继电保护期末试题3西南交大

1、什么是保护安装处的负荷阻抗、短路阻抗、系统等值阻抗 答：负荷阻抗是指在电力系统正常运行时，保护安装处的电压（近似为额定电压）与 电流（负荷电流） 的比值。 因为电力系统正常运行时电压较高、 电流较小、 功率因数较高 （即 电压与电流之间的相位差较小） , ,负荷阻抗的特点是量值较大，在阻抗复平面上与R R 轴之间的夹角较小。短路阻抗是指在电力系统发生短路时，保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变 为短路电流， 此时测量电压与测量电流的比值即为短路阻抗。 短路阻抗即保护安装处与短路 点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角较大。系统等值阻抗：在单个电源供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处与背

2、侧电源 点之间电力元件的阻抗和；在多个电源点供电的情况下， 系统等值阻抗即为保护安装处断路 器断开的情况下， 其所连接母线处的戴维南等值阻抗， 即系统等值电动势与母线处短路电流 的比值，一般通过等值、简化的方法求出。什么是故障环路相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么 答：在电力系统发生故障时，故障电流流通的通路称为故障环路。相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是：接地短路点故障环路为 “相地” 故障环路， 即短路电流在故障相与大地之间流通； 对于相间短路， 故障环路为 “相 相”故障环路，即短路电流仅在故障相之间流通，不流向大地。构成距离保护为什么必须用各种环上的电压

3、、电流作为测量电压和电流 答：在三相电力系统中，任何一相的测量电压与测量电流之比都能算出一个测量阻抗， 但是只有故障环上的测量电压、电流之间才满足关系U&mI&mZmI&mZkI&mZ1Lk，即由它们算出的测量阻抗才等于短路阻抗， 才能够正确反应故障点到保护安装处之间的距离。 用非故 障环上的测量电压与电流虽然也能算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关 系，不能够正确地反应故障距离，所以不能构成距离保护。解释什么是阻抗继电器的最灵敏角，为什么通常选定线路阻抗角为最灵敏角。答：当测量阻抗角 Zm的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于Zset1

4、，即Zop Zset1 ，此时继电器最为灵敏，所以 Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。选定线路阻抗角为最灵敏角，是为了保证在线路发生金属性短路点情况下，阻抗继电 器动作最灵敏。以记忆电压为参考的距离继电器有什么特点其初态特性与稳态特性有何差别 答：以记忆电压为参考电压的距离继电器可以消除所有故障点死区，尤其是克服出口 三相对称性短路时三相电压都降为 0 0 而失去比较依据的不足；但其动作性不能长期保持。初态特性与稳态特性差别： （1 1）在传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过 LCLC 谐 振记忆回路获得的， 由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的， 故障一定时间后。记忆电 压将衰减至故障后

5、的测量电压。 所有由记忆回路产生的结论仅在故障刚刚发生、 记忆尚未消 失时是成立的， 因此称之为初态特性； （2 2）数字式保护中，记忆电压就是存放在存储器中的 故障前电压的采样值， 虽然不存在衰减问题， 但故障发生一定时间后， 电源的电动势发生变 化，将不再等于故障前的记忆电压， 再用故障前的记忆电压作为参考电压， 特性也将发生变 化。所以记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用，例如仅在I I、IIII 段中采用。图 3 37 7 所示系统中，发电机以发电机变压器组方式接入系统，最大开机方式为4 4 台机全开，最小开机方式为两侧各开 1 1 台机，变压器 T5T5 和 T6T6 可能 2 2

6、台也可能 1 1 台运行。其参 数为：KJ 0.75, ,变压器均装有快速差动保护。试解答：(1) 为了快速切除线路上的各种短路，线路A AB B、B B C C 应在何处配备三段式距离保护，各选用何种接线方式各选用何种动作特性答：应在 1 1、2 2、3 3、4 4 处配备三段式距离保护；选用接地距离保护接线方式和相间距离保 护接线方式；它们的 I I、I II I段选择具有方向特性的距离保护，IIIIII 选用具有偏移特性的距离保护。(2) 整定保护 1 1 4 4 的距离 I I 段，并按照你选定的动作特性，在一个阻抗复平面上画出各保护 的动作区域。答： 线路 ABAB 的正序阻抗Z A

