电力系统继电保护试题以及答案

电力系统继电保护试题以及答案一、填空题（共10小题，每空1分，共20分）1.电力系统继电保护的四项基本要求为可靠性、______、速动性、灵敏性，其中______是指保护装置应仅将故障元件从系统中切除，使停电范围尽可能缩小，保证无故障部分继续稳定运行；可靠性包含拒动和______两个方面的性能要求。2.电流互感器的二次额定电流常规值为______A（超高压大容量场景特殊规格为1A），电压互感器的二次侧线电压额定值为______V，二者二次回路必须设置可靠的______，防止一次侧高压串入二次回路引发人身伤害与设备损坏。3.三段式相间电流保护中，无时限电流速断保护（Ⅰ段）的动作电流按躲过______整定，其固有的性能缺陷是______，无法实现被保护线路的全长速动。4.距离保护的核心测量元件是阻抗继电器，其中方向阻抗继电器的动作特性具有明确的方向性，适合作为距离Ⅰ、Ⅱ段的测量元件，其在保护安装处出口发生金属性短路时存在______问题，通常需要引入带记忆功能的______回路消除该缺陷。5.电力变压器的主保护通常配置______保护和______保护，前者反应变压器油箱内部的各类故障、绝缘劣化引发的气体积聚及油面降低，后者反应变压器绕组、套管及引出线的相间故障、接地故障与绕组匝间短路。6.输电线路纵联电流差动保护的基本原理基于基尔霍夫电流定律，当系统正常运行或发生区外故障时，线路两侧电流的相量和近似等于______；当发生区内金属性故障时，两侧电流的相量和等于______，保护可靠动作于跳闸。7.发电机定子绕组单相接地故障时，接地点的零序电流大小与______直接相关；当中性点经消弧线圈接地时，消弧线圈的补偿方式通常分为全补偿、过补偿、欠补偿三类，实际电网多采用______方式，避免发生串联谐振过电压。8.三相自动重合闸与继电保护的配合方式主要分为______和______两类，前者多用于35kV及以下电压等级的单侧电源辐射形电网，可快速切除瞬时性故障，后者多用于110kV及以上电压等级的高压电网，可保障保护动作的选择性。9.电流互感器二次回路严禁开路运行，电压互感器二次回路严禁______运行，否则会引发设备过热、绝缘击穿或保护误动、拒动事故。10.针对额定频率为50Hz的电力系统，低频减载装置的首轮动作频率一般整定为______Hz，装置按频率从高到低设置多轮动作切负荷，动作后需保留足够的备用容量保障医院、政府、重要工业用户等一级负荷的连续供电。二、单项选择题（共15小题，每题1分，共15分）1.以下关于继电保护基本性能的描述，正确的是（）A.保护的速动性越高越好，无需兼顾选择性要求B.灵敏系数是指保护范围内发生金属性故障时，故障参数的最小计算值与保护动作参数的比值C.过电流保护的灵敏系数校验应采用最大运行方式下本线路末端的三相短路电流计算D.保护的灵敏性仅与整定值相关，不受系统运行方式变化影响2.电流互感器的10%误差曲线是描述在保证电流比值误差不超过10%的前提下，（）对应关系的特性曲线。A.一次电流与二次负载阻抗B.二次电流与二次负载阻抗C.一次电流与一次负载阻抗D.二次电流与一次负载阻抗3.三段式相间电流保护中，可作为本线路主保护的近后备，同时作为相邻下一线路、下级变压器远后备的是（）A.无时限电流速断保护（Ⅰ段）B.限时电流速断保护（Ⅱ段）C.定时限过电流保护（Ⅲ段）D.电流Ⅰ段与Ⅱ段的组合4.距离保护Ⅱ段的灵敏系数需满足规程要求，其校验时采用的故障工况为（），灵敏系数允许值一般不低于1.3~1.5。A.最大运行方式下本线路末端三相短路B.最小运行方式下本线路末端两相短路C.最大运行方式下相邻线路末端三相短路D.最小运行方式下相邻线路首端两相短路5.对于中性点非直接接地（小电流接地）系统发生单相接地故障时，以下描述错误的是（）A.故障相对地电压降低，非故障相对地电压升高至线电压值B.系统三相线电压仍保持对称，可带故障点连续运行1~2小时C.