武大电气继电保护实验报告（90分精品）

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线路距离保护I段数字仿真实验

一． 仿真实验

1. 实验预习

电力系统线路距离保护的工作原理，接地距离保护与相间距离保护的区别，距离保护的整定。 2. 实验目的

仿真电力系统线路故障和距离保护动作。 3. 实验步骤

（1） 点击桌面PSCAD快捷方式或开始菜单的PSCAD命令进入仿真工作界面; （2） Load 拷给同学们的Relay Pro experiments\\ dist_protection； （3） 打开dist_protection; （4） 认识各个模块作用；

a. 双端电源系统

如下图：

TTTTLINE3ALINE1LINE2ALINE4RLCVB1B2V

图1

线路LINE1和LINE2是被保护线路，点击可看到LINE1线路长度是90km， LINE2长度是10km，被保护线路的总长度是100km。断路器B1、B2的控制命令是B1、B2，为0时断路器是合上，为1时是断开。B1的左侧是测量表，可测三相电压和电流瞬时值、三相有功和无功、电压有效值和相位，如下图

图2

电压、电流命名如下

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图3

b. 故障发生器

TimedFaultLogicfltFaults : Cont...Fault Type6543211Fault Type Control1 = No Fault (0)2 = A-G Fault (1)3 = BCG Fault (6)4 = ABC Fault (7)5 = BC Fault (10)6 = ABCG Fault (11) 图4

点击’Timed Fault Logic’, 可设置故障开始时间和故障持续时间；

Faults : Cont...Fault Type65432110将鼠标放在’Fault Type’ Control PanelPanel元件（右侧有）和Rotary Switch（Fault Type是Control

共同实现的）的滑动杆上可

设置故障类型。 c. B2断路器的控制

本仿真例子中未对B2设置保护控制，而是直接‘close’（鼠标放到旋钮上，光标会变成手型，打到open就是断开了），如下图，

B2AVBrea...B2B2OpenClose0

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图5

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d. B1断路器的控制

对B1设置的保护如下图

MVphasePMIphaseVVsIIsVMVPIMIPIseqMIseqPMVPAMIBPCMIseqP0ABCtrl=1B1Brea...B1Relay ClosedCtrlPMIseqPMVseqP0VseqMVseqP

图6

Vs、Is输入到电压、电流计算模块（将鼠标放在左一模块上，会自动显示模块名称：process_signals），输出依次是各相电压模值VM、各相电压相位VP、各相电流模值IM、各相电流相位IP、电流各序分量模值IseqM、电流各序分量相位IseqP、电压各序分量模值VseqM、电压各序分量相位VseqP。

电压、电流计算模块的输出作为距离保护I段（将鼠标放在左二模块上，会自动显示模块名称：dist_relay1）的输入，输出经或门再经自保持后是距离I段的输出。

断路器B1是继电保护控制还是固定合闸由选择器（Selector）控制：Ctrl端是1（B1旋钮打到Closed），选择器的刀打到A端，B1=0; Ctrl端是0（B1旋钮打到Relay），选择器的刀打到B端，B1等于继电保护程序的输出。

e. 电压、电流计算模块

双击电压、电流计算模块，有下图，

vvamvbmvcm111Mag1Mag2Mag3(7)(7)(7)Ph1(7)1F F TPh2vap(7)1Ph3vbpF = 60.0 [Hz](7)1dc1dc2dc3vcpvamvap|A|/_A|P|/_Pvpmvamvbmvcmvppvpmvnmvzm123123X1X2X3vbmvbpvcm|B|/_B|C|/_C123|Z|/_Zvzmvp123ABC+-0|N|/_Nvnmvapvbpvcpvnpvm123vppvnpvzpvseqmvseqpvcpFind the sequence componentsvzpFFT to extract fundamental magnitudes and phases.

