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1、分析计算题1已知线路的阻抗角，通过线路的负荷功率因数为0.9。当线路上发生金属性短路故障时，继电保护的启动元件的灵敏系数采用方向阻抗继电器大，还是采用全阻抗继电器大？大多少？1答：采用方向阻抗继电器时灵敏度更大。采用全阻抗继电器的灵敏度只有方向阻抗继电器灵敏度的0.78倍。2现有一个三单元级联滤波器，各单元滤波器的滤波方程为：，。设每基频周期采样次数，试：（1）分析该级联滤波器能够滤除那些次数的谐波。（2）写出该级联滤波器的差分方程表达式。2答：（1）直流分量、2、4、6。（2）。3在图1所示网络中的AB、BC、BD、DE上均装设了三段式电流保护；保护均采用了三相完全星形接法；线路AB的最大负
2、荷电流为200A，负荷自启动系数，；变压器采用了无时限差动保护；其它参数如图所示。图中各电抗值均已归算至115。试计算AB线路各段保护的启动电流和动作时限，并校验II、III段的灵敏度。图1 系统接线图3答：（1）短路电流计算。选取图3中的、点作为计算点。图3三相短路计算结果如表1所示。表1 三相短路计算结果短路点最大运行方式（）1.7951.2530.499最小运行方式（）1.6601.1860.488（2）电流保护I段，（3）电流保护II段，灵敏度校验：，不满足要求。与保护3的II段相配合：保护3的II段按可伸入变压器而不伸出变压器整定。，灵敏度校验：，满足要求。（4）电流保护III段灵敏
3、度校验：作为本线路的后备保护，满足要求。作为相邻下一线路的后备保护，满足要求。4如图2所示系统，在线路MN上装设纵联电流相位差动保护。已知，线路长400km，电流互感器和保护装置的角误差分别为和，裕度角取。问：当纵联电流相位差动保护的闭锁角和时，两侧保护是否都保证在线路K点三相短路时正确动作？为什么？图2系统接线图4答：根据已知可绘制图4。由图4可见，与之间的夹角为70。图4 当线路K点三相短路时，线路两侧收信机收到高频信号的相位差分别为：M侧：；高频信号间断最大可能为N侧：；高频信号间断最大可能为当，M、N侧保护都能动作。当，N侧保护首先动作，M侧保护相继动作。二、1某方向阻抗继电器，当继电
4、器的测量阻抗为时，该继电器是否动作？1答：在时的动作阻抗为；因为，所以该继电器动作。2设，设计一加法滤波器，要求滤掉1、3、5等奇次谐波，写出其差分方程表达式。2答：因为，所以。又已知加法滤波器能够滤除的谐波次数（I为正整数或0），则。3在图1所示网络中装设了反应相间短路的距离保护。已知：线路的正序阻抗；系统阻抗：，；。试对距离保护1的第I、II段进行整定计算，并校验II段灵敏度。图 13解：1保护1第I段：；。2保护1第II段：；。用图3所示网络计算。图3 求分支系数所用网络，则，满足要求。4在图2所示单侧电源线路MN上装有比较相位的纵联电流相位差动保护。已知：线路的阻抗，；系统阻抗：，。问
5、：不考虑负荷电流的影响，为何值时，在线路末端K点发生两相接地短路时，保护将拒绝动作？图 24答：只有在时，保护才可能拒动。因此首先要求得、。在线路末端K点发生两相接地短路：，。则，由，则。1. 已知某线路工作电压220KV，长度100km，高频保护采用相地通道（无差分网络），工作频率f0=256kHz，试估算线路传输衰耗bc。（本题3分）解：bc=BeoL(N)=6.510-3 L+7(dB)-2分 =6.510-3 100+7=17.4(dB)-1分2、如图所示，在线路L1的A侧装有按U/（I+K3I0）接线的接地距离保护（K=0.8），阻抗元件的动作特性为最大灵敏度等于80的方向圆，一次整
6、定阻抗为Zzd=4080。在K点发生A相经电阻接地短路故障：（1） 写出阻抗元件的测量阻抗表达式。（2） 该阻抗元件是否会动作？并用阻抗向量图说明之。注：（1）I1与I2同相 （2）ZL1为线路L1的线路正序阻抗，ZL3k为线路母线B到故障点K的线路正序阻抗，ZL1=ZL3k=580Z0 A B I1=100A L1 ZL1 K C I2=200A L3 ZL3k Rg=10 L2答：（1）测量阻抗Zca=ZL1+（I1+I2）+K（I1+I2）ZL3k/（I1+KI1）+（I1+I2）Rg/（I1+KI1）=ZL1+（I1+I2）ZL3k/I1+（I1+I2）Rg/（I1+0.8I1）=20
