电力系统继电保护课后习题复习资料

电力系统继电爱护课后习题答案

1绪论

1.1电力系统假如没有装备完善的继电爱护系统，想象一下会出现什

么情景？

答：现代的电力系统分开完善的继电爰护系统是不能运行的。当电力

系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路

电流，若没有完善的继电爱护系统将故障快速切除，则会引起故障元

件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，

发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不

平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成

人身伤亡。假如电力系统没有装备完善的继电爰护系统，则当电力系

统出现不正常运行时，不能刚好地发出信号通知值班人员进展合理的

处理。

1.2继电爱护装置在电力系统中所起的作用是什么？

答:继电爱护装置就是指能反响电力系统中设备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.它的作用包

括：1.电力系统正常运行时不动作2电力系统部正常运行时发报警信

号，通知值班人员处理，使电力系统尽快复原正常运行3电力系统故障

时，甄别动身生故障的电力设备,并向故障点及电源点之间、最靠近故

障点断路器发出跳闸指令，将故障局部及电网的其他局部隔离。

1.3继电爰护装置通过哪些主要环节完成预定的爰护功能，各环节的作

用是什么？

答:继电爱护装置一般通过测量比拟、逻辑推断和执行输出三个局部完

成预定的爱护功能。测量比拟环节是册来那个被爱护电器元件的物理

参量，并及给定的值进展比拟，根据比拟的结果，给出〃是〃、〃非〃、

〃0〃或〃r性质的一组逻辑信号，从而判别爰护装置是否应当启动。

逻辑推断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使爱护装置按确定的

逻辑关系断定故障的类型和范围，最终确定是否应当使断路器跳闸。

执行输出环节是根据逻辑局部传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉

冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

1.4根据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制

差异，已经构成哪些原理的爱护，这些爱护单靠爱护整定值能求出爱

护范围内随意点的故障吗？

答：利用流过被爱护元件电流幅值的增大，构成了过电流爰护;利用短

路时电压幅值的降低，构成了低电压爱护；利用电压幅值的异样上升,

构成了过电压爱护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低

阻抗爰护。

单靠爱护增大值不能切除爱护范围内随意点的故障，因为当故障发生

在本线路末端及下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差异不

尢所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动

作，这种单靠整定值得爱护只能爰护线路的一局部。

1.5根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

构成哪些原理的爱护？

答：利用电力元件两端电流的差异，可以构成电流差动爱护；利用电

力元件两端电流相位的差异可以构成电流相位差动爰护；利两侧功率

方向的差异，可以构成纵联方向比拟式爱护；利用两侧测量阻抗的大

小和方向的差异，可以构成纵联间隔爱护。

1.6如图所示，线路上装设两组电流互感器，线路爱护和母线爱

护应各接哪组互感器？

答：线路爱护应接TA1,母线爱护应接TA2。因为母线爰护和线路爱

护的爰护区必需重叠，使得随意点的故障都处于爱护区内。

图1-1电流互感器选用示意图

1.7结合电力系统分析课程的学问，说明加快继电爱护的动作时间，

为什么可以进步电力系统的稳定性？

答：由电力系统分析学问可知，故障发生时发电机输出的电磁功率减

小二机械功率根本不变，从而使发电机产生加速的不平衡功率。继电

爱护的动作时间越快，发电机加速时间越短，功率角摆开幅度就越小,

月有利于系统的稳定。

由分析暂态稳定性的等面积理论可知，继电爰护的动作速度越快,

故障持续的时间就越短，发电机的加速面积就约小，减速面积就越大,

发电机失去稳定性的可能性就越小，即稳定性得到了进步。

1.8后备爰护的作用是什么？阐述远后备爱护和近后备爰护的优缺

点。

答：后备爱护的作用是在主爱护因爱护装置拒动、爱护回路中的其他

环节损坏、断路器拒动等缘由不能快速切除故障的状况下，快速启动

来切除故障。

远后备爰护的优点是：爱护范围覆盖全部下级电力元件的主爰护

范围，它能解决远后备爱护范围内全部故障元件由任何缘由造成的不

能切除问题。

远后备爰护的缺点是：(1)当多个电源向该电力元件供电时，须

要在全部的电源侧的上级元件处配置远后备爱护；(2)动作将切除全

部上级电源测的断路器，造成事故扩大；(3)在高压电网中难以满意

灵敏度的要求。

近后备爱护的优点是：(1)及主爱护安装在同一断路器处，在主爱护

拒动时近后备爱护动作f2)动作时只能切除主爰护要跳开的断路器,

性〃？若不满意，当参加继电器的电量在动作值旁边时将可能出现什

么状况？

答：过量继电器的继电特性类似于电子电路中的〃施密特特性〃，如

图2-1所示。当参加继电器的动作电量（图中的4）大于其设定的动

作值（图中的〃）时，继电器可以突然动作；继电器一旦动作以后，

即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有

当参加继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的/.）以后它才突

然返回。无论启动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不行

能停留在某一个中间位置，这种特性称为〃继电特性〃。

为了保证继电器牢靠工作，其动作特性必需满意继电特性，否则

当参加继电器的电气量在动作值旁边波动时，继电器将不停地在动作

和返回两个状态之间切换，出现〃抖动〃现象，后续的电路将无法正

