2002年继电保护技术竞赛题(发电改2)

2002年黑龙江省继电保护技术竞赛（发电部分）一填空（每空0.5分，共25分）常规综重接地阻抗选相元件对引入LC串连谐振回路的要求是：1）谐振回路必须记忆（故障前电压的相位）；2）衰减不能太快，保证有不小于（60ms）的时间使选相元件能正确动作。距离保护方向阻抗继电器引入第三相电压的作用是为了防止（正方向出口相间短路拒动）及（反方向两相短路时误动）。某变电所220KV电压互感器变比:KV,开口三角按a头接地时的接线。如图所示,进行极性校验时，所测电压UAa+为（57.7）V；UBb+为（87.4）V；UCc+为（42.3）V。在PT二次断线时，WXB-11型微机保护中的高频距离保护和距离保护自动退出，重合闸后（阻抗加速保护）也自动退出。WXB-11型微机保护中的距离保护采用（微分方程）算法，这种算法不需求出电压、电流的幅值及相位，而是直接计算出电阻及电抗值的一种方法。在一个数据采集系统中，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为fmax，为防止造成频率混叠，则采样频率fs应满足（fs〉2fmax）。LFP-901A型微机保护装置中CPU3起动元件动作后（开放）保护正电源。CSL-101型微机保护在高频保护启动后的50毫秒内，当判为单相接地故障而（接地距离）不动作时，投入高频零序保护；在高频保护启动50毫秒后，也投入高频零序保护，保护所有接地故障。变压器比率制动差动保护的简易整定法的制动特性曲线由下述三个定值决定：（1）比率制动系数；（2）（拐点电流）；（3）最小动作电流。其中比率制动系数的确定的公式为：（Kb=Krel*(k1f1+ΔU+Δf)）为防止变压器、发电机后备阻抗保护电压断线误动应采取的措施：装设（电压断线闭锁）装置、装设（电流突变量元件或负序电流突变量元件）作为启动元件。在Y/Δ-11接线变压器的Δ侧发生两相短路时，设短路电流为Ik，在Y侧有两相电流各为（Ik/√3），有一相为（2Ik/√3）。如果只有两相有电流继电器，则有（1/3）的两相短路几率短路电流减少一半。电力系统故障动态记录装置的主要任务是记录系统大扰动如短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关（系统电参量的变化过程）及（继电保护与安全自动装置）动作行为。二次回路干扰的种类有：（1）50HZ干扰；（2）（高频干扰）；（3）雷电引起的干扰；（4）（控制回路产生的干扰）；（5）高频辐射干扰。110KV以上变电所接地电阻应小于（0.5欧）。电流互感器的二次负担等于（电流互感器两端电压）与（电流互感器绕组内流过的电流）的比。允许式高频保护采用（相相）耦合通道，闭锁式高频保护采用（相地）耦合通道。同步发电机通常既发有功，也发无功。把既发有功，也发无功的运行状态称为（迟相）运行，把发有功，吸收无功的运行状态称为（进相）运行。发电机的输出功率是发电机电势、母线电压等的函数，有功功率数学描述：（）；无功功率数学描述：（）。E0*UE0*UXdΣsinδXdΣcosδ-Us2/XdΣ（集控站）是地调派出的基础操作维护机构，既是地调下属的一个远动终端，又具备对所辖厂站集中监控和信息汇总向地调发送的功能。采用（分层分布式）布置的变电站综合自动化系统包括控制层、变电站层及间隔层。调度中心和厂站之间交换的是实时信息，通常用远动装置传送。为了正确地传送信息，必须有一套关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。这套约定，称为（规约）。（远动）是应用通信技术，完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的总称。光纤通信是以（光波）为载体，以（光导纤维）作为传输媒体，将信号从一处传输到另一处的一种通信手段。发电机不完全纵差对定子绕组相间短路和（匝间短路）有保护作用，并能兼顾（分支开焊）故障。容量不大于50MW，额定电压为6.3KV的发电机接地电流允许值为（4A）；容量125--200MW，额定电压为13.8—15.75KV的非氢冷发电机接地电流允许值为（2A）；利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护不能作为（100%定子接地）保护，有死区。当接地故障发生在定子绕组距中性点a处，若发电机的相电势为E，则零序电压为（U0=-aE），接地点的故障电流是（3I0=-3aEωC∑）。