(2025年)电力系统继电保护试题附答案

(2025年)电力系统继电保护试题附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.电力系统继电保护的"选择性"主要通过以下哪种方式实现？A.提高保护装置的动作速度B.合理设置保护的动作值和动作时限C.增加保护装置的灵敏度D.采用双重化配置答案：B2.某110kV线路配置三段式电流保护，其中Ⅱ段保护的整定需要考虑的最主要因素是：A.本线路末端短路时的最小短路电流B.相邻线路Ⅰ段保护的动作范围C.最大负荷电流D.系统最大运行方式下的三相短路电流答案：B3.变压器纵差动保护中，产生稳态不平衡电流的主要原因是：A.变压器励磁涌流B.电流互感器变比误差C.短路电流非周期分量影响D.变压器分接头调整答案：D4.发电机定子绕组单相接地保护中，基波零序电压保护不能保护的区域是：A.中性点附近约15%-20%的绕组B.机端附近约15%-20%的绕组C.整个定子绕组D.绕组中间50%区域答案：A5.关于距离保护的"暂态超越"现象，正确的描述是：A.系统振荡时保护误动作B.短路点过渡电阻导致测量阻抗减小C.故障初始阶段暂态分量导致测量阻抗小于实际阻抗D.电压互感器二次回路断线导致保护误动答案：C6.500kV超高压线路采用分相电流差动保护时，其数据同步的主要实现方式是：A.基于GPS对时B.利用线路两侧电流的相位差计算C.通过光纤通道传输同步码D.采用乒乓原理的时间同步技术答案：D7.微机保护中，"采样频率"的选择主要依据是：A.系统额定频率B.故障信号中最高次谐波频率C.保护装置的处理速度D.电流互感器的传变特性答案：B（根据奈奎斯特采样定理，采样频率需大于信号最高频率的2倍，继电保护通常取12-24点/周波）8.母线完全差动保护中，当母线区外故障时，保护不动作的关键条件是：A.各连接元件的电流互感器同型号B.差回路电流等于各连接元件电流之和C.差回路电流等于故障电流D.差回路电流近似为零答案：D9.高压线路零序电流保护中，设置"零序电流Ⅲ段"的主要目的是：A.作为本线路的主保护B.作为相邻线路的远后备保护C.反映三相短路故障D.提高保护的速动性答案：B10.智能变电站中，继电保护装置与合并单元之间的通信协议通常采用：A.IEC60870-5-103B.IEC61850-9-2C.MODBUSD.DNP3.0答案：B二、判断题（每题1分，共10分，正确打√，错误打×）1.继电保护的"灵敏性"是指在保护范围内发生故障时，保护装置能可靠动作的能力。（√）2.电流速断保护的动作电流应大于被保护线路末端的最大负荷电流。（×）（应大于末端最大短路电流）3.变压器励磁涌流中含有大量二次谐波，因此差动保护可利用二次谐波制动原理避免误动。（√）4.距离保护Ⅰ段的保护范围通常为被保护线路全长的80%-85%。（√）5.发电机失磁保护中，低励限制与失磁保护的区别在于是否允许继续运行。（√）6.母线不完全差动保护只需将连接母线上的所有电源元件接入差动回路。（×）（应接入所有有电源的元件）7.自动重合闸与继电保护的配合方式有"前加速"和"后加速"两种，其中"后加速"是指重合于永久故障时加速保护动作。（√）8.零序电流保护受系统运行方式变化的影响比相间电流保护小。（√）（零序阻抗变化较小）9.微机保护的"自检功能"主要用于检测保护装置硬件和软件的运行状态。（√）10.特高压线路采用串联电容补偿时，距离保护需要考虑电容补偿对测量阻抗的影响。（√）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述三段式电流保护的构成及各段保护的作用。答案：三段式电流保护由电流速断保护（Ⅰ段）、限时电流速断保护（Ⅱ段）和过电流保护（Ⅲ段）组成。Ⅰ段为无时限电流速断，动作电流按躲过本线路末端最大短路电流整定，保护本线路首端部分，动作时间为0s；Ⅱ段为限时电流速断，动作电流按躲过相邻线路Ⅰ段保护的动作电流整定，动作时间比相邻线路Ⅰ段大一个时限级差（通常0.5s），保护本线路全长；Ⅲ段为过电流保护，动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时间按阶梯原则整定，作为本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。