电力系统继电保护部分参考答案褚晓瑞文档格式.docx
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③在高压电网中往往难以满足灵敏度的要求。
近后备保护的优点是:
①与主保护安装在同一断路器处,在主保护拒动时近后备保护动作;
②动作时只切除主保护要跳开的断路器,不造成事故扩大;
③在高压电网中能满足灵敏度的要求。
近后备保护的缺点是:
发电厂或变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用,无法起到“后备”的作用;
断路器失灵时无法切除故障,不能起到保护作用。
1.9在图1.6中,当线路CD的k3点发生短路故障时,哪些保护应动作?
如保护P6和P5拒动,根据选择性的要求,哪些保护应动作?
如线路AB的k1点发生短路,根据选择性的要求,哪些保护应动作?
如果保护P2或2QF拒动,哪些保护应动作?
图1.6题1.9电网示意图
(1)当线路CD中k3点发生短路故障时,保护P6应该动作,6QF跳闸,如保护P6或P5不动作或6QF、5QF拒动,按照选择性,保护P2和P4应动作,2QF、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、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。
1.10在图1.7中,各断路器处应均装有继电保护装置P1~P7。
试回答下列问题:
图1.7题1.10电网示意图
(1)当k1点短路时,根据选择性要求应由哪个保护动作并跳开哪台断路器?
若6QF因失灵而拒动,保护又将如何动作?
(2)当k2点短路时,根据选择性要求应由哪些保护动作并跳开哪些断路器?
若此时保护P3拒动或3QF拒跳,但保护P1动作并跳开1QF,问此种动作是否有选择性?
若拒动的断路器为2QF,对保护P1的动作又应该如何评价?
(1)当k1点短路时,根据选择性要求保护P6动作应跳开6QF,若6QF拒动,由近后备保护P3、P5动作跳开3QF、5QF,或由远后备保护P2、P4的动作跳开2QF、4QF;
(2)当k2点短路时,根据选择性要求应由保护P2、P3动作跳开2QF、3QF,若3QF拒动,保护P1动作并跳开1QF,则保护P1为无选择性,此时应由保护P5或保护P4动作,跳开5QF或4QF。
若是2QF拒动,则保护P1动作跳开1QF具有选择性。
第2章电网的电流保护习题参考答案
2.3在电流保护的整定计算中,为什么要引入可靠系数,其值考虑哪些因素后确定?
引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响,例如:
(1)实际的短路电流可能大于计算值;
(2)对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响;
(3)电流互感器存在误差;
(4)保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。
考虑必要的裕度,从最不利的情况出发,即使同时存在着以上几个因素的影响,也能保证在预定的保护范围以外故障时,保护装置不误动作,因而必须乘以大于1的可靠系数。
2.4为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合,而电流速断的灵敏度不需要逐级配合?
定时限过电流保护的整定值按照大于本线路流过的最大负荷电流整定,不但保护本线路的全长,而且保护相邻线路的全长,可以起远后备保护的作用。
当远处短路时,应当保证离故障点最近的过电流保护最先动作,这就要求保护必须在灵敏度和动作时间上逐级配合,最末端的过电流保护灵敏度最高、动作时间最短,每向上一级,动作时间增加一个时间级差,动作电流也要逐级增加。
否则,就有可能出现越级跳闸、非选择性动作现象的发生。
由于电流速断只保护本线路的一部分,下一级线路故障时它根本不会动作,因而灵敏度不需要逐级配合。
2.5比较电流保护第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的灵敏系数,哪一段保护的灵敏系数最高和保护范围最长?
为什么?
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而变化,灵敏系数和保护范围最小。
第II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段保护即定时限过电流保护,其灵敏系数一般最高,可以保护本级线路全长,保护范围最长,并作为相邻线路的远后备。
2.10在中性点非直接接地系统中,当两条上、下级线路安装相间短路的电流保护时,上级线路装在A、C相上,而下级线路装在A、B相上,有何优缺点?
当两条线路并列时,这种安装方式有何优、缺点?
以上串、并两种线路,若保护采用三相星形接线,有何不足?
