第一章緒論

習(xí)題

1-1在圖11所示的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)在d點發(fā)生短路，試就以下幾種情況評述保護(hù)1

和保護(hù)2對四項基本要求的滿足情況：

（1）保護(hù)1按整定時間先動作跳開1DL,保護(hù)2起動并在故障切除后返回；

（2）保護(hù)1和保護(hù)2同時按保護(hù)1整定時間動作并跳開1DL和2DL：

（3）保護(hù)1和保護(hù)2同時按保護(hù)2整定時間動作并跳開1DL和2DL；

（4）保護(hù)1起動但未跳閘，保護(hù)2動作跳開2DL；

（5）保護(hù)1未動，保護(hù)2動作并跳開2DL；

（6）保護(hù)1和保護(hù)2均未動作

圖1-1習(xí)題1-1圖

第二章電網(wǎng)的電流保護(hù)和方向性電流保護(hù)

一、三段式相間電流保護(hù)

例題

例題2.1欲在圖2-1所示的35KV中性點不接地電網(wǎng)中變電所A母線引出的線路

AB±,裝設(shè)三段式電流保護(hù)，保護(hù)擬采用兩相星形接線。試選擇電流互感器的變

比并進(jìn)行I段、II段、IH段電流保護(hù)的整定計算，即求I、H、III段的一次和

二次動作電流（I’d,、I'dz.j、I''dz、1''"小1皿、Is）、動作時間（t‘、

t''、t）和I段的最小保護(hù)范圍LM,以及H段和IH段的靈敏系數(shù)K''心

除⑴、Km⑵。對非快速切除的故障要計算變電所母線A的殘余電壓。已知在變壓

器上裝有瞬動保護(hù)，被保護(hù)線路的電抗為0.4。/km,可靠系數(shù)取K'汴1.3,

K''*1.1,Kk=1.2,電動機(jī)自啟動系數(shù)。q=l.5,返回系數(shù)1=0.85,時限階段4

t=0.5s,計算短路電流時可以忽略有效電阻。其他有關(guān)數(shù)據(jù)按3種方案列于表1

中。

圖2-1例題2.1圖

表1三種方案

系統(tǒng)電抗線路長度變壓器額定負(fù)荷10kV線路保護(hù)最長

方案

X.(Q)1(km)Si(MVA)Ua%Se-n(MVA)動作時間t-(s)

10.3102X107.5152.5

20.882X7.57.5102

32152X5.67.581.5

解參見圖2T。已知XX).3。，l=10km,SB=2X10MVA,Ud%=7.5,Sth=15MVA,

tio=2.5so

1求電流I段定值

(1)動作電流I'dz

I'dz=K'kXId.B.nax=1.3X4.97=6.46(kA)

其中Id.B.g=EJ(XS+XAB)=(37/V3)/(0.3+10X0.4)=

4.97(kA)

(2)靈敏性校驗，即求l皿

I*=1/ZbX((V3/2)?EJrdz-X—J=1/0.4X((37/2)/6.46

-0.3)=6.4(km)

Lin%=6.4/10X100%=64%>15%

2求電流II段定值

(1)求動作電流I''他

為與相鄰變壓器的瞬動保護(hù)相配合，按躲過母線C最大運行方式時流過被

整定保護(hù)的最大短路電流來整定(取變壓器為并列運行)于是

Ide皿=Es/(XS-FXAB+XB/2)=(37/6)/(0.3+4+9.2/2)=2.4

(kA)

I,'d'=K''k?Id?c?皿=1.1X2.4=2.64(kA)

2

式中XB=u衣X(UB/SB)=0.075X(352/IO)=9.2(c)

(2)靈敏性校驗

K''/I'''=V3/2X4.97/2.64=1.63>1.5滿足

要求

(3)求動作時間t(設(shè)相鄰瞬動保護(hù)動作時間為Os)

/，=0+0.5=0.5(s)

3求電流III段定值

(1)求動作電流I必

I小=(K?/h)XK“X[.皿=(1?2/0?85)義1.5X247=523(A)

式中1小的二S./(V3U.min)=15/(6x35)=247(A)

(2)靈敏性校驗

本線路末端短路時

一⑴二((4/2)X4.97)/0.523=8,22>1.5滿足要求

相鄰變壓器出口母線C(變壓器為單臺運行)三相短路時

I⑶d.c.E=Es/(XS+XAB+XB)=(37/V3)/(0.3+4+9.2)=1.58

(kA)

考慮C點短路為y,dll接線變壓器后短路，當(dāng)該點為兩相短路時，對所研究的保

護(hù)動作最不利，又因保護(hù)接線采用兩繼電器式兩相星形接線，故有

I⑵d?min=(1/2)I⑶dcein

故Km⑵=0.5X1580/523=1.5>1.2滿足要求

如采用三維電器式兩相星形接線，靈敏系數(shù)還可提高1倍。

4.求電流互感器變比及繼電器動作電流

(1)求電流互感器變比：按兩臺變壓器在運行時為最大工作電流的計算條件，故

Ig.皿=2SB/6氏XL05=(2X10/V3X35)XI.05=346(A)

取『400/5

(2)繼電器動作電流

I段I'=KjxxrJn,=6.46X10780二80.75(A)

II段I''dz,j=2.64X10'/80=33(A)

III段Lz-j=523/80=6.54(A)

5求當(dāng)非快速切除故障時母線A的最小殘壓

非快速保護(hù)的動作區(qū)最靠近母線A的一點為電流I段最小保護(hù)范圍的末端，該點

短路時母線A的殘余電壓為

Ucy=Id*Inin%>XAB

式中Id=E/(Xs+lllin%-XAB)

