電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 習(xí)題及答案

第一章 概述 復(fù)習(xí)思考題答案1-1電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能出現(xiàn)故障和不正常工作情況。最常見的故障是各種類型的短路，主要包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路以及發(fā)電機(jī)、變壓器繞組的匝間短路等。故障發(fā)生后會(huì)造成以下后果：（1）故障點(diǎn)的電弧使故障設(shè)備燒壞。通過短路電流的設(shè)備，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用受到損壞或降低使用壽命。（2）電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，使用戶正常工作遭到破壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量。（3）破壞電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)電力系統(tǒng)瓦解，導(dǎo)致大面積停電。電力系統(tǒng)正常工作遭到破壞，但未形成故障，稱作不正常工作情況。常見的 類型有：過負(fù)荷、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。發(fā)生不正常工作情況的后果是：（1）電氣設(shè)備運(yùn)行超過額定電流會(huì)引起過熱，加速絕緣老化，降低使用壽命，且容易引發(fā)短路。（2）發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷造成過電壓，將直接威脅電氣絕緣。（3）電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電流、電壓周期性擺動(dòng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。故障和不正常工作若不及時(shí)處理，將引起事故。事故是指人員傷亡、設(shè)備損壞、電能質(zhì)量下降到不能允許的程度和對(duì)用戶少供或停電。1-2作為一種重要的反事故措施，繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：（1）當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)、快速、有選擇地將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，使故障設(shè)備免受損壞，保證系統(tǒng)其它部分繼續(xù)運(yùn)行。（2）當(dāng)發(fā)生不正常工作情況時(shí)，能自動(dòng)、及時(shí)、有選擇地發(fā)出信號(hào)，由值班人員進(jìn)行處理，或切除繼續(xù)運(yùn)行會(huì)引起故障的設(shè)備。1-3繼電保護(hù)是利用電氣量或物理量的顯著變化來區(qū)分電力系統(tǒng)正常運(yùn)行與發(fā)生故障或不正常運(yùn)行情況。例如：1 反應(yīng)電氣量的保護(hù)（1）可根據(jù)電流的劇增，構(gòu)成電流保護(hù)原理；（2）反應(yīng)電壓劇減，構(gòu)成低電壓保護(hù)原理；（3）同時(shí)反應(yīng)電壓降低和電流增加，構(gòu)成阻抗（距離）保護(hù)原理，它以阻抗減小的多少來反應(yīng)故障點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近，并決定是否動(dòng)作；（4）同時(shí)反應(yīng)電壓與電流之間相位角的變化，則可以判斷故障點(diǎn)的方向，構(gòu)成方向保護(hù)原理（正向故障動(dòng)作，反向不動(dòng)作）此外，還可以利用正常運(yùn)行時(shí)沒有或很小而故障時(shí)卻很大的電氣量，即某一對(duì)稱分量（負(fù)序或零序）的電壓、電流和功率，來構(gòu)成序分量保護(hù)原理。2 反應(yīng)物理量的保護(hù)可利用正常和故障時(shí)物理量（如氣體溫度）的變化來構(gòu)成相應(yīng)的保護(hù)，如反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)油蒸汽和油速度增大的瓦斯保護(hù)，反應(yīng)變壓器、電動(dòng)機(jī)繞組溫度或油溫度升高的溫度保護(hù)。不論是反應(yīng)電氣量還是物理量變化的保護(hù)，當(dāng)其測(cè)量值超過一定數(shù)值（整定值）時(shí)，繼電保護(hù)將有選擇地切除故障或顯示電氣設(shè)備的不正常工作情況。1-4繼電保護(hù)裝置一般由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。各部分作用分別是：（1）測(cè)量部分：是將被保護(hù)對(duì)象（輸電線路或其它電氣元件）輸入的信息（電流、電壓等）與實(shí)現(xiàn)給定的整定值進(jìn)行比較，判斷被保護(hù)元件有無故障或異常情況，并輸出相應(yīng)的信息。（2）邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分輸出的信息，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，以確定是否需要給出瞬時(shí)或延時(shí)動(dòng)作于跳閘或信號(hào)的相應(yīng)信息（3）執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分輸出的信息，將跳閘或報(bào)警信號(hào)送至斷路器的控制回路或報(bào)警信號(hào)回路1-5對(duì)繼電保護(hù)的基本要求有：1）選擇性；2）速動(dòng)性；3）靈敏性；4）可靠性四者之間既相互聯(lián)系又相互矛盾。例如，為保證選擇性，有時(shí)要求保護(hù)動(dòng)作帶延時(shí)（即降低了速動(dòng)性要求）；為保證靈敏性，有時(shí)允許保護(hù)非選擇性動(dòng)作（即降低選擇性要求），再由自動(dòng)重合閘裝置來糾正；為保證速動(dòng)性和選擇性，有時(shí)序采用較復(fù)雜的保護(hù)裝置（即降低了可靠性）。因此，須從電力系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)，分清主次，求得最優(yōu)情況下的統(tǒng)一，如對(duì)于中、低壓電氣設(shè)備，速動(dòng)性要求就比高電壓等級(jí)電氣設(shè)備的低。1-6是非選擇性動(dòng)作。若K1點(diǎn)短路保護(hù)1、2拒動(dòng)或斷路器QF1、QF2拒動(dòng)，則保護(hù)3動(dòng)作，跳開斷路器QF3起到后備保護(hù)作用。同理也可作為相鄰元件變壓器或線路BD的遠(yuǎn)后備保護(hù)第二章 電網(wǎng)相間短路的電流、電壓保護(hù)復(fù)習(xí)思考題答案2-1以電磁型繼電器為例，當(dāng)電磁力矩Me小于繼電器動(dòng)作力矩Me.act時(shí)，繼電器不動(dòng)作，觸點(diǎn)斷開；當(dāng)MeMe.act時(shí)，繼電器立即動(dòng)作，觸點(diǎn)迅速閉合。在繼電器動(dòng)作后，只有MeMe.res（返回力矩）時(shí)，繼電器才突然返回到原位。無論動(dòng)作和返回，繼電器的動(dòng)作都是明確、干脆的，不可能停留在某個(gè)中間位置。這種特性，稱作繼電器“繼電特性”2-2電流繼電器的輸入電流增大，達(dá)到一定值時(shí)，繼電器動(dòng)作，此時(shí)的電流稱為繼電器的動(dòng)作電流Ik.act。繼電器動(dòng)作后，減小輸入電流，達(dá)到一定值時(shí)，繼電器返回，此時(shí)的電流稱為返回電流Ik.res。返回電流與動(dòng)作電流的比值Kres= Ik.res/ Ik.act稱為返回系數(shù)。由于過流保護(hù)的定值Ik.act= Ik.res/Kres，所以，Kres增大可以降低定值Ik.act ，從而提高靈敏度。當(dāng)然，返回系數(shù)也不能過大，過大會(huì)造成繼電器動(dòng)作不可靠，因此一般取0.85-0.9。