继电保护习题解答

第一章:1.什么是故障、异常运行方式和事故？它们之间有何不同？又有何联系？答：电力系统运行中，电气元件发生短路、断线时的状态视为故障状态；电气元件超出正常允许工作范围，但没有发生故障运行，属于异常运行方式，即不正常工作状态；当电力系统发生故障和不正常运行方式时，若不及时处理或处理不当，则将引发系统事故，事故是指系统整体或部分的工作遭到破坏，并造成对用户少供电或电能质量不符合用电标准，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏等严重后果。故障和异常运行方式不可以避免，而事故则可以避免发生。2.什么是主保护、后备保护和辅助保护？远后备保护和近后备保护有什么区别？答：一般把反映被保护元件严重故障、快速动作与跳闸的保护装置称为主保护，而把在主保护系统失效时备用的保护称为后备保护。当本元件主保护拒动，由本元件另一套保护装置作为后备保护，这种后备保护是在同一安装处实现的，故称为近后备保护。远后备保护对相邻元件保护各种原因的拒动均能起到后备保护作用，同时它实现简单、经济，因此要优先采用，只有在远后备保护不能满足要求时才考虑采用近后备保护。辅助保护是为了补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护，如用电流速断保护来加速切除故障或消除方向元件的死区。3.继电保护装置的任务及其基本要求是什么？答：继电保护装置的任务是自动、迅速、有选择性的切除故障元件，使其免受破坏，保证其他无故障元件恢复正常运行；监视电力系统各元件，反映其不正常工作状态，并根据运行维护条件规范设备承受能力而动作，发出告警信号，或减负荷、或延时跳闸；继电保护装置与其他自动装置配合，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统运行的可靠性。继电保护装置的基本要求是满足“四性”，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。4.继电保护的基本原理是什么？答：继电保护的基本原理是根据电力系统故障时电气量通常发生较大变化，偏离正常运行范围，利用故障电气量变化的特征可以构成各种原理的继电保护。例如，根据短路故障时电流增大，可构成过流保护和电流速断保护；根据短路故障时电压降低可构成低电压保护和电流速断保护等。除反映各种工频电气量保护原理外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。5.在图1-1中，各断路器处均装有继电保护装置P1～P7。试回答下列问题：（1）当k1点短路时，根据选择性要求应由哪个保护动作并跳开哪个断路器？如果6QF因失灵而拒动，保护又将如何动作?（2）当k2点短路时，根据选择性要求应由哪些保护动作并跳开哪几个断路器？如果此时保护3拒动或3QF拒跳，但保护P1动作并跳开1QF，问此种动作是否有选择性？如果拒动的断路器为2QF，对保护P1的动作又应该如何评价？图1-1网络图答：（1）当k1点短路时，根据选择性要求保护P6动作应跳开6QF，如果6QF拒动，由近后备保护P3、P5动作跳开3QF、5QF，或由远后备保护P2、P4的动作跳开2QF、4QF。（2）当k2点短路时，根据选择性要求应由保护P2、P3动作跳开2QF、3QF，如3QF拒动，保护1动作并跳开1QF，则保护P1为无选择性动作，此时应由保护P5或保护P4动作，跳开5QF或4QF。如果是2QF拒动，则保护P1动作跳开1QF具有选择性。第二章:1.电流互感器的极性是如何确定的？常用的接线方式有哪几种？答：（1）电流互感器TA采用减极性标示方法，其一次绕组L1－L2和二次绕组K1－K2引出端子极性标注如图2-1（a）所示，其中L1和K1，L2和K2分别为同极性端。如果TA的端子标志不清楚，可用图2-1（b）所示接线测定判定出同极性端，如果用图2-1（b）中实线接法U=1U－2U，则电压表U所接测定判断出同极性端，如虚线接法，则U=1U+2U，电压表U所接两个端子为异极性端。