故Ucy=E-Inin%?XAR/(Xs+Lin%-XAB)

按殘余電壓定義，即可得出計算U,.%的公式

Ucy%=Ucy/E=Inin%?X,w/(Xs+l/攪?XAB)

===

本題已計算出Inin%64%,而XAB0.4X10=4Q,XS0.3。故

U<;y%=(0.64X4)/(0.3+4X0.64)X100%=87.5%

其他方案可類推

例題2.2在圖2-2所示網(wǎng)絡(luò)中，試對線路AB進(jìn)行三段式電流保護(hù)的整定(包括

選擇接線方式，計算保護(hù)各段的一次動作電流、二次動作電流、最小保護(hù)范圍、

靈敏系數(shù)和動作時間，選出土要繼電器型號規(guī)范）。已知線路的最大負(fù)荷電流L-

=100A,電流互感器變比為300/5,保護(hù)2的過電流保護(hù)動作時間為2.2s,母線

A、B、C等處短路時流經(jīng)線路AB的短路電流計算值如表2,有關(guān)短路電流計算值

為（kA）

圖2-2例題2.2圖

表2短路電流計算值

\短路

路ABC

電流\

運行方式

最大運行方式5.341.5250.562

最小運行方式4.271.4240.548

解：

1.接線方式的選擇

由于35KV為中性點非直接接地電網(wǎng)，而所給定的線路AB的相鄰元件也是線路（不

含變壓器），故三段保護(hù)均初步選擇為兩相星形接線。

2.整定計算

（1）I段

1）動作電流的整定：根據(jù)前述整定計算公式

dzKk*Id,B?nix

顯然,此處應(yīng)取I-=L525KA（線路AB末端，即線路BC首端的最大三相短路

電流），取可靠系數(shù)K'卜=1.3,于是保護(hù)的一次動作電流為

rdz?尸1.3X1.525=1.983（KA）

由于采用兩相星形接線，Kjx=l,故保護(hù)的二次動作電流，即繼電器的動作電流為

3

rdz?尸Kix?T'di/nl=1.983X10/(300/5)=33(A)

選用DL-11/50型電流繼電器，或電流D/21c、DL-31等新型繼電

器，其動作電流的整定范圍為12.5?50A

2)靈敏性校驗：此處為求最小保護(hù)范圍，根據(jù)前述公式

=f

Inin1/ZbX((V3/2)*Ex/Idz-Zs,?；?)

式中Zsw為系統(tǒng)阻抗，尚為未知數(shù)，根據(jù)題設(shè)A點短路電流數(shù)據(jù)，可以求出A

點背后等值電源(即系統(tǒng))的等值阻抗：

最大運行方式時Zsnin=(37/V3)/5.34=4(0)

最小運行方式時=(37/6)/4.27=5(Q)

式中37為35KV電網(wǎng)的平均額定線電壓，于是可求最大運行方式下的最小保護(hù)范

圍為

(1/0.4)X(V3/2X(37/6)/1.983—4)=13.3(km)

此處取線路阻抗Z*0.4Q/km

最小運行方式下的最小保護(hù)范圍為

lmin.nim=(1/0.4)X(37/2/1.983-5)=10.8(km)

一i%=1。…/LBX100%=13.3/25XI00爐53.2%>15%

Imi…in%=Uin^in/LX100%=10.8/25X100%=43.3%>15%

均滿足要求

3)動作時間的整定

t=0s

但為躲管型避雷器放電，應(yīng)選取DZS-117型中間繼電器做為出口繼電器，該繼電

器具有4個常開觸點，固有動作時間為0.06s,并假定操作電源為220v直流。

⑵II段

1)動作電流整定：線路AB的保護(hù)H段應(yīng)與相鄰線路的保護(hù)I段配合，故

I''a?產(chǎn)K’‘卜r-J降

顯然，此處降=1(無分支)，而I'-2應(yīng)按線路BC末端C點最大短路電流來整

定，即：

,

rdz.2=KkId.c.?x=1.3X0.562=0.73(kA)

于是I''d2.i=l.1X0.73=0.8(kA)

此處取K，'k=1.1,因為主要目的在于配合.

繼電器的動作電流

3

r'd2.j=Kjx-r'd21/nl=0.8X10/(300/5)=13.4(A)

選用DLT1/20型電流繼電器，或其他類似的新型電流繼電器，其動作電流的整定

范圍為5?20A

2)靈敏性校驗：已知本線路末端最小運行方式下三相短路時流過本保護(hù)的電流

為1.424A,考慮兩相短路電流一般為三相短路電流的石/2倍(當(dāng)左=Z?時),

故

KIn=Id.nin(B)/r'dz.尸百/2X1.424/0.8=1.54>1.5滿足

要求。

3)動作時間的整定：根據(jù)前述，本保護(hù)為與相鄰元件電流I段一一無時限(t=0s)

電流速斷保護(hù)相配合，故可取t''=0.5s(t''?=t'2+At=0.5s)o選取

DS-111型時間繼電器，假定操作電源為直流220V。其時限整定范圍為0.1?1.3S。

(3)III段

1)動作電流的整定：根據(jù)有關(guān)整定計算公式

Idz=KK?Kzq/Kh*Ifh?aax

Idz=(1.2X2/0.85)X100=282(A)

Ide=KjxXIdz/n,=282/60=4.7(A)

