【正文】 律；（3）零序電流的大小及流動(dòng)規(guī)律；（4）故障電路與非故障線路零序功率方向；（5）故障電流的大小及流動(dòng)規(guī)律；（6）故障后電壓方向機(jī)對稱性變化；（7）故障對電力系統(tǒng)運(yùn)行的危害；（8）對保護(hù)切除故障速度的要求；圖217 系統(tǒng)接線圖答：（1）零序等值網(wǎng)絡(luò)及零序參數(shù)的組成：以線路AB末端發(fā)生單相接地為例，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)零序等值圖如圖2—18所示。保護(hù)工作者曾今發(fā)明了“直（交）流計(jì)算臺”，用集中的電阻（阻抗）代表電網(wǎng)元件的電（阻）抗，按照電網(wǎng)的實(shí)際連接關(guān)系連接成模擬的電網(wǎng)，在電源點(diǎn)接上直（交）流電壓，用儀表測量短路后的電流、電壓。一般采用直流電池組配合直流毫安表的簡單工具，將電池正極接在互感器的一次同名端，直流電表的紅筆（正極）接在二次同名端，當(dāng)電路接通時(shí)一次電流由同名端流入，二次電流由同名端流出，指針向右擺動(dòng)，穩(wěn)定后電路斷開是指針向左擺動(dòng)，則同名端標(biāo)識正確。~110176。＜＜60176。計(jì)算母線C背側(cè)三相短路時(shí)流過保護(hù)4的最大短路電流，即==由于＜=，并且＜=，故保護(hù)4的Ⅰ、Ⅱ均不需要加裝方向元件。最大運(yùn)行方式為GG2全運(yùn)行，相應(yīng)的 =5 最小運(yùn)行方式為一臺電機(jī)運(yùn)行，相應(yīng)的 =10母線B處三相短路流過保護(hù)1的最大電流 =保護(hù)1 的Ⅰ段定值為 ==母線C三相短路流過保護(hù)3的最大電流 =保護(hù)3 的Ⅰ段定值為 =保護(hù)1 的Ⅱ段定值為 =母線B兩相短路流過保護(hù)1的最小電流 =保護(hù)1電流Ⅱ斷的靈敏度系數(shù) == 靈敏度不滿足要求。參數(shù)為：kV，= =5，==8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗==，=，=，=。 圖210 兩相接地短路復(fù)合序網(wǎng)等值圖 圖211 兩相接地短路零序電流分布圖（3）先求出保護(hù)1的分支系數(shù) 當(dāng)BC段發(fā)生接地故障，變壓器6有助增作用，如圖212所示。1）單相接地短路時(shí)，故障端口正序阻抗為=(24+5)||(16+)=故障端口負(fù)序阻抗為 =故障端口零序阻抗為=||10||=則復(fù)合序網(wǎng)等值圖如圖28所示。參數(shù)為：kV，= =5，==8，=5，=15,=15,=20，=60km，=40km，線路阻抗==，=，=，=。（4）保護(hù)內(nèi)部合成零序電壓的方式接線較為簡單，不容易出現(xiàn)接線及極性的錯(cuò)誤，其缺點(diǎn)是裝置內(nèi)部必須設(shè)置專門的模塊。這種方式獲取零序電壓的有地啊是簡單方便，精度較高，不需要額外的裝置或系統(tǒng)。正序電流的分布取決于系統(tǒng)的正序阻抗。零序電流——由零序電壓產(chǎn)生，由故障點(diǎn)經(jīng)線路流向大地，其分布主要取決于送電線路的零序阻抗和中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，與電源點(diǎn)的數(shù)目和位置無關(guān)。在8處不裝方向元件的情況下，它們速斷保護(hù)的定值還應(yīng)安躲過母線B三相短路時(shí)流過它們的最大短路電流來整定。在均裝方向元件的情況下，8處的過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間分別與GG2和G1處的過電流保護(hù)時(shí)間相配合，在其動(dòng)作延時(shí)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)時(shí)間級差；9處過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均與3處過電流時(shí)間相配合，三處過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為2s，所以答：整定保護(hù)5的電流速斷。因而電流元件和功率元件必須“按相連接”。的功率方向元件，最大靈敏角=30176。 對于90176。綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當(dāng)0176。(2)正方向發(fā)生兩相短路，當(dāng)短路點(diǎn)位于保護(hù)安裝處附近，短路阻抗＜時(shí)，0176。，需要確定接線方式及內(nèi)角，請給出90176。 動(dòng)作最靈敏條件 臨界動(dòng)作條件 圖25 各點(diǎn)電壓輸出波形圖可以看出，在內(nèi)角=30176。在保護(hù)正方向發(fā)生最常見故障時(shí)，功率方向判別元件應(yīng)該動(dòng)作最靈敏。用短路時(shí)功率方向的特征解決了僅用電流幅值特征不能區(qū)分故障位置的問題，并且線路兩側(cè)的保護(hù)只需按照單電源的配合方式整定配合即可滿足選擇性。兩條線路并列時(shí)，若發(fā)生不同相別的接地短路時(shí)，兩套保護(hù)均啟動(dòng)，不必要切除兩條線路的機(jī)會(huì)就比較多。當(dāng)兩條上、下級線路安裝相間短路電流保護(hù)時(shí)，上級線路裝在A、C相商，而下級裝在A、B相上時(shí)，將在（1A、2B） 、（1B、2A）、（1C、2A）和 （1C、2B）四種情況下由下級線路保護(hù)切除故障，即下級線路切除故障的幾率為2/3。