故障线路的零序电容电流方向为从母线流向线路D.接地点的故障电流为全系统非故障相对地电容电流的相量和6.以下技术措施中，无法有效减小变压器差动保护稳态不平衡电流的是（）A.采用比率制动特性的差动元件B.采用具有速饱和铁芯的差动继电器C.在二次回路中设置平衡绕组D.配置差动速断保护元件7.以下保护类型中，不属于发电机定子绕组故障主保护的是（）A.定子绕组纵联差动保护B.定子绕组匝间短路保护（横差保护）C.定子绕组100%接地保护D.发电机失磁保护8.高压输电线路采用单相自动重合闸时，故障相选相元件的核心作用是（）A.准确判别故障相别，仅跳开故障相断路器实现非全相运行B.判别故障方向，防止反方向故障时保护误动C.测量故障点到保护安装处的距离，确定保护范围D.判别故障性质，区分瞬时性故障与永久性故障9.电力线载波纵联保护中，若保护正方向判别元件动作后，收不到对端传输的信号即可动作跳闸，这种信号类型属于（）A.闭锁信号B.允许信号C.跳闸信号D.联切信号10.微机继电保护的模拟量采样环节需满足香农采样定理，若保护需要准确反应最高10次谐波的分量特征（系统额定频率50Hz），则保护装置的采样频率至少应设置为（）A.500HzB.1000HzC.2000HzD.5000Hz11.变压器瓦斯保护的保护范围不涵盖以下哪种故障场景（）A.变压器绕组匝间短路引发的绝缘分解产气B.变压器铁芯多点接地导致的局部过热产气C.变压器出线套管引出线发生的相间短路D.变压器密封失效导致的油箱漏油、油面过低12.以下关于自动重合闸工作逻辑的描述，错误的是（）A.架空线路的自动重合闸成功率受电压等级、雷击概率、绝缘配置影响，一般在60%~90%区间B.重合闸后加速是指线路故障时保护首先瞬时无选择性跳闸，重合闸启动后若合于永久性故障，再加速保护有选择性跳闸C.运行人员手动操作断路器分闸或手动合闸于故障线路时，自动重合闸不应动作D.当断路器操动机构气压、液压降低至不允许重合的阈值时，应可靠闭锁重合闸13.对于未配置振荡闭锁回路的三段式距离保护，当系统发生振荡且振荡中心位于保护范围内时，以下描述正确的是（）A.距离Ⅰ段因保护范围小，不会因振荡发生误动B.距离Ⅲ段动作时限一般大于系统振荡周期，通常不会因振荡误动C.距离Ⅱ段因具备方向判别特性，不会因振荡发生误动D.三个保护段都会在振荡过程中无延时误动14.双母线接线的母线差动保护中，小差差动元件的定义是（）A.仅接入母联（分段）断路器电流的差动元件，用于判别母联故障B.不接入母联（分段）断路器电流，接入所有母线连接元件电流的总差动元件，用于判别区内、区外故障C.接入对应母线段所有连接元件及母联（分段）断路器电流，用于选择故障母线段的差动元件D.仅接入单条出线元件电流的差动元件，用于判别出线故障15.备用电源自动投入装置（BZT）的基本工作要求不包括（）A.必须在工作电源确已断开、备用电源电压正常时方可投入B.手动断开工作电源时装置不应启动C.装置的动作延时应尽可能短，缩短负荷停电时间D.若备用电源合于永久性故障，装置应可多次重合尝试恢复供电三、判断题（共10小题，每题1分，共10分，正确打√，错误打×）1.继电保护的速动性要求是指在所有故障场景下，保护都应无延时瞬时动作跳闸，最大限度缩短故障切除时间。（）2.电流互感器、电压互感器的二次回路必须有且仅有一个可靠的保护接地点，严禁多点接地形成二次环流，避免影响保护测量精度与动作正确性。（）3.零序电流保护的动作电流整定，在大电流接地系统与小电流接地系统中都需要躲过线路本身的对地电容电流。（）4.距离保护的测量阻抗仅与故障点到保护安装处的线路长度成正比，与系统运行方式、过渡电阻、分支电流完全无关，因此其保护范围始终保持稳定。（）5.变压器空载合闸产生的励磁涌流含有大量非周期分量与高次谐波，其中二次谐波分量占比最高，微机保护普遍采用二次谐波制动原理防止励磁涌流引发的差动保护误动。（）6.高频闭锁方向保护的工作逻辑中，当线路发生区内故障时，两侧保护的正方向元件动作后均停止发送闭锁信号，两侧保护收不到闭锁信号即可动作跳闸。