《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》題與習(xí)題解答

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1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》思考題與習(xí)題解答 1- 1 什么是故障、不正常運(yùn)行方式和事故？它們之間有何不同？又有何聯(lián)系？ 答：在電力系 統(tǒng)運(yùn)行中，電氣元件發(fā)生短路、斷線時(shí)的狀態(tài)均視為故障狀態(tài)。 在電力系統(tǒng)中，三相短路、兩相 短路、兩相接地短路、一相接地短路、兩點(diǎn)接地短 路（實(shí)際上也屬相間短路）和斷線統(tǒng)稱為電力 系統(tǒng)的故障。 在電力系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障， 但最常見(jiàn)且最危險(xiǎn)的故障就是各種類型 的短 路。 電力系統(tǒng)的不正常工作狀態(tài)是指電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞， 但沒(méi)有 發(fā)生故 障的運(yùn)行狀態(tài)。常見(jiàn)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要是：過(guò)負(fù)荷，過(guò)電壓、系統(tǒng)振蕩，頻 率降低等。 事故是指系統(tǒng)

2、或其中一部分的正常工作遭到破壞，電能質(zhì)量變到不能容許的程度， 以致造成 對(duì)用戶的停止供電（或少送電）或造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。前者稱為 停電事故，后者稱 為人身和設(shè)備事故。 不正常工作狀態(tài)的性質(zhì)、后果和危害性有別于故障，長(zhǎng)時(shí)間的不正常運(yùn)行有可能造 成故障。 電力系統(tǒng)中發(fā)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。 故障和不正常運(yùn)行方式不可以避免，而事故則可以避免發(fā)生。 1-2 什么是主保護(hù)和后備保護(hù)？遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)有什么區(qū)別和特點(diǎn)？ 答：主保護(hù)： 是為滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除 被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保 護(hù)。 后備保護(hù)：是

3、當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來(lái)切除故障的保護(hù)。它又分為遠(yuǎn)后備保護(hù) 和近后備 保護(hù)兩種。 遠(yuǎn)后備保護(hù)：指主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰元件的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。 遠(yuǎn)后備保護(hù) 的性能比較完善，它對(duì)相鄰元件的保護(hù)裝置、斷路器、二次回路和直流 電源引起的拒動(dòng)，均能起 到后備作用，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。但遠(yuǎn)后備保護(hù)將使停電的范 圍擴(kuò)大，不能滿足選擇性和速動(dòng)性 的要求。 近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)；當(dāng)斷路 器拒動(dòng) 時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。 由于近后備保護(hù)與主保護(hù)安裝在同一元件上，所以近后備保護(hù)能滿足選擇性要求。 1-3 繼電保護(hù)裝置的任務(wù)及其基本

4、要求是什么？ 答：繼電保護(hù)裝置是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電 氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并 動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它的基本 任務(wù)是： （ 1 ）自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼 續(xù)遭到破 壞，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。 （ 2 ）反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件（如有無(wú)經(jīng)常值班 人員）而 動(dòng)作于信號(hào)，以便值班人員及時(shí)進(jìn)行處理，或由裝置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切?繼續(xù)運(yùn)行就會(huì)引起 損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時(shí)保護(hù)應(yīng)有一定的延 時(shí)，以免造成保護(hù)的誤動(dòng)作。 （ 3 ）繼電保護(hù)裝置還可以與電力系統(tǒng)

5、中的其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)， 采取預(yù)定 措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是：通過(guò)預(yù)防事故或縮小事故范圍來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn) 行的可靠 性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。 對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求是： （ 1 ）可靠性 可靠性包括安全性和依賴性，是對(duì)繼電保護(hù)最根本的要求。所謂安全性是要求 繼電 保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。所謂依賴性是要求繼電保護(hù)在規(guī)定 的保 護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)。 （ 2 ）選擇性 所謂選擇性是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將

6、故障 的設(shè) 備或線路從電力系統(tǒng)中切除，以盡量縮小停電的范圍。當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路 器拒 動(dòng)時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。 （ 3 ）速動(dòng)性 所謂速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電 流、 低電壓下運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。 （ 4 ）靈敏性 靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保 護(hù)裝 置的反應(yīng)能力。 1-4 電力系統(tǒng)如果沒(méi)有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，想像一下會(huì)出現(xiàn)什么后果？ 答：繼電保護(hù) 是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的必不可 少的技術(shù)措施之一。在現(xiàn)

