南理工紫金电力系统继电保护课后习题

1.5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：利用电力元件两端电流的差别，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相位的差别可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差别，可以构成纵联方向比较式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差别，可以构成纵联距离保护。1.6如图1-1所示，线路上装设两组电流互感器，线路保护和母线保护应各接哪组互感器？答：线路保护应接TA1，母线保护应接TA2。因为母线保护和线路保护的保护区必须重叠，使得任意点的故障都处于保护区内。线路TA1TA2母线1.8后备保护的作用是什么？阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。答：后备保护的作用是在主保护因保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动等原因不能快速切除故障的情况下，迅速启动来切除故障。远后备保护的优点是：保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围，它能解决远后备保护范围内所有故障元件由任何原因造成的不能切除问题。远后备保护的缺点是：（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；（2）动作将切除所有上级电源测的断路器，造成事故扩大；（3）在高压电网中难以满足灵敏度的要求。近后备保护的优点是：（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动作；（2）动作时只能切除主保护要跳开的断路器，不造成事故的扩大；（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。近后备保护的缺点是：变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。2.3解释“动作电流”和“返回系数”，过电流继电器的返回系数过低或高各有何缺点？答：在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必须增大通过继电器线圈的电流kI，以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小电流称之为动作电流opI。在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电流reI。过电流继电器返回系数过小时，在相同的动作电流下起返回值较小。一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必须小于返回电流，真阳在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流恶和返回电流很接近，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，可能回出现“抖动”现象，使后续电路无法正常工作。继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进行设定。2.5说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性？答：电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作范围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围内的故障由速断保护快速切除，速断范围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0.3~0.6s的延时才能动作。速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。3.2什么是保护安装处的负荷阻抗、短路阻抗、系统等值阻抗？答：负荷阻抗是指在电力系统正常运行时，保护安装处的电压（近似为额定电压）与电流（负荷电流）的比值。因为电力系统正常运行时电压较高、电流较小、功率因数较高（即电压与电流之间的相位差较小），负荷阻抗的特点是量值较大，在阻抗复平面上与R轴之间的夹角较小。短路阻抗是指在电力系统发生短路时保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，此时测量电压与测量电流的比值就是短路阻抗。短路阻抗即保护安装处与短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角交大。系统等值阻抗：在单个电源供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处与背侧电源点之间电力元件的阻抗和；在由多个电源点供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处断路器断开的情况下，其所连接母线处的戴维南等值阻抗，即系统等值电动势与母线处短路电流的比值，一般通过等值、简化的方法求出。3.10解释什么是阻抗继电器的最大灵敏角，为什么通常选定线路阻抗角为最大灵敏角？答：当测量阻抗Zm的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于Zset1,即Zop=Zset1,此时继电器最为灵敏，所以Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。选定线路阻抗角为最大灵敏角，是为了保证在线路发生金属性短路的情况下，阻抗继电器动作最灵敏。3.11导出具有偏移圆特性的阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程。答：如图3—4所示偏移阻抗特性圆，在阻抗复平面上，以1setZ与2setZ末端的连线为直径作出的圆就是偏移特性圆，圆心为121()2setsetZZ，半径为121()2setsetZZ测量阻抗mZ落在圆内或圆周上时，mZ末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径，而当测量阻抗mZ落在圆外时，mZ末端到圆心的距离一定大于圆的半径，所以绝对值比较动作方程可以表示为121211()()22msetsetsetsetZZZZZ当阻抗落在下部分圆周的任一点上时，有2arg90setmmsetZZZZ当阻抗落在左上部分圆周的任一点上时，有12arg90setmmsetZZZZ当阻抗落在圆内的任一点时，有1290arg90setmmsetZZZZ所有阻抗继电器的相位比较动作方程为1290arg90setmmsetZZZZROjX1setZmZ2setZmZ2msetZZ1setmZZ1setmZZ2msetZZ3.19什么是助增电流和外汲电流？