2-3變換器的作用是：（1）變換電量。將電壓互感器二次側(cè)電壓（100V）和電流互感器的二次側(cè)電流（5A）轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流，以適應(yīng)弱電元件的需要。（2）隔離電路。電流、電壓互感器二次側(cè)安全接地，是為了保證人身和設(shè)備的安全。而弱電元件往往與直流電源連接，直流回路又不允許直接接地，故常需要經(jīng)變換器將交、直流電路隔開；另外，弱電元件易受干擾，借助變換器的屏蔽層可以減少來自高壓設(shè)備的干擾。（3）調(diào)整定值。通過改變變換器一次繞組或二次繞組的抽頭，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置整定值的調(diào)整。電壓變化器的輸入、輸出量均為電壓；電流變換器的輸入、輸出量均為電流，但通常在其二次側(cè)并聯(lián)一小電阻R，來獲得電壓量；電抗變壓器的輸入量為電流，輸出量為電壓。電抗變壓器的鐵芯有氣隙，可使磁阻增大，勵(lì)磁阻抗減小且接近于感抗，磁路不易飽和，從而線性變換范圍增大，并且具有移相作用，常用來模擬阻抗。（注意：教材13頁、14頁中電抗變壓器部分的Ze、Ie、Ie.r、Ie.a、Ij、Rj、Zloa均為歸算到一次側(cè)的量，即應(yīng)為Ze、Ie、Ie.r、Ie.a、Ij、Rj、Zloa）2-4在反映電流增大而動(dòng)作的電流保護(hù)中，電流速斷保護(hù)無動(dòng)作延時(shí)，但卻不能保護(hù)線路全長(zhǎng)；限時(shí)電流速斷保護(hù)能保護(hù)線路全長(zhǎng)，卻不能作為相鄰線路的后備保護(hù)；定時(shí)限過電流保護(hù)可以作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)，但動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。為保證迅速、可靠地切除故障，可將這三種電流保護(hù)根據(jù)需要組合在一起構(gòu)成一整套保護(hù)，稱為三段式電流保護(hù)。三段式電流保護(hù)各段動(dòng)作電流、保護(hù)區(qū)和動(dòng)作時(shí)限的配合情況如題2-4圖所示。當(dāng)被保護(hù)線路始端短路時(shí)，由I段瞬時(shí)切除；該線路末端附近的短路，由第段經(jīng)0.5s延時(shí)切除；而第段只起后備作用。因此，裝有三段式電流保護(hù)的線路，一般可在0.5s左右時(shí)限內(nèi)切除故障。2-5對(duì)某一套保護(hù)裝置來講，任一點(diǎn)短路時(shí)，通過該保護(hù)裝置的短路電流為最大的運(yùn)行方式，稱作系統(tǒng)最大運(yùn)行方式；而短路電流為最小的運(yùn)行方式，稱作系統(tǒng)最小運(yùn)行方式。對(duì)于不同安裝地點(diǎn)的保護(hù)，最大和最小運(yùn)行方式不一定相同，應(yīng)根據(jù)具體的分析、計(jì)算來確定。在整定動(dòng)作值時(shí)，因?yàn)橐ＷC保護(hù)動(dòng)作的選擇性，整定值須躲過本線路末端（或相鄰線路首端）的最大短路電流，而只有在最大運(yùn)行方式下短路時(shí)，流過保護(hù)裝置的短路電流才會(huì)最大。若不是在最大運(yùn)行方式下整定，則在最大運(yùn)行方式下相鄰線路短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的短路電流將可能超過定值而使動(dòng)作失去選擇性。在校驗(yàn)時(shí)，因?yàn)橐ＷC在最不利情況下發(fā)生短路時(shí)，有足夠的靈敏度，因此需要考慮在最小運(yùn)行方式下進(jìn)行校驗(yàn)（因?yàn)樵谧钚∵\(yùn)行方式下短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處的短路電流為最小，屬最不利情況）。2-6 由于限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍延伸到下一線路的段電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)，因此，為保證動(dòng)作的選擇性，即下一線路段保護(hù)范圍內(nèi)的短路故障由該線路的段保護(hù)切除。限時(shí)電流（上一線路的）速斷保護(hù)應(yīng)在動(dòng)作時(shí)限上加以配合，即高出一個(gè)時(shí)限級(jí)差。對(duì)于，從盡快切除故障的角度出發(fā)，應(yīng)越小越好，但為了保證兩套保護(hù)動(dòng)作的選擇性，不可能選擇過小，以題2-6圖中線路BC首端K2點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1、2動(dòng)作時(shí)間的配合為例來說明t要考慮的因素：1）斷路器QF2的跳閘時(shí)間tQF2（從接通跳閘回路到觸頭間電弧熄火時(shí)間）；2）保護(hù)2動(dòng)作的正誤差時(shí)間tP2；3）保護(hù)1動(dòng)作的負(fù)誤差時(shí)間tN1；4）時(shí)間裕度tS；這樣，從選擇性要求出發(fā)，保護(hù)1的II段動(dòng)作時(shí)限為t1II= t2I + tQF2+ tP2+ tN1+ tS，即時(shí)限極差t= tQF2+ tP2+ tN1+ tS 。由此確定的t一般為0.35-0.6s，通常取t=0.5s。2-7（更正：本題圖中，保護(hù)2的最大動(dòng)作時(shí)限應(yīng)為t2.max=1.5s）保護(hù)1電流段動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與保護(hù)2和4的動(dòng)作時(shí)限較大者配合，因此t1.max=3.0s。2-8 段過電流保護(hù)在整定動(dòng)作電流時(shí)，不僅應(yīng)大于該線路可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，同時(shí)還應(yīng)考慮在外部短路切除后，保護(hù)裝置應(yīng)能可靠返回，即外部故障時(shí)，該保護(hù)在短路電流下起動(dòng)，但在延時(shí)未到時(shí)，故障已被故障線路保護(hù)切除，此時(shí)，即使在電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流下（一般大于正常負(fù)荷電流），也應(yīng)可靠返回（不會(huì)動(dòng)作跳閘），因此，段過流保護(hù)應(yīng)考慮靠返回系數(shù)。返回電流值越高，越能夠可靠返回。在整定、段時(shí)，不需考慮返回系數(shù)，因?yàn)楦鶕?jù)、段的整定原則可知，它們的定值較高。在外部故障時(shí)段根本就不起動(dòng)，段即使起動(dòng)，在外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)電流下也會(huì)因其較高的定值而可靠返回，所以不需要考慮返回系數(shù)。2-9電流互感器的等值電路如題2-9圖（a）所示（各元件含義見教材P29和P30）當(dāng)Z2s+ Zloa=0時(shí)，勵(lì)磁電流,一次電流全部轉(zhuǎn)化為二次電流，誤差為零；當(dāng)Z2s+Zloa0時(shí), , 。此時(shí)歸算后的一次電流不等于二次電流，電流互感器出現(xiàn)比值誤差I(lǐng)若Ze的阻抗角je與(Z2s+ Zloa)的阻抗角j2不同, 則會(huì)產(chǎn)生相角誤差所謂10%誤差曲線是指電流互感器比值誤差為10%，相角誤差不超過7時(shí)，額定電流倍數(shù)m10與允許負(fù)載阻抗Zloa之間的關(guān)系曲線。這里，額定電流倍數(shù)m10=I1/ I1N（I1N 為一次額定電流）。利用10%誤差曲線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載阻抗Zloa的選擇和校驗(yàn)。當(dāng)已知一次電流I1 時(shí)，算出m101，利用該曲線，便可確定Zloa1 ，如題2-9圖（b）所示；當(dāng)已知Zloa 時(shí)，若實(shí)際算得m10與Zloa 所確定的交點(diǎn)處于該曲線之下（如圖中M點(diǎn)），則電流誤差不超過10%。