2025年电力系统故障分析及处理试题及答案

2025年电力系统故障分析及处理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.某220kV变电站110kV母线发生单相接地故障，故障点过渡电阻为150Ω，此时母线保护可能出现的动作行为是（）。A.零序方向保护优先动作切除故障B.母线差动保护因高阻接地拒动C.距离保护III段延时动作D.失灵保护启动跳开母联开关答案：B解析：母线差动保护通常采用比率制动特性，高阻接地时故障电流较小，制动电流可能大于动作电流，导致差动保护灵敏度不足而拒动。零序方向保护在高阻接地时因零序电压较高可能动作，但需配合零序电流定值；距离保护III段主要用于后备，动作时间较长；失灵保护需先判断保护动作而开关未跳，本题未提及开关拒动。2.新能源电站并网点发生三相短路故障时，以下关于逆变器输出特性的描述正确的是（）。A.逆变器输出电流幅值迅速上升至额定电流的2倍B.逆变器通过低电压穿越控制保持并网，输出无功支撑电压C.逆变器因过流保护立即闭锁停机D.逆变器输出电流中谐波含量显著降低答案：B解析：根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》，新能源逆变器需具备低电压穿越能力，故障期间应保持并网并向系统提供无功支持，而非立即停机或过流输出。高渗透率下逆变器输出电流受控制策略限制，通常不会超过1.2倍额定电流，谐波含量可能因控制策略调整而增加。3.某10kV配电线路发生断线故障，断口处形成电弧，以下现象中最可能出现的是（）。A.三相电压对称，零序电流为零B.A相电压升高至线电压，B、C相电压降低C.故障相电流显著增大，非故障相电流减小D.线路有功功率大幅波动，无功功率基本不变答案：B解析：10kV中性点不接地系统发生单相断线（非全相）时，断口处电弧导致故障相通过电弧接地，健全相电压升高至线电压（约1.73倍相电压），零序电流由线路对地电容电流构成。断线故障电流通常小于短路电流，有功、无功均可能波动。4.智能变电站合并单元异常导致采样数据中断，此时可能触发的保护动作是（）。A.母线差动保护因“采样中断”闭锁，不出口跳闸B.线路纵联保护因通道异常延时跳闸C.主变瓦斯保护立即动作D.电容器过电压保护误动答案：A解析：智能变电站保护装置检测到合并单元采样中断时，通常会闭锁相关保护（如母线差动、线路差动等），防止因数据异常导致误动。纵联保护通道异常一般闭锁纵联功能但保留后备保护；瓦斯保护反映内部故障，与采样无关；过电压保护需电压数据，采样中断时可能闭锁而非误动。5.某500kV变压器高压侧套管发生闪络故障，故障特征不包括（）。A.故障电流中含有大量二次谐波B.瓦斯继电器轻瓦斯动作C.高压侧零序电流显著增大D.变压器差动保护动作答案：A解析：套管闪络属于外部故障，差动保护因高低压侧电流差增大而动作；闪络产生电弧可能使油分解产生气体，导致轻瓦斯动作；接地故障时零序电流增大。二次谐波主要存在于励磁涌流中，外部故障时励磁涌流不会出现，故二次谐波含量低。6.直流输电系统换流阀发生晶闸管误触发故障时，最可能出现的现象是（）。A.直流电压升高，直流电流降低B.换相失败，直流电流大幅上升C.交流侧负序电压降低D.阀冷却系统水温异常答案：B解析：晶闸管误触发会破坏正常换相时序，导致换相失败，直流电流因失去控制而迅速上升，可能引发过流保护动作。换相失败时交流侧会出现负序电压，阀冷却水温与误触发无直接关联。7.配电网发生铁磁谐振过电压时，以下措施中最有效的抑制方法是（）。A.投入中性点接地电阻B.增加线路串联电容补偿C.断开空载母线D.提高线路运行电压答案：C解析：铁磁谐振多发生在空载或轻载母线，断开空载母线可消除谐振回路；中性点接地电阻主要抑制单相接地过电压；串联电容可能加剧谐振；提高运行电压会增加铁芯饱和程度，加重谐振。8.某风电场集电线路发生两点异相接地故障，此时（）。A.故障点间形成相间短路，零序电流为零B.零序电流由两个故障点的接地电流叠加C.正序、负序网络断开，仅零序网络连通D.