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电力系统继电保护课后习题解析第二版


7 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
-1-

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

TA1

TA2

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 ,
-2-

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
-3-

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 Ik )大于其设定的动

作 值 ( 图 中 的 Iop ) 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





































值(







I re

)以









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

E0

6

2

5

3

4

E

1

I re

Iop

Ik

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
-4-

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 Ik ,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 Iop 。
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 Ire 。
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?
-5-

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
-6-

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:

E? ? 115 / 3kV , X G1 ? 15? 、 XG2 ? 10? , XG3 ? 10? , L1 ? L2 ? 60km , L3 ? 40km ,

LB?C ? 50km , LC?D ? 30km , LD?E ? 20m , 线 路 阻 抗 0 . 4?

/km ,

KⅠ rel

=1.2



KⅡ rel

=

KⅢ rel

=1.15

, IB?C. max ? 300 A , IC?D. max ? 200 A ,

ID?E. m a x? 150 A , K ss =1.5、

Kre =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 ( Ks e n? 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

9

L1 8

B

7 L2 6

3

5 L3 4

C 2

D

E

1

图 2-2 简单电网示意图
解 :由 已 知 可 得 X = L1 X L2 =0.4×60=24 ? , X L3 =0.4×40=16 ? , X BC =0.4 ×50=20 ? , XCD =0.4×30 ? , X DE =0.4×20=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 G1,G2 连接在同一母线上,则

-7-

X s. min =( X G1 || X G2 + X L1|| X L2 ) ||( X G3 + X L3 )=(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 X s. = m a x X G1 + X L1 =39

B

C

D

E

E?

X s. min

3

2

1

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

Ik.E. max

?

E X s. min ? X BC ? X CD X DE

? 115 / 3 10.6 ? 20 ?12 ? 8

? 1.312kA

相应的速断定值为

= IⅠ set.1

KⅠ rel

×

I k .E . max

=1.2×1.312=1.57kA

3

E

最小





范围计算公

式为

IⅠ set

=

2

Z s.max ? Z1 Lmin

?3

?

? ? ?
Lmin = ??

E 2 IⅠ
set

?

Z s. max

? ?? ? ??

1 0.4

=-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
E
相 短 路 流 过 保 护 2 的 最 大 电 流 = Ik.D.max X s.min ? X BC ? X CD =1.558kA

相应的速断定值为

IⅠ set.2

=

KⅠ rel

×

I k.D. max

=

1

.

2

×

1

.

55

8

=

1.

8

7

k

A

最小保护范围为

? ?
?
?
Lmin = ??

3E 2 IⅡ
set .2

?

Z s. max

? ?
?
? ??

?

1 0.4

=-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

-8-

E
相 短 路 流 过 保 护 3 的 最 大 电 流 = Ik.C.max X s.min ? X BC =2.17kA

相应的速断定值为

IⅠ set.3

=

KⅠ rel

×

I k .C . max

=

1

.

2

×

2

.

1

7

=

2

.

6

0

3k

A

最小保护范围为

?3

?

? ? ?
Lmin = ??

E 2 IⅡ
set .3

?

Z s. max

? ?? ? ??

1 0.4

=-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 1.57=1.806kA

= IⅡ set

KⅡ set

IⅠ set.1

=

1

.

1

5

×

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

3

E

= Ik.D.max 2 X s.max ? X BC ? XCD =0.8098kA

所以保护 2 处的灵敏系数 求。

I k .D. min

= KⅡ set

IⅡ set

=0.4484 即 不 满 足 Ks e n? 1.2 的 要

同理,保护 3 的限时电流速断定值为 1.87=2.151kA

= IⅡ set.3

KⅡ rel

IⅠ set.2

=

1

.

1

5

×

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

3E
= Ik.C.max 2 X s.max ? X BC =0.9764kA

所以保护 3 处的灵敏系数 要求。

I k .C . min

= KⅡ set.3

IⅡ set .3

=0.4531

即 不 满 足 Ksen ? 1.2 的

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

I

' re

K

Ⅲ rel

K

ss

I

L.

max

= I Ⅲ set

K re

=

Kre

-9-

所以有

K K I Ⅲ rel ss D?E.max

= I Ⅲ set.1

Kre

=304.5A

同理得

I

Ⅲ set.2

=

4

0

6

A

I

Ⅲ set.3

=

6

0

9

A

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
3E
= Ik.min 2 Zs.max ? ZL

所 以 有 IE.min =727.8A ID.min =809.8A IC.min =974.51A

I k . min

所以由灵敏度公式

= K sen

IⅢ set

可知,保护 1 作为近后备的灵敏度为

I E.min

= K Ⅲ set.1

IⅢ set.1

=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 保护灵敏度的要求;

I E.min

= K Ⅲ set.2

IⅢ set.2

=1.79 ?1.2 满足最为远后备

保护 3 作为远后备的灵敏度为 保护灵敏度的要求。

I E.min

= K Ⅲ set.3

IⅢ set.3

=1.33 ?1.2

满足最为远后备

保 护 的 动 作 时 间 为 t1Ⅲ =0.5+0.5=1s t3Ⅲ = t2Ⅲ +0.5=2s

t2Ⅲ = t1Ⅲ +0.5=1.5s

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

- 10 -

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,

K ss

=1.3、

K re

=0.85,

KⅢ rel

=

1

.

1

5



t1Ⅲ = t2Ⅲ =0.5s, t3Ⅲ =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 Kre 低 于 何 值 时 会 造 成 保 护 4 误 动 ?

( 3) Kre =0.85 时 ,保 护 4 的 灵 敏 系 数 Ksen =3.2,当 Kre =0.7 时 保 护 4 的 灵敏系数降低到多少?

A

5

4

B 1 2

M C

3

M

图 2-4 系统示意图

解 : 过 电 流 保 护 4 的 最 大 负 荷 电 流 为 I4.max =400+500+550=1450A

保护 4 的过电流定值为

=2.55A I Ⅲ set.4

?

Kss

KⅢ rel

Kre

I 4. max

时 限 为 t4Ⅲ =max( t1Ⅲ , t2Ⅲ , t3Ⅲ ) + ?t =1.5s

- 11 -

(2)保护 21 切除故障后,流过保护 4 的最大负荷电流

I

'
4. max

=

5

0

0

+

5

50

=

1

0

5

0A

=1

.

0

5k

A

,在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流

= =1.3× I K I ss.max

' ss 4. max

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

≤ I ss.max

I re

=

Kre

IⅢ set.4

=

2

.

5

5

K re

,从而

1.365
2.55 Kre > 1.365, Kre > 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

Ksen.4

?

I k .B. min IⅢ
set.4

=

I K k.B.min re

KⅢ rel

Kss

I4.

max

, 与 K sen.4

K re 成 正 比 ,当

K re

下降时灵













K sen

=

0.7 0.85

? 3.2 =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

- 12 -

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 ur ? Ur sin(100? t) ,
ir ? Ir sin(100? t ? 30?) 和 ur ? Ur sin(100? t) , ir ? Ir sin(100? t ? 60?) 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 ? =30°为例,画出各点输出电压波形如图 2-5 所示。

u u1 u2

u u1

u2

180

360

?t

?t

- 13 -

u3

u3

10

20

30 t(ms)

10

20

30 t(ms)

u4

10

20

30 t(ms)

u4
5

15

25

35t(ms)

u5 u6 u7

10 10 5 10

20

30 t(ms)

20

30 t(ms)

t(ms)

u5

5

10

u6

25 30 t(ms)

u7

15 20

t(ms)

10

t(ms)

u8

u8

10 15
u9

t(ms)

u9

20

t(ms)

10 15

t(ms)

20

t(ms)

动作最灵敏条件

?

arg

U

r

e
?

j?

? 90?



Ir

?

a

r

gU

r

e
?

j?

?

0?

Ir

临界动作条

图 2-5 各点电压输出波形图

可 以 看 出 ,在 内 角 ? =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

?

?90? ? arg Ur e j? ? 90? ?

Ir



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。

- 14 -

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°<a<90°。

(2)正 方 向 发 生 两 相 短 路 ,当 短 路 点 位 于 保 护 安 装 处 附 近 ,短 路 阻 抗 Zd < Zs 时 ,0°<a<90°;当 短 路 点 远 离 保 护 安 装 处 ,且 系 统 容 量 很 大 Zd > Zs 时 , -30°<a<60°。

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°<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 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

Ik4

?

E XG3 ?

X L3

=

115 / 3
10? 16 =

2.554A



此电流来





,动作定



= I Ⅲ set.5

KⅠ rel

I

k

4

=

3

.

0

6

4

k

A

- 15 -

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

X s. min =( X G1 || X G2 + X L1 || X L2 ) =18 ?

保护 5 处的电流为

Ik5

?

E X s.min ?

X L3

=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

IⅠ set.4

=

IⅠ rel

Ik5=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

= IⅠ set.3

× KⅠ rel

Ik.C.max =2.603KA,L3

支路对应的分

支系数的倒数为

1?

X G1 || X G2 ? X L1 || X 2

? 0.409

Kbr X G1 || X G2 ? X L1 || X 2 ? X G3 ? X L3

与保护 3 配合时,5 处限时电流速断保护的定值为

IⅡ s e.t5

?

K

Ⅱ r

1 Ke l
br

IⅡ

s. 3e t
=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

- 16 -

= × = I K Ⅰ



set.6

rel

Ik7

KⅠ rel

XG3

E ? X L3 ? X L1 || X L2

X L1 X L1 ? X L2

=1.048kA

同理,装设方向元件的情况下,8 处保护的定值也为

IⅠ set

.8

=

1

.

0

4

8

k

A



按 与 它 们 配 合 时 ,5 处 限 时 电 流 速 断 保 护 的 定 值 为

IⅡ set .5

?

K I Ⅱ Ⅰ rel set.6

?

K I Ⅱ Ⅰ rel set.8

=1.205kA

取三





况的最大者

,即

IⅡ set

.5

=

1

.

2

2

4

k

A

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

Ik.B.min ?

3E
2 XG3 ? XL3 =2.211kA

求。

所以灵敏度为

KⅡ sen.5

?

I k .B. min IⅡ
set.5

=1.834

满足要

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

1

E

Ik 6.max = Ik8.max = 2 X G1 || X G2 ? X L1 || X 2 = 1 . 8 44 k A

这时其短路电流速断保护的整定值变为

= IⅠ set.6

= IⅠ set.8

KⅠ rel

?

I k 6.max

=2.26kA

所以 5 处限时电流保护的定值为

IⅡ set .5

?

KⅡ rel

IⅠ set

.6

=

2

.

5

9

9

k

A

灵敏度为

= 0 . 8 5 I Ⅱ
K ? I sen.5

k .B. min Ⅱ set.5

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。

- 17 -

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 :E? ? 115 / 3 kV,X1.G1 ? = X2.G1

=5 , = =8 , X1.G 2 ? X 2G. 2 ?

X1.G3 ? X 2.G3 X1.G 4 ? X 2.G 4

?

X1.T1 ~ X1.T 4 = 5 ? , X 0.T1 ~ X 0.T 4 = 1 5 ? , X1.T 5 ? X1.T 6 = 1 5 ? , X 0.T 5 ? X 0.T 6 = 2 0 ? ,

LA?B

= 6 0 k m ,LB?C

= 4 0 k m ,线







Z1

=

Z2

=0.4

?

/ k m ,Z 0

=1.2

?

/

k

m

,KⅠ rel

=1.2,

KⅡ rel

=

1

.

1

5



- 18 -

A

G1

T1

1

B

2

3

C

T3

G3

4

G2

T2

T5

T4

G4

T6

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 LAB =60km, X1.AB ? X 2.AB =24 ? , X 0.AB =72 ? , LBC =40km,

X1.BC ? X 2.BC =16 ? , X 0.BC =48 ? ,所 有 元 件 全 运 行 是 三 序 电 压 等 值 网 络 图 如 图 2-7 所示。

X1.G1 E?
X 1.G 2 E?

B X1.BC

C

X1.T 3

A

X1.T1

X1.AB

X1.T 4

X1.T 2

X1.T 5

X1.T 6

X1.G3
E?
X 1.G 4
E?

(a) 正序等值图

- 19 -

X 2.G1 X 2.G 2

X X A

2.T 1

2. AB

X 2.T 2

X B 2.BC
X 2.T 5 X 2.T 6

X C

2.T 3

X 2.T 4

X 2.G3 X 2.G 4

(b) 负序等值图

X X A 0.T 1

0. AB

X 0.T 2

X B

C

0.BC

X 0.T 5

X 0.T 4

X 0.T 6

(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

Z?1

?

( X1.AB

?

X1.G1

? 2

X1.T1 )

||

( X1.BC

?

X1.G3

? 2

X1.T 3

)
=(24+5)||(16+6.5)=12.67

?

故 障 端 口 负 序 阻 抗 为 Z?2 ? Z?1=12.67 ?

故障端口零序阻抗为

Z?0

?

( X 0.T1 2

?

X 0.AB ) ||

X 0.T 5 2

|| ( X 0.T 3 2

?

X0.BC ) =79.5||10||55.5=7.657

?

则复合序网等值图如图 2-8 所示。

故障端口零序电流为

If0

?

Z?1

U|0| ? Z?2

? Z?0

?

115 / 3

12.67 ?12.67 ? 7.657 =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

- 20 -

1、4 处的零序电流分别为
0.018018
I0.2 ? I f 0 ? 0.130597 =0.278kA

I0.1

?

I

f0

?

0.12579 0.130597

=0.194kA

画出零序电流分布图如图 2-9 所示.

