电气专业检修培训题(继电保护部分)_secret

继电保护部分1.什么叫电力系统的稳定和振荡？P1答：电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率。

当电力系统受到扰动，使上述功率平衡关系受到破坏时，电力系统应能自动地恢复到原来的运行状态，或者凭借控制设备的作用过渡到新的功率平衡状态运行，即谓电力系统稳定。

这种电力系统维持稳定运行的能力，是电力系统同步稳定（简称稳定）研究的课题。

电力系统稳定分静态稳定和暂态稳定。

静态稳定是指电力系统受到微小的扰动（如负载和电压较小的变化）后，能自动地恢复到原来运行状态的能力。

暂态稳定对应的是电网受到大扰动的情况。

下面我们以单机对无穷大系统为例，说明静态稳定和暂态稳定的概念。

正常运行时，发电机轴上作用着两个力矩：一个是由原动机功率P M决定的原动矩T M（或称主力矩）；另一个是由发电机的输出功率P E决定的制动力矩（或称阻力矩）。

发电机的输出有功功率（为简单起见，忽略发电机定子电阻，故认为电磁功率等于输出功率）可表示为P E= E A Usinδ（1）XΣ式中E A ——发电机电动势；U ——无穷大系统母线电压；XΣ——包括发电机阻抗在内的发电机到无穷大母线的总阻抗；δ——发电机电动势与无穷大系统电压U之间的夹角。

图1为功角特性曲线，即表征发电机的输出有功功率P E随E A、U之间的夹角δ的变化关系曲线。

图中，P M为原动机供给发电机的功率。

由图可见，功率直线和正弦曲线有两个交点，一个交点对应δ1角，另一个交点对应δ2角。

δ1角是稳定平衡角，δ2角是不稳定平衡角。

正常运行时，发电机稳定运行在δ1角。

在δ1角运行时，发电机的输入功率和输出功率是平衡的。

如系统一小扰动使δ增加，引起P E增加时，发电机的输出功率P E大于原动机的输入功率，由P E产生的制动力矩大于P M产生的原动力矩，发电机轴上作用着减速的剩余力矩，发电机就减速；使δ角减小，P E减小，使运行状态又恢复到原来的稳定运行角δ1。

反之，当系统小扰动使δ减小时，发电机轴上将出现加速的剩余力矩，使δ加大，使运行状态又恢复到原来的稳定运行角δ1。

在δ2角运行时，如小扰动使δ略增，引起P E减少时，发电机轴上就作用着加速的剩余力矩，使发电机加速，δ角增大，而当δ角增大后，输出功率P E更减少，功率得不到平衡，从而使发电机不能稳定运行。

如小扰动使δ减小，则发电机减速，δ进一步减小，一直回到δ1才达到稳定运行，对应于δ=90°时的功角特性曲线的最大值P max代表单机向无穷大电源系统输送有功功率的极限值。

称谓静态稳定的极限值。

传送的功率和极限值P max相差越大，系统稳定运行能力越大。

当双回线切除一回线后，线路电抗增大了一倍，回路的综合电抗XΣ变大，根据式（1），功率极限值将变小，功角特性将由曲线1变为曲线2，如图2所示。

由于发电机的转子存在惯性，转子的转速不能突变，故在切除线路瞬间δ角不变，发电机的运行点将由曲线1的a点落到曲线2的b点上。

但是，在b点运行时，功率是不平衡的。

这时，原动机供给发电机的功率仍为P M，但发电机的输出功率P E却减少了，于是，发电机轴上作用的原动力矩将大于制动力矩，故发电机加速，δ角增大，运行点将由b点沿曲线2向c点移动。

与此同时，转子的相对速度v（相对速度指的是发电机转速相对无穷大电源系统等效发电机的转速）也由零逐渐增大，至c点时，功率P M和P E又达到平衡。

由于剩余功率为零，故转子没有加速，但此时发电机的相对速度v为最大值，δ角继续增大。

过c点后，由于发电机的输出功率大于输入功率，发电机轴上将出现减速的过剩力矩，故从c点开始，转子的相对速度v将逐渐减小，转子速度逐渐变慢，但仍大于同步转速，故δ角继续增大。

