《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》期末考試試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，通常伴隨著電流（）和電壓（）。A.增大，升高B.增大，降低C.減小，升高D.減小，降低答案：B解析：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路點(diǎn)阻抗變小，根據(jù)歐姆定律\(I=U/Z\)（其中\(zhòng)(I\)為電流，\(U\)為電壓，\(Z\)為阻抗），在電源電壓一定的情況下，阻抗減小會導(dǎo)致電流增大。同時，由于短路電流在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生較大的電壓降，使得短路點(diǎn)及附近的電壓降低。2.反應(yīng)電流增大而動作的保護(hù)稱為（）。A.過電流保護(hù)B.過電壓保護(hù)C.低電壓保護(hù)D.差動保護(hù)答案：A解析：過電流保護(hù)是根據(jù)被保護(hù)線路或設(shè)備的電流超過整定值而動作的保護(hù)裝置。過電壓保護(hù)是反應(yīng)電壓升高而動作；低電壓保護(hù)是反應(yīng)電壓降低而動作；差動保護(hù)是根據(jù)被保護(hù)設(shè)備各側(cè)電流的差值而動作。3.限時電流速斷保護(hù)的動作電流應(yīng)大于（）。A.被保護(hù)線路末端短路時的最大短路電流B.相鄰下一條線路出口處短路時的最大短路電流C.被保護(hù)線路末端短路時的最小短路電流D.相鄰下一條線路出口處短路時的最小短路電流答案：B解析：限時電流速斷保護(hù)的動作電流按躲過相鄰下一條線路出口處短路時的最大短路電流來整定，這樣可以保證在本線路發(fā)生短路時能夠可靠動作，同時避免在相鄰線路短路時誤動作。4.三段式電流保護(hù)中，（）的靈敏度最高。A.電流速斷保護(hù)B.限時電流速斷保護(hù)C.過電流保護(hù)D.三者靈敏度一樣答案：C解析：電流速斷保護(hù)的動作電流整定值較大，只能保護(hù)線路的一部分，靈敏度較低；限時電流速斷保護(hù)的動作電流比電流速斷保護(hù)小，能保護(hù)本線路的全長，但靈敏度也不是最高；過電流保護(hù)的動作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定，動作電流較小，所以靈敏度最高。5.方向電流保護(hù)是在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝了（）元件。A.電壓B.功率方向C.時間D.差動答案：B解析：方向電流保護(hù)是為了消除反方向故障時電流保護(hù)可能出現(xiàn)的誤動作而設(shè)置的。它在電流保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝了功率方向元件，通過判斷功率的方向來決定保護(hù)是否動作。6.距離保護(hù)是反應(yīng)（）的保護(hù)裝置。A.電流增大B.電壓降低C.電流與電壓比值D.功率增大答案：C解析：距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離（阻抗）的保護(hù)裝置。它通過測量保護(hù)安裝處的電壓和電流，計算出電壓與電流的比值（即阻抗），當(dāng)測量阻抗小于整定值時，保護(hù)動作。7.變壓器的縱差動保護(hù)是反應(yīng)（）而動作的保護(hù)。A.變壓器兩側(cè)電流的大小B.變壓器兩側(cè)電流的相位C.變壓器兩側(cè)電流的差值D.變壓器兩側(cè)電壓的差值答案：C解析：變壓器縱差動保護(hù)是利用比較變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理構(gòu)成的。正常運(yùn)行和外部故障時，變壓器兩側(cè)電流的差值很??；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，兩側(cè)電流的差值會明顯增大，保護(hù)裝置根據(jù)這個差值動作。8.發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)通常采用（）。A.定時限過電流保護(hù)B.反時限過電流保護(hù)C.低電壓保護(hù)D.