第六章中低压供配电系统保护

1、第六章 中、低压供配电系统保护答案6-1 供配电系统中保护的作用、基本原理是什么？答：供配电系统中保护装置的主要作用是：（1）当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障元件与电源切开，以减轻故障危害，防止事故蔓延，保证其他部分迅速恢复正常生产。（2）当线路及设备出现不正常运行状态时，保护装置发出信号、减负荷或跳闸。保护装置是供配电系统自动化的重要组成部分，是保证系统可靠运行的主要措施之一。供配电系统保护的主要原理是：供配电系统中应用着各种各样的保护装置，尽管它们在结构上各不相同，但基本上都是由测量部分、逻辑部分和执行部分三个部分构成。其中测量部分用来反应和转换被保护对象的各

2、种电气参数，经过变换后，送给逻辑部分，与整定值进行比较，作出逻辑判断，当判别出被保护对象有故障时，起动执行部分，发出操作指令，使断路器跳闸。供配电系统发生故障时，相对于正常运行状态，很多电气量都要发生明显变化。例如：在短路回路中电流会突然增大；故障相的相电压或相间电压会下降，而且离故障点愈近，电压下降愈多，甚至降为零；电压与电流间的相位角会发生变化；测量阻抗（保护安装处电压与电流相量的比值）会发生变化；电气元件两侧电流关系发生变化；出现负序和零序分量等。利用供电系统故障时运行参数与正常运行时参数的差别可以构成各种不同原理的保护装置。6-2 对保护的基本要求有哪些？具体实现通常以什么措施来保证？

3、答：保护装置应满足四项基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。对于反应不正常工作状态，作用于信号的保护装置，则不要求对这四项基本要求都同时满足。（1）选择性 供配电系统通常是单端供电系统，在这种系统中，保护动作的选择性，可采取选择不同延时或不同动作电流的办法得到。（2）速动性 由于故障切除的时间是保护动作的时间和断路器跳闸时间之和，因此，为了保证速动，既要选用快速动作的保护装置，又要选用快速动作的断路器。（3）灵敏性 设计继电保护装置时，都必须进行灵敏系数的校验。灵敏系数的大小根据最不利的运行方式和故障类型来确定。（4）可靠性 要使保护装置可靠地工作，应采用高质量的保护元件；保护装置接钱应

4、力求简单，用尽可能少的元件来完成所需功能；应精心设计计算，正确调试，保证安装质量；并在运行中认真维护和管理。6-3 反应电流过量动作的继电保护中，电流互感器主要有哪几种接线方式？各有什么特点？答：电流保护是反映电流量变化的保护，是供配电系统应用最广泛的一种保护。电流保护的接线方式是指保护装置中电流互感器与继电器的连接方式。正确地选择保护的接线方式，对保护技术、经济性能都有很大影响。常用的电流保护的接线方式有：三相三继电器完全星形接线方式；两相两继电器不完全星形接线方式；两相一继电器电流差接线方式；测零序电流接线方式。（1）三相三继电器完全星形接线方式 这种接线方式对各种形式的短路故障都有反映。

5、当发生任何形式的相间短路时，最少有两相流过短路电流，故最少有两个继电器动作；在中性点直接接地系统中，发生单相接地时有一相流过短路电流，对应相的继电器动作。（2）两相两继电器不完全星形接线方式 这种接线方式，由于两继电器接点为并联后输出信号，所以它能反应各种类型的相间短路，但在没有装电流互感器的一相（如 B相）发生单相短路时，保护装置不会动作，因此多用于小接地电流系统的保护。（3）两相一继电器两相电流差接线方式 这种接线方式采用两个电流互感器和一个继电器。电流互感器非同名瑞相接，流入继电器的电流等于A、C两相电流互感器二次电流之差（几何差）即。在不同的短路类型下，流过继电器的电流与互感器二次电流

6、有不同的关系，因此其接线系数也有不同数值。（4）测零序电流的接线方式 三只电流互感器同名端相接，继电器上流过的电流为三相电流之和，称为零序电流；。对于电缆线路，若欲测其三相电流之和，可使用穿芯式零序电流互感器，互感器二次侧直接得到零序电流。6-4 什么叫继电器的继电特性？答：继电器的信号输出（动作或返回）都是明确、干脆的，他不可能停留在某个中间状态，这就是继电器的继电特性。6-5 继电器的欠量动作元件和过量动作元件的动作值、返回值和返回系数各有什么异同？答：对于过量动作的继电器，返回值总是小于动作值；对于欠量动作的继电器，返回值总是大于动作值。继电器返回值与动作值。的比值称为返回系数，即：通常