在中性点非直接接地系统中,允许单相接地时继续短时运行,在不同线路不同相别的两点接地形成两相短路时,可以只切除一条故障线路,另一条线路继续运行。
不考虑同相的故障,两线路故障组合共有以下六种方式:
(1A、2B)、(1A、2C)、(1B、2A)、(1B、2C)、(1C、2A)、(1C、2B)。
当两条上、下级线路安装相间短路电流保护时,上级线路装在A、C相商,而下级装在A、B相上时,将在(1A、2B)、(1B、2A)、(1C、2A)和(1C、2B)四种情况下由下级线路保护切除故障,即下级线路切除故障的几率为2/3;
当故障为(1A、2C)时,将会由上级线路保护切除故障;
而当故障为(1B、2C)时,两条线路均不会切除故障,出现保护拒动的严重情况。
两条线路并列时,若两条线路保护动作的延时一样,则在(1A、2B)、(1C、2A)和(1C、2B)三种情况下,两条线路被同时切除;
而在(1A、2C)故障下,只能切除线路1;
在(1B、2A)故障下,只能切除线路2;
在(1B、2C)故障下,两条线路均不会切除,即保护拒动。
若保护采用三相星形接线时,需要三个电流互感器和四根二次电缆,相对来讲是复杂不经济的。
两条线路并列时,若发生不同相别的接地短路时,两套保护均启动,不必要切除两条线路的机会就比较多。
2.11在双侧电源供电的网络中,方向性电流保护利用了短路时电气量的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题?
在双侧电源供电网络中,利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。
方向性电流保护利用短路时功率方向的特征,当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上,是保护应该动作的方向,允许保护动作。
反之,不允许保护动作。
用短路时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题,并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。
2.12功率方向判别元件实质上是在判别什么?
为什么会存在“死区”?
什么时候要求它动作最灵敏?
功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位
,并且根据一定关系[cos(
+a)是否大于0]判别初短路功率的方向。
为了进行相位比较,需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值(在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波),且有最小的动作电压和电流要求。
当短路点越靠近母线时电压越小,在电压小雨最小动作电压时,就出现了电压死区。
在保护正方向发生最常见故障时,功率方向判别元件应该动作最灵敏。
2.16小结下列电流保护的基本原理、适用网络并评述其优缺点:
(1)相间短路的三段式电流保护;
(2)方向性电流保护;
(3)零序电流保护;
(4)方向性零序电流保护;
(5)中性点非直接接地系统中的电流电压保护。
(1)相间保护的三段式保护:
利用短路故障时电流显著增大的故障特征形成判据构成保护。
其中速断保护按照躲开本线路末端最大短路电流整定,保护本线路的部分;
限时速度按保护按躲开下级速度按保护末端短路整定,保护本线路全长;
速断和限时速断的联合工作,保护本线路短路被快速、灵敏切除。
过电流保护躲开最大负荷电流作为本线路和相邻线路短路时的后备保护。
主要优点是简单可靠,并且在一般情况下也能满足快速切出故障的要求,因此在电网中特别是在35KV及以下电压等级的网络中获得了广泛的应用。
缺点是它的灵敏度受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响。
灵敏系数和保护范围往往不能满足要求,难以应用于更高等级的复杂网路。
(2)方向性电流保护:
及利用故障是电流复制变大的特征,有利用电流与电压间相角的特征,在短路故障的流动方向正是保护应该动作的方向,并且流动幅值大于整定幅值时,保护动作跳闸。
适用于多断电源网络。
优点:
多数情况下保证了保护动作的选择性、灵敏性和速动性要求。
缺点:
应用方向元件是接线复杂、投资增加,同时保护安装地点附近正方向发生是你想短路时,由于母线电压降低至零,方向元件失去判断的依据,保护装置据动,出现电压死区。
(3)零序电流保护:
正常运行的三相对称,没有零序电流,在中性点直接接地电网中,发生接地故障时,会有很大的零序电流。
故障特征明显,利用这一特征可以构成零序电流保护。
适用网络与110KV及以上电压等级的网络。
保护简单,经济,可靠;
整定值一般较低,灵敏度较高;
受系统运行方式变化的影响较小;
系统发生震荡、短时过负荷是不受影响;
没有电压死区。
对于短路线路或运行方式变化较大的情况,保护往往不能满足系统运行方式变化的要求。
随着相重合闸的广泛应用,在单项跳开期间系统中可能有较大的零序电流,保护会受较大影响。
自耦变压器的使用使保护整定配合复杂化。
(4)方向性零序电流保护:
在双侧或单侧的电源的网络中,电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地,由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器,因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中,就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。
利用正方向和反方向故障时,零序功率的差别,使用功率方向元件闭锁可能误动作的保护,从而形成方向性零序保护。
避免了不加方向元件,保护可能的误动作。
其余的优点同零序电流保护。
同零序电流保护,接线较复杂。
(5)中性点非直接接地系统中的电流电压保护:
在中性点非直接接地系统中,保护相间短路的电流、电压保护与中性点直接接地系统是完全相同的。
仅有单相接地时二者有差别,中性点直接接地系统中单相接地形成了短路,有短路电流流过,保护应快速跳闸,除反应相电流幅值的电流保护外,还可以采用专门的零序保护。
而在中性点非直接接地系统中单相接地时,没有形成短路,无大的短路电流流过,属于不正常运行,可以发出信号并指出接地所在的线路,以便尽快修复。
当有单相接地时全系统出现等于相电压的零序电压,采用零序电压保护报告有单相接地发生,由于没有大短路电流流过故障线路这个明显特征,而甄别接地发生在哪条线路上则困难得多。
一般需要专门的“单相接地选线装置”,装置依据接地与非接地线路基波零序电流大小、方向以及高次谐波特征的差异,选出接地线路。
第3章电网距离保护习题参考答案
3.1什么是保护安装处的负荷阻抗?
