【正文】 .. . . . ..電力系統(tǒng)繼電保護課后習題答案1 緒論，想象一下會出現(xiàn)什么情景？答：現(xiàn)代的電力系統(tǒng)離開完善的繼電保護系統(tǒng)是不能運行的。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電源至故障點之間的電力設備中將流過很大的短路電流，若沒有完善的繼電保護系統(tǒng)將故障快速切除，則會引起故障元件和流過故障電流的其他電氣設備的損壞；當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，發(fā)電機端電壓降低造成發(fā)電機的輸入機械功率和輸出電磁功率的不平衡，可能引起電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞，甚至引起電網(wǎng)的崩潰、造成人身傷亡。如果電力系統(tǒng)沒有配備完善的繼電保護系統(tǒng)，則當電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運行時，不能及時地發(fā)出信號通知值班人員進行合理的處理。?答:繼電保護裝置就是指能反應電力系統(tǒng)中設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài),:。,通知值班人員處理,使電力系統(tǒng)盡快恢復正常運行。,甄別出發(fā)生故障的電力設備,并向故障點與電源點之間、最靠近故障點斷路器發(fā)出跳閘指令,將故障部分與電網(wǎng)的其他部分隔離。,各環(huán)節(jié)的作用是什么?答:繼電保護裝置一般通過測量比較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個部分完成預定的保護功能。測量比較環(huán)節(jié)是冊來那個被保護電器元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結果，給出“是”、“非”、“0”或“1”性質的一組邏輯信號，從而判別保護裝置是否應該啟動。邏輯判斷環(huán)節(jié)是根據(jù)測量環(huán)節(jié)輸出的邏輯信號，使保護裝置按一定的邏輯關系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應該使斷路器跳閘。執(zhí)行輸出環(huán)節(jié)是根據(jù)邏輯部分傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應的動作信息、發(fā)出警報或不動作。 依據(jù)電力元件正常工作、不正常工作和短路狀態(tài)下的電氣量復制差異，已經(jīng)構成哪些原理的保護，這些保護單靠保護整定值能求出保護范圍內(nèi)任意點的故障嗎？答：利用流過被保護元件電流幅值的增大，構成了過電流保護。利用短路時電壓幅值的降低，構成了低電壓保護；利用電壓幅值的異常升高，構成了過電壓保護；利用測量阻抗的降低和阻抗角的變大，構成了低阻抗保護。單靠保護增大值不能切除保護范圍內(nèi)任意點的故障，因為當故障發(fā)生在本線路末端與下級線路的首端出口時，本線路首端的電氣量差別不大。所以，為了保證本線路短路時能快速切除而下級線路短路時不動作，這種單靠整定值得保護只能保護線路的一部分。，可以構成哪些原理的保護？答：利用電力元件兩端電流的差別，可以構成電流差動保護；利用電力元件兩端電流相位的差別可以構成電流相位差動保護；利兩側功率方向的差別，可以構成縱聯(lián)方向比較式保護；利用兩側測量阻抗的大小和方向的差別，可以構成縱聯(lián)距離保護。 如圖11所示，線路上裝設兩組電流互感器，線路保護和母線保護應各接哪組互感器？答：線路保護應接TA1，母線保護應接TA2。因為母線保護和線路保護的保護區(qū)必須重疊，使得任意點的故障都處于保護區(qū)內(nèi)。 圖11 電流互感器選用示意圖 結合電力系統(tǒng)分析課程的知識，說明加快繼電保護的動作時間，為什么可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性？