裝置就是指能反響電力系統中設備發生故障或不正常運行狀態,并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置.它的作用包括:1.電力系統正常運行時不動作;2.電力系統部正常運行時發報警信號,通知值班人員處理,使電力系統盡快恢復正常運行;3.電力系統故障時,甄別出發生故障的電力設備,并向故障點與電源點之間、最靠近故障點斷路器發出跳閘指令,將故障局部與電網的其他局部隔離。1.3繼電保護裝置通過哪些主要環節完成預定的保護功能,各環節的作用是什么?答:繼電保護裝置一般通過測量比較、邏輯判斷和執行輸出三個局部完成預定的保護功能。測量比較環節是冊來那個被保護電器元件的物理參量，并與給定的值進展比較，根據比較的結果，給出“是〞、“非〞、“0〞或“1〞性質的一組邏輯信號，從而判別保護裝置是否應該啟動。邏輯判斷環節是根據測量環節輸出的邏輯信號，使保護裝置按一定的邏輯關系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應該使斷路器跳閘。執行輸出環節是根據邏輯局部傳來的指令，發出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應的動作信息、發出警報或不動作。1.4依據電力元件正常工作、不正常工作和短路狀態下的電氣量復制差異，已經構成哪些原理的保護，這些保護單靠保護整定值能求出保護范圍內任意點的故障嗎答：利用流過被保護元件電流幅值的增大，構成了過電流保護;利用短路時電壓幅值的降低，構成了低電壓保護；利用電壓幅值的異常升高，構成了過電壓保護；利用測量阻抗的降低和阻抗角的變大，構成了低阻抗保護。單靠保護增大值不能切除保護范圍內任意點的故障，因為當故障發生在本線路末端與下級線路的首端出口時，本線路首端的電氣量差異不大。所以，為了保證本線路短路時能快速切除而下級線路短路時不動作，這種單靠整定值得保護只能保護線路的一局部。1.5依據電力元件兩端電氣量在正常工作和短路狀態下的差異，可以構成哪些原理的保護答：利用電力元件兩端電流的差異，可以構成電流差動保護；利用電力元件兩端電流相位的差異可以構成電流相位差動保護；利兩側功率方向的差異，可以構成縱聯方向比較式保護；利用兩側測量阻抗的大小和方向的差異，可以構成縱聯距離保護。1.6如圖1-1所示，線路上裝設兩組電流互感器，線路保護和母線保護應各接哪組互感器答：線路保護應接TA1，母線保護應接TA2。因為母線保護和線路保護的保護區必須重疊，使得任意點的故障都處于保護區內。圖1-1電流互感器選用示意圖1.7結合電力系統分析課程的知識，說明加快繼電保護的動作時間，為什么可以提高電力系統的穩定性答：由電力系統分析知識可知，故障發生時發電機輸出的電磁功率減小二機械功率基本不變，從而使發電機產生加速的不平衡功率。繼電保護的動作時間越快，發電機加速時間越短，功率角擺開幅度就越小，月有利于系統的穩定。由分析暫態穩定性的等面積理論可知，繼電保護的動作速度越快，故障持續的時間就越短，發電機的加速面積就約小，減速面積就越大，發電機失去穩定性的可能性就越小，即穩定性得到了提高。1.8后備保護的作用是什么闡述遠后備保護和近后備保護的優缺點。答：后備保護的作用是在主保護因保護裝置拒動、保護回路中的其他環節損壞、斷路器拒動等原因不能快速切除故障的情況下，迅速啟動來切除故障。遠后備保護的優點是：保護范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護范圍，它能解決遠后備保護范圍內所有故障元件由任何原因造成的不能切除問題。遠后備保護的缺點是：〔1〕當多個電源向該電力元件供電時，需要在所有的電源側的上級元件處配置遠后備保護；〔2〕動作將切除所有上級電源測的斷路器，造成事故擴大；〔3〕在高壓電網中難以滿足靈敏度的要求。近后備保護的優點是：〔1〕與主保護安裝在同一斷路器處，在主保護拒動時近后備保護動作；〔2〕動作時只能切除主保護要跳開的斷路器，不造成事故的擴大；〔3〕在高壓電網中能滿足靈敏度的要求。近后備保護的缺點是：變電所直流系統故障時可能與主保護同時失去作用，無法起到“后備〞的作用；斷路器失靈時無法切除故障，不能起到保護作用。1.9從對繼電器的“四性“要求及其間的矛盾，闡述繼電保護工作即是理論性很強，又是工程實踐性很強的工作。答：繼電保護的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性四項要求之間即矛盾又統一。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的大局部工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統一關系進展的。電力系統繼電保護即是一門理論性很強，又是工程實踐性很強的學科。首先繼電保護工作者要掌握電力系統、電氣設備的基本原理、運行特性和分析方法，特別要掌握電力系統故障時的電氣量變化的規律和分析方法，通過尋求電力系統的不同運行狀態下電氣量變化的特點和差異來“甄別“故障或不正常狀態的原理和方法，應用不同的原理和判據實現繼電保護的基本方法，所以需要很強的理論性。由于被保護的電力系統及其相關的電氣設備千差萬別，故障時電氣量的變化受多種因素的影響和制約，因此任何一種繼電保護原理或裝置都不可能不加調整地應用于不同的電氣設備或系統，而應根據實際工程中設備、系統的現狀與參數，對其繼電保護做出必要的調整。一樣原理的保護裝置在應用于電力系統不同位置的元件上時，可能有不同的配置和配合；一樣的電力元件在電力系統不同位置安裝時，可能配置不同的繼電保護，這些均需要根據電力系統的工程實際，具體問題具體分析，所以繼電保護又具有很強的工程實踐性。2電流的電網保護2.1在過量〔欠量〕繼電器中，為什么要求其動作特性滿足“繼電特性〞假設不滿足，當參加繼電器的電量在動作值附近時將可能出現什么情況答：過量繼電器的繼電特性類似于電子電路中的“施密特特性“，如圖2-1所示。當參加繼電器的動作電量〔圖中的〕大于其設定的動作值〔圖中的〕時，繼電器能夠突然動作；繼電器一旦動作以后，即是輸入的電氣量減小至稍小于其動作值，繼電器也不會返回，只有當參加繼電器的電氣量小于其設定的返回值〔圖中的〕以后它才突然返回。無論啟動還是返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個中間位置，這種特性稱為“繼電特性〞。為了保證繼電器可靠工作，其動作特性必須滿足繼電特性，否那么當參加繼電器的電氣量在動作值附近波動時，繼電器將不停地在動作和返回兩個狀態之間切換，出現“抖動“現象，后續的電路將無法正常工作。2.2請列舉說明為實現“繼電特性〞，電磁型、集成電路性、數字型繼電器常分別采用那些技術答：在過量動作的電磁型繼電器中，繼電器的動作條件是電磁力矩大于彈簧的反拉力矩與摩擦力矩之和，當電磁力矩剛剛到達動作條件時，繼電器的可動銜鐵開場轉動，磁路氣隙減小，在外加電流〔或電壓〕不變的情況下，電磁力矩隨氣隙的減小而按平方關系增加，彈簧的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個動作過程中總的剩余力矩為正值，銜鐵加速轉動，直至銜鐵完全吸合，所以動作過程干脆利落。繼電器的返回過程與之相反，返回的條件變為在閉合位置時彈簧的反拉力矩大于電磁力矩與摩擦力矩之和。當電磁力矩減小到啟動返回時，由于這時摩擦力矩反向，返回的過程中，電磁力矩按平方關系減小，彈簧力矩按線性關系減小，產生一個返回方向的剩余力矩，因此能夠加速返回，即返回的過程也是干脆利落的。所以返回值一定小于動作值，繼電器有一個小于1的返回系數。這樣就獲得了“繼電特性〞。在集成電路型繼電器中，“繼電特性〞的獲得是靠施密特觸發器實現的，施密特觸發器的特性，就是繼電特性。在數字型繼電器中，“繼電特性〞的獲得是靠分別設定動作值和返回值兩個不同的整定值而實現的。2.3解釋“動作電流〞和“返回系數〞，過電流繼電器的返回系數過低或高各有何缺點答：在過電流繼電器中，為使繼電器啟動并閉合其觸點，就必須增大通過繼電器線圈的電流，以增大電磁轉矩，能使繼電器動作的最小電流稱之為動作電流。