7、，以继电器的返回系数来表示其返回值与动作值差异的大小。不同种类继电器的返回系数是不一样的。6-6 常用保护继电器有哪几类？各自的工作特点和工作原理是什么？答：保护继电器有如下的分类方式：（1）按组成元件分 有机电型、晶体管型、集成型等。其中机电型继电器是使用时间最早，一直沿用至今的继电器，有电磁式和感应式两大类。各种继电器之间只是工作原理不同，反映出来的特性是一样的。（2）按反映的物理量分 有电流继电器、电压继电器、功率继电器、瓦斯继电器等。（3）按反映的输入量的大小分 有过量动作继电器和欠量动作继电器。（4）按其在保护装置中的功能分 有起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器等。如上所

8、述，每种继电器都有各自的特定动作值，例如电压继电器，时间继电器等，分别是以电压大小和时间值的长短来进行保护动作的。以这种特点来对不同种类的继电器进行命名和分类，一目了然。6-7 在过电流保护中，继电器的返回系数过低，会对保护造成什么影响？答：过电流保护中，如果继电器的返回系数太低，则说明返回值和动作值之间的差值太小，有可能产生误动作。6-8 什么叫过电流保护的灵敏系数？接线系数的大小对其有何影响？答：对于过电流保护，灵敏系数为：式中 保护装置的保护范围末端，系统最小运行方式下的最小短路电流。保护装置一次侧动作电流，即保护装置动作电流换算至一次测的值。三种接线方式，都有反应三相短路和任何两相的相

9、同短路。但三相完全星形接线和两相不完全星形接线方式的灵敏系数是两相电流差接线方式的灵敏系数的倍。6-9 线路、电力变压器的过电流保护和速断保护的选择性分别采取什么措施来保证？答：电力变压器的过电流保护：保护装置的动作电流整定 一次侧动作电流入。；按大了变压器的最大负荷电流整定，即：式中 -可靠系数，电磁型继电器取1.2，感应型继电器取1.3；-返回系数，取0 85；-变压器的一次侧最大负荷电流。当变压器二次侧有电动机自起动可能时，；当变压器二次侧无电动机自起动可能时，。为变压器的一次侧额定电流。过电流保护继电器动作电流为：电力变压器的速断保护：保护装置的动作电流整定一次侧动作电流入；。；按大于

10、变压器二次侧最大运行方式下三相短路在一次侧的穿越电流来整定，即：式中 可靠系数。电磁型继电器取1.3，感应型继电器取1.5；-最大运行方式下，变压器的二次侧三相短路在一次侧的穿越电流。速断保护继电器动作电流为：6-10 线路的速断保护能保护整条线路吗？为什么？其保护范围与哪些因素有关？答：电流速断保护不能保护线路全长，这可以从图6-15中看出。直线3是表示动作电流Iop.1的，因为它是不随线路长度变化的，所以它的值是不变的。直线3与曲线1和曲线2分别相交于M和N点，在两交点以远处发生短路时，短路电流值将小于动作电流，因此保护不动作。因此M点所对应的横坐标值lmax相当于系统最大运行方式时保护的

11、动作范围，而N点所对应的lmin相当于系统最小运行方式时保护的动作范围。不管是lmax或lmin都小于WL1线路的长度，也就是说电流速断保护的保护范围是小于被保护线路全长的。这种保护装置不能保护的区域，称为“死区”。从这点来看，电流速断保护是不能单独作主保护使用的，必须与其他保护配合。由于电流速断保护的保护范围受系统运行方式变化的影响大。在某些情况下，由于系统的容量小，系统阻抗大，导致lmin趋近于零，甚至完全没有保护范围。由上述分析可知，电流速断保护按定义理解的“灵敏度”是一定不能满足要求的，但因其对提高保护装置的速动性确有好处，所以常将其作为带时限的过电流保护的辅助保护。但要求其最小保护范

