电力系统继电保护习题参考答案

2-36 什么是中性点非直接接地电网？在此种网络中发生单相接地故障时，出现的零序电压和零序电流有什么特点？它与中性点直接接地电网中，接地故障时出现的零序电压和零序电流在大小、分布及相位上都有什么不同？

答：中性点非直接接地电网是指中性点不接地电网或中性点经消弧绕组接地电网。中性点非直接接地电网中发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压增大3???E?这个电压就是零序电压U?，由对倍相电压（设A相接地），中性点N对地电压为UNA0???E?。非故障相线路流过零序电流为非故障相本身接地电容电流之和 称分量法可知 U0A?900，电容电流方向从母线流向线路，而故3I0unf?3?C0Eph，该零序电流超前零序电压U0障相线路始端流过零序电流3Iof为所有非故障相线路接地电容电流之和或等于接地电流IK减去故障相本身对地电容电流，因此故障线路零序电流方向是从线路流向母线，该零序电流滞后零序电压900。

对于中性点直接接地电网中发生单相接地时，在故障点出现零序电压U0，在零序电

?方向压作用下，产生零序电流。由于零序电流I0方向以流向故障点为正方向，零序电压U0?路径为从接地点流向变压器中性点，再经变压器以线路指向大地为正方向，则零序电流I0流向线路。故障点处的零序电压最大，离故障点越远则变压器中性点接地处零序电压越低，

甚至为零。

2-37在中性点直接接地电网中，接地保护有那些？它们的基本原理是什么？

答：在中性点直接接地电网中，接地保护装置有三段式零序电流保护和三段式方向电流保护。保护第Ⅰ段为零序电流速断保护，和相间速断保护一样，只能保护一部线路，不能保护线路全长。零序电流第Ⅱ段为带时限电流速断保护，一般能保护线路全长，在线路对端母线故障时有足够的灵敏性，其动作时间比相邻线路的零序Ⅰ段动作时间大一时限差?t（?t一般为0.5s）。零序保护第Ⅱ段为本级线路或相邻线路的后备保护，其动作时间和相邻线路的零序二段和三段相配合。若零序第Ⅱ段在线路对端母线接地故障的灵敏系数不合格，就由零序第Ⅲ段保护线路全长，以保证原来对端母线接地故障时有足够的灵敏性，这时原来的零序第Ⅲ段就相应变为零序第Ⅳ段。

在变压器接地数目比较多的复杂网络，必须考虑零序保护动作的方向性，在线路两侧或多侧有接地中性点时，必须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。这样可构成三段式零序方向电流保护，其接线是零序功率方向继电器电流线圈串接在零序电

?，而它的电压线圈接在零序电压滤过器开口三角形绕组流滤过器上正极性端连接取得3I0?。 上，反极性连接，取得?3U0?超前零序电压3U?的电角度为950?1100（考这种接线是因为单相接地时，零序电流3I00 - 25 -

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虑到负荷电流，系统阻抗的电阻和短路点的过度电阻），如果功率方向继电器电压绕组接

?，则零序电流3I?滞后零序电压?3U?的电角度为700?850，如图5-1（a）所示，?3U000此时继电器应正确动作；且动作最灵敏。因此?m?700称为功率继电器最大灵敏角。动作

?超前零序电压?3U?200至零序电流3I?滞后?3U?为区一般限制在1800，即当零序电流3I0000?滞后?3U?为700时动作最灵敏。图5-1（b）阴1600范围内，方向元件都会动作，且在3I00影区为功率方向继电器的动作区。

图2-5题2-37中零序电流和电压相量图

（a）单相接地时零序电流和零序电压相量图；（b）零序功率方向继电器动作特性

在中性点直接接地电网中发生接地短路时，零序电流的方向总是由故障点流向各个中性点的变压器，因此当变压器接地数目比较多的复杂网络，必须考虑零序保护动作的方向性。在线路两侧或多侧有接地中性点时，必须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。

