电力工程基础第六章习题

第六章6-1 在电力系统中继电保护的任务是什么？对继电保护的基本要求是什么？答：继电保护装置的任务是：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其损坏程度尽可能减小，并最大限度地保证非故障部分迅速恢复正常运行；能对电气元件的不正常运行状态做出反应，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号、减负荷或延时跳闸。

对继电保护的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

6-2 什么是继电保护的接线系数？星形、不完全星形和两相电流差接线方式的接线系数有何不同？答：在继电保护回路中，流入继电器中的电流与对应电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数。

星形接线和不完全星形接线方式无论发生何种相间短路，其接线系数都等于1，两相电流差接线在正常运行或三相短路时的接线系数为3，A、C两相短路时的接线系数为2，A、B或B、C两相短路时的接线系数为1。

6-3 什么叫过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数？答：能使电流继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流；能使电流继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流；同一继电器的返回电流与动作电流的比值，称为电流继电器的返回系数。

6-4 过电流保护装置的动作电流和动作时间应如何整定？如何提高过电流保护的灵敏度？答：过电流保护装置的动作电流必须满足以下两个条件：保护装置的动作电流必须躲过线路上的最大负荷电流；保护装置在外部故障切除后应可靠返回到原始位置。

当过电流保护的灵敏度不满足要求时，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。

6-5 什么叫三段式电流保护？各段的保护范围和动作时限是如何进行配合的？答：由无时限电流速断保护（称作第Ⅰ段）、带时限电流速断保护（称作第Ⅱ段）和定时限过电流保护（称作第Ⅲ段）配合构成整套保护，称为三段式过电流保护。

第I 段只能保护本线路（WL1）的一部分，保护范围为I 1l ，动作时间I 1t 为继电器的固有动作时间；第II 段不仅能保护本线路（WL1）的全长，而且向下一级相邻线路（WL2）延伸了一段，保护范围为II 1l ，动作时限与下级线路Ⅰ段保护配合，即t t t ∆+=I II 21；第III 段不仅能保护本线路（WL1）和相邻线路（WL2）的全长，而且延伸到再下一级线路（WL3）一部分，保护范围为III 1l ，动作时限按阶梯原则整定，即t t t ∆+=III III 21。

6-6 功率方向继电器的作用是什么？写出比幅式和比相式功率方向继电器的动作方程，并说明这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系。

答：功率方向继电器的作用是判断功率的方向。

对于正方向的故障，其功率为正值，功率方向继电器动作；对于反方向的故障，其功率为负值，功率方向继电器不动作。

相位比较式功率方向继电器的动作方程为：–90°≤D C arg ≤90° （其中：K U U K C =，K I I K D =）幅值比较式功率方向继电器的动作方程为：A ＞B （其中：K U K I U K I K A +=，K U K I U K I K B -=）这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系是：⎪⎭⎪⎬⎫-=+=D C B D C A 6-7 什么叫功率方向继电器的90°接线？答：功率方向继电器的90°接线方式，是指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向继电器的电流超前电压90°的接线。

6-8 大接地电流系统中发生接地故障时有哪些特点？答：故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处的零序电压为0；零序电流的分布与中性点接地的位置和数目有关；故障点的零序功率最大。

6-9 零序功率方向继电器的电压为什么反极性接入？它有动作死区吗？为什么？答：功率方向继电器只反应被保护线路正方向接地短路时的零序功率方向。

按规定的电流、电压正方向，当被保护线路发生接地短路时，03I 超前03U 约90°～110°，这时继电器应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下，亦即继电器的最大灵敏角为–90°～–110°。

而当前，在电力系统中实际使用的零序功率方向继电器都是把最大灵敏角制成70º～85º，即当从其正极性输入的03I 滞后于按正极性端子输入的03U 70º～85º时，继电器最灵敏。

为此在使用零序功率方向继电器时，若以正极性端接入继电器电流线圈的极性端，则必须以负极性端接入继电器电压线圈的极性端，这时接入继电器的电流和电压分别为：03I I K =，03U U K -=，此时K I 滞后K U 70º，即 70==s K ϕϕ，这就保证了正方向发生接地故障时继电器工作在最灵敏的状态下。

6-10 距离保护的基本原理是什么？由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。

系统正常工作时，保护安装处测量到的电压为w U ，它接近于额定电压，测量到的电流为负荷电流L I ，则比值L L w Z I U = 基本上是负荷阻抗，其值较大。

当系统短路时，保护安装处测量到的电压为残余电压kU ，测量到的电流为短路电流k I ，则比值kk k Z I U为保护安装处至短路点之间的阻抗，也称为短路阻抗，其值较小。