12、围应为线路全长的1520，否则即认为其设置没有意义。作为保护范围的量化依据，电流速断保护的灵敏系数，按最小运行方式下保护安装处两相短路校验，要求：6-11 对中压系统线路的单相接地故障一般采用什么保护方式？答：单相接地保护的原理如下：架空线路用三只电流互感器构成零序电流互感器，电缆线路用一只零序电流互感器。单相接地保护利用线路单相接地时的零序电流较系统其他线路单相接地时的零序电流大的特点，实现有选择性的单相接地保护。该保护一般用于变电所出线较多或不允许停电的系统中。当线路发生单相接地故障时，该线路的电流继电器动作，发出信号，以便及时处理。6-12 在中压系统电缆线路的零序电流保护接线中，电缆头

13、的接地线为什么必须穿过零序电流互感器的铁心后才能接地？答：在电缆线路的保护接线中，它的金属保护层的接地线必须穿过零序电流互感器接地，否则互感器的二次侧将不能得到所期望的电流。6-13 对电力变压器的二次侧单相短路故障，可采用什么保护措施？答：中压供配电系统变压器二次侧均为中性点接地运行方式，单相短路电流较大。1用一次侧过电流保护兼作二次侧单相短路保护2二次侧设置零序电流保护6-14 瓦斯保护的作用是什么？它的工作原理是什么？答：瓦斯保护由气体继电器实现，气体继电器设于变压器油箱与油枕的连通管上，当油浸式变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体

14、，它们将从油箱流向油枕。故障程度越严重，产生气体越多，流速越快，甚至气流中还夹杂着变压器油。利用这种气体实现的保护称为瓦斯保护。（1）轻瓦斯保护动作：当故障不严重时，由上触点产生的保护动作称为轻瓦斯保护。（2）重瓦斯保护动作：当出现严重故障时，由下触点产生的保护动作称为重瓦斯保护。6-15 比较中压系统继电保护和低压系统继电保护在动作参数的取得上有何异同？答：继电器是一种自动电器，当输入其中的物理量达到规定值（整定值）时，其输出量发生状态上的改变（接通或断开）。中压系统和低压系统保护用继电器都需要对系统的输入物理量（电压值或电流值等）进行判断并进行动作。不同的时在中压系统中，不是直接将系统的各

15、种物理量当作继电器的输入量，而是通过各种不同的互感器（例如电压互感器或电流互感器）将系统物理量进行一定比例的缩小之后传给继电器进行判断；而在低压系统中，由于系统物理量与中高压系统相比一般比较小，故可以直接将系统的物理参量作为继电器的输入值进行判断和操作。6-16 低压系统的保护元件主要有哪几种？它们分别具有什么样的保护特性？答：低压系统保护元件主要有低压断路器、低压熔断器和剩余电流保护装置等，其保护特性详述如下：1低压短路器的保护特性：（1）作过负荷保护和短路保护时，由“长延时十瞬时”脱扣器组合起来构成非选择性保护。所谓非选择性是指短路保护动作是瞬时的，无时限上的选择性。（2）当无过负荷可能时

16、，可只由“瞬时”脱扣器构成非选择性保护。（3）当短路保护有延时要求时，由“长延时十短延时”脱扣器构成选择性或由“长延时十短延时十瞬时”脱扣器构成选择性保护。但一般采用前者。（4）当短路保护有延时要求，又无过负荷可能时，可由“短延时”脱扣器或由“短延时十瞬时”脱扣器构成选择性保护。2低压熔断器的保护特性（1）低压熔断器可分为全范围分断、部分范围分断两种 全范围分断（g类熔断器），连续承载电流不低于额定电流；可分断最小熔化电流至其额定分断电流之间的各种电流。 部分范围分断（a类熔断器），其连续承载电流不低于额定电流；只能分断低倍额定电流至其额定分断电流之间的各种电流。（2）低压熔断器的约定熔断特性

17、 当有上下级熔断器选择性配合要求时应考虑过电流选择比。过电流选择比是指上下级熔断器之间满足选择性要求的额定电流最小比值，它和熔体的极限分断电流、值和时间一电流特性有密切关系。一般需根据制造厂提供的数据或性能曲线进行较详细的计算和整定来确定。g类熔断体的过电流选择比有1.6：1和2：1两种。3剩余电流保护装置的保护特性剩余电流保护装置应保证将作用于人体的电流和其时间限制在允许范围内。即限制通入人体的电量Q=It。若以剩余电流保护装置作为电击保护装置，则其特征应在电击保护特征的下方在大量实验数据的支持下，应用中，各国多以50MA.s作安全基准，考虑安全系数，用30mAS作为电击保护装置的动作特性。

