2003级电力系统继电保护原理标准答案B

（B ）
1、（10分） 答： )(123.130
4.063
/351min max kA l Z Z E I AB
s B k =⨯+=
+=
ϕ
（2分）
)(529.1223.125.1max kA I K I B k rel set =⨯==I I （2分）
)(025.060
529.1kA n I I
TA set setr
===I
I
（2分） 无时限电流速断保护的灵敏度用保护范围来衡量：
I
=+set
x b s I l Z Z E min 1max 23ϕ有： )(6.8)8529
.1235
(4.01)23(1max 1min
km Z I E Z l s I set b =-⨯=-=ϕ（4分） 2、（10分）
答：1）（3分）A 相继电器引入的电压、电流分别为：BC
U 、A I B 相继电器引入的电压、电流分别为：CA U 、B I C 相继电器引入的电压、电流分别为：AB U 、C
I 2）（3分）功率方向继电器的动作方程为：
αα-≤≤--o m
m o
I U
90arg 90
代如α的大小可以得到： o m
m o
I U
60arg 120≤≤-
下图分别是以电流、电压为参考相量的动作特性：
3）（4分）功率因数角为：o
L 7.3185.0arccos ==ϕ
对于B 相功率方向继电器：CA
m U U =、B m I I =
正常运行时候，电压电流相位图为：
所以：0003.587.3190arg =-==m
m m I U
ϕ满足动作条件，所以继电器会动
作。

3、（10分）
答：设A 母线上变压器的零序阻抗为0TA Z ，B 母线上变压器的零序阻抗为0TB Z ，线路AB 的零序阻抗为0AB Z ，保护1、2处零序电流的正方向为由母线指向线路，
分别为10I 、20I ，零序电压分别为10U 、20U ，母线B 处零序电压为：0B U 。

当线路BC 上发生单相接地故障之后，保护1处的零序电压、电流存在下面的关系：
10
10001010)(∑⨯=+⨯=Z I Z Z I U AB TA 因为各元件的零序阻抗角均为70o ，所以07010=∑Z ϕ 加入继电器的零序电压零序电流相位关系分别为：
0010
10
10
110180arg 10-=-=-=∑Z m I U ϕϕ （3分）
在相量图上表示为：
（2分）
对于保护2，零序电压、电流存在下面的关系：
20
100002020)//)((∑⨯-=+⨯-=Z I Z Z Z I U TB AB TA 因为各元件的零序阻抗角均为70o ，所以0702010==∑∑Z Z ϕϕ 加入继电器的零序电压零序电流相位关系分别为：
020
20
20
70arg 20==-=∑Z m I U ϕϕ （3分）
在相量图上可以表示为：
（2分）
4、（10分）
答：
1）（6分）00007030)70470107016(∠=∠+∠+∠=∑Z 系统振荡时A 侧方向阻抗继电器测量阻抗为：
2
70157012
212100δ
δ
ctg
j ctg Z j Z Z Z sA mA ∠-∠-=--=
∑∑（3分）
在阻抗平面上，测量阻抗的轨迹为：
图中和∑Z 2
1
相垂直的直线就是系统振荡时候A 侧阻抗继电器的测量阻抗
的变化轨迹。

（3分）
2）（4分）当系统振荡时候，该阻抗继电器不会动作，从图中可以看到，测量阻抗的变化轨迹并不经过继电器的动作区，所以继电器不会动作。

5、（10分）
1）（8分）设最小负荷阻抗角为L ϕ，线路阻抗角为k ϕ，最小负荷阻抗为min L Z 采用全阻抗继电器时的动作特性为：
整定阻抗为：
min 11
L re
ss rel set Z K K K Z III
=
（3分） 采用方向阻抗继电器时的动作特性为：
整定阻抗为：
min 2)
cos(1
L L k re ss rel set Z K K K Z ϕϕ-=
III
（3分） 设被保护线路上发生金属性短路时，继电器测量阻抗为：k Z 采用全阻抗继电器时的灵敏度为：
k
set sen Z Z K 1
1=
采用方向阻抗继电器时的灵敏度为：
k
set sen Z Z K 2
2=
（2分） 可见采用方向阻抗继电器时的灵敏度高。

