《电力系统继电保护》题与习题解答

电力系统继电保护思考题与习题解答1- 1 什么是故障、不正常运行方式和事故？它们之间有何不同？又有何联系？ 答：在电力系统运行中，电气元件发生短路、断线时的状态均视为故障状态。 在电力系统中，三相短路、两相短路、两相接地短路、一相接地短路、两点接地短 路（实际上也属相间短路）和断线统称为电力系统的故障。在电力系统中可能会出现各种各样的故障， 但最常见且最危险的故障就是各种类型 的短 路。电力系统的不正常工作状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏， 但没有 发生故障的运行状态。常见的不正常运行状态主要是：过负荷，过电压、系统振荡，频 率降低等。事故是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，电能质量变到不能容许的程度， 以致造成对用户的停止供电（或少送电）或造成人身伤亡和电气设备的损坏。前者称为 停电事故，后者称为人身和设备事故。不正常工作状态的性质、后果和危害性有别于故障，长时间的不正常运行有可能造成故障。电力系统中发生故障和不正常运行状态时，都可能在电力系统中引起事故。故障和不正常运行方式不可以避免，而事故则可以避免发生。1-2 什么是主保护和后备保护？远后备保护和近后备保护有什么区别和特点？ 答：主保护：是为满足电力系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护：是当主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。它又分为远后备保护 和近后备保护两种。远后备保护：指主保护或断路器拒动时，由相邻元件的保护来实现的后备保护。 远后备保护的性能比较完善，它对相邻元件的保护装置、断路器、二次回路和直流 电源引起的拒动，均能起到后备作用，且实现简单、经济。但远后备保护将使停电的范 围扩大，不能满足选择性和速动性的要求。近后备保护：当主保护拒动时，由本元件的另一套保护来实现的后备保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护。由于近后备保护与主保护安装在同一元件上，所以近后备保护能满足选择性要求。1-3 继电保护装置的任务及其基本要求是什么？ 答：继电保护装置是指能反应电力系统中电气元件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。它的基本任务是：（ 1 ）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（ 2 ）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班人员）而动作于信号，以便值班人员及时进行处理，或由装置自动进行调整，或将那些 继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时保护应有一定的延 时，以免造成保护的误动作。（ 3 ）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时， 采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。继电保护在电力系统中的主要作用是：通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。对继电保护装置的基本要求是：（ 1 ）可靠性 可靠性包括安全性和依赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电 保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓依赖性是要求继电保护在规定 的保 护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。（ 2 ）选择性 所谓选择性是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设 备或线路从电力系统中切除，以尽量缩小停电的范围。当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。（ 3 ）速动性所谓速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。（ 4 ）灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。1-4 电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，想像一下会出现什么后果？ 答：继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的必不可 少的技术措施之一。在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置或继电保护装 置不完善，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。当故障发生时，不能及时进行处理，不能及时切除故障，导致电力系统运行不稳定，甚至引起电力系统崩溃，造成人员 伤亡及设备的毁坏，引起事故。1-5 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：模拟型继电保护装置主要是由测量回路、逻辑回路和和执行回路三个环节来完 成预定的保护功能。测量回路的作用：是测量与被保护电气设备或线路工作状态有关的物理量的变化， 如电流、电压等的变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出现不正常运行情况。逻辑回路的作用：是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作，并向执行元件发出相应的信号。执行回路的作用：是执行逻辑回路的判断，发出切除故障的跳闸信号或指示不正常运行情况的信号。1-6 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幅值差异，已经构 成哪些原理的保护，这些保护仅靠保护的整定值能切除保护范围内任意点的故障吗？答：根据短路时电流的增大，可构成过电流保护；根据短路时电压的降低，可构成 低电压保护；根据短路时电流与电压之间相角的变化，可构成功率方向保护；根据电压与电流比值的变化， 可构成距离保护； 根据不对称短路时出现的电流、 电压的相序分量， 可构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。这些保护仅靠保护的整定值不能切除保护范围内任意点的故障。因为保护装置或断 路器可能会因某种原因而产生拒动。1-7 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：根据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化， 可构成差动保护；高频保护是利用高频通道来传递线路两端电流相位、大小和短路功率方向信号的一种保护。