常工作。

2.2请列举说明为实现〃继电特性〃，电磁型、集成电路性、数字型

继电器常分别采纳那些技术？

答：在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大

于弹簧的反拉力矩及摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚到达动作条件

时，继电器的可动衔铁开场转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电

压）不变的状况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧

的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力

矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利

落。继电器的返回过程及之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧

的反拉力矩大于电磁力矩及摩擦力矩之和。当电磁力矩减小到启动返

回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电磁力矩按平方关系

减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因

此可以加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。所以返回值确定小

于动作值，继电器有一个小于1的返回系数。这样就获得了〃继电

特性〃。

在集成电路型继电器中「继电特性〃的获得是靠施密特触发器实

现的，施密特触发器的特性，就是继电特性。

在数字型继电器中「继电特性〃的获得是靠分别设定动作值和返

回值两个不同的整定值而实现的。

2.3说明〃动作电流”和〃返回系数’，过电流继电器的返回系数过

低或高各有何缺点？

答：在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必需增大

通过继电器线圈的电流4,以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小

电流称之为动作电流/叩。

在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必需减小电流以减

小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电

流40

过电流继电器返回系数过小时，在一样的动作电流下起返回值较

小。一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必需小于

返回电流，真阳在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返

回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流恶和返回电流

很接近，不能保证牢靠动作，输入电流正好在动作值旁边时，可能回

出现〃抖动〃现象，使后续电路无法正常工作。

继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进展设

定。

2.4在电流爱护的整定计算中，为什么要引入牢靠系数，其值考虑哪

些因素后确定？

答：引入牢靠系数的缘由是必需考虑实际存在的各种误差的影响，例

如：

(1)实际的短路电流可能大于计算值；

(2)对瞬时动作的爱护还应考虑短路电流中非周期重量使总电流增

大的影响；

(3)电流互感器存在误差；

(4)爱护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。

考虑必要的裕度，从最不利的状况动身，即使同时存在着以上几个因

素的影响，也能保证在预定的爰护范围以外故障时，爰护装置不误动

作，因此必需乘以大于1的牢靠系数。

2.5说明电流速断、限时电流速断结合工作时，依靠什么环节保证爱

护动作的选择性？依靠什么环节保证爱护动作的灵敏度性和速动

性？

答：电流速断爱护的动作电流必需根据躲开本线路末端的最大短路电

流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能爱护线路全

长，而只能爰护线路全长的一局部，灵敏度不够。限时电流速断的整

定值低于电流速断爱护的动作短路，按躲开下级线路电流速断爱护的

最大动作范围来整定，进步了爱护动作的灵敏性，但是为了保证下级

线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时,在下级线路故障时由

下级的电流速断爰护切除故障，保证它的选择性。

电流速断和限时电流速断相协作爱护线路全长，速断范围内的故

障由速断爱护快速切除，速断范围外的故障则必需由限时电流速断爱

护切除。速断爱护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速

断爱护的动作值低、灵敏度高但须要0.3~0.6s的延时才能动作。速

断和限时速断爱护的协作，既保证了动作的灵敏性，也可以满意速动

性的要求。

2.6为什么定时限过电流爰护的灵敏度、动作时间须要同时逐级协作,

而电流速断的灵敏度不须要逐级协作？

答：定时限过电流爱护的整定值根据大于本线路流过的最大负荷电流

整定，不但爰护本线路的全长，而且爱护相邻线路的全长，可以起远

后备爰护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流爱

护最先动作，这就要求爱护必需在灵敏度和动作时间上逐级协作，最

末端的过电流爱护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时

间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。否则，就有可能出现

越级跳闸、非选择性动作现象的发生。由于电流速断只爱护本线路的

一局部，下一级线路故障时它根本不会动作，因此灵敏度不须要逐级

协作。

2.7如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流爰护,系统参

数为：