選用DL-11/10型電流繼電器或其他類似的繼電器，其整定范圍為2.5?10A

2)靈敏性校驗：取本線路末端B點短路時流過本保護(hù)的最小兩相短路電流做為計算

電流，故

皿⑴二I⑵dw/I1,=(V3/2)X1.424X103/282=4.37>1.5

保護(hù)相鄰線路時的靈敏性，取相鄰線路BC末端C點短路時流過本保護(hù)1的最小兩

相短路電流作為計算電流，故

3

K”⑵二I⑵d?「nin/Idz=(百/2)X0.548X10/282=1.68>1.2

均滿足要求。

3)動作時間整定：根據(jù)階梯原則，在此，過電流保護(hù)的動作時間應(yīng)與相鄰線路BC的

保護(hù)2配合，即

ti=t2+△t=2.2+0.5=2.7(s)

選用DS-112型時間繼電器，其動作時間整定范圍為0.25?3.5s取操作電源為直

流220V

習(xí)題

2-1圖2-3示網(wǎng)絡(luò)中，已知線路AB的最大負(fù)荷電流/外.ax=100A,電流互感器

變比為300/5,保護(hù)2的過電流保護(hù)動作時間為2.5S,母線A處短路時，最大和

最小三相短路電流分別為5.34kA和4.27kA0每公里線路正序阻抗為0.4Q,取

K,=1.3,Kk=1.2,Kk=1.2,勺=0.85,K岡=2。試對線路AB進(jìn)行三段式電流保護(hù)的

整定(包括：一次、二次動作電流，最小保護(hù)范圍，靈敏系數(shù)和動作時間)。

圖2-3習(xí)題2-1圖

2-2如圖2-4所不網(wǎng)絡(luò)中，Kk=1.2,KR=I。試問：如按9=0.85求出保護(hù)1的過電流

保護(hù)的整定值，而實際電流繼電器必=0.6時，分析在什么情況下保護(hù)1會出現(xiàn)誤動

作。

圖2-4習(xí)題2-2圖

2-3如圖2-5所示網(wǎng)絡(luò)中，線路AB電源端裝有三段式電流保護(hù)，線路BC裝有二段

式電流保護(hù)，均采用不完全星形接線方式，系統(tǒng)參數(shù)如圖示，線路AB和BC的最

大負(fù)荷電流分別為2.3A和2A,線路BC的過電流保護(hù)動作時限為3秒，負(fù)荷自起

動系數(shù)均為1。試計算：（1）線路AB和BC各段電流繼電器的動作電流1網(wǎng)“和時間

繼電器的動作時限J。

（2）求出無時限電流速斷的保護(hù)范圍和校驗H、III段的靈敏度。

（K；/=1.2,C=C=1?E=380/V3V,X；=10Q,=10Q￡為發(fā)電機(jī)相

電壓，X；為發(fā)電機(jī)電抗，XB為變壓器電抗。

2-4在圖2-6所示網(wǎng)絡(luò)中，線路AB、BC、BD上均裝設(shè)了三段式定時限電流保護(hù),

變壓器采用了保護(hù)整個變壓器的無時限差動保護(hù)，并己知：

（1）保護(hù)采用完全星形接線方法;

⑵〃。小

（3）線路AB的最大負(fù)荷電流為200A,負(fù)荷自起動系數(shù)

Kzq=l.5；

（4）其他參數(shù)如圖示，圖上設(shè)備電抗值均為歸算到1L5KV的歐姆數(shù)；

（5）K，=l.25,《=

（6）發(fā)電機(jī)電勢和電抗為E"=115/6AV,X；max=l-X：inin=13Q

圖2-6習(xí)題2-4圖

試計算：線路AB各段保護(hù)的/“K,,..（或/'）和6.

2-5在圖2-7所示網(wǎng)絡(luò)上，各斷路器采用了定時限電流保護(hù)，并已知：

圖2-7習(xí)題2-5圖

（1）保護(hù)1和4均采用不完全星形三繼電器接線方式，保護(hù)5采用不完全星形兩

繼電器的接線方式；

（2）線路AB和BC的最大負(fù)荷電流分別為190A和120A,負(fù)荷自啟動系數(shù)分別為

2.5和2.3；

⑶=〃；

（4）其他參數(shù)均如圖示，圖上各電抗均為歸算到35KV下的歐姆數(shù)；

試計算：（1）保護(hù)4和5過電流保護(hù)的/“Kw和九；

（2）如尺^,不滿足要求時，可采取什么措施？

2-6在圖2-8所示網(wǎng)絡(luò)中，已知：

（1）線路AB的A側(cè)和BC均裝設(shè)三段式定時限電流保護(hù)，其最大負(fù)荷電流分別為

120A和100A,負(fù)荷的自起動系數(shù)均為1.8；

（2）線路AB的A側(cè)I【段保護(hù)的延時允許大于1秒;

（3）其他參數(shù)如圖示；

（4）取*13C=C=1.2.

