继电保护期末试题3西南交大.docx
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继电保护期末试题3西南交大
什么是保护安装处的负荷阻抗、短路阻抗、系统等值阻抗答：
负荷阻抗是指在电力系统正常运行时，保护安装处的电压（近似为额定电压）与电流（负荷电流）的比值。
因为电力系统正常运行时电压较高、电流较小、功率因数较高（即电压与电流之间的相位差较小），负荷阻抗的特点是量值较大，在阻抗复平面上与R轴之间
的夹角较小。
短路阻抗是指在电力系统发生短路时，保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，此时测量电压与测量电流的比值即为短路阻抗。
短路阻抗即保护安装处与短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角较大。
系统等值阻抗：
在单个电源供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处与背侧电源点之间电力元件的阻抗和；在多个电源点供电的情况下，系统等值阻抗即为保护安装处断路器断开的情况下，其所连接母线处的戴维南等值阻抗，即系统等值电动势与母线处短路电流的比值，一般通过等值、简化的方法求出。
什么是故障环路相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么答：
在电力系统发生故障时，故障电流流通的通路称为故障环路。
相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是：
接地短路点故障环路为“相—地”故障环路，即短路电流在故障相与大地之间流通；对于相间短路，故障环路为“相—相”故障环路，即短路电流仅在故障相之间流通，不流向大地。
构成距离保护为什么必须用各种环上的电压、电流作为测量电压和电流答：
在三相电力系统中，任何一相的测量电压与测量电流之比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环上的测量电压、电流之间才满足关系U&mI&mZmI&mZkI&mZ1Lk，即由它们
算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反应故障点到保护安装处之间的距离。
用非故障环上的测量电压与电流虽然也能算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关系，不能够正确地反应故障距离，所以不能构成距离保护。
解释什么是阻抗继电器的最灵敏角，为什么通常选定线路阻抗角为最灵敏角。
Zset1的阻抗角又称
答：
当测量阻抗角zm的阻抗角与正向整定阻抗zset1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动
作阻抗最大，正好等于Zsetl，即ZopZseti，此时继电器最为灵敏，所以为最灵敏角。
选定线路阻抗角为最灵敏角，是为了保证在线路发生金属性短路点情况下，阻抗继电器动作最灵敏。
以记忆电压为参考的距离继电器有什么特点其初态特性与稳态特性有何差别答：
以记忆电压为参考电压的距离继电器可以消除所有故障点死区，尤其是克服出口三相对称性短路时三相电压都降为0而失去比较依据的不足；但其动作性不能长期保持。
初态特性与稳态特性差别：
（1）在传统的模拟式距离保护中，记忆电压是通过LC谐振
记忆回路获得的，由于回路电阻的存在，记忆量是逐渐衰减的，故障一定时间后。
记忆电压将衰减至故障后的测量电压。
所有由记忆回路产生的结论仅在故障刚刚发生、记忆尚未消失时是成立的，因此称之为初态特性；
（2）数字式保护中，记忆电压就是存放在存储器中的故障前电压的采样值，虽然不存在衰减问题，但故障发生一定时间后，电源的电动势发生变化，将不再等于故障前的记忆电压，再用故障前的记忆电压作为参考电压，特性也将发生变化。
所以记忆电压仅能在故障后的一定时间内使用，例如仅在I、II段中采用。
图3—7所示系统中，发电机以发电机—变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机，变压器T5和T6可能2台也可能1台运行。
其参数为：
G1
<-TVA
B
BlEl
T4
