2025年高压电工考试题库：高压继电保护原理及案例分析试题

2025年高压电工考试题库：高压继电保护原理及案例分析试题考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填入括号内）1.电力系统发生故障时，要求继电保护装置尽快动作，将故障部分从系统中切除，以减少故障造成的损失，这体现了继电保护的（）原则。A.选择性B.快速性C.可靠性D.灵敏性2.在电力系统中，发生短路故障时，往往伴随着电流的（）和电压的（）。A.增大，降低B.降低，增大C.增大，不变D.降低，不变3.电流速断保护不能保护线路的全长，其保护区取决于（）。A.电源电压B.系统阻抗C.继电器动作时限D.线路长短4.限时电流速断保护通常作为电流速断保护的补充，其动作时限（）电流速断保护的时限。A.等于B.小于C.大于D.不确定5.过电流保护通常采用（）作为其基本构成元件。A.电压继电器B.电流继电器C.时间继电器D.中间继电器6.在中性点不接地的电力系统中，发生单相接地故障时，非故障相的电压会（）。A.等于零B.略有升高C.升高至线电压D.保持不变7.对于需要考虑电源方向的保护，如方向过电流保护，通常使用（）来判断功率方向。A.电流互感器B.电压互感器C.方向继电器D.时间继电器8.继电保护装置中，用于将输入信号放大并驱动执行元件动作的继电器是（）。A.感应型继电器B.中间继电器C.信号继电器D.时间继电器9.在继电保护装置中，用于反映故障是否发生的元件是（）。A.电流元件B.电压元件C.时间元件D.方向元件10.整定继电保护时，要求在系统发生区内故障时，保护装置具有足够的灵敏度，即其测量元件的启动值应（）故障时的最小故障电流。A.大于B.小于C.等于D.不确定二、判断题（请将“正确”或“错误”填入括号内）1.继电保护装置的动作时限是指从故障发生到保护装置发出动作信号的时间间隔。（）2.电流继电器线圈中通过的电流达到其整定值时，继电器即动作。（）3.过电流保护的动作时限一般整定为0.5秒。（）4.零序电流保护是用于反映电力系统发生接地故障的保护。（）5.继电保护装置的返回系数越大，其灵敏度越高。（）6.继电保护装置应具有选择性，即只将故障设备或线路切除，不影响系统其他部分正常运行。（）7.微机保护装置比传统继电器保护装置具有更高的可靠性和灵活性。（）8.继电保护装置的定值整定一般每年需要进行一次。（）9.在双电源线路中，为了防止反向供电，通常会装设方向保护。（）10.继电保护装置的屏柜内，各继电器之间以及与二次回路之间的接线都应牢固可靠。（）三、填空题（请将正确答案填入横线上）1.继电保护装置应满足______、______、______和______四个基本要求。2.电流速断保护通常保护线路的______，其动作时限______。3.限时电流速断保护通常保护线路的______，其动作时限______过电流保护的时限。4.对于中性点接地的电力系统，发生单相接地故障时，故障点电流的大小近似等于系统的______。5.继电保护装置中，______元件用于测量输入量，如电流、电压等；______元件用于实现延时动作；______元件用于执行输出任务。6.继电器的______是指使其动作的输入量（如电流）达到整定值，继电器动作；当输入量降低到整定值以下时，继电器返回到原始状态。7.整定电流是指电流继电器______线圈的电流达到其整定值时，继电器动作的电流。8.灵敏度是衡量继电保护装置对故障反应能力的一个指标，通常用______的比值来表示。9.微机保护装置通常采用______计算机技术，通过软件实现对电力系统故障的判断和处理。10.继电保护装置的______是指当被保护对象外部发生故障时，保护装置不应动作。四、简答题1.简述电流速断保护和过电流保护的区别。2.什么是继电保护装置的选择性？实现选择性的基本原则是什么？3.简述电力系统发生单相接地故障时，在中性点不接地系统中可能出现的现象。4.继电保护装置中常用的继电器有哪些？简述它们的作用。5.什么是继电保护装置的整定？整定计算需要考虑哪些因素？五、计算题1.某线路AB的末端发生金属性短路故障，故障电流为10kA。已知线路AB的额定电压为110kV，线路长度为60km。