在繼電器動作之后，為使它重新返回原位，就必須減小電流以減小電磁力矩，能使繼電器返回原位的最大電流稱之為繼電器的返回電流。過電流繼電器返回系數過小時，在一樣的動作電流下起返回值較小。一旦動作以后要使繼電器返回，過電流繼電器的電流就必須小于返回電流，真陽在外故障切除后負荷電流的作用下繼電器可能不會返回，最終導致誤動跳閘；而返回系數過高時，動作電流惡和返回電流很接近，不能保證可靠動作，輸入電流正好在動作值附近時，可能回出現“抖動〞現象，使后續電路無法正常工作。繼電器的動作電流、返回電流和返回系數都可能根據要求進展設定。2.4在電流保護的整定計算中，為什么要引入可靠系數，其值考慮哪些因素后確定答：引入可靠系數的原因是必須考慮實際存在的各種誤差的影響，例如：〔1〕實際的短路電流可能大于計算值；〔2〕對瞬時動作的保護還應考慮短路電流中非周期分量使總電流增大的影響；〔3〕電流互感器存在誤差；〔4〕保護裝置中的短路繼電器的實際啟動電流可能小于整定值。考慮必要的裕度，從最不利的情況出發，即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預定的保護范圍以外故障時，保護裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數。2.5說明電流速斷、限時電流速斷聯合工作時，依靠什么環節保證保護動作的選擇性依靠什么環節保證保護動作的靈敏度性和速動性答：電流速斷保護的動作電流必須按照躲開本線路末端的最大短路電流來整定，即考電流整定值保證選擇性。這樣，它將不能保護線路全長，而只能保護線路全長的一局部，靈敏度不夠。限時電流速斷的整定值低于電流速斷保護的動作短路，按躲開下級線路電流速斷保護的最大動作范圍來整定，提高了保護動作的靈敏性，但是為了保證下級線路短路時不誤動，增加一個時限階段的延時，在下級線路故障時由下級的電流速斷保護切除故障，保證它的選擇性。電流速斷和限時電流速斷相配合保護線路全長，速斷范圍內的故障由速斷保護快速切除，速斷范圍外的故障那么必須由限時電流速斷保護切除。速斷保護的速動性好，但動作值高、靈敏性差；限時電流速斷保護的動作值低、靈敏度高但需要0.3~0.6s的延時才能動作。速斷和限時速斷保護的配合，既保證了動作的靈敏性，也能夠滿足速動性的要求。2.6為什么定時限過電流保護的靈敏度、動作時間需要同時逐級配合，而電流速斷的靈敏度不需要逐級配合答：定時限過電流保護的整定值按照大于本線路流過的最大負荷電流整定，不但保護本線路的全長，而且保護相鄰線路的全長，可以起遠后備保護的作用。當遠處短路時，應當保證離故障點最近的過電流保護最先動作，這就要求保護必須在靈敏度和動作時間上逐級配合，最末端的過電流保護靈敏度最高、動作時間最短，每向上一級，動作時間增加一個時間級差，動作電流也要逐級增加。否那么，就有可能出現越級跳閘、非選擇性動作現象的發生。由于電流速斷只保護本線路的一局部，下一級線路故障時它基本不會動作，因而靈敏度不需要逐級配合。2.7如圖2-2所示網絡，在位置1、2和3處裝有電流保護，系統參數為：，、，，，，，，，線路阻抗，=1.2、==1.15，，，，=1.5、=0.85。試求：〔1〕發電機元件最多三臺運行，最少一臺運行，線路最多三條運行，最少一條運行，請確定保護3在系統最大、最小運行方式下的等值阻抗。〔2〕整定保護1、2、3的電流速斷定值，并計算各自的最小保護范圍。〔3〕整定保護2、3的限時電流速斷定值，并校驗使其滿足靈敏度要求〔1.2〕〔4〕整定保護1、2、3的過電流定值，假定流過母線E的過電流保護動作時限為0.5s，校驗保護1作后備用，保護2和3作遠備用的靈敏度。圖2-2簡單電網示意圖解：由可得==0.4×60=24，=0.4×40=16，=0.4×50=20，=0.4×30，=0.4×20=8〔1〕經分析可知，最大運行方式及阻抗最小時，那么有三臺發電機運行，線路L1~L3全部運行，由題意G1，G2連接在同一母線上，那么=〔||+||〕||(+)=(6+12)||(10+16)=10.6同理，最小運行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運行，相應地有=+=39圖2-3等值電路〔2〕對于保護1，其等值電路圖如圖2-3所示，母線E最大運行方式下發生三相短路流過保護1的最大短路電流為相應的速斷定值為=×=1.2×1.312=1.57kA最小保護范圍計算公式為===-85.9km即1處的電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區。對于保護2等值電路如圖2-3所示，母線D在最大運行方式下發生三相短路流過保護2的最大電流==1.558kA相應的速斷定值為=×=1.2×1.558=1.87kA最小保護范圍為==-70.6km即2處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區。對于保護3等值電路如圖2-3所示，母線C在最大運行方式下發生三相短路流過保護3的最大電流==2.17kA相應的速斷定值為=×=1.2×2.17=2.603kA最小保護范圍為==-42.3km即3處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區。上述計算說明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護在較小運行發生下可能沒有保護區。〔3〕整定保護2的限時電流速斷定值為==1.15×1.57=1.806kA線路末段〔即D處〕最小運行發生下發生兩相短路時的電流為==0.8098kA所以保護2處的靈敏系數==0.4484即不滿足1.2的要求。同理，保護3的限時電流速斷定值為==1.15×1.87=2.151kA線路末段〔即C處〕最小運行發生下發生兩相短路時的電流為==0.9764kA所以保護3處的靈敏系數==0.4531即不滿足1.2的要求。可見，由于運行方式變化太大，2、3處的限時電流速斷保護的靈敏度都遠不能滿足要求。〔4〕過電流整定值計算公式為==所以有==304.5A同理得=406A=609A在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的計算公式為=所以有=727.8A=809.8A=974.51A所以由靈敏度公式=可知，保護1作為近后備的靈敏度為==2.391.5滿足近后備保護靈敏度的要求；保護2作為遠后備的靈敏度為==1.791.2滿足最為遠后備保護靈敏度的要求；保護3作為遠后備的靈敏度為==1.331.2滿足最為遠后備保護靈敏度的要求。保護的動作時間為=0.5+0.5=1s=+0.5=1.5s=+0.5=2s2.8當圖2.56中保護1的出口處在系統最小運行方式下發生兩相短路，保護按照題2.7配置和整定時，試問〔1〕共有哪些保護元件啟動〔2〕所有保護工作正常，故障由何處的那個保護元件動作、多長時間切除〔3〕假設保護1的電流速斷保護拒動，故障由何處的那個保護元件動作、多長時間切除〔4〕假設保護1的斷路器拒動，故障由何處的那個保護元件動作、多長時間切除答:〔1〕由題2.7的分析，保護1出口處〔即母線D處〕短路時的最小短路電流為0.8098kA，在量值上小于所有電流速斷保護和限時電流速斷保護的整定值，所以所有這些保護都不會啟動；該量值大于1、2、3處過電流保護的定值，所以三處過電流保護均會啟動。〔2〕所有保護均正常的情況下，應有1處的過電流以1s的延時切除故障。〔3〕分析說明，按照此題給定的參數，1處的速斷保護肯定不會動作，2處的限時電流速斷保護也不會動作，只能靠1處的過電流保護動作，延時1s跳閘；假設斷路器拒動，那么應由2處的過電流保護以1.5s的延時跳開2處的斷路器。