CT3
E115/j3kV;XiGlX2.GI
X1.G2X2.G215X1.G3X2.G3X1.G4
X2.G410
X1.T1:
X1.T410,X0.T1:
X0.T430,X1.T5X1.T620LAB60km,LBC40km;线路阻抗Z1Z20.4/km,Z0
XoT5X0.T640;
1.2/km,线路阻抗角均为
75°,IaB.Lmax8B.Lmax300A，负荷功率因数角为30°；kss
1.2,Kre1.2,0.85,
0.75,变压器均装有快速差动保护。
试解答:
（1）为了快速切除线路上的各种短路，线路A—B、B-C应在何处配备三段式距离保护，各选
用何种接线方式各选用何种动作特性
答：
应在1、2、3、4处配备三段式距离保护；选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式；它们的I、II保护。
（2）整定保护1—4的距离I的动作区域。
答：
线路AB的正序阻抗
BC的正序阻抗
段选择具有方向特性的距离保护,
段，并按照你选定的动作特性,
线路
ZabZ1LABO.46024
ZBCZ1LBC0.4
4016
保护
1、2的距离I
段zSet.1,2K；eiZAB
0.85
24
保护
3、4的距离I
段ZSet.3,4K；elZBC
0.85
16
III选用具有偏移特性的距离
在一个阻抗复平面上画出各保护
20.4（）
13.6（）
1-4距离保护在阻抗平面上的动作区域如图应保护1、2、3、4距离I段的动作特性。
（3）分别求出保护1、4接地距离II段的最大、
答：
对保护1:
1）当与相邻下级线路距离保护I段配合时，
2）当与相邻变压器的快速保护相配合时，有
对保护4:
、
1）当与相邻下级线路距离保护I段配合时，
2）当与相邻变压器的快速保护相配合时，
详细计算见后面的附录。
（4）分别求出保护1、4接地距离II、III
答：
保护1距离II段的整定：
1）整定阻抗：
按下面两个条件选择。
（a）当与相邻下级线路距离保护I
保护
1所示，圆周1、2、3、4分别对
最小分支系数。
有K1b.max2.88，
K1b.max2.88，
K1b.min1.59
K1b.min2.01
有K4b.max2.26,
K4b.max1.99，K4b.min
K4b.min匸41
1.53
段的定值及时限，并校验灵敏度。
段相配合时，有
（b）
当与相邻变压器的快速保护相配合时，有
ZsIet.1VerZABK1b.minZt）
0.75（242.0120）48.15（）
ZtX1.T5
X1.T6
20
2）灵敏度校验：
Ksen
俎
ZAB
34.218
24
1.431.25,满足灵敏度要求。
3）动作时限：
与相邻保护3的I段配合，有屮
t00.50.5s，它能同时满足与
相邻线路保护以及相邻变压器保护配合的要求。
保护1距离III段的整定：
1）整定阻抗:
ZL.min
按躲过正常运行时的最小负荷阻抗整定，有
^l.min0.9110
&..maxJ3O.3
190.53（）
Zset.1
KrelZL.min
取Krel0.83
KSS1.2，Kre
0.83190.53
1.2和set
75，
KSSKrecos（setL）
30，于是
ZIII
set11.21.2cos（7530）
155.93（
2）灵敏度校验：
（a）本线路末端短路时灵敏系数为
ZIII
Ksen
（1）眾瞬6.51.5
（b）相邻设备末端短路时灵敏系数为
Ksen
（1）ZabK1b.maxZnext
1.2
①相邻线路末端短路时灵敏系数。
禾U用问题（
X”，XCK0即可，所以有
中求灵敏系数的结论，只要令
XBK
BC,
K1b1
2
X12.0XAB03
X56.0
X12.1Xac1
X34.1
J
[X56.0（1XBC0）（1…56.0）]
X34.0X34.0X12.0XAB0
X56.0
当X34.1,
大值，即当X34.1min
X56.0分别取最小值,
10，X56.0min
而X12.1、
20，X12.1max
X34.0、X12.0分别取最大值时，K1b就取最
25，X34.0max30，X12.0max30
有K1b.max
202
30723
1
2540
10
1
IT
2.88
訖）]
Znext
ZbC16（）
Ksen
（2）
Zset.1
155.93
