第一章

1-8

什么條件下適合采用雙回路或者環形供電系統?當變電所35kV電源取自環形電網時，其主結線采用哪種方式較為合適?

對于供電可靠性要求較高，要求供電質量較好時適合采用雙回路或者環形供電系統

當主變為35kv，容量在7500kVA及以上；電壓60kv，容量在10000kVA及以上；電壓110kv，容量在31500kVA以上時，其空載電流就超過了隔離開關的切、合能力。此時必須改用由五個斷路器組成的全橋結線，才能滿足要求。

1-9什么叫橋式結線?試述各種橋式結線的優缺點及其應用范圍。

1-5

對于具有兩回電源進線，兩臺降壓變壓器的礦井終端總降壓變電所可采用橋式結線。它實質上是用一座由一臺斷路器和兩臺隔離開關橫聯跨接的“橋”，來聯接兩個35～110kV“線路一一變壓器組”的高壓側，從而用較少的斷路器組成一個可靠性較高的，操作靈活的雙回路變、配電系統。

橋式結線根據跨接橋橫聯位置的不同，可分為內橋、外橋和全橋三種。

1．內橋結線

這種接線的跨接橋靠近變壓器側，橋斷路器裝在線路斷路器之內，變壓器回路僅裝隔離開關，由三臺斷路器構成“”形，故稱為內橋。內橋結線提高了變電所供電的可靠性，倒換線路操作方便，設備投資與占地面積較少，缺點是倒換變壓器和擴建成全橋不如外橋方便，故適用于進線距離長，線路故障多，變壓器切換少，高壓側無穿越功率的終端變電所。

2．外橋結線

這種接線的跨接橋靠近線路側，橋斷路器裝在變壓器斷路器之外，進線回路僅裝隔離開關，由三臺斷路器構成“”形，故稱外橋。外橋結線倒換變壓器操作方便，易于過渡到全橋結線，且投資少，其運行的靈活性與供電的可靠性和內橋結線類似；它的缺點是倒換線路不方便，故適用于進線距離短，主變壓器需經常切換的礦井終端變電所。

3．全橋結線

這種結線，跨接橋居中，進線回路與變匿器回路均裝有斷路器，由五臺斷路器構成“H”形，故稱為全橋。全橋結線適應性強，供電可靠性高，操作方便，運行靈活，并易于發展成單母線分段的中間變電所；它的缺點是設備多，投資大，變電所占地面積大，故適用于負荷較大，對供電要求較高的大型礦井終端變電所。

1-10

怎樣將全橋結線的35kV終端變電所擴展為單母線分段的中間變電所?

擴展前

擴展后

1-11

繪制兩種具有一級負荷并設置兩臺變壓器的車間變電所主結線圖。

1-12

中性點接地方式有哪幾種類型?各有何特點?

電力系統中性點接地方式分為中性點直接接地(又稱大電流接地系統)和中性點不接地或經消弧線圈接地(又稱小電流接地系統)兩種接地方式，各接地方式的特點如下：

1．中性點直接接地系統

這種系統的優點是：當發生單相接地時，非故障兩相的電壓不升高，由于接地電流非常大，不會發生間歇性電弧，同時內部過電壓倍數較小，因而可以降低對線路絕緣水平的要求。由于單相接地就是單相短路，短路電流較大，保護裝置迅速而可靠地動作，縮短了故障存在的時間。

缺點是：因短路電流大，開關及電氣設備有時要選用較大的容量或規格。當發生短路時若未能及時切除，會嚴重影響整個系統的穩定性，而且對通訊的干擾強烈，故常用于110kV及以上的電網。對于380V低壓電網，由于用戶需要380V和220V兩種電壓等原因，故也采用中性點直接接地系統。

2．中性點不接地系統

這種系統在正常工作時供電變壓器的中性點，不接地。對于短距離低壓輸電線，它的對地電容較小，發生接地故障時入地電流較小，對通訊線的干擾也較小，瞬時性接地故障往往能自動消除；對于長距離高壓輸電線，由于線路對地電容較大，單相接地電容電流較大時(6kV系統達30A，35kV系統大于10A)，接地處容易發生間歇性電弧，在電網中引起高頻振蕩產生過電壓，使電網對地絕緣較低處發生接地短路故障，因而對接地電流值有一定的限制規定。中性點絕緣系統的缺點是：當發生單相接地時，無故障兩相的對地電壓升為相電壓的倍(即升為線電壓)，危及相間絕緣，易造成兩相接地短路，當單相接地電容電流較大時，易產生間歇性電弧接地過電壓，而且內部過電壓的倍數也較高。這沖系統的優點是：一相接地時，接地電流小，保護裝置不動作，電網還可以繼續運行一段時間，待作好準備后故障線路再停電。由于3～60kV電網在供電系統中占的比重很大，如果采用接地系統，則一相接地就會導致停電，降低了供電的可靠性，故我國3～60kV電網均采用中性點不接地系統。