U f |0|

Z?1 ? 12.67 Z? 2 ? 12.67 Z? 0 ? 7.657

B

0.097

A 0.194

C 0.278 0.77

0.139

序网等值图

图 2-8 单相接地短路复合 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 Z?1 ? Z?2=12.67 ?

Z?0=7.657 ?,则复合序网如图 2-10 所示。

12.67 ? 7.657
Z? 2 || Z? 0 = 12.67 ? 7.675 =4.77

If1

?

Z?1

U f |0| ? Z?2

||

Z?0

=3.808kA

故障端口正序电流为

故障端口零序电流为

I

f

0

=

I

f

0

?

12.67 12.67 ? 7.675

=

2

.

3

7

3

k

A

同 样 地 , 流 过 保 护 1、 4 的 零 序 电 流 分 别 为 I0.1 =0.299kA, I0 . 2=0.327kA。

- 21 -

从而得到如图 2-11 所示的零序电流分布图。

U f |0|

Z?1 ? 12.67
Z? 2 ? 12.67 Z?0 ? 7.657

B

0.115

A 0.229

C 0.327 0.909

0.164

图 2-10 两相接地短路复合序网等值图 接地短路零序电流分布图

图 2-11 两相

( 3) 先 求 出 保 护 1 的 分 支 系 数 K1.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。

IBCM ? 1 ? I A' BM ? 1 ? X1

= K1.b I ABM

I ABM

X2 ,

对于 X1,当只有一台发电机变压器组运行是最大,有 X1max = X 0.T1 ? X 0.AB = 8 7 ?

当两台发电机变压器组运行时 X1最小,有

X 1 min

=

X 0.T1 2

?

X 0.AB

=79.5

?

对 于 X 2 , 当 T5,T6 只 有 一 台 运 行 时 X 2 最 大 , X 2 m a x=20; 当 T5,T6 两 台 全运行时 X2最小,

- 22 -

1 ? X1max
X 2 min =10. 因 此 保 护 1 的 最 大 分 支 系 数 = K1.b.max X2min =9.7,

1 ? X1min
最 小 分 支 系 数 为 K1.b.min = X2max =4.975

同 样 的 分 析 保 护 4 的 分 支 系 数 K4.b 。当 AB 段 发 生 接 地 故 障 时 ,T5,T6YOU 助增的作用,如图 2-13 所示。

IBCM ? 1 ? I A' BM ? 1 ? X1

= K1.b I ABM

I ABM

X2

对于 X1,当只有一台发电机变压器组运行是最大,有 X1max = X 0.T 3 ? X 0.BC = 6 3 ?

当两台发电机变压器组运行时 X1最小,有

= X 1 min

X 0.T 3 2

?

X 0.BC =55.5 ?

对 于 X 2 , 当 T5,T6 只 有 一 台 运 行 时 X 2 最 大 , X 2 m a x=20; 当 T5,T6 两 台 全运行时 X2最小,

1 ? X1max
X 2 min =10. 因 此 保 护 4 的 最 大 分 支 系 数 = K4.b.max X2min =7.3,

1 ? X1min
最 小 分 支 系 数 为 = K4.b.min X2max =3.775

B

I ABM

X1

I BCM M

I ABM
M

B X1

ICBM

I A' BM

X2

X2 IC ' BM

图 2-12 BC 段故障时变压器的助增作用 AB 段故障时变压器的助增作用 (4)保护 1 整定计算
- 23 -

图 2-13

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

I0.1.max =0.229kA 故 Ⅰ 段 定 值

= IⅠ set.1

KⅠ rel

?

3I 0.1. max

=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

Z?1

? Z?2=(

X1.G1 ? X1.T1 2

? X1.AB

? X1.BC ) ||(

X1 .G 3 ? X 1T. 2

3
)=5.68 ?

Z0

? [( X 0.T1 2

?

X 0.AB ) ||

X 0.T 5 2

?

X 0.BC ] ||

X 0.T 3 2

=6.63 ?

单相接地短路时,有

If0

?

Z?1

U f |0| ? Z?2

?

Z?3

=

115 / 3 5.86 ? 5.86 ?

6.63 =3.69kA

从 而 求 得 流 过 保 护 3 的 电 流 为 I0.3 =0.43kA

5.86 ? 6.63
连 相 接 地 短 路 时 , 有 Z? 2 || Z? 0 = 5.86 ? 6.63 =3.06 ?

正序电流

If1

?

Z?1

U f |0| ? Z?2

|| Z?0

=7.6kA

零序电流

If0

?

I

f

1

?

Z?

Z? 2?

2
Z?

0

=3.5kA

从 而 求 得 流 过 保 护 3 的 电 流 I0.3 =0.408kA

这 样 , 流 过 保 护 3 的 最 大 零 序 电 流 I0.3.max =0.43kA

保护 3 的零序Ⅰ段定值为

= IⅠ set.3

KⅠ rel

?

3I 0.3. max

=1.548kA

这样,保护 1 的零序Ⅱ段定值为

IⅡ set.1

?

KⅠ rel
K1.b. min

= ?

IⅠ set

.3

1.15 ?1.548

4.975

=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 I0.1.min ==0.194kA

灵敏系数

Kre

?

3I0.1min IⅡ
set.1

=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

I0.4.max =0.327kA 故 Ⅰ 段 定 值

= IⅠ set.1

KⅠ rel

? 3I0.4.max

=1.2×3×

- 24 -

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

Z?1

? Z?2=(

X1.G3 ? X1.T 3 2

? X1.AB

? X1.BC ) ||(

X1 .G 1 ? X 1T. 2

1
)=4.52 ?

Z0

? [( X 0.T 3 2

?

X 0.BC ) ||

X 0.T 5 2

?

X 0.AB ] ||

X 0.T1 2

=6.86 ?

单相接地短路时,有

If0

?

Z?1

U f |0| ? Z?2

?

Z?3

=

115 / 4.52 ? 4.52

3 ?

6.68

=4.179kA

从 而 求 得 流 过 保 护 2 的 电 流 为 I0.2 =0.356kA

4.52 ? 6.86
两 相 接 地 短 路 时 , 有 Z? 2 || Z? 0 = 4.52 ? 6.86 =2.723 ?

正序电流

If1

?

Z?1

U f |0| ? Z?2

|| Z?0

=9.17kA

零序电流

If0

?

If1 ?

Z? 2 Z?2 ? Z?0

=3.64kA

从 而 求 得 流 过 保 护 2 的 电 流 I0.2 =0.31kA

这 样 , 流 过 保 护 2 的 最 大 零 序 电 流 I0.2.max =0.356kA

保护 2 的零序Ⅰ段定值为

= IⅠ set.2

KⅠ rel

? 3I0.2.max

=1.286kA

这样,保护 4 的零序Ⅱ段定值为

IⅡ set.4

?

KⅡ rel
K 4.b. min

= ?

IⅠ set .2

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 I0.4.min ==0.278kA

灵敏系数

Kre

?

3I0.4 min IⅡ
set.1

=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 :E? ? 115 / 3 kV,X1.G1 ? = X2.G1

- 25 -

=5 , = =8 , X1.G2 ? X 2.G2

?

X1.G3 ? X 2.G3 X1.G 4 ? X 2.G 4

?

X1.T1 ~ X1.T 4 = 5 ? , X 0.T1 ~ X 0.T 4 = 1 5 ? , X1.T 5 ? X1.T 6 = 1 5 ? , X 0.T 5 ? X 0.T 6 = 2 0 ? ,

LA?B

= 6 0 k m ,LB?C

= 4 0 k m ,线







Z1

=

Z2

=0.4

?

/ k m ,Z 0

=1.2

?

/

k

m

,KⅠ rel

=1.2,

KⅡ rel

=

1

.

1

5











































(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

X s. min

?

X G1

? 2

XT1

=5 ?

最小运行方式为一台电机运行,相应的

X s. max

?

X G1

?

XT1=10 ?

母线 B 处三相短路流过保护 1 的最大电流

I d .B. max

?

E?

X s. min

?

Xd

=2.289kA

保护 1 的Ⅰ段定值为

IⅠ set .1

?

KⅠ rel

?

I d .B. max

=1.2×2.289=2.747kA

母线 C 三相短路流过保护 3 的最大电流

I d .C . max

?

E?

X s. min

?

Xd

=1.475kA

保护 3 的Ⅰ段定值为

IⅠ s e.t3

?

KⅠr e?l

I

. d . =1 Cm a x .771kA

保护 1 的Ⅱ段定值为

IⅡ set .1

?

KⅡ rel

?

IⅠ set .3

=2.063kA

母线 B 两相短路流过保护 1 的最小电流

Id.B.max ?

3 E?

2

X s. max

?

Xd

=1.691kA

保护 1 电流Ⅱ断的灵敏度系数 要求。

KⅡ sen.1

?

Id.B min IⅡ
set.1

1.691
= 2.063 =0.83

灵敏度不满足

- 26 -

保护 4 的Ⅰ、Ⅱ段整定。

最大运行方式为 G3、G4 全运行,相应的

X s. min

?

XG3

? 2

XT3

=6.5 ?

最小运行方式为一台电机运行,相应的

X s. max

?

XG3

?

XT3=13 ?

母线 B 处三相短路流过保护 4 的最大电流

I d .B. max

?

E?

X s. min

?

Xd

=2.951kA

保护 1 的Ⅰ段定值为

IⅠ set .1

?

KⅠ rel

?

I d .B. max

=1.2×2.951=3.541kA

母线 A 三相短路流过保护 2 的最大电流

I d . A. max

?

E?

X s. min

?

Xd

=1.428kA

保护 2 的Ⅰ段定值为

IⅠ s e.t2

?

KⅠr e?l

I

. d . =1 Am a x .713kA

保护 4 的Ⅱ段定值为

IⅡ set .4

?

KⅡ rel

?

IⅠ set .2

=

1

.

9

7

k

A

母线 B 两相短路流过保护 4 的最小电流

Id.B.max ?

3 E?

2

X s. max

?

Xd

=1.983kA

保护 4 电流Ⅱ断的灵敏度系数 要求。

KⅡ sen.4

?

Id.B min IⅡ
set.4

1.983
= 1.97 =1.01

灵敏度不满足

(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

Id .A.max

?

X AB

?

E? X BC ?

XT3

? 2

XG3

=

115 / 3
24 ? 16 ? 6.5 =1.428kA

由于

Id.A

.

m

< a x

2.747kA=

IⅠ set.1







Id.A

.

m

< a x

2.036kA=

IⅡ set.1









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

Id .C.max

?

X AB

?

E? X BC ?

XT1

? 2

X G1

=

115 / 3
24 ?16 ? 5 =1.475kA

由于

I d .C

.

m

< a x

3.54kA=

IⅠ set.1

,并



I d .C. max



1.97kA=

IⅡ set.4

,故





4

的 Ⅰ 、Ⅱ

均不需要加装方向元件。

- 27 -

( 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.

≥1

KT 跳闸

TV

QF

&

&

&

KAa KWa
. . . ..

KAb KWb
..

KAc KWc
..

a b c
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 KSⅠ0

KT0Ⅱ

跳闸

KT0Ⅲ

跳闸

KSⅡ0

KS0Ⅲ

QF
..KW . ..

&

&

&

KAⅠ0

KAⅡ0

KA0Ⅲ

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°< ? <60°。对某一已经确定了阻抗角的送电
- 28 -

线路而言,应采用 ? =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 ? 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。
**

理接线图

图 2-16 现场测定电流互感器极性的常用原

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?
- 29 -

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 ;
- 30 -

G1

T1 A

1

B 2
3

C T3

T2

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。

X 0.T1

A X 0.AB

B

X 0.BC

X 0.T 3

X 0.T 2
?
U0

统零序等值图

图 2-18 线路 AB 末端故障时中性点直接接地系

- 31 -

X 0.T1

X 0.AB C0. AB

X 0.BC C0.BC

X 0.T 3

C0

零序等值图

图 2-19 中性点非直接接地系统

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 直 接 接 地 系 统 中 ,故 障 点 零 序 电 压 最 高 ,距 离 距 离 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 直 接 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 部 分 系 统 )。

( 3) 零 序 电 流 的 大 小 及 流 动 规 律 :

中性点直接接地系统中,零序电流的大小同系统的运行方式和系 统 各 部 分 的 零 序 阻 抗 的 大 小 都 有 关 系 ,零 序 电 流 在 故 障 点 与 变 压 器 中 性点之间形成回路。

非直接接地系统中,零序电流的大小依赖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 所 有 非 故 障 元 件 对 地 电 容 电 流 值 之 和 ,再 有 消 弧 线 圈 的 情 况 下 ,则 是 全 系 统 所 有 非 故 障 元 件 对 地 电 容 电流值与消弧线圈中的电感电流值相量和。

( 4) 故 障 线 路 与 非 故 障 线 路 灵 虚 功 率 方 向 :

中 性 点 直 接 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

- 32 -

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 直 接 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 动 规 律 :
中性点直接接地系统中,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 直接接地系统中,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 ,基 本 上 不 影响负荷电流的分布、
( 6) 故 障 后 电 压 的 变 化 及 对 称 性 变 化 :
中 性 点 直 接 接 地 系 统 中 ,故 障 后 三 相 的 相 电 压 和 线 电 压 都 不 在 对 称。中性点非直接接地系统中,故障后接地相电压降为 0,非接地相 对于低电压升高至原电压的 3倍,但三相之间线电压依然保持对称。
( 7) 故 障 对 电 力 系 统 的 危 害 :
中性点直接接地系统中,故障相电流很大,对系统危害很大。
中 性 点 非 直 接 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 情 况 下 ,对 系 统 危 害 不 大。
( 8) 对 保 护 切 除 故 障 速 度 的 要 求 :
中 性 点 直 接 接 地 系 统 中 ,由 于 接 地 相 电 流 很 大 ,为 防 止 损 坏 设 备 , 应 迅 速 切 除 接 地 相 甚 至 三 相 。中 性 点 非 直 接 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 1~2h,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 ,如 果 发 现 单 相 接 地,试回答:
( 1) 比 较 故 障 线 路 与 非 故 障 线 路 中 零 序 电 流 、 零 序 电 压 、 零 序 功 率 方向的差异。
( 2)如 果 在 接 地 电 流 过 的 电 容 电 流 超 过 10A( 35KV 系 统 )、20A( 10KV 系 统 )、 30A( 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 。
- 33 -

