电力系统故障分析考核试题与答案

电力系统故障分析考核试题与答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，将正确选项字母填入括号内）1.当三相短路发生在无限大容量母线附近时，短路电流的周期分量幅值在短路发生后第一个周期内（）A.迅速衰减到零  B.基本保持不变  C.线性上升  D.指数上升答案：B2.对称分量法用于故障计算时，负序网络中发电机的负序电抗通常取（）A.Xd"  B.Xd'  C.X2≈Xd"  D.X0答案：C3.单相接地故障时，故障点零序电压与正序电压的相位关系为（）A.同相  B.反相  C.超前90°  D.滞后90°答案：B4.220kV系统采用中性点固定接地方式，当发生单相金属性接地时，非故障相电压升高为（）A.线电压  B.相电压  C.1.5倍相电压  D.不变答案：A5.下列哪种故障类型在相同故障点、相同系统条件下产生的短路电流最大（）A.三相短路  B.两相短路  C.单相接地  D.两相接地短路答案：A6.变压器Yd11接线，高压侧发生B相接地，低压侧对应相电流（）A.为零  B.最大  C.与高压侧同相  D.与高压侧反相答案：A7.利用PSASP进行短路计算时，若需考虑负荷电动机反馈，应在计算任务中勾选（）A.“考虑负荷静态模型”  B.“考虑负荷动态模型”  C.“考虑发电机饱和”  D.“考虑线路充电”答案：B8.当线路两端装有串联补偿电容时，短路电流可能出现（）A.次同步振荡  B.超同步振荡  C.铁磁谐振  D.基频饱和答案：A9.故障录波图中，电流波形出现直流偏移最明显的故障类型是（）A.三相短路  B.两相短路  C.单相接地  D.断线答案：A10.在短路容量计算中，若系统基准容量取100MVA，则短路容量Ssc与短路电流Isc（kA）的关系为（）A.Ssc=√3×Uav×Isc  B.Ssc=Uav×Isc  C.Ssc=3×Uav×Isc  D.Ssc=Uav²/Isc答案：A11.对于采用快速接地开关（HSGS）的线路，重合闸前HSGS的主要作用是（）A.限制过电压  B.熄灭潜供电弧  C.限制短路电流  D.降低零序阻抗答案：B12.当发电机出口发生三相短路时，若励磁系统无强励，则短路电流周期分量衰减由（）决定A.Xd"  B.Xd'  C.Xd  D.Xq答案：C13.在不对称故障计算中，若负序网络与零序网络在故障点并联，则故障类型为（）A.单相接地  B.两相短路  C.两相接地短路  D.三相短路答案：C14.采用叠加定理计算短路电流时，负荷节点电压预故障值通常取（）A.1.0p.u.  B.1.05p.u.  C.0.95p.u.  D.实际潮流结果答案：D15.当故障点零序阻抗大于正序阻抗时，单相接地电流与三相短路电流之比（）A.大于1  B.小于1  C.等于1  D.无法确定答案：B16.变压器中性点经小电阻接地，主要目的是（）A.降低接地故障电流  B.提高零序电压  C.限制铁磁谐振  D.降低负序电流答案：A17.在EMTP中模拟断路器三相不同期操作时，应设置（）A.理想开关  B.时间控制开关  C.电压控制开关  D.电流控制开关答案：B18.当线路采用瞬时重合闸，若故障为永久性单相接地，则第二次跳闸后故障相电压（）A.为零  B.为线电压  C.为1.5倍相电压  D.等于正常相电压答案：A19.对于电缆线路，零序阻抗一般（）正序阻抗A.远大于  B.远小于  C.约等于  D.等于答案：A20.在短路电流计算中，若忽略电阻，则冲击系数kim取（）A.1.0  B.1.3  C.1.8  D.2.0答案：C二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列哪些因素会影响短路电流直流分量初始值（）A.故障发生时刻电压相位  B.系统频率  C.故障点阻抗角  D.发电机励磁电压答案：A、C22.关于对称分量法，下列说法正确的是（）A.适用于线性系统  B.负序分量相位按逆时针排列  C.零序分量三相幅值相等相位相同  D.正序分量相位按顺时针排列答案：A、C、D23.下列哪些故障属于不对称故障（）A.单相接地  B.两相短路  C.两相接地短路  D.三相短路答案：A、B、C24.在PSCAD中建立发电机模型时，为准确计算次暂态过程，需输入下列哪些参数（）A.Xd"  B.Xd'  C.Td0"  D.Ra答案：A、B、C、D25.当采用快速接地开关（HSGS）熄灭潜供电弧时，需满足（）A.故障相两端接地  B.接地电阻足够小  C.接地时间大于潜供电弧自熄时间  D.接地开关先于重合闸动作答案：A、B、C、D26.下列哪些措施可限制短路电流水平（）A.母线分段运行  B.采用高阻抗变压器  C.安装限流电抗器  D.提高系统电压等级答案：A、B、C27.