电力系统继电保护课后习题解答

1、第一章 继电保护概述答：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。和线路故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。后备保护又分为近后备和远后备两种：;.辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足增设的简单保护。1-6 CD k3 P6 P6 和P5 6QF, 5QF P2 和P4 4QF 应跳闸。(2）如线路AB k1 点发生短路故障，保护P1 和P2 2QF 应跳闸，如保护P2 2QF 拒动，则保护P4 应动作，4QF 跳闸。第二章 继电保护的基础知识2-1（1）严禁将电流互感器二次侧开路；,用导线缠绕

2、；严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作；工作必须认真、谨慎，不得将回路永久接地点断开；工作时，必须有专人监护，使用绝缘工具，并站在绝缘垫上。答：因为电压互感器在运行中，一次绕组处于高电压，二次绕组处于低电压，如 答：电流互感器比值误差为10%，角度误差小于70，电流互感器一次电流倍数mI 1IZ（m=1N ）与允许的二次负载阻抗 2-3 10%误差曲线通2-3 中的m 1再按图中箭头方向确定最大二次负载阻抗Zmax 。若电流互感器实际接入的二次负载阻抗小Zmax 个变比相等的电流互感器串联使用来减小电流互感器二次负载阻抗以满足电流互感器的误差要求。（1）增大二次电缆截面将同

3、名相两组电流互感器二次绕组串联改用饱和倍数较高的电流互感器提高电流互感器变比。TA 采用减极性标示方法，其一次绕组Ll-L2 Kl-K2 引2-1 (a）所示，其中L1 K1，L2 K2 分别为同极性端。如果TA的端子标志不清楚，可用图 2-1 (b)所示接线测定判断出同极性端，如用图 2-1(b)U=U1-U2，则电压表 U 所接两个端子为同极性端，如虚线接法，则U=U1U2，电压表 U 所接两个端子为异极性端。 二次侧不允许短路。答：常用阻容式负序电压滤过器接线如图2-6 所示。其参数关系为Ra 3Xa ,Xc 3Rc而且要求Iab 超前Uab 300Ibc超前Ubc 600。(1)2-7

4、（a）所示。Umb.1 为Iab.1 在Ra Iab.1UII同相位， am.1 为 ab.1 在 Xa 上电压降，落后 ab.1 电900Unc.1 为Ibc.1 Rc 上电压降与Ibc.1 Ubn.1 为Ibc.1 Xc 上电压降，落后电流Ibc.1 900 。电压三角形abm 与bcn 皆为含 300 、600锐角的直角三角形，mn.1am 1 ab 1 ac nc 1 bc 1 acmn.122,22故n 均为ac 之中点n 两点重合说明U0。即通过正序电压，输出电压为零。图 3 题 2-7 感抗移相式负序电流滤过器(2)由于负序三相电压可由正序电压中B、C 两相交换而得，按与上面相同

5、的三角形abm 与bcn 的关系，可得到加人负序电压时的U 3Ua2ej30。U KI它要求输人电压与输出电压成线性关系，即 21 1 。而电流互感器是改变电流的转换图 4 题 2-8 TV 的等值电路及相量图装置，它将高压大电流转换成低压小电流，是线性变换，因此要求励磁阻抗大，励磁 （1）动作电流：当电磁转矩 Me =Ms+M f 时所对应加入的继电器的电流就是过电流继电器的动作电流（I g.oper流继电器的动作电流。返回电流：当电磁转矩Me =Ms -M f 时所对应加入继电器的电流就是过电流继电I器的返回电流（ g.res ，也即：使电流继电器常开触点打开的最大电流称为电流继电器的返回

6、电流。Kg.res / I 1。2-12（1）数据采集单元，即模拟量输入系统数据处理单元，即微机主系统/输出接口，即开关输入输出系统通信接口2-13 答：微机保护和其他类型保护装置不同，因为它是依照计算机程序运算来判断内外部故障及故障类型，因此它的电流回路如果IA、IB、Ic 以正极性接人微机保护极性端， 则 3I.。也必须正极性接人微机保护零序回路极性端，不允许反极性接人，否则发生内部故闭锁，造成内部故障时保护装置拒动。第三章 输电线路相间短路电流保护3-1 3-4 无时?(必 须可返回。crap 跳闸，根本不存在中途返回问题，故电流速断保护不考虑返回系数。K=I I 式中 I -流人电流互

