《电力系统继电保护》习题及答案

《电力系统继电保护》习题及答案一、填空题（共15题，每空1分，总计30分）1.电力系统继电保护的四项基本性能要求为____、____、____、____。2.无时限电流速断保护的动作电流按躲过____整定，其固有缺陷是无法实现____，因此不能单独作为线路完整主保护。3.限时电流速断保护的核心功能是保护____，灵敏系数校验点选在____，规程要求灵敏系数不低于____。4.距离保护的测量阻抗为保护安装处____与____的比值，其数值大小基本不受系统运行方式影响，因此保护范围稳定性优于电流保护。5.距离保护I段的整定阻抗按躲过本线路末端短路时的测量阻抗整定，通常取____倍的线路正序阻抗，瞬时动作，保护范围约为线路全长的____。6.纵联保护按照传输通道类型可分为____、____、微波纵联保护、光纤纵联保护四类，可实现线路全长故障瞬时切除，是高压、超高压线路的主保护。7.变压器的非电量主保护为____，其中____元件动作于告警，反应油箱内轻微故障或油位异常；____元件动作于跳闸，反应油箱内严重故障。8.发电机定子绕组单相接地故障时，故障点零序电压随接地点位置变化，接地点越靠近____，零序电压越高，当接地电容电流超过允许值时，保护应动作于跳闸。9.电流互感器的10%误差曲线是指变比误差不超过10%时，____与____的对应关系，差动保护用电流互感器必须满足该误差要求，避免区外故障时不平衡电流过大导致误动。10.中性点不接地系统发生金属性单相接地时，故障相对地电压降为____，非故障相对地电压升高为____，三个线电压仍保持对称，允许带故障运行1~2小时。11.自动重合闸按动作次数可分为一次重合闸、二次重合闸、多次重合闸，我国架空线路普遍采用____，电缆线路一般不装设重合闸，原因是____。12.距离保护配置振荡闭锁装置的目的是防止____时测量阻抗周期性变化进入动作区导致保护误动。13.中性点直接接地系统中，零序电压的分布特征为____处最高，随距离增加逐步降低，在____处零序电压为0。14.变压器励磁涌流的核心特征包括：含有大量非周期分量导致波形偏于时间轴一侧、____、二次谐波占比最高。15.母线差动保护的死区通常位于____之间，该区域故障时母差动作跳开所有母线断路器后故障仍未隔离，需配置死区保护或断路器失灵保护切除故障。填空题参考答案：1.选择性、速动性、灵敏性、可靠性2.本线路末端最大短路电流、本线路全长保护3.本线路全长、本线路末端母线、1.34.测量电压、测量电流5.0.8~0.85、80%~85%6.导引线纵联保护、电力线载波纵联保护7.瓦斯保护、轻瓦斯、重瓦斯8.机端9.一次电流倍数、二次允许负载10.0、线电压11.一次重合闸、电缆故障多为永久性故障12.电力系统振荡13.故障点、变压器中性点接地极14.波形存在明显间断角15.母线侧断路器与对应电流互感器二、单项选择题（共15题，每题2分，总计30分）1.下列选项中，不属于电力系统继电保护基本要求的是（）A.选择性B.速动性C.经济性D.可靠性2.无时限电流速断保护的保护范围在（）运行方式下达到最小。A.最大B.最小C.正常D.重载3.常规整定原则下，限时电流速断保护的动作值首先需与相邻下一级线路的（）保护定值配合，保证动作选择性。A.无时限电流速断B.限时电流速断C.定时限过电流D.重合闸后加速4.变压器重瓦斯保护的动作出口方式为（）A.仅发告警信号B.跳开变压器各侧断路器C.根据故障类型选择告警或跳闸D.启动断路器失灵保护5.下列因素中，不属于纵联差动保护稳态不平衡电流产生原因的是（）A.两侧电流互感器变比误差B.两侧电流互感器励磁特性差异C.二次回路负载阻抗差异D.系统同步振荡6.中性点直接接地系统发生接地故障时，零序电压幅值最高的位置是（）A.故障点B.变压器中性点接地点C.保护安装处D.系统电源点7.自动重合闸“前加速”的动作逻辑是（）A.故障发生后保护瞬时无选择跳闸，重合成功后恢复供电，重合于永久故障时再按选择性动作跳闸B.故障发生后保护先按选择性动作跳闸，重合后若故障仍存在则瞬时加速跳闸C.故障发生后先跳开电源侧断路器，重合成功后再逐次合上负荷侧断路器D.重合于永久性故障时加速跳开相邻线路断路器8.