第7章思考题和习题解答(DOC).doc

第七章 供配电系统的继电保护7-1继电器保护装置的任务和要求是什么？答：（1）继电保护的任务： 自动地、迅速地、有选择地将故障设备从供电系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电。 正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便操作人员采取措施，恢复电器设备的正常运行。 与供配电系统的自动装置（如自动重合闸、备用电源自动投入装置等）配合，提高供配电系统的供电可靠性。 （2）对继电保护的要求：根据继电保护的任务，继电保护应满足选择性、可靠性、速动性和灵敏性的要求。7-2电流保护的常用接线方式有哪几种？各有什么特点？答：1、三相三继电器接线方式。它能反映各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组的电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。2、两相两继电器接线方式。它不能反映单相短路，只能反映相间短路，其接线系数在各种相间短路时均为1。此接线方式主要用于小接地电流系统的相间短路保护。3、两相一继电器接线方式。这种接线方式可反映各种不同的相间短路，但是其接线系数随短路种类不同而不不同，保护灵敏度也不同，主要用与高压电动机的保护。7-3 什么叫过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数？答：（1）使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流。 （2）使继电器返回到启始位置的最大电流称为继电器的返回电流。（3）继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数。 7-4电磁式电流继电器和感应式电流继电器的工作原理有何不同？如何调节其动作电流？答：（1）工作原理的不同之处在于：电磁式电流继电器利用电磁原理,当通过继电器的电流大于利继电器的动作电流，其常开触头即闭合。而感应式电流继电器利用感应原理, 当通过继电器的电流大于利继电器的动作电流，感应式电流继电器开始动作,但其常开触头经延时闭合, 延时时间与电流大小有关，呈有限反时限特性。（2）调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种：改变调整杆的位置来改变弹簧的反作用力 进行平滑调节；改变继电器线圈的连接。调节感应式继电器的动作电流的方法可用插销改变线圈的抽头进行级进调节；也可以用调节弹簧的拉力进行平滑调节。7-5 电磁式时间继电器、信号继电器和中间继电器的作用是什么？答：电磁式时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要延时，以满足选择性要求。信号继电器是继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号中间继电器的触头容量较大，触头数量较多，在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或者触头数量的不足。7-6 试说明感应式电流继电器的动作特性曲线。答：继电器线圈中的电流越大，铝盘转速越快，扇形齿轮上升速度也就越快，因此动作时限越短。这就是感应式电流继电器的“反时限”特性，如下图曲线中的ab段所示。当继电器线圈中的电流继续增大时，电磁铁中的磁通逐渐达到饱和，作用于铝盘的转矩不再增大，使继电器的动作时限基本不变。这一阶段的动作特性称为定时限特性，如下图曲线中的bc段所示。当继电器线圈中的电流进一步增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁瞬时将衔铁吸下，触头闭合，同时也使信号牌掉下。这是感应式继电器的速断特性，如下图曲线中cd所示。7-7 电力线路的过电流保护装置的动作电流、动作时间如何整定？灵敏度怎样校验？答：（1）动作电流整定过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件：正常运行时，保护装置不动作，即保护装置的动作电流应大于线路的最大负荷电流；保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置。要使保护装置可靠返回，就要求保护装置的返回电流 。由于过电流保护装置的动作电流大于最大负荷电流，所以，以作为动作电流整定依据，所以得；式中，为可靠系数，DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.3，为接线系数，为继电的返回系数，为电流互感器变比。（2）动作时间整定动作时间必须满足选择性要求。