2.9如圖2-4所示網絡，流過保護1、2、3的最大負荷電流分別為400A、500A、550A,=1.3、=0.85，=1.15，==0.5s，=1.0s，試計算：保護4的過電流定值；保護4的過電流定值不變，保護1所在元件故障被切除，當返回系數低于何值時會造成保護4誤動=0.85時，保護4的靈敏系數=3.2，當=0.7時保護4的靈敏系數降低到多少圖2-4系統示意圖解：過電流保護4的最大負荷電流為=400+500+550=1450A保護4的過電流定值為=2.55A時限為=max〔，，〕+=1.5s〔2〕保護21切除故障后，流過保護4的最大負荷電流=500+550=1050A=1.05kA，在考慮電動機的自啟動出現的最大保護電流==1.3×1.05=1.365kA，這個電流必須小于保護4的返回電流，否那么1.5s以后保護4將誤切除。相應的要求≤==2.55，從而2.55＞1.365，＞=0.535。當返回系數低于0.535時，會造成保護誤動。〔3〕保護4的靈敏系數=，與成正比，當下降時靈敏系數下降，==2.635。2.10在中性點非直接接地系統中，當兩條上下、級線路安裝相間短路的電流保護時，上級線路裝在A、C相商，二下級線路裝在A、B相上，有何優缺點當兩條線路并列時，這種安裝方式有何優缺點以上串、并兩種線路，假設采用三相星形接線，有何缺乏答：在中性點非直接接地系統中，允許單相接地時繼續短時運行，在不同線路不同相別的兩點接地形成兩相短路時，可以只切除一條故障線路，另一條線路繼續運行。不考慮同相的故障，兩線路故障組合共有以下六種方式：〔1A、2B〕、〔1A、2C〕、〔1B、2A〕、〔1B、2C〕、〔1C、2A〕、〔1C、2B〕。當兩條上、下級線路安裝相間短路電流保護時，上級線路裝在A、C相商，而下級裝在A、B相上時，將在〔1A、2B〕、〔1B、2A〕、〔1C、2A〕和〔1C、2B〕四種情況下由下級線路保護切除故障，即下級線路切除故障的幾率為2/3;當故障為〔1A、2C〕時，將會由上級線路保護切除故障；而當故障為〔1B、2C〕時，兩條線路均不會切除故障，出現保護拒動的嚴重情況。兩條線路并列時，假設兩條線路保護動作的延時一樣，那么在〔1A、2B〕、〔1C、2A〕和〔1C、2B〕三種情況下，兩條線路被同時切除；而在(1A、2C)故障下，只能切除線路1；在〔1B、2A〕故障下，只能切除線路2；在〔1B、2C〕故障下，兩條線路均不會切除，即保護拒動。假設保護采用三相星形接線時，需要三個電流互感器和四根二次電纜，相對來講是復雜不經濟的。兩條線路并列時，假設發生不同相別的接地短路時，兩套保護均啟動，不必要切除兩條線路的時機就比較多。2.11在雙側電源供電的網絡中，方向性電流保護利用了短路時電氣量的什么特征解決了僅利用電流幅值特征不能解決的問題答：在雙側電源供電網絡中，利用電流幅值特征不能保證保護動作的選擇性。方向性電流保護利用短路時功率方向的特征，當短路功率由母線流向線路時說明故障點在線路方向上，是保護應該動作的方向，允許保護動作。反之，不允許保護動作。用短路時功率方向的特征解決了僅用電流幅值特征不能區分故障位置的問題，并且線路兩側的保護只需按照單電源的配合方式整定配合即可滿足選擇性。2.12功率方向判別元件實質上是在判別什么為什么會存在“死區〞什么時候要求它動作最靈敏答：功率方向判別元件實質是判別參加繼電器的電壓和電流之間的相位，并且根據一定關系[cos(+a)是否大于0]判別初短路功率的方向。為了進展相位比較，需要參加繼電器的電壓、電流信號有一定的幅值〔在數字式保護中進展相量計算、在模擬式保護中形成方波〕，且有最小的動作電壓和電流要求。當短路點越靠近母線時電壓越小，在電壓小雨最小動作電壓時，就出現了電壓死區。在保護正方向發生最常見故障時，功率方向判別元件應該動作最靈敏。2.13當教材中途2.29的功率方向判別元件用集成電路實現，分別畫出，和，時，各輸出電壓隨時間變化的波形；如果用數字式〔微機〕實現，寫出你的算法，并校驗上述兩種情況下方向元件的動作情況。答：以內角=30°為例，畫出各點輸出電壓波形如圖2-5所示。動作最靈敏條件臨界動作條件圖2-5各點電壓輸出波形圖可以看出，在內角=30°時第一種情況下動作最靈敏，第二種情況元件處于臨界動作狀態。數字式實現時，動作的判據可以表示為。將第一種情況和第二種情況下的電壓、電流帶入該判據可以得到情況1為動作最靈敏，而情況2處于臨界動作狀態的結論。2.14為了保證在正方向發生各種短路時功率判別元件都能動作，需要確定接線方式及內角，請給出90°接線方式正方向短路時內角的范圍。答：(1)正方向發生三相短路時，有0°<a<90°。(2)正方向發生兩相短路，當短路點位于保護安裝處附近，短路阻抗＜時，0°<a<90°；當短路點遠離保護安裝處，且系統容量很大＞時，-30°<a<60°。綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當0°<<90°時，使方向繼電器在一切故障情況下都能動作的條件應為30°<a<60°。2.15對于90°接線方式、內角為30°的功率方向判別元件，在電力系統正常負荷電流〔功率因數在0.85〕下，分析功率方向判別元件的動作情況。假定A相的功率方向元件出口與B相過電流元件出口串接，而不是“按相連接〞，當反方向B、C兩相短路時，會出現什么情況答：內角為30°的功率方向元件，最大靈敏角=-30°，那么動作范圍為-120≤≤-60°。由正常負荷電流的功率因數0.85可以得到=arctan0.85=31.79°，在動作范圍內，根據功率元件出口與B相流過電流元件出口串接，當反方向發生B、C兩相短路時，B相過電流元件動作，由于該元件出口和A相功率方向元件串接，這樣就會啟動時間繼電器，出現延時跳閘。因而電流元件和功率元件必須“按相連接〞。2.16系統和參數見題2.7，試完成：〔1〕整定線路L3上不會4、5的電流速斷定值，并盡可能在一端加裝方向元件。〔2〕確定保護4、5、6、7、8、9處過電流的時間定值，并說明何處需要安裝方向元件。〔3〕確定保護5、7、9限時電流速斷的電流定值，并校驗靈敏度。答：整定保護5的電流速斷。保護4處的母線發生三相短路時，流過保護5的短路電流為==2.554A按此電流來整定，動作定值==3.064kA在來看發電機1、2處于最大運行方式下保護5處母線三相短路時，有=〔||+||〕=18保護5處的電流為=1.953kA遠小于按躲過保護4處母線三相短路求得的整定電流，所以保護5不必安裝方向元件，僅靠定值就能保證方向故障時不誤動作。現在整定保護4，保護4按躲過保護5處母線短路最大電流整定時，定值為==2.34kA當保護4處背側母線三相短路是，流過保護4的電流為2.554kA，大于其整定值，所以不會誤動，必須加裝方向元件。〔2〕過電流保護按躲過最大負荷電流整定，其量值較小，保護靈敏度很高，4~9任何一處保護正向及方向故障時，短路電流的量值都會超過其整定值，所以每一處都應安裝方向元件。在均裝方向元件的情況下，4、5、6處的過電流保護的動作時間分別與G3、G2和G1處的過電流保護時間相配合，在其動作延時的根基上增加一個時間級差；5、7、9處過電流保護的動作時間均與3處過電流時間相配合，由題2.7可知，三處過電流保護的動作時間為2s，所以5、7、9處過流保護的動作時間均應取2.5s。〔3〕5處限時電流速斷保護定值應該與3、6、8處電流速斷保護的定值相配合。與3處電流速斷保護的定值配合：3處電流速斷保護的定值為=×=2.603KA，L3支路對應的分支系數的倒數為與保護3配合時，5處限時電流速斷保護的定值為=1.224kA與6處和8處電流速斷配合：假設裝設方向元件，那么6處電流速斷保護應該按躲過母線A處三相短路的最大短路電流來整定，而母線A三相短路時，發電機G1，G2所提供的短路電流不會流過保護6，只有發電機G3的電流才流過保護6，所以其Ⅰ段的整定值為=×==1.048kA同理，裝設方向元件的情況下，8處保護的定值也為=1.048kA。按與它們配合時，5處限時電流速斷保護的定值為=1.205kA取三種情況的最大者，即=1.224kA校驗靈敏度：母線B兩相短路時，流過5處的最小短路電流為=2.211kA所以靈敏度為=1.834滿足要求。在6、8處不裝方向元件的情況下，它們速斷保護的定值還應安躲過母線B三相短路時流過它們的最大短路電流來整定。