7、BZLA B0.4 60 24线路 BCBC 的正序阻抗ZBCZLB C0.4 40 16保护 1 1、2 2 的距离 I I 段 zSet/,2 KZAB0.85 24 20.4()保护 3 3、4 4 的距离 I I 段 zSet34KZBC 0.85 16 13.6()保护 1 1 4 4 距离保护在阻抗平面上的动作区域如图1 1 所示，圆周 1 1、2 2、3 3、4 4 分别对应保护 1 1、2 2、3 3、4 4 距离 I I 段的动作特性。(3)分别求出保护 1 1、4 4 接地距离 IIII 段的最大、最小分支系数。答：对保护 1 1：1)1)当与相邻下级线路距离保护I I 段

8、配合时，有 K1b.max2.88，K1b.min 1.592)2)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 K1b.max2.88，K1b.min2.01对保护 4 4 :、1)1)当与相邻下级线路距离保护I I 段配合时，有 K4b.max 2.26 , Kqb.min1.412)2)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有 K4b.max1.99 , K4b.min1.53详细计算见后面的附录。(4)分别求出保护 1 1、4 4 接地距离 IIII、山段的定值及时限，并校验灵敏度。答：保护 1 1 距离 IIII 段的整定：7575X1.T1: X1.T4LA B60km ,10 , X0.T1

9、 :X0.T430LB C 40km；线路阻抗,X1.T5X1T620Z1 Z2 0.4 km , Z0X0.T5X0.T640；1.2 km，线路阻抗角均为，IA B.LmaxICB.LmaxE 115 3kV ; XIGIX2.GI XIG2 X2.G215X1.G3X2.G3X1.G4X2G4101 1)整定阻抗：按下面两个条件选择。(a a)当与相邻下级线路距离保护I I 段相配合时，有11有K1b.max23 7231_25 42.88悬ZnextZBC 16()Ksen(2)Zset.1155.93ZABK1b.maxZnext2.23242.88 161.2zSIet.1K；ei

10、(ZABKib.minZSet3)5(24 1.59 13.6)34.218()(b)(b)当与相邻变压器的快速保护相配合时，有ZSIet.1Kh(ZAB Kib.minZt) .75(242.01 2)48.15()ZtX1.T5X1.T622)2)灵敏度校验：SZ；134；8 1.43 1.25, ,满足灵敏度要求。3 3)动作时限：与相邻保护3 3 的 I I 段配合，有 1 t；t 0.5 .5s，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 1 1 距离 IIIIII 段的整定：1 1)整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有ZL.minl.min.9 11&

11、Lmax、，；3.319.53()Zset.1KrelZL.min取Krel .83，KSS1.2，Kre2 和 set75KSSKrecos(set3，于是L)Z%183 19.53155.93()1.2 1.2 cos(75 3 )2 2)灵敏度校验：(a(a)本线路末端短路时灵敏系数为ZIIIKsen(1)益詈6.5(b)(b)相邻设备末端短路时灵敏系数为Ksen(1)ZIII_ set.1_ 1 2ZABK1b.maxZnext相邻线路末端短路时灵敏系数。禾 U U 用问题(XBC，XCK即可，所以有中求灵敏系数的结论，只要令XBKK1b 12X12.XAB3X56.X12.1 XAC

12、1X34.X34.1X56.(1XBC )(1X56.X34.X12.XAB当X34.1,值，即当X34.1minX56.O 分别取最小值，1，X56.min而 X12.1、X34.、X12.分别取最大值时，K1b 就取最大2，X12.1max25，X34.max3，X12.max3，相邻变压器末端短路时灵敏系数。此时K1b.max288，ZnextZt20()Ksen(2)ZhZABK1b.maxZnext155.931.911.224 2.88 20ZnextX1.T5X1.T620所以灵敏度校验满足要求。3 3）动作时限：与相邻设备保护配合，有屮 t 0.50.5 1s,它能同时满足线路

13、保护和相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。 保护 4 4 距离IIII 段的整定：1 1）整定阻抗：按下面两个条件选择。（a a）当与相邻下级线路距离保护I I 段相配合时，有Zset4叮|(至。K4b.minZset2)0.75(16 1.41 20.4)33.573(（b b）当与相邻变压器的快速保配合时，有ZtX1.T5X1T6所以取 Zset42 2）灵敏度校验：KsenK4b.minZt)0.75(16 1.53 20)34.95(2033.573(Zset.4ZBC咤 2.11.25163 3）动作时限：与相邻保护 2 2I I 段配合，有 t4t20.5s ， 它能同时满足与