为保证动作的选择性，动作时间整定按“阶梯原则”来确定；即自负载侧向电源侧，后一级线路的过电流保护装置的动作时限应比前一级线路保护的动作时限大一级时限差； 式中，为时限级差，定时限电流保护取0.5s。（3）灵敏度校验.过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流Ik.min进行校验； (本级线路) (下级线路)式中，为保护装置一次侧动作电流。7-8 反时限过电流保护的动作时限如何整定？答：在整定反时限电流保护的动作时限时应指出某一动作电流倍数（通常为10倍）时的动作时限，为保护动作的选择性，反时限过电流保护时限整定也应按照“阶梯原则”来确定，即上下级路线的反时限过电流保护在保护配合点K处发生短路时的时限级差为t=0.7s。7-9 试比较定时限过电流保护和反时限过电流保护。答：定时限过电流保护整定简单，动作准确，动作时限固定，但使用继电器较多，接线较复杂，需直流操作电源。反时限过电流保护使用继电器少，接线简单，可采用交流操作，但动作准确度不高，动作时间与短路电流有关，呈反时限特性，动作时限整定复杂。7-10 电力线路的电流速断保护的动作电流如何整定？灵敏度怎样检验？答：（1）由于电流速断保护动作不带时限，为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时，电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流IoplIk.max，从而，速断保护继电器的动作电流整定值为式中，为线路末端最大三相短路电流；为可靠系数，DL型继电器取1.2，GL型继电器取1.5；为接线系数；为电流互感器变比。（2）由于电流速断保护有死区，因此灵敏度校验不能用线路末端最小两相短路电流进行校验，而只能用线路首端最小两相短路电流校验，即 7-11 瞬时电流速断保护、时限电流速断保护和过电流保护各有什么特点？如何应用阶段式保护？答：瞬时电流速断保护、时限速断保护和过电流保护都是反应电流增大的电流保护。它们之间的区别在于动作电流和动作时限的整定原则不同，因而保护范围也不同。瞬时电流速断保护按照躲开本级线路末端最大短路电流整定，动作无时限或称瞬时动作，但只能保护本级线首端的一部分，有保护死区。带时限速断保护按照躲开下级线路无时限电流速断保护的动作电流整定，动作较快，动作时限为0.50.6s，能保护本级线和下级线路的一部分。过电流保护按照躲开本级线路最大负荷电流整定，动作时限较下级线路过电流保护动作时限大一个时限级差t，可以保护本级线路和下级线路全长。瞬时电流速断保护虽然能迅速切除短路故障，但不能保护线路全长，而时限电流速断保护虽能保护线路全长，却不能作为相邻线路的后备保护，过电流保护可以保护本级线路和相邻线路的短路故障，作为本级线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护，但动作时间往往较长。 为了保证快速而有选择性地可靠切除故障，常常将瞬时电流速断、时限电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护，使之相互配合和补充。具体应用时，根据有关规程和实际情况，310kV线路可采用瞬时电流速断保护加过电流保护，瞬时电流速断保护灵敏度不满足要求时采用时限电流速断保护加过电流保护，35kV线路可采用一段或两段电流速断或电压闭锁过电流保护加过电流保护。分别称为二段式电流保护和三段式电流保护。7-12电力线路的单相接地保护如何实现？绝缘监视装置怎样发现接地故障？如何查出接地故障线路？答：（1）电力线路的单相接地保护：中性点不接地系统发生单相接地时，流经接地点的电流是电容电流，数值上很小，虽然相对地电压不对称，系统仍可以对称，系统仍可继续运行一段时间。单相接地保护利用线路单相接地时的零序电流较系统其他线路线路单相接地接地时的零序电流大的特点，实现有选择的单相接地保护。当线路发生单相接地故障时，架空线路的电流互感器动作，发出信号，以便及时处理。（2）绝缘监视装置发现接地故障：当变电所出线回路较少或线路允许短时停电时，可采用无选择性的绝缘监视装置作为单相接地的保护装置。系统正常运行时，三相电压对称，开口三角形绕组两端电压近似为零，电压继电器不动作。系统单相接地故障时，接地相对地电压近似为零，该相电压表读数近似为零，非故障相对地电压高，非故障相的两只电压表读数接近线电压。同时开口三角形绕组两端电压也升高，电压继电器动作，发出单相接地信号，以便运行人员及时处理。（3）地故障线路的方法：运行人员可根据接地信号和电压表读数，判断哪一段母线，哪一相发生单相接地，但不能判断哪一条线路发生单相接地，因此绝缘监视装置是无选择性的。只能用依次拉合的方法，判断接地故障线路。依次先断开，再合上各条线路，若断开某线路时，只相电路表读数恢复且近似相等，该线路便是接地故障线路，再消除接地故障，恢复线路正常运行。7-13为什么电力变压器的电流保护一般不采用两相一继电器式接线?