失磁前发电机所带的有功功率P较越大，等有功阻抗圆越（小），失磁后电流（大）。当失磁发电机的纵轴同步电势Ed与系统电压Ux间的夹角δ等于静稳定极限角（90）时，发电机处于失去静态稳定的临界点。当发电机带有不对称负荷或系统中发生不对称故障时，在定子绕组中将有（负序电流），在发电机中产生（反向）的旋转磁场，于是在转子中产生倍频电流，引起附加损耗，导致转子过热。二判断（每题0.5分，对的画“√”，错的画“×”，共15分）220KV系统常规相间距离保护一段、零序电流保护一段都启动断路器失灵保护。×断路器非全相保护不启动断路器失灵保护。×电网频率变化对方向阻抗继电器动作特性有影响，可能导致保护区变化以及在某些情况下正、反向出口短路故障时失去方向性。√大电流接地系统发生三相短路的短路电流一定大于发生单相接地故障的故障电流。×WXB-11型微机保护的动作报告信息等内容存放在RAM中，因此在保护装置直流电源消失后，报告信息不会丢失。（错）线路微机保护在软件上有滤波功能，可以滤掉直流成分，因此零漂稍大不影响保护的计算。（对）在旁路断路器代送线路时，由于旁路断路器与线路断路器在并列过程中可能产生零序电流，应将线路和旁路的WXB-11型微机保护的零序各段停用。（错）WXB-11型微机保护中距离保护的电压求和自检在起动元件动作后停止，当程序进入振荡闭锁后恢复求和自检，但高频保护的求和自检在起动后停止，直到整组复归时才恢复。（对）LFP-901A型微机保护中纵联闭锁式方向保护通道检查回路在故障程序。（错）LFP-901A型微机保护与高频收发信机配合使用时，收发信机的远方起动回路应投入。（错）WXB-11型微机保护的高频保护不能实现故障的全过程中的选相跳闸，而CSL100型微机保护的高频保护可以实现了故障的全过程中的选相跳闸。（对）工频变化量距离继电器需要经振荡闭锁。（错）小电流接地系统，当频率降低时，过补偿和欠补偿都会引起中性点过电压（×）在小接地电流系统中，某处发生单相接地时，母线PT开口三角电压幅值大小与故障点距离母线的远近无关。（对）大电流接地系统单相接地故障时，故障相接地点处的U0与U2相等（×）振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角都随功角δ的变化而改变；而短路时，电流与电压之间的角度保持为功率因数角是基本不变的。（×）把三相不对称相量分解为正序、负序及零序三组对称分量时，其中正序分量和负序分量的计算式分别为：（对）B1=1/3(a2A+BB2=1/3(aA+B+a2C)相间距离继电器能够正确测量三相短路故障、两相短路接地、两相短路、单相接地故障的距离（×）接地故障时零序电流的分布，与一次系统零序阻抗的分布及发电机的开、停有关。（×）当功率因数角越小，电磁式电压互感器的角误差和幅值误差就越小。（×）方向横差保护存在相继动作区，同时在两相出口短路故障时存在动作死区。（×）自耦变压器零序保护的零序电流取自中性线上的电流互感器（错）与励磁涌流无关的变压器差动保护有：分侧差动保护、零序差动保护。（对）所谓微机变压器保护双重化指的是双套差动保护和一套后备保护。（错）采用单相重合闸的线路，宜增设由断路器位置继电器触点两两串联解除重合闸的附加回路。（对）小电流接地系统中，当A相经过渡电阻发生接地故障后，各相间电压发生变化。（错）发电机逆功率保护主要保护汽轮机。（对）发电机定子单相绕组在中性点附近接地时，机端三次谐波电压大于中性点三次谐波电压（对）发电机低频保护主要用于保护汽轮机，防止汽轮机叶片断裂事故。（对）发电机非全相保护是为了防止分相操作断路器出现非全相运行时，在发电机中流过负序电流而损坏发电机。所以对于配置有负序电流保护的发电机，可不必装设非全相保护。（错）三问答（每题4分，共36分）线路CT改线后，带负荷做零序电流方向保护的相量检查，在模拟A相接地后（即断开L线，接入S线）。试计算UAS、UBS、UCS、U0S、UNS的大小。在3U0反极性接线后，功率送出情况为+P+Q的情况下，通入各相电流功率方向元件的动作情况。答：（1）UAS=158v，UBS=87V，UCS=87V，U0S=100V，UNS=100V。（2分）（2）IA时动作IB时临界IC不动。（2分）WXB-11型微机保护中的CPU1、CPU2为什么设置辅助零序电流起动元件I04？答：保证单相经特大过渡电阻接地时零序四段可靠出口跳闸。由于装置的跳闸出口继电器的负电源受起动元件接点三取二回路控制，故在以特大过渡电阻接地时，CPU1、CPU2的相电流差突变量起动元件可能不起动，从而三取二回路无法开放。