电力系统继电保护课后习题答案
电力系统继电保护课后习题答案
1 绪论
1.1电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想象一下会出现什么情景？
答：现代的电力系统离开完善的继电保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，若没有完善的继电保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。如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，则当电力系统出现不正常运行时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。
1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?
答:继电保护装置就是指能反应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,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。
1.3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:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，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 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复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗？
答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。
单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障，因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差别不大。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，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。
1.5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：利用电力元件两端电流的差别，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相位的差别可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差别，可以构成纵联方向比较式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差别，可以构成纵联距离保护。
1.6 如图1-1所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器？
答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。因为母线保护和线路保护的保护区必须重叠，使得任意点的故障都处于保护区内。
母线
线路
TA1TA2
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：由电力系统分析知识可知，故障发生时发电机输出的电磁功率减小二机械功率基本不变，从而使发电机产生加速的不平衡功率。继电保护的动作时间越快，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，继电保护的动作速度越快，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，即稳定性得到了提高。
1.8后备保护的作用是什么？阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。
答：后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动来切除故障。
远后备保护的优点是：保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围，它能解决远后备保护范围内所有故障元件由任何原因造成的不能切除问题。
远后备保护的缺点是：（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；（2）动作将切除所有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足灵敏度的要求。
近后备保护的优点是：（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动作；（2）动作时只能切除主保护要跳开的断路器，不造成事故的扩大；（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。
近后备保护的缺点是：变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。
1.9 从对继电器的“四性“要求及其间的矛盾，阐述继电保护工作即是理论性很强，又是工程实践性很强的工作。
答：继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性四项要求之间即矛盾又统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。
电力系统继电保护即是一门理论性很强，又是工程实践性很强的学科。首先继电保护工作者要掌握电力系统、电气设备的基本原理、运行特性和分析方法，特别要掌握电力系统故障时的电气量变化的规律和分析方法，通过寻求电力系统的不同运行状态下电气量变化的特点和差异来“甄别“故障或不正常状态的原理和方法，应用不同的原理和判据实现继电保护的基本方法，所以需要很强的理论性。
由于被保护的电力系统及其相关的电气设备千差万别，故障时电气量的变化受多种因素的影响和制约，因此任何一种继电保护原理或装置都不可能不加调整地应用于不同的电气设备或系统，而应根据实际工程中设备、系统的现状与参数，对其继电保护做出必要的调整。相同原理的保护装置在应用于电力系统不同位置的元件上时，可能有不同的配置和配合；相
同的电力元件在电力系统不同位置安装时，可能配置不同的继电保护，这些均需要根据电力系统的工程实际，具体问题具体分析，所以继电保护又具有很强的工程实践性。
2电流的电网保护
2.1在过量（欠量）继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”？若不满足，当加入继电器的电量在动作值附近时将可能出现什么情况？
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。当加入继电器的动作电量（图中的k I ）大于其设定的动作值（图中的o p I ）时，继电器能够突然动作；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，只有当加入继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的re
I ）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，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。
为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否则当加入继电器的电气量在动作值附近波动时，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。
1
2
6
534
op I k
I re
I 1
E 0
E
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用那些技术？
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与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不变的情况下，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。继电器的返回过程与之相反，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与摩擦力矩之和。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，因此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。所以返回值一定小于动作值，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 解释“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，就必须增大通过继电器线圈的电流k I ，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o p I 。
在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须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re I 。
过电流继电器返回系数过小时，在相同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须小于返回电流，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，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，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行设定。
2.4 在电流保护的整定计算中，为什么要引入可靠系数，其值考虑哪些因素后确定？ 答：引入可靠系数的原因是必须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）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响； （3）电流互感器存在误差；
（4）保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，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。
2.5 说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性？
答：电流速断保护的动作电流必须按照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，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作范围来整定，提高了保护动作的灵敏性，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保护切除故障，保证它的选择性。
电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围内的故障由速断保护快速切除，速断范围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0.3~0.6s 的延时才能动作。速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。
2.6为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断的灵敏度不需要逐级配合？
答：定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流整定，不但保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起远后备保护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最末端的过电流保护灵敏度最高、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。由于电流速断只保护本线路的一部分，下一级线路故障时它根本不会动作，因而灵敏度不需要逐级配合。
2.7 如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为：
115/3E kV ?=，115G X =Ω 、210G X =Ω，310G X =Ω，1260L L km ==，340L km =，
50B C L km
-=，30C D
L
km
-=，20D E
L
m
-=，线路阻抗0.4/km Ω，rel K Ⅰ=1.2 、rel K Ⅱ=
rel K Ⅲ=1.15 ，.max 300B C I A -=，.max 200C D I A -=， .max 150D E I A -=，ss K =1.5、re K =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
定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。
（2）整定保护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小保护范围。
（3）整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要求（sen K ≥1.2）
（4）整定保护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E 的过电流保护动作时限为0.5s ，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵敏度。
G1
G2
G3
A
B
C
D
E
9
8
7
6
5
4
3
2
1
L1
L2
L3
图2-2 简单电网示意图
解：由已知可得L
X =2
L X =0.4×60=24Ω，3
L X =0.4×40=16Ω，BC
X =0.4×50=20Ω，CD
X =0.4×30Ω， DE
X =0.4×20=8Ω
（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G1，G2连接在同一母线上，则 .m in
s X =（1
G X ||2
G X +1
L X ||2
L X ）||(3
G X +3
L X )=(6+12)||(10+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.m ax
s X =1
G X +1
L X =39
B
C
D
E
3
2
1
E ?
.min
s X 10.6
20
12
8
图2-3 等值电路
（2）对于保护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保护1 的最大短路电流为
..max .min 115/
3
1.31210.620128
k E s BC C D D E
E
I kA
X X X X =
=
=+++++
相应的速断定值为.1set I Ⅰ=
rel K Ⅰ
×..m ax k E I =1.2×1.312=1.57kA 最小保护范围计算公式为set I Ⅰ=
32
.max 1min
s E
Z Z L + m in
L =.m ax 3
120.4s set E Z I ??
? ?-? ? ??
?
Ⅰ=-85.9km 即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。
对于保护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保护2 的最大电流 ..max k D I =
.min s BC C D
E
X X X ++=1.558kA
相应的速断定值为 .2set I Ⅰ=
rel K Ⅰ
×..max k D I =1.2×1.558=1.87kA
最小保护范围为 m in
L =.m ax .23
120.4s set E Z I ??
? ?-? ? ???
Ⅱ=-70.6km 即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。
对于保护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保护3 的最大电流 ..m ax k C I =
.m in s BC
E X X +=2.17kA
相应的速断定值为 .3set I Ⅰ=rel K Ⅰ×..m ax k C I =1.2×2.17=2.603kA 最小保护范围为 m in
L =.m ax .33
120.4s set E Z I ??
? ?-? ? ??
?