母線B三相短路時流過6、8處的最大短路電流為===1.844kA這時其短路電流速斷保護的整定值變為===2.26kA所以5處限時電流保護的定值為=2.599kA靈敏度為=0.85故不滿足要求。2.17在中性點直接接地系統中，發生接地短路后，試分析、總結：(1)零序電壓、電流分量的分布規律；(2)負序電壓、電流分量的分布規律；(3)正序電壓、電流分量的分布規律。答：(1)零序電壓——故障點處零序電壓最高，距故障點越遠零序電壓越低，其分布取決于到大地間阻抗的大小。零序電流——由零序電壓產生，由故障點經線路流向大地，其分布主要取決于送電線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗，與電源點的數目和位置無關。(2)負序電壓——故障點處負序電壓最高，距故障點越遠負序電壓越低，在發電機中性點上負序電壓為零。負序電流的分布取決于系統的負序阻抗。(3)正序電壓——越靠近電源點正序電壓數值越高，越靠近短路點正序電壓數值越低。正序電流的分布取決于系統的正序阻抗。2.18比較不同的提取零序電壓方式的優缺點。答：〔1〕電磁式電壓互感器一般有三個繞組，一個一次繞組，兩個二次繞組。在三相系統中，三個單相式電壓互感器的一次繞組接成星形并將中性點接地，其兩個二次繞組一個按星形方式接線，另一個按開口三角形接線，星形接線的繞組用來測量各相對地電壓及相間電壓，開口三角形用來直接獲取系統的零序電壓。這種方式獲取零序電壓的有地啊是簡單方便，精度較高，不需要額外的裝置或系統;其缺點是開口三角側正常無電壓，不便于對其進展監視，該側出現斷線短路等故障無法及時發現，輸出零序電壓的極性容易標錯，從而造成零序功率方向繼電器不能正確工作。〔2〕采用三相五柱式互感器本身構造比較復雜，主要應用于35kV及以下電壓等級的中低壓配電系統，其優缺點與〔1〕的情況類似。〔3〕接于發電機中性點的電壓互感器，用一只電壓互感器即可取得三相系統的零序電壓，較為經濟，但適用范圍小，同時不平衡電壓較大，不夠靈敏。〔4〕保護內部合成零序電壓的方式接線較為簡單，不容易出現接線及極性的錯誤，其缺點是裝置內部必須設置專門的模塊。傳統的機電式保護中通常采用〔1〕、〔2〕、〔3〕三種方式獲取零序電壓；在數字式保護中，傾向于采用方式〔4〕;在一些特殊的場合，也可以采用方式〔3〕。2.19系統示意圖如圖2-6所示，發電機以發電機-變壓器方式接入系統，最大開機方式為4臺全開，最小開機方式為兩側各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數為：kV，==5，==8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗==0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。圖2-6系統示意圖〔1〕畫出所有元件全運行時的三序等值網絡，并標注參數；〔2〕所有元件全保護時，計算母線B發生單相接地短路和兩相接地短路時的零序電流分布；〔3〕分別求出保護1、4零序Ⅱ段的最大、最小分支系數；〔4〕分別求出保護1、4零序Ⅰ、Ⅱ段的定值，并校驗靈敏度；〔5〕保護1、4零序Ⅰ、Ⅱ段是否需要安裝方向元件；〔6〕保護1處裝有單相重合閘，所有元件全運行時發生系統振蕩，整定保護1不靈敏Ⅰ段定值。解：先求出線路的參數，即=60km，=24，=72，=40km，=16,=48，所有元件全運行是三序電壓等值網絡圖如圖2-7所示。(a)正序等值圖(b)負序等值圖(c)零序等值圖圖2-7所有元件全運行時三序電壓等值網絡圖〔2〕下求出所有元件全運行時，B母線分別發生單相接地短路和兩相接地短路時的負荷序網等值圖。1〕單相接地短路時，故障端口正序阻抗為=(24+5)||(16+6.5)=12.67故障端口負序阻抗為=12.67故障端口零序阻抗為=79.5||10||55.5=7.657那么復合序網等值圖如圖2-8所示。故障端口零序電流為=2.012kA在零序網中按照零序導納進展分配零序電流從而得到此時流過保護1、4處的零序電流分別為=0.194kA=0.278kA畫出零序電流分布圖如圖2-9所示.圖2-8單相接地短路復合序網等值圖圖2-9單相接地短路零序電流分布圖2)兩相接地短路時，故障端口各序阻抗和單相接地短路時一樣，即=12.67=7.657，那么復合序網如圖2-10所示。||==4.77故障端口正序電流為=3.808kA故障端口零序電流為==2.373kA同樣地，流過保護1、4的零序電流分別為=0.299kA，=0.327kA。從而得到如圖2-11所示的零序電流分布圖。圖2-10兩相接地短路復合序網等值圖圖2-11兩相接地短路零序電流分布圖〔3〕先求出保護1的分支系數當BC段發生接地故障，變壓器5、6有助增作用，如圖2-12所示。=,對于，當只有一臺發電機變壓器組運行是最大，有==87當兩臺發電機變壓器組運行時最小，有==79.5對于，當T5,T6只有一臺運行時最大，=20；當T5,T6兩臺全運行時最小，=10.因此保護1的最大分支系數==9.7，最小分支系數為==4.975同樣的分析保護4的分支系數。當AB段發生接地故障時，T5,T6YOU助增的作用，如圖2-13所示。=對于，當只有一臺發電機變壓器組運行是最大，有==63當兩臺發電機變壓器組運行時最小，有==55.5對于，當T5,T6只有一臺運行時最大，=20；當T5,T6兩臺全運行時最小，=10.因此保護4的最大分支系數==7.3，最小分支系數為==3.775圖2-12BC段故障時變壓器的助增作用圖2-13AB段故障時變壓器的助增作用〔4〕保護1整定計算零序Ⅰ段：根據前面的分析結果，母線B故障流過保護1的最大零序電流為=0.229kA故Ⅰ段定值==1.2×3×0.229=0.8244kA為求保護1的零序Ⅱ段定值，應先求出保護3零序Ⅰ段定值，設在母線C處分別發生單相接地短路和兩相接地短路，求出流過保護3的最大零序電流，因此有=〔〕||()=5.68=6.63單相接地短路時，有==3.69kA從而求得流過保護3的電流為=0.43kA連相接地短路時，有==3.06正序電流=7.6kA零序電流=3.5kA從而求得流過保護3的電流=0.408kA這樣，流過保護3的最大零序電流=0.43kA保護3的零序Ⅰ段定值為==1.548kA這樣，保護1的零序Ⅱ段定值為==0.358kA校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過保護1的最小零序電流==0.194kA靈敏系數=1.626保護4整定計算：零序Ⅰ段根據前面的分析結果，母線B故障流過保護4的最大零序電流為=0.327kA故Ⅰ段定值==1.2×3×0.327=1.18kA為求保護4的零序Ⅱ段定值，應先求出保護2零序Ⅰ段定值，設在母線A處分別發生單相接地短路和兩相接地短路，求出流過保護2的最大零序電流，因此有=〔〕||()=4.52=6.86單相接地短路時，有==4.179kA從而求得流過保護2的電流為=0.356kA兩相接地短路時，有==2.723正序電流=9.17kA零序電流=3.64kA從而求得流過保護2的電流=0.31kA這樣，流過保護2的最大零序電流=0.356kA保護2的零序Ⅰ段定值為==1.286kA這樣，保護4的零序Ⅱ段定值為==0.39kA校驗靈敏度：母線B接地短路故障流過保護4的最小零序電流==0.278kA靈敏系數=2.142.20系統示意圖如圖2-6所示，發電機以發電機-變壓器方式接入系統，最大開機方式為4臺全開，最小開機方式為兩側各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數為：kV，==5，==8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗==0.4/km，=1.2/km，=1.2，=1.15。