3．中性點經消弧線圈接地系統

這種系統主要是利用消弧線圈(電抗器)的感性電流補償電網對地的電容電流，可減小單相接地時接地點的電流，不產生電弧，避免發生電弧接地過電壓。完全補償的條件是，為了避免電網參數改變時產生串聯諧振，一般采取過補償運行。這種系統的缺點是：因要根據運行網路的長短決定消弧線圈投入的數量與地點，故系統運行較復雜，設備投資較大，實現選擇性接地保護困難。

1-13

在中性點經消弧線圈接地的系統中，為什么三相線路對地分布電容不對稱，或出現一相斷線時，就可能出現消弧線圈與分布電容的串聯諧振?為什么一旦系統出現這種串聯諧振，變壓器的中性點就可能出現危險的高電位?

1-8

如圖1-3所示，為變壓器中性點經消弧線圈L接地的供電系統。當三相線路對地分布電容不對稱或出現一相斷線時，線路參數不再是對稱的，因此負載中性點將發生位移，導致0點與點之間出現電位差。由于線路參數的變化使C與L的關系恰好符合公式時，在電壓UOO′的作用下，線路對地回路將發生消弧線圈與對地分布電容的串聯諧振。回路一旦出現串聯諧振，由于總阻抗幾乎為零，故即使UOO′的數值不大，回路中也會流過很大的電流，流過消弧線圈L，產生較大的壓降，使變壓器中性點0對地呈現高電位，極易損壞變壓器的對地絕緣。

圖1-3對地回路的串聯諧振示意圖

1-14為什么我國380/220V低壓配電系統采用中性點直接接地的運行方式?

對于380/220V低壓配電系統，我國廣泛采用中性點直接接地的運行方式，而且引出有中性線N和保護線PE。中性線N的功能，一是用于需要220V相電壓的單相設備，二是用來傳導三相系統中的不平衡電流和單相電流；三是減式少負荷中性點的電位偏移。保護線PE的功能，是防止發生觸電事故，保證人身安全。通過公共的PE線，將電氣設備外露的可導電部分連接到電源的接地中性點上，當系統中設備發生單相接地（碰殼）故障時，便形成單相短路，使保護動作，開關跳閘，切除故障設備，從而防止人身觸電。這種保護稱為保護接零。

1-15

某企業35/10kV總降壓變電所的10kV單母線用斷路器分段，其中左段聯有10kV架空線20km、10kV電纜10km，右段母線聯有10kV架空線15km、10kV電纜14km，試求該10kV系統的最大和最小單相接地電流（變電所10kV母線上未裝設消弧線圈）。

根據經驗公式

最小電流12.26kA

最大電流為=29kA

第二章

2-1

企業用電設備按工作制分那幾類?各有什么特點?

答：企業用電設備，按其工作制分，有長期連續工作制、短時工作制和斷續周期工作制三類。

1．長期連續工作制：這類工作制的用電設備長期連續運行，負荷比較穩定，如通風機、空氣壓縮機、水泵、電動發電機等。對長期工作制的用電設備有：

2．短時工作制：這類工作制的用電設備工作時間很短，而停歇時間相當長。如煤礦井下的排水泵等。對這類用點設備也同樣有：

3.短時連續工作制：這類工作制的用電設備周期性的工作。如此反復運行，而工作周期一般不超過10min。如電焊機、吊車電動機等。斷續周期工作制設備，可用“負荷持續率”來表征其工作性質。

2-2

什么叫負荷持續率?它表征哪類設備的工作特性?

負荷持續率為一個工作周期內工作時間與工作周期的百分比值，用

表示表示

T

——工作周期，s；

t

——工作周期內的工作時間，s；——工作周期內的停歇時間，s。

補充：斷續周期工作制設備，可用“負荷持續率”來表征其工作性質。

同一用電設備，在不同的負荷持續率工作時，其輸出功率是不同的。因此，計算負荷時，必須考慮到設備容量所對應的負荷持續率，而且要按規定的負荷持續率進行用電設備容量的統一換算。并且，這種換算應該是等效換算，即按同一周期內相同發熱條件來進行換算。由于電流通過設備在時間t時間內產生的熱量為，因此，在設備電阻不變而產生熱量又相同的情況下。而在同電壓下，設備容量。由式（2-11）可知，同一周期的負荷持續率。因此，即設備容量與負荷持續率的平方根成反比。假如設備在下的額定容量為，則換算到下的設備容量為：

