1、3.3 什么是故障環路？相間短路與接地短路所構成的故障環路的最明顯差別是什么？ 答：在電力系統發生故障時，故障電流流通的通路稱為故障環路。相間短路與接地短路所構成的故障環路的最明顯差別是：接地短路點故障環路為“相地”故障環路，即短路電流在故障相與大地之間流通；對于相間短路，故障環路為“相相”故障環路，即短路電流僅在故障相之間流通，不流向大地。3.4 構成距離保護為什么必須用各種環上的電壓、電流作為測量電壓和電流？答：在三相電力系統中，任何一相的測量電壓與測量電流之比都能算出一個測量阻抗，=I Z=I Z=I ZL，即由它們但是只有故障環上的測量電壓、電流之間才滿足關系Ummmmkm1k算出的測

2、量阻抗才等于短路阻抗，才能夠正確反應故障點到保護安裝處之間的距離。用非故障環上的測量電壓與電流雖然也能算出一個測量阻抗，但它與故障距離之間沒有直接的關系，不能夠正確地反應故障距離，所以不能構成距離保護。3.10 解釋什么是阻抗繼電器的最靈敏角，為什么通常選定線路阻抗角為最靈敏角。 答：當測量阻抗角Zm的阻抗角與正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等時，阻抗繼電器的動作阻抗最大，正好等于Zset1，即Zop=Zset1，此時繼電器最為靈敏，所以Zset1的阻抗角又稱為最靈敏角。選定線路阻抗角為最靈敏角，是為了保證在線路發生金屬性短路點情況下，阻抗繼電器動作最靈敏。3.15 以記憶電壓為參考的距離繼電

3、器有什么特點？其初態特性與穩態特性有何差別？答：以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器可以消除所有故障點死區，尤其是克服出口三相對稱性短路時三相電壓都降為0而失去比較依據的不足；但其動作性不能長期保持。 初態特性與穩態特性差別：（1）在傳統的模擬式距離保護中，記憶電壓是通過LC諧振記憶回路獲得的，由于回路電阻的存在，記憶量是逐漸衰減的，故障一定時間后。記憶電壓將衰減至故障后的測量電壓。所有由記憶回路產生的結論僅在故障剛剛發生、記憶尚未消失時是成立的，因此稱之為初態特性；（2）數字式保護中，記憶電壓就是存放在存儲器中的故障前電壓的采樣值，雖然不存在衰減問題，但故障發生一定時間后，電源的電動勢發生變化，

4、將不再等于故障前的記憶電壓，再用故障前的記憶電壓作為參考電壓，特性也將發生變化。所以記憶電壓僅能在故障后的一定時間內使用，例如僅在I、II段中采用。3.18 圖37所示系統中，發電機以發電機變壓器組方式接入系統，最大開機方式為4臺機全開，最小開機方式為兩側各開1臺機，變壓器T5和T6可能2臺也可能1臺運行。其參數為：E=；X1.G1=X2.G1=X1.G2=X2.G2=15 X1.G3=X2.G3=X1.G4=X2.G4=10, X1.T1 X1.T4=10, X0.T1 X0.T4=30, X1.T5=X1.T6=20, X0.T5=X0.T6=40;LA-B=60km， LB-C=40km

5、;線路阻抗Z1=Z2=0.4km，Z0=1.2km，線路阻抗角均為I=0.85, KSS=1.2,Kre=1.2，75°， IA-B.Lmax=IC-B.Lmax=300A，負荷功率因數角為30°；KrelII=0.75,變壓器均裝有快速差動保護。試解答： Krel(1)為了快速切除線路上的各種短路，線路AB、BC應在何處配備三段式距離保護，各選用何種接線方式？各選用何種動作特性？答：應在1、2、3、4處配備三段式距離保護；選用接地距離保護接線方式和相間距離保護接線方式；它們的I、II段選擇具有方向特性的距離保護，III選用具有偏移特性的距離保護。(2)整定保護14的距離I

6、段，并按照你選定的動作特性，在一個阻抗復平面上畫出各保護的動作區域。答： 線路AB的正序阻抗 ZAB=Z1LA-B=0.460=24線路BC的正序阻抗 ZBC=Z1LB-C=0.440=16II 保護1、2的距離I段 Zset .1,2=KrelZAB=0.8524=20.4()II 保護3、4的距離I段 Zset .3,4=KrelZBC=0.8516=13.6()保護14距離保護在阻抗平面上的動作區域如圖1所示，圓周1、2、3、4分別對應保護1、2、3、4距離I段的動作特性。（3）分別求出保護1、4接地距離II段的最大、最小分支系數。答：對保護1：1） 當與相鄰下級線路距離保護I段配合時，

