(2025年)繼電保護(hù)課后習(xí)題附答案一、選擇題（每題3分，共15分）1.關(guān)于繼電保護(hù)“四性”的描述，正確的是（）。A.選擇性要求保護(hù)僅切除故障設(shè)備，需通過動(dòng)作時(shí)限和定值配合實(shí)現(xiàn)B.速動(dòng)性要求故障后0.1s內(nèi)切除故障，與系統(tǒng)穩(wěn)定無(wú)關(guān)C.靈敏性用靈敏系數(shù)衡量，過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)需大于2.0D.可靠性指保護(hù)在需要?jiǎng)幼鲿r(shí)不拒動(dòng)，不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)不誤動(dòng)答案：A、D（解析：速動(dòng)性與系統(tǒng)穩(wěn)定密切相關(guān)，B錯(cuò)誤；過電流保護(hù)靈敏系數(shù)通常要求≥1.3~1.5，C錯(cuò)誤）2.某110kV線路配置三段式電流保護(hù)，其Ⅱ段的整定依據(jù)是（）。A.躲過本線路末端最大短路電流B.躲過下一條線路Ⅰ段保護(hù)范圍末端的最大短路電流C.躲過本線路最大負(fù)荷電流D.躲過相鄰線路末端最小短路電流答案：B（解析：電流Ⅱ段需與相鄰線路Ⅰ段配合，保證選擇性）3.變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中，產(chǎn)生不平衡電流的主要原因不包括（）。A.變壓器勵(lì)磁涌流B.電流互感器變比誤差C.變壓器兩側(cè)電流相位差D.負(fù)荷電流波動(dòng)答案：D（解析：負(fù)荷電流波動(dòng)屬于正常運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生顯著不平衡電流）4.距離保護(hù)中，阻抗繼電器采用0°接線方式時(shí)，輸入電壓和電流應(yīng)為（）。A.UAB與IA-IBB.UA與IAC.UA與IA-3kI0（k為零序補(bǔ)償系數(shù)）D.UAB與IA答案：B（解析：0°接線用于相間短路，輸入單相電壓和對(duì)應(yīng)相電流）5.新能源場(chǎng)站接入配電網(wǎng)后，對(duì)電流保護(hù)的影響主要表現(xiàn)為（）。A.故障電流幅值增大，保護(hù)靈敏性提高B.故障電流相位特性改變，傳統(tǒng)電流保護(hù)可能誤動(dòng)或拒動(dòng)C.系統(tǒng)阻抗減小，保護(hù)范圍縮短D.短路類型單一化，保護(hù)配置簡(jiǎn)化答案：B（解析：新能源輸出電流受逆變器控制，相位與傳統(tǒng)電源不同，可能導(dǎo)致保護(hù)誤判）二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述三段式電流保護(hù)的構(gòu)成及各段的作用。答案：三段式電流保護(hù)由無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（Ⅰ段）、限時(shí)電流速斷保護(hù)（Ⅱ段）和過電流保護(hù)（Ⅲ段）組成。Ⅰ段按躲過本線路末端最大短路電流整定，無(wú)延時(shí)，快速切除線路首端故障；Ⅱ段按與相鄰線路Ⅰ段配合整定，帶0.3~0.5s延時(shí)，切除本線路末端及相鄰線路首端故障；Ⅲ段按躲過最大負(fù)荷電流整定，帶較長(zhǎng)延時(shí)，作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)。2.變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)及其對(duì)縱差動(dòng)保護(hù)的影響。答案：勵(lì)磁涌流特點(diǎn)：①數(shù)值大（可達(dá)額定電流的6~8倍）；②含有大量二次諧波（占基波的20%~60%）；③波形存在間斷角（約60°~140°）；④偏磁特性（波形偏向時(shí)間軸一側(cè)）。影響：勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致縱差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流增大，可能引起保護(hù)誤動(dòng)，因此需采用二次諧波制動(dòng)、間斷角鑒別等方法區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流。3.比較線路縱聯(lián)保護(hù)與階段式距離保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：縱聯(lián)保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：利用線路兩端電氣量信息，動(dòng)作速度快（毫秒級(jí)），能快速切除全線故障；選擇性強(qiáng)，無(wú)需與相鄰保護(hù)配合。