答：两相一继电器式接线的保护灵敏度随短路种类而异，但Yyno接线的变压器二次侧发生单相短路和Yd11连接线的变压器二次侧发生两相短路时，保护装置不动作，因此，该连接方式不能用于Yyno连接和Yd11连接的变压器的电流保护。所以，电力变压器的电流保护一般不用两相一继电器式接线。7-14电力变压器的电流保护与电力线路的电流保护有何相同和不同之处？答：电力变压器的电流保护分为：过电流保护；电流速断保护；差动保护；过负荷保护。电力线路的电流保护分为：过电流保护；电流速断保护；单相接地保护；过负荷保护。两者在过电流保护、电流速断保护、过负荷保护方面工作原理与接线完全相同。电力变压器的差动保护用于保护变压器内部及两侧绝缘套管和引出线上的相间短路，气体保护用于保护电力变压器的内部故障和油面降低，温度保护用于保护变压器的温度升高。电力线路的单相接地保护是能过检测线路中的零序电流而实现有选择性的单相接地保护。7-15 试叙述变压器气体保护的工作原理。答：气体保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种主要保护装置。气体保护装置主要由气体继电器构成。当变压器油箱内部出现故障时，电弧的高温会使变压器内的油分解为大量的油气体，气体保护就是利用这种气体来实现保护的装置。变压器正常运行时，气体继电器容器内充满了油，上下开口油杯产生的力矩小于平衡锤产生的力矩，开口杯处于上升位置，上下两对干簧触点处于断开位置。当变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气体较少，气体缓慢上升，聚集在气体继电器容器上部，使继电器内的油面下降，上开口油杯露出油面，上开口油杯因其产生的力矩大于平衡锤的力矩而处于下降的位置，上干簧触点闭合，发出报警信号，称为轻瓦斯动作。当变压器内部发生严重故障时，产生大量的气体，油汽混合物迅猛地从油箱通过联通管冲向油枕。在油汽混合物冲击下，气体继电器挡板被掀起，使下口油杯下降上，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸，称为重瓦斯动作。若变压器油箱严重漏油，随着气体继电器内哦的油面逐渐下降，首先上油杯下降，从而上下簧触点闭合，发出报警信号，接着下油杯下降，从而下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸。7-16 电力变压器差动保护的工作原理是什么？差动保护中不平衡电流产生的原因是什么？如何减小不平衡电流？答：（1）变压器的差动保护原理是在变压器两侧安装电流互感器，其二次绕组电流之差，即，为变压器一、二次侧的不平衡电流。当变压器正常运行或差动保护区外短路时，流入差动继电器的不平衡电流小于继电器的动作电流，保护不动作。在保护区内短路时，对单端电源供电的变压器，远大于继电器的动作电流，继电器KA瞬时动作，通过中间继电器KM，使变压器两侧短路器跳闸，切除故障，（2）不平衡电流产生的原因及减小措施：变压器连接组引起的不平衡电流：总降压变电所的变压器通常是Yd11连接组，变压器两侧线电流之间就有30的相位差，因此，即使变压器两侧电流互感器二次电流的大小相等，保护回路中仍会出现由相位差引起的不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，可将变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，变压器三角形接线侧的电流互感器的二次侧电流互感器接成星形接线，这样变压器两侧电流互感器的二次侧电流相位相同，消除了由变压器连接组引起的不平衡电流。电流互感器变比引起的不平衡电流：为了使变压器两侧电流互感器的二次侧电流相等，需要选择合适的电流互感器的变比，但电流互感器的变比是按标准分成若干等级，而实际需要的变比与产品的标准变比往往不同，不可能使差动保护两侧的电流相等，从而产生不平衡电流。可利用差动继电器中的平衡线圈或自耦电流互感器消除由电流互感器变比引起的不平衡电流。在变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复的过程中，由于变压器铁心中的磁通不能突变，在变压器一次绕组中产生很大的励磁涌流，涌流中含有数量值很大的非周期分量，涌流可达变压器的额定电流的810倍，励磁涌流不反映到二次绕组，因此，在差动回路中产生很大的不平衡电流流过差动继电器。可利用速饱和电流互感器或差动继电器的速饱和铁心减小励磁涌流引起的不平衡电流。此外，变压器两侧电流互感器的型号不同，有载调变压器分接头电压的改变也会在差动回路中产生不平衡电流。综上所述，产生不平衡电流的原因很多，可以采取措施最大程度地减小不平衡电流，但不能完全消除。7-17高压电动机和电容器的继电保护如何配置和整定？答：（1）高压电动机的继电保护配置按GB500622008规定，对2000KW以下的高压电动机相间短路。