2025年继电保护复习题及参考答案

2025年继电保护复习题及参考答案一、基础概念题1.简述继电保护装置的“四性”要求及其具体含义。参考答案：继电保护的“四性”包括选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性指故障时仅切除故障元件，非故障部分继续运行；速动性要求快速切除故障，减少设备损坏和系统失稳风险；灵敏性指保护对其保护范围内故障或异常状态的反应能力，通常用灵敏系数衡量；可靠性指保护在该动作时不拒动、不该动作时不误动，包括装置本身质量和配置合理性。2.说明电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护的区别及配合关系。参考答案：电流速断保护（Ⅰ段）按本线路末端最大短路电流整定，无延时，仅保护线路全长的80%-85%；限时电流速断保护（Ⅱ段）按相邻线路Ⅰ段保护范围末端短路电流整定，带0.3-0.5s延时，保护本线路全长；过电流保护（Ⅲ段）按最大负荷电流整定，带较长延时（与相邻线路保护Ⅱ、Ⅲ段配合），作为本线路和相邻线路的后备保护。三者通过动作电流和动作时间双重配合，构成三段式电流保护体系。3.零序电流保护与相间电流保护相比有哪些特点？参考答案：零序电流保护基于故障时产生的零序电流动作，特点包括：（1）零序电流仅在接地故障时存在，正常运行及相间短路无零序电流，因此保护范围明确；（2）零序电流大小与中性点接地方式相关，适用于中性点直接接地系统；（3）零序电流受系统运行方式影响较小（因零序阻抗主要由变压器中性点接地数量决定），灵敏度较高；（4）零序Ⅲ段保护可作为接地故障的近后备和远后备，动作时间短于相间过电流保护。二、整定计算题4.某110kV线路参数如下：线路长度L=50km，正序阻抗Z1=0.4Ω/km，最大运行方式下线路末端三相短路电流I"k.max=3.2kA，最小运行方式下线路末端三相短路电流I"k.min=2.8kA，最大负荷电流IL.max=1.2kA，负荷自启动系数Kss=1.5，可靠系数KrelⅠ=1.2，KrelⅡ=1.15，KrelⅢ=1.2，返回系数Kre=0.85，时间级差Δt=0.5s。试计算该线路三段式电流保护的动作电流、动作时间，并校验Ⅰ、Ⅱ段灵敏度。参考答案：（1）电流速断保护（Ⅰ段）：动作电流IopⅠ=KrelⅠ×I"k.max=1.2×3.2=3.84kA（取3.84kA）；动作时间tⅠ=0s；灵敏度校验：需校验本线路末端最小短路电流是否满足I"k.min≥IopⅠ/1.5（规程要求），2.8≥3.84/1.5≈2.56，满足。（2）限时电流速断保护（Ⅱ段）：相邻线路Ⅰ段动作电流假设为Iop邻Ⅰ=3.5kA，则本线路Ⅱ段动作电流IopⅡ=KrelⅡ×Iop邻Ⅰ=1.15×3.5≈4.025kA（取4.05kA）；动作时间tⅡ=t邻Ⅰ+Δt=0+0.5=0.5s；灵敏度校验：本线路末端最小短路电流I"k.min=2.8kA，灵敏系数KsenⅡ=I"k.min/IopⅡ=2.8/4.05≈0.69（不满足要求，需重新整定）。修正：按本线路末端故障有足够灵敏度整定，IopⅡ=KrelⅡ×(I"k.min/1.3)（规程要求KsenⅡ≥1.3），即IopⅡ=1.15×(2.8/1.3)≈2.48kA；此时需与相邻线路Ⅱ段配合（假设相邻Ⅱ段Iop邻Ⅱ=2.6kA），取较大值2.6kA，tⅡ=0.5s，KsenⅡ=2.8/2.6≈1.08（仍不满足，需采用距离保护或增加方向元件）。（3）过电流保护（Ⅲ段）：动作电流IopⅢ=KrelⅢ×Kss×IL.max/Kre=1.2×1.5×1.2/0.85≈2.54kA（取2.55kA）；动作时间tⅢ=t下一段Ⅲ段+Δt（假设下一段Ⅲ段t=1.0s），则tⅢ=1.0+0.5=1.5s；灵敏度校验：近后备Ksen近=I"k.min（本线路末端）/IopⅢ=2.8/2.55≈1.10（不满足≥1.3，需调整定值或改进保护）；远后备Ksen远=I"k.min（相邻线路末端）/IopⅢ（假设相邻线路末端最小短路电流为2.0kA）=2.0/2.55≈0.78（不满足≥1.2，需增加低压闭锁或复合电压闭锁）。三、设备与原理分析题5.微机保护装置的硬件通常由哪几部分组成？各部分的主要功能是什么？参考答案：微机保护硬件主要包括数据采集系统、CPU主系统、开关量输入/输出系统和通信接口。数据采集系统（如电压/电流变换器、低通滤波器、采样保持器、A/D转换器）负责将模拟量转换为数字量；CPU主系统（微处理器、存储器、定时器）完成数据处理、逻辑判断和保护算法；开关量输入/输出系统（光电隔离、出口继电器）实现外部接点信号输入和保护动作信号输出；通信接口（如RS-485、以太网）用于与监控系统或其他智能设备通信，实现信息交互。6.分析电流互感器（CT）饱和对继电保护的影响及应对措施。