缺點(diǎn)：需依賴通信通道（如光纖、微波），投資和維護(hù)成本高；通道故障可能導(dǎo)致保護(hù)失效。階段式距離保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：僅需單側(cè)信息，無(wú)需通信；對(duì)多電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)；后備保護(hù)功能完善。缺點(diǎn)：動(dòng)作延時(shí)較長(zhǎng)（Ⅱ、Ⅲ段需與相鄰保護(hù)配合）；受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響大（如過渡電阻可能導(dǎo)致超越或拒動(dòng)）。4.簡(jiǎn)述智能變電站中數(shù)字化繼電保護(hù)的技術(shù)特征。答案：①采樣數(shù)字化：通過合并單元（MU）采集電子式互感器的數(shù)字量（如IEC61850-9-2格式），替代傳統(tǒng)模擬量輸入；②跳閘網(wǎng)絡(luò)化：保護(hù)出口通過GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）報(bào)文傳輸，取代硬接線跳閘；③配置靈活化：基于SCL（變電站配置語(yǔ)言）文件實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯的軟件配置，支持在線修改和功能擴(kuò)展；④狀態(tài)可視化：集成智能診斷功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置、互感器、通信鏈路的運(yùn)行狀態(tài)，支持狀態(tài)檢修。5.分析分布式光伏接入配電網(wǎng)后，傳統(tǒng)電流保護(hù)可能出現(xiàn)的問題及改進(jìn)措施。答案：?jiǎn)栴}：①反向短路電流：光伏接入點(diǎn)下游故障時(shí)，光伏向故障點(diǎn)提供短路電流，可能導(dǎo)致上游保護(hù)誤動(dòng)（如過電流保護(hù)誤動(dòng)作）；②故障電流幅值受限：光伏通過逆變器輸出，短路電流通常不超過1.2~2倍額定電流，可能導(dǎo)致傳統(tǒng)過電流保護(hù)拒動(dòng)；③多電源供電導(dǎo)致保護(hù)配合失效：原有單電源輻射網(wǎng)的階梯式時(shí)限配合被打破，相鄰線路保護(hù)可能失去選擇性。改進(jìn)措施：①采用方向電流保護(hù)，增加方向元件（如功率方向繼電器）識(shí)別故障方向；②引入自適應(yīng)保護(hù)，根據(jù)光伏出力實(shí)時(shí)調(diào)整保護(hù)定值；③配置縱聯(lián)保護(hù)（如光纖縱差），利用兩端電流信息判斷故障位置；④推廣使用過電流保護(hù)與低電壓、負(fù)序電流的復(fù)合判據(jù)，提高靈敏度。三、計(jì)算題（共45分）1.（10分）某10kV輻射型電網(wǎng)如圖1所示（假設(shè)圖中參數(shù)：電源S最大運(yùn)行方式下系統(tǒng)電抗Xs.max=0.1Ω，最小運(yùn)行方式下Xs.min=0.2Ω；線路L1長(zhǎng)度10km，單位電抗0.4Ω/km；線路L2長(zhǎng)度8km，單位電抗0.4Ω/km；負(fù)荷電流IL.max=300A；可靠系數(shù)KrelⅠ=1.2，KrelⅡ=1.1，KrelⅢ=1.2；返回系數(shù)Kre=0.85；時(shí)限級(jí)差Δt=0.5s）。（1）計(jì)算線路L1電流Ⅰ段的動(dòng)作電流和保護(hù)范圍；（2）計(jì)算線路L1電流Ⅱ段的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限。答案：（1）L1末端最大短路電流（最大運(yùn)行方式）：XΣ.max=Xs.max+X1=0.1+10×0.4=4.1ΩId.max（末端）=Uφ/XΣ.max=(10×103/√3)/4.1≈1405AⅠ段動(dòng)作電流IopⅠ=KrelⅠ×Id.max（末端）=1.2×1405≈1686A保護(hù)范圍計(jì)算（最小運(yùn)行方式下校驗(yàn)）：Xs.min=0.2Ω，設(shè)保護(hù)范圍為l（km），則XΣ.min=l×0.4+0.2Id.min（保護(hù)范圍末端）=(10×103/√3)/(l×0.4+0.2)令I(lǐng)opⅠ=KrelⅠ×Id.min（保護(hù)范圍末端），即1686=1.2×(10×103/√3)/(l×0.4+0.2)解得l≈7.6km，保護(hù)范圍為線路全長(zhǎng)的76%（通常要求≥50%，滿足要求）。（2）L2的Ⅰ段動(dòng)作電流需先計(jì)算L2末端最大短路電流：XΣ.L2.max=Xs.max+X1+X2=0.1+10×0.4+8×0.4=0.1+4+3.2=7.3ΩId.L2末端.max=(10×103/√3)/7.3≈792AL2的Ⅰ段動(dòng)作電流Iop.L2Ⅰ=1.2×792≈950AL1的Ⅱ段需與L2的Ⅰ段配合，動(dòng)作電流IopⅡ=KrelⅡ×Iop.L2Ⅰ=1.1×950≈1045A動(dòng)作時(shí)限tⅡ=t.L2Ⅰ+Δt=0+0.5=0.5s（假設(shè)L2Ⅰ段無(wú)延時(shí)）。