7、80+17 (5分)（2）该阻抗元件会动作，在K点短路时阻抗元件的允许接地电阻为20，现测量的K点接地电阻为17，所以能动作。(3分)172080 +jx Zzd=4080 (图2分)3、已知一异步电动机额定容量为6KV，额定电流164A，接至6.3KV母线上，经一变压器供电，试计算该电动机的速断保护定值，并校核灵敏度。得知在系统最小运行方式下，电动机本体入口引线三相短路电流有名值10669A，电流互感器比300/5，保护采用不完全星形接线。解：Idj=KkKqIde/nl 1.56164/300/5 32.5AIdz=35AKL=3/210669/(35300/5)=4.392 合格4、已知
8、6kVBZT装置的低电压元件的整定值为26V，检有压的电压元件的整定值为73V，试计算各电压元件的一次整定值。答：低电压元件U11.732(26/1.732)* (60001.732)/(100/1.732)1560V 有电压元件U21.732(73/1.732)* (2200001.732)/(100/1.732)160.kV5、已知380VBZT装置的低电压元件的整定值为26V，检有压的电压元件的整定值为73V，试计算各电压元件的一次整定值。答：低电压元件U11.732(26/1.732)* (3801.732)/(100/1.732)98.8V 有电压元件U21.732(73/1.732
9、)* (60001.732)/(100/1.732)4380V6、有一小电流接地系统,母线额定电压为6KV,电压互感器变比为(6000/1.732)/(100/1.732)/(100/3),当发生单相直接接地时,若母线绝缘监测继电器输入侧测得的电压为50V,求这时母线相电压升至多少?(假定母线电压是从零开始升压的)答:母线相电压U=50/3*(6000/1.732)/(100/3)=3000/1.732V即这时母线相电压升至3000/1.732V.六、计算题（每题10分，共20分）：1、如图所示系统，变压器接线为YN，d11，变比为1，在变压器Y形侧发生B相单相接地故障时，试分析变压器两侧的各
10、序电流分量及相电流的幅值大小及相位关系（画出两侧电流向量图），当变压器侧电流保护采用两相不完全星形接线方式时，计算此时侧两相电流互感器的二次负担。 答：在Y侧发生B相接地故障时，IB1=IB2=IB0=1/3IK ， IA=IC=0 在侧Ib1= IB1 ej30 Ib2= IB2 e-j30 Ib0=0 Ib=Ib1+Ib2=3 Ib1 =3/3 IK Ic=a2 Ib1+ a1 Ib2 =0 Ia=a1 Ib1+ a2 Ib2 = 3/3 IK（6分） 电流互感器二次负担=U2/I2 Ua= Ia（ZL+ZJ）+ Ia（ZL+ZJ）= 2Ia（ZL+ZJ） A相 Z = 2（ZL+ZJ）C
11、相 Z=0 （4分）2、220kV系统如下图，变压器Tm和Tn均为三相五柱式结构，Tm变压器直接接地，Tn变压器间隙接地且低压侧无电源，Tm和Tn变压器中性点零序过压继电器分别接M母线和N母线PT（变比：220000/3/100/3/100）开口三角绕组（反应3U0），定值为180V，当M侧线路A相开关跳闸后，请画出序网图，判断变压器Tm和Tn的中性点零序过压保护能否动作？（10分）答案：序网图如下：（4分）当线路MN M侧断路器A相断开后，M母线零序电压U0=0，N母线零序电压U0=EA/2。（4分）M母线的U0=0V，M母线PT开口三角感受到的电压3U0=0V， M母线变压器Tm的中性点零
12、序过电压保护不会动作。（1分）PT变比为220000/3/100/3/100， N母线PT开口三角感受到的电压3U0=150V，所以N母线变压器Tn的中性点零序过电压保护不会动作。（1分）、如图所示，零序功率方向继电器的最大灵敏角为-110，方向需指向变压器，在与变压器之间发生单相接地故障时，请分析：（）、线路零序电流与母线零序电压的向量图（分）（）、把开口三角电压与正确连接（分）（）、以电流为基准，作的动作向量图（分）Y*34Y*答：（）（）连，连（）动作区制动区2、某110kV系统如图所示，已知C处发生单相接地故障时流过A、 B处零序电流的比值3I0（A）/3I0（B）为0.4，某天电源F