2-10在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，可能出現(xiàn)的最大零序電壓3U0的大小為故障相電壓；在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，可能出現(xiàn)的最大零序電壓3U0的大小為3倍故障相電壓。具體分析如題2-10圖（a）（b）中相量關(guān)系所示。為保證電壓互感器二次額定電壓不超過100V，因此，用于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)時(shí)，變比為，用于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)時(shí)，變比為。2-11在電流互感正常運(yùn)行時(shí)，二次電流對(duì)一次電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)起去磁作用，勵(lì)磁電流很小，所以鐵芯中的總磁通很小，二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不超過幾十伏。當(dāng)二次回路開路時(shí)，去磁作用消失，則一次電流全部轉(zhuǎn)化為勵(lì)磁電流，使鐵芯中磁通量劇增，導(dǎo)致鐵芯極度飽和。由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率成正比，因此電流互感器二次側(cè)開路時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值很高，可達(dá)數(shù)千伏。這樣高的二次電壓不但威脅人身安全，而且會(huì)使繞組和設(shè)備的絕緣損壞。此外，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，使鐵芯損耗增大，導(dǎo)致鐵芯嚴(yán)重發(fā)熱，甚至使鐵芯因過熱而燒毀。因此，運(yùn)行中不允許電流互感器二次側(cè)開路。運(yùn)行中電壓互感器的二次側(cè)不能短路，因?yàn)殡妷夯ジ衅魇且粋€(gè)內(nèi)阻很小的電壓源。正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷阻抗很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)，二次側(cè)僅有很小的負(fù)荷電流。當(dāng)二次短路時(shí)，負(fù)荷阻抗為零，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，將電壓互感器燒毀。2-12電流保護(hù)的接線方式是指電流繼電器與電流互感器的二次繞組之間的連接關(guān)系。三相完全星形和兩相不完全星形接線在不同相別的短路組合中，動(dòng)作情況不同，因而各有優(yōu)缺點(diǎn)。1各種相間短路兩種接線方式都能正確反應(yīng)，只不過動(dòng)作的繼電器數(shù)目不同。前者對(duì)各種相間短路，均至少有兩個(gè)繼電器動(dòng)作，可靠性高；后者在AB和BC相間短路時(shí)只有一個(gè)繼電器動(dòng)作。2中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中兩點(diǎn)異地接地短路在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生兩點(diǎn)異地接地短路時(shí)允許只切除一個(gè)接地點(diǎn)，以提高供電的可靠性。（1）對(duì)于題2-12圖（a）中串聯(lián)線路L1和L2，當(dāng)發(fā)生類似于K1、K2點(diǎn)兩點(diǎn)異地短路時(shí)，若采用完全星形接線，由于保護(hù)都是按選擇性要求在整定值和時(shí)限上配合，能夠保證100%只切除線路L2。若采用不完全星形接線，則只能保證有2/3的機(jī)會(huì)有選擇地切除一條線路（如K2點(diǎn)為B相故障時(shí)，保護(hù)2不動(dòng)作，只能由保護(hù)1動(dòng)作切除故障），從而在某些情況下擴(kuò)大了停電范圍。（2）并聯(lián)接線L2和L3，當(dāng)發(fā)生類似于K2、K3點(diǎn)兩點(diǎn)異地短路對(duì)于圖中時(shí)，若采用完全星形接線，將100%切除兩條線路L2、L3，擴(kuò)大了停電范圍。若采用不完全星形接線，則可有2/3的機(jī)會(huì)只切除一條線路（B相接地的那條線路不會(huì)被切除），供電的可靠性高于前者。（3）Y，d11接線變壓器后兩相短路由題2-12圖（c）（d）所示變壓器兩側(cè)各相電流相量關(guān)系可見，保護(hù)安裝處B相電流大小是A、C兩相電流的兩倍，因此，不完全星形接線因不能反應(yīng)B相電流而使靈敏度是完全星形接線的1/2。根據(jù)以上分析，完全星形接線因可靠性和靈敏性較高，廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等大型貴重設(shè)備的保護(hù)中；不完全星形接線方式，因較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所以在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)和中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，廣泛采用它作為相間短路保護(hù)的接線方式。事實(shí)上，在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中的變電所母線上，并列線路居多，對(duì)于兩點(diǎn)接地故障采用不完全星形接線有2/3的機(jī)會(huì)只切除一條線路，要比完全星形接線方式100%切除兩條線路優(yōu)越。2-13畫出相量圖如題2-12圖（c）（d）所示。由相量圖和已知條件可知所以B相電流是其它兩相的兩倍，但若采用不完全星形接線，B相無繼電器，只能由A、C相繼電器動(dòng)作。為提高靈敏度，可在中性線上加一電流繼電器如題2-12圖（b）所示。因該繼電器流入的是A、C相電流之和，因此靈敏度可提高一倍。2-14展開圖如圖所示2-15 (注意：教材49頁圖2-56應(yīng)為題2-15圖)設(shè)Z1=0.4W，KIrel=1.25，KIIrel=1.1，KIIIrel=1.2，Kss=1.5，Kres=0.85，t3。max=0.5s1.保護(hù)1電流I段整定計(jì)算（1）求動(dòng)作電流IIact.1。按躲過最大運(yùn)行方式下本線路末端（即B母線處）三相短路時(shí)流過保護(hù)的最大短路電流整定，即（2）動(dòng)作時(shí)限。為保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間，即t1I=0s（3）靈敏性校驗(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)范圍為滿足要求。最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的保護(hù)范圍為，滿足要求。2.保護(hù)1電流段整定計(jì)算（1）求動(dòng)作電流IIIact.1。按與相鄰線路保護(hù)2的段動(dòng)作電流相配合的原則整定，即（2）動(dòng)作時(shí)限。應(yīng)比相鄰線路保護(hù)2的段動(dòng)作時(shí)限高一個(gè)時(shí)限級(jí)差Dt，即（3）靈敏系數(shù)校驗(yàn)。利用最小運(yùn)行方式下本線路末端（即B母線處）發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過保護(hù)的電流來校驗(yàn)，即，滿足要求。3保護(hù)1電流段整定計(jì)算（1）求動(dòng)作電流Iact.1。按躲過本線路可能流過的最大負(fù)荷電流來整定，即（2）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Dt，即（3）靈敏系數(shù)校驗(yàn)。1）作近后備時(shí)。利用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相金屬性短路時(shí)流過保護(hù)的電流校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即2）作遠(yuǎn)后備時(shí)。