Ⅱ=-42.3km 即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。
上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行发生下可能没有保护区。
（3）整定保护2的限时电流速断定值为 set I Ⅱ=set
K Ⅱ
.1set I Ⅰ
=1.15×1.57=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
..max
k D I =
.max 32s BC C D
E
X X X ++=0.8098kA
所以保护2处的灵敏系数 set K Ⅱ=..m in k D set
I I
Ⅱ=0.4484 即不满足sen K ≥1.2的要求。
同理，保护3的限时电流速断定值为 .3set I Ⅱ=rel K Ⅱ.2
set I Ⅰ
=1.15×1.87=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
..m ax k C I =
.m ax 32s BC
E
X X +=0.9764kA
所以保护3处的灵敏系数 .3set K Ⅱ=
..m in .3
k C set I I
Ⅱ
=0.4531 即不满足sen K ≥1.2的要求。
可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断保护的灵敏度都远不能满足要求。 （4）过电流整定值计算公式为 set
I Ⅲ='
re re
I K =
.m ax
rel ss L re
K K I K Ⅲ
所以有 .1
set I
Ⅲ
=
.m ax
rel ss D E re
K K I K -Ⅲ
=304.5A
同理得 .2set I Ⅲ=406A .3set I Ⅲ
=609A
在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的计算公式为 .m in k I =.m ax 32s L
E
Z Z +
所以有 .m in E I =727.8A .m in D I =809.8A .m in C I =974.51A 所以由灵敏度公式 sen K =
.m in k set
I I Ⅲ
可知，保护1作为近后备的灵敏度为
.1set K Ⅲ
=
.m in .1
E set I I
Ⅲ=2.39≥1.5 满足近后备保护灵敏度的要求；
保护2作为远后备的灵敏度为 .2
set K Ⅲ
=.m in .2
E set I I Ⅲ=1.79≥1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求； 保护3作为远后备的灵敏度为 .3
set K Ⅲ=.m in
.3
E set I I
Ⅲ
=1.33≥1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。
保护的动作时间为 1t Ⅲ=0.5+0.5=1s 2t Ⅲ=1t Ⅲ+0.5=1.5s 3t Ⅲ=2t Ⅲ+0.5=2s
2.8 当图2.56中保护1 的出口处在系统最小运行方式下发生两相短路，保护按照题2.7配置和整定时，试问
（1）共有哪些保护元件启动？
（2）所有保护工作正常，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？
（3）若保护1 的电流速断保护拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？ （4）若保护1 的断路器拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？ 答: （1） 由题2.7的分析，保护1出口处（即母线D 处）短路时的最小短路电流为0.8098kA ，在量值上小于所有电流速断保护和限时电流速断保护的整定值，所以所有这些保护都不会启动；该量值大于1、2、3处过电流保护的定值，所以三处过电流保护均会启动。 （2）所有保护均正常的情况下，应有1处的过电流以1s 的延时切除故障。
（3）分析表明，按照本题给定的参数，1处的速断保护肯定不会动作，2处的限时电流速断保护也不会动作，只能靠1处的过电流保护动作，延时1s 跳闸；若断路器拒动，则应由2处的过电流保护以1.5s 的延时跳开2处的断路器。
2.9 如图2-4所示网络，流过保护1、2、3的最大负荷电流分别为400A 、500A 、550A,
ss K =1.3、re K =0.85，rel K Ⅲ=1.15， 1t Ⅲ=2t Ⅲ=0.5s ，3t Ⅲ
=1.0s ，试计算：
（1） 保护4 的过电流定值；
（2） 保护4的过电流定值不变，保护1所在元件故障被切除，当返回系数re K 低于何值时会造成保护4误动？
（3） re K =0.85时，保护4的灵敏系数sen K =3.2，当re K =0.7时保护4 的灵敏系数降低到
多少？
4
1
25
3
B
A C
M
M
图2-4 系统示意图
解：过电流保护4 的最大负荷电流为 4.m ax I =400+500+550=1450A 保护4的过电流定值为 .4
4.m ax
ss rel
set re
K K I
I K =
Ⅲ
Ⅲ=2.55A
时限为 4t Ⅲ=max （1t Ⅲ，2t Ⅲ，3t Ⅲ）+t ?=1.5s
（2）保护21 切除故障后，流过保护4 的最大负荷电流 4.m ax
'I =500+550=1050A=1.05kA ，在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流 .m ax ss I =ss K 4.m ax
'
I =1.3×1.05=1.365kA ，这个电
流必须小于保护4 的返回电流，否则1.5s 以后保护4 将误切除。相应的要求.m ax ss I ≤
re I =.4re set K I Ⅲ
=2.55re K ，从而
2.55re K ＞1.365，re K ＞
1.365
2.55
=0.535。当返回系数低于0.535
时，会造成保护误动。 （3）保护4的灵敏系数..m in .4.4
k B sen set I K I
=Ⅲ=
..m in 4.m ax
k B re rel
ss I K K
K I Ⅲ，.4sen K 与re K 成正比，当re K 下降时灵敏
系数下降，sen K =
0.7 3.20.85
?=2.635。
2.10 在中性点非直接接地系统中，当两条上下、级线路安装相间短路的电流保护时，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，若采用三相星形接线，有何不足？
答：在中性点非直接接地系统中，允许单相接地时继续短时运行，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，另一条线路继续运行。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 、2C ）、（1B 、2A ）、（1B 、2C ）、（1C 、2A ）、（1C 、2B ）。
当两条上、下级线路安装相间短路电流保护时，上级线路装在A 、C 相商，而下级装在A 、B 相上时，将在（1A 、2B ） 、（1B 、2A ）、（1C 、2A ）和 （1C 、2B ）四种情况下由下级线路保护切除故障，即下级线路切除故障的几率为2/3;当故障为（1A 、2C ）时，将会由上级线路保护切除故障；而当故障为（1B 、2C ）时，两条线路均不会切除故障，出现保护拒动的严重情况。
两条线路并列时，若两条线路保护动作的延时一样，则在（1A 、2B ） 、（1C 、2A ）和 （1C 、2B ）三种情况下，两条线路被同时切除；而在(1A 、2C)故障下，只能切除线路1；在（1B 、2A ）故障下，只能切除线路2；在（1B 、2C ）故障下，两条线路均不会切除，即保护拒动。
若保护采用三相星形接线时，需要三个电流互感器和四根二次电缆，相对来讲是复杂不经济的。两条线路并列时，若发生不同相别的接地短路时，两套保护均启动，不必要切除两条线路的机会就比较多。
2.11在双侧电源供电的网络中，方向性电流保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保护动作的选择性。方向性电流保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表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。反之，不允许保护动作。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，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。
2.12功率方向判别元件实质上是在判别什么？为什么会存在“死区”？什么时候要求它动作最灵敏？
答：功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位，并且根据一定关系[cos(+a)是否大于0]判别初短路功率的方向。为了进行相位比较，需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值（在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波），且有最小的动作电压和电流要求。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。在保护正方向发生最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏。
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sin(100)r r u U t π=， sin(10030)r r i I t π=+?和sin(100)r r u U t π=，sin(10060)r r i I t π=-?时，各输出电压随时间变化的波形；如果用数字式（微机）实现，写出你的算法，并校验上述两种情况下方向元件的动作情况。
答：以内角α=30°为例，画出各点输出电压波形如图2-5所示。
u
t
ω1u 2
u 180
360
t
ωu
1
u 2
u
t(ms)
3
u 10
20
30
t(ms)
3
u 10
20
30
t(ms)
4
u 10
20
30
t(ms)
4
u 15
25
355
t(ms)
5
u 10
20
30
t(ms)
5
u 10
25
30
5
t(ms)
6
u 10
20
30
t(ms)
6
u 15
20
t(ms)
7
u 10
5
t(ms)
7
u 10
t(ms)
8
u 15
10
t(ms)
8
u 20
t(ms)
9
u 15
10
t(ms)
9
u 20
动作最灵敏条件 arg
0j r r U e
I α
??
=? 临界动作条件 arg
90j r r
U e
I α
??
=?
图2-5 各点电压输出波形图
可以看出，在内角α=30°时第一种情况下动作最灵敏，第二种情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 90arg
90j r r
U e
I α
?
?
-?≤≤?。
