2025年注冊電氣工程師考試電力系統(tǒng)故障處理流程專項訓練試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，電流、電壓會發(fā)生哪些主要變化？這些變化對系統(tǒng)設(shè)備和運行有哪些影響？二、請簡述電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護的基本原理、主要優(yōu)缺點以及它們之間通常是如何配合使用的？三、在電力系統(tǒng)中，為什么要配置方向保護？簡述相間短路方向保護（如功率方向保護或方向電流保護）的基本原理。在什么情況下可能會出現(xiàn)方向誤動或拒動？四、簡述電力變壓器差動保護的基本原理。為什么在差動保護中要設(shè)置差動速斷環(huán)節(jié)？簡要說明其作用。五、電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，若采用中性點不接地系統(tǒng)方式，試簡述其特點、適用范圍以及可能存在的問題（如弧光過電壓）。在這種系統(tǒng)中，通常如何利用零序電壓、零序電流來反映接地故障？六、簡述發(fā)電機失磁保護的作用。發(fā)生失磁故障時，發(fā)電機可能出現(xiàn)哪些運行狀態(tài)？失磁保護通常是如何判斷發(fā)電機是否失磁的？七、試述電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，值班人員應(yīng)按照怎樣的基本步驟和原則進行處理？請簡述故障信息收集、故障判斷、故障處理（操作）、故障后系統(tǒng)恢復等主要環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容。八、某輸電線路采用單側(cè)電源供電，線路AB長100km，系統(tǒng)正序阻抗為0.4Ω/km，零序阻抗為1.0Ω/km。系統(tǒng)側(cè)母線A電壓為115kV（基準電壓100kV）。線路B端發(fā)生單相接地故障，故障點距B端40km。試簡述如何利用零序網(wǎng)絡(luò)計算該故障點的零序電壓（假設(shè)系統(tǒng)零序阻抗為主序阻抗的3倍）。（僅要求寫出計算思路和公式，無需計算結(jié)果）九、在處理一起線路保護動作、斷路器跳閘的故障時，值班人員收集到以下信息：線路A側(cè)保護動作時間為0.5s（距離III段），B側(cè)保護動作時間為0.3s（瞬時電流速斷）；故障錄波顯示故障電流非周期分量衰減很快，周期分量有效值逐漸減小。請根據(jù)這些信息，分析可能發(fā)生的故障類型、大致的故障地點，并判斷兩側(cè)保護動作行為的合理性。十、試簡述自動重合閘裝置的作用。在哪些情況下不宜使用自動重合閘？如果線路發(fā)生永久性故障導致重合閘失敗，系統(tǒng)應(yīng)如何應(yīng)對？試卷答案一、答：短路故障發(fā)生時，系統(tǒng)故障點附近電流急劇增大，可能遠超正常工作電流，出現(xiàn)暫態(tài)過電流（包含很大的非周期分量和周期分量）和工頻穩(wěn)態(tài)過電流。系統(tǒng)故障點電壓急劇下降，甚至接近于零?？拷收宵c的設(shè)備承受高電壓、大電流沖擊，可能損壞；遠端系統(tǒng)電壓也因系統(tǒng)阻抗壓降而降低，可能影響設(shè)備正常運行和系統(tǒng)穩(wěn)定。二、答：電流速斷保護：原理是利用故障時電流突增，瞬時或短時間內(nèi)（如0.1s）達到一個整定值，當電流超過該值時即動作跳閘。優(yōu)點是動作快，對系統(tǒng)沖擊小。缺點是保護范圍固定且較小，通常安裝在靠近電源處，且受系統(tǒng)運行方式變化影響較大。限時電流速斷保護：原理是在電流速斷保護范圍外或本線路末端故障時，電流雖增大但未達到電流速斷整定值，利用一個較長的時限（如0.5-1.5s）保證選擇性，當電流達到一定值時動作跳閘。優(yōu)點是具有一定的選擇性。缺點是動作時限較長。定時限過電流保護：原理是利用故障時電流持續(xù)增大，當電流超過整定值并維持一定時間（如1-2s）后動作跳閘。優(yōu)點是選擇性較好（時限越長選擇性越好），不受系統(tǒng)運行方式影響。缺點是動作時限最長。