答：由電力系統(tǒng)分析知識可知，故障發(fā)生時發(fā)電機輸出的電磁功率減小二機械功率基本不變，從而使發(fā)電機產(chǎn)生加速的不平衡功率。繼電保護的動作時間越快，發(fā)電機加速時間越短，功率角擺開幅度就越小，月有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。 由分析暫態(tài)穩(wěn)定性的等面積理論可知，繼電保護的動作速度越快，故障持續(xù)的時間就越短，發(fā)電機的加速面積就約小，減速面積就越大，發(fā)電機失去穩(wěn)定性的可能性就越小，即穩(wěn)定性得到了提高。？闡述遠后備保護和近后備保護的優(yōu)缺點。答：后備保護的作用是在主保護因保護裝置拒動、保護回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動等原因不能快速切除故障的情況下，迅速啟動來切除故障。 遠后備保護的優(yōu)點是：保護范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護范圍，它能解決遠后備保護范圍內(nèi)所有故障元件由任何原因造成的不能切除問題。 遠后備保護的缺點是：（1）當多個電源向該電力元件供電時，需要在所有的電源側的上級元件處配置遠后備保護；（2）動作將切除所有上級電源測的斷路器，造成事故擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中難以滿足靈敏度的要求。近后備保護的優(yōu)點是：（1）與主保護安裝在同一斷路器處，在主保護拒動時近后備保護動作；（2）動作時只能切除主保護要跳開的斷路器，不造成事故的擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中能滿足靈敏度的要求。 近后備保護的缺點是：變電所直流系統(tǒng)故障時可能與主保護同時失去作用，無法起到“后備”的作用；斷路器失靈時無法切除故障，不能起到保護作用。 從對繼電器的“四性“要求及其間的矛盾，闡述繼電保護工作即是理論性很強，又是工程實踐性很強的工作。答：繼電保護的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性四項要求之間即矛盾又統(tǒng)一。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的大部分工作也是圍繞如何處理好這四者的辯證統(tǒng)一關系進行的。 電力系統(tǒng)繼電保護即是一門理論性很強，又是工程實踐性很強的學科。首先繼電保護工作者要掌握電力系統(tǒng)、電氣設備的基本原理、運行特性和分析方法，特別要掌握電力系統(tǒng)故障時的電氣量變化的規(guī)律和分析方法，通過尋求電力系統(tǒng)的不同運行狀態(tài)下電氣量變化的特點和差異來“甄別“故障或不正常狀態(tài)的原理和方法，應用不同的原理和判據(jù)實現(xiàn)繼電保護的基本方法，所以需要很強的理論性。 由于被保護的電力系統(tǒng)及其相關的電氣設備千差萬別，故障時電氣量的變化受多種因素的影響和制約，因此任何一種繼電保護原理或裝置都不可能不加調整地應用于不同的電氣設備或系統(tǒng)，而應根據(jù)實際工程中設備、系統(tǒng)的現(xiàn)狀與參數(shù)，對其繼電保護做出必要的調整。相同原理的保護裝置在應用于電力系統(tǒng)不同位置的元件上時，可能有不同的配置和配合；相同的電力元件在電力系統(tǒng)不同位置安裝時，可能配置不同的繼電保護，這些均需要根據(jù)電力系統(tǒng)的工程實際，具體問題具體分析，所以繼電保護又具有很強的工程實踐性。2電流的電網(wǎng)保護（欠量）繼電器中，為什么要求其動作特性滿足“繼電特性”？若不滿足，當加入繼電器的電量在動作值附近時將可能出現(xiàn)什么情況？答：過量繼電器的繼電特性類似于電子電路中的“施密特特性“，如圖21所示。當加入繼電器的動作電量（圖中的）大于其設定的動作值（圖中的）時，繼電器能夠突然動作；繼電器一旦動作以后，即是輸入的電氣量減小至稍小于其動作值，繼電器也不會返回，只有當加入繼電器的電氣量小于其設定的返回值（圖中的）以后它才突然返回。