现要求该线路AB上的电流速断保护动作时限为0.1秒，系统允许的电流速断保护最大保护范围（即保护范围与线路全长的比值）为0.6。试计算该电流速断保护的整定电流应是多少？（假设系统阻抗角为70°，并忽略线路阻抗角与系统阻抗角差异对计算的影响）2.某线路装设有三段式过电流保护，I段保护动作时限为0.5秒，II段保护动作时限为1.0秒，III段保护动作时限为1.5秒。已知相邻下一线路的过电流保护III段动作时限为1.3秒。试分析当本线路发生故障时，各段保护的动作行为（是否能够有选择性动作）。六、分析题1.某变电站10kV出线线路L1上装设了电流速断保护和过电流保护。某日，线路L1发生A相接地故障，保护动作，断路器跳闸，但检查发现是B相和C相的断路器跳闸了。请分析可能的原因是什么？2.某双电源线路AB，A侧电源点为P1，B侧电源点为P2。在线路AB上装设了方向过电流保护。已知A侧线路L1靠近P1点装设了方向过电流保护，B侧线路L2靠近P2点也装设了方向过电流保护。当线路L1靠近P1的区段发生相间短路故障时，要求保护动作并跳开L1上的断路器，同时应防止故障电流经L2流向故障点。请简述A侧和B侧方向过电流保护的接线方式和功率方向判别原则应如何设置才能满足要求？分析如果设置不当（如方向错误或接线错误）可能导致什么后果？试卷答案一、选择题1.B解析：快速性是指保护装置应尽快动作，将故障切除，以减少故障时间和损失。2.A解析：短路故障时，线路阻抗减小，根据欧姆定律，流过短路点的电流会急剧增大；同时，系统电压源电压相对较高，而短路点电压接近零，因此线路电压会显著降低。3.B解析：电流速断保护的保护区受系统阻抗限制，电源离故障点越近，系统阻抗越小，保护区越长，反之则越短。4.C解析：为了在保证选择性的前提下尽快切除故障，限时电流速断保护的动作时限必须大于下一级相邻线路相应保护的动作时限，通常大于电流速断保护的时限。5.B解析：过电流保护的核心元件是电流继电器，当线路电流超过预定整定值时，电流继电器动作，启动后续逻辑。6.B解析：在中性点不接地的系统中，单相接地故障时，非故障相电压会因电容分压作用而升高，理论上升高到线电压。7.C解析：方向过电流保护需要判断故障功率方向，以确定故障是发生在本线路还是下一线路，需要使用方向继电器（或带有方向功能的元件）来判别。8.B解析：中间继电器在保护装置中起信号放大、传递或自锁、自复等作用，用于驱动执行元件（如断路器分合闸线圈）。9.A解析：电流元件或电压元件是继电保护装置的测量元件，用于检测被保护对象是否发生故障（即测量值是否超过整定值）。10.A解析：灵敏度的要求是保护装置在系统发生区内故障时，其测量元件的启动值必须小于故障时的最小故障电流，以保证能够可靠动作。二、判断题1.错误解析：继电保护装置的动作时限是指从故障发生（或故障特征量达到启动值）到保护装置发出动作信号（或跳闸命令）的时间间隔。2.正确解析：电流继电器的动作条件是其线圈中通过的电流达到或超过其整定值。3.错误解析：过电流保护的动作时限根据保护层级和选择性要求确定，范围较广，常见的有1秒、0.5秒、3秒等，0.5秒只是其中一种可能。4.正确解析：零序电流保护是利用故障点产生零序电流（接地电流）的原理来实现的，用于反映电力系统发生接地故障。5.错误解析：继电保护装置的返回系数是指继电器返回电流与其动作电流的比值。返回系数越小，说明继电器返回电流越小，越容易返回，非线性度越小，通常认为灵敏度与返回系数成反比关系，但更准确地说，高返回系数意味着特性更线性，抗干扰能力可能更强，但不能简单地说返回系数越大灵敏度越高，需结合具体继电器类型。6.正确解析：选择性是继电保护的基本要求，指故障发生时，只有故障设备或线路的保护装置动作，而系统其他部分正常运行。7.正确解析：微机保护装置采用数字电路和计算机技术，可以实现复杂的保护算法、自检功能、事件记录、通信功能等，相比传统模拟继电器，具有更高的可靠性、灵活性、易维护性和功能强大的优点。8.错误解析：继电保护装置的定值整定需要根据系统运行方式、设备参数、保护配置等因素进行，并非固定每年一次，系统运行方式或设备参数变化时都需要重新校验和调整定值。9.