14、相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。保护 4 4 距离 IIIIII 段的整定：1 1)整定阻抗：按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定,ZU&_.min.911019053(、ZIIIZLminimx 3 0.3190.53()Zset4取Krel 83，Kss 1.2，K 1.2 和 set 75，III0.83 190.53Zset4- 155.93()set4 1.2 1.2 cos(75 30 )ZL.minKrelKssKrecos(set 1)L30 , ,于是2 2）灵敏度校验：（a a）本线路末端短路时灵敏系数为“鑿釁974 -（b b）相邻设备末端短路时灵敏系数为Ksen

15、(2)_ 2ZBCK4b.maxZnext相邻线路末端短路时灵敏系数。经分析可得1X56.02 _1_ X56.0(1XABO)(1X56.0X34.OXBC031 X34.1XAC1X12.0X12.0X34.0XBCOX12.1当 X12.1、X56.0、分别取最小值，而X34.1、X12.0、X34.0 分别取最大值时，K4b 就取取大值，即当X12.1min12.5,X56.0min20,X34.1max20,X12.0max30,X34.0max30有1K4b.max 12021207220 (1 )(1 ) 30 48 3120 40 乜 03030 4812.5ZlllKsen(

16、2)-set155.932.26 1.2Sen(2)-BC K4b.max-next16 2.21 24-nextZAB24相邻变压器末端短路时灵敏系数。此时ZnextX1.T5X1T620所以灵敏度校验满足要求。tjt；t 0.5 0.5 1s，它能同时满足与相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。（5 5）当 ABAB 线路中点处发生 BCBC 两相短路接地时，哪些地方的哪些测量元件动作，请逐一列 出。保护、断路器正常工作情况下， 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 ABAB 线路中点处发生 BCBC 两相短路接地时，接地距离保护中：B B 相、C C 相的接地距离

17、保护的测量元件动作；相间距离保护中，B B、C C 相间距离保护的测量元件动作：保护、断路器正常工作情况下，保护1 1 的 B,CB,C 相接地距离保护 I I 段、BCBC 相间距离保护 I I 段、保护 2 2 的 B,CB,C 相的接地距离保护 I I 段、BCBC 相间距离保护 I I 段，将在故障 瞬间跳开保护 1 1, 2 2处的断路器，从而将短路切除。（6 6）短路条件同（5 5），若保护 1 1 的接地距离 I I 段拒动、保护 2 2 处断路器拒动，哪些保护以 何时跳开何断路器将短路切除。答：保护 1 1 的相间距离 I I 段将在故障瞬间跳开保护 1 1 处的断路器，保护

18、4 4 的距离 IIIIII 段 延时 1s1s 跳开保护 4 4 处的断路器。（7 7） 假定各保护回路正确动作的概率为9090%，在（5 5）处的短路条件下，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 1 在发电厂侧还有一套远后备保护，则线路 ABAB 中点短路后应该有 4 4 个断路器的跳闸回路被 4 4 套保护启动，如果各保护回路正确动作的概率只有9090 %,则全系统中不被错误切除任意一个断路器的概率为P 0.9 0.9 0.9 0.9 0.6561 . .附录：分支系数的计算K4b 1Ksen(2)墻 4ZBCK4b,maxZn

19、ext155.9316 1.99 202.791.23 3）动作时限：与相邻设备保护配合有X56.0X12.0XAB0X56.0&30（分流公式）题保护 1 1、4 4 接地距离 IIII 段最大、最小分支系数计算。（1 1）保护 1 1 的接地距离 IIII 段最大、最小分支系数计算。1 1）考虑与保护 3 3 的距离 I I 段配合。1&11ZAB1&1ZBK1 备玮 1由电力系统知识，不难看到1&2ZAB2&2ZBK2&32UK2，式中，也 1、U&2、U&0 分西 0 ZABO&O ZBKO&3O 垛 0别为保护 1 1 处的正、负、零序电压；i&k1、Uk2、Uko 分别为故障处的正

20、、负、零序电压；1&1、 &2、I&0 分别为保护 1 1处的正、负、零序电流； 备、危2、&30分别为保护 3 3 处的正、负、 零序电流；ZAB1、ZAB2、ZAB0分别为线路 A A B B的正、负、零序阻抗；ZBK1、ZBK2、ZBK0分别为母线 B B 到故障处之间线路的正、负、零序阻抗。所以保护 1 1 处的 A A 相电压 U&A 为l&A L&1 1&2 L&0(QZAB1ZAB2 ；ZBK1ZBK2)ZAB1(&1I&2)ZABO&OZBK1(&31&32)zBK0&30L&KAZAB1(&1&2&0)(ZAB0ZAB1)&0ZBK1(I%1&32&3o) (ZBK0ZBK1