三段式零序方向电流保护由无时限零序方向电流速断保护，限时零序方向电流速断保护和零序方向过流保护组成。同一方向上的零序电流保护动作电流和动作时限的整定同前面介绍三段式零序电流保护相同，零序电流元件的灵敏系数校验也与前面相同。只是由于零序电压分布特点可知在靠近保护安装处附近不存在方向元件死区，但远离保护安装地点发生接地短路时，流过保护的零序电流及零序电压很小，方向元件可能不动作，因此，应分别检验方向元件的电流和电压灵敏系数。

2-38 为什么零序电流速断保护的保护范围比反应相间短路的电流速断保护的保护范围长而且稳定、灵敏系数高？ 答：零序电流速断保护和相间短路电流速断保护都是按被保护线路末端最大短路电流整

?定，按被保护线路末端最小短路电流校验灵敏系数。而发生单相短路时3I0max比三相短路

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0.5?1A，而相间电流速断保护Ik(3).max要小很多。因此零序电流速断保护动作电流整定一般

一般为5?7A。由线路零序阻抗X0?3.5X1，所以，线路始末端接地短路的零序电流差别要比相间短路电流差别大很多，因而零序电流速断保护范围要大于相间短路电流速断保护范围，单相接地时，故障相电流为3倍零序电流3I0,所以零序电流速断保护灵敏系数高。 相间电流速断保护范围受系统运行方式影响大，而零序电流保护受系统运行方式变化影

响小，因为系统运行方式改变时，零序网络参数变动比正序网络小，一方面是线路零序阻抗远比正序、负序阻抗大，另一方面通过对变压器中性点接地方式合理确定，更是保证零序网络参数稳定的重要原因。

2-39 如图示中性点直接接地电网电流保护原理接线图，已知正常时线路上流过一次负荷电流450A，电流互感器变比为6005，零序电流继电器的动作电流为I0.op?3A，问： （1）正常运行时，若TA的一个极性接反，保护会不会误动作？为什么？

答：根据下面相量图分析流入继电器的电流为Ir?7.5A?I0.op?3A，所以保护误动作。

??I??I??I??2I?；I??2I? Ir?7.5A?I0.op?3A；IrabcaraIa?4501515?A；2Ia??7.5A；?Ir?2Ia?7.5A

600/542（2）如有一个电流互感器TA断线，保护会不会误动作？为什么？

??0，故流入继电器的电流为 答：设A相TA断线，则Ia??I??I??I??I??I???I?，Ir?Ia?15?3.75A?Iop?3A 所以也要误动作。 Irabcbca4

图2-6 题2-39接线图及电流相量图

（a）接线图；（b）TA一相极性接反时电流相量图；（c）TA一相断线时电流相量图 2-40如图2-92所示网络，已知电源等值电抗X1?X2?5?,X0?8?；线路正序电抗，零序电抗X1?0.4?/km,X0?1.4?/km；变压器T1额定参数：31.5MVA,1106.6kV，

UK?10.5%，其它参数如图所示，试确定AB线路的零序电流保护第I段、第II段、第III

段的动作电流、灵敏系数和动作时限。

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图2-92 题2-40网络

解：（1）计算零序短路电流。

线路AB：X1?X2?0.4?20?8?,X0?1.4?50?28?； 线路BC：X1?X2?0.4?50?20?,X0?1.4?50?70?； 变压器T1：X1?X2?母线短路时的零序电流

(1)(1,1)因为X1??X2??13?，X0??36?,X0??X1?所以Ik0?Ik0，故应按单相接地短

0.105?110?40.33?

31.5路整定计算，两相接地短路校验灵敏系数。

?Ik?1,10?X2?E11500013????780AX2?X0?13?36X2??X0???13?36X1??3?13? ?X2??X0?13?36???1,1?3IK0?3?780?2340A??3IK0?3?780?2340A1,1Ik0?1? 115000??1070A3?13?13?36?1??3Ik0?3?1070?3210A

B母线的最大三相短路电流为

?3?IKB?115000IIIIII?5110A top?1?top?2??t?0.5?0.5?1s

3?5?8???3Ik0?3?1070?3210A

1B母线的最大三相短路电流为

?3?IKB?115000?5110A

3?5?8?IIIIII动作时限：top?1?top?2??t?0.5?0.5?1s

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