7、代 的電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有專門的繼電保護(hù)裝置或繼電保護(hù)裝 置不完善，要想維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行 是根本不可能的。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行處 理，不能及時(shí)切除故障，導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行不 穩(wěn)定，甚至引起電力系統(tǒng)崩潰，造成人員 傷亡及設(shè)備的毀壞，引起事故。 1-5 繼電保護(hù)裝置通過(guò)哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)定的保護(hù)功能，各環(huán)節(jié)的作用是什么？ 答：模擬 型繼電保護(hù)裝置主要是由測(cè)量回路、邏輯回路和和執(zhí)行回路三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)完 成預(yù)定的保護(hù)功能。 測(cè)量回路的作用：是測(cè)量與被保護(hù)電氣設(shè)備或線路工作狀態(tài)有關(guān)的物理量的變化， 如電流、 電壓等的變化，以確定電力系統(tǒng)是否發(fā)生了短路故障或出現(xiàn)不正常運(yùn)行情況。 邏輯回路

8、的作用：是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)測(cè)量回路的輸出信號(hào)，進(jìn)行邏輯 判斷，以 確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。 執(zhí)行回路的作用：是執(zhí)行邏輯回路的判斷，發(fā)出切除故障的跳閘信號(hào)或指示不正常 運(yùn)行情況 的信號(hào)。 1-6 依據(jù)電力元件正常工作、不正常工作和短路狀態(tài)下的電氣量幅值差異，已經(jīng)構(gòu) 成哪些原 理的保護(hù)，這些保護(hù)僅靠保護(hù)的整定值能切除保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障嗎？ 答：根據(jù)短路時(shí)電流的增大，可構(gòu)成過(guò)電流保護(hù)；根據(jù)短路時(shí)電壓的降低，可構(gòu)成 低電壓保 護(hù)；根據(jù)短路時(shí)電流與電壓之間相角的變化，可構(gòu)成功率方向保護(hù)；根據(jù)電壓 與電流比值的變 化， 可構(gòu)成距離保護(hù)； 根據(jù)不對(duì)稱短

9、路時(shí)出現(xiàn)的電流、 電壓的相序分量， 可構(gòu)成零序電流保 護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和負(fù)序功率方向保護(hù)。 這些保護(hù)僅靠保護(hù)的整定值不能切除保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障。因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置或斷 路器可能 會(huì)因某種原因而產(chǎn)生拒動(dòng)。 1-7 依據(jù)電力元件兩端電氣量在正常工作和短路狀態(tài)下的差異，可以構(gòu)成哪些原理 的保護(hù)？ 答：根據(jù)故障時(shí)被保護(hù)元件兩端電流相位和大小的變化， 可構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)；高頻保 護(hù)是利用高 頻通道來(lái)傳遞線路兩端電流相位、大小和短路功率方向信號(hào)的一種保護(hù)。 1-8 結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程知識(shí)，說(shuō)明加快繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為什么可以提高電 力系統(tǒng)的穩(wěn) 定性？ 答：快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的

10、穩(wěn)定性 如圖: AT O 曠 當(dāng)D點(diǎn)短路時(shí)，A廠的電壓U下降，轉(zhuǎn)速n上升，而B廠的電壓U下降的小（因 距離 遠(yuǎn)），轉(zhuǎn)速n上升的也小，則出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差A(yù) n,若時(shí)間長(zhǎng)，失去同步。若時(shí)間短，貝 U相位差不 大，易拉入同步，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 1-9從繼電保護(hù)的發(fā)展史，談與其他學(xué)科技術(shù)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性。 答：從繼電保護(hù)的發(fā)展史可以知道，繼電保護(hù)的發(fā)展離不開其他學(xué)科技術(shù)的發(fā)展， 沒(méi)有繼電 器的問(wèn)世，就不會(huì)出現(xiàn)繼電保護(hù)，沒(méi)有晶體管的產(chǎn)生，就不會(huì)出現(xiàn)靜態(tài)繼電保 護(hù)形式，沒(méi)有計(jì)算 機(jī)、微處理器的問(wèn)世，就不會(huì)出現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)。其他學(xué)科技術(shù)的快 速發(fā)展，帶動(dòng)了繼電保護(hù)技 術(shù)的快速發(fā)展，所以繼電保護(hù)