7、有K1b.max=2.88， K1b.min=1.592） 當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有K1b.max=2.88， K1b.min=2.01對保護4：、1） 當與相鄰下級線路距離保護I段配合時，有K4b.max=2.26， K4b.min=1.412） 當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有K4b.max=1.99，K4b.min=1.53詳細計算見后面的附錄。（4）分別求出保護1、4接地距離II、III段的定值及時限，并校驗靈敏度。答：保護1距離II段的整定：1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。（a）當與相鄰下級線路距離保護I段相配合時，有II=KII(ZI)=0.75(24+1.591

8、3.6)=34.218() Zset+KZAB1b.min.1set.3rel(b)當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有II=KII(Z Zset .1relAB+K1b.minZt)=0.75(24+2.0120)=48.15()Zt=X1.T5=X1.T6=202)靈敏度校驗：Ksen=IIZZAB=34.218=1.43>1.25,滿足靈敏度要求。 24II=tI+t=0+0.5=0.5s，它能同時滿足與 3）動作時限：與相鄰保護3的I段配合，有t13相鄰線路保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。保護1距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有KZU0II

9、I=nZL.mi= =190.53( ) Zsetn.1KKcos(-) I3SSresetLL.max取Krel=0.83，KSS=1.2，Kre=1.2和set=75，L=30，于是III= Zset3 ().11.21.2cos(75-30)=155.90.83190.532）靈敏度校驗：（a）本線路末端短路時靈敏系數為Ksen(1)=IIIZZAB=155.93=6.51.5 24(b)相鄰設備末端短路時靈敏系數為Ksen(1)=IIIZZAB+K1b.maxZnext1.2相鄰線路末端短路時靈敏系數。利用問題（3）中求靈敏系數的結論，只要令 XBK=XBC, XCK=0即可，所以有K

10、1b=1+X2+X12.0+XAB0311+12.1+XX34.11 XXX+(1+)(1+)X34.0X34.0X12.0+XAB0當X34.1, X56.0分別取最小值，而X12.1、X34.0、X12.0分別取最大值時，K1b就取最大值，即當X34.1min=10，X56.0min=20，X12.1max=25，X34.0max=30，X12.0max=30，有K1b.max=1+12021204820+(1+)(1+)30+7231+303030+7210=2.88Znext=ZBC=16()Ksen(2)=IIIZZAB+K1b.maxZnext=155.93=2.23>1.2

11、 24+2.8816相鄰變壓器末端短路時靈敏系數。此時8 Znext=Zt=20() K1b.ma=x2.8，Ksen(2)=IIIZZAB+K1b.maxZnext=155.93=1.91>1.2 24+2.8820Znext=X1.T5=X1.T6=20所以靈敏度校驗滿足要求。III=tIII+t=0.5+0.5=1s，它能同時滿足與相鄰3）動作時限：與相鄰設備保護配合，有t13線路保護和相鄰線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。保護4距離II段的整定：1）整定阻抗：按下面兩個條件選擇。（a）當與相鄰下級線路距離保護I段相配合時，有II=KI(II)=0.75(1 ZsKb+61.41

12、=20.4) 3BC+4.minZe.t4relZse.2t(b)當與相鄰變壓器的快速保護相配合時，有II=KII(ZZset.4relBC+K4bZt=X1.T5=X1.T6=20 .Ztm=)in0+.75=(16II=33.573(). 所以取Zset.4IIZZBC33.573=2.1>1.25 162)靈敏度校驗：Ksen=II=tI+t=0.5s，它能同時滿足與相鄰線路3）動作時限：與相鄰保護2的I段配合，有t42保護以及相鄰變壓器保護配合的要求。保護4距離III段的整定：1）整定阻抗：按躲過正常運行時的最小負荷阻抗整定，有ZU0III=nZL.mi= =190.53( )

13、Zsetn.4KrelKSSKrecos(set-1)IL.max取Krel=0.83， Kss=1.2， Kre=1.2和set=75，L=30,于是III= Zset3 ().41.21.2cos(75-30)=155.90.83190.532）靈敏度校驗：（a）本線路末端短路時靈敏系數為Ksen(1)=IIIZZBC=155.93=9.74>1.5 16(b)相鄰設備末端短路時靈敏系數為Ksen(2)=IIIZZBC+K4b.maxZnext1.2相鄰線路末端短路時靈敏系數。經分析可得K4b=1+1+(1+)(1+)X34.0+XBC031+X12.0X12.0X34.0+XBC0

14、X12.1當X12.1、X56.0、分別取最小值，而X34.1、X12.0、X34.0分別取最大值時，K4b就取最大值，即當X12.1min=12.5，X56.0min=20，X34.1max=20，X12.0max=30，X34.0max=30，有K4b.max=1+12021207220+(1+)(1+)30+4831+303030+4812.5=2.21Ksen(2)=IIIZZBC+K4b.maxZnext=155.93=2.26>1.2 16+2.2124Znext=ZAB=24相鄰變壓器末端短路時靈敏系數。此時Ksen(2)=ZIIIZBC+K4b.maxZnext=155.