7、感器的二次电流；conk2k2接线系数是继电保护整定计算中的一个重要参数，对各种电流保护测量元件动作值的计算，都要考虑接线系数。I 段保护即无时限电流速断保护，其灵敏系数随运行方式变化而变段保护即带时限电流速断保护，其灵敏性有所提高，保 第 III 段保担即定时限过电流保护，其灵敏系数一般较高，可以保护本级线路全长，并作为相邻线路的远后备保护。图 5 题 3-6 电流互感器接线及电流相量图答：两相三继电器接线在C 相TA 极性接反时，发生三相短路时和AC 3-6 3-6(a)1KA 2KA 通过电流3KA 中通过电流为相电流值的万倍。,K,K,K,KKrel为可靠系数，为保证继电保护装置的可靠

8、性； res 为继电器返回系数，恒1Kres 1,K K ss为负K荷的自启动系数，反应尖峰电流作用； sen 为保护装置的灵敏系数。只有满足保护装置要求的灵敏系数，保护装置才能使用。第四章 输电线路相间短路方向电流保护4-1(2KW,3KW 不动作），非故障相电流元件不会动作(1KA图 6 题 4-1 方向过电流保护装置按相起动接线4-5时，继电器的输入电压Ug 与输入电流Ig 的相位角为g 1800 m 7Ig 落在继电器的动作区外，所以该继电器不能动作。图 7 题 4-5 方向继电器的动作区域第五章 输电线路接地保护答：零序电流保护反应的是零序电流，而负荷电流中不包含（或很少包含）量，故

9、不必考虑避开负荷电流。答：零序电流的分布，只与系统的零序网络有关，与电源的数目无关不变时，只改变接地电流的大小，而与零序电流的分布无关。答：三相式星形接线的相间电流保护，虽然也能反应接地短路，但用来保护接地短 倍相电压（设A相接地，中性点N对地电压为UN EA ，这个电压就是零序电压么，由对称分量法可知 U0 EA 。故障相线路流过零序电流为非故障相本身接地电容电流之和3Iounf 3wC0Eph Uo 900 ，电容电流方向从母线流向线路，而故障相线路始端流过零序电流3Iof 流Ik 减去故障相本身对地电容电流，因此故障线路零序电流方向是从线路流向母线，该零900。对于中性点直接接地电网中发

10、生单相接地时，在故障点出现零序电压 Uo，在零序电压作用下，产生零序电流。由于零序电流 Io 方向以流向故障点为正方向，零序电压 Uo 线路指向大地为正方向，则零序电流 至为零。答：因为只有发生接地故障时短路电流中才会出现零序分量，利用零序分量构成 护的整定值较小，从而可提高保护的灵敏性。答：零序电流速断保护和相间短路电流速断保护都是按被保护线路末端最大短路电流 整定，按被保护线路末端最小短路电流校验灵敏系数。而发生单相短路时 3I 比三omax相短路 I (3)k.max要小很多。因此零序电流速断保护动作电流整定一般为0.51A，而相间电流速断保 护一般为 57A.由线路零序阻抗Xo=3.5

11、X ，所以，线路始末端接地短路的零序电1流差别要比相间短路电流差别大很多33I0高。相间电流速断保护范围受系统运行方式影响大，而零序电流保护受系统运行方式变化 答：零序电流保护的时限特性与相间电流保护时限特性相同，都是按阶梯原则整定的，但是对于有Yd 接线的变压器电网，三角形绕组）Yd8图 8 题 5-10 相间过电流保护与零序过电流保护的实现特性比较图第六章 输电线路的距离保护答： 270 argZJ90ZZJzd图 9 题 6-2 方向阻抗继电器的动作特性圆及起动条件执行回路是相同的。列出按绝对值比较的特性方程见表6-1。图 10 题 6-3 全阻抗继电器的动作特性圆答：单相式阻抗继电器只

12、输入一个电压 U I ，电压与电流的比值ggKU/IgKTVZ （Zk为短路阻抗K抗Zoper，对应预先整定的保护范围阻抗为整定阻抗Zset1 ，由改变电抗变换器UXKU侧绕组匝数或改变电压变换器的变比K 和K实现。1U当Z g，阻抗继电器不动作，当Zset Zoper Zset，则阻抗继电器动作。图 11 题 6-4答：方向阻抗继电器的最大动作阻抗 (幅值)的阻抗角，称为它的最大灵敏角sen ，L L，为了使继电器m工作在最灵敏状态下，故要求继电器的最大灵敏。等于被保护线路的阻抗 。SenL答：（1）距离保护一段方向阻抗元件如无记忆回路，当保护安装处出口发生三相金属性短 动作。（2）48解：