圖2-8習(xí)題2-6圖

試計算:線路AB的A側(cè)各段保護(hù)的〃和尺,“（或o

2-7如圖2-9為線路一變壓器組網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如圖示,在線路AB裝有二相三繼

電器式無時限電流速斷保護(hù)，試計算能否保護(hù)線路AB的全長？已知

x,=0.4Q/^（取K：/=1.25）

圖2-9習(xí)題2-7圖

2-8在圖2-10所示網(wǎng)絡(luò)中，試分析斷路器1DL保護(hù)的最大和最小運行方

式。

圖2-10習(xí)題2-8圖

2-9在圖2-11所示網(wǎng)絡(luò)中，試分析斷路器1DL4DL和9DL保護(hù)的最大和最小運行

方式。

其中發(fā)電機(jī)1為：Smax=100MW,Smm=5OMW,發(fā)電機(jī)2為：Smax=5OMW,Smia=25MW

圖2-11習(xí)題2-9圖

2-10在圖2-12所示的幾種網(wǎng)絡(luò)中，無時限電流速斷保護(hù)的整定條件（系統(tǒng)運行方

式、短路類型、短路點）是什么（每個電源均為兩種運行方式）？

圖2-12習(xí)題2T0圖

2-11在圖2-13所示兩相三繼電器連接中，電流互感器二次極性連接是否正確？試

分析在發(fā)生三相短路及AC兩相短路時，流過繼電器1、2、3中的電流？

圖2-13習(xí)題2-11圖

2-12在整定電流保護(hù)第in段時，為什么必須考慮返回系數(shù)？在整定I、II段時

是否需要考慮？為什么？

2-13在這一章里使用了各種系數(shù)，如、-、K.、K刈、K皿和勺等，說明

其含意及在整定計算中的作用。

二、方向電流保護(hù)

2-14如圖2-14為單電源環(huán)網(wǎng)，各斷路器均裝有過電流俁護(hù)。試求環(huán)網(wǎng)中各過電流

保護(hù)的動作時間，并判斷哪些過電流保護(hù)可以不裝方向元件。

圖2-14習(xí)題2T4

2T5已知功率方向繼電器采用函接線方式，線路阻抗角如=6（r。試問：

⑴該繼電洛的內(nèi)角Q、最大靈敏角州”是多少；

⑵用句表示的動作范圍是多少；⑶當(dāng)正向三相短路時，可以使繼電器動作的線

路阻抗范圍。

2-16在圖2T5所示網(wǎng)絡(luò)中，斷路器2處裝有三相式方向性過電流保護(hù)，方向元件

采用9。：接線方式，最大靈敏角為45。，變壓器阻抗角為90、該變壓器Y側(cè)為無窮大

電源。試分析在『/△?“接線變壓器A側(cè)發(fā)生BC兩相短路時，過電流保護(hù)2的動作情

況。

圖2T5習(xí)題2-16圖

2-17在圖2-16所示的雙端電源網(wǎng)絡(luò)中，每個斷路器均裝設(shè)有過電流保護(hù)，各變

電站出線端的保護(hù)如圖示，且1DL、6DL為發(fā)電機(jī)過流保護(hù)，應(yīng)與相鄰線路保護(hù)

配合，試確定：

（1）斷路器1DL—6DL的保護(hù)動作時限；（4=0.5秒）

（2）斷路器1DL—6DL的保護(hù)中那些應(yīng)裝方向元件以保證選擇性？其規(guī)律

是什么？

圖2-16習(xí)題2-17圖

2-18圖2T7為單端電源環(huán)網(wǎng)，斷路器1DL—UDL均裝設(shè)有過電流保護(hù)，試確

定斷路器1DL?8DL的保護(hù)動作時限（。二。與秒），那些保護(hù)需裝方向元件才能保

證選擇性？

圖2-17習(xí)題2-18圖

2-19畫出功率方向繼電器的90接線，在采用90接線時，繼電器的a角取何值

為好？

2-20900接線方式的功率方向繼電器在兩相短路時有無死區(qū)？為什么？

2-21試分析90o接線的功率方向繼電器在發(fā)生單相接地故障時（大接地電流系統(tǒng)）,

故障相繼電器能否正確動作？

2-22方向電流保護(hù)不用電流測量元件可否？為什么？

2-23在圖2-18所示的方向電流保護(hù)交流回路展開圖中，其極性接線是否正確（以

指向線路方向為正）？把錯誤地方改正過來。

圖2-18習(xí)題2-23圖

三、三段式接地電流保護(hù)

例題

例題2.3在圖2-19所示U0KV網(wǎng)絡(luò)中，已知：

（1）電源的等值電抗X：s=X；s=5C,XO,S=8Q；

（2）線路AB和BC的電抗x1二0.40/km,x0=l.4Q/km;

（3）變壓器”的額定參數(shù)為31.5MVA,110/6.6KV.

U%=10.5%,其他參數(shù)如圖示；

（4）取<Z=1-25,=Z

試計算：線路AB的零序電流保護(hù)I、II、ni動作電流，II、in段靈敏度及動作

時限。

D

圖2-19

例題2.3圖

解：首先計算參數(shù):

線路AB的電抗：X,=X2=0,4X20=800

Xo=1.4X20=28c

線路BC的電抗：X,=X,=0.4X50=20。

Xo=1.4X50~70。

變壓器3的電抗:

10x10.5Xno2

XnX12=40.2Q

31500

(1)I段整定計算：

2+-匕

r(2.0)X

根據(jù)10—=-----------?

I黑2X。Z

1+-------工

Xw

因為X°z=Xo,s+Xo,AB=8+28=36C

==

X(yXi,s+Xi.AB8+5=13。

所以可知//>/i20)

故應(yīng)根據(jù)K⑴來整定動作電流，根據(jù)32。）來校驗靈敏度（保護(hù)范圍）。

當(dāng)在母線B處發(fā)生K⑴肘

則/、A=1.25x3x1070=4020/4

確定1段保護(hù)范圍L'

先計算出母線A、線路AB中點及母線B發(fā)生K⑴、產(chǎn)時的310

母線A處K⑴時：3/鼠=I1.07/C4

Ar（2（））時：3/：）%°,=9.5KA

母線AB中點K"）時：3/："=4.98K4

52。）時?：3/f。）=3.75。

母線B處K⑴時：3/篇=3.21X4

々⑵。）時:3/（弁）=2.34K4

根據(jù)上面數(shù)據(jù)繪制出31。=f（e）曲線如下：

并把/（”“.A=4.02KA畫在圖2-20上。

圖2-20零序短路電流曲線圖

由圖2-20可見:

I段保護(hù)最大范圍41ax=14匕〃為全長的70%（單相接地時）。

最小保護(hù)范圍4屈=9.2內(nèi)〃，為全長的46%（兩相接地短路時）。靈敏度滿足要求。

（2）II段保護(hù)整定計算：

保護(hù)BI段的動作電流：（）；=《eQIomax.

