109--“电力系统自动装置”习题答案
第一章备用电源和备用设备的自动投入
一、名词解释
1、备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源或工作设备因故障被断开以
后，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致于停电的一种装置，简称AAT装置。
2、明备用指正常情况下有明显断开的备用电源或备用设备或备用线路的备用方
式。
3、暗备用指正常情况下没有明显断开的备用电源或备用设备，而是工作在分段母
线状态，靠分段断路器取得相互备用的备用方式。
4、用于发电厂厂用电源的 AAT装置在切换时，若母线失电时间在0.3秒以内称为
“快速切换”。
5、用于发电厂厂用电源的 AAT装置在切换时，若母线矢电时间在1へ1.5秒以内
称为“慢速切换”。
二、问答题
1、答：AAT装置的作用是当工作电源或工作设备因故障被断开后，能自动迅速地将备用电源或备用设备投入工作，或将负荷切换到备用电源上。AAT装置可提高供电可靠性，节省建设投资，简化继电保护，限制短路电流，提高母线残余电压，是一种提高对拥护不间断供电的经济且有效的技术措施，因此作为电力系统的一种安全自动装置，得到广泛应用。
2、答：AAT装置应满足如下基本要求：
（1）应保证在工作电源或工作设备彻底断开以后，才投入备用电源或备用设备。（2）工作母线无论任何原因失去电压时，AAT装置均应动作。
（3）AAT装置应保证只动作一次
（4）发电厂厂用电源的AAT装置，应同时满足几个工作电源的备用要求。即一个备用电源能够同时替代几个工作电源或当两个/////////
（5）发电厂厂用电源的AAT装置，应满足切换方式的要求。即在条件可能时，可采用带有同步检定的快速切换方式；也可采用带有母线残压闭锁的快速切
换方式。
（6）应校验备用电源或备用设备自动投入时过负荷和电动机自起动情况，如果负荷超过允许限度或不能保证电动机自起动时，应有AAT装置动作于自动减负
荷。
（7）如果AAT装置将备用电源或备用设备投于故障，应使其保护加速动作。（8）AAT装置的动作时间以使负荷的停电时间尽可能短为原则，以减少电动机的自起动时间。但故障点应有一定的去游离时间，以保证装置动作成功。（9）当备用电源无电压时，AAT装置不应动作。
3、答：主要是为了提高AAT装置动作的成功率，即防止将备用电源或备用设备投于故障元件上，造成AAT装置投入失败，甚至扩大故障，加重设备的损坏。
4、答：首先，AAT动作时间应尽可能使负荷停电时间短为原则，这对电动机自起动是有利的。其次，停电时间过短，电动机残压可能较高，AAT装置动作时会产生过大的电力和冲击力矩，导致电动机损伤，一般，装有高压大容量惦记的厂用电母线，中断电源的时间应在1S以上，对于低压电机，因转子电力衰减极快，这个问题不太突出。第三，为使AAT装置动作成功，其动作时间应大于故障点电弧熄灭去游离时
间。运行经验表明，AAT装置的动作时间以1-1.5S为宜。
5、答：当工作母线发生持续性短路故障或引出线上发生未被断路器断开的持续性短路故障时，AAT第一次投入后，由于故障依然存在，继电保护装置动作，又将备用断开，若再次将备用投入，不但不会成功，还会扩大事故，对系统造成不必要的冲击。为此，要求控制AAT的合闸脉冲，使它只能动作一次。
6、答：低压起动部分，当工作母线因某种原因失去电源时，将工作电源断开。自
动合闸部分，动工作电源断开后，将备用电源或备用设备断路器自动合闸。
7、答：手动操作S1将Ⅰ段母线的AAT装置投入运行（S2投入Ⅱ段母线的AAT装置），
即给AAT装置接通直流操作电源。
