继电保护系统保护原理试题及答案

继电保护系统保护原理试题及答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.继电保护装置主要由测量比较元件、逻辑判断元件和（）组成。A.执行输出元件B.电源元件C.通信元件D.显示元件2.对于反应电流增大而动作的继电保护装置，其返回系数Kre通常（）。A.大于1B.小于1C.等于1D.等于03.在电流保护中，将继电器接在电流互感器的星形接线方式上，该接线系数Kcon为（）。A.1B.√3C.1/√3D.24.距离继电器中，能够消除死区且具有明确方向性的继电器特性通常为（）。A.全阻抗继电器B.方向阻抗继电器C.偏移特性阻抗继电器D.电抗继电器5.变压器差动保护中，产生不平衡电流的主要原因之一是（）。A.变压器励磁涌流B.负荷电流变化C.系统频率波动D.电压互感器断线6.为防止励磁涌流引起变压器差动保护误动，通常采用鉴别波形间断角或（）原理。A.过电流B.低电压C.二次谐波制动D.零序电流7.在输电线路纵联保护中，若采用闭锁式信号，当本侧判断为外部故障时，应向对侧发出（）信号。A.允许跳闸B.跳闸C.闭锁D.警告8.发电机定子绕组单相接地时，零序电压的大小随接地点位置而变化，当（）接地时，零序电压最大。A.中性点B.机端C.绕组中部D.绕组1/3处9.母线差动保护采用电流比相式原理时，主要是比较各连接元件电流的（）。A.幅值B.相位C.功率D.谐波分量10.自动重合闸前加速保护方式主要适用于（）。A.重要输电线路B.多电源辐射形网络C.单侧电源辐射形线路D.双侧电源平行线路11.电力系统发生振荡时，测量阻抗的轨迹将随时间周期性变化，且（）。A.不会进入动作区B.会瞬时进入动作区C.变化速度比短路时慢D.变化速度比短路时快12.对于110kV及以上的中性点直接接地系统，发生单相接地短路时，故障相电流的特点是（）。A.正序、负序、零序电流大小相等B.只有正序电流C.只有零序电流D.正序电流等于负序电流13.在微机继电保护中，模拟低通滤波器的主要作用是（）。A.放大信号B.防止频率混叠C.滤除直流分量D.移相14.距离保护的测量阻抗Zm=U/I，当线路发生金属性三相短路时，Zm反映的是（）。A.负荷阻抗B.短路点到保护安装处的线路阻抗C.系统总阻抗D.电源阻抗15.变压器瓦斯保护主要用于反应变压器（）。A.套管故障B.内部匝间短路及油面降低C.外部相间短路D.过负荷16.在继电保护“四性”中，当系统发生故障时，保护装置应有选择地切除故障部分，这指的是（）。A.可靠性B.选择性C.快速性D.灵敏性17.对于Y/△-11接线的变压器，纵差动保护中电流互感器的二次接线通常应进行（）。A.星形接线B.三角形接线C.两相电流差接线D.零序接线18.当输电线路发生BC两相接地短路时，边界条件中存在（）。A.=B.=C.+D.=19.距离保护I段的整定值通常按（）整定。A.躲过本线路末端短路B.躲过相邻线路始端短路C.躲过最大负荷电流D.躲过系统振荡20.在微机保护算法中，全周波傅里叶算法能够滤除（）。A.直流分量和所有整数次谐波B.只有直流分量C.只有奇次谐波D.只有偶次谐波二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。全部选对得2分，选错得0分，少选得1分）1.继电保护装置在电力系统中的主要作用包括（）。A.自动、迅速、有选择性地将故障元件从系统中切除B.反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护条件发出信号C.自动调节系统电压D.自动重合闸2.电流互感器在运行中，其二次侧（）。A.不允许开路B.不允许短路C.必须有一点接地D.必须两点接地3.常用的距离保护阻抗继电器特性圆包括（）。A.全阻抗圆B.方向阻抗圆C.抛球特性圆D.苹果特性圆4.影响距离保护测量阻抗精度的因素主要有（）。A.过渡电阻B.系统振荡C.分支电流D.互感器误差5.变压器纵差动保护产生不平衡电流的原因有（）。A.变压器两侧电流互感器的变比不匹配B.变压器各侧绕组接线方式不同引起电流相位不一致C.变压器的励磁电流D.变压器带负荷调压6.输电线路自动重合闸的类型，按动作次数可分为（）。A.三相重合闸B.单相重合闸C.一次重合闸D.多次重合闸7.