差動保護(hù)答案：B解析：發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)通常采用反時限過電流保護(hù)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)過負(fù)荷的情況一般不會立即對發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p害，采用反時限特性可以根據(jù)過負(fù)荷的程度自動調(diào)整動作時間，避免不必要的跳閘，同時在過負(fù)荷嚴(yán)重時能及時動作。9.母線保護(hù)的主要類型有（）。A.電流保護(hù)B.電壓保護(hù)C.差動保護(hù)D.距離保護(hù)答案：C解析：母線保護(hù)的主要類型是差動保護(hù)。母線差動保護(hù)能夠快速、準(zhǔn)確地切除母線故障，因?yàn)樗梢员容^母線各連接元件的電流，當(dāng)母線發(fā)生故障時，各連接元件的電流會發(fā)生變化，差動保護(hù)根據(jù)這個變化迅速動作。10.零序電流保護(hù)只適用于（）系統(tǒng)。A.中性點(diǎn)不接地B.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地C.中性點(diǎn)直接接地D.以上都適用答案：C解析：零序電流保護(hù)是利用系統(tǒng)發(fā)生接地故障時產(chǎn)生的零序電流來動作的保護(hù)裝置。只有在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生接地故障時才會產(chǎn)生較大的零序電流，所以零序電流保護(hù)只適用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。二、填空題（每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)短路故障的類型主要有三相短路、兩相短路、兩相接地短路和（）。答案：單相接地短路解析：這是電力系統(tǒng)中常見的幾種短路故障類型，單相接地短路是指電力系統(tǒng)中一相導(dǎo)體與大地或接地導(dǎo)體之間發(fā)生的短路。2.過電流保護(hù)的動作電流應(yīng)躲過（）。答案：最大負(fù)荷電流解析：過電流保護(hù)的動作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定，這樣可以保證在正常運(yùn)行和過負(fù)荷情況下，保護(hù)裝置不會誤動作。3.限時電流速斷保護(hù)的動作時限比相鄰下一條線路的電流速斷保護(hù)的動作時限大一個（）。答案：時限級差解析：為了保證保護(hù)動作的選擇性，限時電流速斷保護(hù)的動作時限要比相鄰下一條線路的電流速斷保護(hù)的動作時限大一個時限級差，通常取0.5s。4.方向電流保護(hù)中，功率方向元件的動作判據(jù)是（）。答案：\(\cos(\varphi_{k}\varphi_{sen})>0\)（其中\(zhòng)(\varphi_{k}\)為故障時功率因數(shù)角，\(\varphi_{sen}\)為功率方向元件的靈敏角）解析：當(dāng)滿足這個判據(jù)時，說明功率方向?yàn)檎较?，保護(hù)裝置的功率方向元件動作。5.距離保護(hù)的測量元件通常采用（）繼電器。答案：阻抗解析：距離保護(hù)的測量元件需要測量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗，阻抗繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)這個功能，通過比較測量阻抗和整定值來決定是否動作。6.變壓器的勵磁涌流中含有大量的（）分量和（）分量。答案：非周期；高次諧波解析：變壓器勵磁涌流是在變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時產(chǎn)生的。勵磁涌流中含有大量的非周期分量和高次諧波分量，其中二次諧波分量較為突出，可利用二次諧波制動原理來防止變壓器縱差動保護(hù)在勵磁涌流時誤動作。7.發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)主要反應(yīng)發(fā)電機(jī)（）的降低而動作。答案：機(jī)端測量阻抗解析：發(fā)電機(jī)失磁后，其機(jī)端測量阻抗會發(fā)生變化，失磁保護(hù)通過監(jiān)測機(jī)端測量阻抗的降低來判斷發(fā)電機(jī)是否失磁，當(dāng)測量阻抗進(jìn)入失磁保護(hù)的動作區(qū)時，保護(hù)動作。8.