继电保护第四章
继电保护第四章课后答案
继电保护第四章课后答案
一、填空题
1．降压变压器高压侧的主分接头电压为220kv，若选择＋2×2.5%的分接头，则该分接头电压为231KV。
2．电力系统中性点有效接地方式指的是中性点直接接地。
3．输电线路的电气参数包括电抗、电导、电纳和电阻。
4．输电线路的电压偏移是指线路始端或末端母线的实际运行电压与线路额定电压的数值差。
5．电力系统的潮流分布一般是用各节点的电压和功率表示。
6．调整发电机组输出的有功功率用来调整电力系统运行的频率。
7．复合故障一般是指某一时刻在电力系统二个及以上地方发生故障。
8．用对称分量法计算不对称故障，当三相阻抗完全对称时，则其序阻抗矩阵Zsc的非对角元素为零。
9．系统中发生单相接地短路时故障点短路电流的大小是零序电流的3倍。
10．减小输出电元件的电抗将提高（改善）系统的静态稳定性。
二、单项选择题在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
11．同步发电机的转速和系统频率之间是否有严格的关系（②）
①否②是③不一定④根据发电机的形式定
12．三绕组变压器的结构、通常将高压绕组放在（③）
①内层②中间层③外层
④独立设置13．中性点以消弧线圈接地的电力系统，通常采用的补偿方式是（③）
①全补偿②欠补偿③过补偿④有时全补偿，有时欠补偿
14．三相导线的几何均距越大，则导线的电抗（②）
①越大②越小③不变④无法确定
15．变压器的电导参数GT，主要决定于哪一个实验数据（①）
①△PO②△PK③UK%④IO%。
继电保护第四章要点总结
纵联保护的基本原理：保护原理的本质是甄别系统正常和故障状态下电气量或非电气量之间的差别，纵联保护也不例外。
输电线路的纵联保护就是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构成的。
当线路发生区内故障、区外故障时，电力线两端电流波形、功率、电流相位以及两端的测量阻抗都有明显的差异，利用这些差异就可以构成不同原理的纵联保护。
特征：1.两侧电流量特征2.两侧电流相位特征3.两侧功率方向特征4.两侧测量阻抗值特征纵联保护的分类：纵联保护按照所利用信息通道的不同类型可以分为导引线纵联保护、电力线载波纵联保护、微波纵联保护和光纤纵联保护四种。
纵联保护按照保护动作原理，可以分为方向比较式纵联保护和纵联电流差动保护两类。
通信通道的构成1.导引线通道特点：信息无须加工，直接传送至对端，因而基本不存在同步问题保护原理一般采用电流差动原理，故也称导引线差动保护。
简单可靠，不受系统运行方式影响，不受振荡影响缺点：需铺设专门的导引线，投资高，互感器二次负载较大。
导引线本身的故障，会引起保护的拒动或误动。
2.电力线载波（高频）通道：1—阻波器；阻波器是由一个电感线圈与可变电容器并联组成的回路。
2—结合电容器；结合电容器与连接滤过器共同配合将载波信号传递至输电线路，同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。
3—连接滤波器；连接滤波器由一个可调节的空心变压器及连接至高频电缆一侧的电容器组成。
4—电缆；5—高频收发信；发信机部分系由继电保护装置控制，通常都是在电力系统发生故障时，保护起动之后它才发出信号。
6—刀闸优点：无中继通信距离长；经济，使用方便；工程施工比较简单缺点：由于其直接通过高压输电线路传送高频载波信号，因此高压输电线路上的干扰直接进入载波通道，高压输电线路的电晕、短路、开关操作等都会在不同程度上对载波信号进行干扰电力线载波通道工作方式：正常有高频电流方式（长期发信方式）正常无高频电流方式（故障启动发信方式）移频方式特点通信通道独立于输电线路通信频带宽，300-30000MHz ，传输速度快受外界干扰的影响小传输距离有限4.光纤通道特点通信容量大，光纤通信的经济性佳光纤通信还有保密性好光纤最重要的特性之一是无感应性能通信距离有限高频信号的分类1．闭锁信号：即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件，或者说闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