发电机定子绕组匝间短路保护可以采用（）。A.单元件式横差保护B.负序功率方向保护C.零序电压保护D.纵向零序电压保护8.微机继电保护装置的硬件核心部分包括（）。A.数据采集系统B.微机主系统（CPU/MPU）C.开关量输入/输出系统D.人机接口系统9.电力系统短路时，短路电流中包含的分量有（）。A.周期分量B.非周期分量C.高频分量D.负荷分量10.母线完全差动保护在（）情况下会产生不平衡电流。A.电流互感器饱和B.母线连接元件倒闸操作C.外部短路D.正常运行三、填空题（本大题共15小题，每小题2分，共30分）1.继电保护装置的灵敏度系数Ksen是指__________与__________的比值。2.对于反应电流降低而动作的低电压继电器，其返回系数Kre__________1。3.在三段式电流保护中，第I段称为__________，第II段称为__________，第III段称为__________。4.功率方向继电器采用90°接线方式时，接入继电器的电流̇和电压̇分别是̇和__________（A相）。5.距离保护中，整定阻抗Zset与动作阻抗Zop的区别在于：Zset是__________，Zop是__________。6.变压器差动保护中，由于变压器两侧电流相位不同，通常采用__________或__________进行相位补偿。7.输电线路纵联保护按通道类型可分为：导引线纵联保护、__________、__________和光纤纵联保护。8.发电机励磁回路接地故障分为__________和__________。9.自动重合闸的重合时间应大于__________时间，并加上裕度时间。10.在微机保护中，A/D转换器的作用是将模拟量转换为__________。11.当电力系统发生不对称短路时，系统中会出现__________序、__________序和__________序分量。12.距离保护的阻抗继电器通常采用比相式或比幅式原理，对于方向阻抗继电器，比幅式动作方程为__________。13.为防止距离保护在系统振荡时误动，通常装设__________。14.母线差动保护的差动电流等于所有连接元件电流的__________。15.对于双电源线路，为保证选择性，距离保护I段只能保护本线路的__________。四、简答题（本大题共6小题，每小题10分，共60分）1.简述继电保护装置的“四性”要求及其相互关系。2.请画出方向过流保护中功率方向继电器的90°接线图，并简述采用90°接线方式的优点。3.何谓变压器的励磁涌流？它有什么特点？变压器差动保护是如何防止励磁涌流引起误动的？4.简述距离保护的工作原理，并说明为什么距离保护比电流保护更优越？5.试比较输电线路纵联保护中，允许式与闭锁式信号的主要区别。6.简述微机继电保护装置的基本组成及各部分的作用。五、应用分析题（本大题共4小题，共80分）1.（20分）如下图所示（此处文字描述网络结构），110kV单侧电源辐射形网络，线路AB长度为20km，线路BC长度为30km。线路正序阻抗为0.4Ω/km。系统阻抗Xs.min=2Ω,Xs.max=4Ω。变压器T容量为31.5MVA，Uk%=10.5，电压110/11kV。电流互感器变比均为300/5。(1)计算线路AB保护I段、II段、III段的动作电流（可靠系数取K'Irel=1.3,K''Irel=1.1,K'''Irel=1.2,返回系数Kre=0.85）。(2)计算线路AB保护II段、III段的灵敏度。(3)说明各段的保护范围。2.（20分）某110kV线路距离保护采用方向阻抗继电器，整定阻抗Zset=10∠75°Ω。某时刻继电器测量电压̇=60∠(1)计算继电器的测量阻抗Zm。(2)判断该阻抗继电器是否动作（写出判断过程）。(3)若线路发生经过渡电阻Rg=2Ω的金属性短路，分析过渡电阻对测量阻抗的影响（定性分析）。3.（20分）一台Y/△-11接线的双绕组变压器，容量为40MVA，电压比为110kV/11kV。纵差动保护采用比率制动特性。(1)若变压器两侧电流互感器分别采用星形接线，计算两侧电流互感器的计算变比，并选择标准变比。(2)说明为何需要进行电流互感器二次侧的相位补偿？微机保护中通常如何实现？(3)简述比率制动特性差动继电器的基本动作方程及制动量、动作量的构成。4.（20分）某发电机定子绕组单相接地保护采用基波零序电压原理。