會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。（2）所有保護(hù)均正常的情況下，應(yīng)有1處的過電流以1s的延時(shí)切除故障。同理，保護(hù)3的限時(shí)電流速斷定值為 ===線路末段（即C處）最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為==所以保護(hù)3處的靈敏系數(shù) == 。對于保護(hù)2等值電路如圖23所示，母線D在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)2 的最大電流 ==相應(yīng)的速斷定值為 ===最小保護(hù)范圍為 ==即2處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下也沒有保護(hù)區(qū)。試求：（1）發(fā)電機(jī)元件最多三臺運(yùn)行，最少一臺運(yùn)行，線路最多三條運(yùn)行，最少一條運(yùn)行，請確定保護(hù)3在系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的等值阻抗。當(dāng)遠(yuǎn)處短路時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證離故障點(diǎn)最近的過電流保護(hù)最先動(dòng)作，這就要求保護(hù)必須在靈敏度和動(dòng)作時(shí)間上逐級配合，最末端的過電流保護(hù)靈敏度最高、動(dòng)作時(shí)間最短，每向上一級，動(dòng)作時(shí)間增加一個(gè)時(shí)間級差，動(dòng)作電流也要逐級增加。 電流速斷和限時(shí)電流速斷相配合保護(hù)線路全長，速斷范圍內(nèi)的故障由速斷保護(hù)快速切除，速斷范圍外的故障則必須由限時(shí)電流速斷保護(hù)切除。考慮必要的裕度，從最不利的情況出發(fā)，即使同時(shí)存在著以上幾個(gè)因素的影響，也能保證在預(yù)定的保護(hù)范圍以外故障時(shí)，保護(hù)裝置不誤動(dòng)作，因而必須乘以大于1的可靠系數(shù)。過電流繼電器返回系數(shù)過小時(shí)，在相同的動(dòng)作電流下起返回值較小。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(shí)現(xiàn)的，施密特觸發(fā)器的特性，就是繼電特性。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(shí)彈簧的反拉力矩大于電磁力矩與摩擦力矩之和。當(dāng)加入繼電器的動(dòng)作電量（圖中的）大于其設(shè)定的動(dòng)作值（圖中的）時(shí)，繼電器能夠突然動(dòng)作；繼電器一旦動(dòng)作以后，即是輸入的電氣量減小至稍小于其動(dòng)作值，繼電器也不會(huì)返回，只有當(dāng)加入繼電器的電氣量小于其設(shè)定的返回值（圖中的）以后它才突然返回。首先繼電保護(hù)工作者要掌握電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的基本原理、運(yùn)行特性和分析方法，特別要掌握電力系統(tǒng)故障時(shí)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(yùn)行狀態(tài)下電氣量變化的特點(diǎn)和差異來“甄別“故障或不正常狀態(tài)的原理和方法，應(yīng)用不同的原理和判據(jù)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的基本方法，所以需要很強(qiáng)的理論性。 從對繼電器的“四性“要求及其間的矛盾，闡述繼電保護(hù)工作即是理論性很強(qiáng)，又是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的工作。 遠(yuǎn)后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：保護(hù)范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護(hù)范圍，它能解決遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍內(nèi)所有故障元件由任何原因造成的不能切除問題。繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間越快，發(fā)電機(jī)加速時(shí)間越短，功率角擺開幅度就越小，月有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。，可以構(gòu)成哪些原理的保護(hù)？答：利用電力元件兩端電流的差別，可以構(gòu)成電流差動(dòng)保護(hù)；利用電力元件兩端電流相位的差別可以構(gòu)成電流相位差動(dòng)保護(hù)；利兩側(cè)功率方向的差別，可以構(gòu)成縱聯(lián)方向比較式保護(hù)；利用兩側(cè)測量阻抗的大小和方向的差別，可以構(gòu)成縱聯(lián)距離保護(hù)。 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(fù)制差異，已經(jīng)構(gòu)成哪些原理的保護(hù)，這些保護(hù)單靠保護(hù)整定值能求出保護(hù)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的故障嗎？