(2025年)电力系统继电保护与电力设备保护试题及答案

(2025年)电力系统继电保护与电力设备保护试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某220kV变压器配置纵联差动保护，其不平衡电流的主要来源不包括（）A.变压器励磁涌流B.电流互感器变比误差C.变压器分接头调整引起的两侧电流差D.线路分布电容电流答案：D（线路分布电容电流主要影响线路纵联保护，变压器差动保护的不平衡电流主要来自励磁涌流、TA误差、分接头调整等）2.110kV中性点直接接地系统中，发生单相接地故障时，故障相零序电流的大小主要取决于（）A.系统正序阻抗B.故障点过渡电阻C.系统零序阻抗D.电源电动势大小答案：C（零序电流由零序电压和零序阻抗决定，中性点直接接地系统中，零序阻抗主要影响故障电流幅值）3.微机型距离保护中，采用“四边形特性”阻抗继电器的主要目的是（）A.提高耐过渡电阻能力B.简化算法C.减少计算量D.增强抗干扰能力答案：A（四边形特性在R轴方向有较大的动作区，能更好地耐受过渡电阻对测量阻抗的影响）4.关于母线完全电流差动保护，下列说法错误的是（）A.需将母线上所有连接元件的电流互感器二次侧同极性端并联B.正常运行时差流近似为零C.区外故障时差流等于故障支路电流D.动作电流需躲过最大不平衡电流答案：C（区外故障时，所有连接元件的电流向量和为零，差流为不平衡电流，而非故障支路电流）5.变压器瓦斯保护的主要监测对象是（）A.绕组相间短路B.铁芯过热C.油面降低或油箱内气体聚集D.套管闪络答案：C（瓦斯保护通过检测变压器内部故障产生的气体或油流速度动作，主要反映油箱内部故障，如匝间短路、铁芯故障等引起的油分解）6.某35kV不接地系统发生单相接地故障，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相比（）A.幅值更大，方向相反B.幅值更小，方向相同C.幅值相等，方向相反D.幅值更大，方向相同答案：A（不接地系统中，故障线路零序电流为所有非故障线路零序电容电流之和，方向与非故障线路相反）7.纵联电流差动保护中，采用“采样值差动”判据的优势是（）A.无需通道同步B.抗TA饱和能力强C.动作速度更快D.对通道带宽要求低答案：C（采样值差动直接比较两侧电流瞬时值，无需计算基波分量，动作速度可达10ms以内）8.发电机定子绕组单相接地保护中，基波零序电压保护的灵敏度随（）降低而提高A.发电机中性点接地电阻B.接地故障点位置（距中性点越近）C.系统运行方式D.发电机容量答案：B（基波零序电压保护反映的是故障点对中性点的电压，故障点越靠近中性点，零序电压越小，灵敏度越低；越靠近机端，电压越大，灵敏度越高）9.高压线路后备保护中，阶段式距离保护的Ⅲ段通常整定的原则是（）A.与下一级线路距离Ⅱ段配合B.躲过线路最大负荷电流对应的测量阻抗C.躲过线路末端短路电流D.与相邻变压器低压侧保护配合答案：B（距离Ⅲ段需躲过最大负荷电流对应的测量阻抗，防止正常运行时误动）10.数字化变电站中，智能终端的主要功能是（）A.实现保护算法逻辑B.完成模拟量采样C.执行保护出口跳闸命令D.实现网络报文解析答案：C（智能终端负责将保护装置的跳闸、合闸命令转换为二次回路的硬接点输出，同时采集开关量输入）二、判断题（每题1分，共10分）1.变压器过励磁保护主要用于防止电压过高或频率过低导致的铁芯饱和。（）答案：√（过励磁由U/f过高引起，会导致铁芯饱和、损耗增加，过励磁保护通过监测U/f比值动作）2.方向高频保护中，“闭锁式”比“允许式”的可靠性更高。（）答案：×（允许式保护在区外故障时两侧保护不发允许信号，区内故障时两侧发允许信号，动作更快速；闭锁式保护在区外故障时近故障侧发闭锁信号，可靠性与原理相关，无绝对高低）3.零序电流保护在中性点经小电阻接地系统中的灵敏度高于中性点不接地系统。（）答案：√（小电阻接地系统中，单相接地故障电流更大，零序电流更明显，保护灵敏度更高）4.微机型保护装置的“启动元件”仅用于开放保护出口逻辑。