En=\\5/43kV,Xri=15£1、Xc=10C,Xr,=10Q,L=L,=60km,40km，

LB_C=50k/n，Lc_o=30km，LD_E=20m，线路阻抗0.4Q/k%,K，=1.2、

15,/…=3004,，C=20(M,"ax=150A,kIS、

L=0.85。试求：

(1)发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行,

最少一条运行，请确定爱护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻

抗。

(2)整定爱护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小爱护范

围。

(3)整定爱护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满意灵敏度要

求(

(4)整定爱护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E的过电流爱

护动作时限为0.5s,校验爱护1作后备用，爱护2和3作远备用的

灵敏度。

图2-2简洁电匣示意图

解：由已知可得X/X,?=0.4x60=24c,X/3=0.4x40=16。，

xBC=0.4X50=20Q,XCD=0.4X30Q,x,把=0.4x20=8。

(1)经分析可知，最大运行方式及阻抗最小时，则有三台发电机运

行，线路L1~L3全部运行，由题意Gl,G2连接在同一母线上，则

工皿0二(xM|xG2+x4|Xn)||(XG3+Xn)=(6+12)||Q0+16)=10.6

同理，最小运行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1运行,

相应地有Xe=xG1+xtl=39

图2-3等值电路

(2)对于爰护1,其等值电路图如图2-3所示，母线E最大运行方

式下发生三相短路流过爱护1的最大短路电流为

E一'⑸6=132公

AE.maxyyyy

A5,min十八8c十ACDA%.10.6+20+12+8

相应的速断定值为七=腐x4£_=1.2xl.312=1.57kA

最小爱护范围计算公式为

(6

E

2

seir\7ryjminniaxx—=-85.9km

乙max+40.4

即1处的电流速断爰护在最小运行方式下没有爱护区。

对于爱护2等值电路如图2-3所示，母线D在最大运行方式下发生

三相短路流过爱护2的最大电流/ozmax=-—J—=1.558kA

相应的速断定值为/L=cX-=1.2xl.558=1.87kA

（电E1

最小爱护范围为L=孑-一z,,x-L=-70.6km

minhei,2nm出4

即2处的电流速断爱护在最小运行方式下也没有爱护区。

对于爱护3等值电路如图2-3所示，母线C在最大运行方式下发生

三相短路流过爰护3的最大电流”y后Y=2.17kA

minHC

相应的速断定值为*=七X4皿=1.2x2.17=2.603kA

最小爰护范围为L=f--zx-L=-42.3km

minhei.3snmU.4

即3处的电流速断爱护在最小运行方式下也没有爱护区。

上述计算说明，在运行方式变更很大的状况下，电流速断爱护在较小

运行发生下可能没有爱护区。

（3）整定爰护2的限时电流速断定值为C=心」=1.15x

1.57=1.806kA

线路末段（即D处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为

k.D.m^x=立七=0.8098kA

2X.3+XBC+Xm

所以爱护2处的灵敏系数右万%=0.4484即不满意-fl.2的要

1sei

求。

同理，爱护3的限时电流速断定值为心=。乙2=1.15x

1.87=2.151kA

线路末段（即C处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为

心z=45r^=0.9764kA

乙A$.max十八8c

所以爱护3处的灵敏系数KZ=铲二0.4531即不满意01.2的

set.3

要求。

可见，由于运行方式变更太大，2、3处的限时电流速断爰护的灵敏

度都远不能满意要求。

(4)过电流整定值计算公式为===，子皿

KreKre

所以有43=区』"皿.=304.5A

K’e

同理得同2=406A%=609A

在最小运行方式下流过爱护元件的最小短路电流的计算公式为

.x/3E

17.-

K.mm勺r-^

Z4max+乙I

所以有人上727.8A/_=809.8A/Cmin=974.51A

所以由灵敏度公式心产与学可知，爱护1作为近后备的灵敏度为

1sei

七=转=2.39>1.5满意近后备爰护灵敏度的要求；

*sei.\

爱护2作为远后备的灵敏度为C2=^=1.79>1.2满意最为远后备

hel.2

爱护灵敏度的要求；

爱护3作为远后备的灵敏度为七上弃=1.33之1.2满意最为远后备

hel.3

爱护灵敏度的要求。

爱护的动作时间为/.n,=0.5+0.5=ls及=—+0.5=l.5s

=t^1+0.5=2s

2.8当图2.56中爰护1的出口处在系统最小运行方式下发生两相短

路，爱护根据题2.7配置和整定时，试问

(1)共有哪些爱护元件启动？

(2)全部爰护工作正常，故障由何处的那个爰护元件动作、多长时

间切除？

(3)若爱护1的电流速断爱护拒动，故障由何处的那个爱护元件动

作、多长时间切除？

(4)若爰护1的断路器拒动，故障由何处的那个爱护元件动作、多

长时间切除？

答：(1)由题2.7的分析，爱护1出口处(即母线D处)短路时

的最小短路电流为0.8098kA,在量值上小于全部电流速断爱护和限

时电流速断爰护的整定值，所以全部这些爰护都不会启动；该量值大

于L2、3处过电流爱护的定值，所以三处过电流爱护均会启动。

(2)全部爱护均正常的状况下，应有1处的过电流以1s的延时切除

故障。

(3)分析说明，根据本题给定的参数，1处的速断爱护确定不会动

作，2处的限时电流速断爱护也不会动作，只能靠1处的过电流爱护

动作，延时1s跳闸；若断路器拒动，则应由2处的过电流爱护以1.5s

的延时跳开2处的断路器。

2.9如图2-4所示网络,流过爱护1、2、3的最大负荷电流分别为

400A、500A、550A,

以二1.3、K.0.85,<5=1.15,z,n,=tf=0.5s,=1.0s,试计算:

