电力系统继电保护考试

1.2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。

1.4 依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异，已经构成哪些原理的保护，这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗？答：利用流过被保护元件电流幅值的增大，构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低，构成了低电压保护；利用电压幅值的异常升高，构成了过电压保护；利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大，构成了低阻抗保护。

单靠保护增大值不能切除保护范围内任意点的故障，因为当故障发生在本线路末端与下级线路的首端出口时，本线路首端的电气量差别不大。

所以，为了保证本线路短路时能快速切除而下级线路短路时不动作，这种单靠整定值得保护只能保护线路的一部分。

1.5依据电力元件两端电气量在正常工作和短路状态下的差异，可以构成哪些原理的保护？ 答：利用电力元件两端电流的差别，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相位的差别可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差别，可以构成纵联方向比较式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差别，可以构成纵联距离保护。

1.6 如图1-1所示，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。

线路TA1TA2母线图1-1 电流互感器选用示意图1.8后备保护的作用是什么？阐述远后备保护和近后备保护的优缺点。

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。

远后备保护的优点是：保护范围覆盖所有下级电力元件的主保护范围，它能解决远后备保护范围内所有故障元件由任何原因造成的不能切除问题。

远后备保护的缺点是：（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；（2）动作将切除所有上级电源测的断路器，造成事故扩大；（3）在高压电网中难以满足灵敏度的要求。

近后备保护的优点是：（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动作；（2）动作时只能切除主保护要跳开的断路器，不造成事故的扩大；（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。

近后备保护的缺点是：变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。

2.7 如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为：115/E ϕ=，115G X =Ω 、210G X =Ω，310G X =Ω，1260L L km ==，340L km =，50B C L km -=，30C D L km -=，20D E L m -=，线路阻抗0.4/km Ω，rel K Ⅰ=1.2 、rel K Ⅱ=rel K Ⅲ=1.15 ，.max 300B C I A -=，.max 200C D I A -=， .max 150D E I A -=，ss K =1.5、re K =0.85。

试求：（1）发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运行，请确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。

（2）整定保护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小保护范围。

（3）整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要求（sen K ≥1.2） （4）整定保护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E 的过电流保护动作时限为0.5s ，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵敏度。

图2-2 简单电网示意图解：由已知可得1L X =2L X =0.4×60=24Ω，3L X =0.4×40=16Ω，BC X =0.4×50=20Ω，CD X =0.4×30Ω，DE X =0.4×20=8Ω（1）经分析可知，最大运行方式及阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路L1~L3全部运行，由题意G1，G2连接在同一母线上，则.min s X =（1G X ||2G X +1L X ||2L X ）||(3G X +3L X )=(6+12)||(10+16)=10.6同理，最小运行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1运行，相应地有.max s X =1G X +1L X=39BCDE图2-3 等值电路（2）对于保护1，其等值电路图如图2-3所示，母线E 最大运行方式下发生三相短路流过保护1 的最大短路电流为..max .min 115/ 1.31210.620128k E s BC CD DEEI kA X X X X ===+++++相应的速断定值为.1set I Ⅰ=rel K Ⅰ×..max k E I =1.2×1.312=1.57kA 最小保护范围计算公式为set I Ⅰ=2.max 1min s E Z Z L +min L =.max 120.4s set E Z I ⎛⎫⎪ ⎪-⨯ ⎪⎪⎝⎭Ⅰ=-85.9km即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

对于保护2等值电路如图2-3所示，母线D 在最大运行方式下发生三相短路流过保护2 的最大电流 ..max k D I =.mins BC CDEX X X ++=1.558kA相应的速断定值为 .2set I Ⅰ=rel K Ⅰ×..max k D I =1.2×1.558=1.87kA最小保护范围为 min L=.max .2120.4s set E Z I ⎛⎫⎪ ⎪-⨯ ⎪ ⎪⎝⎭Ⅱ=-70.6km 即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

对于保护3等值电路如图2-3所示，母线C 在最大运行方式下发生三相短路流过保护3 的最大电流 ..max k C I =.min s BCEX X +=2.17kA相应的速断定值为 .3set I Ⅰ=rel K Ⅰ×..max k C I =1.2×2.17=2.603kA最小保护范围为 min L=.max .3120.4s set E Z I ⎛⎫⎪ ⎪-⨯ ⎪ ⎪⎝⎭Ⅱ=-42.3km 即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行发生下可能没有保护区。

（3）整定保护2的限时电流速断定值为 set I Ⅱ=set K Ⅱ.1set I Ⅰ=1.15×1.57=1.806kA 线路末段（即D 处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为..max k D I.max s BC CD=0.8098kA所以保护2处的灵敏系数 setK Ⅱ=..mink D setI I Ⅱ=0.4484 即不满足sen K ≥1.2的要求。

同理，保护3的限时电流速断定值为 .3set I Ⅱ=rel K Ⅱ.2set I Ⅰ=1.15×1.87=2.151kA线路末段（即C 处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为..max k C I.max s BC所以保护3处的灵敏系数 .3set K Ⅱ=..min.3k C set I I Ⅱ=0.4531即不满足sen K ≥1.2的要求。

可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断保护的灵敏度都远不能满足要求。

（4）过电流整定值计算公式为 set I Ⅲ='re re I K =.max rel ss L reK K I K Ⅲ所以有 .1set I Ⅲ=.maxrel ss D E reK K I K -Ⅲ=304.5A同理得 .2set I Ⅲ=406A .3set I Ⅲ=609A在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的计算公式为 .min k I.max s L所以有 .min E I =727.8A .min D I =809.8A .min C I =974.51A所以由灵敏度公式 sen K =.mink setI I Ⅲ可知，保护1作为近后备的灵敏度为 .1set K Ⅲ=.min.1E set I I Ⅲ=2.39≥1.5 满足近后备保护灵敏度的要求； 保护2作为远后备的灵敏度为 .2set K Ⅲ=.min .2E set I I Ⅲ=1.79≥1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求； 保护3作为远后备的灵敏度为 .3set K Ⅲ=.min .3E set I I Ⅲ=1.33≥1.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。

保护的动作时间为 1t Ⅲ=0.5+0.5=1s 2t Ⅲ=1t Ⅲ+0.5=1.5s 3t Ⅲ=2t Ⅲ+0.5=2s2.8 当图2.56中保护1 的出口处在系统最小运行方式下发生两相短路，保护按照题2.7配置和整定时，试问（1）共有哪些保护元件启动？（2）所有保护工作正常，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？（3）若保护1 的电流速断保护拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？ （4）若保护1 的断路器拒动，故障由何处的那个保护元件动作、多长时间切除？ 答: （1） 由题2.7的分析，保护1出口处（即母线D 处）短路时的最小短路电流为0.8098kA ，在量值上小于所有电流速断保护和限时电流速断保护的整定值，所以所有这些保护都不会启动；该量值大于1、2、3处过电流保护的定值，所以三处过电流保护均会启动。

（2）所有保护均正常的情况下，应有1处的过电流以1s 的延时切除故障。

（3）分析表明，按照本题给定的参数，1处的速断保护肯定不会动作，2处的限时电流速断保护也不会动作，只能靠1处的过电流保护动作，延时1s 跳闸；若断路器拒动，则应由2处的过电流保护以1.5s 的延时跳开2处的断路器。

2.11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。