距离保护I段的固有动作时限约为（）A.0s（保护装置固有动作时间，约0.06~0.1s）B.0.5sC.1.0sD.1.5s9.下列故障类型中，属于变压器油箱内部故障的是（）A.高压套管闪络接地B.引出线相间短路C.绕组匝间绝缘击穿短路D.低压引出线端子排接地10.发电机定子绕组发生金属性单相接地时，机端零序电压的大小主要取决于（）A.故障点距中性点的位置B.发电机当时的有功负荷大小C.系统振荡频率D.励磁电流大小11.电流互感器二次回路运行中严禁开路的核心原因是（）A.开路会在二次侧产生幅值极高的尖顶波电动势，危及人身和设备绝缘安全B.开路会导致电流互感器一次侧电流大幅上升C.开路会导致保护测量误差增大D.开路会导致保护装置拒动12.中性点不接地系统发生金属性单相接地时，故障线路流过的零序电容电流为（）A.本线路自身的对地电容电流B.所有非故障元件的对地电容电流之和C.系统所有元件对地电容电流的总和D.013.变压器空载合闸励磁涌流中占比最高的谐波分量是（），可作为涌流制动判据。A.二次谐波B.三次谐波C.五次谐波D.七次谐波14.继电保护的可靠性包含两层含义，分别是（）A.信赖性（不拒动）和安全性（不误动）B.选择性和速动性C.灵敏性和稳定性D.快速性和准确性15.过电流保护的返回系数是指（）A.保护返回电流与动作电流的比值B.保护动作电流与返回电流的比值C.保护动作时限与返回时限的比值D.故障切除时间与保护动作时间的比值单项选择题参考答案：1.C2.B3.A4.B5.D6.A7.A8.A9.C10.A11.A12.B13.A14.A15.A三、多项选择题（共10题，每题3分，总计30分，多选、少选、错选均不得分）1.下列属于电力系统继电保护基本任务的有（）A.自动、迅速、有选择性地切除故障元件，保障无故障区域持续供电B.反应电气元件的异常运行状态，根据运维要求发出告警信号或触发延时跳闸C.与自动重合闸、备用电源自投等自动装置配合，缩短故障停电时间，提升供电可靠性D.参与系统有功功率平衡调节，维持系统频率稳定2.常规三段式电流保护的组成部分包括（）A.无时限电流速断保护B.限时电流速断保护C.定时限过电流保护D.零序电流保护3.下列因素中，可能导致距离保护不正确动作的有（）A.短路点存在过渡电阻B.电力系统发生同步振荡C.电压互感器二次回路断线D.电流互感器传变误差过大4.变压器纵差动保护的不平衡电流产生原因包括（）A.Yd11接线组别导致两侧电流存在30°相位差B.两侧电流互感器计算变比与实际标准变比不一致C.运行中带负荷调整调压分接头改变变压器变比D.空载合闸时产生的励磁涌流5.下列保护类型中，属于变压器主保护的有（）A.瓦斯保护B.纵差动保护C.过负荷保护D.复合电压启动的过电流保护6.下列关于自动重合闸配置原则的说法，正确的有（）A.1kV及以上架空线路及电缆-架空混合线路，装有断路器时应装设自动重合闸B.全电缆线路一般不装设自动重合闸，因为电缆绝缘击穿故障多为永久性故障C.重合闸动作时间需大于故障点绝缘恢复时间、断路器消弧及传动机构准备重合的时间D.重合闸动作次数应严格符合预设值，严禁多次重合于永久性故障7.中性点直接接地系统零序电流保护的特点包括（）A.仅反应接地类故障，正常运行、相间短路时无零序分量，保护灵敏度高B.零序电流分布仅与系统中性点接地的位置、数量有关，与电源出力大小无关C.零序功率方向元件无电压死区，因为故障点零序电压最高D.零序保护基本不受系统振荡、三相对称过负荷的影响8.大容量发电机需配置的保护类型包含（）A.定子绕组相间短路纵差动保护B.定子绕组单相接地保护C.励磁回路一点/两点接地保护D.失磁保护、失步保护9.对母线保护的基本性能要求包括（）A.可靠性高，母线故障时可靠动作，正常运行及外部故障时不误动B.动作速度快，尽可能缩短故障切除时间，避免设备烧损和系统稳定破坏C.灵敏度足够，能够反应母线范围内所有类型的故障D.选择性好，仅切除故障母线段，不影响非故障母线连续供电10.下列关于电流互感器二次回路的运维要求，说法正确的有（）A.二次回路必须有且仅有一个可靠接地点，严禁多点接地造成分流导致保护误动B.二次回路严禁装设熔断器，防止熔丝熔断造成二次开路C.运行中开展二次回路作业时，必须先将电流互感器二次侧可靠短路，严禁开路作业D.