21、)&3oL&KAzAB1&A 3KZAB1&0zBK1%A3KZBK1&30 尿人电流补偿系数)。在金属性短路情况下，1&KA0。故保护 1 1 处的测量阻抗 z1m为r&1AzAB1&A3KZAB1 &0zBK1&3A3KZBK1%0_ 吗 A 3K 吟 oZ1m&A 3KI&o&TKf&0ZAB1 ZBK1&A 3KI&o故由分支系数定义变得保护1的分支系数表达式，即f1b 詐鸞 因为在正、负序网中备&1，备&2所以&2 3 龟 013(&3o &0)&2 3&o&1 &2 3&o&3011歸111&1 &23&0为表达方便，做如下符号规定：设母线 A A 左方的 G1、T1, , G2、

22、T2 发变组等值阻抗为X12, ,母线 C C 右方的 G3、T3， G4、 T4 发变组的等值阻抗为 X34, ,T5、T6 变压器组等值阻抗为 X56，故障处记为 k k。在正、负序网中，不考虑 T5、T6，有&1&2-XCK1 X34.1-&f1(分流公式)X12.1XAB1XBK1XCK1 X34.1f在零序网中，考虑 T5、T6，有&30XCK0_X34.0I&f0(分流公式)(X12.0XAB0)X56.0XBK0XCK0X34.0式中，K213z1zAB0zAB13ZAB12(QZABO1.2 LAB;Z1 0.4 LAB(称为零序K1b卽卽3警警0(将 K 2/3 代入) &A

23、3KI&0&3A21%0 吗 1 &32 3I&30&1&A2吟 0&1I&23&0Ai因为在故障处发生的是单相接地故障，所以故障处正、负、零序电流相等，即&f1 斤 2 &f0所以有%0IX X12.0XAB01&0X56.0X12.0XABOX56.0(X12.0XABO)X56.OXBCOX34.0X56.0XCK0X34.0X56.02 _ 1_ X56.0(1(XBC0XCKO)(1X56.0X12.0XABO31X12.1(XAC1XCK1)X34.0XCKOXCKOX34.0X12.0XABOXCK1 X34.1所以，当 X34.1、X56.O 分别取最小值，而 X12.1、X3

24、4.O、X12.O 分别取最大值时，Mb 就取取大值；当 X34.1、X56.0 分别取最大值，而 X12.1、X34.0、X12.0 分别取最小值时，Kb 就取最小值。即当X34.1min10，X56.0min20，X12.1max25，X34.0max30，X12.0max30&1&2 _XCK1 X34.I&0 &0X12.1XAB1XBC1 X34.1K1b2XCK1 X34.13X12.IX34.1XAC1Xi2.oXABOX56.0X12.0X56.0XAB0(X12.0XAB0)/ X56.0X34.0XBC0X56.0XCK0X34.01时，有K1b.max2030 72312

25、0(140.8)(1125 37.6L307.230 7.210 2.42.88為)时，有X34.1max20X56.0max40，X12.1min125，X34.0min15，X12.0min15K1b.min1402140(140.84015 72 3112.5 37.6L15 7.2 15 7.2 八15 72 丿202.41.592 2）考虑与变压器的速断保护配合。不妨假设变压器 T5 的负荷侧发生故障， 因其位于变压器侧， 故发生单相接地故障时,整个系统中没有零序电流。在金属性短路条件下，得到L&1ZAB1&1ZT51(&1&11)1&I2ZAB2&2ZT52(&2 1 玄 2)Uj

26、O 0所以保护 1 1 处的 A A 相电压 U&A 为l&A U&1 厲 12L&0ZAB1(&1 &2)ZT51(I&1 &2 &11 %)ZAB1 &AZT51(&A&IA)所以保护 1 1 处的测量阻抗 Z1m为ZU&LAZAB1&AZT51(&A &4A)1mI&A&AZAB1由分支系数定义便得保护 1 1 的分支系数表达式ZT51(1（2 2）保护4 4 的接地距离同保护 I I 接地距离 IIII 段最大、最小分支系数计算一样， 所以可直接得到保护 4 4 的分支系 数。1 1）考虑与保护 2 2 的距离 I I 段配合。由前述分析可得K4b就取最大值；K4b就取最小值。,X34