它们对阻抗继电器的工作有什么影响？答：图3-9（a）中母线B上未接3I分支的情况下，12II,此时k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为12111ABBkABBkAkIZIZUZZZZII在母线B接上3I分支后，213III，k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为1133311111()ABBkBkBkABBkAkIZIIZIZIZUZZZZIIII即在3I相位与1I相差不大的情况下，分支3I的存在将使A处感受到的测量阻抗变大，这种使测量阻抗变大的分支就成为助增分支，对应的电流3I称为助增电流。类似地图3-9（a）中，在母线B上未接3I分支的情况下，12II，此时k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为12111ABBkABBkAkIZIZUZZZZII在母线B接上3I分支后，213III，k点短路时，A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为1133311111()ABBkBkBkABBkAkIZIIZIZIZUZZZZIIII即在3I相位与1I相差不大的情况下，分支3I的存在将使A处感受到的测量阻抗变小，这种使测量阻抗变大的分支就成为外汲分支，对应的电流3I称为外汲电流。3.21什么是电力系统的振荡？振荡时电压、电流有什么特点？阻抗继电器的测量阻抗如何变化？答：电力系统中发电机失去同步的现象，称为电力系统的振荡；电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角δ在0°~360°范围内作周期性变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。在系统两端电动势相等的条件下，测量阻抗按下式的规律变化，对应的轨迹如图3.10所示。1111()cot()cot222222mMMZZZjZZjZjXRNMO’O121()2MZ12Z1eK1eK1eKmZ4.5通道传输的信号种类、通道的工作方式有哪些？答：在纵联比较式保护中，通道中传送的信号有三类，即闭锁信号、允许信号和跳闸信号。在纵联电流差动保护中，通道中传送的是线路两端电流的信息，可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值，也可以是采样得到的离散值。在纵联电流相位差动保护中，通道中传送的是表示两端电流瞬时值为正（或负）的相位信息，例如，瞬时值为正半周时有高频信息，瞬时值为负半周时无高频信息，检测线路上有高频信息的时间，可以比较线路两端电流的相位。不同的通道有不同的工作方式，对于载波通道而言，有三种工作方式，即正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。对于光纤及微波通道，取决于具体的通信协议形式。4.12输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间，会否误动，为什么？答：系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动特性，就会保证不误动作。非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电流纵联差动保护也不误动作。5.2何为瞬时性故障，何谓永久性故障？答:当故障发生并切除故障后，经过一定延时故障点绝缘强度恢复、故障点消失，若把断开的线路断路器再合上就能够恢复正常的供电，则称这类故障是瞬时性故障。如果故障不能自动消失，延时后故障点依然存在，则称这类故障是永久性故障。5.3在超高压电网中使用三相重合为什么要考虑两侧电源的同期问题，使用单项重合闸是否需要考虑同期问题？答：三项重合闸时，无论什么故障均要切除三项故障，当系统网架结构薄弱时，两侧电源在断路器跳闸以后可能失去同步，因此需要考虑两侧电源同期问题；单相故障时只跳单相，使两侧电源之间仍然保持两相运行，一般是同步的；因此，单相重合闸一般不考虑同期问题。5.5如果必须考虑同期合闸，重合闸是否必须装检同期元件?答：如果必须考虑同期合闸，也不一定必须装检同期元件。当电力系统之间联系紧密(具有三个以上的回路)，系统的结构保证线路两侧不会失步，或当两侧电源有双回路联系时，可以采用检查另一线路是否有电流来判断两侧电源是否失去同步。5.12什么是重合闸前加速保护？答：所谓前加速就是当线路第一次故障时，靠近电源端保护无选择性动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再有选择性的切除故障。6.3关于变压器纵差保护中的不平衡电流与差动电流在概念上有何区别与联系？引起差动电流的原因。答：差动电流指被保护设备内部故障时，构成差动保护的各电流互感器的二次电流之和（各电流互感器的参考方向均指向被保护设备时）。不平衡电流指在正常及外部故障情况下，由于测量误差或者变压器结构、参数引起的流过差动回路电流。6.11对比变压器过电流保护和线路过电流保护的整定原则的区别在哪里？答：线路的过电流保护为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的启动电流必须大于该线路上出现的最大负荷电流IL.max；同时还必须考虑到外部故障切除后电压恢复，负荷自启动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自启动电流，一般考虑后一种情况整定。变压器过电流保护：(1)对并列运行的变压器，应考虑切除一台最大容量变压器时，在其他变压器中出现的过负荷。当各台变压器容量相同时，按负荷在剩余的变压器中平均分配计算，有IL.max=(n/n-1)IN式中，n为并列运行变压器的可能最少台数；IN为每台变压器的额定电流。(2)对降压变压器，应考虑电动机自启动时的最大电流，即I`L.max=KssI`L.max式中，I`L.max为正常时的最大负荷电流（一般为变压器的额定电流）；Kss为综合负荷的自启动系数。对于110KV的降压变电所，低压6~10KV侧取Kss=1.5~2.5；中压35KV侧取Kss=1.5~2。按上述原则整定时，有可能会出现灵敏度不足