继电保护习题课.docx

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继电保护习题课

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第三章输电线路的电流保护

3-17

在下图所示电网中，已知E=121/J3kV,Xs,min=8O，Xs,max=1g，Xli=4W，

Xl2=2g，Ifh,2,max=150A，自启动系数Kzq=1.8，J装有三段式电流保护，过电流保护的动作时限为2.1s，开关3处的过电压保护动作时限为2.6s，试求：

L2相间电流速断保护的Idz；

L2相间限时电流速断保护的Idz、Klm和动作时限;

L2过电流保护的Idz、Klm和动作时限及接线方式。

（1）

（2）

（3）

解：

先讲一下为什么文中一直说的是相间电流保护，相间电流保护有哪些，接地保护怎么配

置？

树立一下概念，即110kV及以上的线路中电流保护一般不用，即使用也是后备保护。

（1）讲一下电流速断保护的整定原则及检验方法，说明一下为什么不用两个电流的比值来讲灵敏度，另外说明一下电流速断保护受运行方式和线路影响（主要是线路长度及是否出口

处有变压器）

IdB.max二E/（Xs.minXl2）=（121/..3）/（820））=2.495（kA）

[dz2'=Kk卞IdB.max==2X2.495=2-994（kA）

总结思考：

电流速断的整定及校验方法结合3-19

题中为什么给出121/3?

（2）说明一下限时电流保护的整定原则及检验方法，它的优点与缺点

•-Idz1^Kk'IdC.max=1.21.027=1.233（kA）

Idz2"=Kk"ldz「=1.21.233=1.4796（kA）

•-IdB.min十3/2）E/（Xs.maxXl2）=（J3/2）（121/J3”（1020）=2.017（kA）

•-Klm=IdB.min/Idz2"=2.017/1.4796=1.363

电流速断保护动作时限t1^0.1s,t2^t1^1^0.10.^0.6s

总结思考：

限时电流速断的整定及校验方法（与速断保护有什么区别？

）

（3）过电流保护的功能：

1）作为下一级线路的远后备保护，2）作为本段线路的近后备保

护，3）作为过负荷保护。

过电流继电

过电流保护是要躲过最大负荷电流，同时还要考虑外部故障切除后电动机启动，

器能恢复，给学生画个图，然后说明一下为什么是有下面的公式。

时间整定时要考虑到下一级母线的所有出线三段电流保护的动作时间

取可靠系数Kk"'=1.15，返回系数Kh=0.85

则ldz2”'=（Kzq汇Kk'''/Kh）汇Ifh.2.max=（1.8疋1.15/0.85）汇150=365.3（A）

校验灵敏度：

近后备：

Km=IdB.min/Idz2'''=2・017/0.3653=5.52

远后备：

Klm=ldc.min/ldz2'J[（121/；3）（..3/2”（1060）]/0.3653=2.37

t2'''=t3'''=2.60.5=3.1s

电流保护的接线方式是指保护中的电流继电器与电流互感器之间的连接方式，通常有两种方

式，一中是三相接继电器，另外一种是两相（A、C相）接继电器，即三相星形接线和两相

星形接线。

通常情况下较高电压等级（》110kV）中性点直接接地，线路中发生任何故障时

都必须动作，因此使用三相星形接线，而中性非直接接地的配电系统，通常我们希望发生一

点故障时，系统仍能继续运行两个小时，所以采用两相星形接线，为什么呢？

相间故障：

三相星形接线，有两个继电器动作

两相星形接线，ABBC故障时只有一个继电器动作，对于不接地系统是有优势

接地故障：

中性点不直接接地系统中，保护不能识别

中性点直接接地系统中，如B相接地时，三相星形可正确动作，而两相星形则不

能动作。

接线方式：

电压较高（121kV）,采用三相三接线。

3-18

上题所示电网中（Xs,min=8",Xs,max=10,I）,若Xl^201,Xl^4^,限时电流速断保护的ldz=750A，动作时限为0.6s，其他条件不变，试求：