其相間短路的保護也采用電流保護，試完成：〔1〕分別求出保護1、4的段Ⅰ、Ⅱ定值，并校驗靈敏度；〔2〕保護1、4的Ⅰ、Ⅱ段是否安裝方向元件；〔3〕分別畫出相間短路的電流保護的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的交流接線;〔4〕相間短路的電流保護的功率方向判別元件與零序功率方向判別元件的內角有何不同；〔5〕功率方向判別元件必須正確地按照電壓、電流同名端接線后，才能正確工作，設想現場工程師是如何保證接線極性正確的。解：〔1〕保護1的Ⅰ、Ⅱ段整定。最大運行方式為G1、G2全運行，相應的=5最小運行方式為一臺電機運行，相應的=10母線B處三相短路流過保護1的最大電流=2.289kA保護1的Ⅰ段定值為=1.2×2.289=2.747kA母線C三相短路流過保護3的最大電流=1.475kA保護3的Ⅰ段定值為=1.771kA保護1的Ⅱ段定值為=2.063kA母線B兩相短路流過保護1的最小電流=1.691kA保護1電流Ⅱ斷的靈敏度系數==0.83靈敏度不滿足要求。保護4的Ⅰ、Ⅱ段整定。最大運行方式為G3、G4全運行，相應的=6.5最小運行方式為一臺電機運行，相應的=13母線B處三相短路流過保護4的最大電流=2.951kA保護1的Ⅰ段定值為=1.2×2.951=3.541kA母線A三相短路流過保護2的最大電流=1.428kA保護2的Ⅰ段定值為=1.713kA保護4的Ⅱ段定值為=1.97kA母線B兩相短路流過保護4的最小電流=1.983kA保護4電流Ⅱ斷的靈敏度系數==1.01靈敏度不滿足要求。〔2〕計算母線A背側三相短路時流過保護1的最大短路電流，即==1.428kA由于＜2.747kA=，并且＜2.036kA=，故保護1的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件。計算母線C背側三相短路時流過保護4的最大短路電流，即==1.475kA由于＜3.54kA=，并且＜1.97kA=，故保護4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件。〔3〕相間短路的電流保護的功率方向判別元件與零序功率方向元件的交流接線圖分別如圖2-14、2-15所示.圖2-14相間短路的電流保護的功率方向判別元件交流接線圖圖2-15零序功率方向元件的交流接線圖〔4〕對相間短路電流保護功率方向判別元件而言，當0°＜＜90°，使相間短路電流保護功率方向判別元件在一切故障時都能動作的條件為：內角應滿足30°＜＜60°。對某一已經確定了阻抗角的送電線路而言，應采用=90°-，以便短路時獲得最大靈敏角。而對零序功率方向判別元件而言，在保護范圍內故障時，最大靈敏角=-95°~-110°，即內角一般為95°~110°。〔5〕現場測定互感器極性的常用原理圖如圖2-16所示。一般采用直流電池組配合直流毫安表的簡單工具，將電池正極接在互感器的一次同名端，直流電表的紅筆〔正極〕接在二次同名端，當電路接通時一次電流由同名端流入，二次電流由同名端流出，指針向右擺動，穩定后電路斷開是指針向左擺動，那么同名端標識正確。假設指針擺動方向相反，那么二次同名端應在另一端。當電壓、電流互感器的同名端〔極性〕被正確標定以后，按照功率方向元件接線原理圖仔細地接入后，還可以采用電壓、電流、功率和相角一體化測量儀表進展測量，根據以上電量的幅值、相位關系和各讀數值對接線校核。圖2-16現場測定電流互感器極性的常用原理接線圖2.21對于比.2.19復雜得多的實際電力系統，設想保護工程師是如何完成保護定值計算的如果你今后從事保護整定計算，如何借助現在計算工具提高你的勞動效率答：由于繼電保護整定計算多種不同的運行方式，要對不同地點、不同類型的故障進展屢次計算，既要計算出各個繼電保護元件不同段的動作值，還要進展靈敏度校驗，計算的工作量非常的大，特別是在網絡構造特別復雜的實際電力系統中，人工計算幾乎不可能完成。保護工作者曾今創造了“直〔交〕流計算臺〞，用集中的電阻〔阻抗〕代表電網元件的電〔阻〕抗，按照電網的實際連接關系連接成模擬的電網，在電源點接上直〔交〕流電壓，用儀表測量短路后的電流、電壓。因為接線復雜、精度低，目前實際電力系統已經廣泛推廣應用繼電保護整定計算軟件，只要整定人員按要求輸入電網構造和參數，就可以由計算機快速準確的計算出需要的短路電流及不同保護裝置隔斷的動作值，并可以由計算機完成靈敏度校驗。今后繼電保護的整定計算主要由計算機來完成，但整定計算人員必須了解計算的原理和原那么，再出現一些整定計算軟件無法涵蓋的特殊情況時，還素人工手動計算作為補充。2.22圖2—17所示系統的變壓器中性點可以接地，也可以不接地。比較中性電直接接地系統與中性點非直接接地系統中發生單相接地以后，在下屬方面的異同：〔1〕零序等值網絡及零序參數的組成；〔2〕靈虛電壓分布規律；〔3〕零序電流的大小及流動規律；〔4〕故障電路與非故障線路零序功率方向；〔5〕故障電流的大小及流動規律；〔6〕故障后電壓方向機對稱性變化；〔7〕故障對電力系統運行的危害；〔8〕對保護切除故障速度的要求；圖2-17系統接線圖答：〔1〕零序等值網絡及零序參數的組成：以線路AB末端發生單相接地為例，中性點直接接地系統零序等值圖如圖2—18所示。由圖2—18可見，從故障點看進去的零序阻抗為母線B引出的三個分支的并聯，等值阻抗值較小，出現單相接地后系統中會有較大的零序電流。中性點非直接接地系統，零序網絡由同級電壓網絡中元件對地的等值電容構成通路，其零序等值圖如圖2—19所示。圖2-18線路AB末端故障時中性點直接接地系統零序等值圖圖2-19中性點非直接接地系統零序等值圖由圖2—19可見，故障點的等值阻抗為三個對地容抗的并聯，由于分布電容的容值較小、阻抗較大，因此故障點的零序等值阻抗也較大，接地不會產生較大的零序電流。零序電壓分布規律：中性點直接接地系統中，故障點零序電壓最高，距離距離故障點越遠下降越多，在變壓器中性點處降為0。在中性點非直接接地系統中，假設不計微小的零序電容電流在線路阻抗上產生的微小壓降，那么統一電壓等級的整個系統的零序電壓都一樣〔及三相變壓器之間的一局部系統〕。〔3〕零序電流的大小及流動規律：中性點直接接地系統中，零序電流的大小同系統的運行方式和系統各局部的零序阻抗的大小都有關系，零序電流在故障點與變壓器中性點之間形成回路。非直接接地系統中，零序電流的大小依賴于系統地相電動勢和線路的對地電容。零序電流從故障點流出通過線路的對地電容流回大地。非故障元件的零序電流就是該線路本身的對地電容電流，故障元件中流過的零序電流，數值為全系統所有非故障元件對地電容電流值之和，再有消弧線圈的情況下，那么是全系統所有非故障元件對地電容電流值與消弧線圈中的電感電流值相量和。〔4〕故障線路與非故障線路靈虛功率方向：中性點直接接地系統中，在故障線路上零序功率方向表現為線路流向母線；在非故障線路上，靠近故障點的一側，零序功率方向由母線流向線路，而遠離故障點的一側，零序功率方向由線路流向母線。中性點非直接接地系統中，故障線路上電容性無功功率方向為線路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向為母線流向線路。〔5〕故障電流的大小及流動規律：中性點直接接地系統中，由于故障點和網絡中變壓器中性點形成回路，因此故障相電流較大。故障電流有故障電流向中性點。中性點非直接接地系統中，由于不構成短路回路而只經過對地電容形成回路，因此接地相電流很小。由于接地電流相對于負荷電流較小，基本上不影響負荷電流的分布、〔6〕故障后電壓的變化及對稱性變化：中性點直接接地系統中，故障后三相的相電壓和線電壓都不在對稱。中性點非直接接地系統中，故障后接地相電壓降為0，非接地相對于低電壓升高至原電壓的倍，但三相之間線電壓依然保持對稱。〔7〕故障對電力系統的危害：中性點直接接地系統中，故障相電流很大，對系統危害很大。中性點非直接接地系統中，故障相電流很小，而且三相之間的線電壓任然保持對稱，對負荷的供電沒有影響，一般情況下，對系統危害不大。〔8〕對保護切除故障速度的要求：中性點直接接地系統中，由于接地相電流很大，為防止損壞設備，應迅速切除接地相甚至三相。