13、作出方向阻抗继电器特性圆，根据几何关系得知4882 82 42g6.92g因为ZZ ，Z 落在保护范围外（圆内为保护范围，圆外为非动作区）所以该阻抗继ggr电器不能动作。 答：分析全阻抗继电器、方向阻抗继电器和偏移圆阻抗继电器受系统振荡影响如 1212的测量阻抗轨迹SQ31 6时全阻抗继电器动作；在 时偏移特性阻抗继电器动作；在 时，方向阻抗继电器动作。可见2534振荡对全阻抗继电器影响最大。图 12 题 6-9解：两相短路时测量电压和测量电流为U(2) U(2)2IZlU(2)gABIIgAA1 2IA0测量阻抗Zg.1gI(2)AB Z l (0.33 j0.41)10 3.3 j4.1

14、5.264ej56.9 。1第七章 输电线路的差动保护和高频保护13(a13(a) 中可见在正常运行或外部故障时，在理想条件下，差动继电器KD 中流过大小相等、方向相反的两个电流互相抵消，即Ir所以继电器KD 不动作。II2II21(IKTA I ) 0；II当发生内部故障时，如图 7-1(b)所示流人继电器电流为1II IrI2III2(IKITAI )kIIKTA当I I（继电器动作电流）时，继电器动作，将故障线路两端断路器跳开。rop.r137-1（a）（b）内部故障时时通过很大一次电流使两个电流互感器的铁芯饱和程度不同，造成TA 二次电流差别较大， 程中段。因纵差保护要躲过不平衡电流，

15、不平衡电流过大将使保护装置灵敏系数降低。流和躲过被保护线路的最大负荷电流。这样可提高纵差保护的灵敏系数。7-77-9 举例说明高频闭锁方向保护的原理。第八章 某 220KV 输电线路保护举例无第九章 电力变压器保护9-1出线上发生相间短路或一相接地短路。变压器不正常工作状态有过负荷、外部短路引起的过电流、外部接地引起的中性点过电压、绕组过电压或频率降低引起的过励磁、变压器油温升高和冷却系统故障等。9-4 答：差动保护时不平衡电流产生的原因有：（1)变压器正常运行时的励磁电流引起的不平衡电流。变压器各侧电流相位不同引起的不平衡的电流。由于电流互感器计算变比与选用变比不同而引起的不平衡电流。答：当

16、变压器空载投人和外部故障切除电压恢复时，可能出现数值很大的励磁涌 6-8励磁涌流的特点如下：(160(230%-40以上； (380“以上。根据励磁涌流的特点，目前变压器差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：（1)采用具有速磁饱和铁芯的差动继电器。(2）利用二次谐波制动而躲开励磁涌流。(3)按比较间断角来监督内部故障和励磁涌流的差动保护。部的故障，故两者不能互相代替。9-12 解：10-1。从表10-1可见，6KV侧二次回路电流较大，因此确定6KV侧为基本侧（I侧）。计算保护的一次动作电流值按躲过变压器励磁涌流条件IKI1.313121705Aoperrel N按躲过外部穿越性短路最大不平衡电流

17、的条件IKK IIKK Ioperrel unbmaxreltsererk.max 1.3 (1 0.1 0.05 0.05) 9420 2450A按躲过电流互感器二次回路断线的条件IK 1.3 1000 IKoperrel l.max选取上述条件中计算最大的作为基本侧的一次动作电流，即取：I 2450A。oper差动继电器基本侧的动作电流为：IK24501Ioper.g opernTA.y 600/5确定BCH-2该继电器在保持ITN.YSTN3U3 TN3U3 35 247 ,时其动作安匝数为：AN AN0I 60 8.177匝oper.g为了平衡得更精确，使不平衡电流影响更小，可将接于基