（1）L2相间电流速断保护的Idz；

（2）L2相间限时电流速断保护的Idz、Klm和动作时限；

（3）L2过电流保护的Idz、Klm和动作时限及接线方式。

解：

（1）跳过

IdB.max=E/（Xs.minXL2）=（121/、3）/（840）=1.455（kA）

•-Idz2^Kk'IdB.max=1.21.455=1.746（kA）

（2）说明一下如果本级限时电流保护与下级电流速断保护配合灵敏度不够时应该与下级的限时电流保护配合动作

•••Idc.max=1-027（kA）,ldz1、1.233（kA）

•••Id』'Kk"ldzi'1.21.23^1.4796（kA）

•-IdB.min=（.3/2）E/（Xs.maxXl2）=（、3/2）（121/,3）/（1040^1.21（kA）

•-Km=IdB.min/Idz2"=1.21/1.4796：

：

：

1

（不满足要求，故应与保护1的n段配合整定）

Idz2^Kk"Idz1^1.2750=900A;（750A是限时电流速断保护的定值，因此2的

II段应与下一级线路的II段配合）

Km"dB.min/ld』、1210/900=1.34

动作时限t2"*t=0.6•0.5=1.1s

（3）跳过

ldz2'''=（KzqKk'''/Kh）Ifh.2.max=（1.151.8/0.85）15^365.3（A）

校验灵敏度：

近后备：

Klm=ldB.min/ldz2'''=1.21/0.3653=3.31

远后备：

Klm=Idc.min/1dz2'''=[（121/瞥3）汉（胚/2）/（1^60）]/0.3653=2.37

动作时限t2'''=t3'''：

t=2.6-0.5=3.1s

接线方式：

电压较高（121kV）,采用三相三接线方式。

3-19

求题3-17中L2电流速断保护的保护范围（最大运行方式下三相短路，最小运行方式下两相

短路）。

解：

电流保护整定的方法：

按最大运方整定，按最小运方校验

最大运行方式下：

[E/（Xs.min，Xl2）]Kk^E/（Xs.min-X）

=820=1.2（8X）二X=15.33

•••X%二X/XL2=15.33/20=76.7%

最小运行方式下：

[E/（Xs.minXl2）]KJ=[E/（Xs.maxX）]（3/2）

二（.3/2）（820）=1.2（10X）=X=10.21

•••X%=10.21/20=51%

3-20

下图电网中，已知E=38.5/J3kV,Xs,min=40,Xs,max=50,X“=180,Xl2=恥,

Xb=30门,Pmax=9MW,cos「=0.9,Umm=0.95*35kV

（Ifh,max=Pmax3Umincos®，这个公式不该给！

！

），自启动系数Kzq=1.6,L1线路装有

三段式电流保护，变压器过电流保护动作时限为1.6s，试求：

（1）L2电流速断保护的Idz；

（2）L2相间限时电流速断保护的Idz、Klm和动作时限；

（3）L2过电流保护的Idz、Klm和动作时限及接线方式。

d1

解:

（1）IdB.max二E/（Xs.minXl2）=（38.5/、.3）/（48）=1.852（kA）

•ldz2、Kk'ldB.max=「21.852=2.223（kA）

dD.max

-E/（Xs.min

XbXl2）=（38.5/、、3）/（4830）=0.53（kA）：

：

—max

（2）IdC.max二E/（Xs.minXl1Xl2）=（38.5/.3）/（4818）=0.741（kA）

由过量保护应该按最大运行方式整定的原则，考虑保护2的II段与线路L1的I段相配

合

口。

Idz1=Kk心dC.max=1.2汉0.741=0.889（从）

ldz2"=Kk"ldJ"20.889=1.067（kA）

Klm“dB.min/ldz2"=[（-3/2）E]/（Xs.maxXl2）门dz2‘、1.481/1.067"39

t?