因此，利用电压和电流的比值，不但能清楚地判断系统的正常工作状态和短路状态，还能反映短路点到保护安装处的距离。

距离保护装置一般由起动元件、测量元件和时间元件三部分组成。

起动元件的作用是在被保护线路发生短路时立即起动保护装置；测量元件的作用是用来测量短路点到保护安装处的距离，并判断短路故障的方向；时间元件的作用是用来建立距离保护第II 、III 段的动作时限，以获得其所需要的动作时限特性。

6-11 变压器差动保护产生不平衡电流的原因是什么？如何减小不平衡电流？答：产生不平衡电流的原因有：由变压器两侧绕组接线不同而产生的不平衡电流；由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流；由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；由带负荷调整变压器的分接头而产生的不平衡电流；由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流。

减小不平衡电流的措施有：将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形；采用具有速饱和铁心的差动继电器；整定计算时引入同型系数等。

6-12 微机保护装置的硬件构成分为几部分？各部分的作用是什么？答：微机保护装置的硬件构成可分为六部分，即数据采集部分、微型计算机部分、输入输出接口部分、通信接口部分、人机接口部分和电源部分。

数据采集系统的任务是将模拟量输入量准确地转换为所需的数字量；微型计算机系统是微机保护装置的核心，主要由微处理器、程序存储器、数据存储器、接口芯片及定时器等组成；输入输出接口是微机保护与外部设备的联系部分；通信接口是实现变电站综合自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准的通信接口电路；人机接口部分主要包括显示、键盘、各种面板开关、打印与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等；供电电源工作的可靠性是确保直接影响着微机保护装置的可靠性，通常采用逆变稳压电源。

6-13 微机保护有哪些算法？各种算法的特点是什么？答：微机保护中采用的算法很多，但可归纳为两类。

一类是根据输入电气量的若干采样点通过一定的数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与整定值进行比较；另一类算法是不计算具体量值，而是根据若干采样点值与整定值相结合，直接建立保护动作方程来判断是否在保护动作区内。

常用的第一类算法有两点乘积算法、半周积分算法、傅氏算法、最小二乘方算法、微分方程算法等；常用的第二类算法有负序分量算法、继电器特性算法、相电流突变算法等。

两点乘积算法所和半周积分算法的运算量较小，所用的数据窗长度分别为1/4周期和1/2周期，但只能用于提供给算法的原始数据为纯正弦函数的理想采样值，且必须和数字滤波器配合使用；傅氏算法用于输入量为周期函数，该算法具有较强的滤波作用，所用的数据窗较长，为一个基波周期；最小二乘方算法用于输入量为随机函数，该算法的精度高，滤波性能好，但计算时间长；微分方程算法可以不必滤除非周期分量，只要求低通滤波，因而算法的总时窗较短，且不受电网频率变化的影响。

需要指出，微分方程算法只能用于计算阻抗，因此多用于线路保护中，而傅氏算法、最小二乘方算法还常应用于元件保护、后备电流电压保护以及一些相序分量组成的保护中。

6-14 提高微机保护可靠性的措施有哪些？答：微机保护的可靠性主要是抗干扰问题。

防止干扰进入微机保护装置的主要措施有：接地的处理，屏蔽与隔离，滤波、退耦和旁路，对供电电源的要求，合理地分配和布置插件；抑制窜入干扰影响的软硬件措施有：采样数据的干扰辩识，出口密码校核，复算校核，程序出轨的自恢复；装置故障的自检包括：CPU 的检测，RAM 的检测，EPROM 的检测，数据采集系统的检测，出口通道的检测和成组功能的检测。

6-15 已知两相电流差接线的过电流保护在三相短路时的一次动作电流为)3(opI ，灵敏系数为)3()3()3(opk SI I K =，试证明：（1）当AB 或BC 两相短路时，)3()2(3opopI I =，)3()2()2()2(5.0Sopk SK I I K ==； （2）当AC 两相短路时，)3()2(23op opI I =，)3(2S S K K =）（。

解：三相短路时，3=w K ，继电器的动作电流为：)3()3(.3op iop i w Kop I K I K K I == （1）当AB 或BC 两相短路时，1=w K ，继电器的动作电流为：)2()2(.1opiop i w K op I K I K K I == 由)2()3(13op iop i I K I K =得：)3()2(3op opI I =而)3()2(23kkI I= ∴)3()3()3()3()3()2()2()2(5.02323Sop k opk opk SK I I I I I I K ==== （2）当AC 两相短路时，2=w K ，继电器的动作电流为：)2()2(.2op iop i w Kop I K I K K I ==KA1 ~ 75/5由)2()3(23op iop i I K I K =得：)3()2(23op opI I = ∴)3()3()3()3()3()2()2()2(2323S op k opk opk SK I I I I II K==== 6-16 某前、后两级反时限过电流保护都采用两相两继电器接线和GL —15型过电流继电器。