电力系统继电保护课后习题解答

第一章继电保护概述1-1 答：继电保护装置的任务是自动、迅速、有选择性的切除故障元件，使其免受破坏，保证其他无故障元件恢复正常运行；监视电力系统各元件，反映其不正常工作状态，并根据运行维护条件规范设备承受能力而动作，发出告警信号，或减负荷、或延时跳闸；继电保护装置与其他自动装置配合，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统运行的可靠性。

1-2 答：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

1-3 答：继电保护的基本原理是根据电力系统故障时电气量通常发生较大变化，偏离正常运行范围，利用故障电气量变化的特征可以构成各种原理的继电保护。

例如，根据短路故障时电流增大．可构成过流保护和电流速断保护；根据短路故障时电压降低可构成低电压保护和电流速断保护等。

除反映各种工频电气量保护原理外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。

1-4 答：主保护是指能满足系统稳定和安全要求，以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。

后备保护又分为近后备和远后备两种：（1）近后备保护是当主保护拒动时，由本线路或设备的另一套保护来切除故障以实现的后备保护;（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由前一级线路或设备的保护来切除故障以实现的后备保护.辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足，或当主保护及后备保护退出运行时而增设的简单保护。

1-6答：(1)当线路CD中k3点发生短路故障时，保护P6应动作，6QF跳闸，如保护P6和P5不动作或6QF, 5QF拒动，按选择性要求，保护P2和P4应动作，2QF和4QF应跳闸。

(2）如线路AB中k1点发生短路故障，保护P1和P2应动作，1QF和2QF应跳闸，如保护P2不动作或2QF拒动，则保护P4应动作，4QF跳闸。

第二章继电保护的基础知识2-1答：（1）严禁将电流互感器二次侧开路；（2）短路电流互感器二次绕组，必须使用短路片或短路线,短路应妥善可靠，严禁用导线缠绕；（3）严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作；（4）工作必须认真、谨慎，不得将回路永久接地点断开；（5）工作时，必须有专人监护，使用绝缘工具，并站在绝缘垫上。

2-2 答：因为电压互感器在运行中，一次绕组处于高电压，二次绕组处于低电压，如果电压互感器的一、二次绕组间出现漏电或电击穿，一次侧的高电压将直接进入二次侧绕组，危及人身和设备安全。

因此，为了保证人身和设备的安全，要求除了将电压互感器的外壳接地外，还必须将二次侧的某一点可靠地进行接地。

2-3答：电流互感器比值误差为10%，角度误差小于70，电流互感器一次电流倍数m （m=N I I 11）与允许的二次负载阻抗loa Z 之间的关系曲线，如图2-3所示。

10%误差曲线通常是由制造厂家给定或试验测得。

它主要是用来校验电流互感器是否满足误差要求的。

校验的步骤是：首先求出电流互感器最大短路电流相对于额定电流的倍数，如图2-3中的1m 值，再按图中箭头方向确定最大二次负载阻抗max Z 。

若电流互感器实际接入的二次负载阻抗小于max Z ，则电流互感器误差满足要求，否则就需要减小电流互敢器二次负载阻抗或采用两个变比相等的电流互感器串联使用来减小电流互感器二次负载阻抗以满足电流互感器的误差要求。

2-4答：（1）增大二次电缆截面（2）将同名相两组电流互感器二次绕组串联（3）改用饱和倍数较高的电流互感器（4）提高电流互感器变比。

2-5答：电流互感器TA 采用减极性标示方法，其一次绕组Ll-L2和二次绕组Kl-K2引出端子极性标注如图2-1 (a ）所示，其中L1和K1，L2和K2分别为同极性端。

如果TA 的端子标志不清楚，可用图2-1 (b)所示接线测定判断出同极性端，如用图2-1(b)中实线接法U=U1-U2，则电压表U 所接两个端子为同极性端，如虚线接法，则U=U1＋U2，电压表U 所接两个端子为异极性端。

2-6 答：电压互感器是一个内阻极小的电压源，正常时负荷阻抗很大，相当于开路状态，二次侧仅有很小负荷电流，当二次侧短路时，负荷阻抗为零，将产生很大短路电流，将电压互感器烧坏，因此，TV 二次侧不允许短路。

2-7答：常用阻容式负序电压滤过器接线如图2-6所示。

其参数关系为a a c c R 3X ,X 3R ==而且要求ab I 超前ab U 相位角300，bc I 超前bc U 相位角600。

(1)当输入正序电压时相量图如图2-7（a ）所示。

mb.1U 为ab.1I 在Ra 上电压降，与ab.1I 同相位，am.1U 为ab.1I 在Xa 上电压降，落后ab.1I 电流900。

nc.1U 为bc.1I 在Rc 上电压降与bc.1I 同相位，bn.1U 为bc.1I 在Xc 上电压降，落后电流bc.1I 900。

电压三角形abm ∆与bcn ∆皆为含300、600锐角的直角三角形，11am ab ac 22==,11nc bc ac 22==故m 、n 均为ac 之中点，m 、n 两点重合，说明mn.1U 0=。

即通过正序电压，输出电压为零。

图3 题2-7感抗移相式负序电流滤过器(2)由于负序三相电压可由正序电压中B 、C 两相交换而得，按与上面相同的三角形 abm ∆与bcn ∆的关系，可得到加人负序电压时的mn.2U =a21.53U ej30。