2.说明变压器纵差动保护需要进行哪些补偿调整，并解释原因。答案：需要进行三方面补偿：①电流相位补偿：由于变压器绕组接线组别（如Yd11）导致两侧电流存在30°相位差，需通过电流互感器二次侧接线调整（如Y侧互感器接成Δ形）补偿相位；②电流幅值补偿：变压器两侧额定电流不同（I1N/I2N=U2N/U1N），需通过选择合适的电流互感器变比或软件计算补偿系数使两侧电流幅值平衡；③分接头调整补偿：变压器分接头调整会改变变比，导致稳态不平衡电流，需在保护装置中引入分接头位置校正系数。3.比较高频闭锁方向保护与相差高频保护的工作原理及优缺点。答案：高频闭锁方向保护通过比较线路两侧的功率方向，当区外故障时，近故障侧保护发出高频闭锁信号，远故障侧收到信号后闭锁保护；区内故障时，两侧均不发闭锁信号，保护动作跳闸。优点是原理简单，对通道要求低；缺点是需判断功率方向，受过渡电阻影响较大。相差高频保护通过比较线路两侧电流的相位，当区内故障时两侧电流相位差小于180°（允许角），保护动作；区外故障时相位差接近180°，保护闭锁。优点是不受负荷电流影响，灵敏度高；缺点是对通道同步要求高，受系统振荡影响较大。4.简述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：需反映定子绕组同一相内不同匝间的短路故障，且不与单相接地保护混淆。常用方法：①纵向零序电压保护：利用匝间短路时产生的零序电压（由定子绕组不对称产生）动作；②横差保护：对于多分支绕组发电机，利用分支间电流差（横差电流）动作；③单元件式横差保护：通过检测发电机中性点连线上的电流（反映各分支电流不平衡）动作；④高灵敏比率制动差动保护：通过增加制动系数和调整动作门槛，提高对小匝间故障的灵敏度。5.说明数字化变电站对继电保护的影响及需要解决的关键问题。答案：影响：①采样方式改变：由传统模拟量输入变为数字量（SV报文）输入，提高了采样精度和抗干扰能力；②跳闸方式改变：由硬接点输出变为GOOSE报文输出，实现了保护动作信号的网络化传输；③设备集成度提高：合并单元、智能终端的应用简化了二次回路；④运维模式变化：需要关注网络报文分析、设备间互操作性等。关键问题：①过程层网络的可靠性（如交换机冗余、网络风暴防护）；②采样同步精度（需满足μs级同步要求）；③GOOSE报文的实时性与确定性（需确保动作信号传输时间小于保护动作时间）；④设备互操作性（需符合IEC61850标准，实现不同厂家设备的无缝连接）；⑤网络安全防护（防止非法接入、报文伪造等网络攻击）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某10kV线路参数如下：最大运行方式下，线路首端三相短路电流Id.max=12kA，末端三相短路电流Id.min=8kA；最小运行方式下，首端三相短路电流Id.max'=9kA，末端三相短路电流Id.min'=6kA。线路最大负荷电流IL.max=1.2kA，电流互感器变比nTA=600/5，可靠系数Kk=1.2，返回系数Kh=0.85，时限级差Δt=0.5s。试计算该线路三段式电流保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段动作电流及动作时间（假设相邻线路Ⅰ段动作电流为1000A，动作时间t1=0s）。解：（1）电流速断保护（Ⅰ段）动作电流：Iop.Ⅰ=Kk×Id.max（本线路末端最大短路电流）Id.max为最大运行方式下线路末端三相短路电流，即8kAIop.Ⅰ=1.2×8000=9600A（一次值）二次动作电流Iop.Ⅰ'=9600/(600/5)=9600/120=80A动作时间tⅠ=0s（2）限时电流速断保护（Ⅱ段）动作电流：需躲过相邻线路Ⅰ段的动作电流，考虑分支系数Kb（假设为1，即无分支）Iop.Ⅱ=Kk×Iop.