2025年電氣工程師考試高壓電氣設(shè)備故障案例分析模擬試卷：專項強(qiáng)化訓(xùn)練考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______試卷內(nèi)容案例一某變電站110kV架空線路發(fā)生單相接地故障，故障線路保護(hù)動作，斷路器跳閘。假設(shè)故障相為A相，故障點距離變電站約40km。故障發(fā)生后，站內(nèi)測控系統(tǒng)記錄到：故障發(fā)生時刻母線電壓從額定電壓驟降至約70%并短暫振蕩，故障相電流（有效值）約為5kA，非故障相B、C電流出現(xiàn)輕微的零序分量，但數(shù)值不大。請分析：1.本次故障屬于何種類型的單相接地故障（完全接地、不完全接地/過渡電阻接地）？請簡述判斷依據(jù)。2.故障發(fā)生時，母線電壓約為額定電壓的70%的主要原因是什么？3.簡述本次故障情況下，非故障相B、C電流出現(xiàn)輕微零序分量的原因。4.若要進(jìn)一步判斷故障線路，站內(nèi)可采取哪些方法？請簡述其中一種方法的原理。5.請?zhí)岢鲈摼€路單相接地故障處理的一般原則和步驟。案例二某變電站內(nèi)一臺220kV變壓器（YNd11接線，額定容量120MVA，阻抗電壓Uk%=10）發(fā)生內(nèi)部故障，差動保護(hù)、瓦斯保護(hù)同時動作，斷路器跳閘。故障發(fā)生后，檢查發(fā)現(xiàn)變壓器油色變黑，油位下降，有焦糊味。請分析：1.根據(jù)保護(hù)動作情況，判斷可能發(fā)生的內(nèi)部故障類型有哪些？2.瓦斯保護(hù)動作的原因可能是什么？說明“輕瓦斯動作”和“重瓦斯動作”可能對應(yīng)的故障嚴(yán)重程度。3.變壓器油色變黑、油位下降、有焦糊味這些現(xiàn)象分別說明了什么問題？4.在未進(jìn)行必要的隔離措施前，為什么不允許對故障變壓器進(jìn)行放電或進(jìn)行其他可能產(chǎn)生電弧的操作？5.簡述故障變壓器在送電前需要進(jìn)行的檢查項目和基本要求。案例三某發(fā)電廠6kV廠用電系統(tǒng)采用中性點不接地方式運行。運行中突然發(fā)現(xiàn)控制室絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出接地信號，表明系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障。測量接地電阻為30Ω，故障點產(chǎn)生的對地電壓約為50V。請分析：1.在中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓會發(fā)生什么變化？為什么？2.該系統(tǒng)采用中性點不接地方式運行的主要優(yōu)點是什么？主要缺點是什么？（各列舉一點）3.為什么在6kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，允許繼續(xù)運行一段時間（一般不超過2小時）？運行期間需要采取哪些措施？4.如果在接地故障期間，發(fā)現(xiàn)接地電流（經(jīng)電流互感器測得的零序電流）持續(xù)增大，可能的原因是什么？5.請簡述在中性點不接地系統(tǒng)中，查找單相接地故障點常用的方法及其原理（如試?yán)ǎ０咐哪匙冸娬?10kV配電裝置發(fā)生相間短路故障，故障導(dǎo)致相應(yīng)的斷路器（采用彈簧操作機(jī)構(gòu)，具有失壓脫扣和防跳閉鎖功能）跳閘。故障切除后，運維人員檢查發(fā)現(xiàn)斷路器輔助觸點粘連，無法復(fù)歸。請分析：1.斷路器輔助觸點粘連可能的原因有哪些？2.說明斷路器失壓脫扣裝置的作用。3.說明斷路器防跳閉鎖裝置的作用及其基本原理。4.在確認(rèn)斷路器存在機(jī)械故障（如輔助觸點粘連）前，為什么不允許對其進(jìn)行合閘操作？5.若要恢復(fù)該斷路器正常運行，運維人員需要采取哪些主要操作步驟？案例五某變電站110kV母線發(fā)生暫時性過電壓（如雷擊過電壓），母線電壓峰值達(dá)到1.5p.u.（標(biāo)幺值）。請分析：1.什么是暫時性過電壓？它與雷電過電壓和操作過電壓有何區(qū)別？2.