(1)画出发电机中性点经消弧线圈接地的定子单相接地零序等效电路。(2)推导发电机机端A相金属性接地时，机端零序电压3U0的大小。(3)说明该保护存在的主要死区问题，以及如何消除该死区。参考答案与解析一、单项选择题1.A2.B3.A4.C5.A6.C7.C8.B9.B10.C11.C12.A13.B14.B15.B16.B17.B18.A19.A20.A二、多项选择题1.AB2.AC3.AB4.ABCD5.ABCD6.CD7.AD8.ABCD9.ABC10.AC三、填空题1.系统最小运行方式下金属性短路电流；保护装置的动作电流2.大于3.无时限电流速断保护；带时限电流速断保护；定时限过电流保护4.̇5.设定值（常数）；实际测量值（变量）6.电流互感器二次侧进行三角形接线；在软件中进行相量变换7.电力线载波纵联保护；微波纵联保护8.一点接地；两点接地9.故障点去游离10.数字量11.正；负；零12.|−|≤||13.振荡闭锁装置14.向量和15.80%~85%四、简答题1.简述继电保护装置的“四性”要求及其相互关系。继电保护装置的四性是指选择性、速动性、灵敏性和可靠性。(1)选择性：指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件从系统中切除，使停电范围尽量缩小，保证无故障部分继续运行。(2)速动性：指保护装置应尽可能快地切除故障，以减少设备损坏，提高系统并列运行的稳定性。(3)灵敏性：指保护装置对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。通常用灵敏系数来衡量。(4)可靠性：指保护装置在规定的保护范围内发生故障时，应可靠动作（不拒动）；而在该范围以外发生故障时，应不动作（不误动）。相互关系：这四性是既矛盾又统一的。例如，提高速动性往往可能降低可靠性（如简化保护接线）；提高灵敏度有时会降低安全性（易误动）；选择性与速动性在某些复杂网络中也可能存在矛盾。在实际应用中，需要根据电力系统的具体情况进行统筹协调，对于主保护，强调速动性和选择性；对于后备保护，则侧重于灵敏性和可靠性。2.请画出方向过流保护中功率方向继电器的90°接线图，并简述采用90°接线方式的优点。(1)接线图描述：A相功率方向继电器：电流接入̇，电压接入̇；B相功率方向继电器：电流接入̇，电压接入̇；C相功率方向继电器：电流接入̇，电压接入̇。(2)优点：消除死区：在保护安装处附近发生两相短路时，采用90°接线，非故障相的电流虽然较小，但接入的是线电压，仍有相当大的数值，且继电器能可靠动作，有效消除了两相短路时的死区。灵敏度高：对于各种短路类型，继电器都能获得较大的转矩，尤其是在正方向发生各种相间短路时，能保证可靠动作。适应性强：该接线方式对于各种相间短路（三相短路、两相短路）都能正确判断短路方向。3.何谓变压器的励磁涌流？它有什么特点？变压器差动保护是如何防止励磁涌流引起误动的？(1)定义：变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，由于铁芯磁链不能突变，导致铁芯严重饱和，从而产生数值很大的励磁电流，称为励磁涌流。(2)特点：涌流数值很大，可达额定电流的5~10倍；涌流波形中含有大量的非周期分量和高次谐波分量，其中以二次谐波为主；涌流波形偏向时间轴的一侧，出现间断角（即波形有间断）。(3)防止误动措施：二次谐波制动原理：利用差动电流中的二次谐波分量作为制动量，当二次谐波含量超过设定值（如15%~20%）时，闭锁差动保护。鉴别波形间断角原理：检测差动电流波形的间断角大小，如果间断角大于一定值（如65°），则判定为励磁涌流，闭锁保护。利用速饱和变流器（传统电磁型）：利用励磁涌流中的非周期分量使速饱和变流器迅速饱和，难以传变到继电器侧，从而避开涌流。4.简述距离保护的工作原理，并说明为什么距离保护比电流保护更优越？(1)工作原理：距离保护是反应故障点至保护安装处之间的距离（或阻抗）而动作的保护装置。它通过测量保护安装处的电压̇和电流̇，计算出测量阻抗=̇/̇。当短路发生时，等于线路阻抗，若小于整定阻抗，则保护动作。(2)优越性：灵敏度受运行方式影响小：电流保护的灵敏度受系统运行方式变化影响很大（尤其是短路电流大小变化剧烈），而距离保护的测量阻抗主要取决于短路点的距离，受系统运行方式变化的影响相对较小。