装设电流速断保护；对2000KW及以上的高压电动机，或电流速断保护灵敏度不满足要求的高压电动机，装设差动保护；对易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护；对不重要的高压电动机或者不允许自起动的电动机，应装设低电压保护；高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设有选择性的单相接地保护电动机过负荷保护的动作电流按躲过电动机的额定电流整定，即 电动机的电流速断保护动作电流按躲过电动机的最大起动电流整定，即 单相接地保护动作电流按躲过其接地电容电流整定，即 （2）电容器的继电保护配置：容量在400kvar以上的电容器组一般采用断路器控制，装设电流速断保护，作为电容器的相间短路保护。容量在400kvar及以下的电容器一般采用带熔断器的负荷开关进行控制和保护。电容器电流速断保护的动作电流按躲过电容器投入时的冲击电流整定，即7-18微机保护有什么功能？试说明其硬件结构和软件系统。答：（1）微机保护的功能有：保护，测量，自动重合闸，人-机对话，自检，时间记录，报警，断路器控制，通信，实时时钟等。（2）其硬件结构由数据采集系统，微型控制器，存储器，显示器，键盘，时钟，控制和信号等部分组成。 软件系统一般包括设定程序，运行程序和中断微机保护功能程序3部分。7-19 试整定如图7-53所示的供电网络各段的定时限过电流保护的动作时限的动作时限，已知保护1和4的动作时限为0.5s。解：由题意可知，保护4与保护1的时限为0.5s，而为了保证选择性，自负载侧向电源侧，后一级线路的过电流保护装置的动作时限应比前一级线路保护动作时限大一个时限级差t=0.5s，所以可得保护5与保护2的时限为1s，保护3的时限为1.5s，而保护6的时限要比3QF与5QF都大0.5，应此取2s的时限。7-20 试整定如图7-59所示的10kV线路2WL定时限过电流和瞬时电流速断保护装置，并画出保护接线原理图和展开图。已知最大运行方式时，最小运行方式时，线路最大负荷电流为120A（含自起动电流），保护装置采用两相两继电器接线，电流互感器变比为200/5A，下级保护动作时限为0.5s。解： （1）定时限过电流保护整定动作电流 选DL31/10电流继电器，线圈串联，整定动作电流为4.5A。过电流保护一次侧动作电流为整定动作时限校验保护灵敏度保护线路1WL的灵敏度，按线路1WL末端最小两相短路电流校验，即由此可见保护整定满足灵敏度要求。（2）瞬时电流速断保护：整定动作电流 选DL31/50电流继电器，线圈并联，整定动作电流为50A。过电流保护一次侧动作电流为灵敏度校验以线路1WL的首端最小两相短路电流校验，即电流速断保护整定满足要求。（3）保护接线原理图和展开图如图a和图b。 （a）原理图 （b）展开图7-21 某10kV电力线路，采用两相两继电器接线的去分流跳闸原理的反时限过电流保护，电流互感器变比为150/5A，线路最大负荷电流（含自起动电流）为85A，线路末端三相短路电流,试整定该装置GL-15型感应式过电流继电器的动作电流和速断电流倍数。解：（1）过电流动作电流整定过电流动作电流为5A（2）速断动作电流（3）速断动作电流倍数7-22某上下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。下级继电器的动作电流为5A，10倍动作电流的动作时限为0.5s，电流互感器变比为50/5A。上级继电器的动作电流也为5A，电流互感器变比为75/5A，末端三相短路电流=450A，试整定上级过电流保护10倍动作电流的动作时限.解：（1）上级1WL过电流保护一次侧动作电流为 （2）上级1WL过电流动作时限整定 由线路1WL和2WL保护配合点K1，整定1WL的电流继电器动作时限曲线。 a、计算K1点短路2WL保护的动作电流倍数n2和动作时限t2。 由n2查GL-15电流继电器t | n=10=0.5s特性曲线，得t2=0.4sb、计算K1点短路1WL保护的动作电流倍数n1和动作时限t1： c、由n1和t1从GL-15电流继电器动作特性曲线查得10倍动作电流动作时限1.0s7-23、试整定35KV线路1WL瞬时电流速断保护、时限速断保护和过电流保护装置。已知最大运行方式时、，最小运行方式时、,线路最大负荷电流（含自启动电流）275A，保护装置采用不完全星形接线，电流互感器变比为300/5A，下级线路2WL保护动作时间为0.7S。解：1、瞬时电流速断保护（1）动作电流整定选DL-31/50电流继电器，线圈并联，整定动作电流50A。瞬时速断保护一次侧动作电流为（2）灵敏度校验以线路1WL首端最小两相短路电流校验；瞬时电流速断保护整定满足要求。2时限速断保护（1）整定动作电流线路2WL时限电流速断保护动作电流为 选DL-31/50电流继电器，线圈串联，整定动作电流24A。时限速断保护一次侧动作电流为 （2）整定动作时限 动作时限整定t=0.5。 （3）校验保护灵敏度保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验：时限电流速断保护整定满足要求。