（2-12）

式中

——負荷的持續率；

——與銘牌容量對應的負荷持續率；

——負荷持續率為時設備的輸出容量，kW。

電焊機組要求統一換算到，吊車電動機組要求統一換算到

2-3

什么叫負荷曲線?什么叫年最大負荷和年最大負荷利用小時？

1.負荷曲線是用來表示一組用電設備的用電功率隨時間變化關系的圖形，它反映了用戶用電的特點和規律。負荷曲線繪制在直角坐標系內，縱坐標表示電力負荷，橫坐標表示時間。

負荷曲線按負荷對象分，有企業的、車間的或是某用電設備組的負荷曲線；

按負荷的功率性質分，有用功和無功負荷曲線；

按所表示負荷變動的時間分，有年負荷曲線、月負荷曲線、日負荷曲線或工作班的負荷曲線。

2.年最大負荷，就是全年中負荷最大的工作班內消耗電能最大的半小時平均功率，并分別用符號，和表示。

年最大負荷利用小時是一個假想時間，在此時間內，電力負荷按年最大負荷持續運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際消耗的電能。年最大負荷利用小時用符號表示。

（補充：與企業的生產班制有較大關系。例如一班制企業，1800~2500h；兩班制企業，3500~4500h；三班制企業，5000~7000h。）

什么叫計算負荷?正確確定計算負荷有什么意義?

按計算負荷持續運行時所產生的熱效應，與按實際變動負荷長期運行所產生最大熱效應相等。（計算負荷是按發熱條件選擇導體和電器設備時所使用的一個假想負荷。通常規定取30min平均負荷最大值、和作為該用戶的“計算負荷”，用、和表示。）

雖然年最大負荷和計算負荷定義不同，但其物理意義很相近，都是代表半小時內平均負荷最大值，所以二者相等，我們可以用計算負荷來表示年最大負荷，以便進一步進行負荷運算。

2-5

確定計算負荷的需要系數法和二項系數法有什么特點?各適用哪些場合?

利用需用系數法確定計算負荷的優點：

公式簡單，計算方便。只用一個原始公式就可以表征普遍的計算方法。

對于不同性質的用電設備、不同車間或企業的需用系數值，經過幾十年的統計和積累，數值比較完整和準確，為供電設計創造了很好的條件。

這種方法的缺點：

需用系數法沒有考慮大容量電動機對整個計算負荷、的影響，尤其是當總用電設備較少時，影響更大。

需用系數法適用于備用電設備容量相差較小，且用電設備數量較多的用電設備組。

二項系數法的優點：不僅考慮了用電設備組的平均最大負荷，而且還考慮了容量最大的少數用電設備運行時對總計算負荷的額外影響。

缺點：二項式計算系數、和的值缺乏足夠的理論根據。而且，目前這方面的數據較少，因而，使其應用受到一定的局限。

二項系數法比較適合于確定用電設備臺數較少，而其容量差別又較大的用電設備組的負荷計算。如機械加工企業、煤礦井下綜采工作面等。

（注：二項系數法在計算計算負荷時，并未像需用系數法一樣通過需用系數乘以平均功率來表示計算負荷，而是考慮了企業內臺最大容量的電動機在某一生產時間內較密集地處于高負荷運行狀態時所產生的“尖峰負荷”效應。如果已知臺最大容量的電動機總容量為，則可以由下式表示：，b，c均可由書中表2-4查得，最主要的是計算，而可由公式來表示，其中，說一個例外情況按二項系數法確定計算負荷時，如果設備總臺數少于表2-7中規定的最大容量設備臺數的2倍時，則其最大容量設備臺數也宜相應減少。建議取，則按“四舍五入”取整規則。如果用電設備組只有1～2臺用電設備，就可以認為。）

2-6什么叫最大負荷損耗小時?它與最大負荷利用小時的區別在哪里?兩者又有什么聯系?

最大負荷損耗小時的物理意義是：假想供電線路按年半小時最大負荷持續運行小時，在時間內損耗的電能恰好等于實際變化負荷在指定時間T內損耗的電能。

最大負荷損耗小時單以線路損耗作為研究對象，最大負荷利用小時則以整個供電系統作為研究對象；但是二者都是假想時間，均是先假定一個恒定功率，以該恒定功率工作時間后所消耗的電能，等效為指定時間T內消耗的實際電能。而即為該假想時間。（只是最大負荷損耗小時研究的只是線路損耗，最大負荷利用小時研究的是整個線路消耗。）

2-7

什么叫平均功率因數和瞬時功率因數?各有什么用途?

平均功率因數指某一規定時間內功率因數的平均值，也稱加權平均功率因數。我國電業部門每月向企業收取電費，就規定電費要按每月平均功率因數的高低來調整。最為電能質量的一個重要標志。（平均功率因數按下式計算：

式中

——某一時間內消耗的有功電能，kW·h；——某一時間內消耗的無功電能，kvar·h。）

瞬時功率因數是瞬時值，指在某一時刻的功率因數。即該時刻有功功率占視在功率的百分數。

瞬時功率因數只用來了解和分析工廠或設備在生產過程中無功功率變化情況，以便采取適當的補償措施。

2-8進行無功補償，提高功率因數對電力系統有哪些好處？對企業本身又有哪些好處？

提高功率因數對電力系統有如下益處：（1）提高電力系統的供電能力（2）降低網絡中的功率損耗

提高功率因數對企業供電系統有如下益處：（1）減少網絡中的電壓損失，提高供電質量，使網絡末端企業用電設備的電壓質量提高；（4）降低電能成本

2-9

電力變壓器的有功功率損耗包括哪兩部分?如何確定?與負荷各有什么關系?

