2025年电力系统保护试题和答案

2025年电力系统保护试题和答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某220kV线路配置分相电流差动保护，当线路发生经300Ω过渡电阻的单相接地故障时，保护正确动作的关键因素是（）A.保护装置的采样频率B.差动电流的制动特性C.零序电流补偿系数D.通道传输延时补偿精度答案：D（解析：分相电流差动保护的动作性能主要受通道延时影响，当过渡电阻较大时，两侧电流相位差可能因延时导致差动电流计算误差，需精确补偿延时以保证动作可靠性）2.某110kV变压器采用二次谐波制动的比率差动保护，当变压器空投时出现励磁涌流，此时保护装置检测到的二次谐波含量为25%，则保护应（）A.立即动作跳闸B.闭锁差动保护C.开放差动保护D.进入故障判别逻辑答案：B（解析：二次谐波制动原理中，通常将制动门槛设为15%-20%，当二次谐波含量超过门槛值时，保护被闭锁，防止空投时误动）3.某500kV线路配置的距离保护Ⅲ段，其主要作用是（）A.作为本线路主保护B.作为相邻线路的远后备保护C.作为本线路的近后备保护D.快速切除高阻接地故障答案：B（解析：距离Ⅲ段整定值较大、延时较长，主要用于相邻元件故障时的远后备保护）4.新能源场站并网点配置的低电压穿越保护，其动作定值应满足（）A.低于并网点最低运行电压B.高于系统正常波动电压C.与系统短路容量无关D.仅考虑场站自身设备耐受能力答案：B（解析：低电压穿越保护需避免系统正常电压波动时误动，定值应高于正常波动范围，同时低于设备耐受极限）5.某智能变电站采用SV/GOOSE共网传输，当过程层网络发生丢包率5%的异常时，最可能受影响的保护是（）A.母线差动保护B.主变间隙零序保护C.线路过负荷保护D.电容器过电压保护答案：A（解析：母线差动保护对采样同步性和数据完整性要求极高，SV丢包会导致差流计算错误，严重影响保护动作正确性）6.多端柔性直流输电系统中，极线故障时优先动作的保护是（）A.行波保护B.过电流保护C.低电压保护D.直流差动保护答案：A（解析：柔性直流系统故障发展迅速，行波保护具有动作速度快（毫秒级）的特点，是极线故障的主保护）7.某35kV小电阻接地系统发生单相接地故障，故障线路零序电流与非故障线路零序电流的主要区别是（）A.幅值更大，相位相反B.幅值更小，相位相同C.幅值相等，相位相反D.幅值随机，相位无关答案：A（解析：小电阻接地系统中，故障线路零序电流为全系统非故障元件零序电流之和，幅值远大于非故障线路，且相位相反）8.数字孪生技术在电力系统保护中的主要应用是（）A.替代传统保护装置B.实现保护定值在线自修正C.提升保护装置硬件性能D.降低保护装置制造成本答案：B（解析：数字孪生通过构建物理系统的虚拟模型，可实时模拟不同运行方式下的保护动作行为，支持定值在线优化和自适应调整）9.某220kV线路配置纵联方向保护，当通道发生单方向中断时，保护应（）A.立即闭锁整套保护B.仅闭锁方向比较逻辑C.开放跳闸出口D.切换为距离保护为主保护答案：B（解析：纵联方向保护需两侧方向元件动作且通道正常时跳闸，单方向通道中断仅影响方向比较逻辑，其他保护功能（如后备保护）仍可运行）10.发电机失磁保护中，采用机端测量阻抗判据时，整定圆特性应（）A.包含发电机失磁后的阻抗轨迹B.完全避开正常运行阻抗区C.仅反映定子过电流D.与系统阻抗无关答案：A（解析：失磁保护的测量阻抗圆需覆盖发电机从失磁到异步运行的阻抗变化轨迹，同时避开正常运行和外部故障时的阻抗区域）二、判断题（每题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）1.