国网考试电力系统继电保护-题库

第一章绪论

习题

1-1在图1-1所示的网络中，设在d点发生短路，试就以下几种情况评述保护1和保护2对四项基本要求的满足情况：

（1）保护1按整定时间先动作跳开1DL,保护2起动并在故障切除后返回；

（2）保护1和保护2同时按保护1整定时间动作并跳开1DL和2DL；

（3）保护1和保护2同时按保护2整定时间动作并跳开1DL和2DL；

（4）保护1起动但未跳闸，保护2动作跳开2DL；

（5）保护1未动，保护2动作并跳开2DL；

（6）保护1和保护2均未动作

图1-1 习题1-1图

第二章电网的电流保护和方向性电流保护

一、三段式相间电流保护

例题

例题2.1欲在图2-1所示的35KV中性点不接地电网中变电所A母线引出的线路AB上，装设三段式电流保护，保护拟采用两相星形接线。试选择电流互感器的变比并进行I段、II段、III段电流保护的整定计算，即求I、II、III段的一次和二次动作电流（I’dz、I’dz·J、I’’dz、I’’dz·J、I dz、I dz·J）、动作时间（t’、t’’、t）和I段的最小保护范围l min%，以及II段和III段的灵敏系数K’’lm、K lm(1)、K lm(2)。对非快速切除的故障要计算变电所母线A的残余电压。已知在变压器上装有瞬动保护，被保护线路的电抗为0.4Ω/km，可靠系数取K’k=1.3，K’’k=1.1，K k=1.2，电动机自启动系数K zq=1.5，返回系数K h＝0.85，时限阶段△t=0.5s，计算短路电流时可以忽略有效电阻。其他有关数据按3种方案列于表1中。

图2-1 例题2.1图

表1 三种方案

解参见图2-1。已知X s=0.3Ω，l =10km，S B=2×10 MV A，U d%=7.5，S fh=15MV A，t10＝2.5s。

1 求电流I段定值

（1）动作电流I’dz

I’dz＝K’k×Ｉd·B·max＝1.3×4.97＝6.46（kA）

其中Ｉd·B·max＝E S/（X s＋X AB）＝（37/3）/（0.3＋10×0.4）＝4.97（kA）(2) 灵敏性校验，即求l min

l min = 1/Z b×(（3/2)·E x/ I’dz－X s,max) = 1/0.4×( (37/2) / 6.46 －0.3)=6.4 (km)

l min % = 6.4/10 ×100% = 64% > 15%

2 求电流II段定值

(1) 求动作电流I’’dz

为与相邻变压器的瞬动保护相配合，按躲过母线C最大运行方式时流过被整定保护的最大短路电流来整定（取变压器为并列运行）于是

Ｉd·C·max＝E S/（X s＋X AB＋X B／2）＝（37/3）/（0.3＋4＋9.2/2）＝2.4（kA）I’’dz＝K’’k·Ｉd·C·max＝1.1×2.4＝2.64（kA）

式中X B＝U d%×（U2B / S B）＝0.075×（352／10）＝9.2（Ω）

（2）灵敏性校验

K’’lm=Ｉd·B·min / I’’dz＝3/ 2×4.97／2.64＝1.63 > 1.5满足要求

（3）求动作时间t（设相邻瞬动保护动作时间为0s）

t’’ = 0+0.5 = 0.5 (s)

3 求电流III段定值

（1）求动作电流I

dz

I dz =(K

k

/K

h

)×K

zq

×I

m ax

fh

=(1.2/ 0.85)×1.5×247=523(A)

式中I

m ax

fh =S

fh

/（3U m in

g

）=15/（3×35）=247（A）

（2）灵敏性校验

本线路末端短路时

K lm (1) =((3/2) ×4.97)/0.523=8.22>1.5 满足要求

相邻变压器出口母线C（变压器为单台运行）三相短路时

Ｉ（3）d·C·max＝E S/（X s＋X AB＋X B）＝（37/3）/ (0.3+4+9.2) = 1.58（kA）考虑C点短路为y，d11接线变压器后短路，当该点为两相短路时，对所研究的保护动作最不利，又因保护接线采用两继电器式两相星形接线，故有