13、2停一台125MVA机组，电源F2的正（负）序等值阻抗由原0.02变为0.04，C处发生两相接地故障，B处A02动作但开关拒动，试分析A处零序保护动作行为。B 600/5CA 600/5F1F2F3（其中基准值SJ=100MVA，UJ=110KV）A处零序保护定值为A01：6.5A 0S；A02：3.5A 1S；A03：1A 1.5S，B处零序保护定值为A01：5A 0S；A02：3A 0.5S；A03：1.5A 1S，解：（1）由故障分析知，接地故障时零序电流分布的比例关系，只与零序等值网络状况有关，与正、负序等值网络的变化无关。因此，只要零序等值网络不变，不论是单相接地还是两相接地故障，零
14、序电流分布的比例关系不变；（2分）（2）由题知， C处发生两相接地故障时，电源F2的正（负）序等值网络虽发生变化，但零序等值网络未变。因此，流过A、 B处零序电流的比值3I0（A）/3I0（B），与C处发生单相接地故障时相同也为0.4；（2分）（3）B处A02动作，由B处零序保护定值分析知，5A3I0（B）3A 所以，A处零序电流3I0（A）：5*0.4=2A3I0（A）3*0.4=1.2A（4）由A处零序保护定值分析知，A02=3.5A3I0（A）A03=1A（3分） 因此，A处零序保护A03将动作出口，A01、A02均未达到定值不会动作。（3分）KBL1KBL2IQDIINTICD=IM+
15、INIZD=IM-IN3、某光纤纵差保护的比例制动特性如下图所示， 其中：KBL1和 KBL2为差动保护比例制动系数，KBL1=0.5，KBL2=0.7；IQD为差动启动电流定值，IQD=1A；IINT为4倍额定电流；ICD为差电流IZD为制动电流（1）写出该纵差保护动作判据；（分）（2）某次发生A相故障，两侧（M、N侧）A相电流记录数据如下：本侧IAM=5A0、对侧IAN=1.6180，试判断该光纤纵差保护是否动作？（要求计算分析，并写出计算分析过程）（6分）答：（1）差动保护的动作判据为：IM+INIQDIM+IN4IC （注：也可不写）IM+INKBL1IM-IN；当IM+INIINT时
16、IM+INKBL2（IM-INIb） ； 当IM+INIINT时其中：IbIINT（KBL1 KBL2）/ KBL1，为常数；（2）这次故障中： 制动电流IZD=5+1.6=6.6A3.3A 因此本光纤纵差保护将动作。ZJZLZJZLZJZLCAN5、如图，某电流互感器按不完全星形接线，从A、C和A、N处测得二次回路阻抗Z=3.46，设变比为600/5，一次通过最大三相短路电流为5160A，如测得该电流互感器某点伏安特性I0=3A，U2=150V。试问此时其变比误差是否超过10%。答：三相短路时TA二次负担为1）ZFH=3（ZL+ZJ）=3*3.46/2=3欧姆2）某点伏安特性I0=3A，U2
17、=150V。故障电流折算到二次侧为5160/120=43A，按I0=3A计算，U2=（43-3）*3=120小于150V，TA合格。3）即使以I0=3A，U2=150V计算变比误差：（43-40）/43=6.98%，合格4、有一台Y，d11接线变压器（变比n=1），当变压器侧发生AB两相短路且短路电流二次值为IK时，试画出变压器接线图，并在接线图上标明变压器各绕组电流及线电流的大小和方向。答： IK/3 IK/3 IK * * * 2IK/3 2IK/3* * * IK/3 IK/3五、计算分析题(共5题，每题6分)1、请画图说明结合滤波器电缆侧回波衰耗测试方法（须说明回路电器参数），若要求结