变压器零序差动保护主要用于反映绕组内部的接地故障（）答案：√（解析：零序差动保护通过比较变压器各侧零序电流，可有效检测中性点直接接地绕组的接地故障）2.线路重合闸装置应优先采用单相重合闸，无论系统是否允许非全相运行（）答案：×（解析：单相重合闸仅适用于允许非全相运行的系统，对于不允许的系统（如330kV及以上）应采用三相重合闸）3.母线差动保护的复合电压闭锁元件主要用于防止TA断线时误动（）答案：√（解析：复合电压闭锁通过检测母线电压是否降低，区分故障状态和TA断线，避免无故障时误跳母线）4.新能源机组的高次谐波会导致传统电磁式电流互感器饱和，影响保护测量精度（）答案：√（解析：新能源变流器产生的高频谐波会使TA铁芯因磁滞损耗增加而饱和，导致二次电流畸变）5.广域后备保护可以完全替代传统后备保护，无需考虑配合关系（）答案：×（解析：广域后备保护作为补充，仍需与传统后备保护配合，确保系统不同运行方式下的可靠性）6.特高压线路的潜供电流主要由电容耦合和电感耦合产生，会影响单相重合闸的成功概率（）答案：√（解析：潜供电流会延缓故障点电弧熄灭，需通过快速接地开关或高抗中性点小电抗抑制）7.变压器过激磁保护的整定应考虑额定电压下的磁密和变压器的过励磁耐受能力（）答案：√（解析：过激磁保护需在变压器磁密超过允许值时动作，定值需结合额定磁密和设备耐受曲线）8.智能变电站的保护装置检修状态与运行状态通过GOOSE报文中的“检修”软压板区分（）答案：√（解析：检修压板投入时，装置发送的SV/GOOSE报文带检修标记，接收装置仅处理同状态的报文，避免误动作）9.微电网孤岛运行时，电流保护的灵敏度会因短路容量降低而提高（）答案：×（解析：孤岛运行时短路容量减小，故障电流降低，可能导致电流保护灵敏度不足）10.直流输电系统的换流器差动保护反映阀臂电流与桥臂电流的差值，用于检测换流阀故障（）答案：√（解析：换流器差动保护通过比较阀臂电流总和与桥臂电流，可检测单个阀臂的元件损坏或短路故障）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述纵联电流差动保护与纵联距离保护的主要区别。答案：纵联电流差动保护通过比较被保护线路两侧的电流矢量和（差流）动作，属于绝对主保护，不受系统运行方式影响，动作速度快（约10-20ms），但需要可靠的通道传输两侧电流数据，对通道延时和同步要求高；纵联距离保护通过比较两侧距离元件的动作信息（如方向）实现主保护功能，依赖距离元件的方向性，受系统运行方式和过渡电阻影响较大，但对通道要求较低（仅需传输逻辑信号），可作为差动保护的补充。2.分析新能源高渗透率对传统电流保护的影响及应对措施。答案：影响：①短路电流特性改变：新能源机组（如光伏、风电）通过逆变器并网，故障时输出电流受逆变器限流控制，幅值小（约1.2-2倍额定电流）、谐波含量高、相位不固定，导致传统电流保护灵敏度降低甚至拒动；②电源多态性：新能源出力随机波动，系统运行方式变化频繁，保护定值难以按固定方式整定；③反向故障电流：多电源供电时，故障电流可能从多个方向流入，传统单方向电流保护可能误判。应对措施：①采用自适应电流保护，根据实时运行方式调整定值；②引入序分量保护或谐波分量保护，利用新能源故障电流的谐波特征提高灵敏度；③配置纵联保护作为主保护，减少对单一电气量的依赖；④在并网点加装故障电流限制器，提升短路电流水平。3.说明变压器励磁涌流的特点及比率差动保护的应对策略。答案：励磁涌流特点：①数值大（可达6-8倍额定电流）；②含有大量二次谐波（约20%-60%）；③波形存在间断角（约60°-120°）；④偏磁现象（直流分量占比高）。