（）7.发电机发生失磁故障后，机端测量阻抗将从正常运行时的感性阻抗逐渐变为容性阻抗，系统会向发电机倒送大量无功功率，发电机最终进入异步运行状态。（）8.三相一次重合闸的动作时间整定仅需要考虑断路器本身的合闸固有时间，不需要考虑故障点的电弧熄灭与绝缘恢复时间。（）9.微机保护模数转换环节（A/D）的转换位数越高，对模拟电气量的采样量化精度越高，但对应的数字信号运算处理量也会相应增大。（）10.小电流接地系统发生单相接地故障时故障电流小、线电压对称，因此不需要配置专门的接地选线保护，可长期带接地点运行而无需处置。（）四、简答题（共3小题，每题5分，共15分）1.请简述电力系统对继电保护四个基本要求的内涵，并说明主保护、后备保护、辅助保护的功能定位差异。2.请对比分析大电流接地系统与小电流接地系统发生单相接地故障时，故障电压、电流特征的差异，分别说明两类系统接地保护的配置原则。3.请说明输电线路自动重合闸配置的必要性，以及三相一次重合闸动作时间整定需要考虑的核心因素。五、计算分析题（共3小题，每题10分，共30分，计算结果保留2位小数）1.某110kV单侧电源辐射形架空电网，线路AB全长40km，单位正序阻抗z1=0.4Ω/km，相邻线路BC全长30km；系统最大运行方式下归算到A母线的等效电源阻抗Zs.min=6Ω，最小运行方式下等效电源阻抗Zs.max=10Ω；线路AB的最大负荷电流IL.max=280A，负荷自启动系数Kss=1.5，电流保护可靠系数取值：Ⅰ段Krel^Ⅰ=1.3，Ⅱ段Krel^Ⅱ=1.1，Ⅲ段Krel^Ⅲ=1.2，保护返回系数Kre=0.85，相邻线路保护的时限级差Δt=0.5s，线路平均额定电压Uav=115kV。已知线路BC的无时限电流速断保护一次动作电流整定为2600A，BC线路过电流保护动作时限为1.5s。请完成以下计算：（1）计算线路AB无时限电流速断保护（Ⅰ段）的一次动作电流、动作时限，并计算最小运行方式下的最小保护范围，校验是否满足不小于线路全长15%的合格要求；（2）计算线路AB限时电流速断保护（Ⅱ段）的一次动作电流、动作时限，校验其作为本线路主保护时的灵敏系数（要求灵敏系数≥1.3）；（3）计算线路AB定时限过电流保护（Ⅲ段）的一次动作电流、动作时限，校验其作为本线路近后备保护时的灵敏系数（要求灵敏系数≥1.3）。2.某220kV输电线路MN全长60km，单位正序阻抗z1=0.42Ω/km，M侧系统等效电源阻抗最大为Zs.max=20Ω，最小为Zs.min=12Ω，N侧母线故障时M侧的最小助增系数Kb.min=1.2；已知相邻线路NP的距离Ⅰ段一次动作阻抗为17Ω，距离保护可靠系数取值：Ⅰ段Krel^Ⅰ=0.85，Ⅱ段Krel^Ⅱ=0.8，距离Ⅲ段可靠系数Krel^Ⅲ=1.2，返回系数Kre=1.15，负荷功率因数角φL=30°，线路最大负荷电流IL.max=500A，线路额定电压UN=220kV。请完成以下计算：（1）计算MN线路M侧距离Ⅰ段的一次动作阻抗、动作时限，说明其保护范围特点；（2）计算MN线路M侧距离Ⅱ段的一次动作阻抗、动作时限，校验本线路末端金属性短路时的灵敏系数（要求Ksen≥1.3）；（3）计算MN线路M侧距离Ⅲ段的一次动作阻抗（按躲过最小负荷阻抗整定）。3.某110kV/10kV降压变压器，额定容量SN=31.5MVA，接线组别为YNd11，额定电压比为110kV/10.5kV；110kV侧电流互感器变比为300/5，采用三角形接线；10kV侧电流互感器变比为2000/5，采用星形接线，用于补偿变压器绕组的相位差。请完成以下计算：（1）计算变压器额定运行时，高、低压侧的一次额定电流，以及两侧电流互感器二次侧的输出电流大小；（2）不考虑电流互感器传变误差、变压器调压的影响，计算差动回路在额定运行工况下的不平衡电流大小；（3）若采用微机差动保护，以高压侧二次电流为基准，计算低压侧的平衡系数，说明平衡系数的作用。