2025年電力系統(tǒng)保護試題和答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某220kV線路配置分相電流差動保護，當(dāng)線路發(fā)生經(jīng)300Ω過渡電阻的單相接地故障時，保護正確動作的關(guān)鍵因素是（）A.保護裝置的采樣頻率B.差動電流的制動特性C.零序電流補償系數(shù)D.通道傳輸延時補償精度答案：D（解析：分相電流差動保護的動作性能主要受通道延時影響，當(dāng)過渡電阻較大時，兩側(cè)電流相位差可能因延時導(dǎo)致差動電流計算誤差，需精確補償延時以保證動作可靠性）2.某110kV變壓器采用二次諧波制動的比率差動保護，當(dāng)變壓器空投時出現(xiàn)勵磁涌流，此時保護裝置檢測到的二次諧波含量為25%，則保護應(yīng)（）A.立即動作跳閘B.閉鎖差動保護C.開放差動保護D.進入故障判別邏輯答案：B（解析：二次諧波制動原理中，通常將制動門檻設(shè)為15%-20%，當(dāng)二次諧波含量超過門檻值時，保護被閉鎖，防止空投時誤動）3.某500kV線路配置的距離保護Ⅲ段，其主要作用是（）A.作為本線路主保護B.作為相鄰線路的遠后備保護C.作為本線路的近后備保護D.快速切除高阻接地故障答案：B（解析：距離Ⅲ段整定值較大、延時較長，主要用于相鄰元件故障時的遠后備保護）4.新能源場站并網(wǎng)點配置的低電壓穿越保護，其動作定值應(yīng)滿足（）A.低于并網(wǎng)點最低運行電壓B.高于系統(tǒng)正常波動電壓C.與系統(tǒng)短路容量無關(guān)D.僅考慮場站自身設(shè)備耐受能力答案：B（解析：低電壓穿越保護需避免系統(tǒng)正常電壓波動時誤動，定值應(yīng)高于正常波動范圍，同時低于設(shè)備耐受極限）5.某智能變電站采用SV/GOOSE共網(wǎng)傳輸，當(dāng)過程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)生丟包率5%的異常時，最可能受影響的保護是（）A.母線差動保護B.主變間隙零序保護C.線路過負荷保護D.電容器過電壓保護答案：A（解析：母線差動保護對采樣同步性和數(shù)據(jù)完整性要求極高，SV丟包會導(dǎo)致差流計算錯誤，嚴重影響保護動作正確性）6.多端柔性直流輸電系統(tǒng)中，極線故障時優(yōu)先動作的保護是（）A.行波保護B.過電流保護C.低電壓保護D.直流差動保護答案：A（解析：柔性直流系統(tǒng)故障發(fā)展迅速，行波保護具有動作速度快（毫秒級）的特點，是極線故障的主保護）7.某35kV小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，故障線路零序電流與非故障線路零序電流的主要區(qū)別是（）A.幅值更大，相位相反B.幅值更小，相位相同C.幅值相等，相位相反D.幅值隨機，相位無關(guān)答案：A（解析：小電阻接地系統(tǒng)中，故障線路零序電流為全系統(tǒng)非故障元件零序電流之和，幅值遠大于非故障線路，且相位相反）8.數(shù)字孿生技術(shù)在電力系統(tǒng)保護中的主要應(yīng)用是（）A.替代傳統(tǒng)保護裝置B.實現(xiàn)保護定值在線自修正C.提升保護裝置硬件性能D.降低保護裝置制造成本答案：B（解析：數(shù)字孿生通過構(gòu)建物理系統(tǒng)的虛擬模型，可實時模擬不同運行方式下的保護動作行為，支持定值在線優(yōu)化和自適應(yīng)調(diào)整）9.