将第一种情况和第二种情况下的电压、电流带入该判据可以得到情况1 为动作最灵敏，而情况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，需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：(1)正方向发生三相短路时，有0° 综合三相和各种两相短路的分析得出，当0°<<90°时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为30° 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情况。假定A 相的功率方向元件出口与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，会出现什么情况？ 答：内角为30°的功率方向元件，最大灵敏角sen ?=-30°，则动作范围为-120≤d ?≤-60°。由正常负荷电流的功率因数0.85可以得到d ?=arctan0.85=31.79°，在动作范围内，根据功率元件出口与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。因而电流元件和功率元件必须“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）确定保护4、5、6、7、8、9处过电流的时间定值，并说明何处需要安装方向元件。 （3）确定保护5、7、9限时电流速断的电流定值，并校验灵敏度。 答：整定保护5的电流速断。保护4处的母线发生三相短路时，流过保护5的短路电流为 433 k G L E I X X = += 115/3 1016 += 2.554A 按此电流来整定，动作定值.5set I Ⅲ =4 rel k K I Ⅰ =3.064kA 在来看发电机1、2处于最大运行方式下保护5处母线三相短路时，有 .m in s X =（1G X ||2G X +1L X ||2L X ）=18Ω 保护5处的电流为 5.min 3 k s L E I X X = +=1.953kA 远小于按躲过保护4 处母线三相短路求得的整定电流，所以保护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。 现在整定保护4，保护4按躲过保护5 处母线短路最大电流整定时，定值为 .4set I Ⅰ=5rel k I I Ⅰ =2.34kA 当保护4处背侧母线三相短路是，流过保护4 的电流为2.554kA ，大于其整定值，所以不会误动，必须加装方向元件。 （2）过电流保护按躲过最大负荷电流整定，其量值较小，保护灵敏度很高，4~9任何一处保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。 在均装方向元件的情况下，4、5、6处的过电流保护的动作时间分别与G3、G2和G1处的过电流保护时间相配合，在其动作延时的基础上增加一个时间级差；5、7、9处过电流保护的动作时间均与3处过电流时间相配合，由题2.7可知，三处过电流保护的动作时间为2s ，所以5、7、9处过流保护的动作时间均应取2.5s 。 （3）5处限时电流速断保护定值应该与3、6、8处电流速断保护的定值相配合。 与3 处电流速断保护的定值配合： 3处电流速断保护的定值为.3set I Ⅰ=rel K Ⅰ ×..m ax k C I =2.603KA ，L3支路对应的分支系数的倒数为 1212 121233 ||||10.409||||G G L br G G L G L X X X X K X X X X X X += =+++ 与保护3配合时，5处限时电流速断保护的定值为 .5 .3 1set rel set br I K I K =ⅡⅡⅡ =1.224kA 与6处和8处电流速断配合： 若装设方向元件，则6处电流速断保护应该按躲过母线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G1，G2所提供的短路电流不会流过保护6 ，只有发电机G3的电流才流过保护6，所以其Ⅰ段的整定值为 .6set I Ⅰ =rel K Ⅰ ×7 k I =1 331212 ||L rel G L L L L L X E K X X X X X X +++Ⅰ =1.048kA 同理，装设方向元件的情况下，8处保护的定值也为 .8 set I Ⅰ=1.048kA 。按与它们配合时，5处限时电流速断保护的定值为 .5 .6.8set rel set rel set I K I K I ==ⅡⅡⅠⅡⅠ =1.205kA 取三种情况的最大者，即.5 set I Ⅱ=1.224kA 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 ..min 33 3 2k B G L E I X X = +=2.211kA 所以灵敏度为 ..min .5 .5 k B sen set I K I =Ⅱ Ⅱ =1.834满足要求。 在6、8处不装方向元件的情况下，它们速断保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 6.m ax k I =8.m ax k I = 1212 12||||G G L E X X X X +=1.844kA 这时其短路电流速断保护的整定值变为.6set I Ⅰ=.8set I Ⅰ= 6.m ax rel k K I ?Ⅰ=2.26kA 所以5处限时电流保护的定值为 .5.6 set rel set I K I =ⅡⅡⅠ =2.599kA 灵敏度为 ..min .5 .5 k B sen set I K I =ⅡⅡ =0.85 故不满足要求。 2.17在中性点直接接地系统中，发生接地短路后，试分析、总结：(1)零序电压、电流分量的分布规律；(2)负序电压、电流分量的分布规律；(3)正序电压、电流分量的分布规律。 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，与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 比较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，开口三角形用来直接获取系统的零序电压。这种方式获取零序电压的有地啊是简单方便，精度较高，不需要额外的装置或系统;其缺点是开口三角侧正常无电压，不便于对其进行监视，该侧出现断线短路等故障无法及时发现，输出零序电压的极性容易标错，从而造成零序功率方向继电器不能正确工作。 （2）采用三相五柱式互感器本身结构比较复杂，主要应用于35kV 及以下电压等级的中低压配电系统，其优缺点与（1）的情况类似。 （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取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）保护内部合成零序电压的方式接线较为简单，不容易出现接线及极性的错误，其缺点是装置内部必须设置专门的模块。 传统的机电式保护中通常采用（1）、（2）、（3）三种方式获取零序电压；在数字式保护中，倾向于采用方式（4）;在一些特殊的场合，也可以采用方式（3）。 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： 115/ 3E ?=kV ， 1.1 2.1G G X X == 1.2 2.2G G X X ==5Ω， 1.3 2.3G G X X == 1.4 2.4G G X X ==8Ω， 1.1 1.4~T T X X =5Ω，0.10.4~T T X X =15Ω, 1.5 1.6T T X X ==15Ω,0.50.6T T X X ==20Ω，A B L -=60km ， B C L -=40km ，线路阻抗1Z =2Z =0.4Ω/km ，0Z =1.2Ω/km ，rel K Ⅰ=1.2，rel K Ⅱ=1.15。 A B C G1 G2T1 T2T5 T6 T4G4 G3 T3 1234 图2-6 系统示意图 （1）画出所有元件全运行时的三序等值网络，并标注参数； （2）所有元件全保护时，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）分别求出保护1、4零序Ⅱ段的最大、最小分支系数； （4）分别求出保护1、4零序Ⅰ、Ⅱ段的定值，并校验灵敏度； （5）保护1、4零序Ⅰ、Ⅱ段是否需要安装方向元件； （6）保护1处装有单相重合闸，所有元件全运行时发生系统振荡，整定保护1不灵敏Ⅰ段定值。 解：先求出线路的参数，即 AB L =60km ， 1. 2.AB AB X X ==24Ω，0.A B X =72Ω，BC L =40km ， 1. 2.BC BC X X ==16Ω,0.B C X =48Ω，所有元件全运行是三序电压等值网络图如图2-7所示。 E ? E ? E ?E ? 1.1 G X 1.1 T X 1.2 G X 1.2 T X 1.AB X 1.BC X 1.5 T X 1.6 T X 1.3T X 1.4 T X 1.3 G X 1.4 G X A B C (a) 正序等值图 2.1G X 2.1T X 2.2 G X 2.2 T X 2.AB X 2.BC X 2.5T X 2.6 T X 2.3T X 2.4 T X 2.3G X 2.4 G X A B C (b) 负序等值图 0.1T X 0.2 T X 0.AB X 0.BC X 0.5T X 0.6 T X 0.4 T X A B C (c)零序等值图 图2-7 所有元件全运行时三序电压等值网络图 （2）下求出所有元件全运行时，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 1.1 1.1 1.3 1.3 1 1. 1.()||()2 2G T G T AB BC X X X X Z X X ∑++=+ + =(24+5)||(16+6.5)=12.67Ω 故障端口负序阻抗为 21Z Z ∑∑==12.67Ω 故障端口零序阻抗为0.10.50.300.0.( )|| ||()2 2 2T T T AB BC X X X Z X X ∑=++=79.5||10||55.5=7.657Ω 则复合序网等值图如图2-8所示。 故障端口零序电流为 |0| 0120 115/ 3 12.6712.677.657 f U I Z Z Z ∑∑∑= = ++++=2.012kA 在零序网中按照零序导纳进行分配零序电流从而得到此时流过保护1、4处的零序电流分别为 0.100.125790.130597 f I I =? =0.194kA 0.200.0180180.130597 f I I =? =0.278kA 画出零序电流分布图如图2-9所示. |0| f U 112.67 Z ∑=212.67 Z ∑=07.657 Z ∑= A B C 0.139 0.278 0.77 0.194 0.097 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相同，即 12Z Z ∑∑==12.67Ω 0Z ∑=7.657Ω，则复合序网如图2-10所示。 2Z ∑||0Z ∑= 12.677.65712.677.675 ?+=4.77 故障端口正序电流为 |0| 1120 ||f f U I Z Z Z ∑∑∑= +=3.808kA 故障端口零序电流为 0f I =012.6712.677.675 f I ? +=2.373kA 同样地，流过保护1、4的零序电流分别为 0.1I =0.299kA ， 0.2I =0.327kA 。 从而得到如图2-11所示的零序电流分布图。 |0| f U 112.67 Z ∑=212.67 Z ∑=07.657 Z ∑= A B C 0.164 0.327 0.909 0.229 0.115 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）先求出保护1的分支系数 1.b K 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。 1.b K = '12 11BC M A BM ABM ABM I I X I I X =+ =+ , 对于1X ，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有1m ax X =0.10.T AB X X +=87Ω 当两台发电机变压器组运行时1X 最小，有 1m in X = 0.10.2 T AB X X +=79.5Ω 对于2X ，当T5,T6只有一台运行时2X 最大，2m ax X =20；当T5,T6两台全运行时2X 最小， 2m in X =10. 因此保护 1的最大分支系数 1..m ax b K =1m ax 2m in 1X X + =9.7， 最小分支系数为 1..min b K =1m in 2m ax 1X X + =4.975 同样的分析保护4的分支系数 4.b K 。当AB 段发生接地故障时，T5,T6YOU 助增的作用，如图2-13所示。 1.b K = '12 11BC M A BM ABM ABM I I X I I X =+ =+ 对于1X ，当只有一台发电机变压器组运行是最大，有1m ax X =0.30.T BC X X +=63Ω 当两台发电机变压器组运行时1X 最小，有 1m in X = 0.30.2 T BC X X +=55.5Ω 对于2X ，当T5,T6只有一台运行时2X 最大，2m ax X =20；当T5,T6两台全运行时2X 最小， 2m in X =10. 因此保护 4的最大分支系数 4..m ax b K =1m ax 2m in 1X X + =7.3， 最小分支系数为 4..min b K =1m in 2m ax 1X X + =3.775 B BCM I ABM I 'A BM I M X1 X2 B M X1 X2 'C BM I CBM I ABM I 图2-12 BC 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）保护1整定计算 零序Ⅰ段： 根据前面的分析结果，母线B 故障流过保护1的最大零序电流为 0.1.m ax I =0.229kA 故Ⅰ段定值 .1set I Ⅰ=0.1.m ax 3rel K I ?Ⅰ =1.2×3×0.229=0.8244kA 为求保护1的零序Ⅱ段定值，应先求出保护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，求出流过保护3 的最大零序电流，因此有 12Z Z ∑∑==（ 1.1 1.1 1. 1.2 G T AB BC X X X X +++）||( 1.3 1.3 2 G T X X +)=5.68Ω 0.10.50.300.0.[( )|| ]|| 2 2 2 T T T AB BC X X X Z X X =++=6.63Ω 单相接地短路时，有 |0| 0123 f f U I Z Z Z ∑∑∑= ++= 115/ 3 5.86 5.86 6.63 ++=3.69kA 从而求得流过保护3的电流为 0.3I =0.43kA 连相接地短路时，有 20||Z Z ∑∑=5.86 6.635.86 6.63 ?+=3.06Ω 正序电流 |0| 1120 ||f f U I Z Z Z ∑∑∑= +=7.6kA 零序电流 20120 f f Z I I Z Z ∑∑∑=? +=3.5kA 从而求得流过保护3 的电流 0.3I =0.408kA 这样，流过保护3的最大零序电流 0.3.m ax I =0.43kA 保护3的零序Ⅰ段定值为 .3set I Ⅰ=0.3.m ax 3rel K I ?Ⅰ =1.548kA 这样，保护1的零序Ⅱ段定值为 .1 .31..m in rel set set b K I I K = ?Ⅰ Ⅱ Ⅰ = 1.15 1.5484.975 ?=0.358kA 校验灵敏度：母线B 接地短路故障流过保护1 的最小零序电流 0.1.m in I ==0.194kA 灵敏系数 0.1m in .1 3re set I K I = Ⅱ=1.626 保护4 整定计算： 零序Ⅰ段 根据前面的分析结果，母线B 故障流过保护4的最大零序电流为 0.4.m ax I =0.327kA 故Ⅰ段定值 .1set I Ⅰ=0.4.m ax 3rel K I ?Ⅰ=1.2×3×0.327=1.18kA 为求保护4的零序Ⅱ段定值，应先求出保护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，求出流过保护2 的最大零序电流，因此有 12Z Z ∑∑==（ 1.3 1.3 1. 1.2 G T AB BC X X X X +++）||( 1.1 1.1 2 G T X X +)=4.52Ω 0.30.50.100.0.[( )|| ]|| 2 2 2 T T T BC AB X X X Z X X =++=6.86Ω 单相接地短路时，有 |0| 0123 f f U I Z Z Z ∑∑∑= ++= 115/ 3 4.52 4.52 6.68 ++=4.179kA 从而求得流过保护2的电流为 0.2I =0.356kA 两相接地短路时，有 20||Z Z ∑∑=4.52 6.864.52 6.86 ?+=2.723Ω 正序电流 |0| 1120 ||f f U I Z Z Z ∑∑∑= +=9.17kA 零序电流 20120 f f Z I I Z Z ∑∑∑=? +=3.64kA 从而求得流过保护2的电流 0.2I =0.31kA 这样，流过保护2的最大零序电流 0.2.m ax I =0.356kA 保护2的零序Ⅰ段定值为 .2set I Ⅰ=0.2.m ax 3rel K I ?Ⅰ =1.286kA 这样，保护4的零序Ⅱ段定值为 .4 .24..m in rel set set b K I I K = ?Ⅱ Ⅱ Ⅰ = 1.15 1.282 3.775 ?=0.39kA 校验灵敏度：母线B 接地短路故障流过保护4 的最小零序电流 0.4.m in I ==0.278kA 灵敏系数 0.4m in .1 3re set I K I = Ⅱ =2.14 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：115/3E ?=kV ， 1.1 2.1G G X X == 1.2 2.2G G X X ==5Ω， 1.3 2.3G G X X == 1.4 2.4G G X X ==8Ω， 1.1 1.4~T T X X =5Ω，0.10.4~T T X X =15Ω, 1.5 1.6T T X X ==15Ω,0.50.6T T X X ==20Ω，A B L -=60km ， B C L -=40km ，线路阻抗1Z =2Z =0.4Ω/km ，0Z =1.2Ω/km ，rel K Ⅰ=1.2， rel K Ⅱ =1.15。其相间短路的保护也采用电流保护，试完成： （1）分别求出保护1、4 的段Ⅰ、Ⅱ定值，并校验灵敏度； （2）保护1、4 的Ⅰ、Ⅱ段是否安装方向元件； （3）分别画出相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功率方向判别元件的交流接线; （4）相间短路的电流保护的功率方向判别元件与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须正确地按照电压、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）保护1的Ⅰ、Ⅱ段整定。 最大运行方式为G1、G2全运行，相应的 11 .min 2 G T s X X += X =5Ω 最小运行方式为一台电机运行，相应的 .max 11s G T X X =+X =10Ω 母线B 处三相短路流过保护1的最大电流 ..m ax .m in d B s d E I X ? = +X =2.289kA 保护1 的Ⅰ段定值为 .1 ..m ax set rel d B I K I =?ⅠⅠ =1.2×2.289=2.747kA 母线C 三相短路流过保护3的最大电流 ..m ax .m in d C s d E I X ? = +X =1.475kA 保护3 的Ⅰ段定值为 .3..m ax set rel d C I K I =?ⅠⅠ=1.771kA 保护1 的Ⅱ段定值为 .1 .3set rel set I K I =?Ⅱ ⅡⅠ =2.063kA 母线B 两相短路流过保护1的最小电流 ..m ax .m ax 3 2d B s d E I X ? =+X =1.691kA 保护1电流Ⅱ断的灵敏度系数 .m in .1 .1 d B sen set I K I = ⅡⅡ = 1.691 2.063 =0.83 灵敏度不满足要求。 保护4的Ⅰ、Ⅱ段整定。 最大运行方式为G3、G4全运行，相应的 33 .min 2 G T s X X += X =6.5Ω 最小运行方式为一台电机运行，相应的 .max 33s G T X X =+X =13Ω 母线B 处三相短路流过保护4 的最大电流 ..m ax .m in d B s d E I X ? = +X =2.951kA 保护1 的Ⅰ段定值为 .1 ..m ax set rel d B I K I =?Ⅰ Ⅰ =1.2×2.951=3.541kA 母线A 三相短路流过保护2的最大电流 ..m ax .m in d A s d E I X ? = +X =1.428kA 保护2 的Ⅰ段定值为 .2..m ax set rel d A I K I =?ⅠⅠ =1.713kA 保护4 的Ⅱ段定值为 .4 .2set rel set I K I =?ⅡⅡⅠ =1.97kA 母线B 两相短路流过保护4的最小电流 ..m ax .m ax 3 2d B s d E I X ? = +X =1.983kA 保护4电流Ⅱ断的灵敏度系数 .m in .4 .4 d B sen set I K I =ⅡⅡ = 1.9831.97 =1.01 灵敏度不满足要求。 （2）计算母线A 背侧三相短路时流过保护1 的最大短路电流，即 ..max 33 2 d A T G AB BC E I X X X X ? = +++ = 115/3 2416 6.5 ++=1.428kA 由于..m ax d A I ＜2.747kA=.1set I Ⅰ，并且..m ax d A I ＜2.036kA=.1set I Ⅱ，故保护1 的Ⅰ、Ⅱ均不需要加装 方向元件。 计算母线C 背侧三相短路时流过保护4的最大短路电流，即 ..max 11 2 d C T G AB BC E I X X X X ? = +++ = 115/3 24165 ++=1.475kA 由于..max d C I ＜3.54kA=.1set I Ⅰ，并且..max d C I ＜1.97kA=.4set I Ⅱ，故保护4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加装方向元件。 （3）相间短路的电流保护的功率方向判别元件与零序功率方向元件的交流接线图分别如图2-14 、2-15所示. KAa KWa KAb KWb KAc KWc KT 跳闸 QF TV ... .. . .a b c && & ≥1 .. 图2-14 相间短路的电流保护的功率方向判别元件交流接线图 跳闸 QF ... &&& 跳闸 跳闸 .. 