六、案例分析题（共1题，共10分）某35kV中性点非直接接地系统的架空配电线路，配置三段式相间电流保护与三相一次重合闸，线路所带负荷包含4台总容量为12MW的10kV高压异步电动机，负荷额定功率因数为0.85。某日雷雨天气，线路遭受雷击发生A相瞬时性弧光接地故障，随后发展为两相相间短路，保护正确启动跳开三相断路器，重合闸经整定延时后动作合闸，线路供电暂时恢复；但合闸后约1.4s，保护再次动作跳开三相断路器，重合闸未启动。事后巡线未发现线路上存在永久性故障点，二次回路排查发现：该线路电流Ⅲ段的一次动作电流整定为400A，动作时限整定为1.5s，电流继电器返回系数为0.85，实测负荷自启动系数为2.5，重合闸充电回路的充电时间整定为20s。请结合继电保护与自动装置的工作原理分析：（1）重合闸在第二次跳闸前未启动动作的原因是什么？（4分）（2）重合闸后保护再次动作跳闸的原因是什么？应采取哪些整改措施？（6分）参考答案一、填空题答案1.选择性；选择性；误动2.5；100；保护接地3.本线路末端最大三相短路电流；不能保护本线路全长4.动作死区；极化电压5.瓦斯；差动6.不平衡电流（近似为0）；故障点的总短路电流7.系统各元件对地总电容电流；过补偿8.重合闸前加速保护；重合闸后加速保护9.短路10.49.0二、单项选择题答案1.B2.A3.C4.B5.C6.D7.D8.A9.A10.B11.C12.B13.B14.C15.D三、判断题答案1.×2.√3.×4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.×四、简答题答案1.（共5分）（1）基本要求内涵：①可靠性：指保护在规定保护范围内发生应动作的故障时可靠不拒动，在不应动作的工况下可靠不误动；（1分）②选择性：指保护动作时仅切除故障元件，最大限度缩小停电范围，保证无故障部分持续运行；（1分）③速动性：指在保障可靠性与选择性的前提下，尽可能快速切除故障，降低设备损坏程度、提升系统稳定性；（0.5分）④灵敏性：指保护对保护范围内故障的反应能力，满足规程规定的灵敏系数要求，保证故障时可靠感知。（0.5分）（2）保护功能定位：①主保护：满足系统稳定与设备安全要求，以最快速度有选择性切除被保护元件故障的保护；（1分）②后备保护：主保护或断路器拒动时用于切除故障的保护，分为近后备（本元件配置的另一套备用保护）和远后备（相邻元件的保护实现的后备功能）；（0.5分）③辅助保护：用于补充主保护、后备保护的性能缺陷，或在主保护、后备保护退出时临时投入的简易保护。（0.5分）2.（共5分）（1）故障特征差异：①大电流接地系统：单相接地时故障相电压降低，非故障相电压基本不变，故障点零序电压最高，零序电流经变压器中性点接地回路流通，故障电流数值大，系统线电压对称性被破坏，故障需立即切除；（1.5分）②小电流接地系统：单相接地时故障相对地电压降低，非故障相对地电压升高至线电压，故障电流为系统对地电容电流（经消弧线圈补偿后数值很小），三相线电压保持对称，允许短时间带故障运行。（1.5分）（2）配置原则：①大电流接地系统：配置零序电流保护、零序方向保护作为接地故障主保护与后备保护，故障时按整定延时跳开断路器；（1分）②小电流接地系统：配置绝缘监察装置、零序电流接地选线装置，发生接地时发出告警信号，由运维人员排查处置，当接地电流超过允许值时可动作于跳闸。（1分）3.（共5分）（1）配置必要性：架空线路70%~90%的故障为瞬时性故障（如雷击闪络、鸟害、风偏放电等），故障切除后绝缘可自行恢复，重合闸可快速恢复供电，大幅提升供电可靠性；同时可纠正断路器机构故障、保护误动、人为误碰引发的误跳闸，提升系统暂态稳定性，提高线路输电能力。（2分）（2）整定考虑因素：①故障点电弧熄灭、绝缘恢复的时间，保证重合时故障点已恢复绝缘强度，一般不小于0.1~0.5s；（1分）②断路器跳闸后，操动机构恢复到可合闸状态、灭弧室绝缘恢复的时间；（1分）③带电动机负荷的线路需躲过电动机自启动转速恢复时间，双侧电源线路需考虑保护配合、同期检定的时间要求。