有功功率損耗可由兩部分組成：

其一是空載損耗，又稱鐵損。它是變壓器主磁通在鐵芯中產生的有功損耗。

因為變壓器主磁通僅與外施電壓有關，當外施電壓U和頻率f恒定時，鐵損是常數（在變壓器出廠時已經給定），與負荷大小無關。可以通過變壓器空載試驗確定鐵損。

另一部分是短路損耗，又稱銅耗。它是變壓器負荷電流在一次線圈和二次線圈電阻中產生的有功損耗，其值與負荷電流的平方成正比。可以通過變壓器短路試驗確定銅耗。

2-10

有一進行大批生產的機械加工車間，其金屬切削機床的電動機容量共800kW，通風機容量共56kW，供電電壓380V，試分別確定各組用電設備和車間的計算負荷、、和。

解

采用需用系數法

1）金屬切削機床組（大批生產金屬冷加工機床）

查表2－2，可取Kd

=

0.2,cos

φ

=

0.5,tan

φ

=

1.73

Pca(1)

=

0.2×800

kW

=

160

kW

Qca(1)

=

160

kW×1.73

=

276.8

kvar

2）.通風機組

查表2－2，可取Kd

=

0.8,cos

φ=

0.8,tan

φ=

0.75

Pca(2)

=

0.8×56

kW

=

44.8kW

Qca(2)

=

44.8

kW×0.75

=

33.6

kvar

3）查表2－3，取Ksi=0.9（取熱加工車間）

2-11

有一機修車間，擁有冷加工機床52臺，共200kW；行車1臺，5.1kW(=15%)；通風機4臺，共5kW；點焊機3臺，共10.5kW(=65%)。車間采用三相四線制供電。試確定車間的計算負荷、、和。

解：1）冷加工機組

Kd=0.2

cos

φ

=0.5

tan

φ

=1.73

Pca(1)=200×0.2=40kW

Qca(1)=40×1.73=69.2kvar

2）行車

Kd=0.15

cos

φ

=0.5

tan

φ

=1.73

換算到ε=25%

Pca（2）=×Kd=0.59kW

Qca（2）=0.59×1.73=1.02kvar

2）通風機組

Kd=0.8

cos

φ

=0.8

tan

φ

=0.75

Pca（3）=5×0.8=4kW

Qca（3）=4×0.75=3kvar

點焊機組

Kd=0.35

cos

φ

=0.6

tan

φ

=1.33

換算到ε=100%

Pca（4）=×Kd=2.96kW

Qca（4）=2.96×1.33=3.94kvar

取Ksi=0.9

Pca=0.9×（40+0.59+4+2.96）=42.795kW

Qca=0.9×（69.2+1.02+3+3.94）=69.444kvar

車間采用三相四線制

=380V

2-12

有一380V的三相線路，供電給35臺小批生產的冷加工機床電動機有：7.5kW

1臺；4kW

3臺；3kWl2臺。試分別用需要系數法和二項系數法確定計算負荷、、和。并比較兩種方法的計算結果，說明兩種方法各適用什么場合？

解

（一）需用系數法：

查表2-2

Kd=0.2

cos

φ

=0.5

tan

φ

=1.73

Pca=55.5×0.2=11.1kW

Qca=11.1×1.73≈19.2kvar

（二）二項系數法：

查表2-3

b=0.14

c=0.4

X=5

cos

φ

=0.5

tan

φ

=1.73

Px=7.5+4×3+3=22.5kW

Pca=55.5×0.14+22.5×0.4=16.77kW

Qca=Pca·tan

φ

=16.77×1.73≈29.0kvar

需用系數法：

公式簡單，計算方便，采用范圍最廣。

二項式法：

當確定的用電設備臺數較少而容量差別相當大的低壓支線和干線的計算負荷時采用。

2-13

有一條高壓線路供電給兩臺并列運行的電力變壓器。高壓線路采用LJ-70鋁絞線，以幾何間距1.25m架設2km，已知：。兩臺電力變壓器均為-800／10型，總的計算負荷900kW，如。試分別計算此高壓線路和電力變壓器的功率損耗和年電能損耗。

解：

高壓線路：

變壓器：

2-14

某廠的有功計算負荷為2400kW，功率因數為0.65，打算在變電所10kV母線上集中補償，使功率因數提高到0.9。試計算所需電容器的總容量？電容器組的電容值應是多大？補償后的視在計算容量為多少？

解：

第三章

第四章

3-1

無限大與有限電源容量系統有何區別?對于短路暫態過程有何不同?