""'：

t=0.10.5=0.6s

（3）Ifh.2.max=Pmax/&3Umincos申）=9000/（73x0.95汉35x0.9）=173.64（A）

取Kk"^1.15,Kh=0.85

Idz2"^（Kk'"Kzq/Kh）173.64=375.88（A）

IdB.min=C3/2）[E/（Xs.maxXl2）]=1.481（kA）

校验灵敏度:

近后备：

Km=ldB.min/ldz2'''"481/375.88=3.94

远后备（下一级母线出线有几条就要检验几条）：

对于C段：

Klm=Idc.min/ldz2'''=[（73/2）x（38.5/V3）/（5十8+18）]X1000/375.88=1.65

对于变压器：

Klm=IdD.min/ldz2'''=（73/2）"38.5/^3）/（5+8+30）X000/375.88=1.19<1.2

动作时限：

t2”'=1.60.5=2.1s

因为低压线路且线路中采用了Y/厶变压器（？

？

），故接线方式应采用两相三接线,采

用两相三接线后灵敏度可以提高。

3-21

在以下电网中，各线路装有定时限过电流方向保护，试确定装置3、4、6、7、9、10的动作

时限，以及哪些保护需装设方向元件？

哪些不要装设方向元件？

解：

注意配合时，1、5、&11必须作双向考虑，2、12作为电源直接出线装置2的动作时限为0"=

t4t=0.60.5=1.1"

t7=t4=1.10.5=1.6"

t10二t7=1.60.5=2.1"

装置12的动作时限为0'=

t9二虬=1.30.5=1.7"

t6=t9：

t=1.70.5=2.2"

t3二t64=2.20.5=2.7"

t的保护不需

原则：

在过电流保护中，对于那些动作时限比其背侧保护至少高出一个要装设方向元件=装置7、9、4需装设方向元件3-22

在以下环形网中，如各线路均装有定时限过电流方向保护，试确定保护装置1、2、3、5、6、

8、10、11、13、14的动作时限以及哪些保护需安装方向元件？

哪些不要？

解:

环网中，当在A点保护1处解列，保护2相当于输电线路的末端，其动作时限可设为0；

同理，当在A点保护14处解列，保护13相当于输电线路的末端，其动作时限可设为0。

t10=切讥=1.5"

—t6“10.：

t=2.0"

t13二0"=

七3=上6+At=2.5

b=t3「=t=3.0"

t5=tAt-1"

一t8=七7=t=2"

t2=0'=装置2、5、10、13需装设方向元件

切=t8+At=2.5"

t14=帖*it=3"

3-23

如果功率方向继电器按90°接线，内角厅=30°，线路阻抗角为70°，若远离保护安装处发生BC两相短路，以下两个功率方向继电器哪一个较灵敏？

UJ1-UCA；

（2）1J=1C，Uj1=UaB。

解:

（1）Ij1“B,Uj1=Uca

=」j1二d-1200=70。

-1200--500

二cos（£：

）=cos（-500300）=cos200:

0.94

（2）IJ~IC,UJ1~UAB

；-600=700-600=100

二cos（J2：

）=cos（100300）=cos400：

0.774

=■cos（：

j1：

）cos（J2：

）

=第一个比第二个灵敏

3-24

求下图中保护2的相间限时电流速断的整定值IdZ.2，分支系数Kfz，并校验灵敏度Klm。

ABC

Xs=10'.1

Km

〔dBmin_333

idZ2

3-7

（1）理解一下最大、最小运行方式与测量阻抗间的关系

（2）（3）数据有问题灵敏度不满足要求跳过

（4）理解近、远后备的意思，检验采用什么值？

3-14

题目中发电机的标号要改一下

（1）全运行时的三序等值图，正序与负序结构相同，但负序无电源结点，零序结构图主要考虑变压器接接线方式

（2）

（3）

（4）

保护I段：

躲过系统一切正常操作（断路器三相触头不同期合闸、线路采用单相重合闸时，按躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现最大零序电流）引起的零序电流以及躲

过线路末端单相接地及两相接地故障时零序电流值。

此处按躲过本级线路末端单相或两相接

地故障整定。

保护II段：

按躲过下级线路零序I段进行整定，需要注意的是存在分支系数，所以

II

II

O.set.1

KrelI

I0.set.3

K0.b.1

需要注意：

Ko.b.1、Ko.b.4取值大小，整定时应该取最小值，检验时应该取最大值

（5）不用

（6）不灵敏I段

线路采用单相重合闸时，按躲开在非全相运行状态下又发生系统振荡时所出现最大零序电流

第四章电网的距离保护

4-24在下图110kV系统中，线路阻抗Z1=0.45.75°「/km，每台变压器阻抗Zb=84」，线

路I、n、川都装有三段式距离保护，采用全阻抗继电器。

已知：

（1）线路AB的最大工作电流为200A,COS即=0.85,Kzq=1.5；

（2）阻抗继电器的Kh=1.2;