ZABK1b.maxZnext
242.8816
2.23
1.2
20（）
②相邻变压器末端短路时灵敏系数。
此时
K1b.max2.88，znextzt
znextX1.T5X1.T620所以灵敏度校验满足要求。
线路保护和相邻线路保护和相邻变压器保护的配合要求。
保护4距离II段的整定：
1）整定阻抗：
按下面两个条件选择。
（a）当与相邻下级线路距离保护I段相配合时，有
33.573（
〈爲Krei（ZBCK4b.minZSet2）0.75（161.41巾4）
Ksen
（1）-"JC^詈9.741.5
（b）相邻设备末端短路时灵敏系数为
Ksen
（2）
—益—1.2
ZBCK4b.maxznext
K4b1
X34.O
X5621[X56.0
XBC031X34.1XaC1x12.0
X56.0）
（1#20）（1X34.0XBC0
X12.1
当X12.1、X56.0、值，即当X12.1min有
分别取最小值，而X34.1、X12.0、
12.5，X56.0min20，X34.1max
X34.0分别取最大值时，K4b就取最大
20，X12.0max30，X34.0max30，
K4b.max
1
'202
30483
1
~[202040[30
12.5
（1
72
討1
221
20）
3048）
Ksen
（2）
zset.4
155.93
ZBCK4b.maxZnext162.2124
2.26
1.2
Znext
ZAB24
②相邻变压器末端短路时灵敏系数。
此时
ZnextX1.T5X1.T620所以灵敏度校验满足要求。
哪些地方的哪些测量元件动作，请逐一列哪些保护的何段以什么时间跳开了哪些断路器将短路切
线路保护和相邻变压器保护的配合要求。
（5）当AB线路中点处发生BC两相短路接地时，出。
保护、断路器正常工作情况下，除
接地距离保护中：
B相、C相的接地距B、C相间距离保护的测量元件动作：
1的B,C相接地距离保护I段、BC相间距离
I段，将在故
答：
当AB线路中点处发生BC两相短路接地时，离保护的测量元件动作；相间距离保护中，保护、断路器正常工作情况下，保护保护I段、保护2的B,C相的接地距离保护I段、BC相间距离保护障瞬间跳开保护1,2处的断路器，从而将短路切除。
哪些保护以
（6）短路条件同（5），若保护1的接地距离I段拒动、保护2处断路器拒动，何时跳开何断路器将短路切除。
4的距离III
答：
保护1的相间距离I段将在故障瞬间跳开保护1处的断路器，保护段延时1s跳开保护4处的断路器。
（7）假定各保护回路正确动作的概率为90%，在（5）处的短路条件下，全系统中断路器不被错误切除任意一个的概率是多少体会保护动作可靠性应要求到多高。
答：
假定保护1在发电厂侧还有一套远后备保护，则线路AB中点短路后应该有4个
断路器的跳闸回路被4套保护启动，如果各保护回路正确动作的概率只有90%,
则全系统中不被错误切除任意一个断路器的概率为
P0.90.90.90.90.6561.
附录：
分支系数的计算
题保护1、4接地距离II段最大、最小分支系数计算。
（1）保护1的接地距离II段最大、最小分支系数计算。
1）考虑与保护3的距离I段配合。
1&I1
由电力系统知识，不难看到^2
1&0别为保护1处的正、负、零序电压；l&k1
ZAB1&1
ZAB2&2zabo&o
l&k2、Uko分别为故障处的正、负、零序电压；&f1、
&11、&>2、&i0分别为保护3处的正、负、
ZBKO
zBK1i&31
ZBK2I^2
ZbkoI&io
%1
i&K2，式中，U^、i&2、i&o分
Uko
&2、&0分别为保护1处的正、负、零序电流；
零序电流；zAB1>zAB2、zABO分别为线路a—b的正、负、零序阻抗；zBK1>zBK2、
分别为母线b到故障处之间线路的正、负、零序阻抗。
所以保护1处的a相电压U&A为
L&AL&1I&2U&0（qZAB1ZAB2；ZBK1ZBK2）
Zab1（&1]&2）Zabo&ozbkM&h役）Zbko&5OWka
ZAB1（&1]&2&0）（ZABOZAB1）&OZBK1（&>1&>2&i0）（ZBKO
ZAB1&A3KZAB1&OZBK1%A3KZBK1&3OL&Ka式中，KZ）Z1ZaboZab1
，3Z1
序电流补偿系数）。
在金属性短路情况下，l&KA
跟ZAB1&A
&A3KI&O
ZBK1）&iO^&KA