（）答案：×（启动元件还用于触发数据采样、闭锁出口（防止干扰误动）、区分故障与正常运行状态）5.发电机失磁保护中，低励/失磁保护需与系统静稳边界配合，防止正常进相运行时误动。（）答案：√（发电机进相运行时功角增大但未失稳，保护需通过阻抗圆特性或静稳边界方程避免误动）6.母线不完全差动保护仅接入电源支路的电流互感器，适用于出线较多的母线。（）答案：×（不完全差动保护省略无电源支路的TA，适用于出线较少、非电源支路故障对系统影响小的场景）7.线路纵联保护的通道时延会影响电流差动保护的同步精度，但对方向比较式保护无影响。（）答案：√（方向比较式保护仅需判断两侧方向，不依赖时间同步；差动保护需同步采样数据）8.变压器复合电压闭锁过电流保护中，低电压元件可由负序电压或线电压构成，用于提高保护灵敏度。（）答案：√（复合电压闭锁通过低电压或负序电压开放过电流保护，避免正常过负荷时误动，同时提高故障时的灵敏度）9.10kV配电线路的电流速断保护（Ⅰ段）通常按躲过线路末端三相短路电流整定。（）答案：×（电流速断保护按躲过本线路末端最大三相短路电流整定，以保证选择性）10.数字化保护中，SV（采样值）报文的传输延迟应不大于4ms，以满足保护动作速度要求。（）答案：√（IEC61850标准规定，SV报文延迟需满足保护动作时间要求，一般不超过4ms）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述微机保护中“自适应保护”的基本概念及其应用场景。答案：自适应保护是指保护装置能根据电力系统运行状态（如运行方式、故障类型、系统参数等）的变化，自动调整保护定值或特性的一种智能保护技术。应用场景包括：①超高压线路保护中，根据系统运行方式变化调整距离保护的整定阻抗；②发电机保护中，根据有功/无功功率变化调整失磁保护的静稳边界；③配电网保护中，根据分布式电源接入情况自动切换保护逻辑（如过流保护方向）。2.分析变压器励磁涌流的主要特征及其对差动保护的影响。答案：励磁涌流特征：①含有大量非周期分量，波形偏向时间轴一侧；②含有显著的二次谐波（占基波的20%~60%）；③波形存在间断角（约60°~140°）；④初始阶段幅值可达额定电流的6~8倍。对差动保护的影响：励磁涌流会导致差动回路出现较大的不平衡电流，可能使差动保护误动。因此，差动保护需采用二次谐波制动、间断角鉴别或波形对称判别等方法，区分励磁涌流与内部故障电流。3.对比说明线路纵联保护中“光纤通道”与“微波通道”的优缺点。答案：光纤通道优点：①抗电磁干扰能力强，信号衰减小；②传输容量大，可支持多保护信号同时传输；③延迟稳定（约10~20μs/km），利于电流差动保护同步；④可靠性高，受天气影响小。缺点：需专用光缆，建设成本较高，长距离线路需中继。微波通道优点：①无需架设专用通道，利用微波通信网，初期投资低；②适合跨区域、长距离线路（如500kV及以上）。缺点：①易受大气折射、雨雾等影响，传输延迟波动大（可达数毫秒）；②抗干扰能力弱，存在同频干扰风险；③带宽有限，难以支持高速率数据传输（如采样值差动）。4.说明发电机定子绕组匝间短路保护的配置原则及常用方法。答案：配置原则：①需区分匝间短路与相间短路、单相接地故障；②保护应具有较高的灵敏度（能检测10%以下的匝间短路）；③需考虑发电机中性点接地方式（如经配电变压器接地时，可利用零序电压或三次谐波电压）。常用方法：①纵向零序电压保护：利用匝间短路时定子绕组出现的纵向零序电压（由故障绕组的零序电动势产生）；②转子回路二次谐波电流保护：匝间短路会导致气隙磁场畸变，在转子回路感应二次谐波电流；③单元件横差保护：适用于具有多分支绕组的发电机，比较各分支的环流，匝间短路时环流增大。5.简述35kV中性点经消弧线圈接地系统中，单相接地故障的特点及保护配置要求。答案：故障特点：①故障电流为电感电流（消弧线圈补偿后），幅值小（一般小于10A）；②故障相电压降低，非故障相电压升高至线电压；③接地电弧易自熄，可带故障运行1~2小时。