母線差動保護(hù)的基本原理是（）原理。答案：基爾霍夫電流定律解析：根據(jù)基爾霍夫電流定律，在正常運(yùn)行和外部故障時，母線所有連接元件的電流之和為零；當(dāng)母線內(nèi)部發(fā)生故障時，這個電流之和不為零，母線差動保護(hù)根據(jù)這個原理動作。9.輸電線路的自動重合閘裝置按重合閘次數(shù)可分為（）和（）。答案：一次重合閘；多次重合閘解析：一次重合閘是指在輸電線路發(fā)生故障跳閘后，只進(jìn)行一次重合閘操作；多次重合閘則可以進(jìn)行多次重合閘操作。10.繼電保護(hù)裝置的基本要求是（）、（）、（）和（）。答案：選擇性；速動性；靈敏性；可靠性解析：選擇性是指保護(hù)裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮??；速動性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障；靈敏性是指保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力；可靠性是指保護(hù)裝置在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動作的故障時，不拒動，而在任何其他不該動作的情況下，不誤動。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述三段式電流保護(hù)的構(gòu)成及各段的作用。三段式電流保護(hù)由電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)組成。電流速斷保護(hù)：它的動作電流按躲過被保護(hù)線路末端短路時的最大短路電流來整定。其作用是快速切除被保護(hù)線路首端的短路故障，動作時間為零秒，能在最短的時間內(nèi)切除故障，減小故障對設(shè)備的損壞。但它只能保護(hù)線路的一部分，不能保護(hù)線路的全長。限時電流速斷保護(hù)：動作電流按躲過相鄰下一條線路出口處短路時的最大短路電流來整定，動作時限比相鄰下一條線路的電流速斷保護(hù)的動作時限大一個時限級差（通常為0.5s）。它的作用是保護(hù)本線路的全長，當(dāng)電流速斷保護(hù)不能保護(hù)的部分發(fā)生故障時，限時電流速斷保護(hù)動作切除故障。過電流保護(hù)：動作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定，動作時限采用階梯型時限特性。它的作用是作為本線路主保護(hù)的后備保護(hù)以及相鄰線路保護(hù)的后備保護(hù)，當(dāng)本線路和相鄰線路的主保護(hù)拒動時，過電流保護(hù)動作切除故障。2.說明距離保護(hù)的工作原理及主要組成部分。距離保護(hù)的工作原理是基于測量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離（阻抗）。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護(hù)安裝處的電壓和電流會發(fā)生變化，距離保護(hù)裝置通過測量這兩個量，計算出電壓與電流的比值（即阻抗），并將測量阻抗與預(yù)先整定的動作阻抗進(jìn)行比較。如果測量阻抗小于動作阻抗，則認(rèn)為故障點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)裝置動作；反之，保護(hù)裝置不動作。距離保護(hù)的主要組成部分包括：測量元件：用于測量保護(hù)安裝處的電壓和電流，并計算出測量阻抗。通常采用阻抗繼電器作為測量元件。啟動元件：其作用是在系統(tǒng)發(fā)生故障時啟動整套保護(hù)裝置，一般采用過電流繼電器或低電壓繼電器等。振蕩閉鎖元件：用于在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時防止距離保護(hù)誤動作。它通過檢測系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩，當(dāng)判斷為振蕩時，閉鎖距離保護(hù)。時限元件：用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)的時限特性，保證保護(hù)動作的選擇性。一般采用時間繼電器。出口元件：當(dāng)測量元件判斷故障在保護(hù)范圍內(nèi)，且經(jīng)過一定的時限后，出口元件動作，發(fā)出跳閘命令，使斷路器跳閘。3.