無限大容量電源：

1.電源內阻抗為0。

2.短路過程中電源端電壓恒定不變。

3.短路電流周期分量恒定不變。

通常將電源容量遠大于系統供給短路點的短路容量或電源內阻抗小于短路回來總阻抗10%的電源作為無限大容量電源。

有限大容量電源：

1.內阻抗不可忽略，且是變化的。

2.電源的端電壓是衰減的。

3.短路電流周期分量幅值是衰減的。

3-2

有人說三相電路中三相的短路電流非周期分量之和等于零，并且三相短路全電流之和也為零，這個結論是否正確?為什么?

兩種說法都是對的。

各相短路電流都是由一個周期分量和一個幅值按指數規律衰減的非周期分量疊加而成。各項周期分量由于幅值相等、相位互差，是一組對稱量，故其相量和必為零，各相非周期分量除系數外均為三個完全相等的、時問常數相同的衰減量，而它們的系數和又為零，故各相非周期分量之和也為零；同樣道理，各相短路電流之和也為零。

3-3

在什么條件下，發生三相短路沖擊電流值最大?若A相出現最大沖擊短路電流，B、C相的最大瞬時短路電流是多少?

最大短路電流瞬時值條件：

(1)短路瞬時電壓過零

t=0時，(2)短路前空載或

(3)短路回路阻抗為純電抗性質

短路最大瞬時值出現在短路后的半個周期，即t=0.01s

P107頁

公式（3-10）

B、C相與A相有120度相角差。均為

3-4

什么是變壓器的短路電壓百分值?為什么它與變壓器的短路阻抗百分值相同?

變壓器的短路電壓百分數

當變壓器二次繞組短路，一次繞組流通額定電流時所施加的電壓稱為阻抗電壓，通常阻抗電壓以額定電壓的百分數表示：

實際上此電壓是變壓器通電側和短路側的漏抗在額定電流下的壓降。

阻抗電壓除以額定電流就是短路阻抗。短路阻抗也用其占額定參考阻抗的百分數來表示，這樣，這兩個百分數就是相同的，所以通常把兩者混為一談，但實際物理意義是不同的。

3-5

三相短路電流周期分量假想時間的物理意義是什么?

短路電流變化規律復雜，為簡化計算，用穩態短路電流經某一假想時間計算實際短路電流產生熱量。

無限大容量系統中，短路電流的周期分量恒等于穩態短路電流，則短路電流周期分量的假想時間就是短路電流的持續時間

。大于1s時，非周期分量已衰減完畢，短路全電流對應的假想時間就等于短路電流周期分量假想時間。

3-7

在某一供電線路內，安裝一臺=5（=150A；=

6kV）的電抗器，現將這一電抗器用=300A的電抗器代替并要保持電抗值不變，問替換的電抗器的％應該是多少?(①=6kV；②=10kV)

3-8

某一供電系統，母線電壓為10.5kV保持不變，有n條電纜出線并聯到某一點，要求在該點的短路電流沖擊值不大于30kA。問n最大是多少?每條出線均串有電抗器限流，其參數如下：

電抗器

=10kV，=200A，％=4；

電纜

=1500m，=0.08／km，=0.37／km。

解：1．計算一條線路的阻抗

電抗器電抗

電纜的電阻與電抗

一條線路的電阻、電抗及阻抗

2．計算及

式中——線路電感。

應該指出，對于多路相同參數的線路并聯，其并聯路數并不影響值的大小。

沖擊系數

3．計算三相短路電流允許值

4．算容許關聯的線路數N

對于點的最小容許阻抗為

故得

3－9

法一　有名制法

〔解題思路〕該題供電系統比較簡單，供電電壓等級只有35kV、6kV兩種，故可用有名制法進行計算。首先，算出個元件的電抗，然后根據各點的等效計算短路回路總阻抗，最后就可以根據公式算出題意所求的各短路參數。

本題可以按以下兩步求解；

1.各元件電抗的計算；

2.各點等效計算圖與短路參數的計算。

解：1.各元件電抗的計算

折算到6?kV側的變壓器電抗

電纜電抗

2.各點短路的等效計算圖與短路參數的計算

法二　標幺制法

解：1.各元件標幺電抗的計算

2.各點短路的等效計算圖與短路參數的計算

第六章

6-1

對繼電保護的基本要求是什么?它們之間有何聯系?

對繼電保護的基本要求是：在被保護范圍內發生最輕故障的情況下，保護裝置能夠快速、可靠并有選擇性的將故障部分切除。

保護裝置的選擇性表現在發生故障時，使離故障點最近的斷路器首先跳閘切斷故障，從而使其它非故障線路能繼續運行，也就是把故障停電限制在最小范圍內。

保護裝置的快速性主要是指從故障發生到故障切除的時問要短，這樣可以減輕散障的危害程度，防止系統的解并與事態的進一步惡化，有利于系統電壓的穩定和恢復，并為電動機自起動創造條件。

保護裝置的靈敏性是指其對故障的反應能力，一般用靈敏度來衡量。一個保護裝置若有較高的靈敏度，就不會因繼電器內部某些阻力的增加或因輕故障時電流較小而產生拒動，從而保證保護裝置在故障時可靠地動作。通常對于主保護要求靈敏度不小于1.5～2。

