继电保护课后习题答案

河北科技大学教案用纸第1页第1章习题和思考题1.简述继电保护的定义、任务。答：定义：泛指继电保护技术和各种继电保护装置构成的继电保护系统，保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，称为继电保护任务：切除故障元件、反映不正常运行状态（跳闸并发信）即当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。2.保护的“四性”指的是什么？具体如何解释？答：是指可靠性、选择性、速动性、灵敏性。可靠性是指在给定条件下的给定时间间隔内，保护能完成所需功能的概率。保护的安全性是指在给定条件下的给定时间间隔内，保证不误动的概率。保护的可信赖性是指在给定条件下的给定时间间隔内，保证不拒动的概率。选择性是指保护检出电力系统故障区和/或故障相的能力。即故障时能够尽可能的缩小电力系统被停电的范围，只将故障部分从系统中切除，最大限度的保证系统中无故障部分仍然可以安全运行。速动性是指保护尽可能快的切除故障的能力。灵敏性是指保护对于其保护范围内发生故障或者不正常运行状态的反应能力3.继电保护装置一般由哪几部分组成？答：继电保护装置由测量部分、逻辑部分、执行部分组成4.有人说电力系统继电保护就是指电力系统继电保护装置，这种说法对吗？答：这种说法不对。电力系统继电保护泛指继电保护技术和由各种继电保护装置构成的继电保护系统。继电保护装置可定义为在电力系统发生故障或不正常工作状态时，动作于断路器跳闸或发出告警信号的一种安全自动装置。与继电保护相关的技术主要包含涉及继电保护装置本身的原理设计、配置与整定、调试等技术。继电保护装置本身需要通过电流互感器、电压互感器采集电流量、电压量信息，并与断路器配合，实现跳闸。因此，继电保护装置本身只是继电保护系统的一个重要组成部分，其它相关设备以及相互之间的联系对于机电保护系统也至关重要。5.继电保护为什么要进行整定？河北科技大学教案用纸第2页答：因为电力线路的长度，负荷情况、线路电压、供电形势都是有所不同的。所以保护动作电流和时间都是不同的，所以需要的定值都是需要进行计算6.继电保护综合评价体系主要由哪些部分组成？答：（1）继电保护正确动作率；（2）故障快速切除率；（3）线路重合成功率；（4）继电保护直接责任导致的重、特大电网事故次数；（5）继电保护直接责任导致的重、特大电网事故次数。7.什么叫继电保护的“误动”与“拒动”，如何进行相应的运行评价？答：继电保护“误动”：指继电保护装置在电力系统正常运行时错误地发出动作指令，导致断路器跳闸，影响电力系统的正常运行。继电保护“拒动”：指继电保护装置在电力系统发生故障时并没有正确地发出动作指令，没有及时正确地切除故障点。继电保护的动作评价按照继电保护动作结果界定“正确动作”与“不正确动作”，其中不正确动作包括“误动”和“拒动”。每次故障以后，相应的管理部门应参照继电保护动作信号(或信息记录)及故障录波图，对于故障过程进行综合分析，对于继电保护是否符合相关技术规程的要求，是否正确动作等给予科学地评价。8.保护区域为什么需要存在部分重叠？答：保护区域的重叠是为了保证被保护线路（或设备）任何需要保护的区域都有相应的主保护存在。另一方面，每个保护区的保护除了完成保护各自保护对象的主要任务之外，还兼做相邻设备的后备保护，因此存在保护区域的重叠。河北科技大学教案用纸第3页第2章习题和思考题1、故障分析中为什么要用对称分量法？答：分析三相短路时由于电路是对称的，短路电流周期分量也是对称的，只需分析其中一相。但在系统发生不对称短路时，电路的对称性遭到破坏，网络中出现了三相不对称的电压和电流，对称电路变成了不对称电路，不能只取一相进行计算，直接去解这种不对称电路相当复杂。一组不对称的三相量可以看成三组不同的对称三相量之和。