答：利用流過被保護(hù)元件電流幅值的增大，構(gòu)成了過電流保護(hù)。,各環(huán)節(jié)的作用是什么?答:繼電保護(hù)裝置一般通過測量比較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三個(gè)部分完成預(yù)定的保護(hù)功能。如果電力系統(tǒng)沒有配備完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，則當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)，不能及時(shí)地發(fā)出信號通知值班人員進(jìn)行合理的處理。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電源至故障點(diǎn)之間的電力設(shè)備中將流過很大的短路電流，若沒有完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)將故障快速切除，則會(huì)引起故障元件和流過故障電流的其他電氣設(shè)備的損壞；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓降低造成發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)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。,甄別出發(fā)生故障的電力設(shè)備,并向故障點(diǎn)與電源點(diǎn)之間、最靠近故障點(diǎn)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。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(yīng)的動(dòng)作信息、發(fā)出警報(bào)或不動(dòng)作。所以，為了保證本線路短路時(shí)能快速切除而下級線路短路時(shí)不動(dòng)作，這種單靠整定值得保護(hù)只能保護(hù)線路的一部分。 圖11 電流互感器選用示意圖 結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程的知識，說明加快繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)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(shí)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率減小二機(jī)械功率基本不變，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生加速的不平衡功率。答：后備保護(hù)的作用是在主保護(hù)因保護(hù)裝置拒動(dòng)、保護(hù)回路中的其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)等原因不能快速切除故障的情況下，迅速啟動(dòng)來切除故障。 近后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：變電所直流系統(tǒng)故障時(shí)可能與主保護(hù)同時(shí)失去作用，無法起到“后備”的作用；斷路器失靈時(shí)無法切除故障，不能起到保護(hù)作用。 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)即是一門理論性很強(qiáng)，又是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。2電流的電網(wǎng)保護(hù)（欠量）繼電器中，為什么要求其動(dòng)作特性滿足“繼電特性”？若不滿足，當(dāng)加入繼電器的電量在動(dòng)作值附近時(shí)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。 請列舉說明為實(shí)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(shù)？答：在過量動(dòng)作的電磁型繼電器中，繼電器的動(dòng)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(dāng)電磁力矩剛剛達(dá)到動(dòng)作條件時(shí)，繼電器的可動(dòng)銜鐵開始轉(zhuǎn)動(dòng)，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(guān)系增加，彈簧的反拉力矩隨氣隙的減小而線性增加，在整個(gè)動(dòng)作過程中總的剩余力矩為正值，銜鐵加速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至銜鐵完全吸合，所以動(dòng)作過程干脆利落。這樣就獲得了“繼電特性”。在繼電器動(dòng)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。 在電流保護(hù)的整定計(jì)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(shí)際存在的各種誤差的影響，例如：（1）實(shí)際的短路電流可能大于計(jì)算值；（2）對瞬時(shí)動(dòng)作的保護(hù)還應(yīng)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(hù)裝置中的短路繼電器的實(shí)際啟動(dòng)電流可能小于整定值。