(1)爱护4的过电流定值；

(2)爱护4的过电流定值不变，爱护1所在元件故障被切除，当返

回系数。低于何值时会造成爱护4误动？

(3)心=0.85时，爱护4的灵敏系数儿”=3.2,当心二0.7时爰护4

的灵敏系数降低到多少？

图2-4系统示意图

解：过电流爰护的最大负荷电流为

4/4nm=400+500+550=1450A

爱护4的过电流定值为七=守/…=2.55A

Kre

时限为w=max(，镇，噂)+A/=1.5s

（2）爰护21切除故障后，流过爰护4的最大负荷电流

/1=500+550=1050A=1.05kA

4.inix

,在考虑电动机的自启动出现的最大爱护电流/…二七/“二1.3x

1.05=1.365kA,这个电流必需小于爰护4的返回电流，否则1.5s

以后爰护4将误切除。相应的要求/…=0=2.55人，从而

2.55^>1.365,心>黑=0.535。当返回系数低于0.535时，会

造成爱护误动。

（3）爱护4的灵敏系数除“.4二针二缶4，及K,成正比，当

K“下降时灵敏系数下降，右〃二鉴X3.2=2.635。

v.oS

2.10在中性点非干脆接地系统中，当两条上下、级线路安装相间短

路的电流爰护时，上级线路装在A、C相商，二下级线路装在A、B相

上，有何优缺点？当两条线路并列时，这种安装方式有何优缺点？以

上串、并两种线路，若采纳三相星形接线，有何缺乏？

答：在中性点非干脆接地系统中，允许单相接地时接着短时运行，在

不同线路不同相别的两点接地形成两相短路时，可以只切除一条故障

线路，另一条线路接着运行。不考虑同相的故障，两线路故障组合共

有以下六种方式：（1A、2B）、（1A、2C1（IB.2AX（IB、2C\

（IC、2A\（IC、2B1

当两条上、下级线路安装相间短路电流爰护时，上级线路装在A、

C相商，而下级装在A、B相上时，将在（1A.2B）、（IB、2A\

（IC、2A）和（IC、2B）四种状况下由下级线路爱护切除故障，

即下级线路切除故障的几率为2/3;当故障为（1A、2C）时，将会由

上级线路爰护切除故障；而当故障为（IB、2C）时，两条线路均不

会切除故障，出现圜户拒动的严峻状况。

两条线路并列时，若两条线路爰护动作的延时一样，则在（1A、

2B）、（IC、2A）和（IC、2B）三种状况下，两条线路被同时切

除；而在（1A、2C）故障下，只能切除线路1；在（IB、2A）故障下,

只能切除线路2;在（IB、2C）故障下，两条线路均不会切除，即爱

护拒动。

若爱护采纳三相星形接线时，须要三个电流互感器和四根二次电

缆，相对来讲是困难不经济的。两条线路并列时，若发生不同相别的

接地短路时，两套爱护均启动，不必要切除两条线路的时机就比拟多。

2.11在双侧电源供电的网络中，方向性电流爰护利用了短路时电气量

的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题？

答：在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证爱护动作的

选择性。方向性电流爰护利用短路时功率方向的特征，当短路功率由

母线流向线路时说明故障点在线路方向上，是爰护应当动作的方向，

允许爱护动作。反之，不允许爱护动作。用短路时功率方向的特征解

决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的爱

护只需根据单电源的协作方式整定协作即可满意选择性。

2.12功率方向判别元件本质上是在判别什么？为什么会存在〃死

区〃？什么时候要求它动作最灵敏？

答：功率方向判别元件本质是判别参加继电器的电压和电流之间的相

位抄，并且根据确定关系［cos（仍+a）是否大于0］判别初短路功率的

方向。为了进展相位比拟，须要参加继电器的电压、电流信号有确定

的幅值（在数字式爱护中进展相量计算、在模拟式爱护中形成方波）,

且有最小的动作电国口电流要求。当短路点越靠近母线时电压越小，

在电压小雨最小动作电压时，就出现了电压死区。在爱护正方向发生

最常见故障时，功率方向判别元件应当动作最灵敏。

2.13当教材中途2.29的功率方向判别元件用集成电路实现，分别画

出处=U，sin（1006）,

ir=Irsin（l00。+30。）和勺=Ursin（l00。），ir=lrsin（100^-60°）时，各输出电压随

时间变更的波形；假如用数字式（微机）实现，写出你的算法，并校

验上述两种状况下方向元件的动作状况。

答：以内角a=30。为例，画出各点输出电压波形如图2-5所示。

■

动作最灵敏条件arg监=0。临界动作条件

Ir

Ueja

argT—=90。

A

图2-5各点电压输出波形图

可以看出，在内角。二30。时第一种状况下动作最灵敏，第二种状

况元件处于临界动作状态。数字式实现时，动作的判据可以表示为

■

ueja

-90°<arg^—<90°o

将第一种状况和第二种状况下的电压、电流带入该判据可以得到

状况1为动作最灵敏，而状况2处于临界动作状态的结论。

2.14为了保证在正方向发生各种短路时功率判别元件都能动作须要

确定接线方式及内角请给出90。接线方式正方向短路时内角的范围。

答：Q）正方向发生三相短路时，有0°<a<90。。

⑵正方向发生两相短路，当短路点位于爰护安装处旁边，短路阻抗z”