利用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端發(fā)生兩相金屬性短路時(shí)流過保護(hù)的電流校驗(yàn)靈敏系數(shù)，即2-16 在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大時(shí)，電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍可能很小，甚至沒有保護(hù)區(qū)。為了能在不增加保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的前提下，擴(kuò)大保護(hù)范圍，可采用由電流繼電器和電壓繼電器共同作為測(cè)量元件的電流、電壓連鎖速斷保護(hù)。由于該保護(hù)采用電流、電壓元件相互閉鎖方式構(gòu)成“與”邏輯，因此，在外部短路時(shí)，只要有一個(gè)測(cè)量元件不動(dòng)作，保護(hù)就不會(huì)動(dòng)作。這樣在整定計(jì)算時(shí)，可以不考慮最大或最小兩種極端運(yùn)行方式，只按經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行方式整定，即可保證動(dòng)作的選擇性，從而使保護(hù)有較大的保護(hù)范圍。這里，電流、電壓元件按經(jīng)常運(yùn)行方式下兩者的保護(hù)范圍相等這一條件來整定。2-17 從選擇性方面來說，電流速斷（后簡(jiǎn)稱為I段）保護(hù)的選擇性是靠動(dòng)作電流來實(shí)現(xiàn)的；限時(shí)電流速斷（后簡(jiǎn)稱為II段）和過電流（后簡(jiǎn)稱為III段）保護(hù)則是靠動(dòng)作電流和時(shí)限共同完成的。它們?cè)趩蝹?cè)電源輻射網(wǎng)中能夠保證選擇性，但在多電源網(wǎng)絡(luò)或單電源環(huán)網(wǎng)中，則只有在某些特殊情況下才能滿足選擇性要求。從速動(dòng)性方面來說，I段保護(hù)以保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作跳閘；II段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限一般在0.5s以內(nèi)，因而動(dòng)作迅速是這兩種保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。III段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)，特別是靠近電源側(cè)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限可能達(dá)幾秒，這是III段保護(hù)的主要缺點(diǎn)。從靈敏性上看，I段保護(hù)不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，且保護(hù)范圍受運(yùn)行方式的影響較大；II段保護(hù)，雖按保護(hù)線路全長(zhǎng)整定，但靈敏性依然受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響；III段保護(hù)因按最大負(fù)荷電流整定，靈敏性一般能滿足要求，但在長(zhǎng)距離重負(fù)荷線上，由于負(fù)荷電流幾乎與短路電流相當(dāng)，則往往難以滿足要求。受運(yùn)行方式影響大、靈敏性差是電流保護(hù)的主要缺點(diǎn)。從可靠性來看，由于三段式電流保護(hù)繼電器簡(jiǎn)單，數(shù)量少，接線、調(diào)試和整定計(jì)算都較簡(jiǎn)便，不易出錯(cuò)，因此可靠性較高?？傊问诫娏鞅Ｗo(hù)最主要的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，在一般情況下能滿足快速切除故障的要求，因此廣泛用于35kV及以下單側(cè)電源輻射電網(wǎng)中。第三章 電網(wǎng)相間短路的方向電流保護(hù) 復(fù)習(xí)思考題答案3-1單側(cè)電源環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，可以看成一個(gè)雙側(cè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)。沿順時(shí)針方向來看，各過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)滿足t1>t3>t5>t7；沿逆時(shí)針方向來看，應(yīng)滿足t8>t6>t4>t2。此外，還要考慮與相鄰母線上其它非環(huán)網(wǎng)出線的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限相配合，即比最大時(shí)限高一個(gè)級(jí)差Dt。例如，t1應(yīng)比t3和 t9的較大者高一個(gè)時(shí)限級(jí)差Dt。須指出的是，由于保護(hù)11所保護(hù)線路是在電源母線上，因此，兩個(gè)方向上的末端保護(hù)7和2，均不須與保護(hù)11配合（因?yàn)樵摮鼍€發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)7和2 上無短路電流流過）。設(shè)保護(hù)2、7的動(dòng)作時(shí)間為t2 =t7=0s（最末一級(jí)線路保護(hù)無須與其它保護(hù)配合，因此可以整定為0s過流），則其它各保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間分別為：t5 =t7+Dt=0.5st3 =t10+Dt=2.5s（因?yàn)閠10>t5）t1 =t3+Dt=3.0s（因?yàn)閠3>t9）t4 =t9+Dt=2.0s（因?yàn)閠9>t2）t6 =t4+Dt=2.5s（因?yàn)閠4=t10）t8 =t6+Dt=3.0s對(duì)于B母線上各出線保護(hù)來說，t2<t9<t3，因此，保護(hù)2需裝置方向元件，保護(hù)3不需裝；對(duì)于C母線上各出線保護(hù)來說，t5<t4=t10，因此，保護(hù)4、5均需裝方向元件；對(duì)于D母線來說，t7<t6，因此，保護(hù)7需裝方向元件，保護(hù)6不需裝。對(duì)于母線A來說，當(dāng)保護(hù)11所在出線發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)1、8處無短路電流流過，因此，保護(hù)1、8不需裝方向元件。對(duì)于所有非環(huán)網(wǎng)線路，如保護(hù)9、10、11所在線路均為單電源線路，因此，不需裝方向元件。3-2 按相位比較原理構(gòu)成的功率方向繼電器，比較相位的兩個(gè)電壓為當(dāng)時(shí)繼電器動(dòng)作。如果將相位比較的兩個(gè)電壓量作為平行四邊形的兩條邊可作平行四邊形如題3-2圖所示。當(dāng)q=90時(shí)（如題3-2圖（a）所示），繼電器處于臨界動(dòng)作狀態(tài)，此時(shí)，平行四邊形對(duì)角線的幅值關(guān)系為；當(dāng)q<90時(shí)（如題3-2圖（b）所示），繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)，此時(shí)，；當(dāng)q>90時(shí)（如題3-2圖（c）所示），繼電器不動(dòng)作，此時(shí)，?？梢姡店P(guān)系和相位關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的，因此，相位比較原理與幅值比較原理具有互換性。由相量關(guān)系不難看出當(dāng)時(shí)，繼電器動(dòng)作。從而由相位比較原理轉(zhuǎn)換為了幅值比較原理的功率方向繼電器。同理，若已知幅值比較原理的兩個(gè)電壓,同樣可以得到相位比較原理的兩個(gè)電壓由此可見，相位比較原理和幅值比較原理之間具有互換性。3-3 由于功率方向繼電器存在最小動(dòng)作電壓Uact.min，當(dāng)保護(hù)正向出口附近發(fā)生相間短路時(shí)，如果母線殘壓小于Uact.min，將導(dǎo)致方向繼電器在正向出口區(qū)域內(nèi)短路時(shí)不動(dòng)作，該區(qū)域稱為功率方向繼電器的死區(qū)。