中性點非直接接地系統中，由于故障點電流很小，切三項之間的線電壓仍對稱，可以允許再運行1~2h，同時發出信號。2.23圖2—17所示系統中變壓器中性點全部不接地，如果發現單相接地，試答復：〔1〕比較故障線路與非故障線路中零序電流、零序電壓、零序功率方向的差異。〔2〕如果在接地電流過的電容電流超過10A〔35KV系統〕、20A〔10KV系統〕、30A〔3~6KV系統〕時，將裝設消弧線圈，減小接地電流，表達用零序電流實現選線的困難。〔3〕表達用零序功率方向實現選線的困難。〔4〕表達拉路停電選線存在的問題。答：〔1〕零序電流、零序電壓、零序功率的方向：零序電流：在非故障線路中流過的電流其數值等于本身的對地電容電流，在故障線路中流過的零序電流數值為全系統所有非故障元件對地電容電流之和。零序電壓：全系統都會出現量值等于相電壓的零序電壓，個點零序電壓基本一樣。零序功率方向：在故障線路上，電容性無功功率方向為線路流向母線；在非故障線路上，電容性無功功率方向為母線流向線路。〔2〕裝設消弧線圈后，上述零序電流的分布規律發生變化，接地線路中的零序電流為消弧線圈補償后的參與電流，其量值較小，零序過電流元件將無法整定；零序電流的量值有可能小于非故障線路的零序電流，所以零序電流群體比幅原理也將無法應用。〔3〕用零序功率方向選線困難：由于一般采用的是過補償，流經故障線路的的零序電流是流過消弧線圈的零序電流與非故障元件零序電流之差，而電容無功功率方向是由母線流向線路〔實際上是電感性無功功率由線路流向母線〕，零序功率方向與非故障線路一致，因此無法利用功率方向來判斷故障線路。〔4〕拉路停電選線存在的問題：1〕需要人工操作，費時、費力，自動化程度低；2〕需要依次斷開每一條線路，影響供電可靠性，假設重合閘拒動，可能造成較長時間的停電。2.24小結以下電流保護的基本原理、使用網絡并闡述其優缺點：〔1〕相間短路的三段式電流保護；〔2〕方向性電流保護；〔3〕零序電流保護；〔4〕方向性零序電流保護；〔5〕中性點非直接接地系統中的電流電壓保護。答：〔1〕相間保護的三段式保護：利用短路故障時電流顯著增大的故障特征形成判據構成保護。其中速斷保護按照躲開本線路末端最大短路電流整定，保護本線路的局部；限時速度按保護按躲開下級速度按保護末端短路整定，保護本線路全長；速斷和限時速斷的聯合工作，保護本線路短路被快速、靈敏切除。過電流保護躲開最大負荷電流作為本線路和相鄰線路短路時的后備保護。主要優點是簡單可靠，并且在一般情況下也能滿足快速切出故障的要求，因此在電網中特別是在35KV及以下電壓等級的網絡中獲得了廣泛的應用。缺點是它的靈敏度受電網的接線以及電力系統的運行方式變化的影響。靈敏系數和保護范圍往往不能滿足要求，難以應用于更高等級的復雜網路。〔2〕方向性電流保護：及利用故障是電流復制變大的特征，有利用電流與電壓間相角的特征，在短路故障的流動方向正是保護應該動作的方向，并且流動幅值大于整定幅值時，保護動作跳閘。適用于多斷電源網絡。優點：多數情況下保證了保護動作的選擇性、靈敏性和速動性要求。缺點：應用方向元件是接線復雜、投資增加，同時保護安裝地點附近正方向發生是你想短路時，由于母線電壓降低至零，方向元件失去判斷的依據，保護裝置據動，出現電壓死區。〔3〕零序電流保護：正常運行的三相對稱，沒有零序電流，在中性點直接接地電網中，發生接地故障時，會有很大的零序電流。故障特征明顯，利用這一特征可以構成零序電流保護。適用網絡與110KV及以上電壓等級的網絡。優點：保護簡單，經濟，可靠；整定值一般較低，靈敏度較高；受系統運行方式變化的影響較小；系統發生震蕩、短時過負荷是不受影響；沒有電壓死區。缺點：對于短路線路或運行方式變化較大的情況，保護往往不能滿足系統運行方式變化的要求。隨著相重合閘的廣泛應用，在單項跳開期間系統中可能有較大的零序電流，保護會受較大影響。自耦變壓器的使用使保護整定配合復雜化。〔4〕方向性零序電流保護：在雙側或單側的電源的網絡中，電源處變壓器的中性點一般至少有一臺要接地，由于零序電流的實際流向是由故障點流向各個中性點接地的變壓器，因此在變壓器接地數目比較多的復雜網絡中，就需要考慮零序電流保護動作的方向性問題。利用正方向和反方向故障時，零序功率的差異，使用功率方向元件閉鎖可能誤動作的保護，從而形成方向性零序保護。優點：防止了不加方向元件，保護可能的誤動作。其余的優點同零序電流保護。缺點：同零序電流保護，接線較復雜。〔5〕中性點非直接接地系統中的電流電壓保護：在中性點非直接接地系統中，保護相間短路的電流、電壓保護與中性點直接接地系統是完全一樣的。僅有單相接地時二者有差異，中性點直接接地系統中單相接地形成了短路，有短路電流流過，保護應快速跳閘，除反響相電流幅值的電流保護外，還可以采用專門的零序保護。而在中性點非直接接地系統中單相接地時，沒有形成短路，無大的短路電流流過，屬于不正常運行，可以發出信號并指出接地所在的線路，以便盡快修復。當有單相接地時全系統出現等于相電壓的零序電壓，采用零序電壓保護報告有單相接地發生，由于沒有大短路電流流過故障線路這個明顯特征，而甄別接地發生在哪條線路上那么困難得多。一般需要專門的“單相接地選線裝置〞，裝置依據接地與非接地線路基波零序電流大小、方向以及高次諧波特征的差異，選出接地線路。3電網距離保護3.1距離保護是利用正常運行與短路狀態間的哪些電氣量的差異構成的答：電力系統正常運行時，保護安裝處的電壓接近額定電壓，電流為正常負荷電流，電壓與電流的比值為負荷阻抗，其值較大，阻抗角為功率因數角，數值較小；電力系統發生短路時，保護安裝處的電壓變為母線剩余電壓，電流變為短路電流，電壓與電流的比值變為保護安裝處與短路點之間一段線路的短路阻抗，其值較小，阻抗角為輸電線路的阻抗角，數值較大，距離保護就是利用了正常運行與短路時電壓和電流的比值，即測量阻抗之間的差異構成的。3.2什么是保護安裝處的負荷阻抗、短路阻抗、系統等值阻抗答：負荷阻抗是指在電力系統正常運行時，保護安裝處的電壓〔近似為額定電壓〕與電流〔負荷電流〕的比值。因為電力系統正常運行時電壓較高、電流較小、功率因數較高〔即電壓與電流之間的相位差較小〕，負荷阻抗的特點是量值較大，在阻抗復平面上與R軸之間的夾角較小。短路阻抗是指在電力系統發生短路時保護安裝處的電壓變為母線剩余電壓，電流變為短路電流，此時測量電壓與測量電流的比值就是短路阻抗。短路阻抗即保護安裝處與短路點之間一段線路的阻抗，其值較小，阻抗角交大。系統等值阻抗：在單個電源供電的情況下，系統等值阻抗即為保護安裝處與背側電源點之間電力元件的阻抗和；在由多個電源點供電的情況下，系統等值阻抗即為保護安裝處斷路器斷開的情況下，其所連接母線處的戴維南等值阻抗，即系統等值電動勢與母線處短路電流的比值，一般通過等值、簡化的方法求出。3.3什么是故障環路相間短路與接地短路所構成的故障環路的最明顯差異是什么答：在電力系統發生故障時，故障電流流過的通路稱為故障環路。相間短路與接地短路所構成的故障環路的最明顯差異是：接地短路的故障環路為“相-地〞故障環路，即短路電流在故障相與大地之間流通；對于相間短路，故障環路為“相-相〞故障環路，即短路電流僅在故障相之間流通，不流向大地。3.4構成距離保護為什么必須用故障環上的電流、電壓作為測量電壓和電流答：在三相系統中，任何一項的測量電壓與測量電流值比都能算出一個測量阻抗，但是只有故障環路上的測量電壓、電流之間才能滿足關系，即由它們算出的測量阻抗才等于短路阻抗，才能夠正確反響故障點到保護安裝處之間的距離。用非故障環上的測量電壓與電流雖然也能算出一個測量阻抗，但它與故障距離之間沒有直接的關系，不能正確的反響故障距離，雖然不能構成距離保護。3.5為了切除線路上各種類型的短路，一般配置哪幾種接線方式的距離保護協同工作答：保護裝置一般只考慮簡單故障，即單相接地短路、兩相接地短路、兩相不接地故障和三相短路故障四種類型的故障。再110KV及以上電壓等級的輸電線路上，一般配置保護接地短路的距離保護和保護相間短路的距離保護。接地距離保護的接線方式引入“相——地〞故障環上的測量電壓、電流，能夠準確的反響單相接地、兩相接地和三相接地短路；相間距離保護接線方式映入“相——相〞故障換上的測量電壓、電流，能夠準確地反響兩相接地短路、兩相不接地短路和三相短路。