<z,时，0°<a<90。；当短路点远离爱护安装处，目系统容量很大乙>

z^

st-30°<a<60°o

综合三相和各种两相短路的分析得出，当0。<小<90。时，使方向

继电器在一切故障状况下都能动作的条件应为30。<a<60。。

2.15对于90。接线方式、内角为30。的功率方向判别元件，在电力系

统正常负荷电流(功率因数在0.85)下，分析功率方向判别元件的动

作状况。假定A相的功率方向元件出口及B相过电流元件出口串接,

而不是〃按相连接〃，当反方向B、C两相短路时，会出现什么状况？

答：内角为30。的功率方向元件，最大灵敏角%二-30。，则动作范围

为-120W为<-60%由正常负荷电流的功率因数0.85可以得到

%=arctan0.85=31.79。，在动作范围内，根据功率元件出口及B相

流过电流元件出口串接，当反方向发生B、C两相短路时，B相过电

流元件动作，由于该元件出口和A相功率方向元件串接，这样就会启

动时间继电器，出现延时跳闸。因此电流元件和功率元件必需〃按相

连接〃。

2.16系统和参数见题2.7,试完成：

(1)整定线路L3上不会4、5的电流速断定值，并尽可能在一端加

装方向元件。

(2)确定爱护4、5、6、7、8、9处过电流的时间定值，并说明何

处须要安装方向元件。

(3)确定爰护5、7、9限时电流速断的电流定值，并校验灵敏度。

答：整定爱护5的电流速断。爱护4处的母线发生三相短路时，流过

爱护5的短路电流为

/_E_115/—

•-X-+X”-10+162.554A

按此电流来整定，动作定值，2=K3M=3.064I<A

在来看发电机1、2处于最大运行方式下爱护5处母线三相短路时,

有

人min=(xGi\\xG2+xu\\xL2)=18Q

E

爱护5处的电流为k=YY=l.953kA

远小于按躲过爱护4处母线三相短路求得的整定电流，所以爰护5

不必安装方向元件，仅靠定值就能保证方向故障时不误动作。

如今整定爱护4,爱护4按躲过爱护5处母线短路最大电流整定时,

定值为

九==2.34kA当爰护4处背侧母线三相短路是，流过爱护4的

电流为2.554kA，大于其整定值，所以不会误动，必需加装方向元件。

(2)过电流爱护按躲过最大负荷电流整定，其量值较小，爱护灵敏

度很高，4~9任何一处爰护正向及方向故障时,短路电流的量值都会

超过其整定值，所以每一处都应安装方向元件。

在均装方向元件的状况下，4、5、6处的过电流爱护的动作时间分别

及G3、G2和G1处的过电流爱护时间相协作，在其动作延时的根底

上增加一个时间级差；5、7、9处过电流爰护的动作时间均及3处过

电流时间相协作，由题2.7可知，三处过电流爰护的动作时间为2s,

所以5、7、9处过流爱护的动作时间均应取2.5s。

(3)5处限时电流速断爱护定值应当及3、6、8处电流速断爱护的

定值相协作。

及3处电流速断爱护的定值协作：

3处电流速断爱护的定值为/3=C,x小…=2.603KA,L3支路对应的

0409

分支系数的倒数为*Kbr-III硬+“1凶II+”;G3+%xL3=

及爱护3协作时，5处限时电流速断爱护的定值为

%=七白以=L224kA

Khr

及6处和8处电流速断协作：若装设方向元件，则6处电流速断爱

护应当按躲过母线A处三相短路的最大短路电流来整定，而母线A

三相短路时，发电机Gl,G2所供应的短路电流不会流过爱护6,

只有发电机G3的电流才流过爰护6,所以其I段的整定值为

=

心=K)xikl-K)_.：.-x七l・048kA

AG3AL3十AL\IIAL2AL\十AL2

同理，装设方向元件的状况下，8处爱护的定值也为/L8=1.048kAo

按及它们协作时，5处限时电流速断爱护的定值为/，=KH-K*，

=1.205kA

取三种状况的最大者，即服二l.224kA

校验灵敏度：母线B两相短路时，流过5处的最小短路电流为

心皿一半Tr=2.211kA所以灵敏度为KM二针二1.834满意

，大63+入£31set.5

要求。

在6、8处不装方向元件的状况下，它们速断爱护的定值还应安躲过

母线B三相短路时流过它们的最大短路电流来整定。

母线B三相短路时流过6、8处的最大短路电流为

儿2-儿„a*-5Xm||Xs+x”iix?-l.844kA

这时其短路电流速断爰护的整定值变为=乙尸七x4…=2.26kA

所以5处限时电流爰护的定值为七=七乙6=2.599kA

灵敏度为(二=铲=0.85故不满意要求。

hei.5

2.17在中性点干脆接地系统中,发生接地短路后，试分析、总结:(1)

零序电压、电流重量的分布规律；(2)负序电压、电流重量的分布规律；

⑶正序电压、电流重量的分布规律。

答：(1)零序电压——故障点处零序电压最高，距故障点越远零序电

压越低，其分布取决于到大地间阻抗的大小。零序电流——由零序电

压产生，由故障点经线路流向大地，其分布主要取决于送电线路的零

序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，及电源点的数目和位置无

关。(2)负序电压——故障点处负序电压最高，距故障点越远负序电

压越低，在发电机中性点上负序电压为零。负序电流的分布取决于系

统的负序阻抗。（3）正序电压——越靠近电源点正序电压数值越高，

越靠近短路点正序电压数值越低。正序电流的分布取决于系统的正序

阻抗。

2.18比拟不同的提取零序电压方式的优缺点。

答：（1）电磁式电压互感器一般有三个绕组，一个一次绕组，两个二

次绕组。在三相系统中，三个单相式电压互感器的一次绕组接成星形

并将中性点接地，其两个二次绕组一个按星形方式接线，另一个按开

口三角形接线，星形接线的绕组用来测量各相对地电压及相间电压，

开口三角形用来干脆获得系统的零序电压。这种方式获得零序电压的

有地啊是简洁便利，精度较高，不须要额外的装置或系统;其缺点是开

口三角侧正常无电压，不便于对其进展监视，该侧出现断线短路等故

障无法刚好发觉，输出零序电压的极性简洁标错，从而造成零序功率

方向继电器不能正确工作。

（2）采纳三相五柱式互感器本身构造比拟困难，主要应用于35kV

及以下电压等级的中低压配电系统，其优缺点及（1）的状况类似。

（3）接于发电机中性点的电压互感器，用一只电压互感器即可获得

三相系统的零序电压，较为经济，但适用范围小，同时不平衡电压较

大，不够灵敏。

（4）爰护内部合成零序电压的方式接线较为简洁，不简洁出现接线

及极性的错误，其缺点是装置内部必需设置特地的模块。

传统的机电式爰护中通常采纳（11（21（3）三种方式获得零

序电压；在数字式爱护中，倾向于采纳方式（4）；在一些特殊的场合,

也可以采纳方式（3X

2.19系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系

统，最大开机方式为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压

器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：与=u5/GkV,

X1.GI=X2G]-X]G2=X202-5。1X]G3=XZG3-^|,G4=^2.G4-8Q.