分析變壓器縱差動保護(hù)中產(chǎn)生不平衡電流的原因及減小不平衡電流的措施。產(chǎn)生不平衡電流的原因主要有以下幾點(diǎn)：變壓器兩側(cè)電流互感器的變比不完全匹配：由于電流互感器的制造誤差和實(shí)際變比與計算變比的差異，會導(dǎo)致兩側(cè)電流互感器二次電流不完全相等，從而產(chǎn)生不平衡電流。變壓器勵磁涌流：在變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，會產(chǎn)生很大的勵磁涌流。勵磁涌流只流過變壓器的一側(cè)，相當(dāng)于在差動回路中產(chǎn)生了不平衡電流。變壓器兩側(cè)電流相位不同：對于Y,d11接線的變壓器，兩側(cè)電流的相位相差30°，如果不進(jìn)行相位補(bǔ)償，會在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。變壓器有載調(diào)壓：變壓器在運(yùn)行過程中進(jìn)行有載調(diào)壓時，會改變變壓器的變比，從而導(dǎo)致兩側(cè)電流的大小發(fā)生變化，產(chǎn)生不平衡電流。減小不平衡電流的措施如下：采用合適的電流互感器變比：盡量選擇變比與計算值接近的電流互感器，減小因變比不匹配產(chǎn)生的不平衡電流。采用勵磁涌流制動措施：如二次諧波制動原理，利用勵磁涌流中含有大量二次諧波的特點(diǎn)，當(dāng)二次諧波含量超過一定比例時，閉鎖差動保護(hù)，防止在勵磁涌流時誤動作。進(jìn)行相位補(bǔ)償：對于Y,d11接線的變壓器，可采用將變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角形，三角形側(cè)的電流互感器接成星形的方法，使兩側(cè)電流的相位相同，減小不平衡電流。引入平衡系數(shù)：在差動保護(hù)中引入平衡系數(shù)，對兩側(cè)電流進(jìn)行調(diào)整，以補(bǔ)償因變壓器變比和有載調(diào)壓等因素產(chǎn)生的不平衡電流。四、計算題（每題15分，共30分）1.已知某輸電線路的最大負(fù)荷電流\(I_{L.max}=300A\)，電流互感器變比\(n_{TA}=600/5\)，過電流保護(hù)的可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.2\)，自啟動系數(shù)\(K_{ss}=1.5\)，返回系數(shù)\(K_{re}=0.85\)，試計算過電流保護(hù)的動作電流。解：首先，根據(jù)過電流保護(hù)動作電流的計算公式\(I_{op}=\frac{K_{rel}K_{ss}}{K_{re}}I_{L.max}\)將已知數(shù)據(jù)代入公式：\(I_{op}=\frac{1.2\times1.5}{0.85}\times300\)\(I_{op}=\frac{1.8}{0.85}\times300\approx635.29A\)考慮電流互感器變比\(n_{TA}=600/5\)，將計算得到的一次動作電流換算為二次動作電流\(I_{op2}\)：\(I_{op2}=\frac{I_{op}}{n_{TA}}\times5=\frac{635.29}{600/5}\times5\approx5.29A\)所以，過電流保護(hù)的動作電流一次值約為635.29A，二次值約為5.29A。2.某110kV輸電線路，采用三段式距離保護(hù)，已知線路全長\(L=80km\)，線路每公里的正序阻抗\(Z_{1}=0.4\Omega/km\)，距離保護(hù)Ⅰ段的可靠系數(shù)\(K_{rel1}=0.8\)，距離保護(hù)Ⅱ段的可靠系數(shù)\(K_{rel2}=0.85\)，相鄰線路距離保護(hù)Ⅰ段的動作阻抗\(Z_{op1}^{\prime}=15\Omega\)，試計算該線路距離保護(hù)Ⅰ段和Ⅱ段的動作阻抗。解：計算線路的正序阻抗\(Z_{L}\)：\(Z_{L}=Z_{1}L=0.4\times80=32\Omega\)計算距離保護(hù)Ⅰ段的動作阻抗\(Z_{op1}\)：根據(jù)距離保護(hù)Ⅰ段動作阻抗的計算公式\(Z_{op1}=K_{rel1}Z_{L}\)將\(K_{rel1}=0.8\)，\(Z_{L}=32\Omega\)代入公式得：\(Z_{op1}=0.8\times32=25.6\Omega\)計算距離保護(hù)Ⅱ段的動作阻抗\(Z_{op2}\)：距離保護(hù)Ⅱ段的動作阻抗應(yīng)滿足兩個條件：一是要保護(hù)本線路的全長，二是要與相鄰線路的距離保護(hù)Ⅰ段相配合。首先，按保