0KA Ⅰ0KA ⅡKW KA Ⅲ KS Ⅲ 0KS Ⅱ0KS Ⅰ0KT Ⅲ 0KT Ⅱ 图 2-15 零序功率方向元件的交流接线图 （4）对相间短路电流保护功率方向判别元件而言，当0°＜k ?＜90°，使相间短路电流保 护功率方向判别元件在一切故障时都能动作的条件为：内角应满足30°＜α＜60°。对某一已经确定了阻抗角的送电线路而言，应采用α=90°-k ?，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，在保护范围内故障时，最大灵敏角sen ?=-95°~-110°，即内角α一般为95°~110°。 （5）现场测定互感器极性的常用原理图如图2-16 所示。一般采用直流电池组配合直流毫安表的简单工具，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，指针向右摆动，稳定后电路断开是指针向左摆动，则同名端标识正确。若指针摆动方向相反，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，按照功率方向元件接线原理图仔细地接入后，还可以采用电压、电流、功率和相角一体化测量仪表进行测量，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.2.19复杂得多的实际电力系统，设想保护工程师是如何完成保护定值计算的？如果你今后从事保护整定计算，如何借助现在计算工具提高你的劳动效率？ 答：由于继电保护整定计算多种不同的运行方式，要对不同地点、不同类型的故障进行多次计算，既要计算出各个继电保护元件不同段的动作值，还要进行灵敏度校验，计算的工作量非常的大，特别是在网络结构特别复杂的实际电力系统中，人工计算几乎不可能完成。保护工作者曾今发明了“直（交）流计算台”，用集中的电阻（阻抗）代表电网元件的电（阻）抗，按照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。因为接线复杂、精度低，目前实际电力系统已经广泛推广应用继电保护整定计算软件，只要整定人员按要求输入电网结构和参数，就可以由计算机快速准确的计算出需要的短路电流及不同保护装置隔断的动作值，并可以由计算机完成灵敏度校验。今后继电保护的整定计算主要由计算机来完成，但整定计算人员必须了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情况时，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。比较中性电直接接地系统与中性点非直接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动规律； （4）故障电路与非故障线路零序功率方向； （5）故障电流的大小及流动规律； （6）故障后电压方向机对称性变化； （7）故障对电力系统运行的危害； （8）对保护切除故障速度的要求； G1T1 A B C T3 T2 1 23 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，中性点直接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。 中性点非直接接地系统，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。 0.1 T X 0.AB X 0.BC X 0.3 T X 0.2 T X A B U 图2-18 线路AB 末端故障时中性点直接接地系统零序等值图 0.1 T X 0.AB X 0.BC X 0.3 T X 0.BC C 0 C 0.AB C 图2-19中性点非直接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。 电力系统继电保护试题以与答案 一、单项选择题 ( 每小题2 分，共30 分。从四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题目后面的括号内。 )1．1 电流保护 I 段的灵敏系数通常用保护范围来衡量，其保护范围越长表明保护越( ③ )①可靠②不可靠③灵敏④不灵敏2．限时电流速断保护与相邻线路电流速断保护在定值上和时限上均要配合，若( ③ )不满足要求，则要与相邻线路限时电流速断保护配合。①选择性②速动性③灵敏性④可靠性3．使电流速断保护有最小保护范围的运行方式为系统( ② )①最大运行方式②最小运行方式③正常运行方式④事故运行方式4．在中性点非直接接地电网中的并联线路上发生跨线不同相两点接地短路时，两相星形接线电流保护只切除一个故障点的几率为( ② ) 。①100％②2／3③1／3④ 00①UAB②-UAB③UB④-UC6．电流速断保护定值不能保证( ② ) 时，则电流速断保护要误动作，需要加装方向元件。①速动性②选择性③灵敏性④可靠性7．作为高灵敏度的线路接地保护，零序电流灵敏 I 段保护在非全相运行时需( ④ ) 。①投入运行②有选择性的投入运行③有选择性的退出运行④退出运行8．在给方向阻抗继电器的电流、电压线圈接入电流电 压时，一定要注意不要接错极性，如果接错极性，会发生方向阻抗继电器( ③ ) 的后果。①拒动②误动③正向故障拒动或反向故障误动④损坏9．方向阻抗继电器的最大灵敏角是可以调节的。调节方法是改变电抗变换器DKB( ④ )①原边匝数②副边匝数③原边线圈中的电阻大小④副边线圈中的电阻大小10．距离 II段的动作值应按分支系数Kfz 为最小的运行方式来确定，目的是为了保证保护的(② ) 。①速动性②选择性0③灵敏性④可靠性11．相间短路的阻抗继电器采用接线。例如 I =IU A③UA-UB④ UA12．差动保护只能在被保护元件的内部故障时动作，而不反应外部故障，具有绝对(①) 。①选择性②速动性③灵敏性④可靠性13．对于间接比较的高频保护，要求保护区内故障时保护动作行为不受通道破坏的影响，应该选择的间接比较信号是( ③ ) 。①允许信号②跳闸信号③闭锁信号④任意信号14．相高频保护用 I1+KI2 为操作电流， K=68，主要是考虑( ③ )相位不受两侧电源相位的影响，有利于正确比相。①正序电流②零序电流③负序电流④相电流15．高频保护基本原理是：将线路两端的电气量（电流方向或功率方向）转化为高频信号；以( ③ ) 《电力系统继电保护》练习题A答案 一、名词解释 1．输电线路纵联保护：是用某种通信通道将输电线端或各端（对于多端线路）的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量（电流、功率方向等）传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。理论上具有绝对的选择性。 2．低频减载：又称自动按频率减负载，或称低周减载（简称为AFL），是保证电力系统安全稳定的重要措施之一。当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。 3．变电站综合自动化：主要将变电站的二次设备（测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术、信号处理技术和网络技术联结起来，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和继电保护，并与调度通信，实现电力系统统一调度、控制的计算机网络。 4．重合闸：在电力系统中，当断路器跳闸之后，能够自动地将断路器重新合闸的装置。 5．横差动保护：在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差动保护。 6．低频减载：又称自动按频率减负载，或称低周减载（简称为AFL），是保证电力系统安全稳定的重要措施之一。当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。 二、简答 1．在继电保护中为什么经常采用中间继电器 答： （1）电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸线圈，所以先起动中间继电器（增加触点容量），然后再由中间继电器的触点(容量大)去跳闸； （2）当线路上装有管型避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以防止管型避雷器放电时引起速断保护的误动作。 2．网络型微机保护装置的优点有哪些 课程设计报告 课程名称电力系统继电保护 设计题目110kV线路距离保护的设计 设计时间2016-2017学年第一学期 专业年级电气134班 姓名王学成 学号 2013011983 提交时间 2016年12月19日 成绩 指导教师何自立许景辉 水利与建筑工程学院 第1章、概述 (2) 1.1距离保护配置 (2) 1.1.1主保护配置 (2) 1.1.2后备保护配置 (3) 1．2零序保护配置 (4) 1.2.1零序电流I段（速断）保护 (4) 1.2.2零序电流II段保护 (5) 第2章、系统分析 (5) 2.1故障分析 (5) 2.1.1故障引起原因 (5) 2.1.2故障状态及其危害 (5) 2.1.3 短路简介及类别 (6) 2.2输电线路保护主要形式 (7) （1）电流保护 (7) （2）低电压保护 (7) （3）距离保护 (7) （4）差动保护 (7) 2.3对该系统的具体分析 (8) 2.3.1对距离保护的分析 (8) 2.3.2对零序保护的分析 (8) 2.4整定计算 (8) 2.4.1距离保护的整定计算 (8) 2.4.2零序保护的整定计算 (14) 2.4.3结论 (20) 2.5原理图及动作分析 (20) 2.5.1原理图 (20) 2.5.2动作分析 (22) 第3章、总结 (22) 摘要 距离保护是以距离测量元件为基础构成的保护装置，又称阻抗保护。当系统正常运行时，保护装置安装处的电压为系统的额定电压，电流为负载电流，而发生短路故障时，其电压降低、电流增大。因此，电压和电流的比值，在正常状态下和故障状态下是有很大变化的。由于线路阻抗和距离成正比，保护安装处的电压与电流之比反映了保护安装处到短路点的阻抗，也反映了保护安装处到短路点的距离。所以可按照距离的远近来确定保护装置的动作时间，这样就能有选择地切除故障。 本设计为输电线路的距离保护，简述了输电线路距离保护的原理具体整定方法和有关注意细节，对输电网络距离保护做了详细的描述，同时介绍了距离保护的接线方式及阻抗继电器的分类，分析了系统振荡系统时各发电机电势间的相角差随时间周期性变化和短路过渡电阻影响。最后通过MATLAB建模仿真分析本设计的合理性，及是否满足要求。 关键词：距离保护；整定计算； 2005年10月高等教育自学考试电力系统远动及调度自动化试题 (2005-12-28 10:53:13) 来源：天一文化 一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码 填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．独立运行电网AGC的功能可保证电网的（） A．电流 B．电压 C．频率 D．交换功率 2．地区电网调度中心职责之一是调整（） A．有功 B．无功 C．电流 D．频率 3．霍尔模块响应速度一般为（） A．小于1秒 B．小于1ms C．小于1μs D．小于1ns 4．对fo=50Hz工频信号交流采样时若60o电角度采样一次，采样速率fs应为（） A．6fo B．12fo C．15fo D．18fo 5．若10位A/D芯片工作于±5V交流采样方式，Uf8为（）A．2.5V B．1.25V C．