無論啟動還是返回，繼電器的動作都是明確干脆的，它不可能停留在某一個中間位置，這種特性稱為“繼電特性”。 為了保證繼電器可靠工作，其動作特性必須滿足繼電特性，否則當加入繼電器的電氣量在動作值附近波動時，繼電器將不停地在動作和返回兩個狀態(tài)之間切換，出現(xiàn)“抖動“現(xiàn)象，后續(xù)的電路將無法正常工作。 請列舉說明為實現(xiàn)“繼電特性”，電磁型、集成電路性、數(shù)字型繼電器常分別采用那些技術？答：在過量動作的電磁型繼電器中，繼電器的動作條件是電磁力矩大于彈簧的反拉力矩與摩擦力矩之和，當電磁力矩剛剛達到動作條件時，繼電器的可動銜鐵開始轉動，磁路氣隙減小，在外加電流（或電壓）不變的情況下，電磁力矩隨氣隙的減小而按平方關系增加，彈簧的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個動作過程中總的剩余力矩為正值，銜鐵加速轉動，直至銜鐵完全吸合，所以動作過程干脆利落。繼電器的返回過程與之相反，返回的條件變?yōu)樵陂]合位置時彈簧的反拉力矩大于電磁力矩與摩擦力矩之和。當電磁力矩減小到啟動返回時，由于這時摩擦力矩反向，返回的過程中，電磁力矩按平方關系減小，彈簧力矩按線性關系減小，產(chǎn)生一個返回方向的剩余力矩，因此能夠加速返回，即返回的過程也是干脆利落的。所以返回值一定小于動作值，繼電器有一個小于1 的返回系數(shù)。這樣就獲得了“繼電特性”。在集成電路型繼電器中，“繼電特性”的獲得是靠施密特觸發(fā)器實現(xiàn)的，施密特觸發(fā)器的特性，就是繼電特性。在數(shù)字型繼電器中，“繼電特性”的獲得是靠分別設定動作值和返回值兩個不同的整定值而實現(xiàn)的。 解釋“動作電流”和“返回系數(shù)”，過電流繼電器的返回系數(shù)過低或高各有何缺點？答：在過電流繼電器中，為使繼電器啟動并閉合其觸點，就必須增大通過繼電器線圈的電流，以增大電磁轉矩，能使繼電器動作的最小電流稱之為動作電流。在繼電器動作之后，為使它重新返回原位，就必須減小電流以減小電磁力矩，能使繼電器返回原位的最大電流稱之為繼電器的返回電流。過電流繼電器返回系數(shù)過小時，在相同的動作電流下起返回值較小。一旦動作以后要使繼電器返回，過電流繼電器的電流就必須小于返回電流，真陽在外故障切除后負荷電流的作用下繼電器可能不會返回，最終導致誤動跳閘；而返回系數(shù)過高時，動作電流惡和返回電流很接近，不能保證可靠動作，輸入電流正好在動作值附近時，可能回出現(xiàn)“抖動”現(xiàn)象，使后續(xù)電路無法正常工作。繼電器的動作電流、返回電流和返回系數(shù)都可能根據(jù)要求進行設定。 在電流保護的整定計算中，為什么要引入可靠系數(shù)，其值考慮哪些因素后確定？答：引入可靠系數(shù)的原因是必須考慮實際存在的各種誤差的影響，例如：（1）實際的短路電流可能大于計算值；（2）對瞬時動作的保護還應考慮短路電流中非周期分量使總電流增大的影響；（3）電流互感器存在誤差；（4）保護裝置中的短路繼電器的實際啟動電流可能小于整定值。考慮必要的裕度，從最不利的情況出發(fā)，即使同時存在著以上幾個因素的影響，也能保證在預定的保護范圍以外故障時，保護裝置不誤動作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。 說明電流速斷、限時電流速斷聯(lián)合工作時，依靠什么環(huán)節(jié)保證保護動作的選擇性？依靠什么環(huán)節(jié)保證保護動作的靈敏度性和速動性？答：電流速斷保護的動作電流必須按照躲開本線路末端的最大短路電流來整定，即考電流整定值保證選擇性。這樣，它將不能保護線路全長，而只能保護線路全長的一部分，靈敏度不夠。限時電流速斷的整定值低于電流速斷保護的動作短路，按躲開下級線路電流速斷保護的最大動作范圍來整定，提高了保護動作的靈敏性，但是為了保證下級線路短路時不誤動，增加一個時限階段的延時，在下級線路故障時由下級的電流速斷保護切除故障，保證它的選擇性。 電流速斷和限時電流速斷相配合保護線路全長，速斷范圍內(nèi)的故障由速斷保護快速切除，速斷范圍外的故障則必須由限時電流速斷保護切除。速斷保護的速動性好，但動作值高、靈敏性差；限時電流速斷保護的動作值低、~。