Xm~XL7.4=5。,x°6~x℃=15c,X75=x.=15Q,x。%=x0,r6=20。,

小二L_，线路阻抗乙=

60km,[{C=40km4=0.4Q/km,z()=1.2n/km,

K，=1.2,e=1.15。

图2-6系统示意图

(1)画出全部元件全运行时的三序等值网络，并标注参数；

(2)全部元件全爱护时，计算母线B发生单相接地短路和两相接地

短路时的零序电流分布；

(3)分别求出爱护1、4零序口段的最大、最小分支系数；

(4)分别求出爱护1、4零序I、n段的定值，并校验灵敏度；

(5)爰护1、4零序I、II段是否须要安装方向元件；

(6)爱护1处装有单相重合闸，全部元件全运行时发生系统振荡，

整定爱护1不灵敏I段定值。

解:先求出线路的参数，即心二60km,X.AB=X"24Q"尸72c,

L=40km,

XL8C=XN8C=16Q,XO.8C=48。，全部元件全运行是三序电压等值网络图

如图2-7所示。

(a)正序等值图

(b)负序等值图

(c)零序等值图

图2-7全部元件全运行时三序电压等值网络图

(2)下求出全部元件全运行时，B母线分别发生单相接地短路和两

相接地短路时的负荷序网等值图。

1）单相接地短路时，故障端口正序阻抗为

工厂区加+%丁―0+、;*=（24+5）||（16+6.5）=12.67。

故障端口负序阻抗为ZZLZ》=12.67。

故障端口零序阻抗为

z工。=（冬+X0..）II普ii（警+x0,）=79.5||10||55.5=7.657c

则复合序网等值图如图2-8所示。

故障端口零序电流为//0=——=2.012kA

ZX1+Zr2+Zv()12.67+12.67+7.657

在零序网中根据零序导纳进展安排零序电流从而得到此时流过爱护

L4处的零序电流分别为/0I=//oxAJ^=0.194kA

2^2^=0.278kA

/（°n-=//70oX0.130597

画出零序电流分布图如图2-9所示.

图2-8

单相接地短路复合序网等值图图2-9单相接地短路零序电流

分布图

2）两相接地短路时，故障端口各序阻抗和单相接地短路时一样，即

zSI=zZ2=12.67Q

ZIO=7.657Q,贝！］复合序网如图2-10户标。

z』％。二需黑=4.77故障端口正序电流为

1Z.O/+/.o/j

/==3.808kA

Zgi+Z52IIZ^o

故障端口零序电流为//。=加3,26；2.373kA

12.67+/.o/5

同样地，流过爰护L4的零序电流分别为/ol=O.299kA,

电=0.327kAo

从而得到如图2-11所示的零序电流分布图。

图2-10两相接地短路复合序网等值图图2-11两相接

地短路零序电流分布图

(3)先求出爰护1的分支系数K’b

当BC段发生接地故障，变压器5、6有助增作用，如图2-12所示。

对于X，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有

当两台发电机变压器组运行时乂最小，有X,=殍+乂四=79.5。

对于X2,当T5J6只有一台运行时占最大，x2max=20;当T5J6两台

全运行时鸠最小，

x2min=10.因此爱护1的最大分支系数勺"+3=9.7,

X2min

最小分支系数为Kihn,n=i+暂皿=4.975

/max

同样的分析爱护4的分支系数也。当AB段发生接地故障时，

T5J6YOU助增的作用,如图2-13所示。

对于天，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有

X"=XOT3+^o.fiC=63Q

当两台发电机变压器组运行时X最小，有Xmn=ti+X0.=55.5。

对于私,当T5,T6只有一台运行时先最大，x2nm=20;当T5,T6两台

全运行时x,最小，

X*=10.因此爱护4的最大分支系数储2皿=7.3,

X2min

最小分支系数为K4.=i+2=3.775

图2-12BC段故障时变压器的助增作用图2-13

AB段故障时变压器的助增作用

(4)爱护1整定计算

零序I段：根据前面的分析结果，母线B故障流过爱护1的最大零

序电流为/o.i.max=0.229kA故I段定值r!etA=K)X3/Okmax=1.2x3x

0.229=0.8244kA

为求爱护i的零序n段定值，应先求出爱护3零序I段定值，设在母

线C处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过爱护3的

最大零序电流，因此有

ZiZ2=(强用-X.)||(强亭必)=5.68。

Z。=((%+X.)II4+X。.]II功=6.63。

从而求得流过爱护3的电流为/0*0.43kA

连相接地短路时，有42||七。=鬻等=3.06。

5.86+6.63

正序电流ifl=-—>=7.6kA零序电流

Z.+Zg2IIZgo

从而求得流过爱护3的电流/03=0.408kA

这样，流过爱护3的最大零序电流/、二0・43kA

爱护3的零序I段定值为/，=x3/0.…=1.548kA

这样爱护1的零序I[段定值为森=乡-乂心*短xl.548=0.358kA

校验灵敏度：母线B接地短路故障流过爱护1的最小零序电流

==0.194kA

灵敏系数K.=%=1.626

set.I

爱护4整定计算：

零序工段根据前面的分析结果，母线B故障流过爱护4的最大零序

电流为任,g=0.327kA故I段定值乙产K)x3/。4nm=1.2X3X

0.327=1.18kA

为求爰护4的零序II段定值，应先求出爱护2零序I段定值，设在母

线A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过爱护2的

最大零序电流，因此有

yzy(X心;"x_+x­)||W『＞4.52Q

z。=[(当+x。麻)||警+x0,B]||普=6.86。

单相接地短路时，有小=一么一=—此也一=4.179kA

70

ZZI4-ZZ2+ZZ34.52+4.52+6.68

从而求得流过爰护的电流为

2/02=0356kA

两相接地短路时，有小4。=萼黑=2.723。

4.52+o.oo

正序电流/Z1=--，/削=9.17kA零序电流

Zf\+z^2IIZ))