保護裝置的可靠性是指其該動作時不應拒動，不該動作時不應誤動的性能。可靠性高的保護裝置，當在其保護范圍內發生故障時，它一定會動作而不拒動，而在其保護范圍外發生故障時，它一定不動且不會誤動。保護裝置的可靠性主要由三個條件來滿足，一是裝置本身的可靠性，二是靈敏度的保證，三是系統中后備保護的設置。

當基本要求不可能全部滿足時，應優先滿足可靠性和選擇性的要求。但是，對于目前煤礦井下6～10kV電網的繼電保護，應作特殊情況考慮，宜優先滿足可靠性和靈敏度的要求，即寧可付出擴大停電范圍和增多停電次數的代價，以求避免因電氣事故而引發更大的礦井事故。由于一律采用無時限速斷及要求有一級后備保護，即上一級開關的過流保護裝置必須作為下一級開關過流保護裝置的后備。因此，后備保護的靈敏度要用下一級開關主保護范圍的末端最小兩相短路電流來校驗(應大于1.2)。顯然，由于上級保護范圍已覆蓋到下一級，故當在下一級開關保護范圍內發生短路故障時，兩級開關將同時跳閘，因而沒有選擇性。這就是目前煤礦井下過流保護犧牲選擇性，保證可靠性與快速性的例子。

對于快速性與選擇性不能同時滿足時，則應根據其各自對電網影響的大小來決定。例如有的電網在發生嚴重短路時，可能造成電網的解裂，此時就應以快速性為主；又如有的電網短路電流不大，如果無選擇性的動作就會造成停電面的擴大或重要用戶的停電，此時就應以選擇性為主。如煤礦變電所，一般在電網末端短路電流不大，但若為無選擇性的動作，可能導致全礦停電事故，故應以選擇性為主。

6-2

為什么反應參數增加的繼電器其返回系數總是小子1，而反應參數減小，總是大于1?

繼電器是一個能自動動作的、躍變式地反應輸入參數變化的電器。只要所加的輸入參數增(或減)到一定數值，它就動作，其輸出就是其接點的打開或閉合，從而達到控制或保護的目的。繼電器動作后，當輸入參數減小(或增大)到一定數值，它又會自動返回，恢復原來的不動作狀態。

繼電器的返回系數定義為返回參數量與動作參數量的比值，用表示，即

式中，X可以是電壓、電流、阻抗、頻率等各種物理量。

返回系數是繼電器的重要質量指標之一。對于反應參數增加的繼電器，其動作參數量是使繼電器能動作的最小參數量，即參數從正常值增加到剛好使繼電器動作的數值，而其返回參數量，是使繼電器剛能返回的最大參數量，即參數從動作值減小到剛好使繼電器返回的最大數值，故有，則。對于反應參數減小的繼電器，其動作參數量是使繼電器能動作的最大參數量，即參數從正常值減小到剛好使繼電器動作的值；而其返回參數量，是使繼電器剛能返回的最小參數量，即參數從動作值增大到剛好使繼電器返回的值，故有，則。

一般返回系數越是接近于1，表示該繼電器的繼電特性愈好。在非主保護范圍內發生短路故障時，作為后備保護的繼電器也會起動。當故障段被切除后，這些繼電器應立即返回，否則將引起無選擇性的誤動作。具有較高返回系數的繼電器，就可以較好的滿足這一要求。

規程規定，過流繼電器的返回系數不應低于0.85，低電壓繼電器的返回系數不應高于1.25。但返回系數也不是越接近1越好。例如作為保護裝置起動元件的繼電器，在動作可靠的前提下，為了降低繼電器動作電流的整定值，常希望有較高的返回系數，如要求達到0.85～0.9，這樣可以使保護裝置獲得較高的靈敏度。但電磁式繼電器若返回系數過高，就不能保證接點接觸時有足夠的壓力，使接點抖動，從而降低繼電器本身的可靠性。

6-3

試分析三種電流保護接線的適用范圍及優缺點。

完全星形接線方式能保護任何相間短路和單相接地短路。不完全星形和兩相電流差接線方式能保護各種相間短路，但在沒有裝設電流互感器的一相(B相)發生單相接地短路時，保護裝置不會動作。不過對于小接地電流電網(中性點不直接接地系統)，單相接地故障通常采用專門的零序保護。

兩點接地短路情況

在小接地電流電網中，單相接地時允許繼續短時運行，進行查找接地點。故不同相的兩點接地時，只需切除一個接地點，以減小停電范圍。供電網絡中，假設在線路l1的B相和線路l2的C相發生兩相接地短路，并設線路l1和l2上的保護具有相同的動作時限。如果用完全星形接線方式，則線路l1和l2將被同時切除；如果采用兩相兩繼電器不完全星形接線方式，并且兩條線路的保護都裝在同名相上.從保護兩點接地故障來看，不完全星形接線方式是比較好的。此外，它用的電流互感器和繼電器也較少，節約投資。

Y,d變壓器后兩相短路的情況

對小接地電流電網，采用完全星形和不完全星形兩種接線方式時，各有利弊。但考慮到不完全星形接線方式節省設備和平行線路上不同相兩點接地的機率較高，故多采用不完全星形接線方式。

當保護范圍內接有Y，d接線的變壓器時，為提高對兩相短路保護的靈敏度，可以采用兩相三繼電器的接線方式。接在公共線上的繼電器，即反應B相電流。

對于大接地電流電網，為適應單相接地短路保護的需要，應采用完全星形接線。

6-4

無時限電流速斷保護怎樣實現選擇性?有時限的電流保護怎樣實現選擇性?

