《電力系統(tǒng)繼電保護》題與習題解答

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1、電力系統(tǒng)繼電保護》思考題與習題解答 1- 1 什么是故障、不正常運行方式和事故？它們之間有何不同？又有何聯(lián)系？ 答：在電力系 統(tǒng)運行中，電氣元件發(fā)生短路、斷線時的狀態(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、兩點接地短 路（實際上也屬相間短路）和斷線統(tǒng)稱為電力 系統(tǒng)的故障。 在電力系統(tǒng)中可能會出現(xiàn)各種各樣的故障， 但最常見且最危險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， 但沒有 發(fā)生故 障的運行狀態(tài)。常見的不正常運行狀態(tài)主要是：過負荷，過電壓、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，電能質量變到不能容許的程度， 以致造成 對用戶的停止供電（或少送電）或造成人身傷亡和電氣設備的損壞。前者稱為 停電事故，后者稱 為人身和設備事故。 不正常工作狀態(tài)的性質、后果和危害性有別于故障，長時間的不正常運行有可能造 成故障。 電力系統(tǒng)中發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)時，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故。 故障和不正常運行方式不可以避免，而事故則可以避免發(fā)生。 1-2 什么是主保護和后備保護？遠后備保護和近后備保護有什么區(qū)別和特點？ 答：主保護： 是為滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除 被保護設備和線路故障的保 護。 后備保護：是

3、當主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。它又分為遠后備保護 和近后備 保護兩種。 遠后備保護：指主保護或斷路器拒動時，由相鄰元件的保護來實現(xiàn)的后備保護。 遠后備保護 的性能比較完善，它對相鄰元件的保護裝置、斷路器、二次回路和直流 電源引起的拒動，均能起 到后備作用，且實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟。但遠后備保護將使停電的范 圍擴大，不能滿足選擇性和速動性 的要求。 近后備保護：當主保護拒動時，由本元件的另一套保護來實現(xiàn)的后備保護；當斷路 器拒動 時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護。 由于近后備保護與主保護安裝在同一元件上，所以近后備保護能滿足選擇性要求。 1-3 繼電保護裝置的任務及其基本

4、要求是什么？ 答：繼電保護裝置是指能反應電力系統(tǒng)中電 氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并 動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本 任務是： （ 1 ）自動、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，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。 （ 2 ）反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（如有無經(jīng)常值班 人員）而 動作于信號，以便值班人員及時進行處理，或由裝置自動進行調整，或將那些 繼續(xù)運行就會引起 損壞或發(fā)展成為事故的電氣設備予以切除。此時保護應有一定的延 時，以免造成保護的誤動作。 （ 3 ）繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)

5、中的其他自動化裝置配合，在條件允許時， 采取預定 措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。 繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是：通過預防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運 行的可靠 性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。 對繼電保護裝置的基本要求是： （ 1 ）可靠性 可靠性包括安全性和依賴性，是對繼電保護最根本的要求。所謂安全性是要求 繼電 保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。所謂依賴性是要求繼電保護在規(guī)定 的保 護范圍內發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。 （ 2 ）選擇性 所謂選擇性是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將

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

7、代 的電力系統(tǒng)中，如果沒有專門的繼電保護裝置或繼電保護裝 置不完善，要想維持系統(tǒng)的正常運行 是根本不可能的。當故障發(fā)生時，不能及時進行處 理，不能及時切除故障，導致電力系統(tǒng)運行不 穩(wěn)定，甚至引起電力系統(tǒng)崩潰，造成人員 傷亡及設備的毀壞，引起事故。 1-5 繼電保護裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預定的保護功能，各環(huán)節(jié)的作用是什么？ 答：模擬 型繼電保護裝置主要是由測量回路、邏輯回路和和執(zhí)行回路三個環(huán)節(jié)來完 成預定的保護功能。 測量回路的作用：是測量與被保護電氣設備或線路工作狀態(tài)有關的物理量的變化， 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)不正常運行情況。 邏輯回路

8、的作用：是當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，根據(jù)測量回路的輸出信號，進行邏輯 判斷，以 確定保護是否應該動作，并向執(zhí)行元件發(fā)出相應的信號。 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或指示不正常 運行情況 的信號。 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 成哪些原 理的保護，這些保護僅靠保護的整定值能切除保護范圍內任意點的故障嗎？ 答：根據(jù)短路時電流的增大，可構成過電流保護；根據(jù)短路時電壓的降低，可構成 低電壓保 護；根據(jù)短路時電流與電壓之間相角的變化，可構成功率方向保護；根據(jù)電壓 與電流比值的變 化， 可構成距離保護； 根據(jù)不對稱短

9、路時出現(xiàn)的電流、 電壓的相序分量， 可構成零序電流保 護、負序電流保護和負序功率方向保護。 這些保護僅靠保護的整定值不能切除保護范圍內任意點的故障。因為保護裝置或斷 路器可能 會因某種原因而產生拒動。 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，可以構成哪些原理 的保護？ 答：根據(jù)故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化， 可構成差動保護；高頻保 護是利用高 頻通道來傳遞線路兩端電流相位、大小和短路功率方向信號的一種保護。 1-8 結合電力系統(tǒng)分析課程知識，說明加快繼電保護的動作時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)運行的