配合使用：電流速斷保護作為第一道防線，安裝在靠近電源處，動作最快；限時電流速斷保護作為第二道防線，保護范圍介于電流速斷和定時限過電流之間，提供快速選擇性；定時限過電流保護作為最后一道防線，保護全線路及相鄰線路，動作最慢，確保選擇性。通常遵循“快慢配合、遠近配合、先后配合”的原則。三、答：配置方向保護是為了在發(fā)生相間短路故障時，能判別故障電流的方向，防止在系統(tǒng)正常運行或非故障線路故障時保護誤動，并使保護具有選擇性。相間短路方向保護（如功率方向保護或方向電流保護）的基本原理是利用故障時流過保護安裝點的電流和電壓之間相位關(guān)系的變化，或者功率方向（電流電壓乘積的符號）來判斷故障是發(fā)生在保護安裝點在本側(cè)（動作）還是在對側(cè)（不動作）。當發(fā)生本側(cè)線路或相鄰線路故障時，電流和電壓相位滿足特定關(guān)系，功率方向為正，保護動作；當發(fā)生對側(cè)線路或本側(cè)未發(fā)生故障時，電流和電壓相位不滿足關(guān)系，功率方向為負或不動作，保護不動作。方向誤動可能發(fā)生在系統(tǒng)發(fā)生區(qū)外故障時，由于系統(tǒng)運行方式變化導致功率方向判別錯誤，或保護整定不當、元件故障等。方向拒動可能發(fā)生在本側(cè)或相鄰線路故障時，由于保護整定值配合不當、故障時電流或電壓太小、保護裝置本身故障或被電壓、電流互感器錯誤信號誤導動等。四、答：電力變壓器差動保護的基本原理是基于基爾霍夫電流定律，在正常運行或外部故障時，流入差動回路（連接于變壓器兩側(cè)電流互感器二次側(cè)）的電流近似相等，差動回路電流為零或很小，保護不動作；當發(fā)生變壓器內(nèi)部故障時，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流方向相反，流過差動回路的總電流顯著增大，超過整定值，差動保護動作跳閘，將故障部分切除。設(shè)置差動速斷環(huán)節(jié)是為了彌補差動保護在區(qū)外故障時因電流互感器飽和、勵磁涌流等可能導致差動回路電流過大而誤動的問題。差動速斷保護通常采用瞬時動作，其整定值較高（通常按躲過區(qū)外故障最大可能電流或勵磁涌流整定），動作時限為零或極短，作為差動保護的第一道防線，快速切除內(nèi)部嚴重故障，而差動保護本身則作為第二道防線，帶一定延時，保證在區(qū)外故障或輕微內(nèi)部故障時可靠不動作。五、答：中性點不接地系統(tǒng)方式的特點是變壓器中性點不直接接地或經(jīng)高阻抗接地，系統(tǒng)正常運行時，三相對地電壓基本對稱。適用范圍主要是電壓等級較高（如110kV及以上）、線路較長、接地電流較小的系統(tǒng)。可能存在的問題是：發(fā)生單相接地故障時，故障電流很小（僅通過大地流回，為電容電流），系統(tǒng)可繼續(xù)運行（允許短時運行），但非故障相電壓會升高（可達線電壓），可能引發(fā)絕緣擊穿或設(shè)備損壞；故障點存在間歇性電弧，可能產(chǎn)生高幅值的過電壓（弧光過電壓），危及設(shè)備和人身安全。在這種系統(tǒng)中，通常利用零序電壓（故障時非故障相對地電壓升高，出現(xiàn)零序電壓分量）和零序電流（故障點電容電流通過大地流入，出現(xiàn)零序電流分量）來反映接地故障。零序電壓和零序電流的大小和相位可以指示故障點的位置和嚴重程度，是實現(xiàn)接地保護（如零序電流保護、零序電壓保護、零序方向保護等）的基礎(chǔ)。六、答：發(fā)電機失磁保護的作用是當發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路發(fā)生故障（如斷線、匝間短路等）導致轉(zhuǎn)子電壓消失或顯著降低，失去直流勵磁電流時，能快速將發(fā)電機從系統(tǒng)中切除，防止因失磁造成發(fā)電機本身過熱、損壞，或引發(fā)系統(tǒng)電壓崩潰、穩(wěn)定破壞等嚴重事故。發(fā)生失磁故障時，發(fā)電機失去勵磁，功角特性變硬，輸出功率急劇下降，定子電流可能因功率缺額而增大（進相運行），或因失去勵磁磁場與轉(zhuǎn)子剩磁作用產(chǎn)生制動性無功功率而增大（去磁運行），發(fā)電機可能進入異步運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)速可能升高，引起系統(tǒng)電壓和頻率波動。