（2分）另外，如零序四段的整定时间大于CPU1、CPU2保护的整组复归时间，即使三取二回路能开放，但由于CPU1、CPU2在整组复归时间到达时即已将起动元件复归，而零序四段延时尚未到达，跳闸出口继电器仍得不到负电源。（1分）因此在CPU1、CPU2中均设置辅助零序电流起动元件。另外在CPU1、CPU2的振荡闭锁模块中判断整组复归的条件增加了连续4.5秒零序电流小于I04元件定值的条件，从而可防止CPU1、CPU2起动元件提前复归。（1分）怎样理解发电机比率制动式差动保护按照规程要求整定时，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定大于2。答：比率制动特性纵差保护需要整定以下三个参数：确定差动保护的最小动作电流。Iop.0=Krel*2*0.03Ign/na或者Iop.0=Krel*IunbKrel可靠系数，取1。5Ign发电机额定电流na变比Iunb发电机额定负荷，实测不平衡电流。一般取：0。3Ign/na确定制动特性的拐点B。Ires.0=0.8—1.0Ign/na按照最大外部短路电流差动保护不误动的条件，确定制动特性的C点。Iop.max=Krel*Iunb.maxKrel可靠系数，取1。3—1.5Iunb.max=Kap*Kcc*Ker*Ikmax/naKap非周分量系数取1。5--2KccCT同型系数取0。5Ker互感器变比误差取0。1Ikmax最大外部三相短路电流周期分量取Iop.max=Krel*Iunb.max按照以上整定：C点的最大制动系数Kres.max=0.15取0。3设机端最大短路电流为ImaxIop.max=Krel*Iunb.max=0.3Imax/na灵敏系数：K=（0。866*Imax/na）/Iop.max=2.89怎样理解变压器非电气量保护和电气量保护的出口继电器要分开设置？答：（1）反措要求要完善断路器失灵保护。（1分）（2）反措同时要求慢速返回的非电气量保护不能启动失灵保护。（1分）（3）变压器的差动保护等电气量保护和瓦斯保护合用出口，会造成瓦斯保护动作后启动失灵保护的问题，由于瓦斯保护的延时返回可能会造成失灵保护误动作。因此变压器非电气量保护和电气量保护的出口继电器要分开设置。（2分）何谓失磁保护的Ue-P元件？画出汽轮发电机和水轮发电机Ue-P元件的动作特性曲线？答：发电机的励磁电压是随有功功率大小改变的一个值，当负荷增大时，其励磁电压动作值也相应提高，，既为励磁电压—有功功率元件简称Ue-P元件。Ue-P元件的动作判据：Ue≤KPK=tgaa=arctg(XdΣUe0/SN)分析Y/Δ-5点接线三相变压器三相三继电器差动保护在区内两相短路和区外两相短路时差动保护的动作原理。某线路配置WXB—11型微机保护，电流回路接线正确，电压回路接线有如下问题：（1）PT二、三次没有分开，在开关场引入一颗N线；（2）在端子排上，CT开三角ULN与UL线短接。试分析该线路高频保护在反方向区外A相接地时的动作行为。答：（1）该高频保护将误动（1分）（2）接线正确时区外A相故障，Ua=Ua0Ub=Ub0Uc=Uc0Ua+Ub+Uc=Ua0+Ub0+Uc0=-Ua0接线错误时：区外A相故障，Ua=Ua0+UxyUb=Ub0+UxyUc=Uc0+UxyUa+Ub+Uc=Ua0+Ub0+Uc0+3Uxy=3U0-1。5*3U0*1。732=-Ua0-（-3*1.732Ua0）=1.6Ua0该自产3U0与接线正确时相反，因此在区外故障时11保护误动。（3分）怎样理解在220kV及以上电压等级变电所中，所有用于联接由开关场引入控制室继电保护设备的电流、电压和直流跳闸等可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电保护设备的二次回路，都应当采用带屏蔽层的控制电缆，且屏蔽层在开关场和控制室两端同时接地。答：（1）当控制电缆为母线暂态电流产生的磁通所包围时，在电缆的屏蔽层中将感应出屏蔽电流，由屏蔽电流产生的磁通，将抵销母线暂态电流产生的磁通对电缆芯线的影响，因此控制电缆要进行屏蔽。（1分）（2）为保证设备和人身的安全，避免一次电压的串入，同时减少干扰在二次电缆上的电压降，屏蔽层必须保证有接地点。（1分）(3)屏蔽层两端接地，可以降低由于地电位升产生的暂态感应电压。当雷电经避雷器注入地网，使变电所地网中的冲击电流增大时，将产生暂态的电位波动，同时地网的视在接地电阻也将暂时升高。（1分）当控制电缆在上述地电位升的附近敷设时，电缆电位将随地电位的波动。当屏蔽层只有一点接地时，在非接地端的导线对地将可能出现很高的暂态电压。