参考答案：CT饱和时，一次大电流无法真实传变到二次侧，二次电流波形畸变（出现平顶波），导致保护装置测量电流偏小。对电流速断保护可能造成拒动（因二次电流小于整定值）；对过电流保护可能延迟动作；对差动保护会产生差流（因两侧CT饱和程度不同），导致误动。应对措施包括：（1）选用伏安特性好、容量足够的CT（如TP级暂态型CT）；（2）增大CT变比，降低二次负载；（3）在保护算法中加入CT饱和识别逻辑（如二次电流波形判别、间断角原理）；（4）采用数字式保护，利用软件算法补偿CT饱和影响。四、故障分析与动作逻辑题7.某110kV中性点直接接地系统中，线路A发生A相金属性接地故障，线路两侧零序电流保护均动作。试分析：（1）故障点零序电压、零序电流的分布特征；（2）零序Ⅰ段、零序Ⅱ段的动作逻辑。参考答案：（1）零序电压分布：故障点零序电压最高（接近相电压），离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处零序电压为0；零序电流分布：由故障点经大地流向各中性点接地的变压器，故障线路零序电流为所有非故障线路零序电流之和（方向由母线流向线路），非故障线路零序电流为自身电容电流（方向由线路流向母线）。（2）零序Ⅰ段按本线路末端接地故障时的最小零序电流整定（躲过非全相运行、振荡等干扰），无延时动作，仅保护线路首端部分；零序Ⅱ段按相邻线路零序Ⅰ段保护范围末端接地故障整定，带0.3-0.5s延时，保护本线路全长及相邻线路一部分；若故障点在本线路末端，本线路零序Ⅱ段动作，跳开本线路断路器；若相邻线路零序Ⅰ段未动作（如拒动），本线路零序Ⅱ段作为远后备跳开本线路断路器，隔离故障。8.距离保护在发生出口三相短路时可能出现“超越”现象，试分析原因及防止措施。参考答案：出口三相短路时，母线电压骤降为0，距离保护测量电压U=0，测量电流I很大，测量阻抗Z=U/I≈0，理论上应可靠动作。但实际中，电压互感器（PT）二次侧可能因饱和或断线导致电压测量误差，或保护装置在电压突降时因滤过器暂态过程产生不平衡输出，使测量阻抗计算值偏大（超越），导致保护误动。防止措施包括：（1）采用记忆电压（保留故障前电压作为参考），避免电压消失后测量阻抗计算错误；（2）加入电抗特性元件（如四边形特性），限制出口短路时的超越范围；（3）提高PT精度，减少二次回路压降；（4）在保护启动元件中加入电流突变量判据，确保出口短路时快速启动，避免测量元件延迟动作。五、综合应用题9.某220kV双电源环网中，线路L连接变电站M和N，M侧电源阻抗ZSM=10+j30Ω，N侧电源阻抗ZSN=15+j45Ω，线路正序阻抗ZL=0.15+j0.6Ω/km，长度100km。当线路L中点发生BC相金属性短路时，试计算：（1）故障点正序、负序、零序电流（假设系统中性点直接接地，零序阻抗Z0L=3ZL）；（2）M侧距离保护Ⅰ段（整定阻抗为0.8ZL）的测量阻抗，判断是否动作。参考答案：（1）BC相短路为两相短路，无零序分量（零序电流I0=0）。正序、负序网络并联，总阻抗ZΣ1=ZΣ2=(ZSM+ZL/2)//(ZSN+ZL/2)。ZL/2=0.15×50+j0.6×50=7.5+j30Ω，ZSM+ZL/2=10+7.5+j(30+30)=17.5+j60Ω，ZSN+ZL/2=15+7.5+j(45+30)=22.5+j75Ω。ZΣ1=ZΣ2=(17.5+j60)(22.5+j75)/(17.5+j60+22.5+j75)。计算分子：(17.5×22.5-60×75)+j(17.5×75+60×22.5)=(393.75-4500)+j(1312.5+1350)=-4106.25+j2662.5Ω；分母=40+j135Ω，模值√(40²+135²)=√(1600+18225)=√19825≈140.8Ω。故障点正序电流I1=Eφ/ZΣ1（假设Eφ=220/√3≈127kV），则I1=127000/(√((-4106.25/140.8)²+(2662.5/140.8)²))≈127000/(√(853+350))≈127000/34.7≈3660A，负序电流I2=I1=3660A，故障电流Ik=√3×I1≈6340A。（2）M侧距离保护测量阻抗Zm=UBC/IBC。BC相短路时，UBC=-(I1×ZL/2I2×ZL/2)=-ZL/2×(I1I2)（因I1=I2），故UBC=0（金属性短路），但实际中需考虑过渡电阻。若忽略过渡电阻，Zm=0，远小于整定阻抗0.8ZL=0.8×(15+j60)=12+j48Ω，因此距离保护Ⅰ段可靠动作。10.简述智能变电站中GOOSE（通用面向对象的变电站事件）报文在继电保护中的应用及需注意的问题。参考答案：GOOSE报文用于传输开关量信号（如保护跳闸命令、刀闸位置、闭锁信号），采用IEC61850标准，通过以太网实现快速、可靠的信息交互。应用包括：（1）母线保护与间隔智能终端间的跳闸命令传输；（2）线路纵联保护的闭锁/允许信号交换；（3）主