27、.0max30,X34.0 分别取最大值时,X34.0 分别取最小值时，K4b1X56.0 2 _X34.0XBC0311X56.0X34.1(XAC1XAK1) X 12.0 X AK0(1(XAB0XAK0)(1X56.0)XAK0X12.0X34.0XBC0XAK1X12.1K1b1 &，所以有1b&AK &4A1&41I&42 &401I&H1K1b1臥1&1&2&01鬲1所以，当 X12.1 取最大值，X34.1 取最小值， 最大值，K1b就取最小值。即当 X12.1max25严严1XAB1（ &40 &0 0, I 知呀 2，&1 I&2）X34.1XBC1Kb 就取最大值；当 X

28、2 1 取最小值，X341 取，X34.1min10，25241b.max110162.8812 512.1min12.5X34.1max12.5 24K1b.min1最小分支系数计算。当 X12.1、X56.0 分别取最小值，而 当X12.1、X56.0 分别取最大值，而 即当X12.1min125，X56.0min有X34.1、X12.0、X34.1、X12.0、20，X34.1max当 X20 时，有2.01IIII 段最大、20，X12.0max30K4b.min1140214015 483110 36.4L15 10.825 3.61 41 61.240(1 )(1 )15 10.8

29、15 48考虑与变压器的速断保护配合K4b 1 &A 1 X%1 XBC1陶 AX12.1XAB1当 X34.1 取最大值， X2.1 取最小值时, 大值时，K4b就取最小值。即当X34.1max20，X12.1min125Kqb 就取最大值； X34.1 取最小值，X2.1 取最时，有K 从1上 016K4b.max125当X34.1min10，X12.1max25时，K4b.min131.5325 24【例 31】在图 3.26 所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护 1 的相间短路 保护 I、11、ID 段进行整定计算。已知线路 A-B 的址大负荷电流/DMI= 350A.功率因

30、数 cos 卩D= 0 9,务线路每公里阻抗 Zj = 0.4D/km.阻抗角肌= 70,电动机的自启动系数 K.二 1.5,正常时母线最低工作电压唤取等于 0.9 外(l/N=110kV)o解 1 有关各元件阻抗值的计算线路 12 的正序阻抗 Z1-2 = 21I_2= 0.4X30 = 12 (O)线路 3-4、5-6 的正序阻抗 Z3.4=4= 0.4 x 60 = 24 (Q)变压器的等值阻抗 ZT二+詳 x 守=x 計* = 44.1 (Q)2 距离 I 段的整定(1) 笹定阻抗。按式(3.109)计算为Zi = KiZ|_2= 0.85 x 12= 10.2 (0)(2) 动作时间

31、。? =0s (第 I 段实际动作时间为保护装置固有的动作时间)。3.距离 II 段的整定(1)整定阻抗：按下列两个条件选择：I)与相邻下级最短线路 3-4 (或 5-6)的保护 3 (或保护 5)的 I 段配合，按式图3.26例(3.111)计算为乙鼻録(Zi+KgZh)式中,可取給= 0.85, Ki =0.8,而 Z1.3= KiZ3.4=0.85x24 = 20.4 (Q)oKb的计算如下：Kb.为保护 3 的 I 段末瑞发生短路时对保护 1 而言的最小分支系数(如图 3.27 所示), 当保护3 的 I 段末瑞 kl 点短路时，分支系数 il 算式为乙人+心(1+0.15)A=和 厉

32、二+ 1.19 x 20.4) =29 (Q)2)按躲开相邻变压器低压侧出口 k2 点短路整定(变压器装有差动保护)，按式 (3.112)计算为比产K土(ZA.B+KbZj此处分支系数 Kb.*为在相邻变压器出口 k2 点短路时对保护 1 的最小分支系数，由图 3.27 可 见于是 Zi.,=0.7x (12 + 2.07x44.1) =72.3 (Q),此处取列=0.7。取以上两个计算值中较小者为 II 段整定值即取 Zi.I=29Qo(2)灵敏性校验：按本线路末端短路求灵敏系数为J = = 2.47 1.25满足要求。(3) 动作时间，与相邻保护 3 的 I 段配合，则if=讣 +=0.5 ()它能同时満足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。20 +1230%.叫k,5ZU4/0I5Z14 a aQ-fe图3.27幣定更可以看出，为了得出最小的分支系数心.=, 上式中人应取可能最小值， 即应取电源 G1 的最大运行方式下的等值阻抗兀 g,而XQ应取最大可能值，即取电源 G2 的最小运行方 式下的最大等值阻抗扎 2.相邻双回