《电力系统继电保护原理》期末考试试题及答案

《电力系统继电保护原理》期末考试试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.电力系统发生短路时，通常伴随着电流（）和电压（）。A.增大，升高B.增大，降低C.减小，升高D.减小，降低答案：B解析：当电力系统发生短路时，短路点阻抗变小，根据欧姆定律\(I=U/Z\)（其中\(I\)为电流，\(U\)为电压，\(Z\)为阻抗），在电源电压一定的情况下，阻抗减小会导致电流增大。同时，由于短路电流在系统阻抗上产生较大的电压降，使得短路点及附近的电压降低。2.反应电流增大而动作的保护称为（）。A.过电流保护B.过电压保护C.低电压保护D.差动保护答案：A解析：过电流保护是根据被保护线路或设备的电流超过整定值而动作的保护装置。过电压保护是反应电压升高而动作；低电压保护是反应电压降低而动作；差动保护是根据被保护设备各侧电流的差值而动作。3.限时电流速断保护的动作电流应大于（）。A.被保护线路末端短路时的最大短路电流B.相邻下一条线路出口处短路时的最大短路电流C.被保护线路末端短路时的最小短路电流D.相邻下一条线路出口处短路时的最小短路电流答案：B解析：限时电流速断保护的动作电流按躲过相邻下一条线路出口处短路时的最大短路电流来整定，这样可以保证在本线路发生短路时能够可靠动作，同时避免在相邻线路短路时误动作。4.三段式电流保护中，（）的灵敏度最高。A.电流速断保护B.限时电流速断保护C.过电流保护D.三者灵敏度一样答案：C解析：电流速断保护的动作电流整定值较大，只能保护线路的一部分，灵敏度较低；限时电流速断保护的动作电流比电流速断保护小，能保护本线路的全长，但灵敏度也不是最高；过电流保护的动作电流按躲过最大负荷电流来整定，动作电流较小，所以灵敏度最高。5.方向电流保护是在电流保护的基础上加装了（）元件。A.电压B.功率方向C.时间D.差动答案：B解析：方向电流保护是为了消除反方向故障时电流保护可能出现的误动作而设置的。它在电流保护的基础上加装了功率方向元件，通过判断功率的方向来决定保护是否动作。6.距离保护是反应（）的保护装置。A.电流增大B.电压降低C.电流与电压比值D.功率增大答案：C解析：距离保护是反应故障点至保护安装处的距离（阻抗）的保护装置。它通过测量保护安装处的电压和电流，计算出电压与电流的比值（即阻抗），当测量阻抗小于整定值时，保护动作。7.变压器的纵差动保护是反应（）而动作的保护。A.变压器两侧电流的大小B.变压器两侧电流的相位C.变压器两侧电流的差值D.变压器两侧电压的差值答案：C解析：变压器纵差动保护是利用比较变压器两侧电流的大小和相位的原理构成的。正常运行和外部故障时，变压器两侧电流的差值很小；当变压器内部发生故障时，两侧电流的差值会明显增大，保护装置根据这个差值动作。8.发电机的过负荷保护通常采用（）。A.定时限过电流保护B.反时限过电流保护C.低电压保护D.差动保护答案：B解析：发电机过负荷保护通常采用反时限过电流保护。因为发电机过负荷的情况一般不会立即对发电机造成严重损害，采用反时限特性可以根据过负荷的程度自动调整动作时间，避免不必要的跳闸，同时在过负荷严重时能及时动作。9.母线保护的主要类型有（）。A.电流保护B.电压保护C.差动保护D.距离保护答案：C解析：母线保护的主要类型是差动保护。母线差动保护能够快速、准确地切除母线故障，因为它可以比较母线各连接元件的电流，当母线发生故障时，各连接元件的电流会发生变化，差动保护根据这个变化迅速动作。10.零序电流保护只适用于（）系统。A.中性点不接地B.中性点经消弧线圈接地C.中性点直接接地D.以上都适用答案：C解析：零序电流保护是利用系统发生接地故障时产生的零序电流来动作的保护装置。只有在中性点直接接地系统中，发生接地故障时才会产生较大的零序电流，所以零序电流保护只适用于中性点直接接地系统。二、填空题（每题2分，共20分）1.电力系统短路故障的类型主要有三相短路、两相短路、两相接地短路和（）。答案：单相接地短路解析：这是电力系统中常见的几种短路故障类型，单相接地短路是指电力系统中一相导体与大地或接地导体之间发生的短路。2.过电流保护的动作电流应躲过（）。答案：最大负荷电流解析：过电流保护的动作电流按躲过最大负荷电流来整定，这样可以保证在正常运行和过负荷情况下，保护装置不会误动作。