在正常情况下，变压器T1、T2运行状态，工作母线和备用母线都有电压，变压器T0为备用状态。工作母线有电压，KVU1、KVU2不动作（励磁状态），常闭触点KVU1-2、KVU2-2断开。备用母线有电压，KVO和KMV处于励磁状态，KMV常开触点KMV-1闭合（低电压跳闸回路），允许低电压起动跳闸。同时，QF2在合闸状态，辅助常闭触点QF2-2打开（AAT出口回路），断开AAT出口回路；辅助常开触点QF2-3闭合（低电压起动回路、AAT闭锁回路），为低电压起动回路做好准备，并且使KCB1励磁，准备好联动跳闸回路和AAT装置动作出口回路。
当变压器T1的继电保护（主保护和后备保护）动作时，YT2通电使QF2跳闸，QF2的辅助常开触点QF2-3断开使KCB1矢电，但其触点KCB1-3并不立即打开（延时打开），同时QF2辅助常闭触点QF2-2闭合（AAT出口回路），KM1得电动作，常开触点KM1-1、KM1-3闭合，使KM3、KM4带电，合闸QF3、QF4，投入备用变压器T0。合闸后，KCB1延时打开的常开触点KCB1-3打开，使KM1矢磁，保证AAT装置只合闸一次。
当QF1误跳闸时，辅助常闭触点QF1-2 闭合，通过闭合的KCB1 触点KCB1-1使YT2带电（联动跳闸回路），QF2跳闸（QF1联动跳闸），以后的动作情况如上述，将备用变压器T0投入。依此类推，QF2 误跳闸时，也能投入备用变压器T0。
当某种原因使Ⅰ段母线矢去电压时，KVU1和KVU2动作，常闭触点KVU1-2、KVU2-2闭合，起动`KT1（低电压起动回路），如果备用母线有电压，则KMV常开触点KMV-1 闭合，当达到预定延时，KT1触点KT1-1闭合，接通低电压跳闸回路，YT2带电使QF2跳闸，备用变压器T0可以自动投入；备用母线没有电压，不能经过低电压起动跳闸，备用变压器不投入。
当备用变压器投于持续性故障时，断路器QF4上的电流保护加速切除（AAT后加速回路：KT-Ⅰ为后加速电流保护的时间元件、KS-Ⅰ为后加速电流保护的信号继电器），此后备用变压器不再投入。
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第二章输电线路自动重合闸
一、名词解释
1、答：线路上发生任何类型故障，三相断路器均跳闸，进行三相重合闸，当重合
于永久性故障时，再次三相断路器均跳闸，不再进行重合。
2、答：线路上发生单相故障时，故障相断路器单相跳闸，进行单相重合闸，当重
合于永久性故障时，若系统不容许长期非全相运行，则三相断路器均跳闸，不再进行重合；线路上发生相间故障时，三相断路器跳闸，不再进行重合。
3、答：线路上发生单相故障时，实行单相自动重合闸，线路上发生相间故障时，
实行三相自动重合闸。
4、答：重合闸前加速保护简称“前加速”，是指当线路上（包括本线路、相邻线路
和以后几段线路）发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性瞬时动作跳闸，而后借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。
5、答：重合闸后加速保护简称“后加速”，是在线路各段上都装设有选择性的保护
和自动重合闸装置。当线路上发生故障时，保护首先按有选择性的方式动作跳闸，然后进行自动重合闸。如果是永久性故障，则加速保护动作，瞬时切除鼓掌。
6、答：线路上发生单相接地故障时，继电保护通过选相元件只将故障相自线路两
端断开，非故障相仍然继续运行，这时非故障相与断开的故障相之间存在静电（通过相间电容）和电磁（通过相间互感）的联系，使故障点弧光通道中仍有一定数值的电流通过，此电流称为潜供电流。
7、答：当控制开关在合闸后位置而断路器实际在断开位置是起动自动重合闸，这
种按控制开关位置与断路器位置不对应起动的方式，称不对称起动。
二、问答题
1、答：第一，提高输电线路供电的可靠性，减少因瞬时性故障造成的停电。第二，
对双端供电的输电线路，提高并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。