即對于單線接地短路，只有接地距離保護接線方式能夠正確反響；對于兩相不接地短路，只有相間距離保護接線方式能夠正確反響；而對于兩相接地短路及三相短路，兩種接線方式都能夠正確反響。為了切除線路上的各種類型的短路，兩種接線方式都需要配置，兩者協同工作，共同實現線路保護。由于相間距離保護接線方式手過渡電阻的影響較小，因此對于兩相接地短路及三相故障，盡管理論上兩種接線方式都能夠反響，但一般多為相間距離保護首先跳閘。3.6在本線路上發生金屬性短路，測量阻抗為什么能夠正確反響故障的距離答：電力系統發生金屬性短路時，在保護安裝處所測量Um降低，Im增大，它們的比值Zm變為短路點與保護安裝處之間短路阻抗Zk;對于具有均勻參數的輸電線路來說，Zk與短路距離Lk成正比關系，即Zm=Zk=Z1Lk(Z1=R1+jX1,為單位長度線路的復阻抗)，所以能夠正確反響故障的距離。3.7距離保護裝置一般由哪幾局部組成簡述各局部的作用。答：距離保護一般由啟動、測量、振蕩閉鎖、電壓回路斷線閉鎖、配合邏輯和出口等幾局部組成，它們的作用分述如下：(1)啟動局部：用來判別系統是否發生故障。系統正常運行時，該局部不動作；而當發生故障時，該局部能夠動作。通常情況下，只有啟動局部動作后，才將后續的測量、邏輯等局部投入工作。(2)測量局部：在系統故障的情況下，快速、準確地測定出故障方向和距離，并與預先設定的保護范圍相比較，區內故障時給出動作信號，區外故障時不動作。(3)振蕩閉鎖局部：在電力系統發生振蕩時，距離保護的測量元件有可能誤動作，振蕩閉鎖元件的作用就是正確區分振蕩和故障。在系統振蕩的情況下，將保護閉鎖，即使測量元件動作，也不會出口跳閘；在系統故障的情況下，開放保護，如果測量元件動作且滿足其他動作條件，那么發出跳閘命令，將故障設備切除。(4)電壓回路斷線局部：電壓回路斷線時，將會造成保護測量電壓的消失，從而可能使距離保護的測量局部出現誤判斷。這種情況下應該將保護閉鎖，以防止出現不必要的誤動。(5)配合邏輯局部：用來實現距離保護各個局部之間的邏輯配合以及三段式保護中各段之間的時限配合。(6)出口局部：包括跳閘出口和信號出口，在保護動作時接通跳閘回路并發出相應的信號。3.8為什么阻抗繼電器的動作特性必須是一個區域答：阻抗繼電器在實際情況下，由于互感器誤差、故障點過度電阻等因素影響，繼電器實際測量到的Zm一般并不能嚴格地落在與同向的直線上，而是落在該直線附近的一個區域中。為保證區內故障情況下阻抗繼電器都能可靠動作，在阻抗復平面上，其動作的范圍應該是一個包括對應線段在內，但在的方向上不超過的區域，如圓形區域、四邊形區域、蘋果形區域、橄欖形區域等。(a)〔b〕〔c〕〔d〕〔e〕圖3-2常見阻抗繼電器的動作特性〔a〕偏移圓阻抗特性；〔b〕方向圓阻抗特性；〔c〕全阻抗圓特性；〔d〕“8〞字形特性；〔e〕四邊形特性3.9畫圖并解釋偏移特性阻抗繼電器的測量阻抗、整定阻抗和動作阻抗的含義。答：偏移特性阻抗繼電器的動作特性如圖3—3所示，各電氣量標于圖中。測量阻抗就是保護安裝處測量電壓與測量電流之間的比值，系統不同的的運行狀態下〔正常、震蕩、不同位置故障等〕，測量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。在斷路故障情況下，由故障環上的測量電壓、電流算出測量阻抗能夠正確的反響故障點到保護安裝處的距離。對于偏移特性的阻抗繼電器而言，整定阻抗有兩個，即正方向整定阻抗和反方向整定阻抗，它們均是根據被保護電力系統的具體情況而設定的常數，不隨故障情況的變化而變化。一般取繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗作為整定阻抗。動作阻抗：是阻抗元件處于臨界動作狀態對應的測量阻抗，從原點到邊界圓上的矢量連線稱為動作阻抗，通常用來表示。對于具有偏移特性的阻抗繼電器來說，動作阻抗并不是一個常數，二是隨著測量阻抗的阻抗角不同而不同。圖3-3偏移阻抗特性圓3.10解釋什么是阻抗繼電器的最大靈敏角，為什么通常選定線路阻抗角為最大靈敏角答：當測量阻抗Zm的阻抗角與正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等時，阻抗繼電器的動作阻抗最大，正好等于Zset1,即Zop=Zset1,此時繼電器最為靈敏，所以Zset1的阻抗角又稱為最靈敏角。選定線路阻抗角為最大靈敏角，是為了保證在線路發生金屬性短路的情況下，阻抗繼電器動作最靈敏。3.11導出具有偏移圓特性的阻抗繼電器的絕對值比較動作方程和相位比較動作方程。答：如圖3—4所示偏移阻抗特性圓，在阻抗復平面上，以與末端的連線為直徑作出的圓就是偏移特性圓，圓心為，半徑為測量阻抗落在圓內或圓周上時，末端到圓心的距離一定小于或等于圓的半徑，而當測量阻抗落在圓外時，末端到圓心的距離一定大于圓的半徑，所以絕對值比較動作方程可以表示為當阻抗落在下局部圓周的任一點上時，有當阻抗落在左上局部圓周的任一點上時，有當阻抗落在圓內的任一點時，有所有阻抗繼電器的相位比較動作方程為圖3-4偏移阻抗特性圓3.12阻抗繼電器的絕對值比較動作方程和相位比較動作方程之間的關系是什么答：設絕對值比較式中“〞左側的阻抗記為，右側的阻抗記為，那么絕對值比較動作條件的一般表達式為；設相位比較式中分子、分母的阻抗分別用表示，那么相位比較動作條件的一般表達式為。可以得出四個量之間關系為3.13特性經過原點的方向阻抗繼電器有什么優點和缺點畫出相間距離和接地距離繼電器絕對值比較動作回路、相位比較動作回路的交流接線圖。答：特性經過原點的方向繼電器的優點是阻抗元件本身具有方向性，只在正向區內故障時動作，反方向短路時不會動作。其主要缺點是動作特性經過坐標原點，在正向出口或反向出口短路時，測量阻抗的阻抗值都很小，都會落在坐標原點附近，正好處于阻抗元件臨界動作的邊沿上，有可能出現正向出口短路時拒動或反向出口短路時誤動的情況。方向阻抗繼電器絕對值比較動作回路、相位比較動作回路的交流接線圖分別如圖3—5和圖3—6所示〔以圓特性的方向阻抗元件為例〕。3.14什么是距離繼電器的參考電壓其工作電壓作用是什么選擇參考電壓的原那么是什么答：在相位比較的距離繼電器中，用作相位比較的電壓稱為參考電壓，也叫做極化電壓，例如在相位比較式中，用電壓判斷相位是否符合方程式，所以就稱為參考電壓和極化電壓。選擇參考電壓的原那么：相位不隨故障位置變化、在出口短路時不為0的電壓量作為比相的參考電壓，如正序電壓、記憶電壓等。3.15以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器有什么特點其初態特征與穩態特征有何差異答：以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器可消除所有故障的死區，尤其是抑制出口三相對稱短路時三相電壓都降為零而失去比較依據的缺乏；但其動作特性不能長期保持。處態特性與穩態特性差異：①在傳統的模式距離保護中，記憶電壓是通過LC諧振記憶回路獲得的，由于回路電阻的存在，記憶量是逐漸衰減的，故障一定時間后，記憶電壓將衰減至故障后的測量電壓。所有記憶回路產生的僅在故障剛剛發生、記憶尚未消失時是成立的，因此稱之為處態特性；②數字式保護中，記憶電壓就是存放在存儲器中的故障前電壓的采樣值，雖然不存在衰減問題，但故障發生一定時間后，電源的電動勢發生變化，將不再等于故障前的記憶電壓，在用故障前的記憶電壓作為參考電壓，特性也將會發生變化。所以記憶電壓僅能在故障后的一定時間內使用，例如僅在Ⅰ、Ⅱ段中采用。3.16用相位比較方法實現距離繼電器有何優點，以余弦比相公式為例說明之。答：對于兩電氣量比較的距離繼電器而言，絕對值比較與相位比較是可以相互轉換的，所以兩種比較方式都能夠實現距離繼電器。在數字式保護中，一般用相位比較方式實現，主要原因是相位比較方式實現較為簡單。相位比較的動作條件為，該條件可以等值為，即只要判斷其正負，就可以判斷出繼電器是否滿足動作條件，實現十分方便。