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所有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 压基本一样。
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 化 , 接 地 线 路 中 的 零 序 电 流 为 消 弧 线 圈 补 偿 后 的 参 与 电 流 ,其 量 值 较 小 ,零 序 过 电 流 元 件 将 无 法 整 定 ;零 序 电 流 的 量 值 有 可 能 小 于 非 故 障 线 路 的 零 序 电流,所以零序电流群体比幅原理也将无法应用。
( 3) 用 零 序 功 率 方 向 选 线 困 难 : 由 于 一 般 采 用 的 是 过 补 偿 , 流 经 故 障线路的的零序电流是流过消弧线圈的零序电流与非故障元件零序 电 流 之 差 ,而 电 容 无 功 功 率 方 向 是 由 母 线 流 向 线 路( 实 际 上 是 电 感 性 无 功 功 率 由 线 路 流 向 母 线 ), 零 序 功 率 方 向 与 非 故 障 线 路 一 致 , 因 此 无法利用功率方向来判断故障线路。
( 4) 拉 路 停 电 选 线 存 在 的 问 题 :
1) 需 要 人 工 操 作 , 费 时 、 费 力 , 自 动 化 程 度 低 ;
2)需 要 依 次 断 开 每 一 条 线 路 ,影 响 供 电 可 靠 性 ,若 重 合 闸 拒 动 ,可 能造成较长时间的停电。
2.24 小结下列电流保护的基本原理、使用网络并阐述其优缺点:
( 1) 相 间 短 路 的 三 段 式 电 流 保 护 ;
( 2) 方 向 性 电 流 保 护 ;
( 3) 零 序 电 流 保 护 ;
( 4) 方 向 性 零 序 电 流 保 护 ;
( 5) 中 性 点 非 直 接 接 地 系 统 中 的 电 流 电 压 保 护 。
答 :( 1)相 间 保 护 的 三 段 式 保 护 :利 用 短 路 故 障 时 电 流 显 著 增 大 的 故 障 特 征 形 成 判 据 构 成 保 护 。其 中 速 断 保 护 按 照 躲 开 本 线 路 末 端 最 大 短 路 电 流 整 定 ,保 护 本 线 路 的 部 分 ;限 时 速 度 按 保 护 按 躲 开 下 级 速 度 按 保护末端短路整定,保护本线路全长;速断和限时速断的联合工作,
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保 护 本 线 路 短 路 被 快 速 、灵 敏 切 除 。过 电 流 保 护 躲 开 最 大 负 荷 电 流 作 为本线路和相邻线路短路时的后备保护。
主 要 优 点 是 简 单 可 靠 ,并 且 在 一 般 情 况 下 也 能 满 足 快 速 切 出 故 障 的 要 求,因此在电网中特别是在 35KV 及以下电压等级的网络中获得了广 泛的应用。
缺点是它的灵敏度受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影 响 。灵 敏 系 数 和 保 护 范 围 往 往 不 能 满 足 要 求 ,难 以 应 用 于 更 高 等 级 的 复杂网路。
( 2) 方 向 性 电 流 保 护 : 及 利 用 故 障 是 电 流 复 制 变 大 的 特 征 , 有 利 用 电 流 与 电 压 间 相 角 的 特 征 ,在 短 路 故 障 的 流 动 方 向 正 是 保 护 应 该 动 作 的 方 向 ,并 且 流 动 幅 值 大 于 整 定 幅 值 时 ,保 护 动 作 跳 闸 。适 用 于 多 断 电源网络。
优点:多数情况下保证了保护动作的选择性、灵敏性和速动性要求。
缺 点 :应 用 方 向 元 件 是 接 线 复 杂 、投 资 增 加 ,同 时 保 护 安 装 地 点 附 近 正 方 向 发 生 是 你 想 短 路 时 ,由 于 母 线 电 压 降 低 至 零 ,方 向 元 件 失 去 判 断的依据,保护装置据动,出现电压死区。
( 3) 零 序 电 流 保 护 : 正 常 运 行 的 三 相 对 称 , 没 有 零 序 电 流 , 在 中 性 点 直 接 接 地 电 网 中 ,发 生 接 地 故 障 时 ,会 有 很 大 的 零 序 电 流 。故 障 特 征 明 显 ,利 用 这 一 特 征 可 以 构 成 零 序 电 流 保 护 。适 用 网 络 与 110KV 及 以上电压等级的网络。
优点:保护简单,经济,可靠;整定值一般较低,灵敏度较高;受系 统 运 行 方 式 变 化 的 影 响 较 小 ;系 统 发 生 震 荡 、短 时 过 负 荷 是 不 受 影 响 ; 没有电压死区。
缺 点 :对 于 短 路 线 路 或 运 行 方 式 变 化 较 大 的 情 况 ,保 护 往 往 不 能 满 足 系 统 运 行 方 式 变 化 的 要 求 。随 着 相 重 合 闸 的 广 泛 应 用 ,在 单 项 跳 开 期 间 系 统 中 可 能 有 较 大 的 零 序 电 流 ,保 护 会 受 较 大 影 响 。自 耦 变 压 器 的 使用使保护整定配合复杂化。
( 4) 方 向 性 零 序 电 流 保 护 : 在 双 侧 或 单 侧 的 电 源 的 网 络 中 , 电 源 处 变 压 器 的 中 性 点 一 般 至 少 有 一 台 要 接 地 ,由 于 零 序 电 流 的 实 际 流 向 是 由 故 障 点 流 向 各 个 中 性 点 接 地 的 变 压 器 ,因 此 在 变 压 器 接 地 数 目 比 较 多 的 复 杂 网 络 中 ,就 需 要 考 虑 零 序 电 流 保 护 动 作 的 方 向 性 问 题 。利 用 正 方 向 和 反 方 向 故 障 时 ,零 序 功 率 的 差 别 ,使 用 功 率 方 向 元 件 闭 锁 可 能误动作的保护,从而形成方向性零序保护。
优 点 :避 免 了 不 加 方 向 元 件 ,保 护 可 能 的 误 动 作 。其 余 的 优 点 同 零 序
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电流保护。 缺点:同零序电流保护,接线较复杂。 ( 5) 中 性 点 非 直 接 接 地 系 统 中 的 电 流 电 压 保 护 : 在 中 性 点 非 直 接 接 地 系 统 中 ,保 护 相 间 短 路 的 电 流 、电 压 保 护 与 中 性 点 直 接 接 地 系 统 是 完 全 相 同 的 。仅 有 单 相 接 地 时 二 者 有 差 别 ,中 性 点 直 接 接 地 系 统 中 单 相 接 地 形 成 了 短 路 ,有 短 路 电 流 流 过 ,保 护 应 快 速 跳 闸 ,除 反 应 相 电 流 幅 值 的 电 流 保 护 外 ,还 可 以 采 用 专 门 的 零 序 保 护 。而 在 中 性 点 非 直 接 接 地 系 统 中 单 相 接 地 时 ,没 有 形 成 短 路 ,无 大 的 短 路 电 流 流 过 ,属 于 不 正 常 运 行 ,可 以 发 出 信 号 并 指 出 接 地 所 在 的 线 路 ,以 便 尽 快 修 复 。 当 有 单 相 接 地 时 全 系 统 出 现 等 于 相 电 压 的 零 序 电 压 ,采 用 零 序 电 压 保 护 报 告 有 单 相 接 地 发 生 ,由 于 没 有 大 短 路 电 流 流 过 故 障 线 路 这 个 明 显 特 征 ,而 甄 别 接 地 发 生 在 哪 条 线 路 上 则 困 难 得 多 。一 般 需 要 专 门 的“ 单 相 接 地 选 线 装 置 ”, 装 置 依 据 接 地 与 非 接 地 线 路 基 波 零 序 电 流 大 小 、 方向以及高次谐波特征的差异,选出接地线路。
3 电网距离保护 3.1 距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成 的? 答 :电 力 系 统 正 常 运 行 时 ,保 护 安 装 处 的 电 压 接 近 额 定 电 压 ,电 流 为 正常负荷电流,电压与电流的比值为负荷阻抗,其值较大,阻抗角为 功 率 因 数 角 ,数 值 较 小 ;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 ,电 压 与 电 流 的 比 值 变 为 保 护 安
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装 处 与 短 路 点 之 间 一 段 线 路 的 短 路 阻 抗 ,其 值 较 小 ,阻 抗 角 为 输 电 线 路 的 阻 抗 角 ,数 值 较 大 ,距 离 保 护 就 是 利 用 了 正 常 运 行 与 短 路 时 电 压
和电流的比值,即测量阻抗之间的差异构成的。
jX Zk2
Z set1
Zk1 ZL

O

R

Zk3

3.2 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 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 就 是 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,阻抗角交大。
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 侧 电 源 点 之 间 电 力 元 件 的 阻 抗 和 ;在 由 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。
3.3 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,故障电流流过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 异 是 :接 地 短 路 的 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。

- 37 -

3.4 构 成 距 离 保 护 为 什 么 必 须 用 故 障 环 上 的 电 流 、电 压 作 为 测 量 电 压 和电流?

答 :在 三 相 系 统 中 ,任 何 一 项 的 测 量 电 压 与 测 量 电 流 值 比 都 能 算 出 一

个 测 量 阻 抗 ,但 是 只 有 故 障 环 路 上 的 测 量 电 压 、电 流 之 间 才 能 满 足 关

?

?

?

?.

系 U m ? Im Zm ? Im Zk ? I Z1Lk , 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,不能正确的反应故障距离,虽然不能构成距离保护。

3.5 为了切除线路上各种类型的短路,一般配置哪几种接线方式的距 离保护协同工作?

答 :保 护 装 置 一 般 只 考 虑 简 单 故 障 ,即 单 相 接 地 短 路 、两 相 接 地 短 路 、 两 相 不 接 地 故 障 和 三 相 短 路 故 障 四 种 类 型 的 故 障 。再 110KV 及 以 上 电 压 等 级 的 输 电 线 路 上 ,一 般 配 置 保 护 接 地 短 路 的 距 离 保 护 和 保 护 相 间 短 路 的 距 离 保 护 。接 地 距 离 保 护 的 接 线 方 式 引 入“ 相 — — 地 ”故 障 环 上 的 测 量 电 压 、电 流 ,能 够 准 确 的 反 应 单 相 接 地 、两 相 接 地 和 三 相 接 地 短 路 ;相 间 距 离 保 护 接 线 方 式 映 入“ 相 — — 相 ”故 障 换 上 的 测 量 电 压 、电 流 ,能 够 准 确 地 反 应 两 相 接 地 短 路 、两 相 不 接 地 短 路 和 三 相 短 路 。即 对 于 单 线 接 地 短 路 ,只 有 接 地 距 离 保 护 接 线 方 式 能 够 正 确 反 应 ; 对 于 两 相 不 接 地 短 路 ,只 有 相 间 距 离 保 护 接 线 方 式 能 够 正 确 反 应 ;而 对 于 两 相 接 地 短 路 及 三 相 短 路 ,两 种 接 线 方 式 都 能 够 正 确 反 应 。为 了 切 除 线 路 上 的 各 种 类 型 的 短 路 ,两 种 接 线 方 式 都 需 要 配 置 ,两 者 协 同 工作,共同实现线路保护。

由 于 相 间 距 离 保 护 接 线 方 式 手 过 渡 电 阻 的 影 响 较 小 ,因 此 对 于 两 相 接 地 短 路 及 三 相 故 障 ,尽 管 理 论 上 两 种 接 线 方 式 都 能 够 反 应 ,但 一 般 多 为相间距离保护首先跳闸。

3.6 在本线路上发生金属性短路,测量阻抗为什么能够正确反应故障 的距离?

答:电力系统发生金属性短路时,在保护安装处所测量 Um 降低,Im 增 大 ,它 们 的 比 值 Zm 变 为 短 路 点 与 保 护 安 装 处 之 间 短 路 阻 抗 Zk;对 于 具有均匀参数的输电线路来说,Zk 与短路距离 Lk 成正比关系,即 Zm=Zk=Z1Lk(Z1=R1+jX1,为 单 位 长 度 线 路 的 复 阻 抗 ),所 以 能 够 正 确 反 应故障的距离。

3.7 距离保护装置一般由哪几部分组成?简述各部分的作用。

答:距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配

- 38 -

合逻辑和出口等几部分组成,它们的作用分述如下:

(1)启 动 部 分 : 用 来 判 别 系 统 是 否 发 生 故 障 。 系 统 正 常 运 行 时 , 该 部 分不动作;而当发生故障时,该部分能够动作。通常情况下,只有启 动部分动作后,才将后续的测量、逻辑等部分投入工作。

(2)测 量 部 分 : 在 系 统 故 障 的 情 况 下 , 快 速 、 准 确 地 测 定 出 故 障 方 向 和 距 离 ,并 与 预 先 设 定 的 保 护 范 围 相 比 较 ,区 内 故 障 时 给 出 动 作 信 号 , 区外故障时不动作。

(3)振 荡 闭 锁 部 分 : 在 电 力 系 统 发 生 振 荡 时 , 距 离 保 护 的 测 量 元 件 有 可 能 误 动 作 ,振 荡 闭 锁 元 件 的 作 用 就 是 正 确 区 分 振 荡 和 故 障 。在 系 统 振荡的情况下,将保护闭锁,即使测量元件动作,也不会出口跳闸; 在 系 统 故 障 的 情 况 下 ,开 放 保 护 ,如 果 测 量 元 件 动 作 且 满 足 其 他 动 作 条件,则发出跳闸命令,将故障设备切除。

(4)电 压 回 路 断 线 部 分 : 电 压 回 路 断 线 时 , 将 会 造 成 保 护 测 量 电 压 的 消 失 ,从 而 可 能 使 距 离 保 护 的 测 量 部 分 出 现 误 判 断 。这 种 情 况 下 应 该 将保护闭锁,以防止出现不必要的误动。

(5)配 合 逻 辑 部 分 : 用 来 实 现 距 离 保 护 各 个 部 分 之 间 的 逻 辑 配 合 以 及 三段式保护中各段之间的时限配合。

(6)出 口 部 分 : 包 括 跳 闸 出 口 和 信 号 出 口 , 在 保 护 动 作 时 接 通 跳 闸 回 路并发出相应的信号。

3.8 为什么阻抗继电器的动作特性必须是一个区域?