第三，可以补救由于人为误碰、断路器机构不良或继电保护误动引起的断路器误跳闸。第四，与继电保护配合，在很多情况下能够加速切除故障。
2、答：自动重合闸装置应满足下列基本要求：
⑴．采用控制开关位置与断路器位置不对应原理起动自动重合闸装置。
⑵．用控制开关手动操作或通过遥控装置将断路器断开，或将断路器投于故障
线路后随即由继电保护装置动作将其断开时，自动重合闸装置都不应该动
作。
⑶．在任何情况下，自动重合闸的动作次数应符合事先的规定。
⑷．自动重合闸装置在动作以后应能自动复归，准备好下次再动作。但10kV及
以下线路也可采用手动复归的方式。
⑸．自动重合闸装置应能在重合闸后加速继电保护动作，必要时，可在重合闸
前加速继电保护动作。
⑹．当断路器处于不容许实现自动重合闸的不正常状态（如气压、液压降低）
时，或系统频率降低到按频率自动减负荷装置动作将断路器跳闸时，能自
动地将自动重合闸装置闭锁。
⑺．在两侧电源供电线路上采用自动重合闸时，硬考虑合闸的同步问题。
3、答：⑴. 当电容C 的绝缘电阻下降至R4数值以下时，断路器不能实现重合闸。
因为这种情况下充电电源电势大部分降在电阻R4上，所以此时电容C上电压很低，远远达不到中间继电器1KM的动作电压，故1KM不会起动，所以无法实现重合闸。
⑵．
4、答：线路上发生永久性故障时，继电保护将再次动作将断路器跳开，重合闸装
置将再次起动。由于继电保护动作切除故障时间加上KT延时时间远小于装置中电容器充电到使中间继电器动作电压的时间，因此装置不会再次发出合闸脉冲，
即保证重合闸装置只合闸一次。
5、答：1KM电流自保持线圈接在断路器合闸回路中目的是保证断路器可靠合闸，因
为只有当断路器可靠合闸后其常闭辅助触点QF-2打开，重合闸装置才返回，故合闸非常可靠。
6、答：双侧电源线路采用自动重合闸装置时因考虑两个特殊问题，第一，故障点
的断电问题。当线路上发生故障，两侧继电器以不同时限跳闸时，只有后跳闸侧的断路器跳开，故障点才真正断电。为了使重合闸动作成功，要保证两侧断路器确已跳开，并给故障点足够的熄弧时间，再进行两侧断路器的重合。第二，同步问题。当线路故障断路器跳开时，系统被分为两部分时，后重合一次应考虑两侧电源是否处于同步状态或是否允许非同步合闸问题。
7、答：双侧电源线路上采用的自动重合闸主要有以下几种形式：
三相快速自动重合闸这种重合闸方式适用于满足如下条件的线路：
⑴．线路两侧装有能够瞬时切除全线故障的继电保护装置，如高频保护；
⑵．线路两侧采用了可以进行快速重合闸的断路器，如快速空气断路器；
⑶．线路两侧断路器重合瞬间，通过设备的冲击电流不能超过规定的允许值。
非同步自动重合闸这种重合闸方式适用于满足如下条件的线路：
⑴．在两侧电源电动势之间夹角可能的最大值1800瞬间重合闸时，流过发电机、同步调相机或电力变压器的冲击电流，未超过规定的允许值；
⑵．非同步重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小；
⑶．重合后电力系统可以很快恢复同步运行。
无电压检定和同步检定自动重合闸这种重合闸方式在高压电网中应用最广泛，在没有条件或不允许采用咱相快速自动重合闸和非同步自动重合闸，可以考虑采用这种重合闸。
其它自动重合闸这种重合闸方式适用于满足如下条件的线路：
⑴．在没有其它旁路联系的双回线路上，当不能采用非同步重合闸时，可采用检定另一回线路上有电流的重合闸。
⑵．自动解列重合闸适用于正常运行时由系统向小电源侧输送功率的情况。采用这种重合闸要求小电源解列后其容量基本与本地区重要负荷平衡，以保证对重要负荷供电的可靠性和电能质量。
⑶．当水电厂条件允许时，可采用自同步重合闸。
图2-18中（a）图的线路L1和L2装设检查平行线路电流的自动重合闸，L3装设无电压检定和同步检定自动重合闸；(b)图的线路中，条件允许的话，装设三相快速自动重合闸，否则装设无电压检定和同步检定自动重合闸。