顯然，Uact.min越小，死區(qū)越小。對(duì)于教材中圖3-10所示功率方向繼電器，由于在電壓變換器UV一次回路中串接有電容C1，與UV一次繞組W1的電感構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，因此，即使輸入電壓突然消失，也可借助諧振回路的暫態(tài)過程，使W1上的電壓仍能維持一段時(shí)間，即對(duì)輸入電壓起到記憶作用，在記憶時(shí)間內(nèi)UV二次輸出電壓不為零。該記憶時(shí)間約為70ms。因繼電器動(dòng)作時(shí)間一般小于25ms，故可以消除功率方向繼電器的死區(qū)。3-4 理論上當(dāng)加入功率方向繼電器的電流為零或電壓為零時(shí)，都將使繼電器的動(dòng)作量與制動(dòng)量相平衡。以比幅式功率繼電器為例，動(dòng)作量，制動(dòng)量，當(dāng)或?yàn)榱銜r(shí)，繼電器不可能動(dòng)作。但實(shí)際上，由于繼電器內(nèi)部參數(shù)不平衡，只加電流而電壓為零，或只加電壓而電流為零時(shí)，極化繼電器KP線圈兩端出現(xiàn)動(dòng)作電壓或制動(dòng)電壓，使KP動(dòng)作或制動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為功率方向繼電器的潛動(dòng)。KP線圈上出現(xiàn)使其動(dòng)作的電壓，稱為正向潛動(dòng)；出現(xiàn)使其制動(dòng)的電壓，稱為反向潛動(dòng)。如果正向潛動(dòng)嚴(yán)重，則在保護(hù)安裝處反向出口短路時(shí)，功率方向繼電器可能誤動(dòng)。相反，如果反向潛動(dòng)嚴(yán)重，則正向出口短路時(shí)，功率方向繼電器靈敏性可能降低，甚至拒動(dòng)。3-5 90接線方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）不論發(fā)生三相短路還是兩相短路，繼電器均能正確判斷故障點(diǎn)方向；2）選擇合適的繼電器內(nèi)角a，可使繼電器在各種相間短路故障時(shí)，工作在接近最靈敏狀態(tài)；3）對(duì)于兩相短路故障無死區(qū)，因?yàn)榧尤肜^電器的電壓含有非故障相電壓，遠(yuǎn)大于繼電器的最小動(dòng)作電壓。對(duì)于近處三相短路，由于電壓回路的記憶作用，可以消除繼電器死區(qū)。3-6 最靈敏角的含義是指當(dāng)輸入繼電器的電壓滯后電流最靈敏角的大小時(shí)，動(dòng)作量最大，制動(dòng)量最小，繼電器工作在最靈敏狀態(tài)。3-7對(duì)于保護(hù)3來說，K點(diǎn)短路屬于正向近處短路，則保護(hù)安裝處各電氣量的相量關(guān)系如題3-7圖（a）所示。短路電流由電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，且滯后的角度為線路阻抗角，保護(hù)安裝處的電壓就是短路點(diǎn)的電壓，。（分析方法參考電力系統(tǒng)故障分析）。對(duì)于B相功率方向繼電器，按接線方式，輸入繼電器的電流，電壓，該電壓滯后電流。若繼電器內(nèi)角，則繼電器的動(dòng)作區(qū)為直線MN的陰影側(cè)，電流落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，繼電器動(dòng)作。對(duì)于保護(hù)2來說，K點(diǎn)為背后短路點(diǎn)，流過B相繼電器的電流為，即，從圖中可以看出，在動(dòng)作區(qū)之外，繼電器不動(dòng)作。對(duì)于保護(hù)1來說，K點(diǎn)短路為正向遠(yuǎn)處短路，保護(hù)安裝處各電氣量的相量關(guān)系如題3-7圖（b）所示。短路電流仍然由電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，且滯后于的角度為線路阻抗角。保護(hù)安裝處的電壓，。對(duì)于B相功率方向繼電器，電壓滯后電流。若繼電器內(nèi)角，則其動(dòng)作區(qū)為題3-7圖（b）中直線MN陰影側(cè)。電流在動(dòng)作區(qū)內(nèi)且在最靈敏線上，因此保護(hù)1的B相功率方向繼電器可以靈敏動(dòng)作。但對(duì)于保護(hù)1來說，K點(diǎn)短路為相鄰線路故障，可通過電流繼電器定值和時(shí)間繼電器延時(shí)來實(shí)現(xiàn)選擇性。只有在保護(hù)3或該線路斷路器拒動(dòng)的情況下，才會(huì)動(dòng)作，起遠(yuǎn)后備作用。（注意：教材61頁的圖3-17（b）應(yīng)為下圖所示,圖中直線MN與是重合的）復(fù)習(xí)思考題（第四章）4-1 在中性點(diǎn)直接接地和非直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)對(duì)接地保護(hù)要求如何？為什么？答：（1）中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，通常裝設(shè)專用而簡(jiǎn)單，動(dòng)作與跳閘的接地保護(hù)，因?yàn)榇蠼拥攸c(diǎn)電網(wǎng)發(fā)生接地故障的幾率特別大，發(fā)生接地短路時(shí)，將出現(xiàn)很大的故障相電流和零序電流，靈敏系數(shù)往往不能滿足要求，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，（2）中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，通常裝設(shè)動(dòng)作于信號(hào)也可跳閘的接地保護(hù)，因?yàn)橹行渣c(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)上流過比負(fù)荷小得多的電流，且電網(wǎng)的線電壓保持對(duì)稱，不影響對(duì)用戶供電。4-2 在中性直接接地電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)，零序電壓和零序電流有何特點(diǎn)？答：（1）零序電壓在故障點(diǎn)最高，離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越低，變壓器中性點(diǎn)處零序電壓為零。 （2）零序電流只在中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中流通。系統(tǒng)的零序阻抗越小，接地點(diǎn)的零序電流越大，流過兩側(cè)的零序電流與該側(cè)的零序阻抗成反比。 (3) 如正方向發(fā)生接地故障，零序電流超前零序電壓一個(gè)鈍角，零序功率由故障線路流向母線。4-3 變壓器中性點(diǎn)接地的基本原則有哪些？為什么？答：（1）每個(gè)發(fā)電廠或低壓側(cè)有電源的變電所至少有一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地，以防止由于失去中性點(diǎn)后發(fā)生接地短路時(shí)引起的過電壓。 （2）每個(gè)電源處有并列運(yùn)行的變壓器時(shí)，應(yīng)將部分變壓器的中性點(diǎn)接地。這樣，當(dāng)某一臺(tái)中性點(diǎn)接地變壓器由于檢修或其他原因退出時(shí)，可將另一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地，從而保護(hù)零序網(wǎng)絡(luò)基本不變，以保持零序電流的大小和分布不變。 （3）變壓器低壓側(cè)無電源時(shí)，為提高零序保護(hù)的靈敏性，變壓器應(yīng)不接地運(yùn)行。 （4）變壓器中性點(diǎn)絕緣水平較低時(shí)，中性點(diǎn)必須接地，以防止由于中性點(diǎn)電壓升高導(dǎo)致的絕緣損壞。4-4 通過哪些方法可以獲取零序電流和零序電壓？產(chǎn)生不平電流 的原因有哪些？答：（1）零序電流的獲得：a) 利用三個(gè)同型號(hào)的電流互感器并接獲得。b) 利用零序電流互感器獲得。 （2）零序電壓的獲得：a) 利用電壓互感器開口三角形獲得。b) 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器或消弧線圈接地，通過二次側(cè)可獲得。 （3）不平衡電流產(chǎn)生的原因：如采用三個(gè)同型號(hào)的TA并接獲得零序電流，正常運(yùn)行和相間短路時(shí)，若考慮TA勵(lì)磁電流的影響，此時(shí)零序電流濾過器輸出電流。另外三只TA的特性不完全一致也會(huì)造成不平衡電流。而采用零序電流互感器，正常運(yùn)行和相間短路時(shí)，一次側(cè)三相電流平衡二次就不會(huì)出現(xiàn)零序電流。4-5 圖4-18為中性點(diǎn)直接地系統(tǒng)中某一線路，正常時(shí)流過的負(fù)荷電流為400A。已知：電流互感器變比為600/5，零序電流繼電器的動(dòng)作電流Iact.k=3A，試問：（1） 正常運(yùn)行時(shí)，若互感器的極性接反，繼電器是否會(huì)誤動(dòng)作？為什么？（2） 正常時(shí)若有一個(gè)互感器二次側(cè)斷線，繼電器是否會(huì)誤動(dòng)作？為什么？（3） 如要實(shí)現(xiàn)零序方向過電流保護(hù)需增加那些設(shè)備和繼電器，試在圖4-18中補(bǔ)充、畫出連接情況并標(biāo)示其極性端。答：（1）一個(gè)極性接反，流過繼電器的電流為 I = 2400/（6005） = 6.67A3A 所以會(huì)誤動(dòng)。見題4-5（a） （2）一個(gè)互感器二次側(cè)斷線，流過繼電器的電流為 I = 400/（6005）= 3.33A>3A 所以會(huì)誤動(dòng)。見題4-5（b）（4） 如通過電流保護(hù)已實(shí)現(xiàn)跳閘功能，則需添加零序功率方向繼電器，其電流取零序電流濾序器輸出，電流取TA開口三角，接線見題圖4-5（c）。 如通過電流保護(hù)來實(shí)現(xiàn)跳閘功能，則還需添加時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器、跳閘線圈等設(shè)備，具體見圖4-5（c）。4-6 在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，為何不采用三相式相間電流保護(hù)兼作單相接地保護(hù) ？答：（1）三相式相間電流保護(hù)的速斷及延時(shí)速斷部分，是按最大運(yùn)行方式下的三相短路電流進(jìn)行整定，三相式相間過電流保護(hù)采用負(fù)荷電流進(jìn)行整定，且時(shí)限較長(zhǎng)，因而在本線或相鄰線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地故障電流可能小于整定值，造成保護(hù)拒動(dòng)或經(jīng)長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作，保護(hù)的靈敏性、速動(dòng)性不滿足要求。 （2）三相式相間電流保護(hù)可能受到振蕩及過負(fù)荷的影響。 綜合以上兩點(diǎn)，可知不宜采用三相式相間電流保護(hù)兼作單相接地保護(hù)。4-7 在下圖網(wǎng)絡(luò)中，擬在斷路器QF1-QF5上裝設(shè)過電流保護(hù)和零序過電流保護(hù)，取t=0.5s，試確定：（1）過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限； （2）零序過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限；（3）畫出兩種保護(hù)的時(shí)限特性。答：（1）QF5： t5= 1.5S QF4： t4= 2S QF3： t3= 2.5S QF2： t2=3.5S QF1： t1=4S（2）QF5： t0.5 =0S QF4： t4= 2S QF3： t0.3=1.5S QF2： t0.2=2S QF1： 不裝零序過電流(3)動(dòng)作時(shí)限如題4-7圖4-8 為什么零序功率方向繼電器不需要 “記憶” 回路?接地短路時(shí),該繼電器在哪些情況下不動(dòng)作?答： 因接地故障點(diǎn)愈靠近保護(hù)安裝處,零序電壓越高,不存在電壓死區(qū),所以不需 “ 記憶” 作用。繼電器在下列情況下不動(dòng)作： 接地短路時(shí)，該繼電器在反方向故障時(shí)不動(dòng)作； TV斷線，輸入KWZ的3U0=0，KWZ不動(dòng)作； 接線錯(cuò)誤、極性接反則正方向接地故障時(shí)不動(dòng)作； 繼電器內(nèi)部元件損壞也不能造成不動(dòng)作。4-9 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地時(shí)有哪些特征？試比校實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的方式及其適用范圍。答：1、（1）接地相對(duì)電壓為零，非故障相電壓倍。該電網(wǎng)出現(xiàn)零序電壓，數(shù)值上等于故障前電網(wǎng)的相電壓 ，且各處零序電壓相等。 （2）非故障線路保護(hù)安裝處通過的零序電流為該線路的零序電容電流，數(shù)值為 （如線路L1） ；方向從母線流向線路，它超前零序電壓900 。 （3）故障線路保護(hù)安裝處通過的零序電流為該電網(wǎng)所有非故障元件的零序電容電流之和，方向從線路流向母線，它滯后零序電壓900 。（5） 接地點(diǎn)流過該電網(wǎng)各元件對(duì)地電容電流之和，即 2、 實(shí)現(xiàn)方式：（a）絕緣監(jiān)視裝置，沒有選擇性。 （b）零序電流保護(hù)，適用于有條件安裝零序電流互感器的線路上。 （c）零序功率方向保護(hù)，適用于線路數(shù)較少，且零序電流保護(hù)的靈敏系數(shù)不滿足要求。4-10 消弧線圈的作用是什么？通常采用哪些補(bǔ)償方式，為什么？為什么中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)較為困難？答：（1）消弧線圈的作用：當(dāng)單相接地時(shí)，有一感性電流通過，接地點(diǎn)并與電網(wǎng)的電容電流抵消，從而減小接地點(diǎn)電流。 （2）通常采用過補(bǔ)償，因?yàn)橥耆a(bǔ)償和欠補(bǔ)償都有可能使，即，引起串聯(lián)諧振。 （3）故障線路補(bǔ)償后的感性電流與相位關(guān)系和非故障線路性電流與的相位關(guān)系相同；在數(shù)值上也和非故障線路的容性電流差不多，因此不能采用零序功率方向保護(hù)和零序電流保護(hù)，所以，實(shí)現(xiàn)有選擇性的接地保護(hù)較困難。第五章 電網(wǎng)的距離保護(hù)復(fù)習(xí)思考題答案5-1 試說明距離保護(hù)的測(cè)量阻抗Zm，整定阻抗Zset和輸電線路故障時(shí)的短路阻抗Zk的含義和區(qū)別；如何算出阻抗繼電器的相應(yīng)阻抗值？答：測(cè)量阻抗Zm： 保護(hù)安裝處電壓與電流之比，為實(shí)際測(cè)量阻抗；整定阻抗Zset：為人為整定的阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗；短路阻抗Zk：為短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的實(shí)際距離所對(duì)應(yīng)的阻抗值； 計(jì)算阻抗繼電器的相應(yīng)阻抗值 ：區(qū)別：保護(hù)測(cè)量阻抗不一定等于短路阻抗，測(cè)量阻抗相應(yīng)于一次子系統(tǒng)變化而變化；整定阻抗一經(jīng)整定后相對(duì)固定。5-2 何為距離保護(hù)？試?yán)L圖表述三段式距離保護(hù)的時(shí)限特性和構(gòu)成框圖。答：距離保護(hù)：利用測(cè)量阻抗來反應(yīng)保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的距離并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)。注：段為距離保護(hù)的時(shí)限為保護(hù)固有動(dòng)作時(shí)間；段為距離保護(hù)的時(shí)限比相鄰距離保護(hù)段大一個(gè)時(shí)間級(jí)差t；段為距離保護(hù)的時(shí)限比相鄰線路的距離保護(hù)時(shí)限最大值大一個(gè)時(shí)間級(jí)差t；起動(dòng)部分、測(cè)量部分同時(shí)動(dòng)作，保護(hù)才出口跳閘。