答 :阻 抗 继 电 器 在 实 际 情 况 下 ,由 于 互 感 器 误 差 、故 障 点 过 度 电 阻 等 因 素 影 响 , 继 电 器 实 际 测 量 到 的 Zm 一 般 并 不 能 严 格 地 落 在 与 同 Zset 向 的 直 线 上 ,而 是 落 在 该 直 线 附 近 的 一 个 区 域 中 。为 保 证 区 内 故 障 情 况 下 阻 抗 继 电 器 都 能 可 靠 动 作 ,在 阻 抗 复 平 面 上 ,其 动 作 的 范 围 应 该 是 一 个 包 括 Zset 对 应 线 段 在 内 , 但 在 Zset 的 方 向 上 不 超 过 Zset 的 区 域 , 如 圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。

jX
Z set1

jX
Z set

Zm
O R
Zset 2

Zset 2

Zset 2
Zm

O

R

- 39 -

jX

Z set

O

R

(a) (c)
jX

(b)

o
jX

o

R

(e)

(d)

图 3-2 常见阻抗继电器的动作特 性

( a) 偏 移 圆 阻 抗 特 性 ;( b) 方 向 圆 阻 抗 特 性 ;( c) 全阻抗圆特性;

- 40 -

特性

( d)“ 8” 字 形 特 性 ; ( e) 四 边 形

3.9 画 图 并 解 释 偏 移 特 性 阻 抗 继 电 器 的 测 量 阻 抗 、整 定 阻 抗 和 动 作 阻 抗的含义。
答:偏移特性阻抗继电器的动作特性如图 3—3 所示,各电气量标于 图中。

测量阻抗

Zm

就是保

护安













?
U

与测







?
I

m

之间的









统 不 同 的 的 运 行 状 态 下 ( 正 常 、 震 荡 、 不 同 位 置 故 障 等 ), 测 量 阻 抗

是不同的,可能落在阻抗平面的任意位置。在断路故障情况下,由故

障 环 上 的 测 量 电 压 、电 流 算 出 测 量 阻 抗 能 够 正 确 的 反 应 故 障 点 到 保 护

安装处的距离。

对 于 偏 移 特 性 的 阻 抗 继 电 器 而 言 ,整 定 阻 抗 有 两 个 ,即 正 方 向 整 定 阻 抗 和 Zset1 反 方 向 整 定 阻 抗 Zset2 ,它 们 均 是 根 据 被 保 护 电 力 系 统 的 具 体 情 况 而 设 定 的 常 数 ,不 随 故 障 情 况 的 变 化 而 变 化 。一 般 取 继 电 器 安 装 点 到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。

动 作 阻 抗 :是 阻 抗 元 件 处 于 临 界 动 作 状 态 对 应 的 测 量 阻 抗 ,从 原 点 到
边 界 圆 上 的 矢 量 连 线 称 为 动 作 阻 抗 ,通 常 用 Zop 来 表 示 。对 于 具 有 偏 移 特 性 的 阻 抗 继 电 器 来 说 ,动 作 阻 抗 并 不 是 一 个 常 数 ,二 是 随 着 测 量 阻 抗的阻抗角不同而不同。

jX O

Z set
Zm Zop R

Zset 2

图 3-3 偏移阻抗特性圆
3.10 解 释 什 么 是 阻 抗 继 电 器 的 最 大 灵 敏 角 ,为 什 么 通 常 选 定 线 路 阻 抗 角为最大灵敏角?

- 41 -

答 :当 测 量 阻 抗 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,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 大 灵 敏 角 ,是 为 了 保 证 在 线 路 发 生 金 属 性 短 路 的 情 况 下 ,阻 抗 继电器动作最灵敏。

3.11 导出具有偏移圆特性的阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相 位比较动作方程。

答 :如 图 3— 4 所 示 偏 移 阻 抗 特 性 圆 ,在 阻 抗 复 平 面 上 ,以 与 Zset1 末 Zset2

端的连线为直径作出的圆就是偏移特性圆,圆心为

1 2

( Z set1

?

Zset2 ) , 半 径



1 2

( Z set1

?

Zset 2 )

测量阻



Zm





圆内或圆

周上



,Zm

末端到圆

心的





一 定 小 于 或 等 于 圆 的 半 径 ,而 当 测 量 阻 抗 Zm 落 在 圆 外 时 , Zm 末 端 到 圆

心的距离一定大于圆的半径,所以绝对值比较动作方程可以表示为

Zm

?

1 2

( Z set1

?

Zset 2

)

?

1 2

( Z set1

?

Zset 2

)

当 阻 抗 落 在 下 部 分 圆 周 的 任 一 点 上 时 ,有

arg Zset ? Zm ? 90

Zm ? Zset 2

当阻抗落在左上部分圆周的任一点上时,有

arg Zset1 ? Zm ? ?90

?90 ? arg Zset1 ? Zm ? 90

Zm ? Zset 2

当阻抗落在圆内的任一点时,有

Zm ? Zset 2



?90 ? arg Zset1 ? Zm ? 90

有阻抗继电器的相位比较动作方程为

Zm ? Zset 2

jX

Zset1 ? Zm
Zm Zm ? Zset 2 O
Zset 2

Z set1
Zset1 ? Zm
Zm Zm ? Zset 2
R

图 3-4 偏移阻抗特性圆 3.12 阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程之间的

- 42 -

关系是什么?

答:设绝对值比较式中“ ?”左侧的阻抗记为 ZB ,右侧的阻抗记为 ZA ,

则 绝 对 值 比 较 动 作 条 件 的 一 般 表 达 式 为 ZB ? ZA ; 设 相 位 比 较 式 中 分 子 、 分 母 的 阻 抗 分 别 用 ZC和ZD 表 示 , 则 相 位 比 较 动 作 条 件 的 一 般 表 达

9 0 ? ZC ? 2 7 0

式为

ZD

。 可 以 得 出 四 个 量 之 间 关 系 为 ZC ? ZB ? ZA

ZD ? ZB ? ZA

ZB

?

1 2

(ZC

?

ZD )

ZA

?

1 2

(ZC

?

ZD )

3.13 特性经过原点的方向阻抗继电器有什么优点和缺点?画出相间 距 离 和 接 地 距 离 继 电 器 绝 对 值 比 较 动 作 回 路 、相 位 比 较 动 作 回 路 的 交 流接线图。

答:特性经过原点的方向继电器的优点是阻抗元件本身具有方向性, 只 在 正 向 区 内 故 障 时 动 作 ,反 方 向 短 路 时 不 会 动 作 。其 主 要 缺 点 是 动
作 特 性 经 过 坐 标 原 点 ,在 正 向 出 口 或 反 向 出 口 短 路 时 ,测 量 阻 抗 Zm 的 阻 抗 值 都 很 小 ,都 会 落 在 坐 标 原 点 附 近 ,正 好 处 于 阻 抗 元 件 临 界 动 作 的 边 沿 上 ,有 可 能 出 现 正 向 出 口 短 路 时 拒 动 或 反 向 出 口 短 路 时 误 动 的 情况。

方 向 阻 抗 继 电 器 绝 对 值 比 较 动 作 回 路 、相 位 比 较 动 作 回 路 的 交 流 接 线 图 分 别 如 图 3— 5 和 图 3— 6 所 示 ( 以 圆 特 性 的 方 向 阻 抗 元 件 为 例 )。

TA TV

R UR

1 2

K1

?
I

m

?
UA





?



1? 2 K1 I m



T



?



?
? KU U m

UB



- 43 -

TA TV

R

UR

??
K1 I m

?
? KU U m T
?? KU U m

?

UC











?



UD

3.14 什么是距离继电器的参考电压?其工作电压作用是什么?选择 参考电压的原则是什么?

答 :在 相 位 比 较 的 距 离 继 电 器 中 ,用 作 相 位 比 较 的 电 压 称 为 参 考 电 压 ,

?

180

?

a1

?

arg

U
?

op

? 180

? a2

也叫做极化电压,例如在相位比较式

Um

中,用电

?

?

?

压Um判断Um相位是否符合方程式,所以Um就称为参考电压和极化电

压。

选择参考电压的原则:相位不随故障位置变化、在出口短路时不为 0 的电压量作为比相的参考电压,如正序电压、记忆电压等。

3.15 以记忆电压为参考电压的距离继电器有什么特点?其初态特征 与稳态特征有何差别?

答 :以 记 忆 电 压 为 参 考 电 压 的 距 离 继 电 器 可 消 除 所 有 故 障 的 死 区 ,尤 其是克服出口三相对称短路时三相电压都降为零而失去比较依据的 不足;但其动作特性不能长期保持。

处 态 特 性 与 稳 态 特 性 差 别 :① 在 传 统 的 模 式 距 离 保 护 中 ,记 忆 电 压 是 通过 LC 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 的 测 量 电 压 。所 有 记 忆 回 路 产 生 的 仅 在 故 障 刚 刚 发 生 、记 忆 尚 未 消 失 时 是 成 立 的 ,因 此 称 之 为 处 态 特 性 ;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 ,在 用 故 障 前 的 记 忆 电 压 作 为 参 考 电 压 ,特 性 也 将 会 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、Ⅱ段中采用。

3.16 用相位比较方法实现距离继电器有何优点,以余弦比相公式为

- 44 -

例说明之。

答 :对 于 两 电 气 量 比 较 的 距 离 继 电 器 而 言 ,绝 对 值 比 较 与 相 位 比 较 是

可 以 相 互 转 换 的 ,所 以 两 种 比 较 方 式 都 能 够 实 现 距 离 继 电 器 。在 数 字

式 保 护 中 ,一 般 用 相 位 比 较 方 式 实 现 ,主 要 原 因 是 相 位 比 较 方 式 实 现

?

?90 ? arg U C ? 90 ?

较为简单。相位比较的动作条件为

UD ,该条件可以等值

为 UCRUDR ? UCIUDI ? 0 , 即 只 要 判 断 其 正 负 , 就 可 以 判 断 出 继 电 器 是 否 满

足动作条件,实现十分方便。

3.17 什么是最小精确工作电流和最小精确工作电压?测量电流或电 压小于最小精工电流或电压时会出现什么问题?

答 :通 常 情 况 下 ,在 阻 抗 继 电 器 的 最 灵 敏 角 方 向 上 ,继 电 器 的 动 作 阻 抗 就 等 于 其 整 定 阻 抗 ,即 Zop=Zset。但 是 当 测 量 电 流 较 小 时 ,由 于 测 量 误 差 、计 算 误 差 、认 为 设 定 动 作 门 槛 等 因 素 的 影 响 ,会 使 继 电 器 的 动 作 阻 抗 变 小 ,使 动 作 阻 抗 降 为 0.9Zset 对 应 的 测 量 电 流 ,称 为 最 小 精确工作电流,用 Iac.min 表示。

当 测 量 电 流 很 大 时 ,由 于 互 感 器 饱 和 、处 理 电 路 饱 和 、测 量 误 差 加 大 等 因 素 的 影 响 ,继 电 器 的 动 作 阻 抗 也 会 减 小 ,使 动 作 阻 抗 降 为 0.9Zset 对应的测量电流,称为最大精确工作电流,用 Iac.max 表示。

最 小 精 工 电 流 与 整 定 阻 抗 也 会 减 小 ,使 动 作 阻 抗 降 为 0.9Zset 对 应 的 测量电流,称为最大精确工作电流,用 Iac.max 表示。

最小精工电流与整定阻抗值的乘积,称为阻抗继电器的最小精工电 压,常用 Uac.min 表示。

当 测 量 电 流 或 电 压 小 于 最 小 精 工 电 流 电 压 时 ,阻 抗 继 电 器 的 动 作 阻 抗 将 降 低 ,使 阻 抗 继 电 器 的 实 际 保 护 范 围 缩 短 ,可 能 引 起 与 之 配 合 的 其 他保护的非选择性动作。

3.18 图 3-7 所 示 系 统 中 ,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 : E? ? 115 / 3 kV, X1.G1 ? = X2.G1

X1 .G 2 ?

X

2G.

2=15 ? ,

X 1.G 3

?

= X X 2.G3

1.G 4

?

X 2.G4 =10 ? ,

X1.T1 ~ X1.T 4 = 1 0 ? , X 0.T1 ~ X 0.T 4 = 3 0 ? , X1.T 5 ? X1.T 6 = 2 0 ? , X 0.T 5 ? X 0.T 6 = 40 ? , LA?B =60km, LB?C =40km, 线 路 阻 抗 Z1 = Z2 =0.4 ? /km, Z0 =1.2 ? /km, 线 路 阻 抗 角 均 为 75°, LA? B. Lmax ? L C? B. L m =ax 300A, 负 荷 功 率 因 数 角 为 30°;

- 45 -

K

ss

=

1

.