保护装置按单相接地故障处理答案：B解析：两点异相接地（如A相和B相接地）属于两相接地短路，序网中正负序网络并联，零序网络连通，零序电流由两个故障点的接地电流共同构成。此时故障类型为两相接地，保护需按相间短路或接地短路综合判据动作。9.电力系统发生频率崩溃的临界条件是（）。A.系统有功缺额超过备用容量B.频率下降速率超过1Hz/sC.低频减载装置全部动作后仍未恢复频率D.发电机调速器达到最大出力答案：A解析：频率崩溃的根本原因是有功功率严重不平衡，当有功缺额超过系统旋转备用和快速启动备用容量时，频率持续下降无法恢复。频率下降速率、低频减载动作和调速器出力是过程特征，非临界条件。10.变电站站用交流电源全部失电时，首先应（）。A.启动站用柴油发电机B.断开所有站用负荷C.检查直流系统电压D.汇报调度申请停电答案：A解析：站用电源失电后，需优先恢复站用交流电源以保障二次设备、操作电源等运行，启动柴油发电机是快速恢复的关键步骤。断开负荷可能导致重要设备失电，检查直流系统需在交流恢复后配合进行。二、判断题（每题1分，共10分）1.线路电流速断保护的动作电流应躲过线路末端短路时的最大短路电流。（）答案：×解析：电流速断保护需躲过本线路末端短路时的最大短路电流，以保证选择性，但实际整定中需考虑保护安装处到末端的短路电流，避免超越到下一级线路。2.变压器过负荷保护应动作于跳闸。（）答案：×解析：过负荷属于异常运行状态，保护应动作于信号，必要时动作于减载，而非直接跳闸。3.智能变电站GOOSE断链时，相关保护应闭锁。（）答案：√解析：GOOSE用于传输开关量信号（如跳闸、合闸命令），断链会导致保护无法正确接收或发送信号，必须闭锁以防止误动或拒动。4.小电流接地系统单相接地时，故障相电压为零，非故障相电压升高至线电压。（）答案：×解析：中性点不接地系统单相接地时，故障相电压接近零（考虑接地电阻），非故障相电压升高至线电压；中性点经消弧线圈接地系统中，故障相电压不为零，非故障相电压略低于线电压。5.高压输电线路采用单相重合闸时，重合闸时间应大于潜供电流熄灭时间。（）答案：√解析：潜供电流会维持故障点电弧，若重合闸时间过短，电弧未熄灭将导致重合失败，因此需等待潜供电流熄灭（一般0.3-1.0秒）。6.直流输电系统单极闭锁后，另一极可继续运行。（）答案：√解析：双极直流系统中，单极闭锁后另一极可通过大地回路或金属回线方式继续输送功率，提高系统可靠性。7.电力系统发生振荡时，距离保护可能误动，需采取振荡闭锁措施。（）答案：√解析：振荡时电压、电流周期性变化，可能导致距离保护测量阻抗进入动作区，振荡闭锁通过检测电气量变化特征（如频率、阻抗变化率）来区分振荡与故障。8.配电网自动化终端（DTU）故障时，应立即断开其电源。（）答案：×解析：DTU故障时需先检查通信状态、电源模块，盲目断电可能导致历史数据丢失，应按规程进行重启或更换模块。9.主变冷却器全停时，应立即将变压器停运。（）答案：×解析：主变冷却器全停后，顶层油温未超过规定值（一般85℃）时可短时间运行（如20分钟），以便采取恢复冷却器或转移负荷的措施。10.新能源电站低电压穿越期间，应减少有功输出以避免过流。（）答案：×解析：低电压穿越要求新能源电站保持并网并提供无功支撑，有功输出可根据电网需求调整，但需避免因有功骤减导致系统频率波动。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述110kV线路零序电流保护与相间距离保护的配合原则。答案：（1）零序I段保护范围应小于相间距离I段，避免在非全相运行时误动；（2）零序II段动作时间应大于相邻线路零序I段动作时间，保证选择性；（3）相间距离III段作为零序III段的后备，两者动作时间需配合；（4）当线路经小电阻接地时，零序保护灵敏度提高，需校核与距离保护的重叠范围，防止无选择性动作。2.主变差动保护动作后，应进行哪些检查与处理？答案：（1）检查差动保护范围内设备（高低压侧套管、引出线、绕组、铁芯等）是否有放电、变形、漏油等明显故障；（2）测量各侧绕组直流电阻、绝缘电阻，检查是否存在匝间短路；（3）取油样进行色谱分析，判断内部是否存在放电或过热；（4）检查保护装置采样值（差流、制动电流），确认是否为CT断线、极性接反等导致的误动；（5）若确认内部故障，需停运变压器检修；若为外部故障或二次回路问题，消除故障后可试送。