失磁保護通常通過檢測發(fā)電機勵磁電壓、勵磁電流是否消失或低于整定值來判斷發(fā)電機是否失磁。有時也會結(jié)合檢測發(fā)電機定子電流是否異常增大、功角是否發(fā)生劇烈擺動等輔助判據(jù)。七、答：電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，值班人員應(yīng)按照以下基本步驟和原則進行處理：1.保持鎮(zhèn)定，迅速收集故障信息（保護動作信息、測控裝置信息、故障錄波圖、儀表指示變化、設(shè)備異常聲音和氣味等）；2.根據(jù)收集到的信息，快速判斷故障性質(zhì)（類型、相別）、大致地點、范圍（影響范圍）；3.依據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》、相關(guān)規(guī)程和現(xiàn)場規(guī)程，結(jié)合系統(tǒng)運行方式和故障情況，果斷、正確地執(zhí)行操作指令（如斷開故障設(shè)備、切除故障線路、調(diào)整運行設(shè)備參數(shù)、改變運行方式等），隔離故障點，防止事故擴大；4.密切監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)和主要設(shè)備參數(shù)，防止發(fā)生次生事故；5.根據(jù)調(diào)度指令或規(guī)程要求，做好故障后的系統(tǒng)恢復工作，盡快恢復非故障部分系統(tǒng)的正常運行；6.詳細記錄故障現(xiàn)象、保護動作情況、操作過程和處理結(jié)果，為事故分析和經(jīng)驗總結(jié)提供依據(jù)。八、答：計算思路：首先繪制系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)，將線路AB及其零序阻抗、系統(tǒng)側(cè)零序阻抗等在圖上表示。然后在故障點B施加一個單位零序電壓，從故障點開始，沿零序網(wǎng)絡(luò)向外計算各節(jié)點或各元件上的零序電壓分布。計算故障點零序電壓的關(guān)鍵在于找到從故障點看入的零序網(wǎng)絡(luò)等效阻抗，或直接應(yīng)用零序網(wǎng)絡(luò)方程求解。計算公式可能涉及：零序電壓U?=I?*Z?_in，其中I?為流入故障點的零序電流，Z?_in為零序網(wǎng)絡(luò)對故障點的輸入阻抗。故障點零序電流I?=U?/Z?_total，其中Z?_total為從系統(tǒng)側(cè)看至故障點的總零序阻抗。對于簡單串聯(lián)線路故障，零序電壓分布與零序阻抗成比例。具體計算需根據(jù)詳細的網(wǎng)絡(luò)拓撲和參數(shù)進行。九、答：分析：線路A、B兩側(cè)均動作，說明故障發(fā)生在本線路AB上或靠近A側(cè)。A側(cè)III段動作時限0.5s，B側(cè)瞬時動作，說明故障點應(yīng)靠近B側(cè)，因為B側(cè)瞬時動作更快，A側(cè)III段動作較慢。故障電流非周期分量衰減很快，周期分量有效值逐漸減小，這通常是過渡過程向穩(wěn)定短路狀態(tài)轉(zhuǎn)變的特征，結(jié)合兩側(cè)保護動作行為，支持AB線路發(fā)生短路故障的判斷。故障類型可能為相間短路。故障地點大致在距離B端40km處（結(jié)合題目給出的信息）。兩側(cè)保護動作行為合理：B側(cè)瞬時電流速斷保護因故障點靠近，電流幅值足夠，應(yīng)快速動作；A側(cè)III段保護因故障點在本線路內(nèi)，且距離較遠，動作時限較長，也正確動作，實現(xiàn)了選擇性配合。十、答：自動重合閘裝置的作用是在電力系統(tǒng)發(fā)生瞬時性故障（如雷擊、線路碰觸異物等導致線路跳閘）導致斷路器跳閘后，能自動將斷路器重新合閘，恢復線路或設(shè)備正常運行，從而大大提高供電的可靠性和連續(xù)性。在以下情況下不宜使用自動重合閘：1.系統(tǒng)存在永久性故障（如絕緣損壞嚴重、設(shè)備損壞等）導致跳閘，重合閘后會立即再次發(fā)生故障，重合閘