2



KⅠ rel

=

0

.

8

5



KⅡ rel

=

0

.

7

5

。变























。试







A

B

C

G1

T1

T3

G3

1

2

3

4

G2

T2

T5

T4

G4

T6

图 3-7 系统示意图

(1)为了快速切除线路上的各种短路,线路 A-B、B-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、2、3、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 、Ⅱ 段 选 择 具 有 方 向 特 性 的距离保护,Ⅲ段具有偏移特性的距离保护。

(2)整定保护 1~4 的距离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的动作区域。

答 : 线 路 AB 正 序 阻 抗 ZAB ? Z1LA?B =0.4×60=24 ?

线 路 BC 的 正 序 阻 抗 ZB?C ? Z1LB?C =0.4×40=16 ?

保护 1、2 的距离保护Ⅰ段

ZⅠ set.1,2

?

KⅠ rel

Z

AB

=

0

.

8

5

×

2

4

=

2

0

.

4

?

保护 3、4 的距离保护Ⅰ段

ZⅠ set.3,4

?

KⅠ rel

ZBC

=0.85×16=13.6

?

保 护 1~4 距 离 Ⅰ 段 在 复 阻 抗 平 面 上 的 动 作 区 域 如 图 3-8 所 示 ,圆 周 1、 2、3、4 分别对应保护 1、2、3、4 距离Ⅰ段的动作特性。

- 46 -

jX

jX

A

B

C

1

23

4

R R

图 3-8 保护 1~4 距离Ⅰ段的动作特性

(3)分别求出保护 1、4 接地距离保护的最大、最小分支系数。

答:对保护 1

1) 当 与 相 邻 下 级 线 路 距 离 保 护 Ⅰ 段 相 配 合 时 , 有 K1b.max =2.88, K1b.min =1.59

2)当 与 相 邻 变 压 器 的 快 速 保 护 相 配 合 时 ,有 K1b.max =2.88, K1b.min =2.01

对保护 4

1) 当 与 相 邻 下 级 线 路 距 离 保 护 Ⅰ 段 相 配 合 时 , 有 K4b.max =2.26, K4b.min =1.41

2)当 与 相 邻 变 压 器 的 快 速 保 护 相 配 合 时 ,有 K4b.max =1.99,K4b.min =1.53

(4)分别求出保护 1、4 接地距离Ⅱ、Ⅲ段的定值即时限,并校验 灵敏度。

答:保护 1 距离Ⅱ段的整定:

1) 整 定 阻 抗 : 按 下 面 两 个 条 件 选 择 。

( a) 当 与 相 邻 下 级 线 路 距 离 保 护 Ⅰ 段 相 配 合 时 , 有

ZⅡ set .1

?

KⅡ rel

(Z AB

?

K Z ) Ⅰ 1b. min set.3

=0.75×( 24+1.59×13.6) =34.218

?

( b) 当 与 相 邻 变 压 器 的 快 速 保 护 相 配 合 时 , 有

ZⅡ set .1

?

KⅡ rel

(Z AB

?

K1b.min Zt

)

=0.75×(

24+2.01×20)

=48.15

?

- 47 -







ZⅡ set.1

=

3

4

.

2

1

8

?

2) 灵 敏 度 校 验 :

Ksen

?

ZⅡ set.1
Z AB

?

34.218 24

=1.43> 1.25, 满 足 灵 敏 度 要 求 。

3) 动 作 时 限 : 与 相 邻 保 护 3 的 Ⅱ 段 配 合 , 有 t1Ⅱ ? tⅡ3 ? ?t =0.5+0.5=1s, 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 距离Ⅲ段的整定:

1)整定阻抗:按躲过正常运行时 的最小负荷阻抗整定,有

?

Z L. min

? U L.min ? U L.max

=

0.9 ?110
3 ? 0.3 =190.53 ? ,

ZⅢ set .1

?

K Z rel L.min Kss Kre cos(?set ? ?L )

ZⅢ set .1

?

0.83 ? 190.53 1.2 ?1.2 ? cos(75 ? 30

)

=155.93

?

2) 灵 敏 度 校 验 :

( a) 本 线 路 末 端 短 路 时 灵 敏 度 系 数 为

Ksen(1)

?

ZⅢ set.1
Z AB

? 155.93
24 =6.50> 1.5

( b) 相 邻 设 备 末 端 短 路 时 灵 敏 度 系 数 为

≥ 1 . 2 Ksen(2)

?

Z AB

ZⅢ set.1
? K1b.max Znext

① 相邻线路末端短路时灵敏系数。利用(3)中求灵敏系数的结论, 只 要 令 X B K ? X , B C X K ? 0 即 可 , 所 以 有

K1b ? 1 ?

X 56.0

? 2?

1

1 ? [ X 56.0 ? (1 ? X BC0 )(1 ?

X 56.0

)]

X12.0 ? X AB0 3 1 ? X12.1 ? X AB1

X 34.0

X 34.0

X12.0 ? X AB0

X 34.1



、 X 34.1

X 56.0 min

分 别 取 最 小 值 ,而

X12.1 、 X12.0 、 X 34.0 分 别 取 最 大 值 时 , K1b 就

取最大值,即当

X 34.1min = 1 0 ? , X 56.0 min = 2 0 ? , X12.1max = 2 5 ? , X12.0 max = 3 0 ? , X 34.0 max = 3 0 ? 时 ,



K1b max =2.88,

Z next

? ZBC =16 ? ,

Ksen(2)

?

Z AB

ZⅢ set.1
? K1b.max Znext

=2.33>1.2

② 相 邻 变 压 器 灵 敏 系 数 校 验 , 此 时 K1b max =2.88, Znext ? Zt =20 ?

- 48 -

Ksen(2)

?

Z AB

ZⅢ set.1
? K1b.max Znext

=1.91>1.2

所以灵敏度校验要求。

3) 动 作 时 限 : 与 相 邻 设 备 保 护 配 合 , 有 t1Ⅱ ? tⅡ3 ? ?t =1s, 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 4 距离Ⅱ段的整定:

1) 整 定 阻 抗 : 按 下 面 两 个 条 件 选 择 。

( a) 当 与 相 邻 下 级 线 路 距 离 保 护 Ⅰ 段 相 配 合 时 , 有

ZⅡ set .4

?

KⅡ rel

( Z BC

?

K

4b.

min

ZⅠ set .2

)

=

0

.

7

5

×



1

6

+

1

.

4

1

×

2

0

.

4



=

3

3

.

5

7

3

?

( b) 当 与 相 邻 变 压 器 的 快 速 保 护 相 配 合 时 , 有

ZⅡ set .4

?

KⅡ rel

(Z

BC

?

K4b.min Zt

) =0.75×(16+1.53×20)=34.95

?







ZⅡ set.4

=33.573

?

2) 灵 敏 度 校 验 :

Ksen

?

ZⅡ set.4
ZBC

?

33.573
16 =2.1> 1.25, 满 足 灵 敏 度 要 求 。

3) 动 作 时 限 : 与 相 邻 保 护 2 的 Ⅰ 段 配 合 , 有 t1Ⅱ ? tⅡ3 ? ?t =0.5+0.5=1s, 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 4 距离Ⅲ段的整定:

1)整定阻抗:按躲过正常运行时 的最小负荷阻抗整定,有

?

Z L. min

? U L.min ? U L.max

=

0.9 ?110
3 ? 0.3 =190.53 ? ,

ZⅢ set .4

?

K Z rel L.min Kss Kre cos(?set ? ?L )

ZⅢ set .4

?

0.83 ? 190.53 1.2 ?1.2 ? cos(75 ? 30

)

=155.93 ?

2) 灵 敏 度 校 验 :

( a) 本 线 路 末 端 短 路 时 灵 敏 度 系 数 为

Ksen(1)

?

ZⅢ set.4
Z BC

? 155.93
16 =9.74> 1.5

( b) 相 邻 设 备 末 端 短 路 时 灵 敏 度 系 数 为

≥ 1 . 2 Ksen(2)

?

Z BC

ZⅢ set.4
? K Z 4b.max next

① 相邻线路末端短路时灵敏系数。利用(3)中求灵敏系数的结论,

- 49 -

只 要 令 X B K ? X , B C X K ? 0 即 可 , 所 以 有

K4b ? 1?

X 56.0

? 2?

1

1

? [ X56.0 ? (1 ? X AB0 )(1 ?

X 56.0

)]

X12.0 ? X BC0 3 1 ? X 34.1 ? X AC1

X12.0

X12.0

X 34.0 ? X BC0

X12.1

当 、 X12.1 X 56.0 分 别 取 最 小 值 , 而 、 X 34.1 、 X12.0 X 34.0 分 别 取 最 大 值 时 , K1b 就 取最大值,即当

X12.1min = 1 2 .5 ? , X 56.0 min = 2 0 ? , X 34.1max = 2 0 ? , X12.0 max = 3 0 ? , X 34.0 max = 3 0 ? 时 ,



K1b max =2.21,

Z next

?

ZAB =24 ? ,

Ksen(2)

?

Z BC

ZⅢ set.4
? K4b.max Znext

=2.26>1.2

② 相 邻 变 压 器 灵 敏 系 数 校 验 , 此 时 K4bmax =1.99, Znext ? Zt =20 ?

Ksen(2)

?

Z BC

?

ZⅢ set.4
K Z 4b.max next

=2.79>1.2

所以灵敏度校验要求。

3) 动 作 时 限 : 与 相 邻 设 备 保 护 配 合 , 有 tⅡ4 ? tⅡ2 ? ?t =1s, 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。

(5)当 AB 线路中点处发生 BC 两相短路接地时,那个地方哪些测量 元件动作,请逐一列出。保护、断路器正常工作条件下,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 AB 线 路 中 点 处 发 生 B、C 两 相 短 路 接 地 时 ,接 地 保 护 中 :B 相 、 C 相的接地距离保护的测量元件动作;相间距离保护中,B、C 相间距 离 保 护 的 测 量 元 件 动 作 。保 护 、断 路 器 正 常 工 作 条 件 下 ,保 护 1 的 B,C 相的接地距离保护Ⅰ段、BC 相间距离保护Ⅰ段、保护 2 的 B,C 相的 接 地 距 离 保 护 Ⅰ 段 、BC 相 间 距 离 保 护 的 Ⅰ 段 ,将 在 故 障 瞬 间 跳 开 保 护 1,2 处的断路器,从而将短路故障切除。

( 6) 短 路 条 件 同 ( 5), 若 保 护 1 的 接 地 距 离 Ⅰ 段 拒 动 、 保 护 2 处 断 路器拒动,哪些保护以时间跳开何断路器将短路切除。

答 :保 护 1 的 相 间 距 离 保 护 Ⅰ 段 将 在 故 障 瞬 间 跳 开 保 护 1 处 的 断 路 器 , 保护 4 的距离Ⅲ段延时 1s 跳开保护 4 的断路器。

( 7)假 定 各 保 护 回 路 正 确 动 作 的 概 率 为 90%,在( 5)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?

- 50 -

答:假定保护 1 在发电厂侧还有 1 套远后备保护,则线路 AB 中点短 路 后 应 该 有 4 个 断 路 器 的 跳 闸 回 路 被 4 套 保 护 启 动 ,如 果 各 保 护 回 路 正确动作的概率只有 90%,则全系统中不被错误切除任意一个断路器 的概率是 P=0.9×0.9×0.9×0.9=0.6561。

3.19 什么是助增电流和外汲电流?它们对阻抗继电器的工作有什么 影响?

?

?

?

答:图 3-9(a)中母线 B 上未接 I3分支的情况下, I1 ? I2,此时 k 点短

路时,A 处阻抗继电器 KZ1 测量到的阻抗为

?

?

?

Z1

?

U
?

?

I1 Z AB ? I 2 ZBk
?

? Z AB ? ZBk

? Z Ak

I1

I1

?

?

?

?

在 母 线 B 接 上 I 3 分 支 后 , I 2 ? I1? I 3, k 点 短 路 时 , A 处 阻 抗 继 电 器 KZ1

测量到的阻抗为

?

?

??

?

?

Z1

?

U
?

?

I1 ZAB ? (I1 ? I 3 )ZBk
?

? Z AB ? ZBk

?

I 3 ZBk
?

? Z Ak

?

I 3 ZBk
?

I1

I1

I1

I1

?

?

?

即在 I3相位与 I1相差不大的情况下,分支 I3的存在将使 A 处感受到的

测 量 阻 抗 变 大 ,这 种 使 测 量 阻 抗 变 大 的 分 支 就 成 为 助 增 分 支 ,对 应 的

?
电流 I3称为助增电流。

?

?

?

类似地图 3-9(a)中,在母线 B 上未接 I3分支的情况下, I1 ? I2,此

时 k 点短路时,A 处阻抗继电器 KZ1 测量到的阻抗为

?

?

?

Z1

?

U
?

?

I1 Z AB ? I 2 ZBk
?

? Z AB ? ZBk

? Z Ak

I1

I1

?

?

??

在 母 线 B 接 上 I 3 分 支 后 , I 2 ? I1? I 3, k 点 短 路 时 , A 处 阻 抗 继 电 器 KZ1

测量到的阻抗为

?

?

??

?

?

Z1

?

U
?

?

I1

Z AB

? (I1?
?

I 3 )ZBk

? Z AB ? ZBk

?

I3

Z Bk
?

?

Z Ak

?

I 3 ZBk
?

I1

I1

I1

I1

?

?

?

