电力系统继电保护课后部分习题答案

电力系统继电保护（第二版）

张保会尹项根主编

继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?

答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。

继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么?

答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

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。

后备保护的作用是什么？

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。

为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断的灵敏度不需要逐级配合？答：定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流整定，不但保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起远后备保护的作用。当远处短路时，应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作，这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合，最末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短，每向上一级，动作时间增加一个时间级差，动作电流也要逐级增加。否则，就有可能出现越级跳闸、非选择性动作现象的发生。由于电流速断只保护本线路的一部分，下一级线路故障时它根本不会动作，因而灵敏度不需要逐级配合。

在双侧电源供电的网络中，方向性电流保护利用了短路时电气量的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题？

答：在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。方向性电流保护利用短路时功率方向的特征，当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。反之，不允许保护动作。用短路时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。

功率方向判别元件实质上是在判别什么？为什么会存在“死区”？什么时候要求它动作最灵敏？

答：功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位，并且根据一定关系[cos(+a)是否大于0]判别初短路功率的方向。为了进行相位比较，需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值（在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波），且有最小的动作电压和电流要求。当短路点越靠近母线时电压越小，在电压小雨最小动作电压时，就出现了电压死区。在保护正方向发生最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏。

为了保证在正方向发生各种短路时功率判别元件都能动作，需要确定接线方式及内角，请给出90°接线方式正方向短路时内角的范围。

答：(1)正方向发生三相短路时，有0°

(2)正方向发生两相短路，当短路点位于保护安装处附近，短路阻抗Z d《Z s时，0°

综合三相和各种两相短路的分析得出，当0°<<90°时，使方向继电器在一切故障情况下都能动作的条件应为30°

在中性点直接接地系统中，发生接地短路后，试分析、总结：(1)零序电压、电流分量的分布规律；(2)负序电压、电流分量的分布规律；(3)正序电压、电流分量的分布规律。

答：(1)零序电压——故障点处零序电压最高，距故障点越远零序电压越低，其分布取决于到大地间阻抗的大小。零序电流——由零序电压产生，由故障点经线路流向大地，其分布主要取决于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，与电源点的数目和位置无关。(2)负序电压——故障点处负序电压最高，距故障点越远负序电压越低，在发电机中性点上负序电压为零。负序电流的分布取决于系统的负序阻抗。

(3)正序电压——越靠近电源点正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值越低。正序电流的分布取决于系统的正序阻抗。

图所示系统中变压器中性点全部不接地，如果发生单相接地，试比较故障线路与非故障线路中零序电流、零序电压、零序功率方向的差异。

答：零序电流：在非故障线路中流过的电流其数值等于本身的对地电容电流，在故障线路中流过的零序电流数值为全系统所有非故障元件对地电容电流之和。零序电压：全系统都会出现量值等于相电压的零序电

流，各点零序电压基本一样。零序功率方向：在故障线路上，电容性无功功率方向为线路流向母线；在非故障线路上，电容性无功功率方向为母线流向线路。

距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成的？

答：电力系统正常运行时，保护安装处的电压接近额定电压，电流为正常负荷电流，电压与电流的比值为负荷阻抗，其值较大，阻抗角为功率因数角，数值较小；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，电压与电流的比值变为保护安装处与短路点之间一段线路的短路阻抗，其值较小，阻抗角为输电线路的阻抗角，数值较大，距离保护就是利用了正常运行与短路时电压和电流的比值，即测量阻抗之间的差异构成的。

什么是保护安装处的负荷阻抗？

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。

在本线路上发生金属性短路，测量阻抗为什么能够正确反应故障的距离？

答：电力系统发生金属性短路时，在保护安装处所测量U m降低，I m增大，它们的比值Z m变为短路点与保护安装处之间短路阻抗Z k;对于具有均匀参数的输电线路来说，Z k与短路距离L k成正比关系，即

Z m=Z k=Z1L k(Z1=R1+jX1,为单位长度线路的复阻抗)，所以能够正确反应故障的距离。

距离保护装置一般由哪几部分组成？简述各部分的作用。

答：距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成，它们的作用分述如下：

(1)启动部分：用来判别系统是否发生故障。系统正常运行时，该部分不动作；而当发生故障时，该部分能够动作。通常情况下，只有启动部分动作后，才将后续的测量、逻辑等部分投入工作。

(2)测量部分：在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。

(3)振荡闭锁部分：在电力系统发生振荡时，距离保护的测量元件有可能误动作，振荡闭锁元件的作用就是正确区分振荡和故障。在系统振荡的情况下，将保护闭锁，即使测量元件动作，也不会出口跳闸；在系统故障的情况下，开放保护，如果测量元件动作且满足其他动作条件，则发出跳闸命令，将故障设备切除。

(4)电压回路断线部分：电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。

(5)配合逻辑部分：用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。

(6)出口部分：包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。

为什么阻抗继电器的动作特性必须是一个区域？

答：阻抗继电器在实际情况下，由于互感器误差、故障点过度电阻等因素影响，继电器实际测量到的Z m一般并不能严格地落在与Z set同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。为保证区内故障情况下阻抗继电器都能可靠动作，在阻抗复平面上，其动作的范围应该是一个包括Z set对应线段在内，但在Z set的方向上不超过Z set的区域，如圆形区域、四边形区域、苹果形区域、橄榄形区域等。

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Z m的阻抗角与正向整定阻抗Z set1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于Z set1,即Z op=Z set1,此时继电器最为灵敏，所以Z set1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。

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。

阻抗继电器的绝对值比较动作方程和相位比较动作方程之间的关系是什么？

什么是最小精确工作电流和最小精确工作电压？测量电流或电压小于最小精工电流或电压时会出现什么

问题？

答：通常情况下，在阻抗继电器的最灵敏角方向上，继电器的动作阻抗就等于其整定阻抗，即Z op=Z set。但是当测量电流较小时，由于测量误差、计算误差、认为设定动作门槛等因素的影响，会使继电器的动作阻抗变小，使动作阻抗降为对应的测量电流，称为最小精确工作电流，用表示。

当测量电流很大时，由于互感器饱和、处理电路饱和、测量误差加大等因素的影响，继电器的动作阻抗也会减小，使动作阻抗降为对应的测量电流，称为最大精确工作电流，用表示。

最小精工电流与整定阻抗也会减小，使动作阻抗降为对应的测量电流，称为最大精确工作电流，用表示。最小精工电流与整定阻抗值的乘积，称为阻抗继电器的最小精工电压，常用表示。

当测量电流或电压小于最小精工电流电压时，阻抗继电器的动作阻抗将降低，使阻抗继电器的实际保护范围缩短，可能引起与之配合的其他保护的非选择性动作。

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？

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Page100图所示。

采用故障时短时开放的方式为什么能够实现振荡闭锁？开放时间选择的原则是什么？