某220kV線路配置縱聯(lián)方向保護，當(dāng)通道發(fā)生單方向中斷時，保護應(yīng)（）A.立即閉鎖整套保護B.僅閉鎖方向比較邏輯C.開放跳閘出口D.切換為距離保護為主保護答案：B（解析：縱聯(lián)方向保護需兩側(cè)方向元件動作且通道正常時跳閘，單方向通道中斷僅影響方向比較邏輯，其他保護功能（如后備保護）仍可運行）10.發(fā)電機失磁保護中，采用機端測量阻抗判據(jù)時，整定圓特性應(yīng)（）A.包含發(fā)電機失磁后的阻抗軌跡B.完全避開正常運行阻抗區(qū)C.僅反映定子過電流D.與系統(tǒng)阻抗無關(guān)答案：A（解析：失磁保護的測量阻抗圓需覆蓋發(fā)電機從失磁到異步運行的阻抗變化軌跡，同時避開正常運行和外部故障時的阻抗區(qū)域）二、判斷題（每題1分，共10分。正確填“√”，錯誤填“×”）1.變壓器零序差動保護主要用于反映繞組內(nèi)部的接地故障（）答案：√（解析：零序差動保護通過比較變壓器各側(cè)零序電流，可有效檢測中性點直接接地繞組的接地故障）2.線路重合閘裝置應(yīng)優(yōu)先采用單相重合閘，無論系統(tǒng)是否允許非全相運行（）答案：×（解析：單相重合閘僅適用于允許非全相運行的系統(tǒng)，對于不允許的系統(tǒng)（如330kV及以上）應(yīng)采用三相重合閘）3.母線差動保護的復(fù)合電壓閉鎖元件主要用于防止TA斷線時誤動（）答案：√（解析：復(fù)合電壓閉鎖通過檢測母線電壓是否降低，區(qū)分故障狀態(tài)和TA斷線，避免無故障時誤跳母線）4.新能源機組的高次諧波會導(dǎo)致傳統(tǒng)電磁式電流互感器飽和，影響保護測量精度（）答案：√（解析：新能源變流器產(chǎn)生的高頻諧波會使TA鐵芯因磁滯損耗增加而飽和，導(dǎo)致二次電流畸變）5.廣域后備保護可以完全替代傳統(tǒng)后備保護，無需考慮配合關(guān)系（）答案：×（解析：廣域后備保護作為補充，仍需與傳統(tǒng)后備保護配合，確保系統(tǒng)不同運行方式下的可靠性）6.特高壓線路的潛供電流主要由電容耦合和電感耦合產(chǎn)生，會影響單相重合閘的成功概率（）答案：√（解析：潛供電流會延緩故障點電弧熄滅，需通過快速接地開關(guān)或高抗中性點小電抗抑制）7.變壓器過激磁保護的整定應(yīng)考慮額定電壓下的磁密和變壓器的過勵磁耐受能力（）答案：√（解析：過激磁保護需在變壓器磁密超過允許值時動作，定值需結(jié)合額定磁密和設(shè)備耐受曲線）8.智能變電站的保護裝置檢修狀態(tài)與運行狀態(tài)通過GOOSE報文中的“檢修”軟壓板區(qū)分（）答案：√（解析：檢修壓板投入時，裝置發(fā)送的SV/GOOSE報文帶檢修標記，接收裝置僅處理同狀態(tài)的報文，避免誤動作）9.微電網(wǎng)孤島運行時，電流保護的靈敏度會因短路容量降低而提高（）答案：×（解析：孤島運行時短路容量減小，故障電流降低，可能導(dǎo)致電流保護靈敏度不足）10.直流輸電系統(tǒng)的換流器差動保護反映閥臂電流與橋臂電流的差值，用于檢測換流閥故障（）答案：√（解析：換流器差動保護通過比較閥臂電流總和與橋臂電流，可檢測單個閥臂的元件損壞或短路故障）三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述縱聯(lián)電流差動保護與縱聯(lián)距離保護的主要區(qū)別。