关于变压器中性点接地方式，下列说法正确的是（）A.直接接地可降低过电压  B.经消弧线圈接地可补偿接地电容电流  C.不接地系统发生单相接地可继续运行2h  D.经电阻接地可降低通信干扰答案：A、B、C、D28.在短路电流计算中，若需考虑电动机反馈，应已知电动机的（）A.次暂态电抗  B.额定容量  C.初始负荷率  D.接线方式答案：A、B、C、D29.下列哪些现象可能由不对称故障引起（）A.变压器中性点电位升高  B.线路零序电流保护动作  C.发电机转子过热  D.线路末端电压跌落答案：A、B、C、D30.当使用节点阻抗矩阵法计算短路电流时，下列哪些操作会改变节点阻抗矩阵（）A.线路投切  B.变压器变比调整  C.发电机并网  D.负荷功率变化答案：A、B、C三、填空题（每空1分，共20分）31.短路电流最大瞬时值称为________电流，其值可达周期分量幅值的________倍。答案：冲击，1.8～2.032.对称分量变换矩阵S的维度为________，其逆矩阵S⁻1等于________。答案：3×3，1/3S答案：3×3，1/3S33.当故障点零序阻抗Z0与正序阻抗Z1满足________时，单相接地电流大于三相短路电流。答案：Z0<Z134.在短路容量定义式Ssc=√3UavIsc中，Uav取________电压，Isc为________电流。答案：平均额定，短路后稳态35.变压器Yyn0接线，低压侧单相接地时，高压侧________序电流为零，________序电压不为零。答案：零，正、负、零36.当线路采用瞬时重合闸，若潜供电弧在________ms内自熄，则重合闸成功率大于90%。答案：100～20037.在EMTP中，传输线模型若采用Bergeron模型，其波阻抗Zc=________，波速v=________。答案：√(L/C)，1/√(LC)38.发电机次暂态电抗Xd"的典型值为________p.u.，暂态电抗Xd'的典型值为________p.u.。答案：0.1～0.2，0.15～0.339.当系统基准容量Sb=100MVA，电压基准Ub=230kV，则电流基准Ib=________kA。答案：0.25140.中性点经消弧线圈接地系统，脱谐度ν=(IC−IL)/IC，当ν<0时为________调谐，ν>0时为________调谐。答案：过，欠四、简答题（每题8分，共40分）41.（封闭型）说明利用对称分量法计算单相接地故障的步骤，并给出故障点各序电流表达式。答案：1.建立正、负、零序网络，求故障点各序戴维南等效电势E1、等效阻抗Z1、Z2、Z0。2.单相接地边界条件：Ia=IF，Ib=Ic=0；Ua=0。3.对称分量变换得：I1=I2=I0=IF/3。4.序电压方程：U1=E1−I1Z1，U2=−I2Z2，U0=−I0Z0。5.故障相电压U1+U2+U0=0，解得IF=3E1/(Z1+Z2+Z0)。6.各序电流：I1=I2=I0=E1/(Z1+Z2+Z0)。42.（封闭型）解释“潜供电弧”产生机理，并列举三种抑制措施。答案：机理：单相故障跳闸后，故障相两端断开，但健全相通过电容耦合与电磁感应继续向故障点提供电流，形成电弧。抑制措施：1.快速接地开关（HSGS）将故障相两端短时接地，降低恢复电压；2.安装高速接地开关并联小电抗，补偿耦合电容；3.采用三相重合闸，缩短无电流时间。43.（开放型）某220kV系统规划新建一座500MVA、Uk%=14%的变压器，试分析其对短路电流水平的影响，并提出两种限流方案。答案：影响：变压器阻抗ZT=Uk%×Sb/Sn=0.14×100/500=0.028p.u.，接入后等效阻抗降低，短路电流增大。方案1：变压器采用分裂绕组，半穿越阻抗提高至20%，等效阻抗增大43%；方案2：在220kV母线分段处安装12Ω限流电抗器，计算得短路电流下降约18%。44.（封闭型）写出利用节点阻抗矩阵计算三相短路电流的矩阵公式，并说明各符号含义。答案：Isc=Z⁻1E，其中Z为节点阻抗矩阵，E为故障前节点电压列向量，Isc为注入节点短路电流列向量。实际计算时，仅对故障节点k求：Isc_k=E_k/Zkk，其余节点电压变化ΔU=−Z·Isc。45.（开放型）结合某实际电网案例，说明如何利用故障录波数据判别故障类型、故障相别及故障点位置。答案：案例：2022年某500kV线路故障，录波显示A相电流突变至3.2kA，B、C相电流对称减小，零序电流2.8kA，故障后100msA相跳闸，300ms三相跳闸。判别：1.电流不对称且零序大→接地故障；2.仅A相电流大→单相接地；3.双端测距：利用零序电流与零序电压相位差，计算故障距离为离M端63km，与实际巡线结果62.8km一致。五、计算题（共50分）46.（10分）某110kV系统如图，发电机G：Sn=60MVA，Xd"=0.18；变压器T：Sn=60MVA，Uk%=10.5；线路L：50km，x1=0.4Ω/km。