Ｉ（2）d·min＝(1/2)Ｉ（3）d·C·min

故K lm (2) =0.5×1580／523＝1.5 > 1.2满足要求

如采用三继电器式两相星形接线，灵敏系数还可提高1倍。

4. 求电流互感器变比及继电器动作电流

(1) 求电流互感器变比：按两台变压器在运行时为最大工作电流的计算条件，故

Ｉg·max＝2S B／3UＥ×1.05＝（2×10／3×35）×1.05＝346（Ａ）

取n1=400/5

（2）继电器动作电流

I段I’dz·J＝K jx×I’dz/ n1=6.46×103/80 = 80.75（Ａ）

II段I’’dz·J =2.64×103/80 = 33（Ａ）

III段I dz·J = 523 / 80 = 6.54（Ａ）

5 求当非快速切除故障时母线A的最小残压

非快速保护的动作区最靠近母线A的一点为电流I段最小保护范围的末端，该点短路时母线A的残余电压为

U cy = I d·l min%·X AB

式中I d＝Ｅ／（XＳ＋l min%·X AB）

故U cy =Ｅ·l min%·X AB／（XＳ＋l min%·X AB）

按残余电压定义，即可得出计算U cy%的公式

U cy%＝U cy／Ｅ＝l min%·X AB／（XＳ＋l min%·X AB）

本题已计算出l min%＝64％，而X AB＝0.4×10 ＝4Ω, X s = 0.3Ω故

U cy%＝（0.64×4）／（0.3+4×0.64）×100％＝87.5％

其他方案可类推

例题2.2在图2-2所示网络中，试对线路AB进行三段式电流保护的整定（包括选择接线方式，计算保护各段的一次动作电流、二次动作电流、最小保护范围、灵敏系数和动作时间，选出主要继电器型号规范）。已知线路的最大负荷电流I fh·max＝100Ａ，电流互感器变比为300/5，保护2的过电流保护动作时间为2.2s，母线A、B、C等处短路时流经线路AB的短路电流计算值如表2，有关短路电流计算值为（kA）

图2-2 例题2.2图

表2 短路电流计算值

解：

1.接线方式的选择

由于35KV为中性点非直接接地电网，而所给定的线路AB的相邻元件也是线路（不含变压器），故三段保护均初步选择为两相星形接线。

2.整定计算

（1）I段

1）动作电流的整定：根据前述整定计算公式

I’dz＝K’k·Ｉd·B·max

显然，此处应取Ｉd·B·max＝1.525KA（线路AB末端，即线路BC首端的最大三相短路电流），取可靠系数K’k＝1.3，于是保护的一次动作电流为

I’ dz·1 = 1.3×1.525 = 1.983 (KA)

由于采用两相星形接线，K jx=1 , 故保护的二次动作电流，即继电器的动作电流为I’dz·J＝K jx·I’dz／n1＝1.983×103／（300/5）＝33（A）

选用DL－11/50型电流继电器，或电流DL-21c、DL-31等新型继电器，其动

作电流的整定范围为12.5～50A

2）灵敏性校验：此处为求最小保护范围，根据前述公式

l min = 1/Z b×((3/ 2)·E x/ I’dz－Z s,max)

式中Z s,max为系统阻抗，尚为未知数，根据题设A点短路电流数据，可以求出A点背后等值电源（即系统）的等值阻抗：

最大运行方式时Z s,min＝（37/3）／5.34＝4（Ω）

最小运行方式时Z s,max＝（37/3）／4.27＝5（Ω）

式中37为35KV电网的平均额定线电压，于是可求最大运行方式下的最小保护范围为

l min·max＝（1/0.4）×（3/ 2×（37/3）／1.983－4）＝13.3（km）

此处取线路阻抗Z b = 0.4Ω/km

最小运行方式下的最小保护范围为

l min·mim＝（1/0.4）×（37 / 2／1.983－5）＝10.8（km）

l min·max%＝l min·max / l AB ×100% = 13.3/25×100%=53.2% > 15%

l min·min% = l min·min/ l AB ×100% = 10.8/25×100%=43.3% > 15%

均满足要求

3）动作时间的整定

t=0s

但为躲管型避雷器放电，应选取DZS-117型中间继电器做为出口继电器，该继电器具有4个常开触点，固有动作时间为0.06s，并假定操作电源为220V直流。

（2）II 段 1） 动作电流整定：线路AB 的保护II 段应与相邻线路的保护I 段配合，故

I ’’dz ·1＝K ’’k I ’dz ·2 / K fz

显然，此处K fz ＝1（无分支），而I ’dz ·2应按线路BC 末端C 点最大短路电流来整定，即:

I ’dz ·2 ＝K ’k Ｉd ·C ·max ＝1.3×0.562=0.73(kA) 于是I ’’dz ·1＝1.1×0.73=0.8(kA)

此处取K ’’k =1.1,因为主要目的在于配合. 继电器的动作电流

I ’’dz ·J = K jx ·I ’’dz1／n1=0.8×103

／（300/5）＝13.4（A ） 选用DL-11/20型电流继电器，或其他类似的新型电流继电器，其动作电流的整定范围为5～20 A 2） 灵敏性校验：已知本线路末端最小运行方式下三相短路时流过本保护的电流为1.424

A ，考虑两相短路电流一般为三相短路电流的3 / 2倍（当Z 1 ＝Z 2时），故

K lm = I d ·min(B)/ I ’’dz ·1=

3 / 2 × 1.42

4 / 0.8 =1.54 > 1.