8、答：如果由于误碰或继电保护误动作使某一侧的断路器误跳闸，在使用检查线路无电压方式重合闸的一侧可以通过同步检定继电器KY检查两侧电源同步进行重合闸，因此检查无电压侧也要投入同步检定继电器。如果线路上发生永久性故障，无压侧要连续两次切断短路电流，使断路器的工作条件比另一侧恶化。为使两侧断路器的工作条件趋于平衡，两侧的投入方式要定期轮换。如果两侧的无压连接片都投入，则两侧无压检测会同时起动，造成非同期合闸，对系统产生冲击。如果两侧的无压连接片都不投入，则两侧的同步检定急电器无法起动，重合闸装置不动作。
9、答：自动重合闸与继电保护的配合方式有自动重合闸前加速保护和自动重合闸
后加速保护两种。
下图中，在线路L1、L2、L3上装设具有阶梯时限的定时限过电流保护，同时在线路L1上还装设保护范围包括线路L3的无时限电流速断保护，动作于断路器QF1，并且QF1处装有自动重合闸装置。
当线路L3发生故障时，首先由线路L1上的无时限电流速断保护动作瞬时跳开QF1，然后自动重合闸装置动作重合QF1，同时闭锁无时限电流速断保护。由于a点发生的是永久性故障，这时无时限电流速断保护已被闭锁，所以线路L3上的定时限过电流保护跳开线路L3上的断路器，故障切除，不再重合。
下图中，在线路L1、L2、L3上装设具有阶梯时限的定时限过电流保护和自动重合闸装置。当线路发生故障时，首先由线路L2上的继电保护按照选择性规定的时限动作于断路器QF2跳闸，然后由线路L2的自动重合闸起动进行重合。由于是永久性故障，重合后线路L2上的继电保护无延时动作跳闸，起到加速切除故障的作用。
10、答：在装有综合重合闸的线路上，继电保护动作信号一般经综合重合闸发出跳闸脉冲。为了实现单相重合闸，综合重合闸或单相重合闸中必须有故障相选择元件，简称选相元件。选相元件应满足以下基本条件：
⑴．在保护范围内发生单相接地或两相接地故障时，故障选相元件必须可靠动作，并应有足够的灵敏度。
⑵．在保护范围内发生单相接地故障，以及单相重合闸过程中的非全相运行状态，非故障相的选相元件应可靠不动作，保证选择性。
⑶．选相元件的灵敏度、动作时间、返回时间应与主保护配合（选相元件的灵敏度要高、动作要快、返回要慢），保证综合重合闸功能的实现。
⑷．当选相元件拒动时应能保证跳开三相断路器，不允许因选相元件拒动造成扩大事故。
11、答：输电线路装有综合自动重合闸时，不但要求具有现汇间故障时三相跳闸和三相重合的功能，而且具有发生单相故障时单相跳闸和单相重合的功能。所以，当线路上发生故障时，需要判断是相间故障还是单相故障，即判断故障类型，因此，重合闸装置中应有接地故障判别元件，以决定三相跳闸还是单相跳闸，以及单相跳闸是哪一相跳闸。
12、答：综合自动重合闸可以采用以下四种元件：
⑴．电流选相元件。这种选相元件受系统运行方式的影响较大，一般不单独使用，通常作为消除阻抗选相元件出口短路死区的辅助选相元件。
⑵．低电压选相元件。这种选相元件同样受系统运行方式的影响，且经常处于全电压下工作，运行时间长，触点经常出现抖动，可靠性比较差，很少单独使用，
通常也只作为辅助选相元件。
⑶．阻抗选相元件。这种选相元件对故障相与非故障相的测量阻抗差别大，能够正确选择故障相，且不受系统运行方式变化的影响，比前两种选相元件具有更高的选择性和灵敏性。但其测量阻抗易受故障点过渡阻抗的影响在重负荷线路上可能发生不正确动作；在有些情况下，线路两侧的阻抗选相元件可能发生相继动作和一侧两个阻抗选相元件相继动作的现象；在两相短路时阻抗选相元件动作不确切，必须装设零序元件才能明确判别接地故障，增加了装置的复杂性。
⑷．相电流差突变量选相元件。具有不受系统振荡、非全相运行和负荷电流的影响，不受系统频率变化的影响，允许故障点过渡电阻大的特点，获得了广泛的应用。
13、答：相电流突变量选相元件是利用线路上发生短路故障时，电气量发生突变的特点选出故障相别的，三个元件分别反应以下三个突变量：
dI AB=d(I A-I B)