比率差动保护应对策略：①二次谐波制动：当二次谐波含量超过整定值（通常15%-20%）时闭锁差动保护；②间断角闭锁：检测电流波形的间断角，若超过整定值则判定为励磁涌流；③波形对称制动：比较相邻半波的对称性，励磁涌流波形不对称，故障电流波形对称；④速饱和变流器：利用铁芯饱和特性抑制励磁涌流中的非周期分量，避免TA饱和导致的差流误判。4.列举智能变电站过程层网络的主要风险及保护设备的应对措施。答案：主要风险：①网络延迟：SV/GOOSE报文传输延迟超过允许值（如母线差动保护要求同步误差＜1μs），导致采样不同步或逻辑判断错误；②网络丢包：报文丢失率过高（如＞0.5%），造成保护装置数据缺失；③网络风暴：广播报文过多导致网络阻塞，保护装置无法接收关键数据；④网络攻击：非法设备接入或报文篡改，导致保护误动或拒动。应对措施：①采用环形冗余网络（如IEC62439-3的PRP/HSR协议），提高网络可靠性；②设置报文优先级（SV＞GOOSE＞MMS），保障关键数据优先传输；③配置网络报文分析仪，实时监测网络流量和报文质量；④采用数字证书认证和加密技术（如SM2/SM3算法），防止报文篡改和非法接入；⑤保护装置设置接收报文的超时重传机制，丢失超过一定帧数后闭锁相关保护功能。5.阐述多端柔性直流输电系统的保护配置原则。答案：多端柔直系统保护配置需遵循以下原则：①分层分区：按换流站、直流线路、换流变压器等设备划分保护区域，避免保护死区；②主后备配合：主保护（如行波保护、差动保护）快速切除故障（≤5ms），后备保护（如过流保护、低电压保护）在主保护失效时动作（≤100ms）；③极间配合：区分单极故障和双极故障，单极故障优先隔离故障极，双极故障跳开所有换流阀；④与控制协同：保护动作后需联动控制系统（如触发子模块闭锁、启动重合闸），维持非故障区域运行；⑤适应多运行模式：支持联网/孤岛、整流/逆变等模式切换时的保护定值自适应调整；⑥冗余配置：关键保护（如换流器差动保护）采用双重化配置，提高可靠性。四、计算题（每题10分，共20分）1.某110kV变压器参数如下：额定容量S_N=63MVA，接线方式YNd11，高压侧额定电压U_H=110kV，低压侧额定电压U_L=10.5kV，高压侧TA变比n_H=600/5，低压侧TA变比n_L=4000/5。计算变压器差动保护的平衡系数及最小动作电流（可靠系数取1.3，最大负荷电流倍数取1.5）。解：（1）计算各侧额定电流：高压侧额定电流I_HN=S_N/(√3U_H)=63×10³/(√3×110)≈330.7A低压侧额定电流I_LN=S_N/(√3U_L)=63×10³/(√3×10.5)≈3464.1A（2）计算各侧TA二次电流：高压侧二次电流I_H2=I_HN/n_H=330.7/(600/5)≈2.756A低压侧二次电流I_L2=I_LN/n_L=3464.1/(4000/5)≈4.330A（3）确定平衡系数（以高压侧为基准）：平衡系数K_bal=I_L2/I_H2=4.330/2.756≈1.57（取标准值1.6）（4）计算最小动作电流：最小动作电流I_op.min=K_rel×K_ss×I_L.max/n_TA其中，I_L.max=1.5×I_LN=1.5×3464.1≈5196.15A（低压侧最大负荷电流）低压侧TA二次最大负荷电流I_L2.max=5196.15/(4000/5)≈6.495A考虑平衡系数后，高压侧等效二次电流I_H2.equ=I_L2.max/K_bal≈6.495/1.6≈4.06AI_op.min=1.3×4.06≈5.28A（取整为5.3A）答案：平衡系数1.6，最小动作电流5.3A。2.