（希望不动）
方向元件 阻抗元件 电流相位
一侧为正 一侧为负
一侧动作 一侧不动作
相位差 180
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。 可以实现本线路全长范围内任意一点 故障的零秒切除的保护。 纵联保护没有后备保护功能
(3) 微波通道 是一种多路通信通道，频带宽，可传送交流电 的波形。是理想的通道，但保护专用微波通道 是不经济的。 (4) 光纤通道 •采用光纤作为通信通道，目前超高压线路在 架线时已同时架设光纤通道，所以，已被越来 越多的超高压线路采用。
B. 按保护动作原理分：
(1) 方向比较式纵联保护
两侧的保护装置将本侧的功率方向、测量阻
继电保护通信通道的选择原则
优先考虑采用光纤通道
其他……
4.3 方向比较式纵联保护
一、概念
以正常无高频电流而在区外故障时发 出闭锁信号的方式构成。此闭锁信号 由短路功率为负的一侧发出，这个信 号被两端的收信机所接收，而把保护 闭锁，故称闭锁式方向纵联保护（高 频闭锁方向保护）。
两侧功率方向的故障特征
纵联保护按通道类型分类
纵联保护信号传输方式： （ 1 ）以导引线作为通信通道：纵联差 动保护 （ 2 ）电力线载波：高频保护（方向高 频保护，相差高频保护），其中方向高 频保护又包括高频闭锁方向保护，高频 闭锁负序方向保护，高频闭锁距离保护； （ 3 ）微波：微波保护，长线路，需要 中继站；
(2) 耦合电容器（滤波、隔工频） 耦合电容器与连接滤波器共同配 合，将载波信号传递至输电线路，同时 使高频收发信机与工频高压线路绝缘。 由于耦合电容器对于工频电流呈现极大 的阻抗，故由它所导致的工频泄漏电流 极小。
电力系统继电保护-第四章
由于受TA的误差、线路分布电容等因素影响， 实际上其二次电流相量和可能不为0。 纵联电流差动保护动作判据可写为：
I M I N I set
IM IN
两侧电流的相量和 差动保护整定值
I set
2. 方向比较式纵联保护
线路发生内部故障时： M侧和N侧功率方向元件均为正；
1. 电流全量特征
根据基尔霍夫电流定律 (KCL)可知：
在集总参数电路中，任何时刻， 对任意一节点，所有支路电流相 量和等于零。用数学表达式表示 如下： I 0
M
U M
I M
k1
N I N
U N
内部故障
M
I M
I N
N
k2
区外故障
对于输电线路MN可以认为是一个节点。 内部故障 外部故障
线路发生外部故障时： 一端电流为母线流向线路，另一端为由线路流 向母线，于是两端电流相位相反 180 。
因此可以根据两侧电流的相位差来判 别线路内部或者外部短路。
考虑到TV、TA的相角误差以及输电线分布电容等影 响，当线路发生区外故障时两侧二次电流的相角差并不 刚好等于1800，而是近似为1800，且在故障前两侧电动势 有一定的相角差，这样在区内短路时两侧电流也不完全 同相位。 当两侧电流的相位差
I N
外部故障
I M
I N
iM
t
I M
I N
iN
iM
t
0
0
I M
t
I N
iN
t
180
IM IN
arg
IM IN
电力系统继电保护 第四章输电线路的纵联保护
3 微波通信
频段为300~30000MHz，超短波的无线电波，频带宽，信息传输容量大，传 输距离不超过40~60km；距离较远时，要装设微波中继站，以增强和传递微 波信号。通信速率快，可用于纵联电流差动原理的保护。
4 光纤通信
1.光纤通信的构成
光发射机、光纤、中继器和光接收机。
（2）正常时有高频电流方式（长时发信） 在正常工作条件下发信机始终处于发信状态，沿高 频通道传送高频电流。
优点：高频通道部分经常处于监视的状态，可靠性高；且无 需收、发信机启动元件，简化装置。 缺点：经常处于发信状态，增加了对其他通信设备的干扰时 间；也易受外界高频信号干扰，应具有更高的抗干扰能力。
（希望不动） 一侧为正 一侧为负
内部故障 （希望动作）
两侧均为正
一侧动作 一侧不动作
两侧均动作
电流相位 相位差 180
接近同相
如何应用这些特征？后面陆续予以介绍。