18、本侧平衡绕组匝b作为本侧动作安匝数的一部分，故选取差动绕组整定匝数 N 6匝，平衡绕组整定匝数d.set61N161bI.setdset确定非基本侧平衡绕组N匝数为：bIII (NN) I (NN)1d.setbII2d.setbINbII 1N II2NINoper.setd.set 762.57匝 4.37选定非基本侧平衡绕组匝数N bII .set =3匝。计算其相对误差为：fssbII N NNNbIINbII.set bII.set 2.6 2.6 2.6由于0.04650.05,故不需要重算I。oper初步确定短路绕组端头为“C-C”。校验灵敏系数6KV侧二相短路归算到35KV侧流

19、入继电器的电流33I3k2.min33I3k2.min37300I(2)15.54Ak2.g2KKav237 6.352 5.87312037600Ed Kav6.3 5.873;nTA120535KV侧差动继电器动作电流I 6.67Aop.gNd.setNbII .set6 3差动保护装置最小灵敏系数为I(2)15.54K(2)k2.g 2.33 2满足要求。sen.minKoper.g6.67第十章 同步发电机保护10-1 答：发电机的不正常工作状态主要：(1)励磁电流急剧下降或消失。(2)外部短路引起定子绕组过流。负荷超过发电机额定容量引起三相对称过负荷。荷。起的转子绕组过负荷。10-2

20、 答：发电机应装设下列保护：对于发电机定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵联差动保护。对于定子绕组单相接地故障（未经消弧线圈5A5A于信号。对容量是l00MW及以上的发电机应尽量装设保护范围为100的接地保护。差动保护。对于外部短路引起的过电流50护。对于由对称过负荷引起的定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。(6）R压保护。点接地故障，应装设两点接地保护。l00MW于l00Mw以下但对电力系统有重大影响的发电机和 100W及以上的发电机应装设专用的失磁保护。l00MW转子回路过负荷保护。(10）对于大容量汽轮发电机的逆功率运行，可以装设逆功率保护。15-30的死区，可能不能动作。

21、为减小死区可采取下列措施：障，其动作时限应与变压器的零序保护相配合。90以510的死区。组的轴系统和汽缸磁化。1 MW以上的水轮发电机只装设励磁回路一点接1MW以下的水轮发电机宜装设定期检测装置。对 于l00MW以下的汽轮发电机，一点接地故障采用定期检测装置，发生一点接地后，再投人 100MW及以上的汽轮发电机应装励 （带时限动作于信号（带时限动作于停机10-910-10100 *10-11机定子绕组相间短路的主保护。(2)横差保护是反应发电机定子绕组的一相匝间短路和同一相两并联分支间的匝间短路的保护，对于绕组为星形连接且每相有两个并联引出线的发电机均需装设横差保护。15-20)，因此不能取代

22、纵差保护。第十一章 母线保护KAlKA53。1KAl、KA2KAl1上连接元 件的断路器QFl、QF2KA2仍供给短路 KAlKA21上所有连接元件切除。的母线保护，其启动元件的动作电流必须避越外部短路时的最大不平衡电流。这在母线上连接元件较多、不平衡电流很大时，保护装置的灵敏度可能满足不了要求。因此，出现了电流相位比较式母线保护，其工作原理如下。55(a)I I218055(b)，短路 电流I1、I2I1、I2I1、I2两支路的短 0。因此，可由比相元件来判断母线上 是否发生故障。这种母线保护只反应电流间的相位，因此具有较高的灵敏度。采用专用母线保护。GB14285-1993况应装设专用的母

23、线保护：对110KV和分段单母线，为了保证有选择性地切除任一故障。HOW3566kV统稳定性要求和保证母线电压要求，需要快速切除母线上的故障。3566kV35 -66kV路器上装设解列装置和其他自动装置后，仍不满足电力系统安全运行的要求时。1l0kV切除一段或一组母线上的故障或线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。母线专用保护应该具有足够的灵敏性和可靠性。对中性点直接接地电网，母线保护采用三相式接线，以反应相间和单相接地短路；对中性点非直接接地电网，母线保护采用两相式接线，只需反应相间短路。11-61KD,2KD,3KD142II 经倒闸操作切换到母线TI1KD,2KD1KD,2KD3KD图 14 题 11-6 固定连接破坏后外部故障时电流分布图3KD1KD, 2KD3KD1KD、2KD1KD、2KD 的电流过小，以至选择元件不能可靠地动作而使故障母线上连接元件不能切除，特在固定连接方式破坏时投入隔离开