图7

从左向右依次是计算：

各相电压基波模值vam、vbm、vcm，各相电压基波相位vap、vbp、vcp；电压正序分量模值及相位vpm与vpp，负序分量模值及相位vnm与vnp，零序分量模值及相位vzm与vzp；

将vam、vbm、vcm放到一个数组vm中，将vap、vbp、vcp放到一个数组vp中；

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将vpm、vnm、vzm放到一个数组vseqm中，将vpp、vnp、vzp放到一个数组vseqp中。

下面对电流的计算分析有类似过程。

f. 双击距离I段计算模块

图8

1是提取出数组中的第一项，将数字改为2就是第二项，依次类推；

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VMVPIMIPI0MI0PVaI+ kIa0RRaXXa是接地距离保护测量阻抗的计算元件，输入是A相电压的模值和

相位、A相电流的模值和相位、零序电流的模值和相位，所以算出来是A相接地距离保护的测量电阻和测量电抗，命名为Ra、Xa； 相间距离保护阻抗计算元件类似分析；

RX21是阻抗继电器，距离I段是方向圆特性，该特性的半径和圆心坐标见内部

设置；

60.01.519FFreq+RcircleMagDCos+21.633PhasePhase21.633SinMagFreq60.0D21.58++FXcircle为了画出方向特性圆，需要得到圆的横坐标（命名为Rcicle）、纵坐标（命名为Xcicle）随运行时间的变化，将两者的输出数据存储到Output channel；

RaXaRbRabXabRbcXbRcXcXbcRcaXca将阻抗测量元件的输出存储到Output channel中；

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设置a相接地故障在I段范围内，点运行，测量阻抗

在发生故障后切除故障前会掉进圆特性内。

（5） 认识线路参数。被保护线路由LINE1和LINE2共同构成，计算线路参数时

记得将两者相加。之所以分作两段，是便于设置故障点。改变故障点时，如LINE1线路长度减小，LINE2则增加，使两者加起来的总长度不变。

将鼠标置于线路模型上面，点右键，有图9。选择Edit Properties 可读取线路长度等参数。选择Edit Definition，可读取线路电阻、电抗等参数（点击运行后，依据Properties中的参数和Definition界面的物理参数自动算出）。

图9

（6） 如何画出整定阻抗圆和测量阻抗的运行轨迹； a. 如图10找到XY Plot元件

图10

b. 如图11在Rcircle的Output Channel上点右键，选择Add as curve；

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图11

c. 如图12，在X Coordinate 上点右键选择Paste Curve。对Xcircle类似操

作，放在Y Coordinate处运行，有图13;

图12

图13

d. 拨动上图右侧滑竿可选择关注部分，或者用鼠标左键框图； e. 测量阻抗可类似画出。

（7） 设置距离保护I段保护范围内A相接地故障（LINE1长度缩短到小于

（LINE1+LINE2）长度乘可靠系数，那LINE2就要相应增加），运行；

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（8） 设置距离保护I段保护范围外正向A相接地故障，运行； （9） 设置距离保护I段保护范围内BC相短路故障，运行； （10） 设置距离保护I段正向保护范围外BC相短路故障，运行；

4. 实验记录与分析

（1） 保护范围内A相接地故障

（a）记录B1处距离保护的三相测量电压（Vs）、电流（Is）变化波形（关注

故障瞬间及断路器断开瞬间的）；由电压电流波形分析A相接地故障的特征；断路器是否断开故障线路？ ：

Main : Graphs600 400 200 0 -200 -400 -600 Vsy (kV)2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00 Isy (kA)0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 ... ... ... A相直接接地故障时，A相的电压大大降低，基本接近于0，由于是中性点直接接地系统，非故障相的电压仍为相电压，A相产生很大的故障电流；由图中可以看出，在故障过程中，B、C相电压基本保持相电压不变，A相电流大大升高；A相产生很大的电流，断路器断开故障线路。