（3）线路BC距离川段的整定时限为2.5s；

（4）线路AB电流互感器的变比nCT=300/5，电压互感器的变比n卩丁=110/0.1；

（5）变电所B的变压器过电流保护整定时限为2s

（1）保护装置I的I段

Zdz（动作阻抗卜Zzd（整定阻抗）;

（2）保护装置I的n段

Zdz、Zzd、Km和动作时限;

（3）保护装置I的川段

Zdz、Zzd、Km和动作时限;

试求：

bQ11

CD

Eo=66.5kV

解：

距离保护的三段怎么整定，检验方法分支系数的计算

（1）

距离保护I段整定最简单，躲过下级线路出口处故障即可，因此按线路全长与可靠系数

之积来处理，此处可冋一下可靠系数与

1的关系，为什么有这样的结论？

将一次侧的阻抗整定值转到二次侧，

匕/氏二汕/怡一z2u2/i2u2hn2n

1,12=4/n2一乙一U,/I,一5l2一N,n2

Zdz'=Kk'ZAB=0.8汇40X0.4^75°=14.40

/.Zdz.j=Zdz汉（nL/nY）=14.4"（300/5）/（110/0.1）]=0.785。

Zzd'Zdz.j=0.785门

（2）

压器

分支系数的计算：

助增

Um

UabUbc

外汲:

1AB

1AB

1ABZAB'1BCZBCZAB'Zadd

ZAB'

1AB

乙dd

ZBC

Um_U3ZabIbcZbc

mU=CB

IAB

二Zab竺Zbc（此处存在

ZAB+Zadd

80%的概

距离保护II段保护整定：

ZS'et.X=爲匸人8+kbZBc）,需要与下一级所有线路配合，包括变

念，但在变压器中没有）

BC段保护II的第I段整定为：

Z|*z'=0.8Zbc=0.8汇50x0.45/75°]=180

其保护范围为：

18/0.45二40km

当短路发生在BC段40km处时，可将线路简化为:

A

X1

B

X2M

3

ma

X3

其中X^XSXab"090°1875°，X2=1875°，X^3090°二

Kfz=（X1X3）/X3=（1090°1875°3090°）/3090°=1.9193-4.64°

当BC段40km处短路时

Zdz"=Kk"（ZABKfzZ|」Kk"只能取0.8）

-0.8（1875°1.9193-4.64°1875°）=4271.95°11

当空载变压器末端发生短路时

Zdz^Kk"（ZAB0.5KfzZb）（K「只能取0.7）

°°°式中0.5为外汲分支系数，

=0.7^18^75°+0.956Z—4.64°汉84也90°=68.70

Kfz为助增

取数值较小者，Zdz^42'1

Zzd"=Zdz.j"二Zdz"（ncT/npt）=42（60/1100）=2.29门

灵敏度K|m二Zdz"/Zab=42/18=2.331.25，满足要求

t1=t2't=0.1-0.5=0.6s

（3）距离保护III段的整定：

躲过最大负荷运行时的末端阻抗，同时需要考虑外部故障切除

后，在电动机自启动的条件下，保护III段必须立即返回

•-Uf.min=0.9110kV,|f.max=200.—31.8°A

二Zfh.min=（0.9咒110x103/T3）/20"—31.8°=285.8N31.8S

Zdz'''=Zfh.min/（KkKhKzq）=285.8/（1.21.51.2）=1323」

ZZd'''=Zdz'''（nCT/npt）=132.3（60/1100）=7.22"

