《电力系统继电保护》题与习题解答

电力系统继电保护思考题与习题解答 第 1 章 1-1 什么是故障、不正常运行方式和事故？它们之间有何不同？又有何联系？ 答：在电力系统运行中，电气元件发生短路、断线时的状态均视为故障状态。 在电力系统中，三相短路、两相短路、两相接地短路、一相接地短路、两点接地 短路（实际上也属相间短路）和断线统称为电力系统的故障。 在电力系统中可能会出现各种各样的故障，但最常见且最危险的故障就是各种类 型的短路。 电力系统的不正常工作状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没 有发生故障的运行状态。常见的不正常运行状态主要是：过负荷，过电压、系统振荡， 频率降低等。 事故是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，电能质量变到不能容许的程度， 以致造成对用户的停止供电（或少送电）或造成人身伤亡和电气设备的损坏。前者称 为停电事故，后者称为人身和设备事故。 不正常工作状态的性质、后果和危害性有别于故障，长时间的不正常运行有可能 造成故障。电力系统中发生故障和不正常运行状态时，都可能在电力系统中引起事故。 故障和不正常运行方式不可以避免，而事故则可以避免发生。 1-2 什么是主保护和后备保护？远后备保护和近后备保护有什么区别和特点？ 答：主保护：是为满足电力系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切 除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护：是当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。它又分为远后备保 护和近后备保护两种。 远后备保护：指主保护或断路器拒动时，由相邻元件的保护来实现的后备保护。 远后备保护的性能比较完善，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直 流电源引起的拒动，均能起到后备作用，且实现简单、经济。但远后备保护将使停电 的范围扩大，不能满足选择性和速动性的要求。 近后备保护：当主保护拒动时，由本元件的另一套保护来实现的后备保护；当断 路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。 由于近后备保护与主保护安装在同一元件上，所以近后备保护能满足选择性要求。 1-3 继电保护装置的任务及其基本要求是什么？ 答：继电保护装置是指能反应电力系统中电气元件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。它的基本任务是： （1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继 续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。 （2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班 人员）而动作于信号，以便值班人员及时进行处理，或由装置自动进行调整，或将那 些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时保护应有一定的 延时，以免造成保护的误动作。 （3）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时， 采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。 继电保护在电力系统中的主要作用是：通过预防事故或缩小事故范围来提高系统 运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。 对继电保护装置的基本要求是： （1）可靠性 可靠性包括安全性和依赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继 电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓依赖性是要求继电保护在 规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 （2）选择性 所谓选择性是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的 设备或线路从电力系统中切除，以尽量缩小停电的范围。当故障设备或线路的保护或 断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。 （3）速动性 所谓速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、 低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。 （4）灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路或不正常运行情况时，保护 装置的反应能力。 1-4 电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想像一下会出现什么后果？ 答：继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的必不 可少的技术措施之一。在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置或继电保 护装置不完善，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。当故障发生时，不能及时 进行处理，不能及时切除故障，导致电力系统运行不稳定，甚至引起电力系统崩溃， 造成人员伤亡及设备的毁坏，引起事故。 1-5 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：模拟型继电保护装置主要是由测量回路、逻辑回路和和执行回路三个环节来 完成预定的保护功能。 测量回路的作用：是测量与被保护电气设备或线路工作状态有关的物理量的变化， 如电流、电压等的变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出现不正常运行情况。 逻辑回路的作用：是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号，进行逻 辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号。 执行回路的作用：是执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸信号或指示不正 常运行情况的信号。 1-6 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幅值差异，已经 构成哪些原理的保护，这些保护仅靠保护的整定值能切除保护范围内任意点的故障吗？ 