母線C上單相接地時的最大零序電流為：

故凡“上=125x1159=14504

則7o.pM.T3=%已1?1o.pu.B

=1.15X1450=1670A

靈敏度校驗:

在母線B上兩相接地短路時

or(2.0)

A/0.inin2340

K=1.4>1.25（滿足要求）

O.pu.A1670

（3）HI段保護(hù)整定計算:

小考慮非全相運行時：^O.pu.AkpI?'unb.max

最大外部三相短路電流為：

則=1.25x1.5x0.5x0.1x511O=48OA

在母線B上兩相接地短路時的靈敏度：

K.2=彳浮=4.88>1,25（滿足要求）

4X（）

在母線C上兩相接地短路時的靈敏度：

5000

因為/催）=廣-------=270A

73（33+106+1（）6）

所以K&=看?=1.68>1.25（滿足要求）

48（）

（4）II、川段的動作時限：

習(xí)題

2-24試分析零序電流和電壓的特性，并回答以下問題：

⑴中性點直接接地電網(wǎng)中，零序方向元件的最大靈敏角為多少？方向元件是

否存在死區(qū)？方向元件的工作角度和故障類型、故障點遠(yuǎn)近及過渡電阻有何關(guān)系。

⑵不接地電網(wǎng)中，零序方向元件的最大靈敏角為多少？故障線路和非故障線

路的零序電流和功率方向有什么區(qū)別。零序電壓和故障遠(yuǎn)近有何關(guān)系。

⑶M性點直接接地系統(tǒng)和中性點不直接接地系統(tǒng)往往使用一樣的方向元件,

使用應(yīng)采取什么措施？

2-25在圖2-21所示的網(wǎng)絡(luò)中，己知

⑴電源等值電抗：千心=在a=200

Xs.min=Zcmai"=15c

(2)線路電抗：％=0.4C/h〃；M=1.4C/k〃z。

⑶變壓器L的中性點接地，其額定參數(shù)為:

⑷變壓器Tz「％中性點不接地，它們額定參數(shù)為；

⑸在不同運行方式下K⑴和Ko，。〉時的/。(A)計算結(jié)果如下表;

最大運行方式在最小運行方

型下K⑴式下K°.0)

點、

母線A(相當(dāng)于A'點)670745

線路AB中點402358

母線B287236

母線C194150

母線E208162.5

【注】表中Io值系按平均電壓115KV計算的。

(6)在母線B、C、D、E、F處的“max分別為1070、810、381、851、390A；

(7)線路AB、BC、BE、CD、EF上CT變比分別為：120、80、80、20、20；

(8)其他參數(shù)如圖示。

圖2-21

習(xí)題2-25圖

最大運行方式最小運行方式試計算：

K⑴K(2?0)K⑴K(2?0)

（1）保護(hù)3

母線A（相當(dāng)于A'點）625756566710

線路AB中點337339316328及5的繼電

母線B212207202204

器動作電

母線C101.511297109

母線E144.5126140122.5

流

'o.pw.r和'O./w；

（2）保護(hù)2及4是否須裝無時限零序電流速斷保護(hù)（I段）？為什么？其

n段、in段的/…林。山？

⑶保護(hù)1各段保護(hù)的/。加r一和.必？

2-26在習(xí)題2-25的網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)變壓器T2的中性點直接接地，并已知：

（1）「接地時，在不同運行方式下，各點在K⑴和K⑵°）時，流經(jīng)保護(hù)1的I。（安）

計算結(jié)果如下表：

［注］:表中/0系按115KV計算所得。

（2）在最大（小）運行方式下，母線發(fā)生K⑴、犬2必時，流經(jīng)保護(hù)1及7；的零序

電流為：

（3）保護(hù)1各段的與習(xí)題2-25相同。

試計算：

（1）保護(hù)1各段的心“和片;

（2）保護(hù)1各段要不要裝方向元件？為什么？

（3）列表比較7；接地與不接地時，保護(hù)1的靈敏度，可得到什么結(jié)論？

2-27大接地電流網(wǎng)發(fā)生單相接地短路時，零序電流的大小和分布主要與什么有

關(guān)？

2-28分別在圖2-22所示系統(tǒng)中畫出單相接地短路時零序電流的分布。

2-29在大接地電流電網(wǎng)中，為什么要將零序功率方向繼電器的電壓線圈反極性接

到零序電壓濾過器的出口上？

圖2-22習(xí)題2-28圖

2-30在圖2-23所示的零序過電流保護(hù)的接線圖中，三個電流互感器的極性如圖

示。問接線是否正確？在正常運行情況下保護(hù)裝置是否會誤動作？

圖2-23習(xí)題2-30圖

2-31零序功率方向繼電器有無死區(qū)？為什么？

2-32中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)中，在發(fā)生單相接地時，其零序

電容電流分布的特點是什么？

2-33在接地保護(hù)的計算中，考慮各元件的零序網(wǎng)絡(luò)時，為什么對大接地電流系統(tǒng)