（2）电流互感器TA常用的接线方式有完全星形接线、不完全星形（两相V形）接线、两相电流差接线和一相式接线。2.电流互感器的10%误差曲线有何用途？怎样进行10%误差校验？答：电流互感器额定变比TAK为常数，其一次电流1I与二次电流2I，在铁芯不饱和时有2I=TAKI1的线性关系，如图2-2（a）中直线1所示。但当铁芯饱和时，2I与1I不再保持线性关系，如图2-2（a）中曲线2表示。继电保护要求在TA一次电流1I等于最大短路电流时，其变化误差要小于或等于10%，因此可在图2-2（a）中找到一个电流)(101mIb自bI1点做垂线与直线1和曲线2分别交于B、A点，且BA=0.1)(111TAKIII。如果TA一次电流bII11，则TA变比误差就不会超过10%。由于TA变比误差与其二次负荷阻抗有关，为便于计算，制造厂对每种TA都提供了在10m下允许的二次负荷alZ，曲线)(m10alZf就称为TA的10%误差曲线，用10%误差曲线也可方便的求出TA在满足误差不超过10%的最大允许负荷阻抗。如图2-2（b）所示，已知1-10m后，可以从曲线上查出允许负荷阻抗1alZ大于实际负荷阻抗LZ则误差满足要求。3.电流互感器的准确度有几级？和二次负荷有什么关系？答：电流互感器准确度级有0.2、1.0、3.0、10、B级，由于TA误差与二次负荷有关，故同一台TA在使用不同准确度级时有不同的额定容量，或者说带负荷越大，其准确度级越低。4.电流互感器在运行中为什么要严防二次侧开路？电压互感器在运行中为什么要严防二次侧短路？答：（1）TA正常运行时，二次电流产生的磁通势起去磁作用，励磁电流很小，铁芯中总磁通很小，二次绕组感应电动势不超过几十伏，如果二次侧开路，二次电流的去磁作用消失，其一次电流完全转变为励磁电流，引起铁芯内磁通剧增，铁芯处于高度饱和状态，加之二次绕组匝数很多，根据电磁感应定律可知二次绕组两端产生很高电压，可达数千伏。不但要损坏二次绕组绝缘，而且将严重危及人身安全。再者由于铁芯中磁通密度剧增，使铁芯损耗加大，严重发热，甚至烧坏绝缘。因此TA二次绕组不允许开路，故在TA二次回路中不能装设熔断器，二次回路一般不进行切换，若要切换应先将二次绕组短接。（2）电压互感器是一个内阻极小的电压源，正常时负荷阻抗很大，相当于开路状态，二次侧仅有很小负荷电流，当二次侧短路时，负荷阻抗为零，将产生很大短路电流，将电压互感器烧坏，因此，TV二次侧不允许短路。5.电流互感器二次绕组的接线有哪几种方式？答：TA二次绕组接线方式有：①完全星形接线；②不完全星形接线；③两相电流差接线；④三角形接线；⑤一相用两只电流互感器串联或并联接线。6.某一电流互感器的变比为600/5。其一次侧通过三相短路电流5160A，如测得该电流互感器某一点的伏安特性为2U=150V，NI=3A，试问二次接入3Ω负荷阻抗（包括电流互感器二次漏抗及电缆电阻）时，变比误差能否超过10%？答：TA等值电路如图2-3所示，已知TA励磁电流NI=3A，2U=150V，故障电流折算到TA二次侧为AKITA431205160I11又3ZL，VZIILN1203)343()(U12，而实际伏安特性V150U2，NI=3A，现在V120U2﹤V150U2，NI﹤3A。现在NI按3A计算则AIIIN4034312。此时变比误差%98.6%1004340-43I%﹤10%合格。图2-3TV等值电路图7.何谓电流互感器零序电流接线？答：用三只同型号相同变比的TA二次绕组同极性端子连接后再接入零序电流继电器KAZ，如图2-4所示，则流入继电器中电流为)(131)()(I0rmCmBmATATATAmCmBmACBAcbaIIIKKIKIIIIIIIII当三相对称时，0I=0，即0IACBII，则rI为unbmCmBmATAIIIIK)(1Ir式中unbI为不平衡电流是由三个TA励磁特性不同引起的。当发生单相接地或两相接地短路故障时，可获得零序电流，因此这种接线也成为零序电流滤过器的接线。