dI BC=d(I B-I C)
dI CA=d(I C-I A)
发生单相接地故障时，与故障相有关的两个元件测得的电流突变量为：
C1d(±3I kA1)
其中C1为保护安装处正序电流分配系数，I kA1为故障点短路电流正序分量。而与故障相无关的元件测得的电流突变量为0，因此，与故障相相关的两个元件动作，与故障相无关的另一个元件不动作。据此，可选出故障相。
14、答：N端子：非全相运行不误动保护的接入端子。接在此端子上的保护在单相重合闸出现非全相运行期间不退出运行，对健全相的故障仍有保护作用。接在N端子上的保护有高频相差保护、零序方向不灵敏Ⅰ段及距离Ⅰ段和Ⅱ段保护。
M端子：本线路非全相运行会误动、相邻线路非全相运行不误动保护的接入端子。接于此端子的保护在本线路单相跳闸后被解除，当线路恢复全相运行是被重新投入。接在M端子上的保护有零序方向电流灵敏Ⅰ段、零序或负序构成的方向高频保护。
P端子：相邻线路非全相运行时会误动保护的接入端子。接入此端子的保护在相邻线路非全相运行时被解除，但本线路发生单相接地故障时能够发挥作用。接在P端子上的保护有零序方向电流Ⅱ段保护。
Q端子：任何故障三相跳闸后进行三相重合闸保护的接入端子。接于此端子的保护动作时，直接起动三相跳闸回路，然后进行三相重合闸。接在Q端子上的保护有零序方向电流Ⅲ段、使用母线重合闸的母线保护
15、答：选相元件独立工作是指在非全相运行或重合闸后的短时间内，选相元件不经过继电保护控制独立实现三相跳闸，或选相元件闭锁非全相运行时会误动作的保护。
如果选相元件能够在非全相运行期间不误动，可以在非全相运行期间作为健全相再发生故障的基本保护。即通过选相元件独立工作回路切除健全相的短路故障。
16、答：与三相重合闸相比，在单相重合闸期间，由于潜供电流的影响，故障点的消弧时间加长，所以单相重合闸时间应该比三相重合闸时间长。
运行经验表明，在单相故障单相跳闸后的非全相运行期间，给故障相断路器发出合闸脉冲（对三相发出）前，存在健全相又发生故障跳闸的情况，有可能使第二
次跳闸的那相断路器刚一跳闸就立即合闸，故障点没有充分去游离，导致重合闸失败；甚至第二次跳闸的那相断路器在接到跳闸命令的同时又接到合闸命令，容易引起事故。因此，综合重合闸的动作时间应从最后一次时间算起。
第三章同步发电机准同步自动并列
一、名词解释
1．将发电机并入电力系统参加并列运行的操作称为并列操作。
2．给发电机加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，此即准同步并列。
3．将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作，此即自同步并列。
4．在发电厂内，可以进行并列操作的断路器称为同步点。
5．发电机电压角频率ωG与系统电压角频率ωsys之差称为滑差角频率ωs，简称滑差。ωs=ωG-ωsys =2π（f G-f sys）=f s 。
上式中f s称为滑差频率。
T s=1/| f s|称为滑差周期。
6．发电机准同步并列时，并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差δ应等于零。考虑到并列断路器都有一个合闸时间，自动准同步装置应该在δ=00前一段时间发出合闸脉冲，这个提前时间称为导前时间t ad 。
由于一个断路器的合闸时间是恒定不变的，所以导前时间也不应随频差、压差改变，是一个固定的值，称之为恒定导前时间。
装有恒定导前时间电路，自动产生与当前的频差、压差无关的恒定导前时间的装置称为恒定导前时间式自动准同步装置。
7．发电机准同步并列时，并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差δ应等于零。考虑到并列断路器都有一个合闸时间，自动准同步装置应该在δ=00前一个相角发出合闸脉冲，这个提前相角称为导前相角δad 。
