2025年高压电工考试题库：高压继电保护原理高级案例分析试题

2025年高压电工考试题库：高压继电保护原理高级案例分析试题考试时间：______分钟总分：______分姓名：______试题一某220kV双回线线路，线路正序阻抗为0.4Ω/km，零序阻抗为1.6Ω/km。线路AB段和BC段长度分别为100km和100km。系统在正常运行时，A点母线电压为220kV，B点、C点母线电压分别为215kV和210kV。线路AB段和BC段分别配置了微机距离保护（整定计算不考虑过渡电阻影响），距离保护I、II、III段整定时间分别为0.1s、0.5s、1.5s。当线路BC段靠近C端发生金属性相间短路时，试分析：1.若BC段距离保护III段正确动作，请计算其动作电流和动作阻抗的整定值应如何整定？2.请分析此时AB段距离保护是否会误动？说明理由。3.若在上述短路故障发生瞬间，由于运行人员误操作，将线路AB段断路器（位于A母线侧）分闸，请再次分析AB段和BC段距离保护的动作行为，并说明可能的原因。试题二某110kV变压器（YNd11接线，容量100MVA，阻抗电压Uk%=10.5），连接在110kVAB母线上，其高压侧（110kV侧）配置了差动保护、复合电压闭锁过流保护。系统在正常运行时，AB母线电压为110kV。已知差动保护采用比率制动特性，差动电流定值为变压器额定电流的1.2倍，制动电流取流入变压器两侧电流的较大值。复合电压闭锁过流保护的动作电流按系统最低运行电压、保证灵敏度和躲过最大负荷电流整定，动作时限为1.0s。1.请计算差动保护的动作电流定值。2.假设变压器高压侧发生金属性匝间短路，短路电流为2000A，请分析差动保护是否会可靠动作？说明理由，并简要说明比率制动特性在此处的体现。3.假设变压器低压侧（39kV侧）发生金属性接地故障，导致变压器高压侧流过零序电流100A，同时AB母线电压降为95kV。请分析此时变压器高压侧复合电压闭锁过流保护是否会动作？说明理由。试题三某330kV线路采用分相电流差动保护。正常运行时，线路三相对地电压平衡，流过差动继电器的电流基本为零。当线路靠近A端发生A相瞬时性单相接地故障时：1.简述分相电流差动保护在这种情况下的工作情况。2.如果故障发生后，保护装置正确发出A相跳闸指令，但在跳闸过程中，由于继电器触点粘连或断路器拒动，导致A相未能实际跳闸，而B、C相跳闸继电器正常工作并发出跳闸指令，引起B、C相断路器错误跳闸。请分析可能的原因，并说明这种情况对电力系统可能造成的影响。试题四某发电厂发电机出口配置了差动保护和失磁保护。正常运行时，发电机输出有功功率100MW，无功功率50MVar。当发电机由于励磁回路故障失去励磁时：1.简述发电机失磁保护的原理及其主要功能。2.如果发电机失磁后，失磁保护正确发出跳闸指令，但由于操作人员误操作或系统联动逻辑问题，导致发电机被错误地切除，同时连接的母线电压剧烈波动，对系统稳定运行造成威胁。请分析可能的原因，并探讨防止此类事故发生的措施。试题五某600kV枢纽变电站，母线配置了微机母线差动保护。正常运行时，母线流入流出电流平衡。当母线发生区外故障（例如，连接线路C发生相间短路）时，差动保护应可靠不动作。请分析母线差动保护在区外故障时不应动作的基本原理。如果在实际运行中，该母线差动保护在区外故障时错误地发出了母线跳闸指令，可能的原因有哪些？请至少列举三种。试卷答案试题一1.动作电流整定值：Iop=1.2*(S_n/(√3*U_n))=1.2*(100MVA/(√3*220kV))≈3086A。动作阻抗整定值：Zop_I=(0.4Ω/km*100km)/(1.0)=40Ω。（注意：此处简化计算，实际整定需考虑与相邻线路或下一级保护的配合，可能需要采用纯阻整定或略带弧光校正的整定，并设置可靠系数。假设题目要求简化计算，采用纯阻整定。）动作阻抗整定值（考虑可靠系数k_r，取1.2）：Zop=Zop_I/k_r=40Ω/1.2≈33.3Ω。（更精确的整定是按III段末端故障有足够灵敏度考虑，即Zop>=Z_line/k_sensitivity，k_sensitivity通常取1.5~2，则Zop>=40Ω/1.5=26.7Ω，取30Ω或与相邻配合确定，这里按题意简化）2.AB段距离保护可能误动。理由：BC段发生短路，导致B点电压下降，故障电流流过AB线路。AB段距离保护III段动作阻抗整定值（如取30Ω）大于正常运行时A到B的阻抗（|Z_A-B|=|Z_AB|=0.4*100=40Ω，考虑A点电压215kV，B点电压215kV-线路电压降，实际阻抗略小于40Ω，但按题意简化计算）。因此，流过AB段III段的测量阻抗可能达到或超过其整定值，导致其误动。同时，由于故障发生在BC段，AB段距离保护I、II段（若按简化整定，如Zop_I=40Ω/1.2=33.3Ω，Zop_II=80Ω/1.2=66.7Ω）的测量阻抗通常也小于整定值，不会动作。但若按区外故障原则整定，即整定值大于正常运行阻抗，则AB段III段可能不误动。此处按简化计算，认为可能误动。3.AB段距离保护可能误动，BC段距离保护可能拒动或正确动作。理由：AB段断路器分闸后，故障线路BC变为单电源线路向故障点输送电流。此时，故障点电压更低，流过AB段线路的电流（从A流向故障点）会增大，其测量阻抗会发生变化。