3.限时电流速断保护的动作时限比相邻下一条线路的电流速断保护的动作时限大一个（）。答案：时限级差解析：为了保证保护动作的选择性，限时电流速断保护的动作时限要比相邻下一条线路的电流速断保护的动作时限大一个时限级差，通常取0.5s。4.方向电流保护中，功率方向元件的动作判据是（）。答案：\(\cos(\varphi_{k}\varphi_{sen})>0\)（其中\(\varphi_{k}\)为故障时功率因数角，\(\varphi_{sen}\)为功率方向元件的灵敏角）解析：当满足这个判据时，说明功率方向为正方向，保护装置的功率方向元件动作。5.距离保护的测量元件通常采用（）继电器。答案：阻抗解析：距离保护的测量元件需要测量故障点至保护安装处的阻抗，阻抗继电器能够实现这个功能，通过比较测量阻抗和整定值来决定是否动作。6.变压器的励磁涌流中含有大量的（）分量和（）分量。答案：非周期；高次谐波解析：变压器励磁涌流是在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时产生的。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量，其中二次谐波分量较为突出，可利用二次谐波制动原理来防止变压器纵差动保护在励磁涌流时误动作。7.发电机的失磁保护主要反应发电机（）的降低而动作。答案：机端测量阻抗解析：发电机失磁后，其机端测量阻抗会发生变化，失磁保护通过监测机端测量阻抗的降低来判断发电机是否失磁，当测量阻抗进入失磁保护的动作区时，保护动作。8.母线差动保护的基本原理是（）原理。答案：基尔霍夫电流定律解析：根据基尔霍夫电流定律，在正常运行和外部故障时，母线所有连接元件的电流之和为零；当母线内部发生故障时，这个电流之和不为零，母线差动保护根据这个原理动作。9.输电线路的自动重合闸装置按重合闸次数可分为（）和（）。答案：一次重合闸；多次重合闸解析：一次重合闸是指在输电线路发生故障跳闸后，只进行一次重合闸操作；多次重合闸则可以进行多次重合闸操作。10.继电保护装置的基本要求是（）、（）、（）和（）。答案：选择性；速动性；灵敏性；可靠性解析：选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小；速动性是指保护装置应能尽快地切除故障；灵敏性是指保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常运行状态的反应能力；可靠性是指保护装置在规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，不拒动，而在任何其他不该动作的情况下，不误动。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述三段式电流保护的构成及各段的作用。三段式电流保护由电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护组成。电流速断保护：它的动作电流按躲过被保护线路末端短路时的最大短路电流来整定。其作用是快速切除被保护线路首端的短路故障，动作时间为零秒，能在最短的时间内切除故障，减小故障对设备的损坏。但它只能保护线路的一部分，不能保护线路的全长。限时电流速断保护：动作电流按躲过相邻下一条线路出口处短路时的最大短路电流来整定，动作时限比相邻下一条线路的电流速断保护的动作时限大一个时限级差（通常为0.5s）。它的作用是保护本线路的全长，当电流速断保护不能保护的部分发生故障时，限时电流速断保护动作切除故障。过电流保护：动作电流按躲过最大负荷电流来整定，动作时限采用阶梯型时限特性。它的作用是作为本线路主保护的后备保护以及相邻线路保护的后备保护，当本线路和相邻线路的主保护拒动时，过电流保护动作切除故障。2.说明距离保护的工作原理及主要组成部分。距离保护的工作原理是基于测量故障点至保护安装处的距离（阻抗）。当电力系统发生故障时，保护安装处的电压和电流会发生变化，距离保护装置通过测量这两个量，计算出电压与电流的比值（即阻抗），并将测量阻抗与预先整定的动作阻抗进行比较。如果测量阻抗小于动作阻抗，则认为故障点在保护范围内，保护装置动作；反之，保护装置不动作。