一般只計及線路的零序阻抗而忽略線路對地容抗，而對小接地電流系統(tǒng)則只計各

元件對地的容抗而忽略線路的零序阻抗？

第三章電網(wǎng)的距離保護(hù)

例題

例題3.1圖3-1所示網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)各線路均裝有距離保護(hù)，試對點1處的距離保護(hù)I、

口、IH段進(jìn)行整定計算，即求各段動作阻抗Z'加、Z，'放、2枚，動作時間t'、

t''、t和校驗其靈敏性，即求L%、K''心皿⑴、皿⑵。已知線路AB的最

大負(fù)荷電流皿=350A,cos小二0.9,所有的線路阻抗ZL0.4Q/km,阻抗角61

=70°,自啟動系數(shù)劫=1,正常時母線最低電壓Ilf-=0.9V,其他有關(guān)參數(shù)已

注在圖上。

圖3-1例題3.1圖

解1.有關(guān)元件阻抗的計算

AB線路的正序阻抗ZAB=Zb-lAB=0.4X30=12(Q)

BC線路的正序阻抗ZBc=Zh-I.=0.4X60=24(。)

22

變壓器的阻抗Z5=Ud%?Ue/SB=0.105X115/31.5=44.1(Q)

2.距離I段的整定

(1)動作阻抗Z'…=0.85ZAB=0.85X12=10.2(Q)

(2)動作時間(實為保護(hù)裝置的固有動作時間)I'=0(s)

,

(3)lmin%=Zdz」/ZABX100%=85%

3.距離n段的整定

(1)動作阻抗。按照下列兩個條件選擇：

1)與相鄰線路保護(hù)3(或保護(hù)5)的I段配合

V'dz?尸0.8(ZAB+K…°VdZ.3)

式中Z'dz.3=0.85Z阮;0.85X24=20.4(Q)

降.為保護(hù)3的I段末端發(fā)生短路時對保護(hù)1而言的最小分支系數(shù)。如

圖1所示。

圖1計算II段定值時求心.皿的等道電路

當(dāng)保護(hù)31段末端4點短路時，分值系數(shù)可按二式求出

Krz=I2/I.=(XS1+ZAB+XS2)/XS2?(1+0.15)ZBC/2ZBC=((XS1+ZAB)

/XS2+1)-1.15/2

可看出，為了使降=降.方為最小，Xsi應(yīng)選用可能最小值，即看'Sl/in，

而心應(yīng)選用可能最大值，即X''S2.w，而相鄰線路的并列平行二分支

應(yīng)投入，因而

Klz.min=((20+12)/30+1)/1.15/2=1.19

因而，II段的定值為

1：'dz.1=0.8(12+1.19X20.4)=29(Q)

2)按躲開相鄰變壓器低壓側(cè)出口5點短路整定，即與相鄰變壓器瞬動保

護(hù)(其差動保護(hù))配合

Z''1=0.7(ZAB+KfZ.minZB)

為在相鄰變壓器出口CL點短路時對保護(hù)1的分支系數(shù)，由圖1

可見，當(dāng)ch點短路時

KfZ.ni?=(X''siin+ZAB)/X''S2?w+1=20+12)/30+1=2.07

于是Z''加7=0.7(12+2.07X44.1)=72.2(Q)

此處取K''k=0.7是因為變壓器的電抗計算值一般誤差較大.

取以上兩個計算結(jié)果中較小者為定值，即取Z''dz」=29(Q)

(2)靈敏性校驗。按本線路末端短路求靈敏系數(shù)

K''"Z''八/ZAB=29/12:2.42>1.5滿足要求

(3)求動作時間。與相鄰I段瞬動保護(hù)配合

t''1=t'3+△t=t'5+△t=tB+△t=0.5(s)

4.距離in段的整定

(i)動作阻抗。按躲開最小負(fù)荷阻抗整定

Zdz=(1/Kk兒人Kh)?Zc=(1/1.2X1.1X1)X163.5=118.5(Q)

式中Zf'.nin=Ufh.?in/Ifh.皿=(0.9X110/V3)/0.35=163.5(Q)

取Kk=1.2,Kh=1.15,Kzo=1

取方向阻抗繼電器的最靈敏角6in=fh=70",當(dāng)cos6fh=0.9時,6fh=25.8",

故整定阻抗

Zzd=Zdz/cos(<i)iB-<i>n.)=118.5/cos(70-25.8°)=165.3(Q)

(2)靈敏性校驗(求靈敏系數(shù))。當(dāng)本線路末端短路時

跖⑴=Zzd/ZAB=165.3/12=13.7>1.5滿足要求

當(dāng)相鄰元件末端短路時：

1)相鄰線路末端短路時降⑵=Zzd/(ZAB+M.nax?ZQ

式中Ke.小為相鄰線路BC末端短路時對保護(hù)1而言的最大分支系數(shù)。該系

數(shù)如圖2所示。

鴦2效驗III段靈敏系數(shù)時求K-s的等值電路

可按下式計算

Kf=L/L=(X''si?皿+ZAB)/X''S2?麗n+1=(25+12)/25+1=2.48

此時，人取可能最大值，即取L=X''w，X、,應(yīng)取可能最小值X“=

X''S2.m,而相鄰平行線路處于一回線停運狀態(tài)(這時分支系數(shù)為最大)。

于是h⑵=165.3/C12+2.48X24)=2.31>1.2滿足要求

2)相鄰變壓器低壓側(cè)出口由點短路時

求靈敏系數(shù)的公式同上，但此時的最大分支系數(shù)為

Km”*12/11=2.48(與線路時相同)