保护范围稳定：电流速断保护的范围随运行方式伸缩，而距离保护I段范围基本稳定（约线路的80%~85%）。更适用于长距离、重负荷线路：在长距离输电线中，电流保护往往无法满足灵敏度要求，而距离保护可以较好地解决这一问题。5.试比较输电线路纵联保护中，允许式与闭锁式信号的主要区别。(1)信号逻辑：闭锁式：本侧判断为外部故障时，向对侧发闭锁信号；只有本侧判断为内部故障且收不到对侧闭锁信号时，才跳闸。即“非闭锁即跳闸”。允许式：本侧判断为内部故障时，向对侧发允许信号；只有本侧判断为内部故障且收到对侧允许信号时，才跳闸。即“必须允许才跳闸”。(2)通道要求：闭锁式：要求通道在故障时能可靠传送信号（因故障时需发闭锁信号），对通道可靠性要求极高，常用载波通道。允许式：故障时若通道破坏收不到信号，保护会拒动，但可以利用本侧的弱电源馈电保护等辅助措施，常用光纤或微波通道。(3)安全性：闭锁式：若通道干扰导致收到虚假闭锁信号，会导致保护拒动。允许式：若通道干扰导致收到虚假允许信号，可能导致保护误动。6.简述微机继电保护装置的基本组成及各部分的作用。微机保护装置主要由数据采集系统、微机主系统、开关量输入/输出系统及人机接口系统组成。(1)数据采集系统：包括电压形成、电流变换器、模拟低通滤波器（ALF）和模数转换器（A/D）。其作用是将互感器二次侧的模拟电量（电压、电流）转换为CPU能处理的数字信号。(2)微机主系统：包括中央处理器（CPU）、存储器（EPROM、RAM、EEPROM）等。它是保护装置的核心，负责执行存储在EPROM中的程序，对采集的数据进行运算、逻辑判断，并根据结果发出控制命令。(3)开关量输入/输出系统：输入：用于接收外部开关量状态（如断路器位置、压板状态），经过光电隔离后送入CPU。输出：用于驱动外部执行元件（如跳闸继电器、信号继电器），CPU发出的命令经过光电隔离和放大后输出。(4)人机接口系统：包括键盘、显示器、打印机等。用于调试人员输入定值、查看装置信息、显示故障报告等。五、应用分析题1.解：(1)参数计算：线路AB阻抗=线路BC阻抗=变压器阻抗=(归算到110kV侧)注：此处计算单位统一，=110=线路AB保护I段整定：动作电流应躲过本线路末端短路最大短路电流。系统最小阻抗=2==×继电器动作值=线路AB保护II段整定：动作电流应与相邻线路BC的I段配合。先计算BC线路I段：==AB保护II段一次值：=继电器动作值=线路AB保护III段整定：动作电流应躲过最大负荷电流。假设最大负荷电流，题目未给，设为变压器额定电流==0.165=(一次值)此值需与相邻线路配合（配合计算略，主要按负荷整定）。继电器动作值=(2)灵敏度校验：II段灵敏度：利用本线路末端最小短路电流校验。系统最大阻抗=4==(合格)III段灵敏度：利用相邻线路末端最小短路电流校验。===(3)保护范围：I段：不能保护线路全长，约为线路AB的80%左右。II段：保护线路AB全长，并延伸至相邻线路BC的一部分。III段：保护线路AB及相邻线路BC的全长，甚至更远。2.解：(1)计算测量阻抗：=即=120co(2)动作判断：继电器为方向阻抗继电器，整定阻抗=10判据通常为测量阻抗是否落在特性圆内。方法一：比相式。测量阻抗角=，整定阻抗角=。只有当测量阻抗角在±范围内且幅值满足条件时才动作。显然，||=120或者利用比幅方程：|−/2−/模值≈117.6右边|/117.6⧸结论：继电器不动作。(3)过渡电阻影响分析：若发生经过渡电阻的短路，测量阻抗=+Δ其中ΔZ=（为故障点电流，为保护安装处电流）。对于单侧电源线路，ΔZ呈电阻性，即会沿R轴方向增加。对于方向阻抗继电器，过渡电阻的存在会使测量阻抗向量在复平面上向R轴偏移。如果是送电端，这可能导致测量阻抗超出动作圆（即保护拒动或范围缩小）；如果是受电端，由于助增电流，可能导致测量阻抗落入动作圆（即超越或误动）。在本题中，由于为纯电阻，它将使测量阻抗的电阻分量增加，电抗分量不变（或因助增电流改变），从而使测量阻抗向右偏移，可能导致保护拒动。3.解：(1)计算CT变比：变压器高压侧额定电流：==变压器低压侧额定电流：==选择CT变比：高压侧：=209.9低压侧：=2099.4(2)相位补偿及实现：原因：变压器采用Y/△-11接线，高压侧线电流滞后于低压侧线电流30度（或反之，取决于