（b）各个接地距离、相间距离保护测量阻抗的变化

插入显示测量阻抗变化和整定特性圆的两张XYPlot；从XYPlot分析说明接地距离保护测量阻抗的变化特点，相间距离保护测量阻抗的变化特点： ：

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由上图可以看出，在保护范围内发生A相接地故障时，测量阻抗进入接地距离保护整定特性圆范围内，接地距离保护动作；测量阻抗在相间距离保护整定特性圆范围外，相间距离保护不动作。

（2） 正向保护范围外A相接地故障

插入显示测量阻抗变化和整定特性圆的两张XYPlot；从XYPlot分析说明接地距离保护测量阻抗的变化特点，相间距离保护测量阻抗的变化特点：

：

由上图可以看出，在保护范围外发生A相接地故障时，测量阻抗在接地距离保护整定特性圆范围外，接地距离保护不动作；在保护范围外发生A相接地故障时，测量阻抗在相间距离保护整定特性圆范围外，相间距离保护不动作。

（3） 保护范围内BC相短路故障

（a）记录B1处距离保护的三相测量电压（Vs）、电流（Is）变化波形（关注

故障瞬间及断路器断开瞬间的）；由电压电流波形分析BC相短路故障的特征；断路器是否断开故障线路？ ：

Main : Graphs400 Vsy (kV)-400 3.0 2.0 1.0 0.0 -1.0 -2.0 -3.0 Isy (kA)0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 ... ... ... 发生BC相间短路故障时，BC相电压降低，由于是中性点直接接地系统，A相电压保持相电压不变，A相电流也保持不变，BC相电流大大增加，引起继电保护动作。

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由图中可以看出，故障过程中BC相电压不再是正弦波，当继电保护动作切除线路后，BC相电压回升，此时产生较大谐波，此后线路不流过电流。

（b）各个接地距离、相间距离保护测量阻抗的变化

插入显示测量阻抗变化和整定特性圆的两张XYPlot；从XYPlot分析说明接地距离保护测量阻抗的变化特点，相间距离保护测量阻抗的变化特点： ：

由上图可以看出，在保护范围内发生BC相间故障时，测量阻抗在接地距离保护整定特性圆范围外，接地距离保护不动作；在保护范围内发生BC相间故障时，测量阻抗在相间距离保护整定特性圆范围内，相间距离保护动作。

（4） 正向保护范围外BC相短路故障

插入显示测量阻抗变化和整定特性圆的两张XYPlot；从XYPlot分析说明接地距离保护测量阻抗的变化特点，相间距离保护测量阻抗的变化特点：

：

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由上图可以看出，在保护范围外发生BC相间故障时，测量阻抗在接地距离保护整定特性圆范围外，接地距离保护不动作；在保护范围外发生BC相间故障时，测量阻抗在相间距离保护整定特性圆范围外，相间距离保护不动作。

二． 实验总结

请就实验自己所做的工作、遇到的问题及收获做个总结。一方面是对老师教学工作的促进，有利于下一级同学学习；另一方面理清思路，对仿真软件使用和教材所学内容加深印象。 1. 自己所做的工作：

在本次线路距离保护I段数字仿真实验中，我首先根据上节课所学到的PSCAD的操作技巧，熟悉了本次距离保护的接线方式，每个元件的的作用，元件的放置位置等。然后根据继电保护课程中学到的接地距离保护和相间距离保护的原理，理清了断路器B1的动作逻辑，为后面的仿真运行打下基础。

紧接着，我根据本实验报告的步骤，从头到尾将整个线路距离保护I段仿真模型的搭建过程看了一遍，熟悉了模型的原理和工作状态。然后根据实验记录与分析里面的问题一步一步地进行仿真实验，并且记录数据和图形，将图形复制到本实验报告中，并回答了相关的问题。在回答问题的过程中，我查阅了相关的资料，进一步加深了对接地距离保护和相间距离保护的理解，将课堂所学到的知识运用到实际中，得到了充分的锻炼。