0.625V D．0.3125V 6．IC光电耦合器的工作速度是（） A．（1~200）kb/s B．(10~800)kb/s C．(100~800)kb/s D．(100~10000)kb/s 7．（15、11）缩短循环码的许用码组有（） A．2048个 B．2047个 C．1024个 D．1023个 8．微波信道的特点之一是（） A．数字通信 B．频率低 C．有线传输 D．频段宽 9．变电所中FA用的LAN多采用（） A．树形 B．星形 C．环形 D．分布形 10．星形结构计算机网的特点有（） A．可靠性强 B．共享能力强 C．结构简单 D．建网难 11．抗腐性好的通信系统是（） A．光纤通信 B．载波通信 C．电缆通信 D．架空线 12．异步通信特点之一是（） A．设备复杂 B．按字传信息 C．效率高 D．时钟要求严 13．计算机局部网的传输速率是（） A．（0.1~10）Mb/s B．（0.1~8）Mb/s C．（0.1~4）Mb/s D．（0.1~2）Mb/s 14．RS—422标准接口电路采用（） A．异步方式 B．开放型 C．非平衡型 D．平衡型 15．EMS的控制功能可控制（） A．汽轮机转速 B．柱上开关 C．用电负荷 D．低压开关 16．电力系统预测一个月到一年的负荷时属（）A．短期预测 B．长期预测 C．超短期预测 D．中期预测 大学200 －200 学年第( )学期考试试卷 课程代码 3042100 课程名称电力系统继电保护原理考试时间120 分钟 阅卷教师签字： 一、填空题（每空1分，共18分） 1、电力系统发生故障时，继电保护装置应将部分切除，电力系统出现不正常工作 时，继电保护装置一般应。 2、继电保护的可靠性是指保护在应动作时，不应动作时。 3、瞬时电流速断保护的动作电流按大于本线路末端的整定，其 灵敏性通常用 来表示。 4、距离保护是反应的距离，并根据距离的远近确定的—种保护。 5、偏移圆阻抗继电器、方向圆阻抗继电器和全阻抗继电器中，受过 渡电阻的影响最大， 受过渡电阻的影响最小。 6、线路纵差动保护是通过比较被保护线路首末端电流的和的原理实现 的，因此它不反应。 7、在变压器的励磁涌流中，除有大量的直流分量外，还有大量的分量，其 中以为主。 8、目前我国通常采用以下三种方法来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动， 即， 和。 二、单项选择题（每题1分，共12分） 1、电力系统最危险的故障是（ ）。 （A ）单相接地 （B ）两相短路 （C ）三相短路 2、继电保护的灵敏系数 要求（ ） 。 （A ） （B ） （C ） 3、定时限过电流保护需要考虑返回系数，是为了（ ）。 （A ）提高保护的灵敏性 （B ）外部故障切除后保护可靠返回 （C ）解决选择 性 4、三段式电流保护中，保护范围最小的是（ ） （A ）瞬时电流速断保护 （B ）限时电流速断保护 （C ）定时限过电流保护 5、三种圆特性的阻抗继电器中， （ ）既能测量故障点的远近，又能判别故障方向 （A ）全阻抗继电器； （B ）方向圆阻抗继电器； （C ）偏移圆阻抗继电器 6、有一整定阻抗为的方向圆阻抗继电器，当测量阻抗时， 该继电器处于 （ ）状态。 （A ）动作 （B ）不动作 （C ）临界动作 7、考虑助增电流的影响，在整定距离保护II 段的动作阻抗时，分支系数应取（ ）。 （A ）大于1，并取可能的最小值 （B ）大于1，并取可能的最大值 （C ）小于1，并取可能的最小值 8、从减小系统振荡的影响出发，距离保护的测量元件应采用（ ）。 （A ）全阻抗继电器； （B ）方向圆阻抗继电器； （C ）偏移圆阻抗继电器 9、被保护线路区内短路并伴随通道破坏时，对于相差高频保护（ ） （A ）能正确动作 （B ）可能拒动 （C ）可能误动 10、如图1所示的系统中，线路全部配置高频闭锁式方向纵联保护，k 点短路，若A-B 线路通道故障，则保护1、2将（ ）。 （A ）均跳闸 （B ）均闭锁 （C ）保护1跳闸，保护2 闭锁 图1 11、变压器的电流速断保护与( )保护配合，以反应变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。 （A ）过电流 （B ）过负荷 （C ）瓦斯 12、双绕组变压器纵差动保护两侧电流互感器的变比，应分别按两侧（ ）选择。 sen K 1sen K <1sen K =1sen K >860set Z =∠?Ω430m Z =∠?Ω A B C D 前言 《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。在完成了理论的学习的基础上，为了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。 1 所做设计要求 电网接线图 × × × ×cosφ=0.85X〃＝0.129 X〃＝0.132 cosφ=0.85cosφ=0.8cosφ=0.8cosφ=0.8 图示110kV 单电源环形网络：（将AB 线路长度改为45km,CD 长度改为20km ） （1)所有变压器和母线装有纵联差动保护，变压器均为Ｙn ，d11接线； （2）发电厂的最大发电容量为（2×25+50）ＭＷ，最小发电容量为2×25ＭＷ； （3）网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行； （4）允许的最大故障切除时间为； （5)线路AC 、BC 、AB 、CD 的最大负荷电流分别为250、150、230和140Ａ，负荷自起动系数5.1 ss K ； 电力系统分析课后习 题解答 电力系统分析课后习题解答 第1章绪论 1-1 答：能保证电气设备正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压，称为额定电压。 用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。 发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％，用于补偿电网上的电压损失。 变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压。 当升压变压器与发电机直接相连时，一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。 变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10％。 当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7％）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5％。 1-2 答：一般情况下，输电线路的电压越高，可输送的容量（输电能力）就越大，输送的距离也越远。因为输电电压高，线路损耗少，线路压降就小，就可以带动更大容量的电气设备。 在相同电压下，要输送较远的距离，则输送的容量就小，要输送较大的容量，则输送的距离就短。当然，输送容量和距离还要取决于其它技术条件以及是否采取了补偿措施等。 1-3 答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。 1-4 解：（1）G：10.5kV；T-1：10.5kV/242kV；T-2：220kV/121kV，220kV/38.5kV；T-3：110kV/11kV； T-4：35kV/6.6kV ；T-5：10.5kV/3.3kV ，（长线路） 10.5kV/3.15kV （短线路） （2）T-1工作于+5%抽头：实际变比为10.5/242×（1+5%）=10.5/254.1，即K T-1=254.1/10.5=24.2； T-2工作于主抽头：实际变比为K T-2(1-2)=220/121=1.818；K T-2(1-3)=220/38.5=5.714； K T-2(2-3)=121/38.5=3.143； T-3工作于-2.5%抽头：实际变比为K T-3=110×(1-2.5%)/11=9.75； T-4工作于-5%抽头：实际变比为K T-4=35×(1-5%)/6.6=5.038； T-5工作于主抽头：实际变比为K T-5=10.5/(3+3×5%)=3.333。 1-5 解：由已知条件，可得日总耗电量为 MW 204027041204902804100280450270=?+?+?+?+?+?+?+?=d W 则日平均负荷为MW 8524 2040 24=== d av W P 负荷率为708.012085max m ===P P k av ；最小负荷系数为417.0120 50max min ===P P a 1-6 解：系统年持续负荷曲线如图所示。 由题1-5可得年平均负荷为MW 858760 365 20408760=?== d av W P 最大负荷利用小时数为 h 6205120 3652040max max =?== P W T 绪论 一、填空题： 1、继电保护动作的_________是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。1、选择性 2、在继电保护整定计算中，通常要考虑系统的_______、_________两种极端运行方式。2、最大最小 3、电力系统整定计算时不考虑过渡电阻的短路，称为___________短路。3、金属性 4、输电线路的短路可分为___________、____________两类。4、相间短路接地短路 5、短路时总要伴随产生很大的_________，同时使系统中______降低。5、短路电流电压 6、反应整个被保护元件上的故障，并能以最短的时限有选择地切除故障的保护称为 _____。6、主保护 7、一般来说，按预先整定的输入量动作，并具有电路控制功能的元件称为_________。 7、继电器 8、如继电保护装置误动跳闸，且经远方跳闸装置使对侧断路器跳闸，则只对误动装置进行评价，对装置不予评价。8、远方跳闸 9、一次设备停电，保护装置及二次回路无工作时，保护装置可，但其跳其他运行断路器的出口连接片。9、不停用宜断开 10、高压电网继电保护的运行整定，是以保证电网的为根本目标的。10、全局安全稳 定运行 11、当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或相邻线路保护实现后备称之为；主保护拒动时由本设备另一套保护实现后备、断路器拒动时由断路器失灵保护实现后备称之为。11、远后备近后备 二、选择题： 1、继电保护装置是由______组成的。 (A)二次回路各元件；（B）测量元件、逻辑元件、执行元件；（C）包括各种继电器、仪表回路；（D）仪表回路。1、B 2、线路继电保护装置在该线路发生故障时，能迅速将故障部分切除并______。 (A)自动重合闸一次；（B）发出信号；（C）将完好部分继续运行；（D）以上三点均正确。 2、B 3、继电器按其结构形式分类，目前主要有______。 (A)测量继电器和辅助继电器；（B）电流型和电压型继电器；（C）电磁型、感应型、整流型和静态型；（D）启动继电器和出口继电器。3、C 4、当系统发生故障时，正确地切断离故障点最近的断路器，是继电保护装置的______的体现。4.B (A)快速性；（B）选择性；（C）可靠性；（D）灵敏性。 