（1分）五、计算分析题答案1.（共10分）（1）电流Ⅰ段整定：线路AB阻抗Z_AB=z1*l_AB=0.4*40=16Ω；B母线最大三相短路电流Ik.B.max=Uav/(√3(Zs.min+Z_AB))=115*10^3/(√3*(6+16))≈3019.7A；Ⅰ段动作电流Iop^Ⅰ=Krel^Ⅰ*Ik.B.max=1.3*3019.7≈3925.61A；（1分）动作时限t^Ⅰ≈0s（保护固有动作时间，约0.1s）；（1分）最小保护范围：最小运行方式下两相短路电流等于动作电流时，Iop^Ⅰ=Uav/(2(Zs.max+z1*lmin))，代入得lmin=(Uav/(2*Iop^Ⅰ)-Zs.max)/z1=(115*10^3/(2*3925.61)-10)/0.4≈(14.65-10)/0.4≈11.63km，保护范围占线路全长比例为11.63/40≈29.08%，大于15%的合格要求。（2分）（2）电流Ⅱ段整定：动作电流与相邻BC线路Ⅰ段配合：Iop^Ⅱ=Krel^Ⅱ*Iop.BC^Ⅰ=1.1*2600=2860A；（1分）动作时限t^Ⅱ=t.BC^Ⅰ+Δt=0+0.5=0.5s；（1分）灵敏系数校验：最小运行方式下B母线两相短路电流Ik.B.min(2)=√3/2*Uav/(√3(Zs.max+Z_AB))=115*10^3/(2*(10+16))≈2211.54A；Ksen=Ik.B.min(2)/Iop^Ⅱ=2211.54/2860≈0.77，不满足≥1.3的要求，需调整为与相邻线路BC的Ⅱ段配合整定。（1分）（3）电流Ⅲ段整定：动作电流躲过最大自启动电流：Iop^Ⅲ=Krel^Ⅲ*Kss*IL.max/Kre=1.2*1.5*280/0.85≈592.94A；（1分）动作时限t^Ⅲ=t.BC^Ⅲ+Δt=1.5+0.5=2.0s；（1分）近后备灵敏系数：Ksen=Ik.B.min(2)/Iop^Ⅲ=2211.54/592.94≈3.73，满足≥1.3的要求。（1分）2.（共10分）（1）距离Ⅰ段整定：线路MN阻抗Z_MN=0.42*60=25.2Ω；动作阻抗Zop^Ⅰ=Krel^Ⅰ*Z_MN=0.85*25.2≈21.42Ω；（1分）动作时限t^Ⅰ≈0s；（1分）保护范围为线路全长的80%~85%，不受系统运行方式影响，可实现保护范围内故障瞬时切除，但无法覆盖线路全长。（1分）（2）距离Ⅱ段整定：与相邻线路NP的Ⅰ段配合，考虑助增系数：Zop^Ⅱ=Krel^Ⅱ*(Z_MN+Kb.min*Zop.NP^Ⅰ)=0.8*(25.2+1.2*17)=0.8*(25.2+20.4)=36.48Ω；（2分）动作时限t^Ⅱ=t.NP^Ⅰ+Δt=0+0.5=0.5s；（1分）灵敏系数校验：本线路末端短路时测量阻抗Zm=Z_MN=25.2Ω，Ksen=Zop^Ⅱ/Zm=36.48/25.2≈1.45，满足≥1.3的要求。（1分）（3）距离Ⅲ段整定：最小负荷阻抗ZL.min=UN/(√3IL.max)=220*10^3/(√3*500)≈254.03Ω；动作阻抗Zop^Ⅲ=Zop^Ⅲ=(Krel^Ⅲ*ZL.min)/(Kre*cos(φsen-φL))，取阻抗继电器最大灵敏角φsen=75°，则cos(75°-30°)=cos45°≈0.707，代入得Zop^Ⅲ=(1.2*254.03)/(1.15*0.707)≈374.89Ω。（3分）3.（共10分）（1）额定电流计算：高压侧一次额定电流I1N=SN/(√3U1N)=31.5*10^6/(√3*110*10^3)≈165.33A；（1分）低压侧一次额定电流I2N=SN/(√3U2N)=31.5*10^6/(√3*10.5*10^3)≈1732.05A；（1分）高压侧互感器三角形接线，二次相电流为I1N/nTA1=165.33/(300/5)≈2.