Z1m
3ZAB1
ZbkOZbki
3ZBK1
0。
故保护
3KZAB1&O
2
3（QZabo1.2lab;Z1
0.4LAB）（称为零
&A3KI&O
1处的测量阻抗Z1m为
ZBK低A3KZBK悒0Zab1
ZI&iA3KI&10
BK1&A3KI&o
故由分支系数定义变得保护1的分支系数表达式，即K1b
削a3心§0
&A3K&0
因为在正、负序网中备
.电A3心&30
&A3KI&0
l%A2l&i0
&A2I&O
（将K
&>1&52
&1,施2&2所以
2/3代入）
3&30&1&23&30
&1I&23&0&1
13（bo&0）
3&0&1&23&0
&3o1爲1
1&1&2
3&0
为表达方便，做如下符号规定：
设母线A左方的G1、T1,G2、T2发变组等值阻抗为x12,母线C右方的G3、T3，G4、T4发变组的等值阻抗为X34，T5、T6变压器组等值阻抗为X56，故障处记为k。
在正、负序网中，不考虑T5、T6，有
XCK1X34.1
&11&2XcoX弘1I&f1（分流公式）
X12.1XAB1XBK1XCK1X34.1
在零序网中，考虑T5、T6，有
色0XCKOX34.o&f0（分流公式）
（X12.OXABO）//X56.OXBKOXCKOX34.O
X56.O
&0X12.0xAbOX56.O^O（分流公式）
因为在故障处发生的是单相接地故障，所以故障处正、负、零序电流相等，即
&f1&f2&f0
34.1、X56.O分别取最大值，而X12.1、X34.0、X12.0
X34.1min10，X56.0min20，X12.1max25，X34.0max30
所以，当X34.1、X56.O分别取最小值，而X12.1、X34.O、幻2.0分别取最大值时，Mb就取最大值；当X34.1、X56.0分别取最大值，而X12.1、X34.0、X12.0分别取最小值时，K1b就取最小值。
即当
X12.Omax30
25
24
1
2.88
1
10
16
n12.5
，
X34.1max
12.524
K1b.min
1
20时，有
2.01
有K1b.max
（2）保护4的接地距离同保护I接地距离
系数。
1）考虑与保护2的距离I段配合。
由前述分析可得
K4b1
X56.02_
X34.0xBC031
1
X56.0
X34.1（XaC1XaK1）[X12.0XAK0
（1（XaB0XaK0）（1X56.0）]
XAK0X12.0X34.0xBC0
XAK1X12.1
X34.0分别取最大值时，
X34.0分别取最小值时，
20，X12.0max30
K4b就取最大值；
K4b就取最小值。
，X34.0max30，
K4b.min
1
402140
—[
1548311036.41510.8
253.6
141
61.240
（1）
（1）]
1510.81548
考虑与变压器的速断保护配合
K4b1&A1X%1XBC1&4ax12.1xAB1
当X34.1取最大值，X12.1取最小值时,大值时，K4b就取最小值。
即当X34.1max20，X12.1min12.5
K4b就取最大值；X341取最小值，X121取最
时，有
K4b.max116
当X34.1min10
241.99
，X12.1max25时，
K4b.min
131.53
2524
o-
£2-II5/^kVXa&i««・25Q
t例3・1】在图3.26所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护I、II、ni段进行整定计算。
已知线路A-B的JA大负荷电流/d._=350A.功率因数c<»Pd=0.9,各线路每公里阻抗X|=0.4n/km,阻抗角肌=70°,电动机的自启动系数K.=1.5,正常时母线最低工作电压i/j耐取3?
于0.9〃n（t/N=H0kV）o
□□
tP-0.5s
□□
n
（Zfc%-IO5
St-3I.5MVA
解1.有关各元件阻抗值的计算
线路1-2的正序阻抗Z,.2=z,L|-2=0.4x30=12（0）
线路3・4、5-6的正序阻抗73-4=75.6=^,£,.4=0.4x60=24（0）
变压器的等值阻抗=嚮x^=需Xj｛弓=44・1（□）
2•距离I段的整定
（1）整定阻抗。
按式（3.109）计算为
Zi=KiZ|.2=0-85x12=10.2（O）
（2）动作时间。
?