18、合滤波器在工作频带内的回波衰耗大于20dB，计算结合滤波器输入阻抗允许变化的范围是多少？ 振荡器选用0档，电平表选用高阻平衡档进行测量；R1为电缆侧标称电阻，R3为线路侧标称电阻；保持振荡器输出不变，在结合滤波器工作频带内每隔10kHz分别在K打开和闭合时测量电平P1、P2，用下式计算回波衰耗值：Brt=P1-P2要求结合滤波器。4、如图所示系统，已知：1）线路正序阻抗0.4/km,=700；2）两侧系统：Em=En=110kv，Zm=15,=700; Zn=15,=700; 3）两侧电源电势的相位差为600。试用电压相量图法分析，当线路AB距母线A侧80km处发生带过渡电阻5的三相接地短路时
19、，A变电站保护1接地阻抗继电器（采用方向阻抗元件）I段（krel=0.8）的动作情况。答：1）、AB线路阻抗ZAB1500.4=60,则48。2）、三相短路，所以是三相对称的，仅作出单相图如下所示。说明：发生故障时，归算到短路电的等值阻抗为：=23.2033）、作出故障前的电压相量图，相量图上A点为保护安装处，K点为短路点；S点为保护范围末端；为故障前短路点的电压（图中OK线）。4）、做三相短路时故障点的电压。以为参考相量，则故障点处的电压为：5。OK即为；5）、做保护安装处的相电压。具体做法：连接MK，连接KK，做AA与KK平行且与MK相交于A点。OA即为保护安装处的测量电压。6)做补偿电压
20、的相量位置，即寻找S。做SS与KK平行且与MK的延伸线相角于S。OS即为。7）、做的垂线OO。显然可见和之间的夹角大于90度，满足动作条件，阻抗继电器动作。1、变比为600/5的10P20电流互感器，电流互感器二次绕组为型接线，负载为Y型接线，额定负载25VA，现场实测二次负载2，整定书要求电流速断保护动作值为70A，这套保护能否动作？（计算时忽略二次绕组内阻的影响）答：额定二次负载 R= S/I2 = 25/25 = 1 而实际现场实测二次负载为2大于该电流互感器额定二次负载 2时电流互感器允许倍数 20/2 = 10倍 70/5 = 14 倍 则大于2时电流互感器允许倍数10 ，所以这套保
21、护不能动作。2、欲构成如下图所示的双折线（实线）特性的阻抗继电器，实线下方为动作区。请写出以阻抗形式表达的动作方程和以电压形式表达的动作方程，并说明其实现方法。（设加入继电器的电压、电流为阻抗继电器接线方式中规定的电压、电流，继电器的测量阻抗为）。 答： 答案1和答案2都算正确。 答案1：直线1的阻抗形式动作方程为： 或写为： 直线1的电压形式动作方程为： 或 或写为： 或 直线2的阻抗形式动作方程为： 直线2的电压形式动作方程为： 或 用直线1和直线2电压形式动作方程构成的两个继电器的与门，即可构成本继电器。 答案2：本继电器的阻抗形式动作方程为： 本继电器的电压形式动作方程为： 或 用电压
22、形式动作方程即可构成本继电器。3、如果以加入继电器的保护安装处的电压为基准，画出正方向区内、区外、保护区末端及反方向金属性短路时阻抗继电器的工作电压的相量图。(只要画出相位关系，幅值大小不要求) 答：相量图如下图所示。为区内短路时的工作电压、为区外短路时的工作电压、为反方向短路时的工作电压、为保护区末端短路时的工作电压。 4、变压器高压侧开关控制回路的一部分如图所示，请问图中设计的部分（图以外的回路不考虑）是否合理，为什么？并在图中改正。答：1）手跳不应经过二极管启动TJR继电器2）手跳去启动失灵；3）非电量保护不应启动失灵。改正（略）4. 如图所示，A变电所AB线路有一相断开，画出零序电压分
23、布图，分析该线路高频闭锁零序方向保护装置J使用的电压互感器接在母线侧（A）和线路侧（A）有何区别？A、B两侧均为大电流接地系统。 A J A B ZM ZL ZN答：画出零序网络图和相量图： A DU0 A/ B I0 I0 U0A U0B U/0A 分析动作情况，见表如下：位置AA/BU0+-I0-+动作情况-+- 从表中可以看出，线路的A、B两端零序功率方向元件的方向同时为“-”，这和内部故障情况一样，保护将误动。如选用线路侧（A/）电压互感器，则两端零序功率方向元件的方向为一“+”一“-”，和外部故障情况一样，故保护不会误动。5、某线路保护动作跳闸后的打印报告如图1和图2，图1是送电侧的