实用文档 继电保护原理课程设计报告 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 1001 姓名： XXXXXX 学号： 201009028 指导教师： XXXXXX 交通大学自动化与电气工程学院 2013 年7月19日 1设计原始资料 1.1具体题目 如图1所示网络，系统参数为： φE =、G115X =Ω、G210X =Ω、G310X =Ω、 160km L =、340km L =、B-C 50km L =、C-D 30km L =、D-E 20km L =，线路阻抗0.4Ωkm ，rel 0.85 K =Ⅰ，rel rel 0.85 K K ==ⅡⅢ ，B-C.max 300A I =、C-D.max 200A I =、D-E.max 150A I =、SS 1.5K =、re 1.2K =。 图1 系统网络图 1.2完成的容 实现对线路保护3以及保护4的三段距离保护设计。 2设计的课题容 2.1设计规程 在距离保护中应满足四个基本要求，可靠性、选择性、速动性和灵敏性。它们紧密联系，既矛盾又统一，必须根据具体系统运行矛盾的主要方面，配置、配合、整定每个电力原件的继电保护，充分发挥和利用继电保护的科学性、工程技术性，使继电保护为提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性发挥最大效能。 本课题要完成3、4的距离保护，距离保护测量的是短路点至保护安装处的距离，受系统运行方式影响较小，保护围稳定。常用于线路保护。具体是通过测量短路点至保护安装处的阻抗实现。 2.2本设计的保护配置 (1)主保护配置：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择的切除被保护设备或线路故障的保护，距离保护的主保护主要是距离保护Ⅰ段和距离保 电力系统分析课后习题解答 第1章绪论 1-1 答：能保证电气设备正常运行，且具有最佳技术指标和经济指标的电压，称为额定电压。 用电设备的额定电压和电网的额定电压相等。 发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％，用于补偿电网上的电压损失。 变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压。 当升压变压器与发电机直接相连时，一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。 变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10％。 当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7％）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5％。 1-2 答：一般情况下，输电线路的电压越高，可输送的容量（输电能力）就越大，输送的距离也越远。因为输电电压高，线路损耗少，线路压降就小，就可以带动更大容量的电气设备。 在相同电压下，要输送较远的距离，则输送的容量就小，要输送较大的容量，则输送的距离就短。当然，输送容量和距离还要取决于其它技术条件以及是否采取了补偿措施等。 1-3 答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。 1-4 解：（1）G ：10.5kV ；T-1：10.5kV/242kV ；T-2：220kV/121kV ，220kV/38.5kV ；T-3：110kV/11kV ； T-4：35kV/6.6kV ；T-5：10.5kV/3.3kV ，（长线路）10.5kV/3.15kV （短线路） （2）T-1工作于+5%抽头：实际变比为10.5/242×（1+5%）=10.5/254.1，即K T-1=254.1/10.5=24.2； T-2工作于主抽头：实际变比为K T-2(1-2)=220/121=1.818；K T-2(1-3)=220/38.5=5.714； K T-2(2-3)=121/38.5=3.143； T-3工作于-2.5%抽头：实际变比为K T-3=110×(1-2.5%)/11=9.75； T-4工作于-5%抽头：实际变比为K T-4=35×(1-5%)/6.6=5.038； T-5工作于主抽头：实际变比为K T-5=10.5/(3+3×5%)=3.333。 1-5 解：由已知条件，可得日总耗电量为 MW 204027041204902804100280450270=?+?+?+?+?+?+?+?=d W 则日平均负荷为MW 8524 204024===d av W P 负荷率为708.012085max m ===P P k av ；最小负荷系数为417.0120 50max min ===P P a 1-6 解：系统年持续负荷曲线如图所示。 由题1-5可得年平均负荷为MW 858760 36520408760=?==d av W P 最大负荷利用小时数为h 6205120 3652040max max =?==P W T 电力系统继电保护试题以及答案 电力系统继电保护试题以及答案 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分） 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分 1．过电流继电器的返回系数（B） A．等于0 B．小于1 C．等于1 D．大于1 2．限时电流速断保护的灵敏系数要求（B） A．大于2 B．大于1.3~1.5 C．大于1.2 D．大于0.85 3．在中性点非直接接地电网中,由同一变电所母线引出的并列运行的线路上发生两点异相接地短路,采用不完全星形接线保护的动作情况是（A） A．有机会只切除一条线路B．有机会只切除一条线路 C．100%切除两条故障线路D．不动作即两条故障线路都不切除 4．在双侧电源系统中,采用方向元件是为了提高保护的（D） A．方向性B．可靠性 C．灵敏性D．选择性 5．在中性点直接接地电网中,零序功率方向继电器采用的接线方式是（D） A．90°接线B．3 0、3 0 C.-3 、-3 D．-3 0、3 0 6．正方向出口相间短路,存在动作“死区”的阻抗继电器是（B） A．全阻抗继电器B．方向阻抗继电器 C．偏移特性阻抗继电器D．上抛圆阻抗继电器 7．在中性点直接接地系统中，反应接地短路的阻抗继电器接线方式是（D） A．0°接线B．90°接线 C．3 0、3 0 D．A、A+ 3 0零序补偿电流的接线方式 8．由于过渡电阻的存在，一般情况下使阻抗继电器的（A） A．测量阻抗增大，保护范围减小B．测量阻抗增大，保护范围增大 C．测量阻抗减小，保护范围减小D．测量阻抗减小，保护范围增大 9．在距离保护的Ⅰ、Ⅱ段整定计算中乘以一个小于1的可靠系数，目的是为了保证保护动作的（A） A．选择性B．可靠性 C．灵敏性D．速动性 10．在校验距离Ⅲ段保护远后备灵敏系数时，分支系数取最大值是为了满足保护的（C） 第一章 1、继电保护在电力系统中的任务是什么 答：（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，并根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。 2、什么是故障、异常运行和事故短路故障有那些类型相间故障和接地故障在故障分量上有何区别对称故障与不对称故障在故障分量上有何区别 答：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，这种情况下属于不正常运行状态。事故，就是指系统或其中一部分的工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。相间故障无零序分量。对称故障只有正序分量。 3、什么是主保护、后备保护什么是近后备保护、远后备保护在什么情况下依靠近后备保护切除故障在什么情况下依靠远后备保护切除故障 《 答：当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护，由于这种后备作用是在主保护安装处实现，因此，称之为近后备保护。在远处实现对相邻元件的后备保护，称为远后备保护。 4、简述继电保护的基本原理和构成方式。 答：基本原理：1、过电流保护2、低电压保护3、距离保护4、方向保护5、差动原理的保护6、瓦斯保护7、过热保护等。构成方式：1、测量部分2、逻辑部分3、执行部分 5、什么是电力系统继电保护装置 答：继电保护装置，就是指能反应电力系统中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装置。 6、电力系统对继电保护的基本要求是什么 答：1、选择性：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。2、速动性：在发生故障时，力求保护装置能迅速动作切除故障，以提高电力系统并联运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。3、灵敏性：继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。4、可靠性：保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了他应该动作的故障时，他不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不该动作的情况下，则不应该误动作。 ~ 第二章 1、何谓三段式电流保护其各段是如何保证动作选择性的试述各段的工作原理、整定原则和整定计算方法、灵敏性校验方法和要求以及原理接线图的特点。画出三段式电流保护各段的保护范围和时限配合特性图。 《电力系统远动及调度自动化(Ⅰ)》第一次作业答案 一、单项选择题。本大题共10个小题，每小题 3.0 分，共30.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.调度自动化系统需要在厂站装设（ C ） A.EMS B.AGC C.RTU D.CRT 2.要实时地、总体地监测优化控制电力系统运行必须安装（ C ） A.继电保护设备 B.自动发电控制系统 C.能量管理系统 D.励磁调节系统 3.实时数据库最重要的特点是（ D ） A.数据集成 B.数据共享 C.数据更新方便 D.数据快速存取 4.对厂站运行状态信息进行采集、处理并向调度中心交换信息的系统是（ B ） A.当地监测系统 B.远动系统 C.采集系统 D.通信系统 5.对远距离厂站模拟量的采集称为（ A ） A.遥测 B.遥信 C.遥控 D.遥调 6.数据传输速率一般不可能采用的是（ C ） A.600 B.2400 C.9800 D.19200 7.帧格式中报文头常采用（ C ） A.1组EB90H B.2组EB90H C.3组EB90H D.4组EB90H 8.电力载波通信PLC的传输介质为（ B ） A.通信线 B.电力线 C.地线 D.光纤 9.长距离输电线路轻载或空载时受端电压将（ B ） A.下降 B.上升 C.不变 D.不确定 10.负荷预测主要针对（ B ） A.无功负荷 B.有功负荷 C.工业负荷 D.居民负荷 二、多项选择题。本大题共10个小题，每小题 4.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，有一项或多项是符合题目要求的。 1.电力一次系统的组成部分有（ ACD ） A.配用电设备 B.输电设备 C.发电设备 D.输变电设备 2.电力系统正常运行必须满足的条件为（ CD ） A.有功功率平衡 B.电压不越限 C.不等式约束 D.等式约束 3.调度中心计算机系统的硬件结构包括（ ABD ） A.工作站 B.服务器 C.远动终端 D.计算机网络 4.电力系统的状态信息包括（ ACD ） A.母线电压幅值 B.母线电压角度 C.线路有功功率 D.