3.17什么是最小準確工作電流和最小準確工作電壓測量電流或電壓小于最小精工電流或電壓時會出現什么問題答：通常情況下，在阻抗繼電器的最靈敏角方向上，繼電器的動作阻抗就等于其整定阻抗，即Zop=Zset。但是當測量電流較小時，由于測量誤差、計算誤差、認為設定動作門檻等因素的影響，會使繼電器的動作阻抗變小，使動作阻抗降為0.9Zset對應的測量電流，稱為最小準確工作電流，用Iac.min表示。當測量電流很大時，由于互感器飽和、處理電路飽和、測量誤差加大等因素的影響，繼電器的動作阻抗也會減小，使動作阻抗降為0.9Zset對應的測量電流，稱為最大準確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗也會減小，使動作阻抗降為0.9Zset對應的測量電流，稱為最大準確工作電流，用Iac.max表示。最小精工電流與整定阻抗值的乘積，稱為阻抗繼電器的最小精工電壓，常用Uac.min表示。當測量電流或電壓小于最小精工電流電壓時，阻抗繼電器的動作阻抗將降低，使阻抗繼電器的實際保護范圍縮短，可能引起與之配合的其他保護的非選擇性動作。3.18圖3-7所示系統中，發電機以發電機-變壓器方式接入系統，最大開機方式為4臺全開，最小開機方式為兩側各開1臺，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。參數為：kV，==15，==10，=10，=30,=20,=40，=60km，=40km，線路阻抗==0.4/km，=1.2/km，線路阻抗角均為75°，=300A，負荷功率因數角為30°；=1.2，=0.85，=0.75。變壓器均裝有快速差動保護。試答復：圖3-7系統示意圖〔1〕為了快速切除線路上的各種短路，線路A-B、B-C應在何處配備三段式距離保護，各選用何種接線方式各選用何種動作特性答：應在1、2、3、4處配備三段式距離保護；選用接地距離保護接線方式和相間距離保護接線方式；它們的Ⅰ、Ⅱ段選擇具有方向特性的距離保護，Ⅲ段具有偏移特性的距離保護。〔2〕整定保護1~4的距離Ⅰ段，并按照你選定的動作特性，在一個阻抗復平面上畫出各保護的的動作區域。答：線路AB正序阻抗=0.4×60=24線路BC的正序阻抗=0.4×40=16保護1、2的距離保護Ⅰ段=0.85×24=20.4保護3、4的距離保護Ⅰ段=0.85×16=13.6保護1~4距離Ⅰ段在復阻抗平面上的動作區域如圖3-8所示，圓周1、2、3、4分別對應保護1、2、3、4距離Ⅰ段的動作特性。圖3-8保護1~4距離Ⅰ段的動作特性〔3〕分別求出保護1、4接地距離保護的最大、最小分支系數。答：對保護11〕當與相鄰下級線路距離保護Ⅰ段相配合時，有=2.88，=1.592〕當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有=2.88，=2.01對保護41〕當與相鄰下級線路距離保護Ⅰ段相配合時，有=2.26，=1.412〕當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有=1.99，=1.53〔4〕分別求出保護1、4接地距離Ⅱ、Ⅲ段的定值即時限，并校驗靈敏度。答：保護1距離Ⅱ段的整定：1〕整定阻抗：按下面兩個條件選擇。〔a〕當與相鄰下級線路距離保護Ⅰ段相配合時，有=0.75×〔24+1.59×13.6〕=34.218〔b〕當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有=0.75×〔24+2.01×20〕=48.15所以取=34.2182〕靈敏度校驗：=1.43＞1.25，滿足靈敏度要求。3〕動作時限：與相鄰保護3的Ⅱ段配合，有=0.5+0.5=1s，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。保護1距離Ⅲ段的整定：1〕整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有==190.53，=155.932〕靈敏度校驗：〔a〕本線路末端短路時靈敏度系數為=6.50＞1.5〔b〕相鄰設備末端短路時靈敏度系數為≥1.2①相鄰線路末端短路時靈敏系數。利用〔3〕中求靈敏系數的結論，只要令,即可，所以有當、分別取最小值，而、、分別取最大值時，就取最大值，即當=10，=20，=25，=30，=30時，有=2.88，=16，=2.33>1.2②相鄰變壓器靈敏系數校驗，此時=2.88，=20=1.91>1.2所以靈敏度校驗要求。3〕動作時限：與相鄰設備保護配合，有=1s，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。保護4距離Ⅱ段的整定：1〕整定阻抗：按下面兩個條件選擇。〔a〕當與相鄰下級線路距離保護Ⅰ段相配合時，有=0.75×〔16+1.41×20.4〕=33.573〔b〕當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有=0.75×〔16+1.53×20〕=34.95所以取=33.5732〕靈敏度校驗：=2.1＞1.25，滿足靈敏度要求。3〕動作時限：與相鄰保護2的Ⅰ段配合，有=0.5+0.5=1s，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。保護4距離Ⅲ段的整定：1〕整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有==190.53，=155.932〕靈敏度校驗：〔a〕本線路末端短路時靈敏度系數為=9.74＞1.5〔b〕相鄰設備末端短路時靈敏度系數為≥1.2①相鄰線路末端短路時靈敏系數。利用〔3〕中求靈敏系數的結論，只要令,即可，所以有當、分別取最小值，而、、分別取最大值時，就取最大值，即當=12.5，=20，=20，=30，=30時，有=2.21，=24，=2.26>1.2②相鄰變壓器靈敏系數校驗，此時=1.99，=20=2.79>1.2所以靈敏度校驗要求。3〕動作時限：與相鄰設備保護配合，有=1s，它能同時滿足與相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。〔5〕當AB線路中點處發生BC兩相短路接地時，那個地方哪些測量元件動作，請逐一列出。保護、斷路器正常工作條件下，哪些保護的何段以什么時間跳開了哪些斷路器將短路切除。答：當AB線路中點處發生B、C兩相短路接地時，接地保護中：B相、C相的接地距離保護的測量元件動作；相間距離保護中，B、C相間距離保護的測量元件動作。保護、斷路器正常工作條件下，保護1的B,C相的接地距離保護Ⅰ段、BC相間距離保護Ⅰ段、保護2的B，C相的接地距離保護Ⅰ段、BC相間距離保護的Ⅰ段，將在故障瞬間跳開保護1,2處的斷路器，從而將短路故障切除。〔6〕短路條件同〔5〕，假設保護1的接地距離Ⅰ段拒動、保護2處斷路器拒動，哪些保護以時間跳開何斷路器將短路切除。答：保護1的相間距離保護Ⅰ段將在故障瞬間跳開保護1處的斷路器，保護4的距離Ⅲ段延時1s跳開保護4的斷路器。〔7〕假定各保護回路正確動作的概率為90%，在〔5〕的短路條件下，全系統中斷路器不被錯誤切除任意一個的概率是多少體會保護動作可靠性應要求到多高答：假定保護1在發電廠側還有1套遠后備保護，那么線路AB中點短路后應該有4個斷路器的跳閘回路被4套保護啟動，如果各保護回路正確動作的概率只有90%，那么全系統中不被錯誤切除任意一個斷路器的概率是P=0.9×0.9×0.9×0.9=0.6561。3.19什么是助增電流和外汲電流它們對阻抗繼電器的工作有什么影響答：圖3-9〔a〕中母線B上未接分支的情況下，,此時k點短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為在母線B接上分支后，，k點短路時，A處阻抗繼電器KZ1測量到的阻抗為即在相位與相差不大的情況下，分支的存在將使A處感受到的測量阻抗變大，這種使測量阻抗變大的分支就成為助增分支，對應的電流稱為助增電流。類似地圖3-9