母線發(fā)生暫時性過電壓時，為什么通常要求快速切除故障點或限制過電壓幅值？3.變電站內(nèi)通常采取哪些措施來限制和防護(hù)暫時性過電壓？4.請簡述避雷器在限制暫時性過電壓中的作用原理。5.在選擇變電站110kV避雷器時，需要考慮哪些主要參數(shù)？并簡述其含義。試卷答案案例一1.不完全接地/過渡電阻接地。判斷依據(jù)：非故障相電壓未顯著升高（未達(dá)到線電壓），故障相電流相對較?。?kA并非遠(yuǎn)超正常負(fù)荷電流），且存在輕微零序電流，這通常發(fā)生在過渡電阻存在的情況下。2.故障發(fā)生時，線路對地阻抗顯著增大，導(dǎo)致故障點電壓下降。根據(jù)公式U_f≈I_f*Z_f，故障相電流I_f為5kA，故障點至變電站約40km，假設(shè)過渡電阻Z_f存在且較大，則故障點電壓U_f會顯著低于系統(tǒng)額定電壓，母線電壓是故障點電壓加上線路阻抗壓降，因此也會降至約70%。3.故障點存在過渡電阻，導(dǎo)致零序電流流過。在不完全接地故障中，故障電流需要經(jīng)過故障點過渡電阻和對地電容構(gòu)成回路。零序電流I_0=I_f/(3*arctan(X_C/R_T))，其中X_C為系統(tǒng)對地總?cè)菘?，R_T為過渡電阻。由于存在R_T，零序電流不會等于故障相電流，且數(shù)值取決于R_T的大小。輕微的零序電流說明過渡電阻相對較小或系統(tǒng)容抗較大。4.方法一：利用零序功率方向繼電器判斷。原理：在發(fā)生單相接地故障時，零序功率方向繼電器會感受零序電壓和零序電流的相角關(guān)系。正常運行時，零序功率方向繼電器不動作。故障時，故障線路的零序功率方向繼電器會指向故障方向（或反方向，取決于接線方式），而非故障線路的零序功率方向繼電器通常會指向母線側(cè)（或無明確指向）。通過觀察各線路零序功率方向繼電器的動作情況，可以判斷出故障線路。5.一般原則和步驟：*原則：確保人身和設(shè)備安全，盡快消除接地故障，盡量減少對非故障線路和設(shè)備的影響，防止事故擴(kuò)大。*步驟：(1)立即加強(qiáng)非故障相的監(jiān)視，測量其電壓、電流，確認(rèn)系統(tǒng)仍在安全范圍內(nèi)。(2)通知相關(guān)部門和人員，準(zhǔn)備查找和處理故障。(3)按照規(guī)程要求，可采用試?yán)ú檎夜收暇€路：逐條斷開運行中的線路或設(shè)備，觀察接地信號是否消失。注意：拉閘前應(yīng)確認(rèn)線路無故障，拉閘后確認(rèn)是否仍接地。(4)找到故障線路后，根據(jù)情況決定是否隔離故障點或繼續(xù)運行至允許時限。(5)故障處理完畢后，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。案例二1.可能發(fā)生的內(nèi)部故障類型包括：線圈匝間短路、相間短路、繞組斷線、鐵芯燒損、內(nèi)部短路引起油擊穿等。2.瓦斯保護(hù)動作的原因：變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生高溫，使油分解、汽化，導(dǎo)致油位上升觸發(fā)輕瓦斯；或故障產(chǎn)生電弧燒灼絕緣物，產(chǎn)生大量氣體沖入油箱，使油快速流動沖擊擋板觸發(fā)重瓦斯。輕瓦斯動作通常指示輕微故障或進(jìn)水，重瓦斯動作通常指示嚴(yán)重內(nèi)部故障。重瓦斯動作跳閘，輕瓦斯一般只發(fā)信號。3.現(xiàn)象說明的問題：*油色變黑：說明內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重電弧燃燒或過熱，導(dǎo)致絕緣油嚴(yán)重劣化、碳化。*油位下降：可能由于內(nèi)部故障產(chǎn)生氣體使油大量汽化（輕瓦斯動作也可能伴隨少量油流出），或故障燒毀油量。*有焦糊味：明確指示內(nèi)部存在嚴(yán)重過熱或電弧燃燒，燒毀了絕緣材料。4.原因：故障變壓器內(nèi)部可能存在殘留電荷或絕緣缺陷，在重新施加電壓或進(jìn)行操作（如放電、合閘）時，可能引發(fā)新的電弧。新的電弧會進(jìn)一步損壞變壓器絕緣，擴(kuò)大故障范圍，甚至導(dǎo)致設(shè)備爆炸或人員傷亡。5.檢查項目和基本要求：*外觀檢查：檢查油色、油位、有無滲漏油，外殼有無變形、燒傷痕跡，散熱器是否通暢。