差动保护用电流互感器必须满足10%误差曲线要求，将区外故障时的传变误差控制在允许范围内多项选择题参考答案：1.ABC2.ABC3.ABCD4.ABCD5.AB6.ABCD7.ABCD8.ABCD9.ABCD10.ABCD四、判断题（共10题，每题1分，总计10分，正确打√，错误打×）1.继电保护的选择性是指保护动作时仅切除故障元件，尽可能缩小停电范围，保证无故障设备持续运行。（）2.无时限电流速断保护能够覆盖线路全长，可单独作为线路主保护使用。（）3.距离保护的测量阻抗反映故障点到保护安装处的线路阻抗值，与系统运行方式变化关联度低，因此保护范围稳定性远优于电流保护。（）4.变压器瓦斯保护可反应油箱内部的匝间短路、铁芯烧损、油位降低等故障，因此可完全替代纵差动保护。（）5.中性点不接地系统发生单相接地时，三个线电压仍保持对称，可在故障状态下连续运行1~2小时，无需立即跳闸。（）6.线路纵联保护通过通道交换两侧电气量信息，可实现线路全长范围内故障的瞬时切除，是高压、超高压线路的首选主保护。（）7.自动重合闸“后加速”是指故障发生后保护先无选择瞬时跳闸，重合于永久故障时再按选择性动作。（）8.电流互感器二次开路时，铁芯会深度饱和，在二次绕组感应出幅值极高的尖顶波电动势，严重威胁人身和设备安全。（）9.母线完全差动保护要求所有母线连接元件必须配置相同变比的电流互感器，否则无法正常工作。（）10.距离保护振荡闭锁装置的作用是防止短路故障时保护拒动，提升保护动作速度。（）判断题参考答案：1.√2.×3.√4.×5.√6.√7.×8.√9.×10.×五、简答题（共4题，每题10分，总计40分）1.简述三段式电流保护各段的整定原则、保护范围及时限特性。2.简述变压器励磁涌流的产生原因及核心特征。3.简述中性点不接地系统单相接地故障的电气量特征及保护配置方式。4.简述继电保护四项基本要求的内涵及相互关系。简答题参考答案：1.三段式电流保护由无时限电流速断（I段）、限时电流速断（II段）、定时限过电流（III段）配合构成，各段特性如下：（1）无时限电流速断保护：整定原则为动作电流躲过本线路末端的最大三相短路电流，可靠系数取1.2~1.3。保护范围仅覆盖线路首端部分，最大运行方式下保护范围最长、最小运行方式下最短，规程要求最小保护范围不低于线路全长的15%~20%。时限特性为保护固有动作时间，约0.06~0.1s，近似0s时限瞬时动作。（2）限时电流速断保护：整定原则为动作电流首先与相邻下一级线路的无时限电流速断保护定值配合，可靠系数取1.1~1.2，同时校验本线路末端最小两相短路时的灵敏系数，要求灵敏系数不低于1.3，若灵敏度不足则改为与相邻线路限时电流速断配合。保护范围覆盖本线路全长，并延伸至相邻线路首端，与I段共同构成线路主保护。时限特性为比相邻配合保护段的动作时限大一个时限级差Δt（通常取0.5s），动作时限约0.5s。（3）定时限过电流保护：整定原则为动作电流躲过线路最大负荷电流，同时考虑故障切除后电动机自启动电流、保护返回可靠性要求，可靠系数取1.15~1.25，返回系数取0.85~0.95；需分别校验近后备灵敏度（本线路末端故障时灵敏系数≥1.3~1.5）和远后备灵敏度（相邻线路末端故障时灵敏系数≥1.2）。保护范围覆盖本线路全长及相邻线路全长，作为本线路和相邻线路的后备保护。时限特性遵循阶梯时限原则，越靠近电源侧动作时限越长，比相邻元件的最长保护时限大一个Δt。2.（1）产生原因：变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，由于铁芯磁通不能突变，会产生幅值很大的非周期分量磁通，叠加稳态工作磁通后导致铁芯深度饱和，励磁电流急剧增大，最大值可达变压器额定电流的6~8倍，该电流即为励磁涌流。涌流大小与合闸瞬间电压相位、铁芯剩磁大小和方向、变压器容量密切相关，电压过零时刻合闸时涌流幅值最大。（2）核心特征：一是含有大量非周期分量，占比可达基波分量的60%~80%，使涌流波形明显偏于时间轴一侧；二是波形存在明显间断角，典型值为60°~120°，一个周期内存在电流零值区间；三是含有大量高次谐波，其中二次谐波占比最高，可达基波分量的15%~60%；四是励磁涌流仅流过变压器电源侧，本质是励磁电流，而非故障电流。基于上述特征，差动保护通常采用二次谐波制动、间断角闭锁等原理识别励磁涌流，防止空载合闸误动。