即在 I3相位与 I1相差不大的情况下,分支 I3的存在将使 A 处感受到的

测 量 阻 抗 变 小 ,这 种 使 测 量 阻 抗 变 大 的 分 支 就 成 为 外 汲 分 支 ,对 应 的

?
电流 I3称为外汲电流。

- 51 -

3.20 在整定值相同的情况下,比较方向圆特性、全阻抗圆特性、苹 果特性、橄榄特性的躲负荷能力。
答:在整定值相同的情况下,橄榄特性、方向圆特性、苹果特性、全 阻抗圆特性分别如图 3-10 中的 1、2、3、4 所示。由该图可以清楚地 看 出 ,在 整 定 值 相 同 的 情 况 下 ,橄 榄 特 性 的 躲 负 荷 能 力 阻 抗 能 力 最 好 , 方向圆阻抗特性次之,苹果形与全阻抗的躲负荷能力需要具体分析, 取 决 于 负 荷 阻 抗 角 以 及 苹 果 形 状 的 “ 胖 瘦 ”。

jX

Z set

o
jX
Z set

1 2 R

3

o

R

4

图 3-10 四种阻抗特性图 3.21 什 么 是 电 力 系 统 的 振 荡 ? 振 荡 时 电 压 、电 流 有 什 么 特 点 ? 阻 抗 继 电器的测量阻抗如何变化? 答 :电 力 系 统 中 发 电 机 失 去 同 步 的 现 象 ,称 为 电 力 系 统 的 振 荡 ;电 力
- 52 -

系统振荡时,系统两侧等效电动势间的夹角δ 在 0°~360°范围内作 周 期 性 变 化 ,从 而 使 系 统 中 各 点 的 电 压 、线 路 电 流 、距 离 保 护 的 测 量 阻 抗 也 都 呈 现 周 期 性 变 化 。在 系 统 两 端 电 动 势 相 等 的 条 件 下 ,测 量 阻 抗按下式的规律变化,对应的轨迹如图 3.10 所示。

Zm

?

1 (2 Z?

? ZM ) ?

j

1 2 Z?

cot ? 2

?

(1 2

?

?M )Z?

?

j

1 2 Z?

cot ? 2

jX O’

1 2

Z

?

M

N

1 Ke ? 1

?

Zm

Ke ? 1
O

(1 2

?

?M

)Z?

2

Ke ? 1

R

3.22 采用故障时短时开放的方式为什么能够实现振荡闭锁?开放时 间选择的原则是什么?

答 :1、利 用 电 流 的 负 序 、零 序 分 量 或 突 变 量 ,实 现 振 荡 闭 锁 。 2、 当 系统发生故障时,短时开放距离保护允许保护出口跳闸称为短时开 放 。若 在 开 放 的 时 间 内 ,阻 抗 继 电 器 动 作 ,说 明 故 障 点 位 于 阻 抗 继 电 器 的 动 作 范 围 之 内 ,将 故 障 线 路 跳 开 ;若 在 开 放 的 时 间 内 阻 抗 继 电 器 未动作,则说明故障不在保护区内,重新将保护闭锁。

开放时间选择的原则:Tdw 称为振荡闭锁的开放时间,或称允许动作 时 间 ,它 的 选 择 要 兼 顾 两 个 方 面 :一 是 要 保 证 在 正 向 区 内 故 障 时 ,保 护 I 段 有 足 够 的 时 间 可 靠 跳 闸 ,保 护 Ⅱ 段 的 测 量 元 件 能 够 可 靠 启 动 并 实 现 自 保 持 ,因 而 时 间 不 能 太 短 ,一 般 不 应 小 于 0.1s;二 是 要 保 证 在 区 外 故 障 引 起 振 荡 时 ,测 量 阻 抗 不 会 在 故 障 后 的 Tdw 时 间 内 进 入 动 作 区,因而时间又不能太长,一般不应大于 0.3s。

3.23 系统如图 3-12 所示,母线 C、D、E 均为单侧电源。全系统阻抗

角均为

8 0 °,Z1.G 1 ? Z 1G.

2=

1

5

?

,Z1.

AB

=

3

0

?

,ZⅠ 6.set

=

2

4

?



ZⅡ 6.set

=

3

2

?

,tⅡ6

=

0

.

4

s



系统最短振荡周期 T=0.9s。试解答:

- 53 -

A

B

G1

6

5

C

D

E

3

2

1

G2
4

图 3-12 简单电力系统示意图

(1) G1、G2 两机电动势幅值相同,找出系统的振荡中心在何处?

( 2)分 析 发 生 在 振 荡 期 间 母 线 A、B、C、D 电 压 的 变 化 规 律 及 线 路 A-B 电流的变化。

(3)线路 B-C、C-D、D-E 的保护是否需要加装振荡闭锁,为什么?

(4)保护 6 的Ⅱ段采用方向圆阻抗特性,是否需要装振荡闭锁?

答 :( 1)在 系 统 各 部 分 的 阻 抗 角 都 相 等 的 情 况 下 ,振 荡 中 心 的 位 置 就

1

11

在 阻 抗 中 心 2 Z? 处 ,则 有 2 Z? = 2 ( 15+15+30)=30 ? 即 在 AB 线 路 的

中点。

(2) 对于母线 A、B,有

?

?

?

?

?
I

?

EG1 ? EG2

?

?E

?

EG1 (1 ? e? j? )

Z?

Z?

Z?

?

?

??

U A ? EG1 ? I Z1.G1

?

?

??

U B ? EG2 ? I Z1.G2

由 于 母 线 C、D 都 是 单 端 电 源 ,其 电 压 和 母 线 B 电 压 的 变 化 规 律 一 样。

(3) 不需要,线路 B-C、C-D、D-E 都是单端电源,在保护处所得出 来的测量阻抗不受振荡的影响。

(4) 保护 6 的Ⅱ 段 方向圆 阻抗 特性 及测量 阻抗 的变 化轨迹 如图

3-13 所示,此时有 Z? =15+15+30=60 ?。系统振荡时测量阻抗变化轨



OO’是

G1G2











线



ZⅡ 6.set

=32

?























- 54 -

30
16, 这 样 使 测 量 阻 抗 进 入 动 作 的 角 度 为 ?1 =2arctan 182 ?12 ≈ 118°,
30
使 测 量 阻 抗 离 开 动 作 圆 的 角 度 为 ?1 =360°-2arctan 182 ?12 ≈ 242°。
故 停 留 在 动 作 区 内 的 角 度 为 ?? ? ?2 ? ?1 =242°-118 °=124 °。 若 振 荡 为匀速振荡,在最短振荡周期的情况下,停留在动作区域的时间为
?t ? 0.9 ?124?
360? =0.31s,小 于 Ⅱ 段 的 整 定 时 间 0.4s。所 以 在 最 短 振 荡 周 期振荡的情况下,距离Ⅱ段不会误动,可以不加振荡闭锁。

但 是 ,如 果 振 荡 周 期 加 长 ,测 量 阻 抗 停 留 在 动 作 区 域 之 内 的 时 间

也 将 会 加 长 ,Ⅱ 段 将 由 可 能 误 动 ,在 整 定 时 间 为 0.4s 的 情 况 下 ,允

0.4 ? 360?

许 最 长 的 振 荡 周 期 为 T= 124?

≈ 1.16s, 即 振 荡 周 期 不 会 超 过

1.16s 时Ⅱ段别后悔误动,超过时可能误动。

为了保证可靠性,最好还是经过振荡闭锁。

- 55 -

jX
G2

O’

B

?2

OS

?1

O

A

R

G1

图 3-13 振荡对距离保护的影响

3.25 在单侧电源线路上,过度电阻对距离保护的影响是什么?

答:如图 3-15(a)所示,在没有助增和外汲的单侧电源线路上,过

度 电 阻 中 的 短 路 电 流 与 保 护 安 装 处 的 电 流 为 一 个 店 里 ,此 时 保 护 安 装

?

?

??

处 测 量 电 压 和 测 量 电 流 的 关 系 可 以 表 示 为 U m ? I m Zm ? I m (Z k ? Rg ) 即

Zm ? Z k ? Rg

如图 3-15(b)所示,Rg(过度电阻)的存在总是使继电器的测量阻 抗值增大,阻抗角变小,保护范围缩短。保护装置距短路点越近时, 受 过 度 电 阻 的 影 响 越 大 ;同 时 ,保 护 装 置 的 整 定 阻 抗 越 小( 相 当 于 被 保 护 线 路 越 短 ), 受 过 度 电 阻 的 影 响 越 大 。

A

?B

C

I 1

m

2

?
Um

Rg

- 56 -

jX

jX C

Rg

B

R

Zm

A

R

图 3-15( a) 单 侧 电 源 系 统 示 意 图 地点的距离保护的影响

( b)对 不 同 安 装

3.26 在双侧电源的线路上,保护测量到的过度电阻为什么会呈容性 或感性?

答:以图 3-16(a)所示的没有助增和外汲双侧电源线路为例,保护

?

??

?

安 装 处 测 量 电 压 和 测 量 电 流 的 关 系 表 示 为 U m ? I k '(Z k ? Rg ) ? I k '' Rg , 即

?

Zm

?

(Z k

?

Rg )

?

I k ''
?
Ik'

Rg ,Rg

对 测 量 阻 抗 的 影 响 ,取 决 于 对 侧 电 源 提 供 的 短 路

?

?

电 流 大 小 即 I k ' 、I k'' 之 间 的 相 位 关 系 ,杨 浦 可 能 使 测 量 阻 抗 的 实 部 增 大 ,

也有可能使之减小。若再故障前 M 侧为送端,N 侧为受端,则 M 侧电

源 电 动 势 的 相 位 超 前 N 侧 。这 样 ,在 两 侧 系 阻 抗 的 阻 抗 角 相 同 的 情 况

?

?

?

I
?

k

''

Rg

下 , I k ' 的 相 位 将 超 前 I k'' ,从 而 I k ' 将 具 有 负 的 阻 抗 角 ,即 表 现 为 容 性

的 阻 抗 ,它 的 存 在 有 可 能 使 总 得 测 量 阻 抗 变 小 。反 之 ,若 M 侧 为 受 端 ,

?

I
?

k

''

Rg

N 侧为送端,则 Ik' 将具有正的阻抗角,即表现为感性的阻抗,它的

?
存 在 有 可 能 使 总 得 测 量 阻 抗 变 大 。在 系 统 振 荡 加 故 障 的 情 况 下 , Ik'与

?
I k'' 之 间 的 相 位 差 可 能 在 0°~360°的 范 围 内 变 化 , 如 图 3-16( b) 所

示。

- 57 -

M

A

B

?

1 I 'k

2

?C I ''k

N

?
I k Rg

jX

jX C

Rg B
Z m1

R

?

I
?

k

''

Rg

Ik'

A

R

图 3-16(a)双侧电源系统示意图

( b) 对 不 同 安 装 地 点 的 距

离保护的影响

3.27 系 统 保 护 及 保 护 配 置 同 题 3.23,保 护 6 的 Ⅰ 、Ⅱ 段 都 采 用 方 向 阻 抗 特 性 ,在 距 离 保 护 A 母 线 20 ? 处 发 生 经 15 ? 的 过 度 电 阻 短 路 ,EG1 超 前 EG2 相 位 角 0°、30°两 种 条 件 下 ,问 保 护 6 的 Ⅰ 、Ⅱ 段 动 作 情 况 。

答:由已知得

ZⅠ 6.set

=24

?



ZⅡ 6.set

=32

?,又有

?

?

?

Zm

? (Z k ? Rg ) ?

I
?

k

''

Rg

Ik'



?
Ik'

?

EG1 ? U (15 ? 20)e j80?

?

?

?
I k ''

?

EG2 ?U (15 ? 10)e j80?



?
U

为 故 障 点 电 压 ),

?
U

?

?
(I k '?

?
I k '')Rg

?
I k ''

?

?

?

( 1) EG1超 前 EG2 相 位 角 0°时 , 有 I k ' =7/5 所 以 有

Zm

?

(20e j80?

?15) ?

7 ?15
5=

44.11e j26.52?

如图 3-17(a)所示,在相位角 26.52°上,Ⅱ段的边界值为

Zd

?

2

?

1 2

ZⅡ 6.set

cos(80? ? 25.62?)
=19.04<44.11

测量阻抗 Zm 将落在保护 6 的Ⅰ、Ⅱ段动作特性圆的圆外,所以保护 6 Ⅰ、Ⅱ段都不的动作。

- 58 -

jX

C

ZⅡ 6.set
B
ZⅠ 6.set

Zd
A

jX

C

ZⅡ 6.set
B
ZⅠ 6.set

Zm R

A

R

Zm

图 3-17 (a)动作特性与测量阻抗 特性与测量阻抗

?

?

( 2) EG1超 前 EG2 相 位 角 30°时 , 有

?

?

?

?

?

?

?

I k ''

?

EG2 ?U

?

7

?

E G1

e? j30?

?U

?

7

?

(EG1 / U )e? j30?

?1 ?

7

?
Ik'

?

?

EG1 ? U

5

?

?

EG1 ? U

5

?

?

(EG1 / U ) ?1

5,而

?

?

?

?

?

?

?

?

?
U

?

?

? (I k '? I k '')Rg

?

(

EG1 ? U 35e j80?

?

EG2 ?U 25e j80?

)

Rg

?

(

EG1 ? U 35e j80?

?

E

G1 e? j30? ? 25e j80?

U

)

Rg

?

?

?

?

1

?

[

(EG1 / U ) 35e j80?

?

1

?

(EG1 / U )e? j30? 25e j80?

? 1]Rg

?

?

EG1 / U ? 0 . 8 5ej4 8 . 7? 6

(b)动作

- 59 -

故得

?