线路无功功率 5.人机数据通信的常用设备有（ BCD ） A.硬盘 B.显示器 C.键盘 D.打印机 6.开关量采集时采用的隔离元件有（ BD ） A.断路器 B.光电耦合器 一、填空题（每空1分，共18分） 1、电力系统发生故障时，继电保护装置应将 部分切除，电力系统出现不正常工作时，继电保护装置一般应 。 2、继电保护的可靠性是指保护在应动作时 ，不应动作时 。 3、瞬时电流速断保护的动作电流按大于本线路末端的 整定，其灵敏性通常用 来表示。 4、距离保护是反应 的距离，并根据距离的远近确定 的—种保护。 5、偏移圆阻抗继电器、方向圆阻抗继电器和全阻抗继电器中， 受过渡电阻的影响最大， 受过渡电阻的影响最小。 6、线路纵差动保护是通过比较被保护线路首末端电流的 和 的原理实现的，因此它不反应 。 7、在变压器的励磁涌流中，除有大量的直流分量外，还有大量的 分量，其中以 为主。 8、目前我国通常采用以下三种方法来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动，即 ， 和 。 二、单项选择题（每题1分，共12分） 1、电力系统最危险的故障是（ ）。 （A ）单相接地 （B ）两相短路 （C ）三相短路 2、继电保护的灵敏系数sen K 要求（ ） 。 （A ） 1sen K < （B ）1sen K = （C ）1sen K > 3、定时限过电流保护需要考虑返回系数，是为了（ ）。 （A ）提高保护的灵敏性 （B ）外部故障切除后保护可靠返回 （C ）解决选择性 4、三段式电流保护中，保护范围最小的是（ ） （A ）瞬时电流速断保护 （B ）限时电流速断保护 （C ）定时限过电流保护 5、三种圆特性的阻抗继电器中， （ ）既能测量故障点的远近，又能判别故障方向 （A ）全阻抗继电器； （B ）方向圆阻抗继电器； （C ）偏移圆阻抗继电器 6、有一整定阻抗为860set Z =∠?Ω的方向圆阻抗继电器，当测量阻抗430m Z =∠?Ω 时，该继电器处于 （ ）状态。 （A ）动作 （B ）不动作 （C ）临界动作 7、考虑助增电流的影响，在整定距离保护II 段的动作阻抗时，分支系数应取 一、单项选择题（选考15题，共30分） 1．反应故障时电流增大而动作的保护为（ B ） A．低电压保护B．过电流保护C．过负荷保护D．过电压保护 2．电力系统发生故障时，由故障设备(或线路)的保护首先切除故障，是继电保护（ B ）的要求。 A．速动性 B．选择性 C．可靠性 D．灵敏性 3．为防止电压互感器一、二次绕组间绝缘损坏击穿时，高电压窜入二次回路，危及人身安全，应将二次侧（ B ） A．屏蔽 B．接地 C．设围栏D．加防护罩 4．在中性点非直接接地电网中的并联线路上发生跨线不同相两点接地短路时，如果保护的动作时限相等，则两相不完全星形接线电流保护只切除一条线路的机会为（ B ）A．100％B．2／3 C．1／ D．0 5．功率方向继电器的潜动是指（ B ） A．只给继电器加入电流或电压时，继电器不动作。B．只给继电器加入电流或电压时，继电器就动作。 C．加入继电器的电流与电压反相时，继电器动作。D．与加入继电器的电流电压无关。 6．以下不属于功率方向继电器90°接线方式的是（ C ） A．U AB 、I C B．U BC 、I A C．U AC 、I B D．U CA 、I B 7．在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序电压最高处为（ C ） A．保护安装处B．变压器接地中性点处C．接地故障点处D．发电机接地中性点处 8．中性点经消弧线圈接地电网通常采用的补偿方式是（ C ）A．完全补偿B．欠补偿C．过补偿D．不补偿 9．反应相间短路的阻抗继电器接线方式是（ A ）A．0°接线B．90°接线C．3U o ，3I o D．27° 接线 10．阻抗继电器的精确工作电流是指，当φ K =φ sen ，对应于（ B ） A．Z act =时加入阻抗继电器的电流B．Z act =时加入阻抗继电器的电流 C．Z act =Z set 时加入阻抗继电器的电流D．Z act =时加入阻抗继电器的电流 11．在具有分支电源的电路中，由于助增电流的影响，一般有（ B ） A．测量阻抗增大，保护范围也增加。B．测量阻抗增大，保护范围缩小。 C．测量阻抗减小，保护范围缩小。D．测量阻抗减小，保护范围增加。 12．电力系统振荡时，阻抗继电器误动作，原因是（ C ） A．振荡中心在保护范围以外B．振荡中心在保护的反方向C．振荡中心在保护范围内D．振荡中心在相临线路上 13．实现输电线路纵差保护必须考虑的中心问题是（ C ）A．差动电流B．励磁涌流C．不平衡电流D．冲击电流 14．在比率制动差动继电器中，制动线圈的作用是抑制（ B ）A．励磁涌流B．稳态不平衡电流C．暂态不平衡电流D．短路电流 15．对于大型发电机，反应转子表层过热的主保护是（ C ） A．低电压起动的过电流保护B．复合电压起动的过电流保护C．负序电流保护D．阻抗保护 16.“四性”是对动作于跳闸的继电保护提出的基本要求，以下不属于“四性”要求的是 《电力系统继电保护》课程教学大纲 一、课程简介 课程名称：电力系统继电保护 英文名称：Principles of Power System Protection 课程代码：0110355 课程类别：专业课 学分：4 总学时：52（52理论+12实验） 先修课程：电路、电子技术、电机学、电力系统分析 课程概要： 《电力系统继电保护》是理论与实践并重的一门课程，是从事电力系统工作的人员必须掌握的一门专业课程，主要介绍电力系统继电保护的构成原理、运行特性及分析方法。其目的和任务是使学生掌握电力系统继电保护的基本原理、整定计算及其运行分析方法，为学生毕业后从事电力系统及相关领域的设计制造、运行维护和科学研究工作打下理论及实践基础。 二、教学目的及要求 本课程的教学目的是：本课程是在分析复杂的电力系统故障状态的前提下讲述保护构成原理、配置及动作行为的，并配以一定的实验。故而是一门理论与实践并重的学科。使学生深刻理解继电保护在电力系统中所担负的任务，并通过本课程学习，掌握电力系统继电保护的基本原理，基本概念，考虑和解决问题的基本方法及基本实验技能，为毕业后从事本专业范围内的各项工作奠定专业基础。 通过本课程的学习要求同学们掌握电力系统的基本知识；通过课程教学，使学生掌握电流保护、方向性电流保护、距离保护和差动保护等几种常用保护的基本工作原理、实现方法和应用范围、整定计算的基本原则和保护之间的配合关系；使学生了解电力系统各主要一次主设备（发电机、变电器、母线、送电线路）的故障类型，不正常运行状态及各自的保护方式；使学生了解各种继电器（电流、方向、阻抗）的构成原理、实现方法、动作特性和一般调试方法，熟悉常用继电保护的实验方法。 三、教学内容及学时分配 第一章绪论（4学时） 掌握电力系统继电保护的任务、基本原理、基本要求及发展概况。 重点：继电保护的任务、对继电保护的基本要求。 《电力系统远动及调度自动化》思考题题解绪论部分 1-1 电力系统调度自动化的任务是什么？ 电力系统调度自动化的任务是：收集电力系统运行的实时信息；分析电力系统运行状态；综合协调全系统各层次、各局部系统和各元件的运行，为调度人员提供调节和控制的决策，或直接对各元件进行调节和控制，以实现电力系统安全、质量和经济的多目标的优化运行；减少电力系统故障，在发生事故情况下，能避免连锁性的事故发展和大面积停电。 1-2 简述我国调度管理的结构。 我国电网调度管理采用的是分层、分级调度管理结构，具体分为五级，即：国家调度控制中心、大区电网调度控制中心、省电网调度控制中心、地（市）电网调度控制中心和县电网调度控制中心。 1-3 简述电网调度自动化的功能。 电网调度自动化系统是一个总称，由于各个电网的具体情况不同，可以采用不同规格、不同档次、不同功能的电网调度自动化系统。其中最基本的一种为数据采集与监控（SCADA）系统，而功能最完善的一种为能量管理系统（EMS），也有的是在SCADA的基础上，增加了一些功能，如自动发电控制（AGC）、经济调度（EDC）等。具体讲，电网调度自动化的功能有： （1）数据采集与监控（SCADA）功能 SCADA主要包括以下一些功能： 1）数据采集；1）信息的显示和记录；2）命令和控制；3）越限告警；4）实时数据库和历史数据库的建立；5）数据预处理；6）事件顺序记录SOE；7）事故追忆PDR。 （2）自动发电控制（AGC）功能：AGC功能的目标是自动控制网内各发电机组的出力，以保持电网频率为额定值和联络线交换功率为规定值。 （3）经济调度控制（EDC）功能：EDC的目标是在所控制的区域内向各发电机组分配出力，使本区域运行成本为最小。 （4）能量管理系统（EMS）：EMS是现代电网调度自动化系统硬件和软件的总称，它主要包括SCADA、AGC/EDC、状态估计（SE），静态和动态安全分析、调度员模拟培训等一系列功能。一般把状态估计及其后面的一些功能称为电网调度自动化系统的高级功能，相应的这些程序被称为高级软件。 2-1 何谓四遥功能？RTU在四遥中的作用是什么？ 所谓四遥功能是指遥测、遥信、遥控和遥调。RTU在遥测方面的主要作用是采集并传送电力系统运行的实时参数；在遥信方面的主要作用是采集并传送电力系统中继电保护和自动装置的动作信息、断路器和隔离开关的状态信息等；在遥控 试题一 一、单项选择题(每小题2分，共30分。从四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题目后面的括号内。) 1．电流保护I段的灵敏系数通常用保护范围来衡量，其保护范围越长表明保护越() ①可靠②不可靠③灵敏④不灵敏 2．限时电流速断保护与相邻线路电流速断保护在定值上和时限上均要配合，若()不满足要求，则要与相邻线路限时电流速断保护配合。 ①选择性②速动性③灵敏性④可靠性 3．使电流速断保护有最小保护范围的运行方式为系统( ) ①最大运行方式②最小运行方式 ③正常运行方式④事故运行方式 4．在中性点非直接接地电网中的并联线路上发生跨线不同相两点接地短路时，两相星形接线电流保护只切除一个故障点的几率为( )。 ①100％②2／3 ③1／3 ④ 0 5．按900接线的功率方向继电器，若I J =-Ic，则U J 应为( ) ①U AB ②-U AB ③U B ④-U C 6．电流速断保护定值不能保证( )时，则电流速断保护要误动作，需要加装方向元件。 ①速动性②选择性③灵敏性④可靠性 7．作为高灵敏度的线路接地保护，零序电流灵敏I段保护在非全相运行时需()。 ①投入运行②有选择性的投入运行 ③有选择性的退出运行④退出运行 8．在给方向阻抗继电器的电流、电压线圈接入电流电压时，一定要注意不要接错极性，如果接错极性，会发生方向阻抗继电器( )的后果。 ①拒动②误动 ③正向故障拒动或反向故障误动④损坏 9．方向阻抗继电器的最大灵敏角是可以调节的。调节方法是改变电抗变换器DKB ( ) ①原边匝数②副边匝数 ③原边线圈中的电阻大小④副边线圈中的电阻大小 10．距离II段的动作值应按分支系数Kfz为最小的运行方式来确定，目的是为了保证保护的( )。 ①速动性②选择性③灵敏性④可靠性 11．相间短路的阻抗继电器采用00接线。例如I J =I B -I A 时，U J =( )。 ①U B ②U B -U A ③U A -U B ④U A 12．差动保护只能在被保护元件的内部故障时动作，而不反应外部故障，具有绝对( )。 ①选择性②速动性③灵敏性④可靠性 13．对于间接比较的高频保护，要求保护区内故障时保护动作行为不受通道破坏的影响，应该选择的间接比较信号是( )。 ①允许信号②跳闸信号③闭锁信号④任意信号电力系统继电保护试题以与答案
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