距离保护的主要组成部分包括：测量元件：用于测量保护安装处的电压和电流，并计算出测量阻抗。通常采用阻抗继电器作为测量元件。启动元件：其作用是在系统发生故障时启动整套保护装置，一般采用过电流继电器或低电压继电器等。振荡闭锁元件：用于在系统发生振荡时防止距离保护误动作。它通过检测系统是否发生振荡，当判断为振荡时，闭锁距离保护。时限元件：用于实现保护的时限特性，保证保护动作的选择性。一般采用时间继电器。出口元件：当测量元件判断故障在保护范围内，且经过一定的时限后，出口元件动作，发出跳闸命令，使断路器跳闸。3.分析变压器纵差动保护中产生不平衡电流的原因及减小不平衡电流的措施。产生不平衡电流的原因主要有以下几点：变压器两侧电流互感器的变比不完全匹配：由于电流互感器的制造误差和实际变比与计算变比的差异，会导致两侧电流互感器二次电流不完全相等，从而产生不平衡电流。变压器励磁涌流：在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，会产生很大的励磁涌流。励磁涌流只流过变压器的一侧，相当于在差动回路中产生了不平衡电流。变压器两侧电流相位不同：对于Y,d11接线的变压器，两侧电流的相位相差30°，如果不进行相位补偿，会在差动回路中产生不平衡电流。变压器有载调压：变压器在运行过程中进行有载调压时，会改变变压器的变比，从而导致两侧电流的大小发生变化，产生不平衡电流。减小不平衡电流的措施如下：采用合适的电流互感器变比：尽量选择变比与计算值接近的电流互感器，减小因变比不匹配产生的不平衡电流。采用励磁涌流制动措施：如二次谐波制动原理，利用励磁涌流中含有大量二次谐波的特点，当二次谐波含量超过一定比例时，闭锁差动保护，防止在励磁涌流时误动作。进行相位补偿：对于Y,d11接线的变压器，可采用将变压器星形侧的电流互感器接成三角形，三角形侧的电流互感器接成星形的方法，使两侧电流的相位相同，减小不平衡电流。引入平衡系数：在差动保护中引入平衡系数，对两侧电流进行调整，以补偿因变压器变比和有载调压等因素产生的不平衡电流。四、计算题（每题15分，共30分）1.已知某输电线路的最大负荷电流\(I_{L.max}=300A\)，电流互感器变比\(n_{TA}=600/5\)，过电流保护的可靠系数\(K_{rel}=1.2\)，自启动系数\(K_{ss}=1.5\)，返回系数\(K_{re}=0.85\)，试计算过电流保护的动作电流。解：首先，根据过电流保护动作电流的计算公式\(I_{op}=\frac{K_{rel}K_{ss}}{K_{re}}I_{L.max}\)将已知数据代入公式：\(I_{op}=\frac{1.2\times1.5}{0.85}\times300\)\(I_{op}=\frac{1.8}{0.85}\times300\approx635.29A\)考虑电流互感器变比\(n_{TA}=600/5\)，将计算得到的一次动作电流换算为二次动作电流\(I_{op2}\)：\(I_{op2}=\frac{I_{op}}{n_{TA}}\times5=\frac{635.29}{600/5}\times5\approx5.29A\)所以，过电流保护的动作电流一次值约为635.29A，二次值约为5.29A。2.某110kV输电线路，采用三段式距离保护，已知线路全长\(L=80km\)，线路每公里的正序阻抗\(Z_{1}=0.4\Omega/km\)，距离保护Ⅰ段的可靠系数\(K_{rel1}=0.8\)，距离保护Ⅱ段的可靠系数\(K_{rel2}=0.85\)，相邻线路距离保护Ⅰ段的动作阻抗\(Z_{op1}^{\prime}=15\Omega\)，试计算该线路距离保护Ⅰ段和Ⅱ段的动作阻抗。解：计算线路的正序阻抗\(Z_{L}\)：\(Z_{L}=Z_{1}L=0.4\times80=32\Omega\)计算距离保护Ⅰ段的动作阻抗\(Z_{op1}\)：根据距离保护Ⅰ段动作阻抗的计算公式\(Z_{op1}=K_{rel1}Z_{L}\)将\(K_{rel1}=0.8\)，\(Z_{L}=32\Omega\)代入公式得：\(Z_{op1}=0.8\times32=25.6\Omega\)计算距离保护Ⅱ段的动作阻抗\(Z_{op2}\)：距离保护Ⅱ段的动作阻抗应满足两个条件：一是要保护本线路的全长，二是要与相邻线路的距离保护Ⅰ段相配合。首先，按保