無時限電流速斷保護的動作電流。是按躲過被保護線路末端最大短路電流整定，這樣就使保護范圍預先限制在線路的一定區段內，也就是保護范圍不超出被保護線路之外。顯然該線路末端的最大短路電流必大于下一段線路各點處的最大短路電流，即表示它與下一段線路保護裝置無共同保護區，因而不需要與下一段線路的過流保護進行時問配合，就能保證動作的選擇性。換句話說，無時限流速斷是靠提高動作電流整定值的方法實現選擇性的。

有時限的電流保護分為定時限和反時限兩種，各保護裝置的動作時限是從用戶到電源逐級加長的(定時限為0.5～0.7s，反時限為0.6～1s)，越靠近電源的線路其保護裝置的時限越長。當線路上遠離電源端發生短路故障時，短路電流由電源經線路流至短路點，沿途各線路的保護裝置都有可能起動。但由于短路故障所在線路的保護裝置動作時間最短，故它首先動作切除故障，則其它保護裝置就自動返回，從而實現了選擇性。總之，有時限的電流保護是靠其階梯式時限特性來實現選擇性的。

定時速斷是靠與下一級瞬時速斷相配合來實現其選擇性的。因為上一級的定時速斷保護范圍要深入到相鄰的下一級回路，但其深入范圍，小于下一級瞬時速斷的保護范圍。因此在下一級瞬時速斷保護范圍內發生故障時，該級的瞬時速斷與上一級的定時速斷可能同時起動，但由于瞬時速斷先動切除故障，定時速斷就自動返回，從而作到了有選擇性的動作。所以在設置定時速斷時，下一級保護必須有瞬時速斷，而且其保護范圍要大于上一級的定時速斷的深入部分，才能實現選擇性。

6-5

電網的短路保護方式：定時限過流、電流速斷、反時限過流、電流電壓聯鎖速斷、三段式保護等。試用四條基本要求衡量每種保護的優缺點，列表進行比較。

無時限電流速斷保護的評價

優點：簡單可靠，動作迅速

缺點：保護范圍直接受系統運行方式變化的影響；受線路長短的影響較大；當系統運行方式變化很大，或者被保護線路的長度很短時，無時限電流速斷保護就可能沒有保護范圍,因而不能采用。

對帶時限電流速斷保護的評價

優點：結構簡單，動作可靠能保護本條線路全長

缺點：不能作為相鄰元件（下一條線路）的后備保護，只能對相鄰元件的一部分起后備保護作用。

對定時限過電流保護的評價

優點：結構簡單，工作可靠，對單側電源的放射型電網能保證有選擇性的動作。不僅能作本線路的近后備（有時作為主保護），而且能作為下一條線路的遠后備。在放射型電網中獲得廣泛應用，一般在35千伏及以下網絡中作為主保護。

缺點：單側電源供電線路中，越靠近電源側，負荷電流越大，定時限過電流保護的動作時限越大，靈敏度越低，對靠電源端的故障不能快速切除。

三段式電流保護的評價

優點：簡單、可靠，并且在一般情況下也能夠滿足快速切除故障的要求。

缺點：直接受電網的接線以及電力系統運行方式變化的影響，而靈敏性則必須用系統最小運行方式來校驗，故往往不能滿足靈敏系數或保護范圍的要求。

電流電壓聯鎖速斷

優點：保護范圍很大

缺點：靈敏度不高

反時限過流保護的評價

優點:所用繼電器數量大為減少,一種GL型電流繼電器就基本上能取代定時限過流保護的電流繼電器,時間繼電器,中間繼電器和信號繼電器等一系列繼電器,因此投資少,接線簡單,而且可同時實現電流速斷保護.由于GL型繼電器的觸點容量大,所以可直接接通跳閘線圈,且適合交流操作.缺點:動作時間整定比較復雜,繼電器動作誤差較大,當短路電流較小時,其動作時間可能相當長,延長了故障持續時間.6-7

電力變壓器通常需要裝設哪些繼電保護裝置?它們的保護范圍如何劃分的?