2. 遇到的问题，如何解决的：

在进行试验的过程中，我遇到了不少问题。

首先，在本实验指导书中存在一些看不懂的地方，在和同学进行讨论后，解决了不少问题，还有一些不能解决的，用过询问老师，也得到了正确的回答。

其次，对于接地距离保护和相间距离保护的特点并不是很清楚，虽然上课的时候老师讲过，但是过了一段时间有些东西已经忘记了。所以在回答实验记录与分析中的问题时有些力不从心。通过查看继电保护的教材和上网查阅相关资料，逐渐将之前老师教授的知识回忆起来，加深了对两种保护方式的理解。

在本次实验中，PSCAD的有些操作忘记了，不能得到实验报告所要求的结果。我通过回看之前的PSCAD的指导书和当场举手询问老师，再次熟悉了相关的操作，得到了正确的实验结果。

3. 实验收获：

通过本次实验，我得到了充分的锻炼。

在实验指导书的详细的说明下，我能够熟练的在PSCAD中进行各种操作，熟悉了PSCAD的操作界面，工作方式以及如何进行仿真模型的搭建。在此基础上，我进行了线路距离保护I段数字仿真实验，这次不仅仅是关于PSCAD的相关操作，而是对于继电保护里所学到的知识应用于实践当中，将课本理论应用于仿真实验里，加深了对课本知识的理解。

其次，本次实验锻炼了我面对困难、解决困难的能力。当遇到不会的问题时，要懂得积极寻找帮助，解决困难。例如，老师就是很好的资源，遇到不懂得问题及时向老师询问，这样才能得到充分锻炼，正确快速的得到实验结果。

通过多次探索和克服诸多困难，再加上同学和老师的帮助，我成功的做出了线路距离保护I段数字仿真实验的内容；与此同时，更加深了对激励保护的理解，熟悉了PSCAD的使用方法，受益匪浅。

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变压器纵差动保护数字仿真实验

二． 仿真实验

1. 实验预习

变压器纵差动保护的基本原理和接线方式，按躲过最大外部短路电流整定原则，习题6.5求解（见指导书附）。 2. 实验目的

清楚（1）双绕组Yd11接线三相变压器模拟式纵差动保护原理接线，（2）如何根据采用的差动保护继电器、电流互感器变比整定动作电流。参见《电力系统继电保护习题集》习题6.5。 3. 实验步骤

（1） 进入PSCAD工作界面;

（2） 打开Transformer_protection; （3） 认识各个模块作用,

a. 故障设置模块，如何设置不同类型故障； Faults : Cont...Fault Type6543216TimedFaultLogicFault Type Control1 = No Fault (0)2 = A-G Fault (1)3 = BCG Fault (6)4 = ABCG Fault (7)5 = BC Fault (10)6 = ABC Fault (11)flt 图1

b. 由三相电流提取出各相电流、一次电流经电流互感器变换为二次电流、

变压器星形侧互感器三角形联接（用差计算实现）；

+1IsaIs2Isb3IscIsaaD-IsatIr1Ira2Irb3IrcFIsbbIsaaIsbbD+-FIsccIsbtIsaIraIratCT connection and transformationIsbIsbbIsccD+Irb-IsctIrbtIscIsccFIsaaIrcIrct

图2

c. 计算流入继电器的电流，也就是差动电流；

IratD++FIsatRMSIreaIrbtD++FIsbtRMSIrebIrctD++FIsctRMSIrecCurrents through relay

图3

d. 继电器动作电流的整定；

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0.220.05 XXX 2014302540XXX

B++D+F1.3*9420.0*NN/DDIdzOperating current computation0.1300.0

图4

e. 变压器纵差动保护是否动作的判断。

IreaD+A-FIdzIcoma0.0BCompar-atorProtection judgeIrebD+A-FIdzIcomb0.0BCompar-atorBRKIrecD+A-FIdzIcomc0.0BCompar-ator