保护配置要求：①不设瞬时跳闸保护，采用信号报警；②配置零序功率方向保护（利用故障线路与非故障线路零序电流方向相反的特点）；③若消弧线圈为自动调谐型，需考虑补偿方式（过补偿/欠补偿）对零序电流方向的影响；④对于重要线路，可配置高灵敏度零序电流保护（利用五次谐波或有功分量）。四、综合分析题（每题15分，共30分）1.某110kV线路（长度40km）配置阶段式距离保护，系统参数如下：最大运行方式下，线路正序阻抗Z1=0.4Ω/km，电源等效阻抗Zsys.max=15Ω（以线路侧为参考），最小运行方式下Zsys.min=25Ω；线路最大负荷电流IL.max=600A，功率因数cosφ=0.9，线路额定电压UN=110kV。（1）计算距离Ⅰ段的整定阻抗（可靠系数取0.8）；（2）计算距离Ⅱ段的整定阻抗（与相邻线路距离Ⅰ段配合，相邻线路距离Ⅰ段整定阻抗为Zset.Ⅰ=12Ω）；（3）校验距离Ⅱ段的灵敏度（要求Ksen≥1.3）。答案：（1）距离Ⅰ段整定阻抗Zset.Ⅰ=Krel×Z1×L=0.8×0.4×40=12.8Ω（按躲过本线路末端故障整定）。（2）距离Ⅱ段需与相邻线路Ⅰ段配合，整定阻抗Zset.Ⅱ=Krel×(Z1×L+Zset.Ⅰ邻)，取Krel=0.85（配合系数），则Zset.Ⅱ=0.85×(0.4×40+12)=0.85×(16+12)=0.85×28=23.8Ω。（3）灵敏度校验需考虑最小运行方式下线路末端故障时的测量阻抗。线路末端故障时，测量阻抗Zmeas=Zsys.min+Z1×L=25+0.4×40=25+16=41Ω。距离Ⅱ段动作阻抗为23.8Ω，灵敏度Ksen=Zset.Ⅱ/(Zsys.min+Z1×L)=23.8/41≈0.58（不满足要求）。需重新整定：可考虑与相邻变压器低压侧保护配合，或采用略带方向的距离Ⅱ段（缩小配合范围），或校核是否计算错误（注：实际中距离Ⅱ段灵敏度应校验本线路末端故障时的灵敏系数，即Ksen=Zset.Ⅱ/(Z1×L)=23.8/16≈1.49≥1.3，满足要求。之前误将系统阻抗计入，正确校验应为保护安装处到本线路末端的阻抗与整定阻抗之比）。2.某220kV主变（YNd11接线，容量180MVA，变比220/110kV）配置纵联差动保护，已知：高压侧TA变比nTA.H=2000/5，低压侧TA变比nTA.L=4000/5；正常运行时高压侧电流I.H=450A，低压侧电流I.L=900A（均为线电流）。（1）计算差动保护的平衡系数（以高压侧为基准）；（2）分析当低压侧A相发生单相接地故障（故障电流If=6kA）时，差动保护的动作行为（假设TA无饱和，不平衡电流可忽略）；（3）若变压器发生励磁涌流（二次谐波含量为30%），差动保护应如何避免误动？答案：（1）平衡系数用于补偿两侧TA变比和变压器变比引起的电流差。高压侧二次电流I.H2=I.H/nTA.H=450/(2000/5)=1.125A；低压侧二次电流（相电流）I.L2（相）=I.L（线）/(√3×nTA.L)=900/(√3×4000/5)≈900/(1385.6)=0.65A（YNd11接线需将低压侧电流转换为Y侧相位，即低压侧电流需补偿30°相位差，因此平衡系数Kb=I.H2/I.L2（校正后）=1.125/0.65≈1.73（或通过公式Kb=(U.L×nTA.H)/(U.H×nTA.L×√3)=(110×2000)/(220×4000×√3)=(220000)/(880000×1.732)=1/(4×1.732)≈0.144，可能存在计算方式差异，需明确平衡系数定义）。（2）低压侧A相接地故障时，低压侧电流为故障相电流If.L=6kA（线电流），YNd11接线中，低压侧（Δ侧）故障相电流会在高压侧（Y侧）产生零序电流。高压侧二次电流I.H2=(If.L×√3)/(nTA.H×变比)（需考虑变压器变比220/110=2），即高压侧一次电流I.H1=If.L×(110/220)/√3=6000×(0.5)/1.732≈1732A，二次电流I.H2=1732/(2000/5)=4.33A；低压侧二次电流I.L2=If.L/(nTA.L)=6000/(4000/5)=7.5A（Δ侧相电流为If.