=0s（第I段实际动作时间为保护装置固有的动作时间）。
3.距离n段曲整定
（1）整定阻抗：
按下列两个条件选择：
I）与相邻下级最短线路3-4（或5-6）的保护3（或保护5）的I段配合，按式
（Z「B+Kb_Z見）式中，可取K匕=0.85,K占=0.8,而Zi3=^i^3.4=0.85x24=20.4（□）«,
Kb.的计算如下：
Kb—为保护3的1段末《发生短路时对保护1而苜的最小分支系数（如图3.27所示）,当保护3的I段末点短路时，分支系数计算式为
Ay+X].24
I
3
'0・85Zi
-J
mt
T
<
□
1
Z|
■
kl/O.I52j«4
X|2（1+0.15）Z”4（X»+Z|.2f\1」5
—X2Zj・4UXq"丿
可以看出，为了得出最小的分支系数Kb.-,上式中后应取可能最小值，即应取电源G1的«大运行方式下的尊值用抗X」.，而Xa应取最大可能值，即取电源G2的量小运行方式下的最大等值阻抗Xq..,相邻双回路线路应投入，因而
・，Z20+12八1.15,…
心珂=5~+1”亍1.19
代入计算式，于是得Z1.,=0.8X（12+1,19x20.4）=29（n）
2）按躲开相邻变压器低压侧出口k2点短路整定（变压器装有差动保护），按式
（3.112）计算为
=（Z-B+Kb—Zj
此处分支系数Kb-为在相邻变压器出口k2点短路时对保护I的最小分支系数，由图3.27可见
KX“MB■*"-2,«20+12,rm
Kb.*=K+1=—30~+=2.07
于是Zi.i=0.7x（12+2.07x44.1）=72.3（O）.此处取©=0.7。
取以上两个计算值中较小者为n段整定值，即取zi.,=29nc
（2）灵敏性校验：
按本线路末《短路求灵敏系数为
^„套严=舒=2・47>1・25
勺.2
満足菱求。
（3）动作时间，与相邻保护3的I段配合，则
它能同时满足与相邻保护以及与相邻变压器保护配合的要求。
4.距离m段的整定
（1）整定K抗：
按躲开量小负荷阻抗整定
+
1UI"min09XJ10.』■,L/
^L.™=-=百™=163.5CO）
/_V3X0.35
‘Lmn
*D.Mk
因为继电黠取为相间接线方式的方向阻抗继电器，所以按式仃.119）计算为
K凤KWt»g
取心=122】4仏心=1・5和护点訂『仙二畑一、（0.9）=25用.于是
丹川二1.2xL15xl?
5xc^{7Cr-25.¥）=口叮（O）
（2）灵敏性校验：
n本线路末端短路时的灵敏系数为
t?
=即+3加或屮二£,%+2山
取其申较K者
rt1I02t1.520.52.5S
什么是距离保护的稳态超越克服稳态超越影响的措施有哪些
答：
稳态超越是指在区外故障期间测量阻抗稳定地落入动作区的动作现象。
上级测量
阻抗可能会因下级线路出口处过渡电阻的影响而减小，严重情况下，可能使测量阻抗落入其
I段范围内，造成其I段误动作。
这种因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小，进一步引起保护误动作的现象，称为距离保护的稳态超越。
克服稳态超越影响的措施是：
采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件。
M处）。
根据下图简述工频故障分量距离继电器的工作原理（保护装在
lU
UZ^
Zs
Zk
Ekuk0]
答：
在上图中，k处短路时，保护安装处的工频故障分量电流和工频故障分量电压可以表示为
UopU&Zset&（ZsZset）
式中，Zset为保护的整定阻抗，一般取为线路正序阻抗的80:
85。
比较工作电压l&Op与故障附加状态下短路点电压的大小，即比较工作电压与非故障状态下短路点电压的大小u［0］，就能够区分出内外的故障。
工频故障分量距离元件的动作判据可以表示为
k
U）p|uj0］满足该式判定为区内故障，保护动作；不满足该式，判定为区外故障，保
护不动作。
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