故靈敏系數(shù)為

Km⑵=Zzd/(ZAB+K-?XB)=165.3/(12+2.48X44.1)=1.36>1.2滿

足要求

(3)動作時間

ti=U+3?At

ogti=tio+2?At

取其中較長者為ti=1.5+2X0.5=2.5(s)

習(xí)題

3-1在圖3-2所示網(wǎng)絡(luò)中，斷路器2裝設(shè)三段式距離保護(hù)，距離繼電器采用方向

阻抗元件。己知：每公里線路正序阻抗為0.4Q,線路AB的最大負(fù)荷電流

/加.max=850人，線路阻抗角”/=80。，負(fù)荷功率因數(shù)網(wǎng)盯=095，變壓器裝瞬時動作的差

動保護(hù)，電源S.A的Z八mux=30Q，Z/tmin=g；電源SR的Z8max=3g，Zflmin=2(n,取小=0.85,

<=0.8,K*=L3,%=1.2,必=12。試確定保護(hù)2各段保護(hù)的整定阻抗和靈敏系數(shù)。

圖3-2習(xí)題3T圖

3-2已知阻抗Za的Zb如圖3-3所示。

1.在復(fù)平面上畫出下列方程所描述的阻抗繼電器的動作特性。

(1)90*arg%A427(f

(2)90°<arg-^^<27tf

Zj+Z〃

(3)60^<ZCZ<,<24Cf

(4)12(f-W￡24(f

圖3-3習(xí)題3-2圖

2.根據(jù)動作方程1,擬定出電壓形成回路及比較回路的原理框圖。

3-3在圖3-4所示網(wǎng)絡(luò)中，如系統(tǒng)發(fā)生振蕩，試：

1.指出振蕩中心位于何處，并分析保護(hù)1、保護(hù)4的I段和II段及保護(hù)2和保護(hù)3

的1段中有哪些保護(hù)要受振蕩的影響。

2.求可能使保護(hù)1距離II段的測量元件誤動的3角的范圍及其誤動時間，確認(rèn)該段

保護(hù)能否誤動。(計算中取腔=0曲，對.II段的定值按保護(hù)本線末端靈敏系數(shù)為1.5來

整定，動作時間取0.5秒，系統(tǒng)電勢/=品，振蕩周期取2秒,線路阻抗ow,全系統(tǒng)

阻抗角均等于7。。。)

圖3-4習(xí)題3-3圖

3.在圖3-4所示網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)保護(hù)1的距離II段的定值為60歐，動作時間為0.5秒,

動作特性為方向阻抗圓，系統(tǒng)電勢上卜同，全系統(tǒng)的阻抗角均取70度，如系統(tǒng)發(fā)生

振蕩，試：

(1)確定振蕩中心，使保護(hù)1距離II段起動的6角的范圍。

(2)確定使保護(hù)1距離I【誤動作最小振蕩周期。

3-4試分析和比較過電流保護(hù)、全阻抗特性距離in段、方向阻抗特性距離in段的

靈敏系數(shù)。

3-5己知被比較的兩電氣量分別為：

U\=ku+kjj,u2=kuuJ-k,iJ

i.當(dāng)比較兩電氣量的幅值時，可以構(gòu)成何種繼電器？此時其動作條件是什么？動

作特性是什么？(己知arg區(qū)=30°)

人7

2.當(dāng)比較兩電氣量的相位時，可以構(gòu)成何種繼電器？此時其動作條件是什么？動

作特性是什么？

3-6電力系統(tǒng)振蕩和故障有何區(qū)別？距離保護(hù)如何克服振蕩的影響？

3-7試說明為什么距離保護(hù)在整定動作阻抗時采用最小分支系數(shù)，而在進(jìn)行靈敏系

數(shù)校驗時采用最大分支系數(shù)？

3-8在圖3-5所示網(wǎng)絡(luò)中，已知：

⑴網(wǎng)絡(luò)的正序阻抗4=0.45Q/版，阻抗角牝=65°;

(2)采用三段式距離保護(hù)，第I、II段測量元件和第HI段起動兼測量元件均采用0。

接線的方向阻抗繼電器,最大靈敏角外=65。;

(3)保護(hù)的延時特性呈階梯型，4=0.5秒，保護(hù)B的秒；

(4)線路AB、BC的最大負(fù)荷電流//.g=400A,負(fù)荷自起動系數(shù)K"v8=2,負(fù)徜的

功率因數(shù)cosg=0.9;

(5)變壓器采用了能保護(hù)整個變壓器的無時限縱聯(lián)差動保護(hù);

⑹其他參數(shù)如圖示;

110.0.1

⑺CT變比為〃b=400/5,PT變比為/0AKV.

試計算：

保護(hù)A段的動作阻抗(z)、z>z魯)；第^段、第HI段的靈敏度(K*、K僚與動作

時限(垛，、埸)；及保護(hù)A各段的繼電器動作阻抗.(設(shè)K胃=1.15K“=1.2)

圖3-5習(xí)題3-8圖

3-9在習(xí)題3-8中，如果線路阻抗角6=75。，方向阻抗繼電器的最大靈敏角仍為

紇,=65°,試求保護(hù)A的III段的靈敏度(K*)?