答：1.變壓器的氣體保護：主要用作變壓器油箱內部故障的主保護以及油面過低保護。

2．變壓器的電流速斷保護：氣體保護不能反應變壓器的外部故障，尤其是變壓器接線端子絕緣套管的故障，因而對于較小容量的變壓器（如5600kVA以下），特別是車間配電用變壓器（容量一般不超過1000kVA），廣泛采用電流速斷保護作為電源側繞組、套管及引出線故障的主要保護。

3.變壓器的差動保護：主要用作變壓器內部繞組、絕緣套管及引出線相間短路的主保護。

4.變壓器的過流保護：防止外部短路引起變壓器繞組的過電流，并作為差動和氣體保護的后備。

6-8

變壓器縱差保護與線路縱差保護有何異同?

答：縱聯差動保護是通過比較被保護對象縱向兩側電流的大小和相位的原理實現的。變壓器縱差保護與線路縱差保護原理相同；區別在與變壓器差動保護是直接通過電纜將兩側電流送到保護裝置在檢測、比較、判斷、輸出，而線路差動是將兩側的電流采樣后在通過光釬或載波送到某一處來比較

6-9

高壓異步或同步電動機應裝設什么繼電保護?其作用是什么?

答：高壓異步和同步電動機應裝設相間短路保護，并根據生產工藝過程的需要可裝設過負荷保護、低電壓保護以及單相接地保護等。同步電動機還應有失步保護。相間短路保護一般采用電流速斷保護，容量在2000kW以上或電流速斷保護靈敏度不夠的重要電動機，具有6個引出線時，可裝設縱差保護。

第七章

7-1什么是外部過電壓？如何引起的？什么是內部過電壓？如何引起的？哪種過電壓對電力系統的危害最大？

內部過電壓：供電系統內能量的轉化或傳遞所產生的電網電壓升高。內部過電壓的能量來源于電網本身，其大小與系統容量、結構、參數、中性點接地方式、斷路器性能、操作方式等因素有關。

外部過電壓：供電系統內的電氣設備和建、構筑物受直接雷擊或雷電感應電感而產生的過電壓。由于這種過電壓都是電力系統外部的大氣影響而產生的，故又稱大氣過電壓。

外部過電壓在供電系統中所形成的雷電沖擊電流，其幅值可高達幾十萬安，而產生的雷電沖擊電壓幅值經常為幾十萬伏，甚至最高可達百萬伏，故破壞性極大。

7-5

為什么說避雷針實質上是引雷針？避雷針、避雷線各主要用在什么場所？

避雷針的功能實質上是引雷作用。它能對雷電場產生一個附加電場（這附加電場是由于雷云對避雷針產生靜電感應引起的），使雷電場畸變，從而將雷云放電的通路，由原來可能向被保護物體發展的方向，吸引到避雷針本身，然后經與避雷針相連的引下線和接地裝置將雷電流泄放到大地中去，使被保護物體免受直接雷擊。

避雷線保護架空線路或其他物體免遭直接雷擊；避雷針的作用是保護電氣設備、線路及建、構筑物等免遭直擊雷的危害。

7-6

避雷器的主要功能是什么？閥型避雷器由哪幾種組成？它的“閥門”特性是怎樣的？避雷器是防護雷電入侵波對電氣設備產生危害的保護裝置。

閥型避雷器由火花間隙和非線性電阻兩種基本元件串聯組成。

它的“閥門”特性：電阻與通過的電流成非線性反比關系。這樣，當很大的雷電流通過閥片時，其呈現很大電導率，電阻很小，使避雷器上出現的殘壓限制在一定的范圍之內，保證沒有反擊被保護電氣設備的危險；當雷電流過去以后，閥片對工頻續流便呈現很大的電阻，使工頻續流降到火花間隙能熄滅電弧的水平，保證工頻短路電弧能被可靠的熄滅，恢復線路的正常絕緣。

7-7一般工礦企業變電所有哪些防雷措施？其重點是保護什么設備？對雷電入侵波如何防護？

在變壓器入口處裝設閥型避雷器；在電路中裝設壓敏電阻或阻容吸收裝置；為防止電路中可能出現的諧振過電壓，可采取調整電路參數或裝設其諧振條件，來防止這種過電壓的發生；變電所對直擊雷的防護方法是裝設避雷針（線）；變電所中防護入侵波的主要裝置是閥型避雷器。

變壓器，直配電機，變電所進線端

避雷器是防護雷電入侵波對電氣設備產生危害的保護裝置。在架空導線上發生感應雷擊后，雷電波沿導線向兩個方向傳播．如果雷電沖擊波的對地電壓超過了電氣設備絕緣的耐壓值，其絕緣必將被擊穿而導致電氣設備立即燒毀。顯然，同連于一條線路上的電氣設備，必然是耐壓水平最低的設備首先被雷電波擊穿。避雷器就是專設的放電電壓低于所有被保護設備正常耐壓值的保護設備。由于它具有良好的接地，故雷電波到來時，避雷器首先被擊穿并對地放電，從而使其它電氣設備受到保護。當過電壓消失后，避雷器又能自動恢復到起始狀態。