5-3 試在復(fù)數(shù)阻抗平面上畫出Zset相同的全阻抗、方向阻抗、偏移特性和電抗型阻抗繼電器的動(dòng)作特性；按幅值比較原理寫出它們的動(dòng)作條件；并利用比幅式和比相式的互換關(guān)系，分別寫出相位比較原理的動(dòng)作條件。答：見表繼電器動(dòng)作特性圖比幅式動(dòng)作條件比相式動(dòng)作條件Zm全阻抗 zset Zm方向阻抗 zset Zm偏移阻抗 zset -zset Zm電抗型 jXset Zset 題5-3表5-4 某方向阻抗繼電器zset=8600，若zm=7300，試問該繼電器能否動(dòng)作？為什么？答： 如題5-4圖，由數(shù)學(xué)計(jì)算可得：阻抗角為300的臨界動(dòng)作阻抗，測(cè)量阻抗在動(dòng)作圓之內(nèi)，所以能動(dòng)作。5-5 對(duì)偏移特性阻抗繼電器是否需設(shè)記憶回路和引入第三相電壓？為什么？答：對(duì)偏移特性阻抗繼電器不需設(shè)記憶回路和引入第三相電壓。因?yàn)槠铺匦宰杩估^電器動(dòng)作阻抗圓包括圓心，無死區(qū)，所以不需設(shè)記憶回路，故也不需引入第三相電壓。5-6 比幅式繼電器和比相式繼電器一般由哪幾部分組成？試畫出兩種方式下全阻抗繼電器的電壓形成回路。答：（1）比幅式繼電器和比相式繼電器一般由：電壓形成回路、相位比較回路和執(zhí)行元件組成。 （2）圖見教材P89圖5-10。5-7 試說明動(dòng)作條件為的積分比相電路的構(gòu)成原理，若時(shí)，該電路能否動(dòng)作？為什么？答：（1）見教材圖5-14，設(shè)u2滯后u1的相角差為，在半個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)異性重合即同時(shí)為一正一負(fù)的角度為。當(dāng)，對(duì)工頻信號(hào)異極性重合時(shí)間t=5ms。可利用測(cè)量異極性重合時(shí)間來判別u1與u2之間的關(guān)系。只要t5ms，就能判定。可以通過異或門比相電路實(shí)現(xiàn)。（2）不能動(dòng)作。因?yàn)槠陂g，t5ms，通過5ms延時(shí)電路后無輸出，所以不能動(dòng)作。5-8 試說明形整流比相電路的工作原理。答：由四個(gè)二極管構(gòu)成的環(huán)形整流比相電路如題5-8圖（a）所示。其等效電路如題5-8圖（b）。見題5-8圖（c）將工頻一個(gè)周期分為八個(gè)時(shí)間段來分析：1段i1為正i2為負(fù)，| i2| i1|，V2、V3通，i2在m、n兩點(diǎn)產(chǎn)生壓降Umn=0，小電流i1經(jīng)V3、n、R2、R1、m、V2構(gòu)成回路，i1在R1，R2上產(chǎn)生壓降Umn= -2 i1R0，此時(shí)輸出電壓Umn由小的電流i1決定，并隨i1增大而增大，當(dāng) |Umn|2UV時(shí)V1導(dǎo)通，Umn被箝制在2UV ；2段i1為正i2為負(fù)，i1為大電流，經(jīng)V1、V2流通，V3、V4截止，i2為小電流，經(jīng)O、R1、m、V1及O、R2、n、V2構(gòu)成回路，Umn= Umo= -2 i2R0，如|Umn|2UV，V3導(dǎo)通，Umn被箝制在2UV。當(dāng)i2趨向于0時(shí)，|Umn|也趨向于0；3段i1為正i2為正，i1為大電流，V1、V2導(dǎo)通，i2經(jīng)V1、m、R1、O及V2、m、R1、O構(gòu)成回路，Umn= 2 i2R，并隨i2增大而增大，當(dāng) |Umn|2UV時(shí)V4導(dǎo)通，Umn被箝制在2UV ；4段i1為正i2為正，| i2| i1|，V1、V4導(dǎo)通，2i2經(jīng)V1、m、R1、O及O 、R2、n、V4構(gòu)成回路，Umo= i2R2，Uon= -i2R2，故Umn= Umo+Uon=0。i1經(jīng)V1、m、R1、O、R2、n、V4構(gòu)成回路，Umn= 2 i1R。并隨i1增大而減小。如 |Umn|2UV則V2也導(dǎo)通，Umn被箝制在2UV 。當(dāng)i1趨向于0時(shí)，|Umn|也趨向于0；5、6、7、8段類似。該比相回路的工作特點(diǎn)為：（1） 測(cè)量回路中二極管的工作狀態(tài)由大電流決定，而輸出電壓Umn的大小由小電流決定；（2） 輸出電壓最大值被兩個(gè)二極管箝位在2UV上，當(dāng)| Umn |=2UV時(shí)，一定由三個(gè)二極管導(dǎo)通；（3） 輸出電壓Umn的極性，由兩個(gè)比較電流的相對(duì)極性而決定，同極性時(shí)Umn恒為正，異極性時(shí)恒為負(fù)；（4）分析題5-8圖（c）中所示的輸出電壓波形可以推知：當(dāng)時(shí)，輸出電壓平均值為正，輸出電壓持續(xù)為正的時(shí)間大于5ms；當(dāng)時(shí)，輸出電壓平均值為負(fù)，輸出電壓持續(xù)為負(fù)的時(shí)間大于5ms；這說明Umn的平均值反應(yīng)了和之間的相位關(guān)系，只要將Umn濾波，取出平均值，就可以實(shí)現(xiàn)比相式繼電器的動(dòng)作條件。若不進(jìn)行濾波，直接利用輸出電壓持續(xù)為正或負(fù)的時(shí)間也同樣可以實(shí)現(xiàn)。5-9 在反應(yīng)接地短路的阻抗繼電器接線方式中，為什么要采用零序補(bǔ)償？又是如何獲得的？答：是由于三相輸電線路之間存在互感的影響，被保護(hù)線路單位公里的正序阻抗Z1不等于被保護(hù)線路單位公里的零序阻抗Z0 ，如果直接采用注：Zm為測(cè)量阻抗，、 為該相相電壓、相電流。則ZmZ1Lk（為母線到故障點(diǎn)的距離），將直接影響測(cè)量阻抗的大小。采用零序補(bǔ)償后，加入繼電器的電流為.（ Ip為該相電流，為零序補(bǔ)償電流，K通常取實(shí)數(shù)）即將測(cè)量電流由變?yōu)?，使測(cè)量阻抗由變?yōu)?，使接地短路時(shí)測(cè)量阻抗。(接線如題5-9圖)5-10 方向阻抗繼電器為何有死區(qū)？又是如何克服的？這些方法各有什么特點(diǎn)？答：其動(dòng)作方程為,可見，繼電器在出口故障時(shí)，由于Um趨向于零，方程兩邊近似相等，阻抗繼電器無法動(dòng)作，存在死區(qū)。為了克服死區(qū)，除采用偏移阻抗繼電器外（不能作為I段的測(cè)量元件），還可采用記憶回路或采用引入第三相電壓的方法。特點(diǎn)：如采用記憶回路，記憶時(shí)間較短，一般只能消除距離I段測(cè)量元件的死區(qū)。 如采用引入第三相電壓的方法，能防止出口兩相短路保護(hù)拒動(dòng)和反向出口兩相短路保護(hù)誤動(dòng)作。但在出口三相短路時(shí)，由于插入電壓為零，因此失效。 如采用向第三象限偏移的方法，對(duì)于出口相間短路都能反應(yīng)。但對(duì)于反向出口短路有誤動(dòng)作可能，所以，只能在已判定為正方向故障后才向第三象限偏移。以上三種方法應(yīng)配合使用，才能發(fā)揮最好效果。5-11 具有極化電壓的比相式方向繼電器，極化電壓的作用是什么？怎樣實(shí)現(xiàn)的？如何調(diào)整定阻抗值和最靈敏角？當(dāng)>（線路阻抗角）對(duì)保護(hù)有何影響？答：極化電壓的作用是消除阻抗繼電器的動(dòng)作死區(qū)。具體實(shí)現(xiàn)方法，以AB相阻抗繼電器為例當(dāng)三相短路時(shí) 反應(yīng)了RCL記憶回路的電壓。當(dāng)兩相短路時(shí) 反應(yīng)在的第三相電壓、及記憶回路上的電壓。 如何調(diào)整定植整定阻抗: 注：為電抗變壓器轉(zhuǎn)移阻抗，為整定變壓器的變換系數(shù)改變UR 一次側(cè)抽頭可以調(diào)節(jié)（粗調(diào)），調(diào)節(jié)UV為二次側(cè)抽頭可調(diào)節(jié)，改變UR的副邊電阻 可調(diào)整最靈敏角。當(dāng)>時(shí)，將使保護(hù)的范圍縮短，只有= 時(shí)，方向阻抗繼電器保護(hù)范圍為最大. 5-12 何謂阻抗繼電器的精確工作電流？它與繼電器的哪些參數(shù)有關(guān)？當(dāng)短路時(shí)加入繼電器的電流小于繼電器的精確工作電流時(shí)，對(duì)保護(hù)有何影響？答：所謂精確工作電流是指，當(dāng)=，對(duì)應(yīng)于=0.9時(shí)，通入繼電器的電流，記作Iac。