11、技術(shù)的發(fā)展與其他學(xué)科技術(shù)的 發(fā)展是有很大的關(guān)聯(lián)性的。 2-1電力系統(tǒng)中性點(diǎn)有哪些運(yùn)行方式？各有何特點(diǎn) 2-2解釋“動(dòng)作電流”、 有何缺點(diǎn)？ “返回電流”和“返回系數(shù)”，過(guò)電流保護(hù)返回系數(shù)過(guò)低或 過(guò)圖各 2-3 答: 2-15答：根據(jù)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定原則: 過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限按階梯原則 整定，還需要與各線路末端變電所母線上所有出線保護(hù)動(dòng)作時(shí)限最長(zhǎng)者配合。保護(hù) 在線路末端B母線上出線動(dòng)作時(shí)間最長(zhǎng)的是 t4max2.5S,則保護(hù)1的過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作 時(shí)限為 t1 t4max t 2.5 0.5 3S 2-16 答:(1) ①求動(dòng)作電流

12、。 最大短路電流來(lái)整定, 保護(hù)1電流I段整定計(jì)算： 按躲過(guò)最大運(yùn)行方式下本線路末端（即 即 護(hù)的K1點(diǎn)）三相短路時(shí)流過(guò)保 1O P1 Krm j[jAZSA 36.75/ ? 3 2a 采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為 I 1 OP 1 2? 652 44.2A IOPJ Kta 60 ②求動(dòng)作時(shí)限。第I段為電流速斷，動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)間，即 t1 0（ s） ③靈敏系數(shù)校驗(yàn)，即求保護(hù)范圍。 在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)的保護(hù)范圍為 Lmax 1 Es ZS min 乙 I OP 1 1 36.75 / .3 4

13、 10.0 km 則La % Lmax 100% i1000% L1 15 66.67% 50% ,滿足要求 0.4 2.652 在最小運(yùn)行方式下發(fā)生二相短路時(shí)的保護(hù)范圍為 1 Lmin Z1 ■ . 3 ES _Z 2 i op 1 S max 1 0.4 .3 36.75/ ?、3 5 4.82 km 2 2.652 則 Lmin% Lmin 100% Li 4.82 100% 32.13% 15%,滿足要求。 15 (2)保護(hù)1電流II段整定計(jì)算①求動(dòng)作電流。按與相鄰線路保護(hù) 配合的 i段動(dòng)作電流相 原則來(lái)整定，即 ii

14、ii i IOPI Krei?10P2 1.1 1.25 36.75/13 1.217(KA) 4 0.4 15 35 采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為 ii OP J IOP1 K TA 1.217 60 20.3(A) ②求動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù) I段動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差，即 t1ii 12 t 0 0.5 0.5( S) (即K1點(diǎn))發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過(guò) ③靈敏系數(shù)校驗(yàn)。利用最小運(yùn)行方式下本線路末端 保護(hù)的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即 3? Es 3 36.75/3 (2) ? ? Ksen1 丘嚴(yán) 2 ZSmaX

15、ZL 5-74 15 1.373 1.3 ,滿足要求。 I op1 I op1 1.217 (3)保護(hù)1電流III段整定計(jì)算①求動(dòng)作電流。按躲過(guò)本線路可能流過(guò)的最大負(fù)荷 電流來(lái)整 定，即 1 2 1 5 0.85 230 487.059 A iiii Kre1?KSSi i OP1 i L max K re 采用兩相不完全星形接線方式時(shí)流過(guò)繼電器的動(dòng)作電流為 IOP1 IOpj 487.059 KTA 60 8.118(A) ②求動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差，即 t； " t2max t t3max t t 0.5 0.5

16、0.5 1 .5(S) ③靈敏系數(shù)校驗(yàn)。 作近后備保護(hù)時(shí)，利用最小運(yùn)行方式下本線路末端(即 路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即 K1點(diǎn))發(fā)生兩相金屬性短 I⑵ K III K1 min K sen 1 fiI- I 0P1 3? 2 Z Es Smax Z1L1 1 0P1 .3 ? 36.75/ . 3 —5 0.4 15 3.423 487.059/1000 1.5,滿足要求。 作遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，利用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端(即 路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的電流來(lái)校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即 K2點(diǎn))發(fā)生兩相金屬性 I (2) sen 1 K1 min 衛(wèi)？邑