5 满足要求。

3）

动作时间的整定：根据前述，本保护为与相邻元件电流I 段――无时限（t=0s ）电流

速断保护相配合，故可取t ’’＝0.5s (t ’’1 = t ’2 + △t=0.5s)。选取DS-111型时间继电器，假定操作电源为直流220V 。其时限整定范围为0.1～1.3S 。 （3）III 段

1） 动作电流的整定：根据有关整定计算公式

I dz = K K ·K zq /K h ·Ｉfh ·max

I dz = (1.2×2 / 0.85)×100=282（A ）

I dz ·J = K jx ×I dz / n 1 =282 / 60 = 4.7（A ）

选用DL-11/10型电流继电器或其他类似的继电器，其整定范围为2.5～10A

2） 灵敏性校验：取本线路末端B 点短路时流过本保护的最小两相短路电流做为计算电流，故

K lm （1）= I (2)d ·B ·min / I dz = (3 / 2) × 1.424×103 / 282=4.37 > 1.5

保护相邻线路时的灵敏性，取相邻线路BC 末端C 点短路时流过本保护1的最小两相短路电流作为计算电流，故

K lm （2）= I (2)d ·c ·min / I dz = (3 / 2) × 0.548×103 / 282=1.68 > 1.2

均满足要求。

3） 动作时间整定：根据阶梯原则，在此，过电流保护的动作时间应与相邻线路BC 的保护2配合，

即

t 1 = t 2 + △t=2.2＋0.5＝2.7（s ）

选用DS-112型时间继电器，其动作时间整定范围为0.25～3.5s 取操作电源为直流220V

习题

2-1图2-3示网络中，已知线路AB 的最大负荷电流A I

fh 100m ax

=?，电流互感器变比为

300/5，保护2的过电流保护动作时间为2.5 S ，母线A 处短路时，最大和最小三相短路电流

分别为5.34kA 和4.27kA 。每公里线路正序阻抗为0.4Ω，取3.1'=k K ，2.1"

=k K ，2

.1=k

K ，

85

.0

=

h

K，2=

zq

K。试对线路AB进行三段式电流保护的整定（包括：一次、二次动作电流，最小保护范围，灵敏系数和动作时间）。

图2-3 习题2-1 图

2-2如图2-4所示网络中，2.1=

k

K

，1=

zq

K。试问：如按85.0=h K求出保护1的过电流保护的

整定值，而实际电流继电器6.0=

h

K时，分析在什么情况下保护1会出现误动作。

图2-4 习题2-2 图

2-3如图2-5所示网络中，线路AB电源端装有三段式电流保护，线路BC装有二段式电流保护，均采用不完全星形接线方式，系统参数如图示，线路AB和BC的最大负荷电流分别为2.3A和2A，线路BC的过电流保护动作时限为3秒，负荷自起动系数均为1。试计算：（1）

线路AB和BC各段电流继电器的动作电流I

pu r

和时间继电器的动作时限

pu

t。

(2)求出无时限电流速断的保护范围和校验Ⅱ、Ⅲ段的灵敏度。

( 1.2 , 1.1)

I

rel rel rel

K K K

II III

===Ω

=

Ω

=

=10

,

10

,

3

/

380''

''

B

s

X

X

V

E''E为发电

机相电压，''

s

X为发电机电抗，

B

X为变压器电抗。

|I| I

|I| 0.5"t2

I

|I|t2

5/5

15O

2DL5/5

23O

2.3A2A

B C

图2-5 习题2-3图

2-4在图2-6所示网络中，线路AB、BC、BD上均装设了三段式定时限电流保护，变压器采用了保护整个变压器的无时限差动保护，并已知：

（1） 保护采用完全星形接线方法；

（2） K

I I ∞''≈； （3） 线路AB 的最大负荷电流为200A ，负荷自起动系数 K zq =1.5;

（4） 其他参数如图示，图上设备电抗值均为归算到115KV 的欧姆数；

（5） 1.25, 1.15.rel rel rel K K K I II III

===

（6）发电机电势和电抗为Ω=Ω==13,18,3/115'

'min ''max ''s s X X KV E

图2-6 习题2-4图 试计算：线路AB 各段保护的().I

pu sen pu I K l t 、或和

2-5在图2-7所示网络上，各断路器采用了定时限电流保护，并已知：

图2-7 习题2-5图

（1） 保护1和4均采用不完全星形三继电器接线方式，保护5采用不完全星形两继电器

的接线方式；

（2） 线路AB 和BC 的最大负荷电流分别为190A 和120A ，负荷自启动系数分别为2.5和

2.3；