*油質(zhì)化驗：進(jìn)行色譜分析、簡化試驗等，判斷內(nèi)部故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度。*電氣試驗：進(jìn)行絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切（tanδ）、電容量、直流電阻、變比、電壓比、繞組變形等試驗，評估絕緣狀況和結(jié)構(gòu)完整性。*要求：必須徹底消除內(nèi)部故障點，相關(guān)試驗合格，確認(rèn)變壓器性能恢復(fù)到可接受水平后方可考慮恢復(fù)送電。通常需要更換損壞部件或整體更換變壓器。案例三1.非故障相電壓會升高。原理：在中性點不接地系統(tǒng)中，正常時各相對地電壓為相電壓。發(fā)生單相接地故障時，故障相對地電壓變?yōu)榱?，而線電壓（非故障相對地電壓）保持不變。因此，非故障相對地電壓由原來的U_p變?yōu)閁_L/U_p（U_L為線電壓），即升高到線電壓水平（√3倍相電壓）。2.優(yōu)點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無中性點接地線，投資??；發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓不變，可繼續(xù)運行，對用戶影響小。缺點：故障時故障電流很小（電容電流），可能在故障點產(chǎn)生較高電壓；故障電流不足以使保護(hù)自動動作，需要加強(qiáng)巡視或使用絕緣監(jiān)視裝置；當(dāng)過渡電阻較大或系統(tǒng)電容較小或發(fā)生間歇性弧光過電壓時，非故障相電壓可能很高，存在安全風(fēng)險。3.允許繼續(xù)運行的原因和措施：*原因：單相接地故障通常發(fā)生在土壤良好、接地電阻較大的地方，故障電流較小，一般不會立即引起相間短路，且對設(shè)備和大部分用戶影響不大。*措施：加強(qiáng)對故障線路和系統(tǒng)的監(jiān)視（測量非故障相電壓、檢查有無異常聲音氣味等）；利用絕緣監(jiān)視裝置或零序電流互感器發(fā)現(xiàn)接地；限制接地持續(xù)時間（依據(jù)規(guī)程）；必要時進(jìn)行查找和隔離。4.可能原因：(1)故障點過渡電阻逐漸增大（如接地電阻炭化、絕緣干枯）；(2)非故障線路或設(shè)備發(fā)生對地放電，形成間歇性接地或并聯(lián)接地；(3)系統(tǒng)運行方式改變，導(dǎo)致對地電容變化；(4)氣候變化（如雷雨天氣）導(dǎo)致絕緣下降或接地情況變化。5.查找方法及原理（試?yán)ǎ?方法：在確認(rèn)系統(tǒng)允許單相接地運行時間已到或出現(xiàn)異常時，依次斷開運行中的線路或設(shè)備（可先斷開負(fù)荷較大的或重要性較低的線路），觀察接地信號（絕緣監(jiān)視裝置信號燈、零序電流表指示）是否消失。*原理：若斷開某線路后接地信號消失，說明故障點在該線路或與其有直接聯(lián)系的設(shè)備上。因為單相接地故障電流主要流經(jīng)故障線路的對地電容，斷開該線路切斷了故障電流的路徑。需要注意的是，試?yán)僮鲬?yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行，確保安全，并記錄操作過程。案例四1.斷路器輔助觸點粘連可能的原因：故障電流過大產(chǎn)生電弧燒蝕導(dǎo)致觸點熔焊；操作機(jī)構(gòu)故障（如彈簧未儲能、傳動部件卡澀）導(dǎo)致觸點強(qiáng)制粘連；觸點表面氧化或污穢嚴(yán)重，導(dǎo)致接觸不良在電流作用下熔焊；操作電壓或操作功不足，未能可靠分合閘。2.失壓脫扣裝置的作用：當(dāng)斷路器線路電壓突然消失或顯著下降時，失壓脫扣器失去吸力（或彈簧復(fù)位力克服電磁力），使斷路器斷開。這可以防止在系統(tǒng)故障或操作導(dǎo)致電壓消失時，斷路器意外合閘，造成人員觸電或設(shè)備損壞。3.防跳閉鎖裝置的作用及原理：作用：防止在斷路器跳閘后，由于故障未消除或操作機(jī)構(gòu)、保護(hù)裝置瞬時故障等原因，在控制電源未恢復(fù)或操作指令未撤銷的情況下，斷路器被再次合閘（即發(fā)生“跳閘后重合閘”或“自合”），導(dǎo)致操作人員傷害、設(shè)備損壞或系統(tǒng)事故。