3-10在圖3-6的網(wǎng)絡(luò)上,已知：

圖3-6習(xí)題3-10圖

(1)線路正序阻抗4=0.45。/匹;

(2)在平行線路上也裝設(shè)距離保護(hù)作為主保護(hù)；

(3)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如圖示；

(4)K)=《=0.85。

試計算：

⑴距離保護(hù)A的z^、z燈和用匕

⑵距離保護(hù)B的z*、z0和咫…

3-11在習(xí)題3T0所示的網(wǎng)絡(luò)中，如雙回線的長度不等，其中一回線80km,另一回

線70km,試計算距離保護(hù)A的z口和

3-12在圖3-7所示的雙端電源系統(tǒng)中，母線M側(cè)裝有0。接線的(工^)方向阻抗

IA-IB

繼電器，其整定阻抗乙,=6。、70。,,且設(shè)EM=EN其他參數(shù)如圖示.試求：

圖3-7習(xí)題3-12圖

(1)振蕩中心位置,并在復(fù)數(shù)坐標(biāo)平面上畫出測量阻抗振蕩軌跡；

(2)繼電器誤動作的角度(4、心)(用解析法或作圖法均可)；

(3)當(dāng)系統(tǒng)的振蕩周期T二1.5秒時:繼電器誤動作的時間.

3T3何謂阻抗繼電器的測量阻抗(Z”J,整定阻抗(4“)和動作阻抗(Z0?就方向阻

抗繼電器說明它們之間的關(guān)系和區(qū)別。

3-14欲使阻抗繼電器的動作條件為270。*里鄉(xiāng)N90。，試分別寫出全阻抗，方向

阻抗及偏移阻抗特性的動作方程并在其特性園上畫由其向量關(guān)系。

3-15寫出圖3-8所示動作特性園的相位比較原理的動作方程，并擬訂出其原理接

線。

圖3-8習(xí)題3-15圖

3-16利用兩種比較原埋的互換關(guān)系，把題3-14寫成用比較絕對值原理表示的動

作方程。

3T7全阻抗繼電器有無死區(qū)？為什么？

3-18方向阻抗繼電器為什么要引入極化電壓？記憶回路工作原理和引入第三相

電壓的作用是什么？

3-19極化電壓力的相位和系統(tǒng)頻率變化對方向阻抗繼電器的動作特性有何影

響？

3-20何謂阻抗繼電器的精確工作電流？為什么要求短路時加于繼電器的電流必

須大于

3-21什么是0。接線、-30。接線、帶零序電流補(bǔ)償?shù)?°接線？各種接線方式適用

于保護(hù)哪些故障類型？

3-22系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)有什么影響？試以距離保護(hù)為例說明，振蕩閉鎖裝置是

如何將保護(hù)閉鎖的？

3-23過渡電阻對阻抗繼電器的影響在長線路大？還是在短線路大？

3-24三段式距離保護(hù)的整定原則與三段式電流保護(hù)的整定原則有何異同？

3-25試分析距離保護(hù)第III段，當(dāng)按躲最大負(fù)荷整定時，采用全阻抗與方向阻抗

繼電器，在被保護(hù)線路上發(fā)生金屬性短路其靈敏度有何不同？當(dāng)被保護(hù)線路阻抗

角0=65。其負(fù)荷功率因數(shù)角cose=0.9時，采用方向阻抗繼電器比全阻抗繼電器靈

敏度提高了百分之幾？

第四章輸電線縱聯(lián)保護(hù)

習(xí)題

4-1采用電流起動的高頻閉鎖方向保護(hù)中為什么裝設(shè)兩個靈敏度不同的起動元

件？裝設(shè)時間元件內(nèi)、的作用是什么？

4-2試分析說明采用八+K/2作為操作電流的優(yōu)點。

90

4-3在圖4-1所示的系統(tǒng)中，設(shè)&=E,v嚴(yán),Ztn=z/W,ZN=z/"。線路長7=400

公里，當(dāng)在線路上發(fā)生K⑶時，試：

（1）選擇閉鎖角"；

（2）分析線路兩側(cè)的相差高頻保護(hù)的動作行為。

圖4-1習(xí)題4-3圖

4-4在圖4-2所示網(wǎng)絡(luò)中，線路AB、BC兩側(cè)均裝有相差動高頻保護(hù)，設(shè)電流互感

器角度誤差為7。，保護(hù)裝置操作元件角度誤差為15°,電源電勢

E.=晟〃⑻3M=Z.w/.，K=ZNe^o試畫出當(dāng)BC線路上D點發(fā)生三相短路

時，二線路兩端保護(hù)的操作電流及發(fā)、收信號的波形圖，并指出各側(cè)保護(hù)測得的

高頻信號間斷角是多少？

圖4-2習(xí)題4-4圖

4-5在圖4-3所示網(wǎng)絡(luò)中，線路AB兩側(cè)裝有相差動高頻保護(hù)，設(shè)電流互感器角度

誤差為7。，保護(hù)裝置操作元件角度誤差為15°,電源電勢

jW

E.v=EMe~\zM=ZMe^\ZN=ZN"婚。線路長度l=400km,試求出當(dāng)AB線路上

D點發(fā)生三相短路和兩相短躥時，兩端保護(hù)高頻信號間斷角是多少？求保護(hù)的閉鎖

角是多少？

圖4-3習(xí)題4-5圖

第五章自動重合閘

習(xí)題

5-1雙側(cè)電源線路重合閘特殊問題是什么？重合閘方式有哪些？其使用條件和特

點？起動回路有何不同？

5-2什么是重合閘前加速與后加速？試比較其優(yōu)缺點。

第六章電力變壓器的繼電保護(hù)

例題

例題6.1如圖6-1所示為一單獨運行的降壓變壓器，采用BCH-2型縱差動保護(hù)，