10、穩(wěn)定性 如圖: AT O 曠 當D點短路時，A廠的電壓U下降，轉速n上升，而B廠的電壓U下降的?。ㄒ?距離 遠），轉速n上升的也小，則出現(xiàn)轉速差A n,若時間長，失去同步。若時間短，貝 U相位差不 大，易拉入同步，使系統(tǒng)恢復正常。 1-9從繼電保護的發(fā)展史，談與其他學科技術發(fā)展的關聯(lián)性。 答：從繼電保護的發(fā)展史可以知道，繼電保護的發(fā)展離不開其他學科技術的發(fā)展， 沒有繼電 器的問世，就不會出現(xiàn)繼電保護，沒有晶體管的產生，就不會出現(xiàn)靜態(tài)繼電保 護形式，沒有計算 機、微處理器的問世，就不會出現(xiàn)微機繼電保護。其他學科技術的快 速發(fā)展，帶動了繼電保護技 術的快速發(fā)展，所以繼電保護

11、技術的發(fā)展與其他學科技術的 發(fā)展是有很大的關聯(lián)性的。 2-1電力系統(tǒng)中性點有哪些運行方式？各有何特點 2-2解釋“動作電流”、 有何缺點？ “返回電流”和“返回系數(shù)”，過電流保護返回系數(shù)過低或 過圖各 2-3 答: 2-15答：根據(jù)過電流保護動作時限的整定原則: 過電流保護的動作時限按階梯原則 整定，還需要與各線路末端變電所母線上所有出線保護動作時限最長者配合。保護 在線路末端B母線上出線動作時間最長的是 t4max2.5S,則保護1的過電流保護的動作 時限為 t1 t4max t 2.5 0.5 3S 2-16 答:(1) ①求動作電流

12、。 最大短路電流來整定, 保護1電流I段整定計算： 按躲過最大運行方式下本線路末端（即 即 護的K1點）三相短路時流過保 1O P1 Krm j[jAZSA 36.75/ ? 3 2a 采用兩相不完全星形接線方式時流過繼電器的動作電流為 I 1 OP 1 2? 652 44.2A IOPJ Kta 60 ②求動作時限。第I段為電流速斷，動作時間為保護裝置的固有動作時間，即 t1 0（ s） ③靈敏系數(shù)校驗，即求保護范圍。 在最大運行方式下發(fā)生三相短路時的保護范圍為 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 在最小運行方式下發(fā)生二相短路時的保護范圍為 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1電流II段整定計算①求動作電流。按與相鄰線路保護 配合的 i段動作電流相 原則來整定，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流過繼電器的動作電流為 ii OP J IOP1 K TA 1.217 60 20.3(A) ②求動作時限。應比相鄰線路保護 I段動作時限高一個時限級差，即 t1ii 12 t 0 0.5 0.5( S) (即K1點)發(fā)生兩相金屬性短路時流過 ③靈敏系數(shù)校驗。利用最小運行方式下本線路末端 保護的電流來校驗靈敏系數(shù)，即 3? Es 3 36.75/3 (2) ? ? Ksen1 丘嚴 2 ZSmaX

15、ZL 5-74 15 1.373 1.3 ,滿足要求。 I op1 I op1 1.217 (3)保護1電流III段整定計算①求動作電流。按躲過本線路可能流過的最大負荷 電流來整 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流過繼電器的動作電流為 IOP1 IOpj 487.059 KTA 60 8.118(A) ②求動作時限。應比相鄰線路保護的最大動作時限高一個時限級差，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。 作近后備保護時，利用最小運行方式下本線路末端(即 路時流過保護裝置的電流來校驗靈敏系數(shù)，即 K1點)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。 作遠后備保護時，利用最小運行方式下相鄰線路末端(即 路時流過保護裝置的電流來校驗靈敏系數(shù)，即 K2點)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, 通過保護 4的最大負荷電流為 I Lmax 400 500 550 1450A 則保護4的過電流保護的動作電流為 1H G?KsS?1Lmax 40P 1.15 1.3 1450 2550.294A Kre 0.85 (2)保護4的過電流保護的整定值不變，當保護 1所在元件故障被切除后，通過 保護4的最大負荷電流為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)低于此值時會造成保護 2550.294 4誤動作。 (3)當Kre 0.85時，保護4的過電流保護的靈敏系數(shù)為 Ksin3.2,則 Ik min Ksen?1410p 3.2 2550.294 8160.941A , 當Kre 0.7時，保護4的過電流保護的動作電流為 140P Krel-?KSS?lLmax 1.15 1.3 1450 3096.786A ,則保護 4 的過電流保護的靈 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段的整定計算 ① 整定阻抗 zset KreiZAB 0.85 34 28.9 ②動作時限t1 0s (I段的實際動作時限為保護固有動作時間) [2]距離II段的整定計算 ①整定阻抗：按與相鄰線路 BC保護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：按本

20、線路末端短路計算，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 動作時限：與相鄰線路保護的I段配合，則 tII t2 t 0 0.5s 0.5s (1) A側保護1的距離I段的保護范圍為LI空72.25km 0.4 在線路AB上距A側65km處發(fā)生金屬性相間短路時，故障點位于 I段的保護范圍 內,所 以A側保護1的I段、II段都要起動，但I段瞬時動作，跳開 A側斷路器，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75km處發(fā)生金屬性相間短路時，故障點位于 II段的保護范圍 內，所以A 側保護1的

21、I段不起動，II段起動，經(jīng)延時0.5s后動作于A側斷路器跳閘。 (3)由前計算可知，II段的動作阻抗為43.52 ,此阻抗若按躲過最小負荷阻抗來 整定， 可計算出線路AB的最大允許負荷電流值，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