取Sb=100MVA，Ub=115kV。求线路末端三相短路电流初始周期分量有效值。答案：1.基准电流Ib=100/(√3×115)=0.502kA。2.发电机Xg=0.18×100/60=0.3p.u.3.变压器Xt=0.105×100/60=0.175p.u.4.线路Xl=0.4×50×100/115²=0.151p.u.5.总电抗X=0.3+0.175+0.151=0.626p.u.6.Isc=1/0.626=1.597p.u.→1.597×0.502=0.802kA。47.（15分）同一系统，线路末端发生单相接地，已知Z0=0.45p.u.，Z1=0.626p.u.，Z2=0.626p.u.，求故障点单相接地电流、非故障相电压。答案：1.IF=3E1/(Z1+Z2+Z0)=3×1/(0.626+0.626+0.45)=3/1.702=1.763p.u.→1.763×0.502=0.885kA。2.故障点各序电压：U1=1−1.763/3×0.626=0.632；U2=−1.763/3×0.626=−0.368；U0=−1.763/3×0.45=−0.264。3.非故障相电压：Ub=a²U1+aU2+U0=0.632∠240°−0.368∠120°−0.264=1.02p.u.→1.02×115/√3=67.9kV；Uc=1.02p.u.，相位差60°。48.（15分）某220kV环网如图，母线A、B通过双回线连接，线路正序阻抗0.3p.u.，零序阻抗0.9p.u.，母线A处三相短路容量4GVA。若在母线B处发生两相接地短路，求故障点各相电流、电压。取Sb=100MVA，Ub=230kV。答案：1.基准电流Ib=100/(√3×230)=0.251kA。2.母线A短路电抗X1=Sb/Ssc=100/4000=0.025p.u.，线路X1=0.3，X0=0.9，总X1=0.025+0.3=0.325p.u.，X0=0.025+0.9=0.925p.u.，X2=X1=0.325p.u.3.两相接地序网：正、负、零序并联，I1=E1/[X1+X2∥X0]=1/[0.325+0.325∥0.925]=1/(0.325+0.241)=1.76p.u.I2=−I1×X0/(X2+X0)=−1.76×0.925/1.25=−1.30p.u.I0=−I1×X2/(X2+X0)=−1.76×0.325/1.25=−0.457p.u.4.故障相电流：Ib=I0+a²I2+aI1=−0.457+1.30∠240°+1.76∠120°=2.68p.u.→2.68×0.251=0.673kA；Ic=2.68p.u.，相位反相。5.故障点电压：U1=1−I1X1=1−1.76×0.325=0.428p.u.；U2=−I2X2=1.30×0.325=0.423p.u.；U0=−I0X0=0.457×0.925=0.423p.u.非故障相Ua=U1+U2+U0=1.27p.u.→1.27×230/√3=168.7kV；故障相电压Ub=Uc=0。49.（10分）某10kV配电线路，电缆型号YJLV22-3×240，长度5km，正序电抗0.075Ω/km，零序电抗0.25Ω/km，电源侧系统等效电抗0.08Ω（归算到10kV）。求线路末端三相短路电流、单相接地电流，并比较大小。答案：1.总正序电抗X1=0.08+0.075×5=0.455Ω；零序X0=0.08+0.25×5=1.33Ω。2.三相短路电流Isc3=Uav/(√3X1)=10.5/(√3×0.455)=13.3kA。3.单相接地IF=3Uφ/(X1+X2+X0)=3×10.5/√3/(0.455+0.455+1.33)=18.2/1.24=14.7kA。4.比较：IF>Isc3，单相接地电流更大，与X0>X1矛盾，原因在于低压电缆零序阻抗虽大于正序，但系统源阻抗占主导，整体X0仍小于X1，故IF更大。六、综合应用题（共40分）50.（20分）某区域电网2023年发生“9·12”事故：500kV线路M—N双回同时跳闸，录波显示M侧三相电流幅值分别为3.5kA、3.6kA、3.7kA，零序电流0.1kA；N侧三相电流3.4kA、3.5kA、3.6kA，零序电流0.1kA。两侧保护均报“相间故障”动作。试分析：（1）故障类型；（2）故障相别；（3）故障点大致位置；（4）保护动作正确性；（5）运行人员后续处理建议。答案：（1）三相电流对称、零序很小→三相短路。（2）三相同时故障，无特定相别。（3）两侧电流几乎相等，故障点位于线路中点。（4）保护正确，差动电流≈0.1kA，制动电流≈3.5kA，比率差动动作。（5）建议：巡线重点在中段；检查导线、绝缘子、塔身有无闪络；测量绝缘子串盐密；若未发现明显故障点，可试送第一回，第二回继续检修。51.（20分）某城市220kV电缆—架空混合线路，全长38km，其中电缆段