正确解析：在双电源线路中，为了防止故障线路的故障电流通过非故障电源点反向流向系统或其他区域，造成不必要的损失或影响其他电源点的正常运行，通常会装设方向保护。10.正确解析：继电保护屏柜内接线复杂，涉及多台继电器和二次回路，接线的牢固可靠性直接关系到保护装置能否正确、可靠地动作，是保证系统安全运行的基础。三、填空题1.选择性，快速性，可靠性，灵敏性解析：这是衡量继电保护装置性能的四个基本标准。2.线路首端（或近电源端），很小（或瞬时）解析：电流速断保护利用线路阻抗最小，故障点离电源最近的特点，动作最快，但保护范围有限，通常只到线路首端附近。3.线路中段，大于解析：限时电流速断保护的保护范围介于电流速断保护和过电流保护之间，通常覆盖线路中段，其动作时限必须大于下一级保护的动作时限，以保证选择性。4.相电压解析：在中性点接地系统中，单相接地故障时，故障电流（接地电流）近似等于相电压除以线路对地总电容。5.测量，延时，执行解析：典型的保护装置由测量元件、逻辑（或时限）元件和执行元件组成，分别完成测量、判断和动作任务。6.动作，返回解析：定义了继电器的基本工作特性，即输入量达到一定值时动作，输入量降低到一定程度时返回。7.动作解析：整定电流是针对继电器动作线圈而言的，指使其动作所需的电流值。8.测量元件启动值，最小故障电流解析：灵敏度的定义是这两个值的比值，反映了保护对微小故障电流的检测能力。9.数字解析：微机保护装置的核心是数字处理器（CPU），采用数字电路和软件技术来实现保护功能。10.外部故障，不误动解析：不误动是选择性的具体体现之一，即保证在系统未发生故障时（如外部故障或正常运行），保护装置不应发出动作信号。四、简答题1.电流速断保护和过电流保护的区别在于：*保护范围：电流速断保护通常只保护线路的一部分（靠近电源端），保护范围与线路全长相等或较小；过电流保护可以保护线路全长。*动作时限：电流速断保护无延时或延时极短（瞬时动作）；过电流保护有明确的动作时限，且动作时限随着保护安装点的距离电源的远近而增加（阶梯原则）。*灵敏度：电流速断保护灵敏度相对较低，只反应较大故障电流；过电流保护灵敏度要求较高，需要能反应较小故障电流。*保护对象：电流速断保护主要用于反应短路故障；过电流保护除了反应短路故障，有时也用于反应长时间过负荷。2.继电保护装置的选择性是指当电力系统发生故障时，只有靠近故障点的保护装置动作，将故障设备或线路切除，而系统其他部分（非故障设备或线路）的保护装置不动作，系统保持正常运行的能力。实现选择性的基本原则是：*时间选择性：利用不同线路或设备保护的动作时限不同来保证选择性。例如，靠近电源侧的保护动作时限整定得长一些，远离电源侧的保护动作时限整定得短一些，当故障发生时，离故障点最近的保护最先动作。*功率方向选择性：利用功率方向继电器，只在故障功率方向正确的保护装置动作，而功率方向错误的保护装置不动作，来保证选择性。这在电网中存在方向性的保护（如方向过电流保护、距离保护）中尤为重要。3.在中性点不接地的电力系统中，发生单相接地故障时可能出现的现象有：*非故障相电压升高：由于线路对地存在分布电容，故障相接地后，故障点的零序电流在系统中流动，导致非故障相对地电压升高，理论上升高到线电压。*故障相电流：故障点的接地电流（零序电流）流过故障相，该电流大小取决于系统的分布参数和接地方式。*持续运行：在规定范围内（一般允许持续运行1-2小时，具体取决于系统电压等级和规程），单相接地故障允许继续运行，因为非故障相对地电压虽高，但相间电压仍对称，可继续供电。*可能产生过电压：在间歇性弧光接地时，可能产生间歇性过电压。*可能导致绝缘损坏：如果故障点存在过渡电阻或长期运行，或系统存在其他缺陷，可能发展为相间短路或导致设备绝缘损坏。4.继电保护装置中常用的继电器及其作用有：*电流继电器：用于测量电路中的电流，当电流达到整定值时动作，作为启动元件。*电压继电器：用于测量电路中的电压，当电压达到整定值时动作，作为启动元件。*时间继电器：用于实现延时动作，当接收到的启动信号后，经过整定的时间延迟后再发出动作信号，用于实现带时限的保护。*中间继电器：用于信号放大、传递、自锁、自复或增加触点数量，增强保护的可靠性和灵活性。