?

?

I k ''

?

(EG1 / U )e?

j 30?

?1 ?

7

?
Ik'

?

?

(EG1 / U ) ?1

5 =1.53 e? j105.79? =-0.42-j1.47

?

Zm

?

(Z k ?

Rg ) ?

I
?

k

''

Rg

I k ' =( 20 e j80? +15) +( -0.42-j1.47) ×

15=12.173-j2.354=12.4 e? j10.94? 如 图 ( b) 所 示 , 由 于 -10.94°相 角 方

向上的测量阻抗与保护 6 的Ⅰ、Ⅱ段动作特性圆没有交点(除原点

外 ), 测 量 阻 抗 落 在 动 作 特 性 圆 的 圆 外 , 所 以 保 护 6 的 Ⅰ 、 Ⅱ 段 都 不

动作。

3.28 什么是距离保护的稳态超越?克服稳态超越影响的措施有哪 些?

答 :稳 态 超 越 是 指 在 区 外 故 障 期 间 测 量 阻 抗 稳 定 地 落 入 动 作 区 的 动 作 现 象 。见 图 3-16( a),A 处 的 总 测 量 阻 抗 可 能 会 因 下 级 线 路 出 口 处 过 渡 电 阻 的 影 响 而 减 小 ,严 重 情 况 下 ,可 能 会 使 测 量 阻 抗 落 入 其 Ⅰ 段 范 围 内 ,造 成 其 Ⅰ 段 误 动 作 。这 种 因 过 渡 电 阻 的 存 在 而 导 致 保 护 测 量 阻 抗变小,进一步引起保护误动作的现象,称为距离保护的稳态超越。

克 服 稳 态 超 越 影 响 的 措 施 是 :采 用 能 容 许 较 大 的 过 渡 电 阻 而 不 至 于 拒 动的测量元件。

3.29 什么是距离保护的暂态超越?克服暂态超越影响的措施有哪 些?

答 :在 线 路 发 生 短 路 时 , 由 于 各 种 原 因 , 会 使 得 保 护 感 受 到 的 阻 抗 值 比 实 际 路 线 的 短 路 阻 抗 小 ,使 得 下 一 线 路 出 口 短 路( 即 区 外 故 障 )时 , 保 护 出 现 非 选 择 性 动 作 ,即 所 谓 超 越 。暂 态 超 越 则 是 指 在 线 路 故 障 时 , 由于暂态分量的存在而造成的保护超越现象。

克服暂态超越影响的措施如下:

( 1) 清 除 衰 减 直 流 分 量 影 响 的 直 流 措 施 ,

主 要 由 两 种 方 法 ,第 一 种 方 法 就 是 采 用 不 受 其 影 响 的 算 法 ,如 解 微 分 方 程 算 法 等 基 于 瞬 间 值 模 型 的 算 法 ;第 二 种 方 法 是 采 用 各 种 滤 波 衰 减 直 流 分 量 的 算 法 ,到 目 前 为 止 ,数 据 窗 短 、运 算 量 小 的 算 法 尚 在 研 究 中。

( 2) 消 除 谐 波 及 高 频 分 量 对 距 离 保 护 影 响 的 措 施 包 括 : 采 用 傅 是 算 法 能 够 滤 除 各 种 整 次 谐 波 ,使 其 基 本 不 受 整 数 次 谐 波 分 量 的 影 响 ;采 用 半 积 分 算 法 对 谐 波 也 有 一 定 的 滤 波 作 用 ;数 字 滤 波 可 以 方 便 地 滤 除

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整 数 次 谐 波 ,对 非 整 数 次 谐 波 也 有 一 定 的 衰 减 作 用 ,是 消 除 谐 波 影 响 的主要措施。
3.30 串联补偿电容器对距离保护的正确工作有什么影响?如何克服 这些影响?
答 :在 串 补 电 容 前 和 串 补 电 容 后 发 生 短 路 时 ,短 路 阻 抗 将 会 发 生 突 变 , 短 路 阻 抗 与 短 路 距 离 的 线 性 关 系 被 破 坏 ,将 使 距 离 保 护 无 法 正 确 测 量 故障距离。
减少串补电容影响的措施通常有以下几种:
( 1) 用 直 线 型 动 作 特 性 克 服 反 方 向 误 动 ;
( 2) 用 负 序 功 率 方 向 元 件 闭 锁 误 动 的 距 离 保 护 ;
( 3) 选 取 故 障 前 的 记 忆 电 压 为 参 考 电 压 来 克 服 串 补 电 容 的 影 响 ;
( 4) 通 过 整 定 计 算 来 减 小 串 补 电 容 的 影 响 。
3.31 用故障分量构成继电保护有什么有点?
答:工频故障分量的距离保护具有如下几个特点。
( 1) 继 电 器 以 电 力 系 统 故 障 引 起 的 故 障 分 量 电 压 电 流 为 测 量 信 号 , 不反应故障前的负荷量和系统振荡,动作性能不受非故障状态的影 响,无需加振荡闭锁。
( 2) 继 电 器 仅 反 应 故 障 分 量 的 工 频 稳 态 量 ,不 反 应 其 暂 态 的 分 量 , 动作性能较为稳定;
( 3) 继 电 器 的 动 作 判 据 简 单 , 因 而 实 现 方 便 , 动 作 速 度 较 快 ;
( 4) 具 有 明 确 的 方 向 性 , 因 而 既 可 以 作 为 距 离 元 件 , 又 可 作 为 方 向 元件使用;
( 5) 继 电 器 本 身 具 有 较 好 的 选 相 能 力 。
3.32 什么是工频故障分量?如何求得?
答 :当 电 力 系 统 发 生 金 属 性 短 路 时 ,可 以 分 解 为 非 故 障 状 态 和 附 加 故 障 状 态 ;系 统 在 非 故 障 状 态 下 运 行 ,电 压 电 流 中 没 有 故 障 分 量 。系 统 故 障 时 ,相 当 于 系 统 故 障 附 加 状 态 突 然 接 入 ,这 时 出 现 ?u 和 ?i 的 电 压 、 电 流 故 障 分 量 ;在 ?u 和 ?i 中 ,既 包 括 了 系 统 短 路 引 起 的 工 频 的 电 流 电 压的变化分量,还包括短路引起的故障暂态分量;我们称工频电压、 电流的变化量为工频故障分量。由图 3-18 所示的附加故障状态的电 路图可以得
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?

?
?I ?

? Ek

Zs ? ZK

?

?

?U ? ?? I Zs 。

?i

Zs

Zk

?u

k
t=0
?
? Ek

图 3-18 所示的附加故障状态的电路图

3.33 简述工频故障分量距离继电器的工作原理。

答:在图 3-18 中,保护安装处的工频故障分量电压为与正常运行时

该 点 电 压 大 小 相 同 、方 向 相 反 的 电 动 势 ,工 频 故 障 分 量 电 流 可 以 表 示

?

?
?I ?

? Ek

?

?



Zs ? ZK , ?U ? ?? I Zs 。取 工 频 故 障 分 量 距 离 元 件 的 工 作 电 压 为

?

?

?

?U op ? ?U ? ? I Zset ? ?? I (Zs ? Zset ) 。 式 中 , Z s e t为 保 护 的 整 定 阻 抗 , 一 般 取

?
为 线 路 正 序 阻 抗 的 80%~85%。比 较 工 作 电 压 ?U op 与 故 障 附 加 状 态 下 短

路 点 电 压 大 小 ,即 比 较 工 作 电 压 与 非 故 障 状 态 下 短 路 电 压 的 大 小

U [0] k

就 能 够 区 分 内 、外 的 故 障 。工 频 故 障 分 量 距 离 元 件 的 动 作 判 据 可 以 表

?

示为

|

?

U

op

|



U [0] k













































式,判定为区外故障,保护不动作。

4 输电线路纵联保护 4.1 纵联保护依据的最基本原理是什么?
答 :纵 联 保 护 包 括 纵 联 比 较 式 保 护 和 纵 联 差 动 保 护 两 大 类 ,它 是 利 用 线 路 两 端 电 气 量 在 故 障 与 非 故 障 时 、区 内 故 障 与 区 外 故 障 时 的 特 征 差 异 构 成 保 护 的 。纵 联 保 护 的 基 本 原 理 是 通 过 通 信 设 施 将 两 侧 的 保 护 装 置 联 系 起 来 ,使 每 一 侧 的 保 护 装 置 不 仅 反 应 其 安 装 点 的 电 气 量 ,而 且 哈 反 应 线 路 对 侧 另 一 保 护 安 装 处 的 电 气 量 。通 过 对 线 路 两 侧 电 气 量 的
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比 较 和 判 断 ,可 以 快 速 、可 靠 地 区 分 本 线 路 内 部 任 意 点 的 短 路 与 外 部 短路,达到有选择、快速切除全线路短路的目的。
纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区 分 区 内 故 障 与 区 外 故 障 ,当 线 路 两 侧 的 正 方 向 元 件 或 距 离 元 件 都 动 作 时 ,判 断 为 区 内 故 障 ,保 护 立 即 动 作 跳 闸 ;当 任 意 一 侧 的 正 方 向 元 件 或距离元件不动作时,就判断为区外故障,两侧的保护都不跳闸。
纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是 区 内 故 障 还 是 区 外 故 障 ,在 线 路 两 侧 均 选 定 电 流 参 考 方 向 由 母 线 指 向 被 保 护 线 路 的 情 况 下 ,区 外 故 障 时 线 路 两 侧 电 流 大 小 相 等 ,相 位 相 反 , 其 相 量 和 或 瞬 时 值 之 和 都 等 于 零 ;而 在 区 内 故 障 时 ,两 侧 电 流 相 位 基 本 一 致 ,其 相 量 和 或 瞬 时 值 之 和 都 等 于 故 障 点 的 故 障 电 流 ,量 值 很 大 。 所 以 通 过 检 测 两 侧 的 电 流 的 相 量 和 或 瞬 时 值 之 和 ,就 可 以 区 分 区 内 故 障与区外故障,区内故障时无需任何延时,立即跳闸;区外故障,可 靠闭锁两侧保护,使之均不动作跳闸。
4.2 纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么?
答 :纵 联 保 护 与 阶 段 式 保 护 的 根 本 差 别 在 于 ,阶 段 式 保 护 仅 检 测 、反 应 保 护 安 装 处 一 端 的 电 气 量 ,其 无 延 时 的 速 动 段( 即 第 Ⅰ 段 )不 能 保 护 全 长 ,只 能 保 护 线 路 的 一 部 分 ,另 一 部 分 则 需 要 依 靠 带 有 一 定 延 时 的 第 Ⅱ 段 来 保 护 ;而 纵 联 保 护 通 过 通 信 联 系 ,同 时 反 应 被 保 护 线 路 两 端 的 电 气 量 ,无 需 延 时 配 合 就 能 够 区 分 出 区 内 故 障 与 区 外 故 障 ,因 而 可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。
4.5 通道传输的信号种类、通道的工作方式有哪些?
答:在纵联比较式保护中,通道中传送的信号有三类,即闭锁信号、 允 许 信 号 和 跳 闸 信 号 。在 纵 联 电 流 差 动 保 护 中 ,通 道 中 传 送 的 是 线 路 两端电流的信息,可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值, 也 可 以 是 采 样 得 到 的 离 散 值 。在 纵 联 电 流 相 位 差 动 保 护 中 ,通 道 中 传 送的是表示两端电流瞬时值为正(或负)的相位信息,例如,瞬时值 为 正 半 周 时 有 高 频 信 息 ,瞬 时 值 为 负 半 周 时 无 高 频 信 息 ,检 测 线 路 上 有 高 频 信 息 的 时 间 ,可 以 比 较 线 路 两 端 电 流 的 相 位 。不 同 的 通 道 有 不 同 的 工 作 方 式 ,对 于 载 波 通 道 而 言 ,有 三 种 工 作 方 式 ,即 正 常 无 高 频 电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。对于光纤及微波通道, 取决于具体的通信协议形式。
4.12 输 电 线 路 纵 联 电 流 差 动 保 护 在 系 统 振 荡 、非 全 相 运 行 期 间 ,会 否 误动,为什么?
答:系统振荡时,线路两侧通过同一个电流,与 正常运行及外部故障
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时的情况一样,差动电流为量值较小的不平衡电流,制动电流较大, 选 取 适 当 的 制 动 特 性 ,就 会 保 证 不 误 动 作 。非 全 相 运 行 时 ,线 路 两 侧 的电流也为同一个电流,电流纵联差动保护也不误动作。
4.14 为 什 么 纵 联 电 流 差 动 保 护 要 求 两 侧 测 量 和 计 算 的 严 格 同 步 ,而 方 向比较式纵联差动保护原理则无两侧同步的要求?
4.20 什 么 是 闭 锁 角 ,由 什 么 决 定 其 大 小 ,为 什 么 保 护 必 须 考 虑 闭 锁 角 , 闭锁角的大小对保护有何影响?
4.21 什 么 是 相 继 动 作 ,为 什 么 会 出 现 相 继 动 作 ,出 现 相 继 动 作 对 电 力 系统有何影响?
答 :在 输 电 线 路 保 护 中 ,一 侧 保 护 先 动 作 跳 闸 后 ,另 一 侧 保 护 才 能 动 作的现象称为相继动作。
随 着 被 保 护 线 路 的 增 长 ,为 了 保 证 区 外 故 障 时 不 误 动 作 ,要 求 保 护 的 闭 锁 角 增 大 ,从 而 使 动 作 区 域 变 小 ,内 部 故 障 时 有 可 能 进 入 保 护 的 不 动 作 区 。由 于 在 内 部 故 障 时 高 频 信 号 的 传 输 延 时 对 于 电 流 相 位 超 前 侧 和 滞 后 侧 的 影 响 是 不 同 的 ,对 于 滞 后 的 N 侧 来 说 ,超 前 侧 M 发 出 的 高 频 信 号 经 传 输 延 迟 后 ,相 当 于 使 两 者 之 间 的 相 位 差 缩 小 ,高 频 信 号 的 间断角加大,有利于其动作,所以 N 侧是可以动作的;但对于超前的 M 侧 来 说 ,N 侧 发 来 的 信 号 经 延 时 后 相 对 于 加 大 了 两 侧 电 流 的 相 位 差 , 使 M 侧 感 受 到 的 高 频 信 号 的 间 断 角 变 得 更 小 ,有 可 能 小 于 整 定 的 闭 锁 角,从而导致不动作。为解决 M 端不能跳闸问题,当 N 侧跳闸后,停 止发高频信号,M 侧只能收到自己发的高频信号,间隔 180°,满足 跳 闸 条 件 随 之 跳 闸 。出 现 相 继 动 作 后 ,保 护 相 继 动 作 的 一 端 故 障 切 除 的时间变慢。
5.2 何为瞬时性故障,何谓永久性故障?
答 :当 故 障 发 生 并 切 除 故 障 后 , 经 过 一 定 延 时 故 障 点 绝 缘 强 度 恢 复 、 故障点消失,若把断开的线路断路器再合上就能够恢复正常的供电, 则 称 这 类 故 障 是 瞬 时 性 故 障 。如 果 故 障 不 能 自 动 消 失 ,延 时 后 故 障 点 依然存在,则称这类故障是永久性故障。
5.3 在超高压电网中使用三相重合为什么要考虑两侧电源的同期问 题,使用单项重合闸是否需要考虑同期问题?
答 :三 项 重 合 闸 时 ,无 论 什 么 故 障 均 要 切 除 三 项 故 障 ,当 系 统 网 架 结 构 薄 弱 时 ,两 侧 电 源 在 断 路 器 跳 闸 以 后 可 能 失 去 同 步 ,因 此 需 要 考 虑 两 侧 电 源 同 期 问 题 ;单 相 故 障 时 只 跳 单 相 ,使 两 侧 电 源 之 间 仍 然 保 持 两相运行,一般是同步的;因此,单相重合闸一般不考虑同期问题。
- 64 -