=x——=3.64kA

从而求得流过爰护的电流

2/O2=O.31kA

这样，流过爰护2的最大零序电流/02a=0.356kA

爱护2的零序I段定值为也2=&x3&x=1.286kA

这样，爱护4的零序口段定值为以二等二九二黑x|.282=0.39kA

K4bmm3.775

校验灵敏度：母线B接地短路故障流过爰护4的最小零序电流

，…=二0.278kA

灵敏系数七=今皿=2.14

*seiA

2.20系统示意图如图2-6所示，发电机以发电机-变压器方式接入系

统，最大开机方式为4台全开，最小开机方式为两侧各开1台，变压

器T5和T6可能2台也可能1台运行。参数为：纭=115/6kV,

=X2GI—X]G2=X202—5。IX]G3=X2G3—X[G4=X2G4—8。1

Xm~X,=5。,~X℃=15Q,X55=X5=15Q,x0.T5=x°.76=20Q,

小二60km，品w=40km，线路阻抗4=4=0.4Q/km,z0=1.2n/km,

桂产1.2,L5。其相间短路的爱护也采纳电流爱护，试完成：

(1)分别求出爱护L4的段I、口定值，并校验灵敏度;

(2)爱护1、4的工、II段是否安装方向元件；

(3)分别画出相间短路的电流爱护的功率方向判别元件及零序功率

方向判别元件的沟通接线；

(4)相间短路的电流爱护的功率方向判别元件及零序功率方向判别

元件的内角有何不同；

(5)功率方向判别元件必需正确地根据电压、电流同名端接线后,

才能正确工作，设想现场工程师是如何保证接线极性正确的。

解：(1)爱护1的I、口段整定。

最大运行方式为Gl、G2全运行，相应的d=5。

最小运行方式为一台电机运行，相应的Xe=X.+Xri=10Q

母线B处三相短路流过爱护1的最大电流7=—^-=2.289kA

/ftmax

s.min+X"

爱护1的工段定值为z，2x2.289=2.747kA

母线C三相短路流过爱护3的最大电流=1.475kA

X.min+Xd

爱护3的I段定值为K)X二1.771kA

爱护1的H段定值为4—,3=2.063kA

母线B两相短路流过爱护1的最小电流^—=1.691kA

2X^,max+X([

爱护1电流II断的灵敏度系数《3=铲二援二0.83灵敏度不满

.seiA2.。。3

意要求。

爱护4的I、II段整定。

最大运行方式为G3、G4全运行，相应的、,而n=”9=6.5Q

最小运行方式为一台电机运行,相应的=XG3+x73=13。

母线B处三相短路流过爰护4的最大电流/_L=2.951k^

m=

X$.min+Xd

爱护1的工段定值为九=心/…，2x2.951=3.541kA

母线A三相短路流过爰护2的最大电流/…==1.428kA

5.min+Xd

爱护2的I段定值为&=&x〃i=L713kA

爱护4的n段定值为/L=Cx/L=1.97kA

母线B两相短路流过爰护4的最小电流脑皿=坐/一=L983kA

2X.v.max+Xd

爱护4电流II断的灵敏度系数用l=小二哥=1.01灵敏度不满

意要求。

(2)计算母线A背侧三相短路时流过爱护1的最大短路电流，即

,=__________Z__________

J.X.max\7.\7

Y.Y।八一3十八G3

AAB+ABC+2

由于小侬＜2.747kA二九,并且＜2.036kA=/l,,故爱护1的

I、II均不须要加装方向元件。

计算母线C背侧三相短路时流过爰护4的最大短路电流，即

74-115/G-1475kA

叩皿，+丫+号.卬-五际-L4/5KA

A八8十八8C

由于心侬＜3.54kA=九，并且%g＜1.97kA=%,故爱护4的I、

口均不须要加装方向元件。

(3)相间短路的电流爱护的功率方向判别元件及零序功率方向元件

的沟通接线图分别如图2-14、2-15所示.

