2025年高压电工高压设备操作考试：继电保护原理问题与解答试题

2025年高压电工高压设备操作考试：继电保护原理问题与解答试题考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简答题1.简述电力系统中继电保护装置的主要任务。2.试述电流保护中，限时电流速断保护和过电流保护在保护范围和动作时限上有什么区别？3.电流互感器（CT）在继电保护回路中主要起到什么作用？使用时需要注意哪些原则？4.在中性点不接地的电力系统中，发生单相接地故障时，非故障相的电压会发生什么变化？零序电流如何产生？5.什么是继电保护的“选择性”？实现选择性的基本原则是什么？二、分析题6.某线路采用三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护。试分析当线路发生靠近电源侧的瞬时性故障时，这三段保护中的哪一段会动作，为什么？其动作后对系统有何影响？7.在图1所示的单电源辐射形电网中，若在线路L2上装设了方向过电流保护（设保护安装处为M点，方向指向负荷侧）。试分析当在L2上发生A相接地故障时，M点的方向过电流保护是否会动作？请说明理由。（此处仅为文字描述，无需绘制图纸，请考生根据文字描述进行想象和分析）8.运行人员发现某变电站某线路的继电保护装置发出“交流电源异常”信号，请问可能的原因有哪些？处理时应注意哪些安全事项？三、计算题9.某输电线路L，长度为100km，采用钢芯铝绞线，线路单位阻抗为0.4Ω/km。系统基准电压为110kV。在线路末端（K点）发生三相短路故障时，短路电流为2000A。若要求该线路的限时电流速断保护动作时限为0.5s，可靠系数取1.25，返回系数取0.85。试计算该保护的瞬时动作电流整定值。（提示：需先计算K点的短路电压，再反推保护安装处的短路电流，最后根据可靠系数确定动作电流）四、论述题10.阐述在高压电力系统中，继电保护装置的可靠性、灵敏性、速动性和选择性之间可能存在的矛盾，以及在实际整定和运行中如何权衡这些要求。试卷答案一、简答题1.继电保护装置的主要任务是在电力系统发生故障或异常运行状态时，迅速、有选择性地切除故障部分，或者发出信号，通知运行人员处理，以尽量减少故障对系统及其设备造成的损害，保证无故障部分继续运行，维持电力系统的安全稳定。2.限时电流速断保护的动作电流整定值通常大于本线路的尖峰负荷电流，其保护范围为本线路的一部分（通常靠近电源侧），动作时限固定，一般为0.5秒或1秒。过电流保护的动作电流整定值一般按大于本线路的额定电流或最大负荷电流整定，其保护范围包括本线路和相邻下一线路的一部分，动作时限与线路的长度（或距离）成比例，一般为1.5秒、2秒或更长。3.电流互感器（CT）的主要作用是将系统中的大电流按照一定的比例转换成适合继电保护装置测量和动作的小电流。使用时需要注意：一次侧额定电流应满足系统要求；二次侧额定电流通常为5A或1A；准确级应满足保护要求；接线正确，极性不能接反；二次侧必须可靠接地，且不允许开路。4.中性点不接地的电力系统中，发生单相接地故障时，非故障相的电压会升高，理论上升高到线电压。此时，故障相对地电压接近于零。故障点会产生电容性接地电流，非故障相会产生感性电压升高，形成零序电流，其路径为从非故障相经故障点、故障线路的接地装置（或绝缘子泄漏）回到大地，再经大地回到其他两非故障相。5.继电保护的“选择性”是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应只切除故障部分，保证无故障部分继续运行。实现选择性的基本原则是在保证灵敏度和可靠性的前提下，优先保证近故障点处的保护优先动作，从而有选择地切除故障。二、分析题6.当线路发生靠近电源侧的瞬时性故障时，电流通常很大。此时，线路上的瞬时电流速断保护因其整定值较低（通常按躲过线路末端短路的最大瞬时电流整定），且动作时限为零，会最先、无选择性地动作，并将故障线路切除。限时电流速断保护和过电流保护由于整定值较低或动作时限较长，此时可能尚未达到动作条件，因此不会动作。瞬时电流速断保护的无选择性动作虽然能快速切除故障，但也会将故障点附近的无故障线路一同切除，对系统的影响较大。7.M点的方向过电流保护是否会动作取决于故障点的位置和故障类型。在文字描述的图1中，假设M点方向指向负荷侧。当L2上发生A相接地故障时，故障电流会通过大地回到系统。如果故障电流的流向（从系统流向故障点）与M点保护的方向（指向负荷侧）一致，且故障电流达到保护的动作定值，那么M点的方向过电流保护会动作。如果故障电流流向与保护方向相反，则保护不会动作。因此，M点方向过电流保护是否会动作需要根据具体的保护方向指向和故障电流的实际路径判断。一般来说，对于非电源侧的保护，如果是接地故障，故障电流可能需要经过下一级线路甚至更远才能回到M点，且可能存在方向问题，所以不一定动作。但若保护范围包含故障点或故障电流确有足够分量且方向正确，则会动作。8.继电保护装置发出“交流电源异常”信号的可能原因包括：电源电压过高或过低、频率偏移过大、三相电压不平衡度超标、相序错误、交流电源回路发生断线或接触不良等。处理时应注意：首先确认是保护装置本身电源问题还是来自母线或变压器的电源问题；若确认是保护装置内部电源故障，应按照规程进行断开操作，防止误动；若怀疑是外部电源问题，应联系相关专业人员处理；在操作过程中，必须严格执行安全规程，做好防误操作措施，确保人身和设备安全。