3定时限过电流保护（1）整定动作电流选DL-31/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流7A过电流保护一次侧动作电流为 （2）整定动作时限 线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差t。 （3）校验保护灵敏度保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验：线路2WL后备保护灵敏度，用线路2WL末端最小两相短路电流校验：由此可见，定时限过电流保护整定满足要求。所以，线路1WL三段式电流保护整定满足要求。7-24试整定习题3-12中变压器的定时限过电流和电流速断保护，其接线方式为三相三线电器式，串流互感器的变比为75/5A，下级保护动作时间为0.7S，变压器连接组为Yd11。解：由题3-12得如下图所示kA， kA。因无过负荷可能，变压器装设定时限过电流保护和电流速断保护，保护采用两相两继电器接线。1定时限过电流保护（1）动作电流整定选DL-31/10电流继电器，线圈并联，动作电流整定Iop.KA(oc)=8A保护一次侧动作电流（2）动作时间整定（3）灵敏度校验2瞬时电流速断保护（1）动作电流整定选DL-31/50电流继电器，线圈并联，动作电流整定Iop.KA(qb)=40A保护一次侧动作电流（2）灵敏度校验所以，变压器电流保护整定满足要求。7-25试校验图7-55所示的10/0.4kV，1000kVA，Yyno接线的车间变电所二次侧干线末端发生短路时，两相两继电器接线过电流保护的灵敏度。已知过电流保护动作电流为10A，电流互感器变比为75/5A，0.4kA干线末端单相短路电流，如不满足要求，试整定零序电流保护。 解：1定时限过电流保护（1）过电流保护动作电流整定选DL-31/20电流继电器，线圈并联，动作电流整定保护一次侧动作电流为（2）二次侧干线末端单相短路灵敏度校验所以变压器二次侧干线末端单相短路保护灵敏度不满足要求2变压器二次侧零序电流保护在变压器低压侧中性点引出线上装设专用的零序电流保护，由一只400/5A电流互感器和一只DL-31/10电流继电器组成。（1）动作电流整定 按变压器正常运行中性线上流过的最大不平衡电流整定。选DL-15/10电流继电器，线圈并联，动作电流整定6A（2）二次侧干线末端单相短路灵敏度校验7-26 某给水泵高压电动机参数为：。电动机端子处三相短路电流为4.14kA。试确定该电动机的保护配置，并进行整定。解：1.保护装置的设置：因为水泵电动机在生产过程中没有过负荷的可能，不装设过负荷保护；电动机很重要，且装在经常有人值班的机房内，需要自起动运行，不装设低电压保护；仅装电流速断保护，采用两相继电器接线，电流互感器电流比为2005A。2.电流速断保护整定（1）动作电流整定选DL-31/50电流继电器，线圈并联，动作电流整定（2）灵敏度校验所以，电动机电流保护整定满足要求。7-27 试整定10 kV、720kva并联电容器的保护。已知电容器型号BFM11-30-1W，共24台，三角形联接，电容器组额定电流37.8A，电流互感器变比为75/5，最小运行方式下，电容器组端部三相短路为2.74kA，10kV电网的总单相接地电流为12A。解： 电容器组装设短时限电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、单相接地保护、过电压保护。1短时限电流速断保护（1）动作电流整定选DL-31/100电流继电器，线圈并联，整定动作电流78A。时限速断保护一次侧动作电流为 （2）整定动作时限 动作时限应大于合闸涌流时间，0.2s，整定=0.3。 （3）校验保护灵敏度保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验： 短时限电流速断保护整定满足要求。2定时限过电流保护（1）整定动作电流选DL-31/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流6A过电流保护一次侧动作电流为 （2）整定动作时限 定时限过电流保护的动作时限应较短时限电流速断保护动作时限大一个时限级差t。 （3）校验保护灵敏度保护线路1WL的灵敏度按线路1WL末端最小两相短路电流校验：过电流保护整定满足要求3过负荷保护（1）整定动作电流选DL-31/6电流继电器，线圈并联，整定动作电流4A过负荷保护一次侧动作电流为 （2）整定动作时限 过负荷保护的动作时限应较过电流保护大一个时限级差t。4单相接地保护保护装置一次侧动作电流为保护装置一次侧动作电流大于所选LJ-2型零序电流继电器及配用DD-11/60型接地继电器一次最小动作电流1.3A，故满足灵敏度要求。5过电压保护保护装置动作电压为保护装置动作于信号。选DY-31/200电压继电器，整定动作电压110V。所以，电容器组保护整定满足要求。