原理：通常利用斷路器自身的輔助觸點（常閉觸點）或額外的電氣元件構(gòu)成閉鎖回路。當(dāng)斷路器跳閘時，其常閉輔助觸點斷開，切斷合閘回路或給信號至閉鎖裝置，阻止合閘。只有當(dāng)斷路器確實分閘后，輔助觸點閉合，且操作指令發(fā)出時，合閘回路才可能接通（或閉鎖裝置解除）。4.原因：斷路器是重要的電氣設(shè)備，其機(jī)械狀態(tài)直接影響電網(wǎng)安全。輔助觸點粘連意味著斷路器處于鎖定狀態(tài)，無法正常分合閘。在此狀態(tài)下合閘，如果存在故障，斷路器可能無法可靠跳閘，導(dǎo)致故障擴(kuò)大，甚至損壞斷路器本體或引發(fā)爆炸。5.主要操作步驟：*（1）確認(rèn)斷路器跳閘信號，檢查相關(guān)保護(hù)動作情況。*（2）檢查斷路器外觀，確認(rèn)是否存在明顯故障（如嚴(yán)重放電痕跡、油噴出等）。*（3）使用絕緣桿或遠(yuǎn)方操作手段，嘗試將斷路器強(qiáng)制分閘，觀察能否成功。*（4）若強(qiáng)制分閘失敗或確認(rèn)輔助觸點粘連，禁止對該斷路器進(jìn)行合閘操作。*（5）報告情況，申請停電，對斷路器進(jìn)行詳細(xì)檢查，包括檢查操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)、輔助觸點是否熔焊、導(dǎo)電部分接觸是否良好等。*（6）根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行處理（如修復(fù)觸點、更換部件、整體更換斷路器）。*（7）處理完畢，測試合格，恢復(fù)斷路器及系統(tǒng)正常運行。案例五1.暫時性過電壓：指持續(xù)時間極短（通常為數(shù)毫秒到數(shù)微秒）的過電壓，其幅值和波形主要由雷電放電或系統(tǒng)操作引起，但過電壓本身會因線路和設(shè)備的自然放電（如空氣間隙放電）而迅速衰減。它與雷電過電壓（由直接雷擊或感應(yīng)雷引起，能量大、波形復(fù)雜）和操作過電壓（由系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)操作引起，能量相對較小、波形為振蕩波）的主要區(qū)別在于持續(xù)時間、衰減速度和主要能量來源。2.原因：暫時性過電壓（特別是雷電過電壓）幅值很高，可能擊穿設(shè)備絕緣，損壞電氣設(shè)備；過電壓波沿線路傳播時，可能引起保護(hù)裝置誤動或拒動；對通信線路和精密電子設(shè)備有嚴(yán)重干擾甚至損壞?？焖偾谐收宵c或限制過電壓幅值是保護(hù)設(shè)備絕緣、確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行和人身安全的必要措施。3.措施：*裝設(shè)避雷針/避雷線：對線路和設(shè)備進(jìn)行直擊雷防護(hù)。*裝設(shè)閥式避雷器/氧化鋅避雷器（MOA）：安裝在線路首端、變壓器、母線、開關(guān)站等關(guān)鍵設(shè)備和節(jié)點，為過電壓提供低阻抗泄放通路，快速限制過電壓幅值到安全水平。*合理設(shè)計接地系統(tǒng)：降低雷擊或操作過電壓時地電位升高，提供泄放通道。*采用耦合電容器、保護(hù)間隙等：對特定設(shè)備（如通信線）進(jìn)行防護(hù)。*架設(shè)架空地線（耦合地線）：提高線路耐雷水平，增加泄放通道，并兼作通信線。4.作用原理：避雷器在正常電壓下呈高阻態(tài)，對電路無影響。當(dāng)出現(xiàn)過電壓時，避雷器的電阻急劇減小，為雷電流或過電壓引起的電荷提供一個低阻抗的泄放通路，將過電壓能量泄放到大地，從而使被保護(hù)設(shè)備的電壓迅速鉗制在安全范圍內(nèi)，待過電壓消失后，避雷器迅速恢復(fù)高阻態(tài)，恢復(fù)正常供電。5.選擇參數(shù)及含義：*額定電壓（Um）：避雷器長期承受的工頻電壓，應(yīng)等于或高于系統(tǒng)的最高運行電壓。*持續(xù)運行電壓（Uc）：避雷器允許長期連接到系統(tǒng)上的最高工頻電壓有效值，通常小于額定電壓。