答案：縱聯(lián)電流差動保護通過比較被保護線路兩側(cè)的電流矢量和（差流）動作，屬于絕對主保護，不受系統(tǒng)運行方式影響，動作速度快（約10-20ms），但需要可靠的通道傳輸兩側(cè)電流數(shù)據(jù)，對通道延時和同步要求高；縱聯(lián)距離保護通過比較兩側(cè)距離元件的動作信息（如方向）實現(xiàn)主保護功能，依賴距離元件的方向性，受系統(tǒng)運行方式和過渡電阻影響較大，但對通道要求較低（僅需傳輸邏輯信號），可作為差動保護的補充。2.分析新能源高滲透率對傳統(tǒng)電流保護的影響及應(yīng)對措施。答案：影響：①短路電流特性改變：新能源機組（如光伏、風(fēng)電）通過逆變器并網(wǎng)，故障時輸出電流受逆變器限流控制，幅值?。s1.2-2倍額定電流）、諧波含量高、相位不固定，導(dǎo)致傳統(tǒng)電流保護靈敏度降低甚至拒動；②電源多態(tài)性：新能源出力隨機波動，系統(tǒng)運行方式變化頻繁，保護定值難以按固定方式整定；③反向故障電流：多電源供電時，故障電流可能從多個方向流入，傳統(tǒng)單方向電流保護可能誤判。應(yīng)對措施：①采用自適應(yīng)電流保護，根據(jù)實時運行方式調(diào)整定值；②引入序分量保護或諧波分量保護，利用新能源故障電流的諧波特征提高靈敏度；③配置縱聯(lián)保護作為主保護，減少對單一電氣量的依賴；④在并網(wǎng)點加裝故障電流限制器，提升短路電流水平。3.說明變壓器勵磁涌流的特點及比率差動保護的應(yīng)對策略。答案：勵磁涌流特點：①數(shù)值大（可達6-8倍額定電流）；②含有大量二次諧波（約20%-60%）；③波形存在間斷角（約60°-120°）；④偏磁現(xiàn)象（直流分量占比高）。比率差動保護應(yīng)對策略：①二次諧波制動：當(dāng)二次諧波含量超過整定值（通常15%-20%）時閉鎖差動保護；②間斷角閉鎖：檢測電流波形的間斷角，若超過整定值則判定為勵磁涌流；③波形對稱制動：比較相鄰半波的對稱性，勵磁涌流波形不對稱，故障電流波形對稱；④速飽和變流器：利用鐵芯飽和特性抑制勵磁涌流中的非周期分量，避免TA飽和導(dǎo)致的差流誤判。4.列舉智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)的主要風(fēng)險及保護設(shè)備的應(yīng)對措施。答案：主要風(fēng)險：①網(wǎng)絡(luò)延遲：SV/GOOSE報文傳輸延遲超過允許值（如母線差動保護要求同步誤差＜1μs），導(dǎo)致采樣不同步或邏輯判斷錯誤；②網(wǎng)絡(luò)丟包：報文丟失率過高（如＞0.5%），造成保護裝置數(shù)據(jù)缺失；③網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴：廣播報文過多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞，保護裝置無法接收關(guān)鍵數(shù)據(jù)；④網(wǎng)絡(luò)攻擊：非法設(shè)備接入或報文篡改，導(dǎo)致保護誤動或拒動。應(yīng)對措施：①采用環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)（如IEC62439-3的PRP/HSR協(xié)議），提高網(wǎng)絡(luò)可靠性；②設(shè)置報文優(yōu)先級（SV＞GOOSE＞MMS），保障關(guān)鍵數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸；③配置網(wǎng)絡(luò)報文分析儀，實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量和報文質(zhì)量；④采用數(shù)字證書認證和加密技術(shù)（如SM2/SM3算法），防止報文篡改和非法接入；⑤保護裝置設(shè)置接收報文的超時重傳機制，丟失超過一定幀數(shù)后閉鎖相關(guān)保護功能。