图2-14相间短路的电流爱护的功率方向判别元件沟通接线

图

图2-15零序功率方向元件的沟通接线图

(4)对相间短路电流爱护功率方向判别元件而言，当0。<如<90。,

使相间短路电流爱护功率方向判别元件在一切故障时都能动作的条

件为：内角应满意30°<.<60。。对某一已经确定了阻抗角的送电线

路而言,应采纳。=90。-心，以便短路时获得最大灵敏角。而对零序

功率方向判别元件而言,在爱护范围内故障时,最大灵敏角仁二-95。

710。,即内角。一般为95°~no°。

(5)现场测定互感器极性的常用原理图如图2-16所示。一般采纳

直流电池组协作直流毫安表的简洁工具，将电池正极接在互感器的一

次同名端，直流电表的红笔(正极)接在二次同名端，当电路接通时

一次电流由同名端流入，二次电流由同名端流出，指针向右摇摆，稳

定后电路断开是指针向左摇摆，则同名端标识正确。若指针摇摆方向

相反，则二次同名端应在另一端。

当电压、电流互感器的同名端(极性)被正确标定以后，根据功

率方向元件接线原理图细致地接入后，还可以采纳电压、电流、功率

和相角一体化测量仪表进展测量，根据以上电量的幅值、相位关系和

各读数值对接线校核。

图2-16现场测定电流互感器极性的常用原

理接线图

2.21对于比219困难得多的实际电力系统，设想爰护工程师是如何

完成爱护定值计算的？假如你今后从事爱护整定计算，如何借助如今

计算工具进步你的劳动效率？

答：由于继电爱护整定计算多种不同的运行方式，要对不同地点、不

同类型的故障进展屡次计算，既要计算出各个继电爰护元件不同段的

动作值，还要进展灵敏度校验，计算的工作量特别的大，特殊是在网

络构造特殊困难的实际电力系统中，人工计算几乎不行能完成。爰护

工作者曾今独创了〃直(交)流计算台〃，用集中的电阻(阻抗)代

表电网元件的电(阻)抗，根据电网的实际连接关系连接成模拟的电

网，在电源点接上直(交)流电压，用仪表测量短路后的电流、电压。

因为接线困难、精度低，目前实际电力系统已经广泛推广应用继电爱

护整定计算软件，只要整定人员按要求输入电网构造和参数，就可以

由计算机快速准确的计算出须要的短路电流及不同爱护装置隔断的

动作值，并可以由计算机完成灵敏度校验。

今后继电爱护的整定计算主要由计算机来完成，但整定计算人员必需

理解计算的原理和原则，再出现一些整定计算软件无法涵盖的特殊状

况时，还素人工手动计算作为补充。

2.22图2—17所示系统的变压器中性点可以接地，也可以不接地。

比拟中性电干脆接地系统及中性点非干脆接地系统中发生单相接地

以后，在下属方面的异同：

(1)零序等值网络及零序参数的组成；

(2)灵虚电压分布规律；

(3)零序电流的大小及流淌规律；

(4)故障电路及非故障线路零序功率方向；

(5)故障电流的大小及流淌规律；

(6)故障后电压方向机对称性变更；

(7)故障对电力系统运行的危害；

(8)对爱护切除故障速度的要求；

图2-17系统接线图

答：(1)零序等值网络及零序参数的组成：

以线路AB末端发生单相接地为例，中性点干脆接地系统零序等值图

如图2—18所示。

由图2—18可见，从故障点看进去的零序阻抗为母线B引出的三个

分支的并联，等值阻抗值较小，出现单相接地后系统中会有较大的零

序电流。

中性点非干脆接地系统，零序网络由同级电压网络中元件对地的

等值电容构成通路，其零序等值图如图2—19所示。

图2-18线路AB末端故障时中性点干脆接地系

统零序等值图

图2-19中性点非干脆接地系统

零序等值图

由图2—19可见，故障点的等值阻抗为三个对地容抗的并联，由于

分布电容的容值较小、阻抗较大，因此故障点的零序等值阻抗也较大,

接地不会产生较大的零序电流。

零序电压分布规律：

中性点干脆接地系统中，故障点零序电压最高，间隔间隔故障

点越远下降越多，在变压器中性点处降为0。

在中性点非干脆接地系统中，若不计微小的零序电容电流在线路

阻抗上产生的微小压降，则统一电压等级的整个系统的零序电压都一

样(及三相变压器之间的一局部系统X

(3)零序电流的大小及流淌规律：

中性点干脆接地系统中，零序电流的大小同系统的运行方式和系

统各局部的零序阻抗的大小都有关系，零序电流在故障点及变压器中

性点之间形成回路。

非干脆接地系统中，零序电流的大小依靠于系统地相电动势和线

路的对地电容。零序电流从故障点流出通过线路的对地电容流回大

地。非故障元件的零序电流就是该线路本身的对地电容电流，故障元

件中流过的零序电流，数值为全系统全部非故障元件对地电容电流值

之和，再有消弧线圈的状况下，则是全系统全部非故障元件对地电容

电流值及消弧线圈中的电感电流值相量和。

(4)故障线路及非故障线路灵虚功率方向：

中性点干脆接地系统中，在故障线路上零序功率方向表现为线路

流向母线；在非故障线路上，靠近故障点的一侧，零序功率方向由母

线流向线路，而远离故障点的一侧，零序功率方向由线路流向母线。

中性点非干脆接地系统中，故障线路上电容性无功功率方向为线路流

向母线；在非故障线路上，电容性无功功率方向为母线流向线路。

(5)故障电流的大小及流淌规律：

中性点干脆接地系统中，由于故障点和网络中变压器中性点形成回

路，因此故障相电流较大。故障电流有故障电流向中性点。中性点非

干脆接地系统中，由于不构成短路回路而只经过对地电容形成回路，

因此接地相电流很小。由于接地电流相对于负荷电流较小，根本上不

影响负荷电流的分布、

(6)故障后电压的变更及对称性变更：

中性点干脆接地系统中，故障后三相的相电压和线电压都不在对

称。中性点非干脆接地系统中，故障后接地相电压降为0,非接地相

对于低电压上升至原电压的G倍，但三相之间线电压依旧保持对称。

(7)故障对电力系统的危害：

中性点干脆接地系统中，故障相电流很大，对系统危害很大。

中性点非干脆接地系统中，故障相电流很小，而且三相之间的线电压

任然保持对称，对负荷的供电没有影响，一般状况下，对系统危害不

大。

(8)对爰护切除故障速度的要求：

中性点干脆接地系统中，由于接地相电流很大，为防止损坏设备,

应快速切除接地相甚至三相。中性点非干脆接地系统中，由于故障点

电流很小，切三项之间的线电压仍对称，可以允许再运行l~2h,同

时发出信号。

2.23图2—17所示系统中变压器中性点全部不接地，假如发觉单相

接地，试答复：

(1)比拟故障线路及非故障线路中零序电流、零序电压、零序功率

方向的差异。

(2)假如在接地电流过的电容电流超过10A(35KV系统\20A

(10KV系统130A(3~6KV系统)时，将装设消弧线圈，减小接

地电流，叙述用零序电流实现选线的困难。

(3)叙述用零序功率方向实现选线的困难。

(4)叙述拉路停电选线存在的问题。

答：(1)零序电流、零序电压、零序功率的方向：

零序电流：在非故障线路中流过的电流其数值等于本身的对地电容电

流，在故障线路

中流过的零序电流数值为全系统全部非故障元件对地电容电流之和。

零序电压：全系统都会出现量值等于相电压的零序电压，个点零序电

压根本一样。

零序功率方向：在故障线路上，电容性无功功率方向为线路流向母线；

在非故障线路上，电容性无功功率方向为母线流向线路。

(2)装设消弧线圈后，上述零序电流的分布规律发生变更，接地线

路中的零