5.5 如果必须考虑同期合闸,重合闸是否必须装检同期元件?
答 :如 果 必 须 考 虑 同 期 合 闸 ,也 不 一 定 必 须 装 检 同 期 元 件 。当 电 力 系 统 之 间 联 系 紧 密 (具 有 三 个 以 上 的 回 路 ),系 统 的 结 构 保 证 线 路 两 侧 不 会 失 步 ,或 当 两 侧 电 源 有 双 回 路 联 系 时 ,可 以 采 用 检 查 另 一 线 路 是 否 有电流来判断两侧电源是否失去同步。
5.12 什么是重合闸前加速保护?
答 :所 谓 前 加 速 就 是 当 线 路 第 一 次 故 障 时 ,靠 近 电 源 端 保 护 无 选 择 性 动 作 ,然 后 进 行 重 合 。如 果 重 合 于 永 久 性 故 障 上 ,则 在 断 路 器 合 闸 后 , 再有选择性的切除故障。
5.13 什么是重合闸后加速保护?
答 :所 谓 后 加 速 就 是 当 线 路 第 一 次 故 障 时 ,保 护 有 选 择 性 的 动 作 ,然 后 进 行 重 合 。如 果 重 合 于 永 久 性 故 障 上 ,则 在 断 路 器 合 闸 后 ,再 加 速 保护动作瞬时切除故障,而与第一次动作是否带有时限无关。
6.1 变压器可能发生哪些故障和不正常运行状态?它们与线路相比有 何异同?
答 :变 压 器 故 障 可 以 分 为 油 箱 外 和 油 箱 内 两 种 故 障 ,油 箱 外 得 故 障 主 要 是 套 管 和 引 出 线 上 发 生 相 间 短 路 和 接 地 短 路 。油 箱 内 的 故 障 包 括 绕 组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。
变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路引起的过电流、 负 荷 长 时 间 超 过 额 定 容 量 引 起 的 过 负 荷 、风 扇 故 障 或 漏 油 等 原 因 引 起 的 冷 却 能 力 下 降 等 。此 外 ,对 于 中 性 点 不 接 地 运 行 的 星 形 接 线 变 压 器 , 外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压,威胁变压的绝缘; 大 容 量 变 压 器 在 过 电 压 或 低 频 率 等 异 常 工 况 下 会 使 变 压 器 过 励 磁 ,引 起铁芯和其他金属构件的过热。
油箱外故障与线路的故障基本相同,都包括单相接地故障、两相 接 地 故 障 、两 相 不 接 地 故 障 和 三 相 故 障 几 种 形 式 ,故 障 时 也 都 会 出 现 电 压 降 低 、电 流 增 大 等 现 象 。油 箱 内 故 障 要 比 线 路 故 障 复 杂 ,除 了 包 括 相 间 故 障 和 接 地 故 障 外 ,还 包 括 匝 间 故 障 、铁 芯 故 障 等 ,电 气 量 变 化的特点也较为复杂。
6.3 关于变压器纵差保护中的不平衡电流与差动电流在概念上有何区 别与联系?引起差动电流的原因。
答 :差 动 电 流 指 被 保 护 设 备 内 部 故 障 时 ,构 成 差 动 保 护 的 各 电 流 互 感 器 的 二 次 电 流 之 和( 各 电 流 互 感 器 的 参 考 方 向 均 指 向 被 保 护 设 备 时 )。
- 65 -

不 平 衡 电 流 指 在 正 常 及 外 部 故 障 情 况 下 ,由 于 测 量 误 差 或 者 变 压 器 结 构、参数引起的流过差动回路电流。
6.11 对比变压器过电流保护和线路过电流保护的整定原则的区别在 哪里?
答 :线 路 的 过 电 流 保 护 为 保 证 在 正 常 情 况 下 各 条 线 路 上 的 过 电 流 保 护 绝 对 不 动 作 ,显 然 保 护 装 置 的 启 动 电 流 必 须 大 于 该 线 路 上 出 现 的 最 大 负荷电流 I L.max;同时还必须考虑到外部故障切除后电压恢复,负 荷 自 启 动 电 流 作 用 下 保 护 装 置 必 须 能 够 返 回 ,其 返 回 电 流 应 大 于 负 荷 自启动电流,一般考虑后一种情况整定。
变 压 器 过 电 流 保 护 :(1)对 并 列 运 行 的 变 压 器 ,应 考 虑 切 除 一 台 最 大 容 量 变 压 器 时 ,在 其 他 变 压 器 中 出 现 的 过 负 荷 。当 各 台 变 压 器 容 量 相同时,按负荷在剩余的变压器中平均分配计算,有 I L.max=(n/n-1)I N 式中,n 为并列运行变压器的可能最少台数;I N 为 每 台 变 压 器 的 额 定 电 流 。 (2)对 降 压 变 压 器 , 应 考 虑 电 动 机 自 启 动 时 的 最 大 电 流 ,即 I`L.max=KssI`L.max 式 中 ,I`L.max 为 正 常 时 的 最 大 负 荷 电 流( 一 般 为 变 压 器 的 额 定 电 流 );Kss 为 综 合 负 荷 的 自 启 动 系 数 。对 于 110KV 的 降 压 变 电 所 ,低 压 6~10KV 侧 取 Kss=1.5~2.5;中 压 35KV 侧取 Kss=1.5~2。
按 上 述 原 则 整 定 时 ,有 可 能 会 出 现 灵 敏 度 不 足 的 情 况 ,这 时 通 常 需 要 配置低压启动的过流保护或复合电压启动时的过电流保护。
6.12 与 低 电 压 启 动 的 过 电 流 保 护 相 比 ,复 合 电 压 启 动 的 过 电 流 保 护 为 什么能够提高灵敏度?
答 :复 合 电 压 启 动 时 的 过 电 流 保 护 将 原 来 的 三 个 低 电 压 继 电 器 改 由 一 个 负 序 过 电 压 继 电 器 U2〉( 电 压 继 电 器 接 于 负 序 电 压 滤 过 器 上 ) 和 一 个接于线电压上的低电压继电器 U〈组成。由于发生各种不对称故障 时 ,都 能 出 现 负 序 电 压 ,故 负 序 过 电 压 继 电 器 U2〉作 为 不 对 称 故 障 的 电压保护,而低电压继电器 U〈则作为三相短路故障时的电压保护。 过电流继电器和低电压继电器的整定原则与低电压启动过电流保护 相 同 。负 序 过 电 压 继 电 器 的 动 作 电 压 按 躲 过 正 常 运 行 时 的 负 序 滤 过 器 出现的最大不平衡电压来整定,通常取 U2.set=(0.06~0.12)U N 该 定 值 较 小 ,使 负 序 电 压 继 电 器 动 作 的 灵 敏 度 远 大 于 低 电 压 继 电 器 ,所 以,复合电压启动过电流保护在不对称故障时电压继电器的灵敏度 高。
6.13 三绕组变压器相间后备保护的配置原则是什么?
答:三绕组变压器的相间短路的后备保护在作为相邻元件的后备时,
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应 该 有 选 择 性 地 只 跳 开 近 故 障 点 一 侧 的 断 路 器 ,保 证 另 外 两 侧 继 续 运 行,尽可能的缩小故障影响范围;而作为变压器内部故障的后备时, 应该都跳开三侧断路器,使变压器退出运行。

6.14 零序电流保护为什么在各段中均设两个时限?

答 :在 变 压 器 零 序 电 流 保 护 中 ,要 考 虑 缩 小 故 障 影 响 范 围 的 问 题 。每 段 零 序 电 流 可 设 两 个 时 限 ,并 以 较 短 的 时 限 动 作 于 缩 小 故 障 影 响 范 围 ( 跳 母 联 等 ), 以 较 长 的 时 限 断 开 变 压 器 各 侧 断 路 器 。

7.3 写 出 发 电 机 标 积 制 动 和 比 率 制 动 差 动 原 理 得 表 达 式 。图 Page198、 Page199

(1)标积制动。

令差动电流为 Id= | I`1+I`2 |

制动电流为 Ires=?√ | I`1I`2cos(180°-θ )| 当 cos(180°-θ ) 大于等于 0

0 小于 0

当 cos(180°-θ )

则 标 积 制 动 的 纵 差 保 护 的 动 作 判 据 为( Id≥ KsIres)∩( Id≥ Idmin)

式中,Ks 为标积制动系数,θ 为 I`1 和 I`2 的夹角。

(2)比率制动。

令差动电流为 Id= I`1+I`2

制动电流为 Ires=|(I`1-I`2)/2|

则比率制动式纵差保护的动作方程为

Id>K(Ires-Ires.min)+Id.min,当 Ires>Ires.mim

Id>Id.min,当 Ires≤Ires.min

式 中 ,Ires.min 成 为 拐 点 电 流 ;Id.min 为 启 动 电 流 ;K 为 制 动 线 斜 率 .

7.4 发电机的完全差动保护为何不反应匝间短路故障,变压器差动保 护能反应吗?

答 ;发 电 机 的 完 全 差 动 保 护 引 入 发 电 机 定 子 机 端 和 中 性 点 的 全 部 相 电 流 I1 和 I2,在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍然相等,保 护 将 不 能 够 动 作 。变 压 器 匝 间 短 路 时 ,相 当 于 增 加 了 绕 组 的 个 数 ,并 改 变 了 变 压 器 的 变 比 ,此 时 变 压 器 两 侧 电 流 不 再 相 等 ,流 入 差 动 继 电

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器 的 电 流 将 不 在 为 零 ,所 以 变 压 器 纵 差 动 保 护 能 反 应 绕 组 的 匝 间 短 路 故障。 8.2 试述判别母线故障的基本方法。 答 : (1)全 电 流 差 动 原 理 判 别 母 线 故 障 。 在 正 常 运 行 以 及 母 线 范 围 以 外 故 障 时 ,在 母 线 上 所 有 连 接 元 件 中 ,流 入 的 电 流 和 流 出 的 电 流 相 等 , 或 表 示 为 ∑ Ipi=0; 当 母 线 上 发 生 故 障 时 , 所 有 与 母 线 连 接 的 元 件 都 向故障点供给短路电流或流出残留的负荷电流,按基尔霍夫电流定 律 , 有 ∑ Ipi=Ik(短 路 点 的 总 电 流 )。 (2)电 流 相 位 差 动 原 理 判 别 母 线 故 障 。 如 从 每 个 连 接 元 件 中 电 流 的 相 位 来 看 ,则 在 正 常 运 行 以 及 外 部 故 障 时 ,则 至 少 有 一 个 元 件 中 的 电 流 相 位 和 其 余 元 件 中 的 电 流 相 位 是 相 反 的 ,具 体 说 来 ,就 是 电 流 流 入 的 元 件 和 电 流 流 出 的 元 件 这 两 者 的 相 位 相 反 。而 当 母 线 故 障 时 ,除 电 流 等于零的元件以外,其他元件中的电流是接近同相位的。 8.6 简述何谓断路器失灵保护。 答 :所 谓 断 路 器 失 灵 保 护 ,是 指 当 故 障 线 路 的 继 电 保 护 动 作 发 出 跳 闸 脉 冲 ,但 其 断 路 器 拒 绝 跳 闸 时 ,能 够 以 较 短 的 时 限 切 除 与 其 接 在 同 一 条 母 线 上 的 其 他 断 路 器 ,以 实 现 快 速 后 备 同 时 又 使 停 电 范 围 限 制 为 最 小的一种后备保护。
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