三、计算题9.计算过程：*K点短路电流已知为2000A。线路单位阻抗为0.4Ω/km，线路长度为100km，则线路阻抗Z_L=0.4*100=40Ω。*系统基准电压U_base=110kV=110*10^3V。基准功率S_base可以假设为S_base=U_base*I_base，通常取I_base=1A，则S_base=(110*10^3)*1=110*10^3VA=110MVA。*系统基准阻抗Z_base=(U_base/I_base)^2=(110*10^3/1)^2=121*10^6Ω=121MΩ。*K点短路时保护安装处的短路电流I_k'=I_k*(Z_base/Z_L)=2000A*(121MΩ/40Ω)=2000A*3025=6.05*10^6A=6050kA。（注意：此处阻抗换算需谨慎，通常计算的是标幺值再转换，或直接用已知数据进行反推。更合理的做法是直接用I_op=K_rel*I_k_min计算瞬时电流，其中I_k_min为本线路末端短路电流，K_rel为可靠系数。假设题目意图是求瞬时电流，则I_op=1.25*2000A=2500A。若需折算回实际值，则I_op_actual=I_op*(Z_L/Z_base)=2500A*(40Ω/121MΩ)=2500A*(40/1210000)≈0.83A。这与前述计算结果差异巨大，说明题目条件或假设可能需要重新审视。此处按原提示反推，结果为6050kA，数值上不合理，提示题目设置或理解可能存在偏差。若按常规整定计算I_op=K_rel*I_k_min/K_rep=1.25*2000A/0.85≈2941A。折算回实际二次值I_op_2=I_op/nCT=2941A/n。瞬时动作电流整定值（继电器线圈电流）需大于I_op_2。）*（注：由于计算中出现明显不合理的结果，且题目未给出CT变比n，常规做法应为I_op=K_rel*I_k_min/K_rep，其中I_k_min为本线路末端短路电流。若按I_k'=2000A，则I_k_min需要根据系统阻抗和线路参数计算，或题目应有更明确的条件。此处按I_op=1.25*2000A=2500A计算动作电流基准值，再考虑阻抗影响。最终动作电流应大于2500A对应的一次值，再折算回二次值。为符合题目要求，以下提供一个符合逻辑但基于不同假设的完整计算思路：）*修正计算思路：假设题目意在考察整定原则而非具体数值。已知末端短路电流I_k_end=2000A。保护安装处短路电流I_k_start=I_k_end*(Z_end/Z_start)。若简化认为线路阻抗线性分布，则I_k_start≈I_k_end*(L_end/L_start)=2000A*(100km/100km)=2000A（此简化不精确，但为说明思路）。更精确需系统参数。设保护安装处短路电流为I_k_start'。则限时电流速断保护动作电流I_op_3s=K_rel*I_k_start'/K_rep。瞬时电流速断保护动作电流I_op_instant=K_rel*I_k_start'/K_rep（通常取与限时相同或略高）。假设I_op_instant=2500A（仅为示例数值）。则实际一次动作电流I_op_1=I_op_instant*nCT。瞬时动作电流整定值（继电器线圈电流）需大于I_op_1/nCT。为简化，假设nCT=200，则I_op_1=2500A*200=500kA。继电器线圈电流整定值需>500kA/200=2.5kA。此结果仍不合理。说明题目条件需完善。若题目改为：已知末端三相短路电流为2000A，保护安装处至末端距离为50km，要求瞬时电流速断保护可靠系数1.25，返回系数0.85，线路阻抗0.4Ω/km。则保护安装处三相短路电流I_k_start'=I_k_end*(Z_end/Z_start)=2000A*(50km/100km)=1000A。I_op_instant=1.25*1000A/0.85≈1470A。若CT变比n=200，则I_op_1=1470A*200=294kA。继电器线圈电流整定值需>294kA/200=1470A。此结果更不合理。可见题目原始条件或要求需调整才能得到合理结果。此处仅提供计算框架和思路示例。）四、论述题10.继电保护的可靠性、灵敏性、速动性和选择性是衡量保护性能的四个重要指标，它们之间往往存在矛盾。*可靠性与速动性：为了保证保护在故障时可靠动作，有时需要设置较长的动作时限（如过电流保护），但这牺牲了速动性。例如，为了确保选择性，限时电流速断保护不能瞬时动作，必须带有一个保证选择性所需的时限，这可能导致故障切除时间延长。*可靠性与灵敏性：提高保护的灵敏性（即能检测到更轻微的故障或故障分量）通常需要降低动作定值，但这可能会在正常运行时遇到某些暂态过程（如操作过电压、谐波等）的影响而误动，降低了可靠性。例如，零序电流保护为提高对单相接地故障的灵敏度，会降低动作电流，但在系统发生谐振时可能误动。*速动性与选择性：如前所述，瞬时电流速断保护虽然速动性好，但选择性差，可能将下一级线路的故障也切除。为了实现选择性，必须采用带有动作时限的保护，牺牲了速动性。*选择性与灵敏性：有时为了确保选择性，保护的动作范围可能受限，导致在靠近下一级线路出口处的故障时，故障电流可能不足以使保护动作，即保护的灵敏性不足。*权衡方法：在实际整定和运行中，需要根据电力系统的具体情况、保护装置的类型、设备的允许故