某220kV线路长度L=100km，正序阻抗z1=0.08+j0.4Ω/km，零序阻抗z0=0.3+j1.2Ω/km，系统最大运行方式下电源阻抗Z_s.max=5+j20Ω，最小运行方式下Z_s.min=10+j30Ω。计算距离保护Ⅰ段、Ⅱ段的整定阻抗（可靠系数K_relⅠ=0.8，K_relⅡ=0.85，Ⅱ段配合系数K_co=0.8）。解：（1）正序阻抗计算：线路正序阻抗Z_line=(0.08+j0.4)×100=8+j40Ω（模值≈40.8Ω）（2）距离Ⅰ段整定：ZⅠ=K_relⅠ×Z_line=0.8×(8+j40)=6.4+j32Ω（模值≈32.6Ω）（3）距离Ⅱ段整定（需与相邻线路Ⅰ段配合）：假设相邻线路Ⅰ段整定阻抗为Z_adjⅠ=0.8×Z_adj_line（题目未给相邻线路参数，假设相邻线路长度L_adj=80km，Z_adj_line=(0.08+j0.4)×80=6.4+j32Ω，则Z_adjⅠ=0.8×(6.4+j32)=5.12+j25.6Ω）考虑系统最小运行方式下的助增系数：助增系数K_b=(Z_s.min+Z_line)/Z_s.min=(10+j30+8+j40)/(10+j30)=(18+j70)/(10+j30)≈(72.25∠75.5°)/(31.62∠71.6°)≈2.285∠3.9°≈2.28（取模值）Ⅱ段整定阻抗ZⅡ=K_relⅡ×(Z_line+K_co×Z_adjⅠ/K_b)代入数值：Z_adjⅠ模值≈26.1Ω，K_co×Z_adjⅠ=0.8×26.1≈20.88ΩZ_line模值40.8Ω，K_co×Z_adjⅠ/K_b≈20.88/2.28≈9.16ΩZⅡ模值=0.85×(40.8+9.16)=0.85×49.96≈42.47Ω阻抗角与线路阻抗角一致（arctan(40/8)=78.7°），故ZⅡ=42.47∠78.7°Ω≈(8.7+j41.5)Ω答案：Ⅰ段整定阻抗6.4+j32Ω，Ⅱ段整定阻抗约8.7+j41.5Ω（具体数值需根据相邻线路参数调整）。五、综合分析题（20分）某地区电网结构如下：500kV母线M连接线路L1（M-N，长度200km）、L2（M-P，长度150km），N站主变T1（250MVA，110kV侧接重要负荷），P站为新能源汇集站（含4×50MW光伏电站，通过110kV线路接入）。近期运行中发现：①L1发生经800Ω高阻接地故障时，距离保护Ⅱ段未动作；②T1空投时比率差动保护误动；③新能源汇集站并网点多次出现谐波超标导致保护误动。请分析原因并提出解决方案。答案：（一）L1高阻接地故障距离Ⅱ段未动作原因及解决：原因分析：距离保护Ⅱ段反应相间或接地阻抗，高阻接地时故障点电压降低不明显，测量阻抗（Z_m=U_m/I_m）因过渡电阻R_g增大而显著增大（Z_m≈Z_line×(L_x/L)+R_g×(1-2k0)，k0为零序补偿系数），可能超出Ⅱ段整定范围。同时，系统运行方式变化（如新能源出力波动导致系统阻抗增大）会降低保护灵敏度。解决方案：①采用接地距离保护的四边形特性或椭圆特性，扩大对高阻接地的覆盖范围；②引入零序电流辅助判据（如零序电流启动），提高低电流水平下的动作可靠性；③配置纵联保护（如光纤差动）作为主保护，直接比较两侧电流，不受过渡电阻影响；④优化Ⅱ段定值，根据系统最小运行方式重新计算助增系数和配合阻抗。（二）T1空投时差动保护误动原因及解决：原因分析：空投变压器时产生励磁涌流，其二次谐波含量可能因变压器型号（如低磁密设计）或剩磁影响低于保护整定值（如整定为15%，而实际谐波含量仅12%），导致二次谐波制动失效；此外，TA暂态饱和可能使差流计算错误，误判为内部故障。解决方案：①校核励磁涌流二次谐波含量，降低制动门槛（如调整为12%）或采用