15、93=2.79>1.2 16+1.9920Znext=X1.T5=X1.T6=20所以靈敏度校驗滿足要求。III=tIII+t=0.5+0.5=1s，它能同時滿足與相鄰3）動作時限：與相鄰設備保護配合有t42線路保護和相鄰變壓器保護的配合要求。（5）當AB線路中點處發生BC兩相短路接地時，哪些地方的哪些測量元件動作，請逐一列出。保護、斷路器正常工作情況下，哪些保護的何段以什么時間跳開了哪些斷路器將短路切除？答：當AB線路中點處發生BC兩相短路接地時，接地距離保護中：B相、C相的接地距離保護的測量元件動作；相間距離保護中，B、C相間距離保護的測量元件動作：保護、斷路器正常工作情況下，保護1

16、的B,C相接地距離保護I段、BC相間距離保護I段、保護2的B,C相的接地距離保護I段、BC相間距離保護I段，將在故障瞬間跳開保護1，2處的斷路器，從而將短路切除。（6）短路條件同（5），若保護1的接地距離I段拒動、保護2處斷路器拒動，哪些保護以何時跳開何斷路器將短路切除。答：保護1的相間距離I段將在故障瞬間跳開保護1處的斷路器，保護4的距離III段延時1s跳開保護4處的斷路器。（7）假定各保護回路正確動作的概率為90，在（5）處的短路條件下，全系統中斷路器不被錯誤切除任意一個的概率是多少？體會保護動作可靠性應要求到多高。答：假定保護1在發電廠側還有一套遠后備保護，則線路AB中點短路后應該有4個

17、斷路器的跳閘回路被4套保護啟動，如果各保護回路正確動作的概率只有90，則全系統中不被錯誤切除任意一個斷路器的概率為P=0.90.90.90.9=0.6561.附錄：分支系數的計算題3.18保護1、4接地距離II段最大、最小分支系數計算。（1）保護1的接地距離II段最大、最小分支系數計算。1）考慮與保護3的距離I段配合。=Z U11AB1I11+ZBK1I31+UK1 =Z 由電力系統知識，不難看到U12AB2I12+ZBK2I32+UK2，式中，U11、U12、U10分U 10=ZAB0I10+ZBK0I30+UK0、U 、U 分別為故障處的正、別為保護1處的正、負、零序電壓；U負、零序電壓；

18、I 11、k1k2k0、I 分別為保護1處的正、負、零序電流；I 、I 、I 分別為保護3處的正、負、I1210313230零序電流；ZAB1、ZAB2、ZAB0分別為線路AB的正、負、零序阻抗；ZBK1、ZBK2、ZBK0 分別為母線B到故障處之間線路的正、負、零序阻抗。為 所以保護1處的A相電壓U1A=U +U +U （ ZUAB1=ZAB2；ZBK1=ZBK2） 1A111210+I =ZAB1(I1112)+ZAB0I10+ZBK1(I31+I32)+ZBK0I30+UKA+I =ZAB1(I1112+I10)+(ZAB0-ZAB1)I10+ZBK1(I31+I32+I30)+(ZBK

19、0-ZBK1)I30+UKA +3KZ =ZAB1I1AAB1I10+ZBK1I3A+3KZBK1I30+UKA z-zZ-ZZ-Z2式中，K=( ZAB0=1.2LAB;Z1=0.4LAB)（稱為零3z13ZAB13ZBK13序電流補償系數）。在金屬性短路情況下，UKA=0。故保護1處的測量阻抗Z1m為+3KZ +3KI ZIIUI+ZI+3KZI=Z Z1m=+ZAB1BK1I1A+3KI10I1A+3KI10I1A+3KI10+3KI I30 故由分支系數定義變得保護1的分支系數表達式，即K1b=3AI1A+3KI10因為在正、負序網中I 31=I 11，I 32=I 12所以+3KI

20、I（將K=2/3代入） K1b=I1A+3KI10+2I I30=I31+I32+3I30=I11+I12+3I30=1+3(I30-I10) =3A+2I+I+IIII1A101112+3I10I11+I12+3I101112+3I10II-13(-1)I10I10 =1+ =1+I+II1I3+1+I3I1010為表達方便，做如下符號規定：設母線A左方的G1、 T3， G4、T1, G2、T2發變組等值阻抗為X12,母線C右方的G3、T4發變組的等值阻抗為X34,T5、T6變壓器組等值阻抗為X56，故障處記為k。在正、負序網中，不考慮T5、T6，有 =I I1112=X+X （分流公式）