在线性电路中，可以应用叠加原理，对这三组对称分量分别按对称三相电路去解，然后都将其结果叠加起来，实现了不对称三相电路的解答，此方法即为对称分量法。2、标幺值的计算中，短路阻抗与短路容量的关系是什么，如何灵活应用它？答：由推导可知短路容量的标幺值等于短路电流的标幺值，而短路电流与短路阻抗成反比，所以短路阻抗的标幺值与短路容量的标幺值成反比。3、试画出图2-22所示电力系统M处接地故障时的零序网络图和负序网络图。（请按各元件编号标识电抗，变压器零序励磁电抗为无穷大，忽略电阻）Uk2jX10jX4jX5jX15j（X7+X8）j（X13+X14）jX9j（X2+X3）jX1负序网络图jX6Uk0jX10j（X11+X12）jX4jX5jX6jX15j（X7+X8）j（X2+X3）零序网络图j（X13+X14）4、空载情况下A相单相接地故障，当零序综合阻抗从零向无穷大变化时，试分析（要求写出分析过程，画出相量图）：1）非故障相电压之间相位差的变化范围；2)非故障相电压大河北科技大学教案用纸第4页小的变化范围（以故障前相电压大小的倍数计算）。答：A相接地短路时故障点电压变化轨迹图如下图Ea1∑Eb1∑Ec1∑UkbUkb′Ukb″Ukb断点轨迹UkcUkc′Ukc″Ukc端点轨迹30°30°（1）非故障相电压之间相位差的变化范围为60°~180°之间。（2）非故障相电压大小的变化范围为3/2倍的故障前相电压到3倍故障前电压。5、如图2-23所示，M母线左侧系统零序阻抗的阻抗角为65°，M母线右侧系统零序阻抗的阻抗角为80°，C相通过Rg=20欧发生单相接地，画出零序网，写出M处零序电压的表达式，并画出零序电压与零序电流的相位关系图。答：零序网络图如下：U03RgZMKOZM0IM0M03IM03U115UM=-IM0*ZM06、如图2-24所示，某系统为空载状态，试求：1）当K点发生三相短路时，流过G1的冲击电流有名值为多少？已知Kimp=1.8，SB=100MVA。2）如果K点发生AB两相短路，M河北科技大学教案用纸第5页处各相电流的标幺值和有名值各为多少？（1）取BU=115kV，计算各元件的标幺值1000.20.450GX11000.1050.2150TX122100400.4160.121115BMKBSXU故障点综合阻抗：10.5(0.4+0.21+0.121)=0.3655X流过电源G1处的冲击电流有名值：11001.8219.148(kA)0.731310.5impi（2）各标幺值计算10.5(0.4+0.21+0.121)=0.3655XEG=1EΣ=1EC1Σ=1111211.368(0.36550.3655)CKCEjIXXj121.368KCKCII00KCI流经电源的电流分量为：110.50.684MKCII220.50.684MKCII0MOI河北科技大学教案用纸第6页故212AMMIII1.167-90°212BMMIII1.16790°0CI所以1001.1670.586()1153KAKBIIKA0KCI7、图2-25所示，10kV母线的电压互感器由三个单相互感器组成，每相共有一个一次绕组，两个二次绕组。请问：二次主绕组的每相额定电压为多少？二次辅助绕组输出的电压为什么？互感器电流比表达式？要求将三个单相互感器进行一次绕组及二次绕组的连接，以完成三相电压互感器的功能，注意联结、极性及接地点。电压互感器的误差是指什么误差，应小于多少？答：二次主绕组的每相额定电压为57.7V，二次辅助绕组输出的电压为33.3V，互感器电流比表达式I1/I2=N2/N1,电压互感器的误差是指电压比值误差和相位误差。ABCABCabc河北科技大学教案用纸第7页8、如图2-26所示，10kV线路电流保护采用10P20电流互感器，采用不完全星形联结，某电流保护采用两相两继电器式联结，试根据以下素材画出示意图，注意极性与接地，并说明：1)10P20的含义；2）继电器的电流互感器极性接反，会带来什么问题？