2）（2分）08.259.0arccos ==L ϕ
不同特性的灵敏度比值为：
)
cos(1
2212L k set set sen sen Z Z K K ϕϕ-=
= 将各角度代入上面的公式可以得到：
29.0775
.0775
.01)cos()cos(1112=-=---=-L k L k sen sen sen K K K ϕϕϕϕ
所以在题目给出的条件下，采用方向阻抗继电器比采用全阻抗继电器时的灵敏度
将提高29%. 6、（10分） 答： 1）（3分）0o 接线的三个方向阻抗继电器接入的电压、电流分别为：
AB U 、B A I I -；BC U 、C B I I -；CA U 、A
C I I -
2）（7分）距离保护I 、II 段的可靠系数取为：8.0==II
I rel rel K K
Ω=⨯⨯==I
I 8.12404.08.022L rel set Z K Z （2分）
225
4
.0251511max 1min min =⨯++=++
=sB L sA b Z Z Z K （2分）
Ω=⨯+⨯⨯=+=I
II II 5.28)8.122254.0(8.0)(2min 11set b L rel set Z K Z K Z （2分）
85.210
5.2811===II
L set sen
Z Z K ，满足灵敏度要求（1分） 7、（5分）
证明：
∵ 01(3)A A k kA
U I k I Z l U =++ 01(3)B B k kB U I k I Z l U =++ 又∵两相金属性短路时有：
kA kB U U = A B I I =- 0
30I = ∴ k B
A k
B A B A AB
m l Z I I l Z I I I I U Z 11)(=--=-=
8、（5分）
答：相位表处于负容区，表明相位处于第四象限，实际数值应为指针读数的负值，
所以实际相角应为-36o。

9、（5分）
答：区内发生故障时候，两侧保护都感受为正方向，所以两侧的电流启动元件和方向元件都能动作，两侧动作情况相同，以某侧为例，其动作情况如下：
低定值的电流启动元件1q I 动作启动发信机，高定值启动元件2q I 和方向保护
+S 动作后由于2t 延时元件，所以在开始一段时间内没有输出，发信机可以发信，
此时收信机能够收到高频信号，闭锁保护，2t 延时元件时间到之后，其输出去闭锁发信机，同时准备好跳闸输出，两侧发信机都停信之后，收信机收不到信号即可跳闸，跳闸之后电流启动元件和方向元件返回，保护复归。

10（25分） 答：1）（5分）继电保护装置在电力系统中的作用为：自动、快速、有选择性地
将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受损坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。

2）（5分）自动重合闸与保护的配合关系为前加速方式和后加速方式
采用前加速方式时：各线路都装设保护装置，只在最靠近电源的线路上装设重合闸装置，当任何一条线路发生故障时候，首先由最靠近电源的线路上保护动作瞬时无选择性的切除故障，然后由其重合闸装置重合，如果是瞬时性故障则系统恢复供电，如果是永久性故障，此时各线路的保护应按照配合关系有选择性的切除故障。

采用后加速方式时：各线路都装设保护及自动重合闸装置，当线路上发生故障时，首先各保护按照配合关系，有选择性的由某个保护动作切除故障，然后再由其自动重合闸装置重合，如果是瞬时性故障则系统恢复供电，如果是永久性故障则由本线路的加速保护动作瞬时切除故障，与第一次动作是否带有延时无关。

3）（5分）对于单相变压器，励磁涌流的特征有：空载合闸时励磁涌流的大小与合闸时刻有关，瞬时电压最高时合闸不产生涌流；波形完全偏离时间轴一侧，并产生间断；含有很大的非周期分量；含有大量的以二次谐波为主的高次谐波分量。

对于三相变压器，无论何时合闸，至少两相都会出现不同程度的励磁涌流；某相涌流可能会呈现对称性。

防止励磁涌流造成差动保护误动的措施主要有：采用速饱和中间变流器，采用二次谐波制动，采用间断角鉴别方法。

4）（5分）发电机发生单相接地故障时候，故障电流主要发电机以及外接设备的对地电容电流，其数值比较小，所以差动保护不能反应单相接地故障。

5）（5分）电流差动保护的原理接线如图：
当没有故障时候，流入母线和流出母线的电流相等，所以流入差动电流继电器的电流为零，不会动作；当母线上发生故障之后，流入差动电流继电器的电流为故障点的故障电流，如果故障电流数值大于继电器整定值，继电器就会动作，跳开与母线相连的所有断路器，切除故障。