*信号继电器：用于发出保护动作的信号，通常有掉牌式（需要手动复归）和灯光式（自动复归）。*方向继电器（或功率方向继电器）：用于判断故障功率方向，确保只有功率方向正确的保护装置动作，用于实现方向性保护。5.继电保护装置的定值整定是指根据被保护线路或设备的参数、系统运行方式、相邻线路保护配置以及相关规程要求，计算和确定保护装置中各继电器（如电流继电器、电压继电器等）的整定值（如动作电流、动作电压、动作时限等）的过程。整定计算需要考虑的主要因素有：*故障电流水平：包括正常运行时的最大负荷电流、系统最小运行方式下的最大接地电流或相间短路电流等，以保证保护在负荷电流下不误动。*故障类型和地点：考虑系统可能发生的最大故障类型（相间短路、单相接地等）和最严重故障地点（靠近保护安装点）的故障电流，以保证保护的灵敏度和选择性。*保护选择性：确保相邻下一线路或设备发生故障时，本线路的保护不会误动，动作时限配合满足阶梯原则。*系统运行方式：系统运行方式（如正常运行、检修切换、不同电源并列或孤网运行等）变化时，故障电流水平会变化，定值需相应调整。*保护装置和元件特性：考虑继电器的实际动作特性（如返回系数、动作时间误差等）。*相关规程规范：遵循国家和行业颁布的继电保护整定计算规程和标准。五、计算题1.解：*电流速断保护的动作电流Iop_I级需大于线路末端（靠近B点）发生金属性短路时的最小短路电流Imin_k。*Iop_I级≥Imin_k*Imin_k=U/Zs_line*其中，U为系统额定电压，Zs_line为线路阻抗。通常计算时用额定电压近似代替，阻抗用线路单位长度阻抗乘以线路长度表示，但题目未给出线路阻抗角和单位阻抗，且提示忽略阻抗角影响，可简化计算。更常用的简化计算方法是，假设电流速断保护的动作电流按系统最小运行方式下，线路末端（或本线路末端）三相短路电流的1.2-1.5倍整定。但题目明确要求计算，且给了系统阻抗角，暗示可能需要更精确计算。*通常Imin_k=(U_line/sqrt(3))/Zs_min，其中Zs_min为系统最小运行方式下的总阻抗。题目未给Zs_min。*另一种可能的理解：题目可能隐含了系统阻抗或允许的最小保护区对应的阻抗信息。或者，如果假设系统阻抗角为70°，且题目暗示忽略差异，则可用相电压Uph=U_line/sqrt(3)计算。*基于题目给的信息，最可能的简化模型是：Iop_I级≈(Uph/Zs_line)*(0.6/L)*L=(Uph/Zs_line)*0.6（如果假设保护范围与线路长度成正比，且最小故障电流与最小阻抗成正比，L=60km）*Uph=110kV/sqrt(3)≈63.5kV*Zs_line=?（未知）*假设题目意图是让考生用简化公式：Iop_I级≈K*(Uph/Zs_line)=K*(63.5kV/Zs_line)*但题目没有给出K（倍数）和Zs_line。如果必须计算，可能需要假设一个Zs_line值或K值。例如，如果假设Zs_line约为0.1欧姆/km（这是一个典型值，但题目未给），L=60km，则Zs_line≈6Ω。*Iop_I级≈K*(63.5kV/6Ω)*题目要求动作时限0.1s，系统允许最大保护范围0.6，这两个条件似乎与计算电流无关。*重新审视题目描述："系统允许的电流速断保护最大保护范围（即保护范围与线路全长的比值）为0.6"。这意味着在最小故障电流条件下，保护能覆盖线路长度的60%。*假设最小故障电流与线路阻抗成正比：Imin∝1/Zline。保护范围长度L_pro=L*0.6。*Iop_I级≥Imin_k_at(L_pro)*Imin_k_at(L_pro)∝1/Zline(L_pro)=1/(Zline*0.6)*Iop_I级≥K*(63.5kV/(Zline*0.6))*题目未给Zline和K，无法直接精确计算。*可能的简化思路：如果认为最小故障电流与线路阻抗近似成反比，且简化认为Iop_I级≈K*(Uph/Zline)，那么保护范围长度与最小故障电流成反比。要覆盖60%长度，电流需是覆盖100%长度时的1/(0.6)倍。