5.闡述多端柔性直流輸電系統(tǒng)的保護配置原則。答案：多端柔直系統(tǒng)保護配置需遵循以下原則：①分層分區(qū)：按換流站、直流線路、換流變壓器等設(shè)備劃分保護區(qū)域，避免保護死區(qū)；②主后備配合：主保護（如行波保護、差動保護）快速切除故障（≤5ms），后備保護（如過流保護、低電壓保護）在主保護失效時動作（≤100ms）；③極間配合：區(qū)分單極故障和雙極故障，單極故障優(yōu)先隔離故障極，雙極故障跳開所有換流閥；④與控制協(xié)同：保護動作后需聯(lián)動控制系統(tǒng)（如觸發(fā)子模塊閉鎖、啟動重合閘），維持非故障區(qū)域運行；⑤適應(yīng)多運行模式：支持聯(lián)網(wǎng)/孤島、整流/逆變等模式切換時的保護定值自適應(yīng)調(diào)整；⑥冗余配置：關(guān)鍵保護（如換流器差動保護）采用雙重化配置，提高可靠性。四、計算題（每題10分，共20分）1.某110kV變壓器參數(shù)如下：額定容量S_N=63MVA，接線方式Y(jié)Nd11，高壓側(cè)額定電壓U_H=110kV，低壓側(cè)額定電壓U_L=10.5kV，高壓側(cè)TA變比n_H=600/5，低壓側(cè)TA變比n_L=4000/5。計算變壓器差動保護的平衡系數(shù)及最小動作電流（可靠系數(shù)取1.3，最大負荷電流倍數(shù)取1.5）。解：（1）計算各側(cè)額定電流：高壓側(cè)額定電流I_HN=S_N/(√3U_H)=63×103/(√3×110)≈330.7A低壓側(cè)額定電流I_LN=S_N/(√3U_L)=63×103/(√3×10.5)≈3464.1A（2）計算各側(cè)TA二次電流：高壓側(cè)二次電流I_H2=I_HN/n_H=330.7/(600/5)≈2.756A低壓側(cè)二次電流I_L2=I_LN/n_L=3464.1/(4000/5)≈4.330A（3）確定平衡系數(shù)（以高壓側(cè)為基準）：平衡系數(shù)K_bal=I_L2/I_H2=4.330/2.756≈1.57（取標準值1.6）（4）計算最小動作電流：最小動作電流I_op.min=K_rel×K_ss×I_L.max/n_TA其中，I_L.max=1.5×I_LN=1.5×3464.1≈5196.15A（低壓側(cè)最大負荷電流）低壓側(cè)TA二次最大負荷電流I_L2.max=5196.15/(4000/5)≈6.495A考慮平衡系數(shù)后，高壓側(cè)等效二次電流I_H2.equ=I_L2.max/K_bal≈6.495/1.6≈4.06AI_op.min=1.3×4.06≈5.28A（取整為5.3A）答案：平衡系數(shù)1.6，最小動作電流5.3A。2.某220kV線路長度L=100km，正序阻抗z1=0.08+j0.4Ω/km，零序阻抗z0=0.3+j1.2Ω/km，系統(tǒng)最大運行方式下電源阻抗Z_s.max=5+j20Ω，最小運行方式下Z_s.min=10+j30Ω。計算距離保護Ⅰ段、Ⅱ段的整定阻抗（可靠系數(shù)K_relⅠ=0.8，K_relⅡ=0.85，Ⅱ段配合系數(shù)K_co=0.8）。