3.（1）电气量特征：一是故障后相电压对称性破坏，金属性接地时故障相对地电压降为0，非故障相对地电压升高√3倍至线电压，但三个线电压仍保持对称，不影响负荷连续供电；二是全系统出现零序电压，故障点零序电压最高，金属性接地时零序电压大小等于额定相电压；三是零序电流分布存在差异，非故障线路的零序电流为自身对地电容电流，容性无功方向为母线流向线路，故障线路的零序电流为所有非故障元件对地电容电流之和，容性无功方向为线路流向母线。（2）保护配置方式：一是绝缘监视装置，利用零序电压升高特征发出接地告警，但无法判断故障线路，需人工拉路查找，适用于所有电压等级的不接地系统；二是零序电流保护，利用故障线路零序电流大于非故障线路的特征实现选线，适用于出线较多、电容电流较大的系统，动作于告警；三是零序功率方向保护，利用故障与非故障线路零序功率方向相反的特征选线，适用于出线少、电容电流小的系统。当接地电容电流超过允许值（3~10kV系统为10A、发电机回路为5A）时，需装设消弧线圈补偿电容电流，保护可采用五次谐波判别、有功分量判别等原理提升选线准确性。保护一般动作于信号，允许运行1~2小时排查故障，故障危及设备安全时动作于跳闸。4.（1）内涵：①选择性：保护动作时仅切除故障元件，尽可能缩小停电范围，保证无故障设备持续运行，相邻元件故障拒动时，本侧保护应作为后备可靠动作；②速动性：快速切除故障，减少设备损坏程度，提升系统并列运行稳定性，缩短用户低电压时间，主保护要求故障切除时间控制在0.1s以内；③灵敏性：保护对保护范围内故障、异常运行状态的反应能力，用灵敏系数衡量，要求对不同位置、不同类型、不同运行方式下的故障都能可靠反应；④可靠性：保护范围内发生应动作的故障时可靠不拒动（信赖性），不应动作的工况下可靠不误动（安全性），与装置质量、接线合理性、运维水平相关。（2）相互关系：四个要求相辅相成但存在一定矛盾：例如为保证选择性，需通过时限级差配合，一定程度上会降低速动性；为提升灵敏性需降低动作整定值，可能增加误动风险、降低可靠性；无时限电流速断保护动作速度快，但无法保护线路全长，灵敏性不足。实际保护配置和整定时，需根据电网电压等级、网架结构、负荷重要性，在四个要求间合理平衡，不能片面追求单一性能而忽略整体要求。六、计算分析题（共2题，每题20分，总计40分）1.某10kV单侧电源辐射形架空线路AB，长度15km，单位正序阻抗0.4Ω/km，系统平均额定电压10.5kV。已知电源系统最大运行方式下阻抗0.8Ω，最小运行方式下阻抗1.5Ω；线路AB最大负荷电流180A，负荷自启动系数1.5，保护返回系数0.9；可靠系数取值：无时限电流速断1.3、限时电流速断1.15、定时限过电流1.2；相邻线路BC长度10km，其无时限电流速断一次动作电流为400A；保护时限级差0.5s。请计算AB线路三段式电流保护各段的一次动作电流、校验灵敏系数并说明动作时限。2.某110kV降压变压器容量20MVA，电压比110±2×2.5%/10.5kV，接线组别Yd11，归算到110kV侧的变压器阻抗为4.4Ω。已知110kV母线最大运行方式下三相短路电流5kA，最小运行方式下三相短路电流4kA；110kV侧电流互感器变比200/5，接成三角形做相位补偿；10.5kV侧电流互感器变比1500/5，接成星形。请计算额定运行时TA变比不匹配产生的差动回路不平衡电流，并说明纵差动保护动作电流整定的核心考虑因素。计算分析题参考答案：1.各段保护计算过程如下：（1）无时限电流速断保护（I段）①动作电流整定：最大运行方式下AB线路末端B母线三相短路电流为I_kB.max=U_av/(√3(X_s.max+z₁L_AB))=10500/(√3×(0.8+0.4×15))≈892A动作电流按躲过B母线最大短路电流整定：I_op.A^I=1.3×892≈1160A②保护范围校验：最小运行方式下两相短路时，最小保护范围l_min满足(√3/2)×U_av/(√3(X_s.min+z₁l_min))=I_op.A^I代入数据计算得l_min≈7.58km，占线路全长50.5%，满足不低于15%~20%的规程要求。③动作时限：保护固有动作时间，约0s。（2）限时电流速断保护（II段）①动作电流整定：与相邻BC线路I段保护配合，I_op.A^II=1.15×400=