它與 與有關(guān)（為克服功率消耗或管壓降所對(duì)應(yīng)的電壓，為電抗變壓器轉(zhuǎn)移阻抗）當(dāng)短路電流小于精確工作電流時(shí)，阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗的誤差就會(huì)變大，從而使保護(hù)范圍縮短，縮短范圍大于10%。5-13 試分析說明三種圓特性阻抗繼電器，哪一種受過渡電阻的影響最小？哪一種受系統(tǒng)振蕩影響最?。看穑喝珙}圖5-13（a），阻抗繼電器的動(dòng)作特性在+R軸方向所占的面積愈大，受過渡電阻的影響愈小。所以，受影響程度從大到小依次為透鏡型阻抗繼電器，方向阻抗繼電器，全阻抗繼電器。如題圖5-13(b)可得，繼電器特性在阻抗平面上沿方向所占的面積越大，受影響的程度越大。從大到小依次為全阻抗繼電器，方向阻抗繼電器，透鏡型繼電器。5-14 當(dāng)方向阻抗繼電器的時(shí)，從減小過渡電阻的影響出發(fā)，選擇>還是<為好?答：應(yīng)選擇<，這樣做方向阻抗圓在R+方向所占面積變大，使測(cè)量阻抗加上一定量的偏移量下，仍能落在阻抗圓內(nèi)，使繼電器不會(huì)振動(dòng)。 5-15 如圖5-32所示系統(tǒng)，方向阻抗繼電器M安裝在p=0.75處（p=），試分析在系統(tǒng)振蕩時(shí)，該繼電器的動(dòng)作情況？答：如圖5-37。 已知 ，由如圖之規(guī)定方向及假設(shè)條件，可得 當(dāng)時(shí) ， 如方向阻抗繼電器M保護(hù)方向指向N側(cè)，則測(cè)量阻抗 位于第三象限，繼電器不受影響 如保護(hù)方向指向M側(cè)，則Zmp有可能落入動(dòng)作范圍內(nèi)，造成繼電器誤動(dòng)作，如采用振蕩閉鎖可解決此問題。5-16 為什么電壓回路斷線對(duì)于采用或其增量作為起動(dòng)元件的距離保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作？圖5-31所示斷線閉鎖繼電器為何在一相熔斷器兩側(cè)并聯(lián)一個(gè)電容C？答：因?yàn)殡妷夯芈窋嗑€只對(duì)測(cè)量電壓，產(chǎn)生影響，使測(cè)量阻抗變小或?yàn)榱?，但由于保護(hù)采用或起增量作為起動(dòng)元件，而此時(shí)一次系統(tǒng)并無故障,所以,保護(hù)不會(huì)起動(dòng)，光有測(cè)量部分動(dòng)作，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。 并聯(lián)電容可在三相熔斷器熔斷時(shí)，如不加電容C，則上電壓為零。加電容后，通過C給加入一相電壓，使斷線閉鎖繼電器動(dòng)作。5-17 試分析說明將圖5-38負(fù)序電壓濾過器任意兩個(gè)輸入端子互換，就變成一個(gè)熱正序電壓濾過器？ 答：將負(fù)序電壓濾過器的兩個(gè)端子互換，如輸入的是正序電壓，則端子互換后，相當(dāng)于輸入了負(fù)序電壓，此時(shí)濾過器有輸出，即濾過器輸入正序電壓時(shí)有輸出，濾過器變成正序?yàn)V過器。舉例說明：假設(shè)將A，B端子互換，如右圖5-17（a）,輸出電壓UMN等于R1兩端電壓加上X2兩端電壓。輸入正序電壓時(shí)，相量圖如圖(a);UMN有輸出。輸入負(fù)序電壓時(shí)，相量圖如圖(c) 圖1UMN=0，無輸出，即AB端子互換后，負(fù)序?yàn)V過器成了正序?yàn)V過器。5-18 試說明對(duì)振蕩閉鎖回路的要求和利用元件起動(dòng)，反映測(cè)量阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路的原理。答：對(duì)振蕩閉鎖回路的要求是：（1）系統(tǒng)振蕩而未發(fā)生短路室，應(yīng)可靠地將保護(hù)閉鎖。（2）在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，不論系統(tǒng)有無振蕩，應(yīng)快速開放距離、段（即解除閉鎖）。原理：振蕩時(shí)測(cè)量阻抗變化速度較故障時(shí)測(cè)量阻抗速度慢。利用此特點(diǎn)，在三段式距離保護(hù)中，已知，如、同時(shí)起動(dòng)，則故障落入段范圍內(nèi)如、同時(shí)起動(dòng)，則故障落入段范圍內(nèi)如先動(dòng)，次之，最后起動(dòng)，則為振蕩，則應(yīng)閉鎖如先動(dòng)，經(jīng)JZ3到T0如在此時(shí)間段內(nèi)未動(dòng)，（說明為振蕩）T0延時(shí)到后，則閉鎖JZ1、JZ2，不允許跳閘。 5-19 圖5-57所示的網(wǎng)絡(luò)中，試對(duì)三段式距離保護(hù)1（擬采用全阻抗繼電器）進(jìn)行整定計(jì)算，并較驗(yàn)其靈敏系數(shù)。如果距離段靈敏系數(shù)不滿足要求，應(yīng)采用什么措施？已知線路AB的=400A，COS=0.866，=75，=0.8，=1.25，=1.17，=1。解：1.元件阻抗計(jì)算：=0.430=12 =0.440=16 =10.5%=44.12.距離I段 ： =0.8512=10.2 =0s3.距離段 ： 與下一線保護(hù)I段配合（K1） =0.8516=13.6 最小分支系數(shù)（考慮無助增電源情況） = = =1 =（+Kb.min） =0.8（12+113.6）=20.48 躲過線路末端變壓器低壓側(cè)出口（K2）的測(cè)量阻抗。 = = 1 =（+Kb.min）=0.8（12+144.1）=44.88以上兩計(jì)算值取較小者作為距離段整定值，即= 20.48 =1.71>1.3 =0.5s4.距離段： =149.4 =102.2 =1+0.5=1.5s （注：由t5=0.5S可得t3=1s，由t7=1.5s可得t4=1s取其中較長(zhǎng)的值） 近后備: =8.52>1.5 遠(yuǎn)后備： 故障： =1.73 =2.576>1.2 故障 =1.16<1.2靈敏度不夠，可采用方向阻抗繼電器。由COS=0.866可得=75 =1=143.9 =1.63>1.2滿足條件5-20 概述晶體管型距離保護(hù)裝置并說明振蕩閉鎖回路和三段 跳閘回路的動(dòng)作過程。答：裝置采用六個(gè)按接線方式，帶記憶回路的方向阻抗繼電器構(gòu)成、段可切換，第段獨(dú)立的三段式距離保護(hù)。裝置主要由起動(dòng)部分、測(cè)量部分、邏輯部分組成。 、為段、側(cè)量元件。起動(dòng)元件動(dòng)作后，經(jīng)0.1s由段定值切換到段定值。、為第段測(cè)量元件。負(fù)序電流和零序電流增量作為起動(dòng)元件，為提高三相同時(shí)性短路起動(dòng)的可靠性，采用電流微分繼電器K7作為輔助起動(dòng)元件，使起動(dòng)回路雙重化。 振蕩閉鎖回路利用起動(dòng)元件與相電流元件KA，阻抗元件Z動(dòng)作先后原理構(gòu)成。 保護(hù)、動(dòng)作邏輯回路，含有切換、禁止、起動(dòng)延時(shí)等回路。 考慮到電源電阻影響，裝置設(shè)有根據(jù)需要可通過跨線實(shí)現(xiàn)的段瞬時(shí)測(cè)定回路，手動(dòng)合閘和自動(dòng)重合后加速回路以及高頻閉鎖回路。 設(shè)置了閉鎖和信號(hào)回路。振蕩閉鎖回路的工作情況：見題圖5-51 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，因元件先于相電流元件KA和測(cè)量元件Z動(dòng)作，JZ6、H4將JZ7閉鎖。對(duì)應(yīng)于KA和Z的H6輸出信號(hào)不能通過JZ7去閉鎖JZ6。這樣，JZ6的輸出信號(hào)通過JZ5、H7控制與門Y1、Y2開放，即距離、段開放。同時(shí)，JZ6的輸出經(jīng)T7延時(shí)0.2秒后閉鎖JZ5，去控制、段的開放時(shí)間，以防區(qū)外短路后系統(tǒng)振蕩引起保護(hù)誤動(dòng)。系統(tǒng)靜穩(wěn)定破壞發(fā)生振蕩時(shí)，在振蕩開始的前半周期內(nèi)，相電流元件KA（按躲過最大負(fù)荷電流整定）和阻抗原件Z（其中按躲過最小負(fù)荷阻抗整定）先于元件動(dòng)作，經(jīng)H5、T6、H6、JZ7閉鎖JZ6，且使H6有自保持。這樣，JZ6被可靠閉鎖，保護(hù)被閉鎖。如果在振動(dòng)過程中進(jìn)行操作時(shí)即使起動(dòng)元件動(dòng)作，JZ6也不會(huì)有輸出，不開放保護(hù)，從而防止振動(dòng)過程中有操作引起保