3.分析分布式光伏接入配电网后，单相接地故障特征的变化。答案：（1）故障电流增大：光伏逆变器提供短路电流（约1.2-2倍额定电流），与系统侧短路电流叠加，可能导致原有保护定值不匹配；（2）零序电流分布改变：光伏接入点下游的零序电流由系统侧和光伏侧共同提供，方向可能与传统单电源系统相反；（3）故障持续时间延长：逆变器低电压穿越期间保持并网，故障点电弧可能因持续供电而难以熄灭；（4）谐波含量增加：逆变器控制策略可能引入谐波分量，影响零序保护的动作准确性。4.简述智能变电站“SV采样异常”的处理流程。答案：（1）检查合并单元（MU）运行状态，确认是否有“装置异常”“采样中断”等告警；（2）核对MU与保护装置间光纤连接，测试光功率是否在正常范围（-15dBm至-25dBm）；（3）查看MU采样值（电压、电流）是否突变或为零，判断是否为MU内部元件损坏（如AD采样板故障）；（4）若多间隔MU同时异常，检查过程层交换机是否故障；（5）通知检修人员更换MU或处理光纤故障，期间退出相关保护（如母线差动、线路差动）并投入压板；（6）故障消除后，核对采样值与一次设备实际值一致，恢复保护运行。5.直流输电系统换相失败的主要原因及预防措施。答案：原因：（1）交流系统故障导致换相电压降低；（2）触发角控制不当（如触发脉冲丢失）；（3）换流阀结温过高导致晶闸管关断特性下降；（4）直流电流波动过大（如负荷突变）。预防措施：（1）提高交流系统短路比，增强电压支撑能力；（2）优化触发角控制策略（如提前触发）；（3）配置换相失败预测功能，故障前增加无功补偿；（4）设置直流电流快速限制（DCL），抑制电流波动；（5）加强换流阀冷却系统维护，确保晶闸管关断性能。四、案例分析题（每题15分，共30分）案例1：某220kV变电站1主变（容量180MVA，接线组别YNd11）带110kVⅠ母运行，某日监控系统发出“1主变差动保护动作”“110kVⅠ母电压消失”告警，现场检查发现1主变高压侧C相套管有放电痕迹，高压侧开关（2201）、低压侧开关（101）均跳闸，110kVⅠ母所带线路开关未跳闸。问题：（1）分析差动保护动作的原因；（2）列出故障处理步骤；（3）判断110kVⅠ母失压的原因。答案：（1）差动保护动作原因：主变高压侧C相套管闪络属于主变区外故障，但套管位于主变与高压侧CT之间（CT安装在开关与主变之间），因此故障点在差动保护范围内（CT至主变之间），导致高低压侧电流差超过差动定值，保护动作跳闸。（2）故障处理步骤：①检查主变本体及套管、引线有无明显故障（如放电痕迹、绝缘击穿）；②测量主变各侧绕组绝缘电阻、直流电阻，确认是否存在内部损伤；③取油样进行色谱分析，判断是否因放电导致油质劣化；④检查差动保护装置采样值，确认差流大小及波形，排除CT断线或极性错误；⑤若确认套管故障，更换套管并试验合格后，恢复主变运行；⑥对110kVⅠ母进行绝缘测试（如母线耐压试验），确认无接地故障后，用备用电源（如2主变110kVⅡ母）对Ⅰ母充电，恢复所带线路供电。（3）110kVⅠ母失压原因：1主变低压侧开关（101）跳闸后，110kVⅠ母失去电源（假设该站无其他电源接入Ⅰ母），且母联开关未自投（可能因备自投未投入或不满足启动条件），导致Ⅰ母失压。案例2：某10kV配电线路（长度12km，中性点经消弧线圈接地）发生单相接地故障，故障选线装置动作指向3号分支线，但现场巡查未发现故障点，经检测3号分支线绝缘正常。问题：（1）分析选线装置误判的可能原因；（2）提出进一步查找故障点的方法；（3）若故障点为树障引起的高阻接地，应采取哪些特殊检测手段？答案：（1）误判原因：①消弧线圈补偿度不当（过补偿或欠补偿），导致零序电流特征不明显；②3号分支线存在电磁干扰（如附近有电力电子设备），影响零序电流采样；③选线装置算法缺陷（如仅基于零序电流幅值，未考虑相位或谐波特征）；④多分支线路中，其他分支线存在隐性接地（如绝缘子轻微脏污），导致零序电流分散。（2）进一步查找方法：①采用分段拉路法，逐段断开分支线，观察接地信号