24、打印报告，图2是受电侧的打印报告。请用电压向量图法定性分析该线路的运行情况。图1图2答：如图所示，当接地电阻较大时，RF0为故障前受电侧到故障点的压降，RF为故障后受电侧到故障点的压降，RF0大于RF，说明故障后的电流小于故障前的负荷电流。1、 当1号断路器A相断开时，试分析用线路TV和母线TV时零序方向继电器的动作行为。答：当1号断路器A相断开时，B,C两相运行。断相前A相负荷电流为ILAM，它滞后于M侧A相母线电压UAM，功率由M侧送向N侧， 且假设M侧和N侧母线电压的相位一致，系统中各个元件的各序阻抗角都为90。 (1)电压互感器接于线路上。如果忽略B相和C相对A相的电磁感应和静电感应的
25、影响，则A相线路电压等于零。A相电压的各序对称分量为： 当系统中各元件的各序阻抗角相等时，断相处A相电流的零序分量与断相前A相负荷电流的相位相反。 其相量图如（a）： （a） (b) （a） 为用线路TV时电流、电压相量图 (b)为用母线TV时电流、电压相量图可见，M侧的零序电流滞后于零序电压一负荷阻抗角。(2) 电压互感器接于母线上在零序网络中有：其相量图如（b）：可见，M侧的零序电流超前于零序电压900，因此和线路内部故障相似而误动作。2、 220kV单电源线路单带一台接线组别为Y/Y/-12/11的负荷变压器（中低压侧无电源但有负荷）。请用序分量法定性分析在该线路电源侧断路器两相跳闸后，
26、流经该断路器的各相各序电流（考虑变压器高压侧中性点接地和不接地两种情况）。要求绘出等值序网图。答：1.设变压器高压侧中性点接地情况：由序网图可以看出，该线路电源侧断路器两相跳闸后，流经该断路器的健全相流经负荷电流，并且正负零各序电流相等。设变压器高压侧中性点不接地运行情况：由序网图可以看出，该线路电源侧断路器两相跳闸后，由于主变另序主阻抗为无穷大，故流经该断路器各相各序电流为零。2图示为某纵联保护装置的功率倒向判别回路，请简要说明其工作原理，并解释T1、T3两个延时元件时间设置是如何考虑的。如果你认为此回路有不足之处，请给予指出。3如需构成如下图所示特性的阻抗继电器，图形内部是动作区(Xzd、
27、Rzd是整定值)。请写出动作方程并说明其实现方法（要求写出各直线特性阻抗形式的动作方程，写出用加于继电器的电压UJ、电流IJ和Xzd、Rzd表达的电压形式动作方程以及逻辑关系）。（10分）答：1）电抗线动作方程 1700arg(ZJ-Xzd)/R3500;右电阻线动作方程 600arg(ZJ-Rzd)/R2400;左电阻线动作方程 -600argZJ/R1200;方向线动作方程 -300argZJ/R1500;2） 实现方法：1700arg(UJ-IJXzd)/IJR3500（或1700arg(UJ-IJXzd)/IJ3500）600arg(UJ-IJRzd)/IJR2400（或600arg(
28、UJ-IJRzd)/IJ2400）-600argUJ/IJR1200 （或-600argUJ/IJ1200）-300argUJ/IJR1500 （或-300argUJ/IJ1500）构成“与”门。1 保护装置通入三相对称工频电流时的采样值如下表,请回答以下问题：1） 每工频周期的采样点数。（3分）2） 外加电流值。（2分）3） 保护回路的正确性及理由。（5分）NiaIbIc010.56-6.495.7602-3.05-4.177.0303-5.85-0.736.3704-7.102.904.0205-6.465.730.5806-4.107.03-3.0207-0.656.42-5.83082
29、.974.07-7.10095.780.65-6.46107.05-2.95-4.10116.39-5.78-0.65124.02-7.102.95130.56-6.465.7614-3.07-4.127.0315-5.88-0.706.3716-7.122.904.0017-6.465.730.5818-4.077.03-3.0519-0.636.42-5.85203.004.07-7.10215.780.63-6.46227.03-3.00-4.10236.37-5.81-0.63244.00-7.102.97答：1）每工频周期采样点数为12。2）外加电流值为5A。3）可以看出，电流回路接线（即由保护盘端子排至中间TA二次）有误，因为采样值的相序为反相序。