解：（1）正序阻抗計算：線路正序阻抗Z_line=(0.08+j0.4)×100=8+j40Ω（模值≈40.8Ω）（2）距離Ⅰ段整定：ZⅠ=K_relⅠ×Z_line=0.8×(8+j40)=6.4+j32Ω（模值≈32.6Ω）（3）距離Ⅱ段整定（需與相鄰線路Ⅰ段配合）：假設(shè)相鄰線路Ⅰ段整定阻抗為Z_adjⅠ=0.8×Z_adj_line（題目未給相鄰線路參數(shù)，假設(shè)相鄰線路長度L_adj=80km，Z_adj_line=(0.08+j0.4)×80=6.4+j32Ω，則Z_adjⅠ=0.8×(6.4+j32)=5.12+j25.6Ω）考慮系統(tǒng)最小運行方式下的助增系數(shù)：助增系數(shù)K_b=(Z_s.min+Z_line)/Z_s.min=(10+j30+8+j40)/(10+j30)=(18+j70)/(10+j30)≈(72.25∠75.5°)/(31.62∠71.6°)≈2.285∠3.9°≈2.28（取模值）Ⅱ段整定阻抗ZⅡ=K_relⅡ×(Z_line+K_co×Z_adjⅠ/K_b)代入數(shù)值：Z_adjⅠ模值≈26.1Ω，K_co×Z_adjⅠ=0.8×26.1≈20.88ΩZ_line模值40.8Ω，K_co×Z_adjⅠ/K_b≈20.88/2.28≈9.16ΩZⅡ模值=0.85×(40.8+9.16)=0.85×49.96≈42.47Ω阻抗角與線路阻抗角一致（arctan(40/8)=78.7°），故ZⅡ=42.47∠78.7°Ω≈(8.7+j41.5)Ω答案：Ⅰ段整定阻抗6.4+j32Ω，Ⅱ段整定阻抗約8.7+j41.5Ω（具體數(shù)值需根據(jù)相鄰線路參數(shù)調(diào)整）。五、綜合分析題（20分）某地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下：500kV母線M連接線路L1（M-N，長度200km）、L2（M-P，長度150km），N站主變T1（250MVA，110kV側(cè)接重要負荷），P站為新能源匯集站（含4×50MW光伏電站，通過110kV線路接入）。近期運行中發(fā)現(xiàn)：①L1發(fā)生經(jīng)800Ω高阻接地故障時，距離保護Ⅱ段未動作；②T1空投時比率差動保護誤動；③新能源匯集站并網(wǎng)點多次出現(xiàn)諧波超標導(dǎo)致保護誤動。請分析原因并提出解決方案。答案：（一）L1高阻接地故障距離Ⅱ段未動作原因及解決：原因分析：距離保護Ⅱ段反應(yīng)相間或接地阻抗，高阻接地時故障點電壓降低不明顯，測量阻抗（Z_m=U_m/I_m）因過渡電阻R_g增大而顯著增大（Z_m≈Z_line×(L_x/L)+R_g×(1-2k0)，k0為零序補償系數(shù)），可能超出Ⅱ段整定范圍。同時，系統(tǒng)運行方式變化（如新能源出力波動導(dǎo)致系統(tǒng)阻抗增大）會降低保護靈敏度。解決方案：①采用接地距離保護的四邊形特性或橢圓特性，擴大對高阻接地的覆蓋范圍；②引入零序電流輔助判據(jù)（如零序電流啟動），提高低電流水平下的動作可靠性；③配置縱聯(lián)保護（如光纖差動）作為主保護，直接比較兩側(cè)電流，不受過渡電阻影響；④優(yōu)化Ⅱ段定值，根據(jù)系統(tǒng)最小運行方式重新計算助增系數(shù)和配合阻抗。（二）T1空投時差動保護誤動原因及解決：原因分析：空投變壓器時產(chǎn)生勵磁涌流，其二次諧波含量可能因變壓器型號（如低磁密設(shè)計）或剩磁影響低于保護整定值（如整定為15%，而實際諧波含量僅12%），導(dǎo)致二次諧波制動失效；此外，TA暫態(tài)飽和可能使差流計算錯誤，誤判為內(nèi)部故障。解決方案：①校核勵磁涌流二次諧波含量，降低制動門檻（如調(diào)整為12%）或采用