电力系统继电保护习题参考答案
绕组的输出端构成。电压互感器二次侧另外一个辅助绕组接成星形，在它的引出线上接三只电压表或一只电压表加一个三相切换开关用以测量各相对地电压。在正常运行时，电网三相电压对称，没有零序分量，三只电压表读数相等，过电压继电器不动作。当电网母线上任一条线路发生金属性接地时，接地相电压为零，该相电压表读数为零，而其它两相电压升至原
3倍相电压，所以电压表读数升高。同时出现零序电压，过电压继电器动作，发出接地故障信号，由运行人员选线操作，找出故障线路及时处理。
2-45 什么是零序保护？直接接地电网中为什么要单设零序保护？在什么条件下要加装方向继电器组成零序电流方向保护？
答： 在中性点直接接地电网中发生接地故障后，出现零序电流、零序电压和零序功率，利用这些零序分量电量构成接地故障保护的继电保护装置统称为零序保护。相间电流保护的三相星形接线过电流保护虽然也能保护接地故障，但其灵敏性低，保护时限较长。采用零序保护可克服此不足，因为：①系统正常运行和发生相间短路时不会出现零序电流和零序电压，因此零序保护动作电流可以整定很小，有利于提高灵敏性；②Y，d接线的降压变压器，三角形绕组以后的故障不会在星形绕组侧反映出零序电流，所以零序保护的动作时限可以不必与Y、d接线变压器以后的线路保护相配合而取得较短的动作时限。
在双侧或多侧电源电路中，电源处变压器中性点一般至少有一台要接地。由于零序电流实际流向是由故障点流向各个变压器的中性点，因此，在变压器接地数目较多的中性点的复杂网络中，必须考虑零序保护动作的方向性，在零序电流保护中增设功率方向元件，才能保证动作的选择性。
2-46 零序电流保护由哪几部分组成，零序电流保护有什么优点？
答：零序电流保护主要由零序电流（电压）滤过器，电流继电器和零序方向继电器三部分组成。零序电流保护同相间电流保护一样广泛采用三段式零序电流保护即无时限电流速断保护，带时限电流速断保护和零序过流保护。
零序电流保护与相间电流保护相比具有灵敏系数高，动作时间短，尤其对于两侧电源线路，当线路内部靠近任一侧发生接地短路时，本侧Ⅰ段动作跳闸后，对侧零序电流增大使对侧零序Ⅰ段也相继跳闸，使总的故障切除时间更短。
相间短路电流速断和限时电流速断受系统运行方式变化影响大，而零序电流保护受系统运行方式变化影响小，此外由于零序阻抗比正序阻抗大X0?(2?3.5)X1，故线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此，零序Ⅰ段保护范围大也比较稳定，零序Ⅱ段的灵敏系数较高，也易于满足要求。
当系统发生不正常运行状态时（如系统震荡、短时过负荷等）三相对称，相间短路电流保护均受它们的影响而可能误动作，因而要采取防止措施，而零序电流保护不受它们影响。
在110KV及以上高压系统和超高压系统中，单相接地故障占全部故障70%?90%，而且其它故障也往往由单相接地引起，因此采用专门零序保护具有显著优越性。
2-47 中性点直接接地电网中零序电流保护的时限特性和相间短路电流保护时限特性有何不同？为什么？
答：零序电流保护的时限特性与相间电流保护时限特性相同都是按阶梯原则整定的，但是对于有Y、d接线的变压器电网，d（三角形绕组）侧无零序电流，所以时限起点从Y侧变压器开始至保护安装处，显然比相间短路时从变压器d侧开始至保护安装处时间要短多了，
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因此零序电流保护动作时限缩短了。如图2-6所示
图2-6 题2-47相间过电流保护与零序过电流保护的时限特性比较
2-48 零序功率方向继电器的最大灵敏角为什么确定700？
答：零序功率方向继电器的接线如图2-7所示，其电流绕组接于零序滤过器回路，输
??3I?，电压绕组接于电压互感器二次侧开口三角形绕组反极性输入端。入电流为Ir0???3U?，当保护线路发生正方向接地故障时3I?超前3U?约950?1100，这时I?滞后Ur0000?700，即????700，使继电器工作在最灵敏条件下。 U0rm
图2-7题2-48功率方向继电器接线及相量图
（a）接线图；（b）相量图
2-49 零序电流方向保护与综合自动重合闸使用时应注意什么问题？
答：在综合自动重合闸动作过程中将出现非全相运行状态，再考虑系统两侧的电机发生摇摆，则可能出现很大的零序电流，因此，影响零序电流保护正确工作，这时必须增大保护动作值或在重合闸过程中使之短时退出运行，待全相运行后再投入运行。
2-49 零序电流方向保护与三相重合闸配合使用时应注意什么问题？
答：零序电流方向保护与三相重合闸配合使用时应注意以下问题。
1、零序电流Ⅰ段保护。阶段式零序电流保护第Ⅰ段，在整定时要躲过正常运行和正常
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检修方式下线路末端（不带方向时为两端母线）单相及两相接地故障时流经被保护线路的最大零序电流。
当零序电流保护与三相重合闸配合使用时，由于线路后重合侧断路器合闸不同期（断路器三相合闸不同期时间，实际可能达到40?60ms）造成瞬时性非全相运行，也会产生零序电流。当躲不过这种非全相最大零序电流时，不带时限的Ⅰ段保护将发生误动作。