校验灵敏度：

近后备保护：

Klm=Zdz'''/ZAB=132.3/18=7.351.5

远后备保护：

线路BC段，

0讪=Zdz"7（Zab+KfZZBc）=132.3/31.8°/18/75°+1.9193/_4.64°X22.5/75°=2.16>1.2

变压器段，为什么外汲系数没了？

？

Klm.2=ZdZ"7（ZAB+KfzXZB）=132.3/31.8°/18/75°+1.9193/—4.64°X84Z90°|=0.7393<1.2

HlHI

t1=t2：

t=2.50.5=3s

4-25

在上题系统中，保护装置采用方向阻抗继电器，方向阻抗继电器的灵敏角「lm=70°，其他

条件不变，试求：

（1）线路AB距离保护I段的乙z'、Zzd';

（2）线路AB距离保护H段的Zdz''、

Zzd''、Klm和t（（3）线路AB距离保护川段的Zdz'''、Zzd'''、Klm和t。

解：

此题分析一下三种阻抗保护特性圆，全阻抗、方向和偏移特性。

全阻抗一般用于III段保护，

I段II段用方向阻抗比较多，这样不用加功率方向元件，此外，偏移特性一般用于发电机保护比较多。

（1）上题中已得Zdz'=14.4/75°,Zdz.j'=0.785^75°

/.Zzd'=ZdzJ7cos（Wlm—®j）=0.785/cos（70°—75°）=0.788。

方向取最大灵敏角；：

im

（2）Zdz”=42上71.9500,Zdz.j”=2.29^71.95°

二Zzd'=Zdz.j7cos（%m—®j）=2.29/cos（70°—71.95°）=2.29。

时限不变，仍为t=0.6s

求出整定阻抗后，还要再

校验灵敏度，都是折算到输电线路的末端的阻抗角方向上的,折算到线路阻抗角上。

ZdzJ42.71.95°「Zab=18-75咕=

Km二[Zdz“/COS（im-J）]/[ZAB/COS（「im-「）]

=2.33COS（70O-75O）/cos（70O-71.95°）

=2.321.5

（3）Zd「=132.3Z31.8°0，ZdzJ”'=7.22Z31.8。

•••Zzd'''=Zdzj''7cos（cPim—Wj）=7.22/cos（70O-31.8O）=9.190

灵敏度的校验：

近后备保护：

ZAB=18.75°门二，-75°,Zdz”'=132331.8「==31.8°

Km'=[Zdz“'/C0S（〕m-J）]/[Zab/C0S（爲-「）]

-Klmcos（70O-75O）/cos（70O-31.8°）

-9.321.5

远后备保护：

线路BC段，ZABKfzZBc=1875O1.9193-4.64°22.575°=「-71.740

Km』c'=[Zdz''7C0S（Im-J）]/[（ZabKfzZBc）/C0S（S-J]

二Kim.1cos（：

m-：

）/C0S（Im-；：

j）

=2.16cos（70O-71.74O）/cos（70O-31.80）

-2.751.2

变压器段，ZabKfzZb=1875。

1.9193-4.6408490。

=‘-84.32。

KmN'=Km.2C0S（向一）/C0S（m-j）

=0.7393cos（70O-84.32O）/cos（70O-31.80）

-0.9114<1.2

4-26

图示网络中，乙=50・75小,Zm=30・750「,Zn=20750"，母线M侧距离保护

装有方向阻抗继电器，其I段的整定阻抗Zzd=40・750门，Em=En，系统发生振荡时：

（1）「•在什么范围内将使该继电器误动？

（2）如果振荡周期2s，则继电器可能误动的时间是多少？

解：

（1）作图可知:

线

段'

O

OOJO.5Z—Zm=0.5100-30=20

ttan（0.5：

：

1：

）=50/20=2.5

•、=136.4°,:

.'=360°-136.4°=223.6°

•••、：

在136.4°~223.6°范围内，该继电器误动。

（2）TT=2s

•继电器可能误动的时间为:

t二T）/360°=2（223.6o-136.4o）/360°=0.484s

Kfz.min

.XF.minXfaXab.XF.minXfaXab

x+xx+x

D.maxDBE.maxEB

4-27

d点短路时A侧保护的最大、最小分支

下图所示的系统中，各个元件的参