Ⅰ（相邻线路）=1.2×1000=1200A（一次值）校验灵敏度：Ksen=Id.min（本线路末端最小运行方式下短路电流）/Iop.Ⅱ=6000/1200=5≥1.3（满足要求）二次动作电流Iop.Ⅱ'=1200/(600/5)=1200/120=10A动作时间tⅡ=t1+Δt=0+0.5=0.5s（3）过电流保护（Ⅲ段）动作电流：Iop.Ⅲ=Kk×IL.max/Kh=1.2×1200/0.85≈1694A（一次值）二次动作电流Iop.Ⅲ'=1694/120≈14.12A（取14.1A）动作时间按阶梯原则，假设下一级线路过电流保护动作时间为1.0s，则本线路tⅢ=1.0+0.5=1.5s2.某双绕组变压器参数：S=31.5MVA，U1N=110kV，U2N=10.5kV，接线组别Yd11，短路阻抗Uk%=10.5。高压侧电流互感器变比nTA1=600/5，低压侧nTA2=3000/5。试计算变压器纵差动保护的平衡系数（假设采用高压侧为基本侧）。解：（1）计算两侧额定电流：高压侧一次额定电流I1N=S/(√3×U1N)=31500/(√3×110)≈165A低压侧一次额定电流I2N=S/(√3×U2N)=31500/(√3×10.5)≈1732A（2）计算两侧电流互感器二次额定电流：高压侧二次电流I1N'=I1N/nTA1=165/(600/5)=165/120≈1.375A低压侧二次电流I2N'=I2N/nTA2=1732/(3000/5)=1732/600≈2.887A（3）由于变压器接线组别为Yd11，低压侧（Δ侧）电流互感器需接成Y形，以补偿30°相位差，此时低压侧二次电流会增大√3倍（Δ侧线电流为相电流的√3倍，Y形接线后相电流等于线电流）。因此实际低压侧二次电流为：I2N''=I2N'×√3≈2.887×1.732≈5A（4）平衡系数Kbal=I1N'/I2N''=1.375/5≈0.275（取高压侧为基本侧，通过软件调整低压侧电流乘以Kbal使其与高压侧平衡）五、分析题（每题10分，共20分）1.某220kV线路配置了距离保护和零序电流保护，某日发生A相接地故障，故障点距保护安装处100km（线路全长200km）。请分析：（1）距离保护各段的动作情况；（2）零序电流保护的动作行为；（3）若故障点存在过渡电阻，对距离保护的影响。答案：（1）距离保护动作情况：距离Ⅰ段整定范围通常为线路全长的80%-85%（200×0.85=170km），故障点100km在Ⅰ段范围内，因此距离Ⅰ段瞬时动作跳闸；若Ⅰ段未动作（如整定值偏小），则距离Ⅱ段（整定范围为全长+下一线Ⅰ段的10%-20%）会以0.5s延时动作；距离Ⅲ段作为后备保护，此时不会动作。（2）零序电流保护动作行为：A相接地故障会产生零序电流，零序Ⅰ段按躲过本线路末端接地故障最大零序电流整定，若故障点100km处的零序电流大于Ⅰ段整定值，则零序Ⅰ段瞬时动作；否则零序Ⅱ段（延时0.5s）动作；零序Ⅲ段作为后备保护，若前两段未动作则延时动作。（3）过渡电阻的影响：过渡电阻（如电弧电阻）呈阻性，会使故障点测量阻抗增大（Rg为过渡电阻，测量阻抗Zmeas=Z1×L+Rg）。对于A相接地故障，接地距离保护测量的是故障相电压与零序电流的比值（Zmeas=(UA)/(IA+3KIO)），过渡电阻会导致测量阻抗的电阻分量增加。若过渡电阻过大，可能导致距离Ⅰ段拒动（测量阻抗超出Ⅰ段范围），此时需依靠距离Ⅱ段或零序保护动作。2.某发电厂一台200MW发电机，采用单元接线方式（发电机-变压器组），配置了纵差动保护、定子接地保护、转子一点接地保护和失磁保护。某日运行中，转子一点接地保护动作发信，约2小时后，纵差动保护动作跳闸。试分析可能的故障发展过程及保护动作的合理性。答案：可能的故障发展过程：（1）初始阶段：转子一点接地（如励磁绕组绝缘损坏，某点与转子铁芯短接），此时转子回路对地电压升高，但无故障电流，转子一点接地保护动作发信，提示需及时处理。（2）故障发展：若未及时处理，转子绕组另一处发生接地（两点接地），此时转子绕组被部分短接，造成磁路不平衡，引起发电机强烈振动；同时，两点接地会导致转子电流增大，可能烧损绕组。（3）最终故障：转子两点接地引起的磁路不平衡可能导致定子绕