直至d点，减速面积cde等于加速面积abc，转子的相对速度v减至零，发电机转速达到同步转速。

但此时发电机轴上仍作用着减速的剩余力矩，故发电机的转速继续减小。

从d点起，相对速度v变负，因而δ角开始减少。

至δ角又开始摆回c点时，功率又达平衡，负的加速度为零，反向的相对速度v达最大。

过c点后，发电机轴上又出现加速的剩余力矩，正向的加速度使反向的相对速度v又逐渐减小。

V减至零后，由于功率不平衡，发电机的转子又开始新的摆动。

由于阻尼作用，δ角在c点摆动的幅度将会越来越小，最后稳定在c点以δ2运行，这种情况称为电力系统保持了暂态稳定。

反之，如果短路开始时加速的剩余力矩很大，δ角摆动得超过了临界角δf（不稳定平衡角，对应图2中的f点），则加速的剩余力矩会随δ角的增大而越来越大，δ达180°，P E为0，加速更大，系统失步，电网处于异步振荡的情况。

2.电力系统振荡和短路的区别是什么？P2答：电力系统振荡和短路的区别是：1)振荡时系统各点电压和电流值均作往复性摆动，而短路时电流、电压值是突变的，无周期性摆动。

此外，振荡时电流、电压值的变化速度较慢，而短路时电流、电压值突然变化量很大、很快。

2)振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角都随功角δ的变化而改变；而短路时，电流与电压之间的角度是基本不变的。

3)振荡时三相电流和电压是对称的，没有负序和零序分量出现；而短路时系统的对称性破坏，即使发生三相短路，开始时，也会出现负序分量。

3.电力系统振荡时，对那些继电保护装置有影响？哪些保护装置不受影响？P3答：电力系统振荡时，对继电保护装置的电流继电器、阻抗继电器有影响。

（1）对电流继电器的影响。

图1为流入继电器的振荡电流随时间变化的曲线，由图可见，当振荡电流达到继电器的动作电流I Op时，继电器动作；当振荡电流降低到继电器的返回电流I re时，继电器返回。

图中t k表示继电器的动作时间（触点闭合的时间），由此可以看出电流速断保护肯定会误动作。

一般情况下振荡周期较短，当保护装置的时限大于1．5一2s时，就可能躲过振荡误动作。

（2）对阻抗继电器的影响。

周期性振荡时，电网中任一点的电压和流经线路的电流将随两侧电源电动势间相位角的变化而变化。

振荡电流增大，电压下降，阻抗继电器可能动作；振荡电流减小，电压升高，阻抗继电器返回。

如果阻抗继电器触点闭合的持续时间长，将造成保护装置误动作。

原理上不受振荡影响的保护有相差动保护和电流差动纵联保护等。

图1：流入继电器的振荡电流随时间变化的曲线4.何谓最大运行方式、最小运行方式和事故运行方式？对继电保护来说，最大运行方式和最小运行方式有什么意义？（500题P6）答：最大运行方式是指系统中投入运行的机组最多、容量最大时，通过继电保护装置的短路电流为最大数值的那种方式。

最小运行方式是指系统中投入运行的机组最少、容量最小时，通过继电保护装置的短路电流为最小数值的那种方式。

事故运行方式是指在事故情况下可能出现的少有的运行方式。

对继电保护来说，通常是在最大运行方式下校核保护装置的选择性和可靠性，并选定是在最小运行方式下校核保护装置的灵敏度。

5.试分析接地故障时，零序电流与零序电压的相位关系。

P6答：接地故障时，零序电流与零序电压的相位关系只与变电所有关支路的零序阻抗角有关，与故障点有无过渡电阻无关。

1)正方向接地故障。

图1为正方向接地故障时零序电流与零序电压的相量关系。

2)图1（a）中，k点故障时，零序网络中线路M侧流过零序电流I MO，母线M侧零序电压U MO为U MO=－I MO Z MO（1）式中Z MO——M侧零序电源阻抗。