1-8 结合电力系统分析课程知识，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：快速切除故障可以提高电力系统运行的稳定性如图:ATO旷当D点短路时，A厂的电压U下降，转速n上升，而B厂的电压U下降的小（因 距离 远），转速n上升的也小，则出现转速差A n,若时间长，失去同步。若时间短，贝 U相位差不 大，易拉入同步，使系统恢复正常。1-9从继电保护的发展史，谈与其他学科技术发展的关联性。答：从继电保护的发展史可以知道，继电保护的发展离不开其他学科技术的发展，没有继电器的问世，就不会出现继电保护，没有晶体管的产生，就不会出现静态继电保护形式，没有计算机、微处理器的问世，就不会出现微机继电保护。其他学科技术的快速发展，带动了继电保护技术的快速发展，所以继电保护技术的发展与其他学科技术的发展是有很大的关联性的。2-1电力系统中性点有哪些运行方式？各有何特点2-2解释“动作电流”、 有何缺点？“返回电流”和“返回系数”，过电流保护返回系数过低或过图各2-3 答:2-15答：根据过电流保护动作时限的整定原则:过电流保护的动作时限按阶梯原则整定，还需要与各线路末端变电所母线上所有出线保护动作时限最长者配合。保护在线路末端B母线上出线动作时间最长的是t4max2.5S,则保护1的过电流保护的动作时限为 t1 t4maxt 2.5 0.5 3S2-16 答:(1)求动作电流。最大短路电流来整定,保护1电流I段整定计算：按躲过最大运行方式下本线路末端（即 即护的K1点）三相短路时流过保1OP1KrmjjAZSA36.75/ ? 32a采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为I 1 OP 12? 65244.2AIOPJ Kta60求动作时限。第I段为电流速断，动作时间为保护装置的固有动作时间，即t10（ s）灵敏系数校验，即求保护范围。在最大运行方式下发生三相短路时的保护范围为Lmax1 EsZS min乙 I OP 1136.75 / .3410.0 km则La %Lmax100%i1000%L11566.67%50% ,满足要求0.42.652在最小运行方式下发生二相短路时的保护范围为1LminZ1 . 3 ES_Z2 i op 1S max10.4.3 36.75/ ?、354.82 km22.652则 Lmin%Lmin100%Li4.82 100% 32.13%15%,满足要求。15(2)保护1电流II段整定计算求动作电流。按与相邻线路保护配合的i段动作电流相原则来整定，即ii ii iIOPI Krei?10P2 1.1 1.2536.75/131.217(KA)4 0.415 35采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为iiOP JIOP1K TA1.2176020.3(A)求动作时限。应比相邻线路保护 I段动作时限高一个时限级差，即t1ii 12 t 0 0.5 0.5( S)(即K1点)发生两相金属性短路时流过灵敏系数校验。利用最小运行方式下本线路末端 保护的电流来校验灵敏系数，即3? Es3 36.75/3(2) ? ?Ksen1 丘严2 ZSmaX ZL5-74 15 1.373 1.3 ,满足要求。I op1I op11.217(3)保护1电流III段整定计算求动作电流。按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定，即1 2 1 50.85230 487.059 Aiiii Kre1?KSSii OP1i L maxK re采用两相不完全星形接线方式时流过继电器的动作电流为IOP1IOpj487.059KTA608.118(A)求动作时限。应比相邻线路保护的最大动作时限高一个时限级差，即t； t2max tt3maxt t 0.5 0.5 0.5 1 .5(S)灵敏系数校验。作近后备保护时，利用最小运行方式下本线路末端(即 路时流过保护装置的电流来校验灵敏系数，即K1点)发生两相金属性短IK IIIK1 minK sen 1fiI-I 0P13?2 ZEsSmax Z1L1 1 0P1.3 ? 36.75/ . 35 0.4 15 3.423487.059/10001.5,满足要求。作远后备保护时，利用最小运行方式下相邻线路末端(即 路时流过保护装置的电流来校验灵敏系数，即K2点)发生两相金属性I (2)sen 1K1 min卫？邑2ZS maxZ1 l 13?36.75/31 OP12-457篇监。以1496 1二满足要求。OP12-17 答:2-18 答:1)根据已知条件,通过保护4的最大负荷电流为I Lmax 400 500 5501450A则保护4的过电流保护的动作电流为1HG?KsS?1Lmax40P1.15 1.3 14502550.294AKre0.85(2)保护4的过电流保护的整定值不变，当保护1所在元件故障被切除后，通过保护4的最大负荷电流为iLmax 500 5501050A,则返回系数为K K-/K /Iq.15 1.3 1050I 4I0P0616,即返回系数低于此值时会造成保护2550.2944误动作。(3)当Kre 0.85时，保护4的过电流保护的灵敏系数为Ksin3.2,则Ik minKsen?1410p 3.2 2550.294 8160.941A ,当Kre 0.7时，保护4的过电流保护的动作电流为140P Krel-?KSS?lLmax 1.15 1.3 1450 3096.786A ,则保护 4 的过电流保护的灵 Kre0.7(2)敏系数为KS ;埠匝8160941 2.635。ihp 3096.7862- 19 答:343- 25解：线路AB的正序阻抗Zab 0.4 85线路BC的正序阻抗Zbc 0.4 60241距离I段的整定计算整定阻抗 zset KreiZAB 0.85 34 28.9动作时限t1 0s (I段的实际动作时限为保护固有动作时间)2距离II段的整定计算整定阻抗：按与相邻线路BC保护2的I段配合，ZS； t Kr； Zab Zs； t2取镖 0.8, ZSet2k； iZbc0.85 24 20.4 ,则zs； t0.834 20.443.52 灵敏系数校验：按本线路末端短路计算，即Ksen空4352 1.28 1.5 ,不满足要求，可考虑与 BC线路距离II段配合Zab 34 动作时限：与相邻线路保护的I段配合，则tII t2 t 0 0.5s0.5s(1) A侧保护1的距离I段的保护范围为LI空72.25km0.4在线路AB上距A侧65km处发生金属性相间短路时，故障点位于 I段的保护范围 内,所 以A侧保护1的I段、II段都要起动，但I段瞬时动作，跳开 A侧断路器，切除 故障线路，II段 则在故障电流消失后返回。在线路AB上距A侧75km处发生金属性相间短路时，故障点位于II段的保护范围 内，所以A侧保护1的I段不起动，II段起动，经延时0.5s后动作于A侧断路器跳闸。(3)由前计算可知，II段的动作阻抗为43.52 ,此阻抗若按躲过最小负荷阻抗来整定，可计算出线路AB的最大允许负荷电流值，即L min取 Krel1.2, KSS 1.5, Kre 1.15,set 70l arccos0.8 36.87 ,IIset则乙K rel K SS K re 8s set Lmin 43.521.2 1.5 1.15 cos 7036.8675.44而乙minU L minI L max0.9 0.95 U nI L max按最低电压考虑0.792kA792A0.9UN0_9_3LmaX ZLmin . 75.44