继电保护习题答案

1、1 绪论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。1.8 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

2、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

3、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。2 电流的电网保护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

4、，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 0.30.6s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。2.7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， Xgi 15、Xg2 10， Xg3 10，LiL?60km， L3 40km，Lb c 50

5、km， LC D 30 km ，LDE 20 m，线路阻抗 0.4 /km，K；ei=1.2、心；| =心眷=1.15，1 B C. max 300A， I c d . max 200 A， I D E. max 150A， Kss = 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(Ksen 1.2)(4) 整定保护1、2、3的过电流定值，假定

6、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。G1G2G3AB L1 SSL2EH L3SBEE1CD图2-2简单电网示意图解：由已知可得Xl1 = Xl2 =0.4 X60=24， Xl3 =0.4 X40=16， Xbc =0.4 X50=20，Xcd =0.4 X30， Xde =0.4 X20=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 L1L3全部运 行，由题意G1， G2连接在同一母线上，则Xs.min =( Xg1“ Xg2 + X L1 | Xl2 )|(Xg3+ X L3 ) = (6+12)|(10+

7、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Xs.max = Xgi+ X L1=39X s. min10.620图2-3(2 )对于保护1，其等值电路图如图2-3等值电路所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流过115/ .3保护1的最大短路电流为x 一Xbc XcdXde 10.6 201.312kA12 8相应的速断定值为 l；et.1= K；el Xlk.E.max=1.2 X1.312=1.57kA3最小保护范围计算公式为I ；et=-Lmin2 Z s.max Z1 Lmin2l；etZs.max丄=-85.9km0.4即1处的电流速断

8、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E最大电流X s.min Xbc X cd相应的速断定值为I ；et.2= K ；el XI kD max =1.2 X1.558=1.87kA最小保护范围为Lmin =丰一 Zs.maxnset.2丄=-70.6km0.4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E最大电流 I k.C.max =2.17kAXs.min X bc相应的速断定值为I ；et.3= K 冋 XI kc max =1

9、.2 X2.17=2.603kA最小保护范围为Lmin =Zs.maxnset.3丄=-42.3km0.4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I net= Knetl；et.1=1.15 X1.57=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1 k.D.max3=0.8098kA2 Xs.max XBC XCD即不满足Ksen 1.2的要求。爲2=1.15 X1.87=2.151kA所以保护2处的灵敏系数 Kt=丄兽 =0.4484

10、 I set同理，保护3的限时电流速断定值为lit.3= Krei盂=.9764kA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I = ak .C.max2 X s.max所以保护3处的灵敏系数 K打3=上严=0.4531即不满足Ksen 1.2的要求。I set.3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。 I k 川 K I（4）过电流整定值计算公式为1二亠=KrelKssIL.maxKkrereK川k I皿rel ss I D E.max所以有 I set.1 = =304.5AK reI =3 EI k.min 2 Z s.max Z l

11、同理得 I set.2 =406A I set.3 =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所以有丨 E.min =727.8AI D.min =809.8A I c.min =974.51A所以由灵敏度公式Ksen=丄黑可知，保护1作为近后备的灵敏度为IsetKset1 = 毕 =2.391.5满足近后备保护灵敏度的要求；I set.1保护2作为远后备的灵敏度为K.2= 学 =1.791.2满足最为远后备保护灵敏度的要求;I set.2保护3作为远后备的灵敏度为K.3 =卑丄=1.331.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。I set.3保护的动作时间为 才=0.5+0

12、.5=1s* =+0.5=1.5s= * +0.5=2s2.12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（ 旷+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。3 电网距离保护3.9画图并

13、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 33所示，各电气量标于图中。? ?测量阻抗Zm就是保护安装处测量电压U与测量电流Im之间的比值，系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 Zsetl和反方向整定阻 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

14、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。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，

15、称为最小精确工作电流，用lac.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lac.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 lac.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。3.19

16、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?|112,此时k点短路时，A处阻抗继电答：图3-9（a）中母线B上未接I3分支的情况下,器KZ1测量到的阻抗为乙?| 1 ZAB?| 2 ZBkZAB ZBk ZAk? ?在母线B接上| 3分支后，| 2|1?|1|1?13， k点短路时,A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为Z U| 1 ZAB ( | 1| 3)ZBkZ1 ?|1?|1ZABZBk|3ZBk?|1Z|3ZBkZAk?|1即在I 3相位与|1相差不大的情况下，分支使测量阻抗变大的分支就成为助增分支，对应的电流|3的存在将使A处感受到的测量阻抗变大，这种?| 3称为助增电

17、流。类似地图3-9 （a）中，在母线B上未接|3分支的情况下，|1 |2，此时k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为U | 1 ZAB | 2 ZBk ZZZ?ZABZBkZAk|1?|1? ?在母线B接上| 3分支后，| 2?U?|1?|3，? ? ?| 1 ZAB ( | 1| 3)ZBkZAB乙|1|1? ?即在| 3相位与| 1相差不大的情况下,ZBkk点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为?| 3 ZBk z ZAk?| 3 ZBk|1分支|1?|3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|3称为外汲电流4 输电线路纵联保护

18、4.2 纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？陈述纵联保护的主要有缺点。 （第二小题见作业本） 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U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

19、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。4.20 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

20、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

21、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。5.3 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

22、此，单相重合闸一般不考虑同期问题。5.7 三相重合闸的最小重合时间主要由哪因素些决定的？单相重合闸的最小重 合时间主要由哪因素些决定的？（作业本）5.13 什么是重合闸后加速保护？有何优缺点？主要适用于什么场合？（作业 本）6.3 关于变压器纵差动保护中的不平衡电流，试问：1. 与差动电流在概念上有何区别和联系？2. 哪些是由测量误差引起的？哪些是由变压器结构和参数引起的？3. 哪些属于稳定不平衡电流？哪些属于暂态不平衡电流？4. 电流互感器引起的暂态不平衡电流为什么会偏离时间轴的一侧？5. 减小不平衡电流的措施有哪几种？答： 1.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

23、次电流之和。 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 动回路的电流。2.测量误差引起的不平衡电流主要包括：a.计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流。b.电流互感器传变误差产生的不平衡电流。变压器结构和参数引起的不平衡电流主要包括：a.变压器一、二次侧接线组别不同引起的不平衡电流。b.由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流。c.变压器励磁电流产生的不平衡电流。3. 稳态不平衡电流包括：a.变压器一、二次侧接线组别不同引起的不平衡电流。b.计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流。c/由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流。暂 态不平衡电流包括：a.电流互感器非线性传变误差产生的不平衡电流。b.变压器励磁电流产生的不平衡电流。4. 暂态不平衡电流中存在大量的非周期分量，导致其偏于时间轴的一侧。5. 减小不平衡电流的措施如下：a.用电流互感器不同的接线形式（变压器 丫侧电流互感器采 用Yd11接线，变压器d侧电流互感器采用Yy12接线），或用软件的方法来克服变压器各侧 接线组别不同造成的误差。b.用平衡系数或平衡绕组来补偿计算变比与实际变比不一致产生 的