18、剩余电流保护装置除了可以作为电击保护装置以外，还可及时发现回绝缘损坏等造成的火灾隐患。6-17 低压系统的带电导体系统型式主要有哪几种？答：带电导体是指相线和中性线，即在正常运行中会有工作电流流过的导体，我国常用的交流带电导体系统型式有：单相二线制、两根三线制、三相三线制及三相四线制。6-18 低压系统的系统接地型式主要有哪几种？答：低压系统的系统接地型式有以下几种：1 TN系统：TN系统的接地故障一般为金属性短路。2 TT系统：TT系统发生接地故障时，故障电路内包含外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻。TT系统故障电路阻抗大，故障电流小，故障点未被熔焊而呈现接触电阻，其阻值难以估算。3

19、IT系统：IT系统接地故障分为第一次接地故障和第二次接地故障。发生第一次接地故障时，故障电流为另两相对地电容电流的相量和，故障电流小，外露导电部分的故障电压限制在50V以下，不构成对人体的危害；当IT系统的外露导电部分单独接地或成组地用各自的接地极接地时，其防电击要求和TT系统相同，当IT系统的外露导电部分用共同的接地极接地时，其防电击要求和TN系统相同。6-19 为什么不同的低压系统接地型式的接地故障保护方式不同？答：不同的低压系统接地型式的故障保护方式不同，本质上是由于不同低压系统接地型式的故障特征是不同的，在TN、TT、IT系统中表现出来的故障特征各不相同。另外，保护方式还因为故障回路的

20、阻抗的不同而不同，所以接地保护相对比较复杂，视不同的系统形式和故障特征而异。6-20 某10kV线路，线路上最大负荷电流为180A，线路首、末端的短路电流如图6-35所示，下级线路首端的过电流保护动作时间是0.5s。试分别用电磁型继电器和感应型继电器对线路进行相间短路保护。并画出保护装置的接线原理图。解：1 用电磁型电流继电器进行相间短路保护（原理接线图见6-19）（1）确定保护装置的结线方式 （2）确定电流互感器的变化所以取（查Page295附录15）（3）定时限过电流保护（Kre=0.85） 动作电流的整定（Krel=1.151.25取1.2）（取4.5A）则： 动作时间的整定 保护灵敏度

21、的校验，满足要求。（4）速断电流保护（Kre=1.21.3取1.2） 动作电流整定 保护灵敏度的校验，不满足要求。2用感应型电流继电器进行相间短路保护（1）确定保护装置原理接线图如下图所示，结线方式用感应型电流继电器进行相间短路保护原理接线图（2）确定电流互感器的变流比所以取（查Page295附录15）（3）过电流保护（反时限）（Kre=0.8） 动作电流的整定（Krel=1.151.25取1.2） 保护灵敏度的校验，满足要求。 动作时间的整定对应的动作电流倍数（倍）折算成10倍动作电流的时间为0.7S（查P191图6-20）。（4）速断电流保护（Kre=1.41.5取1.5） 动作电流整定

22、保护灵敏度的校验，不满足要求。6-21 某10kV系统，有WL1WL10线路10条。其中，WL1WL3为架空线路，长度分别为2km、3km、2.5km；WL4WL10为电缆线路，长度分别为2km、1.5km、3km、2.5km、2km、0.5km、1km。试分别对WL1和WL6线路进行零序电流保护。解：（1）计算整个系统的单相接地电容电流（查P188表6-2，=16%）（2）对WL1架空线路进行零序电流保护 WL1线路的单相接地电容电流 零序电流保护整定计算零序电流互感器的变比，取一次侧动作电流继电器动作电流动作时间t=0.5s保护灵敏度,满足要求。（3）对WL6电缆线路进行零序电流保护 WL6线路的单个接地电容电流 零序电流保护整定计算零序电流互感器的变比，取一次侧动作电流继电器动作电流动作时间t=0.5s保护灵敏度，满足要求。6-22 某变电站有1250kVA，100.4kV，D，yn11干式变