21、If1X12.1+XAB1+XBK1+XCK1+X34.1X+X （分流公式） If0(X12.0+XAB0)/X56.0+XBK0+XCK0+X34.0X （分流公式） I30X12.0+XAB0+X56.0在零序網中，考慮T5、T6，有 = I30 = I10因為在故障處發生的是單相接地故障，所以故障處正、負、零序電流相等，即=I =I If1f2f0IX+XAB0所以有 30=12.0+1 I10X56.0X+XX+X+X(X+X)/X+X+XI=I=IX56.0XCK0+X34.010I10X12.1+XAB1+XBC1+X34.1X+XXK1b=1+X+XX+X+X(X+X)/X+X

22、+X21+3X12.1+X34.1+XAC1X56.0XCK0+X34.0=1+121+(1+)(1+)X12.0+XAB031+X34.0+XCK0XCK0+X34.0X12.0+XAB0XCK1+X34.1所以，當X34.1、X56.0分別取最小值，而X12.1、X34.0、X12.0分別取最大值時，K1b就取最大值；當X34.1、X56.0分別取最大值，而X12.1、X34.0、X12.0分別取最小值時，K1b就取最小值。即當X34.1min=10，X56.0min=20，X12.1max=25，X34.0max=30，X12.0max=30 時，有K1b.max=1+1=2.88 20

23、212040.820+(1+)(1+)30+7231+30+7.230+7.230+7210+2.4當X34.1max=20，X56.0max=40，X12.1min=12.5，X34.0min=15，X12.0min=15時，有K1b.min=1+1=1.59 +(1+)(1+)15+7231+15+7.215+7.215+7220+2.42）考慮與變壓器的速斷保護配合。不妨假設變壓器T5的負荷側發生故障，因其位于變壓器側，故發生單相接地故障時，整個系統中沒有零序電流。=Z U11AB1I11+ZT51(I11+I41)=Z 在金屬性短路條件下，得到U12AB2I12+ZT52(I12+I4

24、2) =0U10為 所以保護1處的A相電壓U1A=U +U +U =Z U1A111210AB1(I11+I12)+ZT51(I11+I12+I41+I42)+Z =ZAB1I1AT51(I1A+I4A)所以保護1處的測量阻抗Z1m為+Z ZIUI(I+I)=Z) Z1m=+Z(1+AB1T51I1AI1AI1A由分支系數定義便得保護1的分支系數表達式IK1b=1+，所以有 I1A+I +I IX+XIII 40=I 10=0，I 41=I 42,I 11=I 12） K1b=1+=1+=1+=1+I1AI11+I12+I10I11X34.1+XBC1所以，當X12.1取最大值，X34.1取最

25、小值，K1b就取最大值；當X12.1取最小值，X34.1取最大值，K1b就取最小值。即當X12.1max=25，X34.1min=10， 有K1b.max=1+25+24=2.88 10+16當X12.1min=12.5，X34.1max=20時，有K1b.min=1+12.5+24=2.01 20+16（2）保護4的接地距離II段最大、最小分支系數計算。同保護I接地距離II段最大、最小分支系數計算一樣，所以可直接得到保護4的分支系數。1）考慮與保護2的距離I 段配合。由前述分析可得K4b=1+1XX(X-X)X21+(1+(1+)X34.0+XBC031+X12.0+XAK0XAK0+X12

26、.0X34.0+XBC0XAK1+X12.1當X12.1、X56.0分別取最小值，而X34.1、X12.0、X34.0分別取最大值時，K4b就取最大值；當X12.1、X56.0分別取最大值，而X34.1、X12.0、X34.0分別取最小值時，K4b就取最小值。即當X12.1min=12.5，X56.0min=20，X34.1max=20，X12.0max=30，X34.0max=30，有K4b.min=1+1=1.41 +(1+)(1+)15+4831+15+10.815+10.815+4825+3.62）考慮與變壓器的速斷保護配合X+XI K4b=1+=1+IX12.1+XAB14A當X34.1取最大值，X12.1取最小值時，K4b就取最大值； X34.1取最小值，X12.1取最大值時，K4b就取最小值。即當X34.1max=20，X12.1min=12.5時，有K4b.max=1+20+16=1.99 12.5+24當X34.1min=10，X12.1max=25時，有 K4b.min=1+10+16=1.53 25+243.28 什么是距離保護的穩