速斷和限時速斷保護的配合，既保證了動作的靈敏性，也能夠滿足速動性的要求。、動作時間需要同時逐級配合，而電流速斷的靈敏度不需要逐級配合？答：定時限過電流保護的整定值按照大于本線路流過的最大負荷電流整定，不但保護本線路的全長，而且保護相鄰線路的全長，可以起遠后備保護的作用。當遠處短路時，應當保證離故障點最近的過電流保護最先動作，這就要求保護必須在靈敏度和動作時間上逐級配合，最末端的過電流保護靈敏度最高、動作時間最短，每向上一級，動作時間增加一個時間級差，動作電流也要逐級增加。否則，就有可能出現(xiàn)越級跳閘、非選擇性動作現(xiàn)象的發(fā)生。由于電流速斷只保護本線路的一部分，下一級線路故障時它根本不會動作，因而靈敏度不需要逐級配合。 如圖22所示網(wǎng)絡，在位置2和3處裝有電流保護，系統(tǒng)參數(shù)為： ， 、，，，線路阻抗，= 、== ，， ，=、=。試求：（1）發(fā)電機元件最多三臺運行，最少一臺運行，線路最多三條運行，最少一條運行，請確定保護3在系統(tǒng)最大、最小運行方式下的等值阻抗。（2）整定保護3的電流速斷定值，并計算各自的最小保護范圍。（3）整定保護3的限時電流速斷定值，并校驗使其滿足靈敏度要求（）（4）整定保護3的過電流定值，校驗保護1作后備用，保護2和3作遠備用的靈敏度。 圖22 簡單電網(wǎng)示意圖解：由已知可得==60=24，=40=16，=50=20，=30， =20=8（1）經(jīng)分析可知，最大運行方式及阻抗最小時，則有三臺發(fā)電機運行，線路L1~L3全部運行，由題意G1，G2連接在同一母線上，則=（||+||）||(+)=(6+12)||(10+16)=同理，最小運行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運行，相應地有=+=39圖23 等值電路（2）對于保護1，其等值電路圖如圖23所示，母線E最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護1 的最大短路電流為相應的速斷定值為===最小保護范圍計算公式為= ==即1處的電流速斷保護在最小運行方式下沒有保護區(qū)。對于保護2等值電路如圖23所示，母線D在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護2 的最大電流 ==相應的速斷定值為 ===最小保護范圍為 ==即2處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區(qū)。對于保護3等值電路如圖23所示，母線C在最大運行方式下發(fā)生三相短路流過保護3 的最大電流 ==相應的速斷定值為 ===最小保護范圍為 ==即3處的電流速斷保護在最小運行方式下也沒有保護區(qū)。上述計算表明，在運行方式變化很大的情況下，電流速斷保護在較小運行發(fā)生下可能沒有保護區(qū)。（3）整定保護2的限時電流速斷定值為 ===線路末段（即D處）最小運行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為== 所以保護2處的靈敏系數(shù) == 。同理，保護3的限時電流速斷定值為 ===線路末段（即C處）最小運行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時的電流為==所以保護3處的靈敏系數(shù) == ?？梢?，由于運行方式變化太大，3處的限時電流速斷保護的靈敏度都遠不能滿足要求。（4）過電流整定值計算公式為 ==所以有 ==同理得 =406A =609A在最小運行方式下流過保護元件的最小短路電流的計算公式為 =所以有 = = =所以由靈敏度公式 =可知，保護1作為近后備的靈敏度為== 滿足近后備保護靈敏度的要求；保護2作為遠后備的靈敏度為 ==；保護3作為遠后備的靈敏度為 ==。保護的動作時間為 =+=1s =+= =+=2s 的出口處在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路，試問（1）共有哪些保護元件啟動？（2）所有保護工作正常，故障由何處的那個保護元件動作、多長時