图5

4. 实验记录和分析

（1） 3.（3）b电流互感器（Current Transformer (CT)）两侧的单位各是什么？（请

看元件help） ：

CT的输入(左侧)电流是kA，输出(右侧)电流单位是A。

（2） 变压器两侧电流互感器的变比各是多少？是否与题6.5一致？

：

变压器左侧的电流互感器的变比是600/5=120，变压器右侧的电流互感器的变比是1500/5=300；与题6.5一致。

（3） 3.（3）c求差动电流为什么是求和而不是求差？RMS的作用是什么？

：

在变压器外部故障和正常运行时，两个电流的相位相反，求和就相当于作差；在变压器内部故障时，两个电流的相位相同，此时求和得到的是故障电流。

RMS的作用是求电流、电压的有效值。

（4） 3.（3）d动作电流的整定中各个数字量是什么物理含义？（请参照附题）

：

0.22：由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差；0.05：由变压器分接头改变引起的相对误差；0.1：电流互感器的可能最大误差；1.3：可靠系数的取值；9420：最大运行方式下，6.6kV线路上三相短路电流；300：变压器右侧的电流互感器的变比。

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（5） 3.（3）d 中9420A并不对应本一次模型变压器外部故障实际的三相最大短

路电流。移动模型中故障设置模块与一次系统的连接线，将故障设置在外部（差动保护范围之外，即两侧电流互感器以外）。

模型参数不变，分别给出发生在星形侧和三角形侧的外部故障的三相短路电流波形，并求出工频有效值，再取其中的最大值；或者由6.5知基准侧，可直接确定在哪一侧设置外部故障。 图：

由6.5知基准侧是6.6kV侧(三角形侧)，外部故障的三相短路电流波形如下：

Main : Graphs15.0 10.0 5.0 0.0 Iry-5.0 -10.0 -15.0 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 ... ... ... 利用RMS元件求工频有效值为：7.35kA，此即为外部最大三相短路电流。

（6） 将3.（3）d 中9420A改为实际外部最大三相短路电流，设置变压器外部A

相接地故障，运行。记录，两侧A相电流互感器二次侧的电流及流入A相差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上），并且分析变压器外部短路时纵差动保护不动作的原因； 图：

Main : Graphs12.5 10.0 7.5 5.0 2.5 isatIratIday0.0 -2.5 -5.0 -7.5 -10.0 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 ... ... ... 利用RMS元件求流入差动继电器的三相电流：A相为1.43A，B相为0.64A，C相为0.80A；将3.3(d)中的9420A改为实际外部最大三相短路电流7350A后，最大不平衡电流的整定值1.3*(0.22+0.05+0.1)*7350/300=11.78A，由于A、B、C相的差动电流都小于最大不平衡电流的整定值，故差动继电器不动作。

（7） 将3.（3）d 中9420A改为实际外部最大三相短路电流，设置变压器内部A

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相接地故障（将连接线放在两侧CT之间，也就是变压器与左侧CT之间或变压器与右侧CT之间），运行。记录，两侧A相电流互感器二次侧的电流及流入A相差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上），变压器内部A相接地故障时A相纵差动保护动作吗？为什么？ 图：

Main : Graphs20.0 15.0 10.0 5.0 isatIratIday0.0 -5.0 -10.0 -15.0 0.140 0.160 0.180 0.200 0.220 0.240 0.260 0.280 0.300 ... ... ... 利用RMS元件求流入差动继电器的三相电流：A相为9.66A，B相为0.64A，C相为0.80A，由第(6)问的结果知，最大不平衡电流的整定值为11.78A，由于A相的差动电流小于最大不平衡电流的整定值，故变压器内部A相接地故障时A相纵差动保护不动作。

（8） 将3.（3）d 中9420A改为实际外部最大三相短路电流，设置变压器外部BC

相短路故障，运行。记录，两侧B相电流互感器二次侧的电流及流入B相差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上），并且分析变压器外部短路时纵差动保护不动作的原因； 图：