限時(shí)電流速斷的整定值低于電流速斷保護(hù)的動(dòng)作短路，按躲開下級線路電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍來整定，提高了保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，但是為了保證下級線路短路時(shí)不誤動(dòng)，增加一個(gè)時(shí)限階段的延時(shí)，在下級線路故障時(shí)由下級的電流速斷保護(hù)切除故障，保證它的選擇性。、動(dòng)作時(shí)間需要同時(shí)逐級配合，而電流速斷的靈敏度不需要逐級配合？答：定時(shí)限過電流保護(hù)的整定值按照大于本線路流過的最大負(fù)荷電流整定，不但保護(hù)本線路的全長，而且保護(hù)相鄰線路的全長，可以起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用。 如圖22所示網(wǎng)絡(luò)，在位置2和3處裝有電流保護(hù)，系統(tǒng)參數(shù)為： ， 、，線路阻抗，= 、== ， ，=、=。 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(yùn)行方式及阻抗最小時(shí)，則有三臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行，線路L1~L3全部運(yùn)行，由題意G1，G2連接在同一母線上，則=（||+||）||(+)=(6+12)||(10+16)=同理，最小運(yùn)行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1運(yùn)行，相應(yīng)地有=+=39圖23 等值電路（2）對于保護(hù)1，其等值電路圖如圖23所示，母線E最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路流過保護(hù)1 的最大短路電流為相應(yīng)的速斷定值為===最小保護(hù)范圍計(jì)算公式為= ==即1處的電流速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下沒有保護(hù)區(qū)。（3）整定保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值為 ===線路末段（即D處）最小運(yùn)行發(fā)生下發(fā)生兩相短路時(shí)的電流為== 所以保護(hù)2處的靈敏系數(shù) == 。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為 =+=1s =+= =+=2s 的出口處在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路，試問（1）共有哪些保護(hù)元件啟動(dòng)？（2）所有保護(hù)工作正常，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長時(shí)間切除？（3）若保護(hù)1 的電流速斷保護(hù)拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長時(shí)間切除？（4）若保護(hù)1 的斷路器拒動(dòng)，故障由何處的那個(gè)保護(hù)元件動(dòng)作、多長時(shí)間切除？答: （1） ，保護(hù)1出口處（即母線D處），在量值上小于所有電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值，所以所有這些保護(hù)都不會(huì)啟動(dòng)；該量值大于3處過電流保護(hù)的定值，所以三處過電流保護(hù)均會(huì)啟動(dòng)。相應(yīng)的要求≤==，＞，＞=。不考慮同相的故障，兩線路故障組合共有以下六種方式：（1A、2B） 、（1A、2C）、（1B、2A）、（1B、2C）、（1C、2A）、（1C、2B）。若保護(hù)采用三相星形接線時(shí)，需要三個(gè)電流互感器和四根二次電纜，相對來講是復(fù)雜不經(jīng)濟(jì)的。反之，不允許保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)短路點(diǎn)越靠近母線時(shí)電壓越小，在電壓小雨最小動(dòng)作電壓時(shí)，就出現(xiàn)了電壓死區(qū)。為例，畫出各點(diǎn)輸出電壓波形如圖25所示。將第一種情況和第二種情況下的電壓、電流帶入該判據(jù)可以得到情況1 為動(dòng)作最靈敏，而情況2 處于臨界動(dòng)作狀態(tài)的結(jié)論。a90176。a60176。a60176。假定A相的功率方向元件出口與B相過電流元件出口串接，而不是“按相連接”，當(dāng)反方向B、C兩相短路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么情況？答：內(nèi)角為30176。在動(dòng)作范圍內(nèi)，根據(jù)功率元件出口與B相流過電流元件出口串接，當(dāng) 反方向發(fā)生B、C兩相短路時(shí)，B相過電流元件動(dòng)作，由于該元件出口和A相功率方向元件串接，這樣就會(huì)啟動(dòng)時(shí)間繼電器，出現(xiàn)延時(shí)跳閘。（3）確定保護(hù)9限時(shí)電