纵联保护：用某种通信信道将输电线 路两端的保护装置纵向联结起来，将 一端电气量（电流、功率方向等）传 到对端进行比较，判断故障在本线路 范围内还是范围之外，从而决定是否 切除被保护线路。
根据通道的构成，输电线路载波通信分为： “相-相”式 连接在两相导线之间 “相-地”式 连接在输电线一相导线和大地之间
1、输电线路载波通信的构成
继电
部分
G R
输电线路
高频阻波器 耦合电容器
连接滤波器 高频电缆
G 高频通道部分 R
接 地 开 关
继电
部分
(1)阻波器：阻波器是由 一电感线圈与可变电容器 并联组成的回路。当并联 谐振时，它所呈现的阻抗 最大（1000Ω以上），利 用这一特性，使其谐振频 率为所用的载波频率。这 样的高频信号就被限制在 被保护输电线路的范围以 内，而不能穿越到相邻线 路上去。但对工频电流而 言，阻波器仅呈现电感线 圈的阻抗，数值很小（约 为0.04Ω左右），并不影 响它的传输。
继电保护讲解第四章-纵联保护
西南交通大学电气工程学院
第四章
问题的提出
输电线纵联保护
电流保护,距离保护, 电流保护,距离保护,Ⅰ段只保护线路的 85%,对其余的15% 20%线路故障 线路故障, 80%～85%,对其余的15%～20%线路故障,只 能带延时0.5s时限的Ⅱ段来保护, 0.5s时限的 能带延时0.5s时限的Ⅱ段来保护,对高压输电 线路不能满足系统稳定性的要求, 线路不能满足系统稳定性的要求,需要寻求新 的能保护线路全长的保护. 的能保护线路全长的保护.
Um Un
次级不处于短路状态 I M , I N同方向 U m , U n同方向 初级电压升高,使继电器动作, 初级电压升高,使继电器动作,跳两侧的断路器
内部故障
均压法
M
IM
IN
N
∑I
Im
J
∑I
In
i=0
GBm
GBn
J
Um Un
二,纵联差动保护的不平衡电流 —两侧电流互感器二次阻抗及互感器本身励磁特性不
一致,在正常运行及外部故障时, 一致,在正常运行及外部故障时,差回路中电流不 为零,此电流称为不平衡电流. 为零,此电流称为不平衡电流.
稳态下的不平衡电流: 稳态下的不平衡电流:励磁电流之差 流互同型系数, 流互同型系数,同 流互10% 10%误差 流互10%误差 0.5),不同 1.0) 不同( (0.5),不同(1.0)
当用于输电线路时,采用如下两种接线方式: 当用于输电线路时,采用如下两种接线方式:
环流法
电流综合器: 电流综合器: 将三相合成 一相
U m = U n
J
M
IM
IN
N
正常运行以及外部故障
继电保护原理第四章
（2）影响电流互感器误差的主要因素 a、当一次侧电流一定时，二次侧的负载越大，则要求二次侧的 当一次侧电流一定时，二次侧的负载越大， 感应电动势越大，因而要求铁芯中的磁通密度越大， 感应电动势越大，因而要求铁芯中的磁通密度越大，铁芯就容 易饱和； 易饱和； b、当二次侧负载已经确定后，一次侧电流的升高也将引起铁芯 当二次侧负载已经确定后， 中磁通密度增大。因此，一次侧电流越大时， 中磁通密度增大。因此，一次侧电流越大时，二次侧的误差也 增大。 增大。 （3）稳态不平衡电流的计算 在考虑一次电流最大倍数时，应采用外部故障时， 在考虑一次电流最大倍数时，应采用外部故障时，流过电流互 感器的最大短路电流，并保证在这种最大的一次电流情况下， 感器的最大短路电流，并保证在这种最大的一次电流情况下， 二次电流的误差不大于10%。 二次电流的误差不大于10%。 10%
Z 'L ɺ ɺ I2 = I ' Z L + Z2
'
Z2 Z 'L + Z2
不平衡电流实际上是两个电流互感器励磁电流之差； 不平衡电流实际上是两个电流互感器励磁电流之差； 导致励磁电流增加的各种因素， 导致励磁电流增加的各种因素，以及两个电流互感器特性的差 是使不平衡电流增大的主要因素。 别，是使不平衡电流增大的主要因素。
4.1.3 影响输电线纵联差动保护正确工作的因素
影响输电线纵联差动保护正确工作的因素主要有： 影响输电线纵联差动保护正确工作的因素主要有： 1、电流互感器的误差和不平衡电流 2、导引线的阻抗和分布电容 3、导引线的故障和感应过电压 一、电流互感器的误差和不平衡电流 1、正常运行及保护范围外故障时