躲过线路末端故障整定是绝对必须的，如果该定值又大于躲过断路器不同期引起的非全相运行零序电流整定值，那么只需设置一个不带时限的Ⅰ段电流保护。如果断路器不同期引起的非全相运行零序电流大于末端故障零序电流时，或者按躲过非全相情况整定；或者在三相重合闸时给躲不开非全相运行零序电流的第Ⅰ段带0.1s的时限；或者设置两个第Ⅰ段，一个按躲过非全相情况整定不带时限，另一个按躲过末端故障整定，但在重合闸后加0.1s时限或退出工作。
综上所述，在三相重合闸配合使用时，零序电流方向保护必须具备实现两个第Ⅰ段（灵敏Ⅰ段和不灵敏Ⅰ段）保护的可能性和无时限的Ⅰ段在重合闸时带0.1s时限的可能性。
2、零序电流方向保护装置中带时限的后备保护段数，根据规程规定，多段式零序电流方向保护之间必须按逐级配合原则整定，即要求灵敏系数和时间两方面的配合。为适应不同电压等级的电力网对后备作用以及特殊用途的保护（例如旁路断路器的保护）对保护段数的要求，按现在系统实现的配置，要求零序电流方向保护除两个第Ⅰ段外，还应有三个时间后备段。
2-50 将图2-95所示零序电流方向保护的接线连接正确，并给TV、TA标上极性，（继电器动作方向指向线路，最大灵敏角为700）。
答：TV、TA的极性及接线如图2-96所示
图2-95题2-5设备图
图2-8题2-50设备接线图
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第3章思考题与习题的解答
3-1 什么叫距离保护？它与电流保护主要区别是什么？
答：距离保护是指反应保护安装处至故障点的距离，并根据这一距离的远近而确定保护动作时限的一种保护装置。它与电流保护相比优点是在多电源的复杂电网中可以有选择性的切除故障，而且有足够的快速性和灵敏性；缺点是可靠性不如电流保护，距离保护受各种因素影响，在保护中采取各种防止这些影响的措施，使整套保护装置比较复杂。
3-2 试比较方向阻抗继电器、偏移特性阻抗继电器、全阻抗继电器在构成原则上有什么区别，按绝对值比较方式列出它们的特性方程。在R-X复数平面上画出相同整定阻抗的动作特性圆，进而画出原则性接线图。
答：三种圆特性阻抗继电器在构成原则上是电压形成回路不同，而幅值比较回路和执行回路是相同的。列出按绝对值比较的特性方程见表3-1。
图3-1 题3-2阻抗继电器动作特性
（a）方向阻抗继电器动作特性；（b）偏移特性阻抗继电器动作特性；（c）全阻抗继电器动作特性
表6-1阻抗继电器动作特性比较
继电器的名称 方向阻抗继电器 继电器动作方程 动作特性图 图6-1（a） 11Zset?Zr?Zset 2211(Zset.1?Zset.2)?Zr?(Zset.1?Zset.2) 22偏移特性阻抗继电器 图6-1（b） 全阻抗继电器 Zset?Zr 图6-1（c） 3-3 什么叫测量阻抗、动作阻抗、整定阻抗，它们之间有什么不同？
?和一个电流I?，电压与电流的比值 答：单相式阻抗继电器只输入一个电压UrrZr??UrKTA，称为测量阻抗。使距离继电器动作的阻抗称为动??KZK（ZK为短路阻抗）IrTV作阻抗Zop，对应预先整定的保护范围的阻抗称为整定阻抗Zset?K?I ，由改变电抗变换器KU- 34 -
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UX一次侧绕组匝数或改变电压变换器的变比KI和KU实现。
当Zr?Zset，阻抗继电器不动作，当Zr?Zop?Zset 则阻抗继电器动作。 3-4 有一方向阻抗继电器，其整定阻抗 Zset?8?600 若测量阻抗Zr?7.2?300，问该继电器能否动作？
解：作出方向阻抗继电器特性圆，根据几何关系得知
??82?42? Zr48?6.92
?，Zr落在保护范围外（圆内为保护范围，圆外为非动作区）所以该阻抗因为Zr?Zr继电器不能动作。
图3-2题3-4特性圆示意图
3-5 对偏移特性阻抗继电器是否需要加记忆回路和引入第三相电压？
答：是需要加入记忆回路和引入第三相电压，由偏移特性阻抗圆继电器动作特性方程为
1??U??1(Z?Z)I? (Zset.1?Zset.2)Irrset.1set.2r22??0，则上式左边=右边，当保护安装处正方向出口发生金属性短路时其测量电压Ur制动量等于动作量。继电器不能动作，出现死区，因此需要在动作量和制动量中各引入一个
?同相位的极化电压或插入电压。可采用记忆电路，将U?接入50Hz工频交流串联谐振与Urr电路；将电路中电阻R上引出电压UR接入继电器，当发生相间短路时，测量电压立即消失，而短路电流不能消失，振荡电流经几个周波才逐渐衰减到零，这个电流同短路前测量电压同
?代替U?进相位，并且在衰减过程中维持相位不变，可利用这个电流在电阻R产生压降URr行幅值比较，消除瞬时Ⅰ段正方向出口的相间短路死区。
2、引入非故障电压。因为在保护安装处正方向附近发生各种相间短路时，只有故障相相间电压降为零值，而非故障相相间电压仍然很高。因此可引入非故障相电压作为极化电压，即可消除记忆作用消失后正方向两相短路的死区，另外还可以防止反方向出口两相短路时发生误动作。
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