实验证明：采用两端接地的屏蔽电缆，可以将暂态感应电压抑制为原值的l0％以下，是降低干扰电压的一种有效措施。（1分）由于选用了不适当的结合滤波器，当区外正方向故障时，本侧高频信号出现100HZ的收信间断，造成高频保护误动，为什么？屏蔽层两点接地后，当高压电网发生接地故障，接地电流通过变电所地网时，在该两接地点间的工频地电位差将形成纵向电压引入高频电缆回路。当收发信机直接以变量器线圈接到高频缆芯的接线方式时，因两接地点引入的工频地电位差在电缆回路中产生的工频电流，使所联接的高频变量器饱和，引起发信中断而造成高频闭锁式纵联保护的误动作。（3分）高频变量器是按高频的要求而设计和工作的，例如，对于50kHz的高频变量器，如果其允许最高工作电压为lkV则当通入50Hz工频电流时，其允许最高工作电压将只有1V。当系统发生接地故障，即使两接地点的工频地电位差只有几伏，也足以引起直接接入高频电缆回路中的高频变量器饱和。因此对于今后生产的收发信机与联接滤波器，应当规定将形成线路串谐滤波的电容器接到变量器与高频电缆缆芯之间，以形成对工频电流的抑制。不允许再直接以高频变量器直接接入高频电缆回路（1分）四计算（每题7分，共14分）1PMH型中阻抗比率制动型母差保护交流接线如图所示，其中:差回路阻抗Rc为100欧姆；RZ/2:制动电阻，其值固定为5.33欧姆；RG：工作电阻，其值为2欧姆；辅助变流器FLH变比为5：0.6；CLH变比nCLH为1：4。从辅助变流器一次侧测量L1线路交流回路直流电阻：A相：3.4Ω,B相：3.7Ω，C相3.4Ω。线路L1、L2的CT变比为600/5，线路对侧均为系统电源，当线路L1出口发生三相短路故障，L2线路提供的短路电流为12KA，若L1线路A相CT完全饱和，而此时装置差回路阻抗Rc由100欧姆降为50欧姆，试计算此时母差保护A相动作电压UG，制动电压UZ的大小，分析装置动作行为。解：1、母差保护感受的故障电流IL2=12000/120/5:0.6=12A；（1分）2、A相CT完全饱和，母差辅助变流器二次入视电阻R=3.4×(5:0.6)2=236欧姆；（2分）3、建立数学模型：（1分）236IC12A505.335.33差回路电流IC=12×(236+5.33)/(50+236+5.33)=9.94A；A相动作电压UG=9.94×4×2=79.52V；A相制动电压UZ=12×5.33+(12-9.94)×5.33=74.93V；因为UG>UZ，此时母差保护将发生区外误动。（3分）在完全纵差中有一相CT断路，为了查找哪相断线，采取轮流停止电流互感器二次电流进入差动保护回路的办法，即将各CT分别短路的办法，发现在短接电流互感器5和6二次线圈时，差动保护中性线电流增大1。732倍，试问：（5分）哪一回路断线？短接电流互感器1—4，对IN的大小有什么影响？答：（1）CT1二次回路断线短接CT1—3时，IN电流大小不变，短接CT4时IN等于0。五综合（10分）一条两侧均有电源的220KV线路（见下图），K点发生A相单相接地短路。两侧电源线路阻抗的标么值均已标注在图中，设正负序电抗相等，基准电压为230KV，基准容量为100MVA。计算出短路点的全电流（有名值）。计算流经M、N侧零序电流（有名值）。已知M侧电压互感器二次线圈，在开关场经氧化锌阀片接地，其击穿电压下降为40V。根据录波图分析Ua出现电压的原因。根据WXB-11微机保护打印报告分析高频保护动作行为。TIMEIAIBIC3I0UAUBUC-52.7-2.50.70.281.5-76.5-7.1-43.0-1.6-0.90.090.1-40.1-49.8-32.7-0.2-2.10.275.55.6-79.5-21.91.2-2.50.240.050.5-88.3-10.72.3-2.30.2-6.381.5-73.20-1.22.8-1.4-0.4-3078.2-72.01-10.12.1-0.9-9.6-4082.1-68.22-27.40.1-0.7-28.5-50.186.3-50.63-42.3-2.3-0.2-45.8-65.290.5-40.74-49.8-4.30.0-54.8-48.192.3-37.25-45.8-5.50.0-53.0-65.285.512.86-31.2-4.30.0-37.3-65.355.357.87-10.7-1.80.0-15.3-56.45.684.589.80.9-0.47.1-32.3-46.290.5925.43.0-0.525.1-0.1-85.171.51033.44.4-0.635.032.2-102.132.111