图2-4用三个TA构成零序电流滤过器8.用向量图分析负序电压过滤器通入正序电压时输出电压大小。（113XR、2231XR）答：9.用向量图分析负序电流过滤器通入正序电流时输出电压大小。（KnRl3）答：由以上分析可知：)3()(11111KnRIIIjKRInUlACBAlmni=0由以上分析可知：222222)3()(1AllACBAlmniInRKnRIIIjKRInU第三章:1.比较电流电压保护第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的灵敏系数，哪一段保护的灵敏系数最高和保护范围最长？为什么？答：电流电压保护第Ⅰ段保护即无时限电流速断保护，其灵敏系数随运行方式变化而变化，灵敏系数和保护范围最小。第Ⅱ段保护即带时限电流速断保护，其灵敏性有所提高，保护范围延伸到下级线路一部分，但当相邻线路阻抗很小时，其灵敏系数也可能达不到要求。第Ⅲ段保护即定时限过电流保护，其灵敏系数一般较高，可以保护本级线路全长，并作为相邻线路的远后备保护。2.相间短路电流、电压保护中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段各有什么办法提高其灵敏系数？为什么可以提高灵敏系数？答：相间短路电流保护第Ⅰ段无时限电流速断的灵敏系数受系统运行方式影响很大，运行方式变化大，则灵敏系数可能不满足要求。可采用第Ⅱ段带时限电流速断保护提高其灵敏系数，但是当相邻线路阻抗很小时，灵敏系数也可能不满足要求。可采用电流电压连锁速断保护提高其灵敏系数，但是当运行方式改变较大时，灵敏系数也要减小。第Ⅲ段过电流保护的灵敏系数一般能够满足要求，但是在长距离、重负荷的输电线路上往往不能满足要求。3.如图3-1所示电网中，线路WL1与WL2均装有三段式电流保护，当在线路WL2的首端k点短路时，都有哪些保护启动和动作，跳开哪个断路器？答：在WL2首端k2点发生短路，三段过流保护都启动，只有保护2动作，跳开2QF。图3-1网络图4.电流保护采用两相三继电器接线时，若将C相电流互感器极性接反，如图3-2（a）所示，试分析三相短路及A、C两相短路时继电器1KA、2KA、3KA中电流的大小。答：两相三继电器接线在C相TA极性接反时，发生三相短路时和A、C两相短路时电流分布如图3-2和图3-3所示。(1)三相短路时从图3-2（a）中可知电流继电器1KA和2KA通过电流互感器二次侧相电流值，而3KA中通过电流为相电流值的3倍。(2)A、C两相短路时（如图3-3所示），1KA、2KA通过电流互感器二次侧相电流值，而3KA中通过电流为caII，由于acII，所以caII=0，即3KA中通过电流为零。图3-2电流互感器TA接线及电流分布(a)三相短路时的电流分布;(b)电流向量图图3-3TA接线及AC两相短路时电流分布(a)两相短路时的电流分布;(b)电流向量图6.如图电网，已知保护1采用限时电流速断保护，保护2采用电流速断保护，且ZDZ2=0.8ZBC；试计算保护1整定计算所用的最小分支系数Kfzmin和最大分支系数Kfzmax。答：Kfzmin=1.2*14/(14+14)=0.6Kfzmax=17.如图电网，已知保护1采用限时电流速断保护和定时限过电流保护，保护2采用电流速断保护，且ZDZ2=0.8ZBC；试计算保护1整定计算所用的最小分支系数Kfzmin和最大分支系数Kfzmax。答：Kfzmin=(1.2x18)/(18+18)=0.6Kfzmax=18.保护1拟定采用限时电流速断保护，设Kk′=1.25；Kk″=1.1；试计算该保护的动作电流、动作时间、并校验保护的灵敏度。答：IⅡDZ=1.1*1.25*310=426.3AKL=690/426.3=1.621.3动作时间取0.5S。9.保护1拟定采用定时限过电流保护，设Kk=1.2Kzq=1.5Kh=0.85；保护2定时限过电流保护动作时间为2.5秒；流过保护1的最大负荷电流为90A；试计算保护1的动作电流、动作时间、并校验保护的灵敏度。答：