17、 2 ZS max Z1 l 1 3? 36.75/3 1 OP1 2-45 7篇監(jiān)。以 1496 1 二滿足要求。 OP1 2-17 答: 2-18 答: 1) 根據(jù)已知條件, 通過(guò)保護(hù) 4的最大負(fù)荷電流為 I Lmax 400 500 550 1450A 則保護(hù)4的過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流為 1H G?KsS?1Lmax 40P 1.15 1.3 1450 2550.294A Kre 0.85 (2)保護(hù)4的過(guò)電流保護(hù)的整定值不變，當(dāng)保護(hù) 1所在元件故障被切除后，通過(guò) 保護(hù)4的最大負(fù)荷電流為iLmax 500 550

18、1050A,則返回系數(shù)為 K K-/K /Iq.15 1.3 1050 I 4I0P 0616,即返回系數(shù)低于此值時(shí)會(huì)造成保護(hù) 2550.294 4誤動(dòng)作。 (3)當(dāng)Kre 0.85時(shí)，保護(hù)4的過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)為 Ksin3.2,則 Ik min Ksen?1410p 3.2 2550.294 8160.941A , 當(dāng)Kre 0.7時(shí)，保護(hù)4的過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流為 140P Krel-?KSS?lLmax 1.15 1.3 1450 3096.786A ,則保護(hù) 4 的過(guò)電流保護(hù)的靈 Kre0.7 (2) 敏系數(shù)為KS ;埠匝8160941 2.635

19、。 ihp 3096.786 2- 19 答: 34 3- 25解：線路AB的正序阻抗Zab 0.4 85 線路BC的正序阻抗Zbc 0.4 60 24 [1]距離I段的整定計(jì)算 ① 整定阻抗 zset KreiZAB 0.85 34 28.9 ②動(dòng)作時(shí)限t1 0s (I段的實(shí)際動(dòng)作時(shí)限為保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間) [2]距離II段的整定計(jì)算 ①整定阻抗：按與相鄰線路 BC保護(hù)2的I段配合，ZS； t Kr； Zab Zs； t2 取鏢 0.8, ZSet2 k； iZbc 0.85 24 20.4 ,則 zs； t0.8 34 20.4 43.52 ② 靈敏系數(shù)校驗(yàn)：按本

20、線路末端短路計(jì)算，即 Ksen空4352 1.28 1.5 ,不滿足要求，可考慮與 BC線路距離II段配合Zab 34 ③ 動(dòng)作時(shí)限：與相鄰線路保護(hù)的I段配合，則 tII t2 t 0 0.5s 0.5s (1) A側(cè)保護(hù)1的距離I段的保護(hù)范圍為L(zhǎng)I空72.25km 0.4 在線路AB上距A側(cè)65km處發(fā)生金屬性相間短路時(shí)，故障點(diǎn)位于 I段的保護(hù)范圍 內(nèi),所 以A側(cè)保護(hù)1的I段、II段都要起動(dòng)，但I(xiàn)段瞬時(shí)動(dòng)作，跳開 A側(cè)斷路器，切除 故障線路，II段 則在故障電流消失后返回。 在線路AB上距A側(cè)75km處發(fā)生金屬性相間短路時(shí)，故障點(diǎn)位于 II段的保護(hù)范圍 內(nèi)，所以A 側(cè)保護(hù)1的

21、I段不起動(dòng)，II段起動(dòng)，經(jīng)延時(shí)0.5s后動(dòng)作于A側(cè)斷路器跳閘。 (3)由前計(jì)算可知，II段的動(dòng)作阻抗為43.52 ,此阻抗若按躲過(guò)最小負(fù)荷阻抗來(lái) 整定， 可計(jì)算出線路AB的最大允許負(fù)荷電流值，即 L min 取 Krel1.2, KSS 1.5, Kre 1.15, set 70 l arccos0.8 36.87 , II set 則乙 K rel K SS K re 8s set L min 43.52 1.2 1.5 1.15 cos 70 36.86 75.44 而乙min U L min I L max 0.9 ?0.95 U n I L max 按最低電壓考慮 0.792kA 792A 0.9UN 0_9_ 3 LmaX ZLmin . 75.44