Z MO主要决定于变电所中性点接地变压器的零序阻抗，所以阻抗角约在85以上。

零序电压与零序电流的相量关系如图1（b）所示，零序电压滞后零序电流约95°3)反方向接地故障。

图2为反方向接地故障时零序电流与零序电压的相量关系。

图2（a）中，k点故障时，M侧保护的零序电流为对侧所供电流，即I MO=－I NO如果线路上没有插入任何感应零序电压，则M侧母线零序电压为U MO=－I NO（Z nO+Z LO）=I MO（Z nO+Z LO）（2）式中Z nO——对侧变电所的零序电源阻抗；Z LO——线路零序阻抗。

Z nO+Z LO主要取决于线路阻抗，所以阻抗角约在80°左右。

零序电流与零序电压的相量关系如图2（b）所示，零序电压超前零序电流80°左右。

6.大接地电流系统接地短路时，电压、电流、功率的分布有什么特点？P7答：大接地电流系统接地短路时，零序电流、零序电压和零序功率的分布与正序分量、负序分量的分布有显著的区别。

主要特点如下。

1)当系统任一点单相及两相接地短路时，网络中任何处的三倍零序电压（或电流）都等于该处三相电压（或电流）的相量和，即3U O=U A+U B+U C或3I O=I A+I B+I C。

2)系统零序电流的分布与中性点接地的多少及位置有关。

图1为系统接地短路时的零序等效网络。

单相接地短路时I O=E∑/（Z1∑+Z2∑+Z0∑）（1）I O1=I O（Z O2+Z OT2）/（Z O2+Z OT2+Z O1+Z OT1）（2）上两式中E∑——电源的合成电动势；Z OT1、Z OT2——变压器T1、T2的零序阻抗；、Z O2 ——线路的零序阻抗。

Z当发电厂A的变压器中性点增多时，Z OT1将减小，从而使I O和I O1增大，I O2减小；反之，I O和I O1将减小，I O2增大。

如果发电厂B的变压器中性点不接地，则Z OT2=∞，I O1也将增大且等于I O。

两相接地短路时，也可以得到同样的结论。

3)故障点的零序电压U O最高，变压器中性点接地处的电压为0。

保护安装处的电压U OA＝－I O1 Z OT1，I O超前于U OA的相角约等于95°。

4)零序功率S O＝I O U O。

由于故障点的电压U O最高，所以故障点的S O也最大。

愈靠近变压器的中性点接地处，S O愈小。

在故障线路上，S O是由线路流向母线。

7.什么情况下单相接地故障电流大于三相短路电流？P9答：系统中X1=X2，计算故障电流的公式如下：三相短路电流I（3）K1=U K/Z K1 （1）单相接地故障电流I（1）K1=3I KO=3U K/（2Z K1+ Z KO ）（2）式中U K——故障前瞬间故障点对地电压；Z K1——故障点正序综合阻抗；Z KO ——故障点零序综合阻抗。

由式（1）、式（2）可以看出当Z KO＞Z K1时，I（1）K1＜I（3）K1Z KO=Z K1时，I（1）K1=I（3）K1Z KO＜Z K1时，I（1）K1＞I（3）K1也就是说，故障点零序综和阻抗Z KO小于正序综合阻抗Z K1，即Z KO＜Z K1时，单相接地故障电流大于三相短路电流。

8.什么情况下两相接地故障的零序电流大于单相接地故障的零序电流？P9答：接地故障时，计算零序电流的公式如下：单相接地故障时的零序电流I（1）ko= U k（1）k1ko两相接地故障时的零序电流I（1，1）ko=U k（2）k1ko从式（1）、（2）可以看出Z k1＜Z ko时，I（1）KO＞I（1，1）KOZ k1=Z ko时，I（1）KO=I（1，1）KOZ k1＞Z ko时，I（1）KO＜I（1，1）KO也就是说，故障点零序综和阻抗Z KO小于正序综合阻抗Z K1，即Z k1＞Z ko时，两相接地故障的零序电流大于单相接地故障的零序电流。