答：根据短路时电流的增大，可构成过电流保护；根据短路时电压的降低，可构 成低电压保护；根据短路时电流与电压之间相角的变化，可构成功率方向保护；根据 电压与电流比值的变化，可构成距离保护；根据不对称短路时出现的电流、电压的相 序分量，可构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。 这些保护仅靠保护的整定值不能切除保护范围内任意点的故障。因为保护装置或 断路器可能会因某种原因而产生拒动。 1-7 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：根据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构成差动保护；高频 保护是利用高频通道来传递线路两端电流相位、大小和短路功率方向信号的一种保护。 1-8 结合电力系统分析课程知识，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：快速切除故障可以提高电力系统运行的稳定性。如图： 当 D 点短路时，A 厂的电压 U 下降，转速 n 上升，而 B 厂的电压 U 下降的小 （因距离远） ，转速 n 上升的也小，则出现转速差n，若时间长，失去同步。若时间 短，则相位差不大，易拉入同步，使系统恢复正常。 1-9 从继电保护的发展史，谈与其他学科技术发展的关联性。 答：从继电保护的发展史可以知道，继电保护的发展离不开其他学科技术的发展， 没有继电器的问世，就不会出现继电保护，没有晶体管的产生，就不会出现静态继电 保护形式，没有计算机、微处理器的问世，就不会出现微机继电保护。其他学科技术 的快速发展，带动了继电保护技术的快速发展，所以继电保护技术的发展与其他学科 技术的发展是有很大的关联性的。 第 2 章 2-1 电力系统中性点有哪些运行方式？各有何特点？ 答： 2-2 解释“动作电流” 、 “返回电流”和“返回系数” ，过电流保护返回系数过低或 过高各有何缺点？ 答： 2-3 答： 2-15 答：根据过电流保护动作时限的整定原则：过电流保护的动作时限按阶梯原 则整定，还需要与各线路末端变电所母线上所有出线保护动作时限最长者配合。保护 1 所在线路末端 B 母线上出线动作时间最长的是 ，则保护 1 的过电流保护st5.2max4 的动作时限为 。stt 35.02max41 2-16 答：（ 1）保护 1 电流 I 段整定计算： 求动作电流。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来整定，即 (KA)652.14.03/7625.1LZEKII maxSIrel(3)max1rel1OP 采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为 求动作时限。第 I 段为电流速断， 动作时间为保 护装置的固有动作时间，即)(0I1st 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 则 ，满足要求。在最小运行方式%5067.105%1maxax L 下发生三相短路时的保护范围为 则 ，满足要求。%153.21058.4%10minin L （2）保护 1 电流 II 段整定计算 求动作电流。按与相邻线路保护 I 段动作电流相 配合的原则来整定，即 (KA)217.3514.0/7625.IKI2OPrel1OP 采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为 20.3(A)61.7ITAOPIJ 求动作时限。应比相邻线路保护 I 段动作时限高一个时限级差，即)(5.I21 Stt 灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端（即 K1 点）发生两相金属性 短路时流过保护的电流来校验灵敏系数，即 ，满足要求。3.17.21.5403/6ILZE23IK1OPmaxS1OP(2)minIsen A2.465.1TAOPJKI km.142.3/4.in1ax SOPZIE km82.46./723 max1in SOPZIEZ （3）保护 1 电流 III 段整定计算 求动作电流。按躲过本线路可能流过的最大负 荷电流来整定，即 A059.4872385.01IKImaxLreSIl1OP 采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为 ()18.6047.9ITA1OPIJ 求动作时限。应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差，即 )(5.10.5max3ax2I1 Sttt 灵敏系数校验。 作近后备保护时，利用最小运行方式下本线路末端（即 K1 点）发生两相金属性短 路时流过保护装置的电流来校验灵敏系数，即 ，满足要求。5.1423.10/59.487 362ILZE23IK1OPmaxS1OP(2)minIsen 作远后备保护时，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 短路时流过保护装置的电流来校验灵敏系数，即 ，满足要求。2.1496.10/59.487)3(.623ILZE23IK1OPmaxS1OP(2)minIsen 2-17 答： 2-18 答：（ 1）根据已知条件，通过保护 4 的最大负荷电流为 A150504ImaxL 则保护 4 的过电流保护的动作电流为 294.8.31KIIreaxLSIrlOP （2）保护 4 的过电流保护的整定值不变，当保护 1 所在元件故障被切除后，通过 保护 4 的最大负荷电流为 ，则返回系数为A055ImaxL ，即返回系数低于此值时会造成保6.294.13.IOP4srelr 护 4 误动作。 （3）当 时，保护 4 的过电流保护的灵敏系数为 ，则85.0Kre 2.3KIsen ，A941.8602.5.3IKIop4sen(2)mi 当 时，保护 4 的过电流保护的动作电流为7.0r ，则保护 4 的过电流保护的灵786.3097.1IIremaxLSIrlOP4 敏系数为 。65.28.3094IKOP4(2)inIsen 2-19 答： 3-25 解：线路 AB 的正序阻抗 348.0ABZ 线路 BC 的正序阻抗 26C 1距离 I 段的整定计算 整定阻抗 9.8345.0ABIrelIstZK 动作时限 （I 段的实际动作时限为保护固有动作时间）I 2距离 II 段的整定计算 整定阻抗：按与相邻线路 BC 保护 2 的 I 段配合， I2setABIrelIst ZKZ 取 ， ，则8.0IrelK 4.085.BCIrelI2setZK.43.3IstZ 灵敏系数校验：按本线路末端短路计算，即 ，不满足要求，可考虑与 BC 线路距离 II 段配合。5.1285.ABIsetsn 动作时限：与相邻线路保护的 I 段配合，则stt .0.I2 （1）A 侧保护 1 的距离 I 段的保护范围为 km25.74.098IL 在线路 AB 上距 A 侧 65km 处发生金属性相间短路时，故障点位于 I 段的保护范围 内，所以 A 侧保护 1 的 I 段、II 段都要起动，但 I 段瞬时动作，跳开 A 侧断路器，切 除故障线路，II 段则在故障电流消失后返回。 在线路 AB 上距 A 侧 75km 处发生金属性相间短路时，故障点位于 II 段的保护范