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。
3.2距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成的?
答:
电力系统正常运行时,保护安装处的电压接近额定电压,电流为正常负荷电流,电压与电流的比值为负荷阻抗,其值较大,阻抗角为功率因数角,数值较小;
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,电压与电流的比值变为保护安装处与短路点之间一段线路的短路阻抗,其值较小,阻抗角为输电线路的阻抗角,数值较大,距离保护就是利用了正常运行与短路时电压和电流的比值,即测量阻抗之间的差异构成的。
图3-1负荷阻抗与短路阻抗
3.3什么是故障环路?
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?
在电力系统发生故障时,故障电流流过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异是:
接地短路的故障环路为“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。
3.5距离保护装置一般由哪几部分组成?
简述各部分的作用。
距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成,它们的作用分述如下:
(1)启动部分:
用来判别系统是否发生故障。
系统正常运行时,该部分不动作;
而当发生故障时,该部分能够动作。
通常情况下,只有启动部分动作后,才将后续的测量、逻辑等部分投入工作。
(2)测量部分:
在系统故障的情况下,快速、准确地测定出故障方向和距离,并与预先设定的保护范围相比较,区内故障时给出动作信号,区外故障时不动作。
(3)振荡闭锁部分:
在电力系统发生振荡时,距离保护的测量元件有可能误动作,振荡闭锁元件的作用就是正确区分振荡和故障。
在系统振荡的情况下,将保护闭锁,即使测量元件动作,也不会出口跳闸;
在系统故障的情况下,开放保护,如果测量元件动作且满足其他动作条件,则发出跳闸命令,将故障设备切除。
(4)电压回路断线部分:
电压回路断线时,将会造成保护测量电压的消失,从而可能使距离保护的测量部分出现误判断。
这种情况下应该将保护闭锁,以防止出现不必要的误动。
(5)配合逻辑部分:
用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。
(6)出口部分:
包括跳闸出口和信号出口,在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。
3.10什么是助增电流和外汲电流?
它们对阻抗继电器的工作有什么影响?
图3.12(a)中母线B上未接
分支的情况下,
此时k点短路时,A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为
在母线B接上
分支后,
,k点短路时,A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为
即在
相位与
相差不大的情况下,分支
的存在将使A处感受到的测量阻抗变大,这种使测量阻抗变大的分支就成为助增分支,对应的电流
称为助增电流。
类似地图3.12(a)中,在母线B上未接
,此时k点短路时,A处阻抗继电器KZ1测量到的阻抗为
的存在将使A处感受到的测量阻抗变小,这种使测量阻抗变大的分支就成为外汲分支,对应的电流
称为外汲电流。
3.12距离保护的振荡闭锁措施,应能够满足哪些基本要求?
距离保护的振荡闭锁措施,应能够满足以下的基本要求:
(1)系统发生全相或非全相振荡时,保护装置不应误动作跳闸;
(2)系统在全相或非全相振荡过程中,被保护线路发生各种类型的不对称故障,距离保护装置应有选择性的动作跳闸;
(3)系统在全相振荡过程中再发生三相故障时,保护装置应可靠动作跳闸,并允许带短延时。
3.14在单侧电源线路上,过渡电阻对距离保护的影响是什么?
如图3.7(a)所示,在没有助增和外汲的单侧电源线路上,过渡电阻中的短路电流与保护安装处的电流为一个店里,此时保护安装处测量电压和测量电流的关系可以表示为
即
如图3.7(b)所示,Rg(过渡电阻)的存在总是使继电器的测量阻抗值增大,阻抗角变小,保护范围缩短。
保护装置距短路点越近时,受过渡电阻的影响越大;
同时,保护装置的整定阻抗越小(相当于被保护线路越短),受过渡电阻的影响越大。
图3.7(a)单侧电源系统示意图(b)对不同安装地点的距离保护的影响
3.18影响距离保护正确动作的因素有哪些?
短路点过渡电阻对距离保护的影响;
电力系统振荡对距离保护的影响;
电压互感器二次回路断线对距离保护的影响;
分支电路对距离保护的影响;
线路串联补偿电容对距离保护的影响;
短路电压、电流中的非工频分量对距离保护的影响。
第4章输电线路纵联保护习题参考答案
4.1纵联保护依据的最基本原理是什么?
纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类,它是利用线路两端电气量在故障与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。
纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来,使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量,而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。
通过对线路两侧电气量的比较和判断,可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路,达到有选择、快速切除全线路短路的目的。
纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障,当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时,判断为区内故障,保护立即动作跳闸;
当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时,就判断为区外故障,两侧的保护都不跳闸。
纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障,在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下,区外故障时线路两侧电流大小相等,相位相反,其相量和或瞬时值之和都等于零;
而在区内故障时,两侧电流相位基本一致,其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流,量值很大。
所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和,就可以区分区内故障与区外故障,区内故障时无需任何延时,立即跳闸;
区外故障,可靠闭锁两侧保护,使之均不动作跳闸。
4.3输电线路中纵联保护中通道的作用是什么?
通道的种类及其优缺点、适用范围有哪些?
输电线路纵联保护,就是利用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向连接起来,将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端,将各端的电气量进行比较,以判断故障在本线路范围内部还是在线路范围外部,从而决定是否切除被保护线路。
将一端的电气量或其用于被比较的特征传送到对端,可以根据不同的信息传送通道条件,采用不同的传输技术。
纵联保护按照所利用信息通道的不同类型分为4种,它们是:
①导引线纵联保护(简称导引线保护);
②电力线载波纵联保护(简称载波保护);
③微波纵联保护(简称微波保护);
④光纤纵联保护(简称光纤保护)。
通道虽然只是传送信息的条件,但纵联保护采用的原理往往受到通道的制约。
(1)导引线通道。
这种通道需要铺设导引线电缆传送电气量信息,其投资随线路长度而增加,当线路较长(超过10km以上)时就不经济了。
导引线越长,自身的运行安全性越低。
在中性点接地系统中,除了雷击外,在接地故障时地中电流会引起地电位升高,也会产生感应电压,所以导引线的电缆线必须有足够的绝缘水平(例如15kV的绝缘水平),从而使投资增大。
一般导引线中直接传输交流二次电量波形,故导引线保护广泛采用差动保护原理,但导引线的参数(电阻和分布电容)直接影响保护性能,从而在技术上也限制了导引线保护用于较长的线路。
(2)电力线载波通道。
这种通道在保护中应用最为广泛,不需要专门架设通信通道,而是利用输电线路构成通道。
载波通道由输电线路及其信息加工和连接设备(阻波器、结合电容器及高频收发信机)等组成。
输电线路机械强度大,运行安全可靠。
但是在线路发生故障时通道可能遭到破坏,为此载波应在技术上保证在线路故障、信号中断的情况下仍能正确动作。
(3)微波通道。
微波通道是一种多路通信通道,具有很宽的频带,可以传送交流电的波形。
采用脉冲编码调制(PCM)方式后微波通道可以进一步扩大信息传输量,提高抗干扰能力,也更适合于数字式保护。
微波通道是理想的通道,但是保护专用微波通道及设备是不经济的,电力信息系统在设计时应兼顾继电保护的需要。
(4)光纤通道。
光纤通道与微波通道具有相同的优点,也广泛采用脉冲编码调制(PCM)方式。
保护使用的光纤通道一般与电力信息系统统一考虑。
当被保护的线路很短时,可架设专门的光缆通道直接把电信号转换成光信号送到对侧,并将所接收的光信号变为电信号进行比较。
由于光信号不受干扰,在经济上也可以与导引线通道竞争,近年来光纤通道成为短线路纵联保护的主要通道形式。
4.4通道传输的信号种类、通道的工作方式有哪些?
在纵联比较式保护中,通道中传送的信号有三类,即闭锁信号、允许信号和跳闸信号。
在纵联电流差动保护中,通道中传送的是线路两端电流的信息,可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值,也可以是采样得到的离散值。
在纵联电流相位差动保护中,通道中传送的是表示两端电流瞬时值为正(或负)的相位信息,例如,瞬时值为正半周时有高频信息,瞬时值为负半周时无高频信息,检测线路上有高频信息的时间,可以比较线路两端电流的相位。
不同的通道有不同的工作方式,对于载波通道而言,有三种工作方式,即正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。
对于光纤及微波通道,取决于具体的通信协议形式。
4.5请画出输电线载波通道的构成元件方框图,说明对各技术元件的技术要求。
图4.1载波通信示意图
1—阻波器;
2—耦合电容器;
3—连接滤波器
4—电缆;
5—载波收发信机;
6—接地开关
按照通道的构成,电力线载波通信又可分为使用两相线路的“相—相”式和使用一相一地的“相—地”式两种,其中“相—相”式高频通道信号传输的衰减小,而“相—地”式则比较经济。
“相—地”式载波通道如图4.1所示。
(1)输电线路。
三相输电线路都可以用来传递高频信号,任意一相与大地间都可以组成“相—地”回路。
(2)阻波器。
为了使两端发送的高频载波信号只在本线路内传输而不穿越到相邻路上去,采用了电感线
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