2-8答：电抗变换器是把输人电流转换成输出电压的中间转换装置，同时也起隔离作用。

它要求输人电压与输出电压成线性关系，即211U K I =。

而电流互感器是改变电流的转换图4 题2-8 TV 的等值电路及相量图装置，它将高压大电流转换成低压小电流，是线性变换，因此要求励磁阻抗大，励磁电流小，负荷阻抗小，而电抗变换器正好与其相反，电抗变换器励磁电流大，二次负荷阻抗大，处于开路工作状态；而电流互感器二次负荷阻抗远小于其励磁阻抗，处于短路工作状态。

2-9 答：（1）动作电流：当电磁转矩M e =M s +M f 时所对应加入的继电器的电流就是过电流继电器的动作电流（I oper g .），也即：使电流继电器常开触点闭合的最小电流称为电流继电器的动作电流。

（2）返回电流：当电磁转矩M e =M s -M f 时所对应加入继电器的电流就是过电流继电器的返回电流（res g I .），也即：使电流继电器常开触点打开的最大电流称为电流继电器的返回电流。

（3）返回系数：定义为继电器返回电流与动作电流的比值，即res K = res g I ./ I oper g . 由于摩擦力矩和剩余力矩的作用使电磁式电流继电器的返回系数小于1。

2-12答：（1）数据采集单元，即模拟量输入系统（2）数据处理单元，即微机主系统（3）数字量输入/输出接口，即开关输入输出系统（4）通信接口2-13答：微机保护和其他类型保护装置不同，因为它是依照计算机程序运算来判断内外部故障及故障类型，因此它的电流回路如果IA 、IB 、Ic 以正极性接人微机保护极性端，则3I.。

也必须正极性接人微机保护零序回路极性端，不允许反极性接人，否则发生内部故障时，由于输入量和保护程序不对应，将会被判断为交流数据采集系统故障，而将保护装置闭锁，造成内部故障时保护装置拒动。

第三章 输电线路相间短路电流保护3-1 答：由无时限电流速断、限时电流速断与定时限过电流保护组合而构成的一套保护装置，称为三段式电流保护。

无时限电流速断保护是靠动作电流的整定获得选择性；时限电流速断和过电流保护是靠上、下级保护的动作电流和动作时间的配合获得选择性。

3-4无时限电流速断保护为什么有时需要采用带延时的中间继电器?3-3 答：过电流保护的动作电流是按躲过最大负荷电流整定的，一般能保护相邻设备。

在外部短路时，电流继电器可能起动，但在外部故障切除后(此时电流降到最大负荷电流)，必 须可*返回，否则会出现误跳闸。

考虑返回系数的目的，就是保证在上述情况下，保护能可*返回。

电流速断保护的动作值，是按避开预定点的最大短路电流整定的，其整定值远大于最大负荷电流，故不存在最大负荷电流下不返回的问题。

再者，瞬时电流速断保护一旦起动crap 跳闸，根本不存在中途返回问题，故电流速断保护不考虑返回系数。

3-4 答：通过继电器的电流与电流互感器二次电流的比值叫电流互感器的接线系数，即K con =I k ／I 2式中 I k --流人继电器中的电流；12--流人电流互感器的二次电流；接线系数是继电保护整定计算中的一个重要参数，对各种电流保护测量元件动作值的计算，都要考虑接线系数。

3-5答：电流保护第I 段保护即无时限电流速断保护，其灵敏系数随运行方式变化而变化，灵敏系数和保护范围最小。

第ｎ段保护即带时限电流速断保护，其灵敏性有所提高，保护范围延伸到下级线路一部分，但当相邻线路阻抗很小时，其灵敏系数也可能达不到要求。

第III 段保担即定时限过电流保护，其灵敏系数一般较高，可以保护本级线路全长，并作为相邻线路的远后备保护。

图5 题3-6 电流互感器接线及电流相量图3-6 答：两相三继电器接线在C 相TA 极性接反时，发生三相短路时和A 、C 两相短路时电流分布如图3-6所示，三相短路时从图3-6(a)中可知电流继电器1KA 和2KA 通过电流互感器二次侧相电流值，而3KA 中通过电流为相电流值的万倍。

3-7 答：rel K ,K ,K ,K ,K 为可靠系数，为保证继电保护装置的可靠性；res K 为继电器返回系数，恒小于1，res K 越接近于1,继电器越灵敏；con K 为保护中电流互感器的接线系数；ss K 为负荷的自启动系数，反应尖峰电流作用；sen K 为保护装置的灵敏系数。

只有满足保护装置要求的灵敏系数，保护装置才能使用。

第四章 输电线路相间短路方向电流保护4-1 答：在电网中发生不对称短路时，非故障相仍有电流流过，此电流称为非故障相电流，非故障相电流可能使非故障相功率元件发生误动作。

采用直流回路按相启动接线，将同名各相电流元件和同名功率方向元件动合触点串联后，分别组成独立的跳闸回路（图4-3)，这样可以消除非故障相电流影响，因为反向故障时，故障相方向元件不会动作(2KW,3KW 不动作），非故障相电流元件不会动作(1KA 不动作),所以保护不会误动作跳闸。

图6 题4-1方向过电流保护装置按相起动接线4-5答：分析接线时，某相间短路功率方向元件电流极性接反时，正方向发生三相短路时，继电器的输入电压g U 与输入电流g I 的相位角为0g m 180ϕ=-ϕ，从图7中可见g I -落在继电器的动作区外，所以该继电器不能动作。

图7 题4-5方向继电器的动作区域第五章 输电线路接地保护5-1 答：零序电流保护反应的是零序电流，而负荷电流中不包含（或很少包含）零序分量，故不必考虑避开负荷电流。