*Iop_I级≈K*(63.5kV/Zline)=Imin_at(100%L)*要求覆盖60%L，则Imin_at(60%L)=Imin_at(100%L)/0.6*所以Iop_I级≥Imin_at(60%L)=(K*(63.5kV/Zline))/0.6=(1.667*K*(63.5kV/Zline))*结论：由于缺少关键参数（系统阻抗Zs_line或线路单位阻抗、电流计算倍数K），无法完成精确计算。在标准考试中，此类题目通常会给出足够的信息。此处按标准公式Iop=K*(Uph/Zline)，但无法代入数值。若必须给出一个形式答案，则为：Iop_I级≥K*(63.5kV/Zs_line)（其中K值需根据系统具体情况和规程确定，可能在1.2-1.5之间）2.解：*根据动作时限的阶梯原则，当本线路L1发生故障时：*L1的I段保护（0.5s）会最先动作，如果其灵敏度和选择性满足要求，将跳开L1的断路器。*如果I段保护因灵敏度不足或故障发生在保护区末端而未动作，则L1的II段保护（1.0s）会动作。*如果I段和II段保护均未动作（例如故障发生在L1靠近下一线路的区段，或系统运行方式导致故障电流太小），则L1的III段保护（1.5s）会动作。*L1的III段保护的动作时限（1.5s）大于相邻下一线路的III段保护的动作时限（1.3s）。这意味着，如果L1的III段保护动作，它也可能误动到下一线路。*分析各段保护的动作行为：*L1的I段保护：动作时限最短（0.5s），应优先考虑动作。如果它能可靠、灵敏地切除故障，且其动作时限大于下一线路对应保护的动作时限（1.3s），则保证了选择性。如果故障点在L1靠近下一线路处，I段保护可能无保护区或保护区很小，此时可能需要依靠II段或III段。*L1的II段保护：动作时限为1.0s，应在其相邻下一线路I段保护动作时限（0.5s）之后动作。如果故障点在L1靠近电源端，I段保护未动作，而II段保护能可靠动作，且其动作时限（1.0s）大于下一线路的II段保护动作时限，则选择性得到保证。如果故障点在L1末端靠近下一线路，II段保护可能无保护区或保护区很小。*L1的III段保护：动作时限最长（1.5s），作为后备保护。其动作时限（1.5s）大于下一线路的III段保护动作时限（1.3s）。这意味着，当L1的III段保护动作时，存在将故障电流通过下一线路断路器切除的可能性，即存在无选择性动作（或称为越级动作）的风险。如果下一线路在1.3秒内没有故障，其III段保护应能可靠不动作，断路器保持闭合。*总结：L1的保护配置满足选择性要求的前提是：*L1的I段保护能在其保护范围内、在0.5秒内可靠动作，且其动作时限大于下一线路的I段保护时限。*L1的II段保护能在其保护范围内、在1.0秒内可靠动作，且其动作时限大于下一线路的II段保护时限。*L1的III段保护虽然动作时限（1.5s）大于下一线路的III段保护（1.3s），但在实际运行中，如果下一线路无故障，其III段保护不应动作，因此L1的III段保护动作时，仍能将故障切除（虽然可能不是最经济的方案），风险主要在于可能引起下一线路断路器误跳。如果题目仅问动作行为，则III段保护理论上会动作，但实际运行中可能由上一级或本线路更靠近故障点的保护先动作。六、分析题1.分析原因：*保护误动（误跳）：*A相保护误动：如果是A相接地故障，但A相保护装置本身发生故障（如电流互感器二次开路或短路、A相电流元件卡滞、A相电压元件误动、逻辑回路错误等），导致其错误判断故障并发出跳闸命令，同时可能通过出口中间继电器或跳闸线圈回路影响B相和C相的跳闸回路，导致B、C相断路器跳闸。（最可能）*直流系统故障：变电站直流电源系统（如母线电压异常、某条直流馈线故障）瞬间出现异常，导致多台断路器的跳闸回路同时失去电源或受到干扰，引起非故障相断路器跳闸。*保护配合不当：如果线路L1的保护与相邻线路或主变保护之间配合存在设计缺陷或整定不当，可能发生越级动作或连锁跳闸。*操作错误：如果误操作了与断路器跳闸相关的其他开关或按钮。*断路器拒合（或保护拒动导致断路器实际未跳，但显示跳闸）：虽然是B、C相跳闸，但如果是A相保护因故拒动，故障持续，可能烧毁设备。如果断路器本身B相或C相拒合，而A相保护动作（或拒动但未影响其他相），可能导致系统进一步不正常运行。但题目描述是“跳闸了”，更倾向于保护动作导致。*选择性原则破坏：如果是保护选择性原则被破坏，例如本应