如果AB段距离保护III段按上述计算的较低值（如30Ω）整定，且此时测量阻抗达到该值，则可能误动。同时，由于故障线路被切除，BC段故障电流大幅减小，其距离保护（特别是灵敏段）可能因电流太小而灵敏度不足，导致拒动。如果BC段距离保护III段整定值较大，或者故障点距离B端较近，测量阻抗仍可能低于整定值，也可能拒动。只有当故障点靠近B端且测量阻抗足够低时，BC段距离保护才可能正确动作。试题二1.差动保护动作电流定值：Iop_diff=1.2*(S_n/(√3*U_n))=1.2*(100MVA/(√3*110kV))≈4959A。（实际应用中，还需考虑CT变比、可靠系数等因素，此处按简化计算。）2.差动保护会可靠动作。理由：变压器发生匝间短路，差动保护反映的是变压器两侧电流的差值。匝间短路会导致短路电流在变压器内部环流增大，同时高压侧会流过较大的差动电流。由于差动保护采用比率制动特性，其动作电流Iop(ratio)与制动电流Ibrake有关，通常Iop(ratio)=k*Ibrake+Iop(base)。当差动电流达到动作电流定值Iop_diff时，制动电流Ibrake也必然很大（通常大于差动电流的一半）。在此情况下，比率制动部分的电流定值k*Ibrake会显著增大，使得总动作电流Iop(ratio)远大于差动电流Iop_diff。因此，即使差动电流为2000A，由于强大的制动作用，差动保护也不会误动，能够可靠动作。3.复合电压闭锁过流保护可能动作。理由：首先计算过流保护动作电流整定值。按躲过最大负荷电流整定，假设最大负荷电流为I_load_max。按灵敏度校验，最小运行方式下变压器低压侧金属性接地故障时，高压侧零序电流为I_fault=(U_n/Z_line)=(110kV/1.6Ω/km*100km)=6875A。动作电流应大于负荷电流且大于故障时的零序电流，即Iop=max(1.2*I_load_max,6875A)。假设负荷电流远小于6875A，则Iop≈6875A*1.2=8250A。复合电压闭锁条件是电压低于整定值（如Uop=0.9*U_n=0.9*110kV=99kV），且过流元件动作。此时AB母线电压降为95kV，低于99kV，满足复合电压条件。同时，流过变压器的零序电流为100A，如果此电流大于过流保护定值8250A，则过流元件不动作；但如果考虑是靠近变压器出口的接地，流过变压器的零序电流可能远大于100A，或者CT饱和等因素导致测量值小于实际值，且保护可能采用零序电流滤过器等。假设零序电流I_opZO确实达到了定值8250A（例如CT变比和饱和效应刚好满足），并且复合电压条件满足，那么复合电压闭锁过流保护会动作。试题三1.分相电流差动保护检测到A相电流差（A相流入电流与流出电流之差）由于故障而增大，达到或超过其整定定值，并满足其他启动条件（如电压平衡、差动电流滤波等），从而发出A相跳闸指令。对于瞬时性接地故障，故障电流在故障点会通过大地形成回路。由于线路是分相架设，故障相（A相）的电流通过故障点流入大地，非故障相（B、C相）电流基本不受影响。因此，流过差动继电器的A相差动电流会显著增大，而B、C相差动电流接近于零。差动保护根据A相差动电流的大小判断A相发生故障，并只跳闸A相。2.可能的原因：*继电器故障：A相跳闸继电器因内部元件故障未能发出跳闸指令，但逻辑回路正常；或者B、C相跳闸继电器因干扰或内部元件故障错误地发出了跳闸指令。*通讯或回路故障：跳闸指令的传输回路（硬接线或通讯通道）在A相侧断线，导致指令无法传输；或者在B、C相侧出现短路将指令误发。*断路器控制回路故障：A相断路器跳闸线圈故障或断线，无法跳闸；而B、C相断路器控制回路因误操作或故障导致错误跳闸。*系统联动逻辑错误：在某些复杂的保护或安全自动装置中，若逻辑设计存在缺陷，可能错误地解读故障信息或保护状态，导致错误跳闸。可能造成的影响：*短路故障点（A相）未被切除，可能继续发展，扩大事故范围。*非故障线路（B、C相）被错误切除，造成不必要的停电，影响电网供电可靠性。*系统失去部分线路或负荷，可能导致电压波动、潮流重新分布，甚至引发系统稳定问题。*如果是重要输电线路或枢纽变电站母线被错误切除，可能造成区域性大面积停电。试题四1.发电机失磁保护原理：发电机失去励磁后，其电势（主要是励磁产生的直流分量）大幅下降，功率因数急剧下降（通常低于0.2），定子电流急剧增大（可能达到额定电流的数倍），并可能出现功角摆动甚至失步。失磁保护通过检测发电机电压（或励磁电压/电流）、功率因数（或无功功率）、定子电流等参数的显著变化，来判断发电机是否失磁，并发出跳闸或告警信号。主要功能：防止发电机因失磁在短时间内过流、过热而损坏；防止失磁发电机失步后对系统造成冲击和扰动，影响系统稳定。2.可能的原因：*保护定值整定不当：失磁保护的定值（如失磁判据的电压、电流、功率因数阈值）整定得过低，在发电机轻微失磁或系统扰动时误动；或定值过高，导致严重失磁时拒动。*保护装置自身故障：保护装置内部元件损坏、软件bug、通讯故障等，导致无法正确检测失磁状态或正确发出跳闸指令。*操作人员误操作：在发电机失磁但尚未导致系统严重扰动时，错误地执行了跳闸指令；或者在系统正常时错误地执行了灭磁或跳闸操作。*系统自动装置逻辑错误：与失磁保护相关的系统稳定控制系统或自动装置逻辑设计不当，