由于一个断路器的合闸时间是恒定不变的，所以导前时间也不应随频差、压差改变，是一个固定的值，称之为恒定导前时间。
装有恒定导前相角电路，自动产生与当前的频差、压差无关的恒定导前相角的装置称为恒定导前相角式自动准同步装置。
8．整步电压是指包含同步条件信息量的电压，分为正弦整步电压和线性整步电压。
通过对滑差电压进行整流得到的包络线电压即为正弦整步电压。滑差电压等于并列断路器两侧电压瞬时值之差。
线性整步电压与横坐标时间有着线性关系，自动准同步装置中采用的线性整步电压通常呈三角形，该三角形的最低值为零，最大值固定，不随滑差而变，周期为T s 。
9．答：电气零点即与δ=00或1800对应的点，用以测量导前时间之用。
二、问答题
1．答：同步发电机并列时应满足两个要求：
⑴．并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1
—2倍的额定电流，以避免对系统的冲击。
⑵．发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，
以较少对系统的扰动。
2．答：电力系统中，同步发电机并列操作可以采用准同步并列操作和自同步并列操作两种方法。
3．答：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作，此即自同步并列。
其最大优点是并列过程中不存在调整发电机电压、频率的问题，并列时间短且操作简单，在系统电压和频率降低的情况下，仍有可能将发电机并入系统，容易实现自动化。不足是并列发电机未经励磁，并列是会从系统中吸收无功而造成系统电压下降，同时产生很大的冲击电流。
在电力系统故障情况下，有些水轮发电机可以采用自同步方式并列。
4．答：给发电机加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，此即准同步并列。
准同步并列的最大优点是并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低，不足是并列操作中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂，另外，如果合闸时间不准确，可能造成非同步合闸。
准同步并列是发电机主要的并列方式。
5．答：同步发电机准同步并列的理想条件是发电机电压和系统电压幅值相等、频率相等、相位相等，不产生冲击电流。实际条件是：
⑴．待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的5%—
10%。
⑵．在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压相位差应接近零，误差不
大于50。
⑶．待并发电机与系统电压的频率应接近相等，频率差不超过额定频率的
0.2%—0.5%。
6．答：设发电机为隐极机。
若发电机电压与系统电压相位相等，频率相等，但存在电压差，则在并列瞬间产生冲击电流，如果电压差很大，则过大的冲击电流将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。
若发电机电压与系统电压大小相等，频率相等，但存在相位差，则在并列瞬间产生冲击电流，如果相位差很大，则冲击电流有功分量会在发电机轴上产生冲击力矩，严重时会损坏发电机。
若发电机电压与系统电压大小相等，相位相等，但存在频率差，如果频差较大，则并列合闸后发电机立即带上较多的有功功率，对转子产生制动或加速的力矩，使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。
7．答：同步发电机采用自动准同步方式并列时，由于发电机电压与系统电压的大小和频率不相等，会产生冲击电流。通过检查滑差，可以检测待并发电机是否满