ɺ ɺ ɺ ɺ I M = − I N = I f (或I d )
电力系统继电保护第四章 4-3,4-4
U ca = U c − U a ≈ Ec − Ea = Eca U ab = U a − U b ≈ Ea − Eb = Eab U bc = U b − U c ≈ Eb − Ec = Ebc
当ϕ k 在0 ~ 90 0 变化时， − 120 0 ≤ ϕ g ≤ −30 0
0
• • • • • • • • • • • •
•
•
•
•
•
•
• a
不动作。 不动作 = 0 1KW不动作。
•
2KW： I gb = I b ：
U gb = U ca ≈ E ca
•
•
•
ϕ gb = −(900 + 300 − ϕ k ) = −(1200 − ϕ k )
− 900 ≤ ϕ k − 1200 + α ≤ 900 30 ϕ k = 00 时， 0 ≤ α ≤ 2100
就可使可使继电器处于最灵敏状 态附近。
三相短路时KW KW的电 图4-13 三相短路时KW的电 流、电压向量图
中国电力出版社
（一）三相短路
三相短路时能使继电器动作的内角的取值范围 ϕ g = −(90o − ϕ k ) − (90 0 + α ) ≤ ϕ g ≤ 900 − α
& Ug − 90° − α ≤ arg ≤ 90° − α & I
c b
接入各相继电器的 电压分别为: 电压分别为:
1 • U b = U c = − Ea 2
•
•
中国电力出版社
相
· ·
Uab=1.5Ea
· ·
·
Uab
·
·
Ic φ rc
Ua =Ea
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单选题
1.利用电压与电流之间的相位差的改变可构成（）。
A. 电流保护
B. 电压保护
C. 方向保护
D. 距离保护
2.按90°接线的功率方向继电器，当线路正方向发生相间短路时，若线路短路阻抗角为60°，为使继电器动作最灵敏，最大灵敏角应选取( )。
A ．-30°
B ．30°
C ．60°
D ．90°
3.采用90°接线的A 相功率方向继电器所加的电流和电压应为 ( )。
A. bc a
U I •
• B. ca b
U I •• C. ab c
U I •• D. cb a U I •• 4相间短路保护功率方向继电器采用90°接线的目的是（ ）。
A. 消除三相短路时方向元件的动作死区
B. 消除出口相间短路时方向元件的动作死区
C. 消除反方向短路时方向元件的动作死区
D. 消除正向和反向出口三相短路时方向元件的动作死区
5.按90°接线的相间功率方向继电器，当线路发生正向故障时，若线路阻抗角为60°，要想使继电器动作最灵敏，功率方向继电器的内角应取( )。
A. 30°
B.-30°
C. 70°
D. 60°
6.功率方向继电器与电流互感器和电压互感器之间的连接方式，称为（ ）。
A.功率方向继电器的接线方式
B.电压互感器的接线方式
C.电流互动感器的接线方式
D.电压变换器的接线方式
7.所谓功率方向继电器的潜动，是指( )的现象。
A. 只给继电器加入电流或电压时，继电器不动作
B. 只给继电器加入电流或电压时，继电器动作
C. 加入继器的电流与电压反相时，继电器动作
D. 不加电流、电压时
8.线路发生金属性三相短路时，保护安装处母线上的残余电压( )。
A. 最高
B. 为故障点至保护安装处之间的线路压降
C. 与短路点相同
D. 不能判定
9.电流保护中电磁型电流继电器的返回系数小于（）。
A．小于1
B．大于1
C．为零
D．大于2
10.线路第Ⅰ段保护范围最稳定的是（）。
A. 距离保护
B. 零序电流保护
C. 电流保护
D. 电压保护
判断题
1.三段式电流保护加装功率方向元件后，即可构成三段式方向电流保护。
（）
2.在方向电流保护中，当短路功率方向由母线指向线路时，保护不应该动作。
（）
3.对线路的方向过电流保护，规定线路上电流的正方向为由线路流向母线。
（）
4.某些整流型功率方向继电器，由于其电压回路具有记忆作用，所以在被保护线路始端三相短路时不存在电压死区。
（）
第四章。