Main : Graphs30 20 10 0 isbtIrbtIdby-10 -20 -30 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 ... ... ... 利用RMS元件求流入差动继电器的三相电流：A相0.12A，B相4.62A，C相4.56A，由第(6)问知，最大不平衡电流的整定值为11.78A，由于A、B、C相的差动电流都小于最大不平衡电流的整定值，故变压器外部短路时纵差动保护不动作。

（9） 将3.（3）d 中9420A改为实际外部最大三相短路电流，设置变压器内部BC

相短路故障，运行。记录，两侧B相电流互感器二次侧的电流及流入B相差动继电器的电流（将三个电流放在一张图上），变压器内部BC相短路故障时

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B、C相纵差动保护动作吗？为什么？ 图：

Main : Graphs30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0 -15.0 0.1850 0.1900 0.1950 0.2000 0.2050 0.2100 0.2150 0.2200 0.2250 ... ... ...isbtIrbtIdby 利用RMS元件求流入差动继电器的三相电流：A相0.12A，B相14.88A，C相14.96A，由第(6)知，最大不平衡电流的整定值为11.78A，由于BC相的差动电流都大于最大不平衡电流的整定值，故变压器内部BC相短路故障时，B、C相纵差动保护动作。

三． 实验总结

请就实验自己所做的工作、遇到的问题及收获做个总结。一方面是对老师教学工作的促进，有利于下一级同学学习；另一方面理清思路，对仿真软件使用和教材所学内容加深印象。 4. 自己所做的工作：

在本次变压器纵差动保护数字仿真实验中，我首先根据实验指导书的内容，熟悉了本次纵差动保护的接线方式，每个元件的的作用，元件的放置位置等。然后根据继电保护课程中学到的变压器纵差动保护的原理，理解了变压器纵差动保护的整定原则，本实验中整定原则是按躲过最大不平衡电流来整定。

紧接着，我按照实验报告的问题要求，一个一个问题地回答了实验指导书中的问题，在回答问题的过程中，时常要查看某一个电流的波形，这让我熟练的掌握了PSCAD绘图的要求。最后，在老师的指导和查阅的相关资料的帮助下，我顺利地完成了本次实验的实验报告。

5. 遇到的问题，如何解决的：

在本次变压器差动保护的电流互感器的接线方式中，我遇到了一些问题：由于变压器星形侧的电流互感器要接成三角形，而在PSCAD的模型中电流互感器没有接线方式，所以我产生了疑问。后来，在和同学的交流讨论中，我得到了想要的答案，就是电流互感器的接线方式默认是星形的，所以还需要将电流互感器二次测的三相电流作差，得到三角形接线方式的三相电流。

另外，我在本次实验的整定电流的大小计算也出现了问题，我在判断差动继电器是否动作时，采用了两个不同侧的电流进行比较，一个一次侧，一个二次测，一个单位是kA，一个单位是A，故不能比较得到正确的结果；然后我举手询问老师，在老师的耐心指导下，我发现了我的错误，然后得到了正确的电流判据，完成了实验报告。

6. 实验收获：

这次实验是第二个与继电保护原理相关的实验，而且难度也较上一个距离保护的

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仿真要大；难度加大了，收获自然也会多了。首先是进一步熟悉了PSCAD的各种元件，例如就有之前从来没见过的RMS元件，RMS元件的作用是求取电流或电压的有效值，在各种保护的判据中都需要用到这种元件。

本次仿真实验只按照躲过最大不平衡电流的原则来整定，而在实际变压器纵差动保护的整定原则不仅仅要按照躲过最大不平衡电流，还要考虑励磁涌流和电流互感器二次测断线引起的差电流。实验中虽然没有给出其他两种的整定计算，但是在这个基础上，同样可以搭建这两种电流的整定结果，然后比较大小，取其中最大值，当做整定电流。所以本次实验给我打下了纵差动保护仿真的基础，加强了实验仿真的能力。

附6.5习题及答案：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9o2r.html