2.（15分）某220kV變壓器參數(shù)：額定容量180MVA，變比220/110kV，接線組別Yd11，高壓側(cè)TA變比1200/5，低壓側(cè)TA變比2000/5。高壓側(cè)最大運(yùn)行方式下三相短路電流Id.h.max=8kA，低壓側(cè)三相短路電流Id.l.max=15kA。（1）計(jì)算變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本側(cè)和平衡系數(shù)；（2）計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流（可靠系數(shù)Krel=1.3，最小不平衡電流取0.1倍額定電流）；（3）若低壓側(cè)發(fā)生三相短路，計(jì)算差動(dòng)電流并判斷保護(hù)是否動(dòng)作。答案：（1）變壓器額定電流：高壓側(cè)Ie.h=180×103/(√3×220)≈472A低壓側(cè)Ie.l=180×103/(√3×110)≈945ATA二次額定電流：高壓側(cè)Ie.h’=472/(1200/5)≈1.97A低壓側(cè)Ie.l’=945/(2000/5)≈2.36A（因Yd11接線，低壓側(cè)需將線電流轉(zhuǎn)換為相電流，且補(bǔ)償30°相位差，實(shí)際計(jì)算時(shí)取線電流，此處簡(jiǎn)化）通常選二次電流較大的一側(cè)為基本側(cè)，故基本側(cè)為低壓側(cè)，平衡系數(shù)Kph=Ie.h’/Ie.l’≈1.97/2.36≈0.835。（2）最小動(dòng)作電流取以下兩者最大值：①躲過最大不平衡電流：Iop.min1=Krel×(0.1×Ie.h’)=1.3×0.1×1.97≈0.256A②躲過變壓器額定電流：Iop.min2=Krel×Ie.h’=1.3×1.97≈2.56A因此Iop.min=2.56A（取較大值）。（3）低壓側(cè)三相短路時(shí)，高壓側(cè)電流Id.h=(110/220)×15kA×(1/√3)≈3.89kA（考慮變壓器變比和Yd接線電流關(guān)系）高壓側(cè)TA二次電流Id.h’=3.89×103/(1200/5)≈16.2A低壓側(cè)短路電流Id.l=15kA，TA二次電流Id.l’=15×103/(2000/5)=37.5A平衡后高壓側(cè)電流=16.2×Kph≈16.2×0.835≈13.5A差動(dòng)電流Id=|13.5-37.5|=24A>Iop.min=2.56A，保護(hù)動(dòng)作。3.（20分）某500kV線路配置距離保護(hù)，線路全長(zhǎng)150km，單位正序阻抗0.2Ω/km，系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下電源阻抗Xs.max=20Ω，最小運(yùn)行方式下Xs.min=30Ω，過渡電阻Rg=10Ω。（1）計(jì)算距離Ⅰ段的整定阻抗（可靠系數(shù)Krel=0.8）；（2）校驗(yàn)距離Ⅰ段在最小運(yùn)行方式下的保護(hù)范圍；（3）若線路末端經(jīng)10Ω過渡電阻短路，計(jì)算測(cè)量阻抗并分析距離Ⅱ段是否需要考慮過渡電阻影響（Ⅱ段整定阻抗為0.8倍線路全長(zhǎng)阻抗，可靠系數(shù)KrelⅡ=1.1，動(dòng)作時(shí)限0.5s）。答案：（1）線路正序阻抗ZL=150×0.2=30Ω距離Ⅰ段整定阻抗ZopⅠ=Krel×ZL=0.8×30=24Ω（2）最小運(yùn)行方式下，系統(tǒng)阻抗Xs.min=30Ω，保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的阻抗Zf=ZopⅠ=24Ω系統(tǒng)總阻抗XΣ=Xs.min+Zf=30+24=54Ω故障電流Id=Uφ/XΣ=(500×103/√3)/54≈5360A測(cè)量阻抗Zm=Uφ/Id=(500×103/√3)/5360≈54Ω（實(shí)際為Zf=24Ω，因Ⅰ段按線路阻抗整定，保護(hù)范圍為24Ω/0.2Ω/km=120km，占全長(zhǎng)的80%，滿足要求）。（3）線路末端短路時(shí)，故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處150km，故障阻抗Zf=150×0.2=30Ω，過渡電阻Rg=10Ω（假設(shè)為金屬性短路，相間故障時(shí)Rg為相間接入）。測(cè)量阻抗Zm=Zf+Rg×(Id/Idm)（Id為故障電流，Idm為保護(hù)安裝處測(cè)量電流）。對(duì)于相間短路，Idm=Id（忽略負(fù)荷電流），故Zm=30+10=40Ω。距離Ⅱ段整定阻抗ZopⅡ=KrelⅡ×(ZL+相鄰線路Ⅰ段阻抗)（假設(shè)相鄰線路Ⅰ段阻抗為ZadjⅠ=0.8×ZadjL，此處簡(jiǎn)