（1）10P20的含义是在一次侧流过的电流为其一次侧额定电流20倍时，该互感器误差小于10%。（3）若此时A相或C相极性接反会导致二次侧的电流与接反之前相位相差180°，A相或C相保护动作方程中的电流大小不会发生改变，流过B相的电流发生改变，若此时B相接有继电器会使得B相的继电器误动。2KA4KA6KATAcTAa1KA3KA5KAIAIC两相不完全星形联结河北科技大学教案用纸第8页第3章习题与思考题1、什么是系统最大运行方式与最小运行方式，最大运行方式系统等值阻抗为什么最小？答：对于馈线保护而言，系统是指保护安装处背后的等值电力系统。系统的最大运行方式是指能向馈线上故障点提供最大短路电流的运行方式，也可理解为系统所能提供的短路容量为最大的一种运行方式，其特点是系统的等值阻抗为最小值。系统的最小运行方式是指能向馈线上故障点提供最小短路电流的运行方式，，也可理解为系统所能提供的短路容量为最小的一种运行方式，其特点是系统的等值阻抗为最大值。2、三段式电流整定计算中如何选择系统运行方式及短路类型？答：一般电流保护用于小电流接地系统（中性点非有效接地系统），不需要考虑接地短路类型；而同一运行方式下同一故障点处，三相短路电流将大于两相短路电流，所以整定电流值时选择最大运方下的三相短路，校验灵敏度时使用最小运方下的两相短路电流。3、I段保护与III段保护相比，各有什么优缺点？答：电流Ⅰ段保护整定值大，选择性、快速性好，但灵敏性差，不能保护本线全长。电流Ⅲ段保护整定值小，动作慢，但灵敏性好，能保护本线路全长及相邻线路。4、三段式电流保护中哪些是主保护，哪些是后备保护？答：电流Ⅰ段、电流Ⅱ段为线路的主保护；电流Ⅲ段保护为后备保护，为本线路提供近后备作用，同时也为相邻线路提供远后备作用。5、无时限电流速断保护为什么有时需要带延时的出口跳闸？答：其主要目的是防止该保护误动作，如线路上装有避雷器时，当线路遭遇雷击时，避雷器放电，将在某一相上产生相当大的电流，时间最长约0.03s；又如线路上配电变压器的励磁涌流也可能造成该保护误动作等。将改保护设置为带有短延时（如0.1s）出口跳闸，将有效地防止保护误动作，同时由于该保护属于馈线保护，保护带有短延时切除故障，对于系统不会造成不利影响。6、电流保护为什么要校验灵敏度，这与保护四性中的“灵敏性”有何关系？答：校验灵敏度即是校验该保护的整定值是否满足“灵敏性”要求，即校验保护反映区内故障的能力。如对于电流保护II段，其校验方法是求取最小运行方式下保护线路末端发生两相短路的最小短路电流，与整定值相比较，以校验保护在此状态下能否动作。河北科技大学教案用纸第9页7、三段式电流保护哪一段动作最灵敏？答：电流保护III段最灵敏，因其启动电流相对最小，保护范围相对最长。8、如图3-45所示。系统中电源视为110kV无穷大电源，图中T、T1、T2的容量分别是40、4、4MVA，短路电压百分比都是10%。两台配电变压器位于配电线路的首端与末端。线路正序阻抗为4Ω，TA变比为600/5。P无穷大系统S主变压器T配电变压器T1、T2配电线路L（1）以配电变压器低压侧、线路末端为故障点，计算三相短路电流值；（2）对保护P处的电流速断保护整定方法进行讨论，选出较优的整定方案；（3）求出动作电流二次值。答：（1）求取折算到10kV侧的短路阻抗值主变压器阻抗有名值（折算到10kV侧）：2756.04052.1010010100%2NNKTSUUX配电变压器阻抗有名值（折算到10kV侧）：212%1010.522.7561001004NKTTNUUXXS线路阻抗：4LZT1配变低压侧三相短路电流：)756.22756.0(3/5.10*1000T1I=1999.5A线路末瑞三相短路电流：)42756.0(3/5.10*1000LI=1417.8河北科技大学教案用纸第10页T2配变低压侧三相短路电流