继电保护习题答案

1 绪论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。

1.8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电流的电网保护2.5 说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性？答：电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，即考电流整定值保证选择性。

这样，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。

限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作范围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。

电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围内的故障由速断保护快速切除，速断范围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。

速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0.3~0.6s 的延时才能动作。

速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。

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 1.312k 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 1mins EZ 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 =.min s 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 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 3s BC CDE=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 32s BCEX X +=0.9764kA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 setI Ⅲ='re re I K =.maxrel ss L reK K I K Ⅲ所以有 .1set IⅢ=.max rel 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 3s LE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=2s2.12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。

3 电网距离保护3.9 画图并解释偏移特性阻抗继电器的测量阻抗、整定阻抗和动作阻抗的含义。

答：偏移特性阻抗继电器的动作特性如图3—3所示，各电气量标于图中。

测量阻抗Z就是保护安装处测量电压U•与测量电流m I•之间的比值，系统不同的的运行状态m下（正常、震荡、不同位置故障等），测量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。

在断路故障情况下，由故障环上的测量电压、电流算出测量阻抗能够正确的反应故障点到保护安装处的距离。

对于偏移特性的阻抗继电器而言，整定阻抗有两个，即正方向整定阻抗Z和反方向整定阻1set抗Z，它们均是根据被保护电力系统的具体情况而设定的常数，不随故障情况的变化而变2set化。

一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。

动作阻抗：是阻抗元件处于临界动作状态对应的测量阻抗，从原点到边界圆上的矢量连线称为动作阻抗，通常用Z来表示。

对于具有偏移特性的阻抗继电器来说，动作阻抗并不是一op个常数，二是随着测量阻抗的阻抗角不同而不同。

图3-3 偏移阻抗特性圆3.17什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Zop=Zset。