電力系統(tǒng)故障分析2025年下半2025年考試模擬試題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，可能出現(xiàn)的最大短路電流是（）。A.短路電流的有功分量B.短路電流的無功分量C.短路沖擊電流D.穩(wěn)態(tài)短路電流2.在電力系統(tǒng)中，發(fā)生概率最高、對系統(tǒng)危害相對較輕的故障類型是（）。A.三相短路B.兩相短路C.單相接地故障D.兩相接地故障3.應(yīng)用對稱分量法分析不對稱故障的前提條件是（）。A.系統(tǒng)必須對稱B.系統(tǒng)必須不對稱C.系統(tǒng)必須包含中性點D.系統(tǒng)參數(shù)必須已知4.對于簡單電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路，短路電流周期分量的有效值與系統(tǒng)正常運行時的相電壓有效值之比，定義為（）。A.系統(tǒng)標(biāo)幺值B.短路容量C.短路電流D.短路倍數(shù)（或稱短路電流計算用標(biāo)幺值）5.在電力系統(tǒng)中，用于限制短路電流的設(shè)備是（）。A.電壓互感器B.電流互感器C.電抗器D.避雷器6.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，若不計接地點導(dǎo)納，零序電壓與故障相電壓的相位關(guān)系是（）。A.零序電壓與故障相電壓同相B.零序電壓超前故障相電壓90度C.零序電壓滯后故障相電壓90度D.零序電壓等于零7.電力系統(tǒng)中，用于保護(hù)發(fā)電機(jī)、變壓器等主要設(shè)備免受短路電流沖擊的繼電保護(hù)，通常采用（）。A.限時電流速斷保護(hù)B.定時限過電流保護(hù)C.電流方向保護(hù)D.差動保護(hù)8.繼電保護(hù)裝置“選擇性”的要求是指（）。A.保護(hù)應(yīng)快速動作B.保護(hù)應(yīng)靈敏可靠C.保護(hù)應(yīng)只在其保護(hù)范圍內(nèi)故障時動作，并優(yōu)先動作D.保護(hù)應(yīng)能準(zhǔn)確測量故障參數(shù)9.在繼電保護(hù)整定計算中，為了保證選擇性，相鄰相鄰線路的保護(hù)，其動作時限應(yīng)（）。A.相等B.逐級增加C.逐級減小D.無特定關(guān)系10.短路電流非周期分量是（）。A.周期性變化的電流分量B.非周期性變化的電流分量C.只存在于對稱短路中D.只存在于不對稱短路中二、填空題（每題2分，共20分。請將答案填在題后的橫線上）1.電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，故障點電流中包含________分量和________分量。2.對稱分量法將不對稱三相系統(tǒng)分解為________分量、________分量和________分量。3.計算短路電流時，系統(tǒng)電抗通常用________形式表示，需要先進(jìn)行________計算。4.短路電流周期分量在經(jīng)過半個周期時達(dá)到的最大值稱為________電流。5.電力系統(tǒng)中，保護(hù)裝置的________是指保護(hù)在故障時能夠正確動作，不發(fā)生誤動。6.電力系統(tǒng)中，保護(hù)裝置的________是指保護(hù)在規(guī)定保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時，能夠靈敏地檢測到故障并快速動作。7.對于中性點不接地的電力系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓會________。8.根據(jù)對稱分量法，可以分別做出三序電壓和三序電流的________，再通過________得到故障點的總電壓和總電流。9.繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足________、________、________和可靠性四個基本要求。10.在計算短路電流時，系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)通常用________等效電路來表示。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述什么是電力系統(tǒng)故障？常見的故障類型有哪些？2.簡述對稱分量法的核心思想及其應(yīng)用意義。3.簡述電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的基本原理。4.簡述什么是保護(hù)選擇性？為什么要求保護(hù)具有選擇性？四、計算題（每題10分，共30分）1.某簡單電力系統(tǒng)如圖所示，系統(tǒng)基準(zhǔn)功率Sbase=100MVA，基準(zhǔn)電壓Ubase1=Uavg=115kV，Ubase2=Uavg/√3=66kV。系統(tǒng)參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)G阻抗ZG=0.1+j0.2Ω，變壓器T1阻抗ZT1=0.1+j0.16Ω（歸算到115kV側(cè)），線路L阻抗ZL=0.4+j0.8Ω，變壓器T2阻抗ZT2=0.06+j0.12Ω（歸算到66kV側(cè)）。試計算在f點發(fā)生三相短路時的短路電流周期分量有效值（以Sbase和Ubase1為基準(zhǔn)）。（注：此處僅為題目描述，實際考試應(yīng)提供系統(tǒng)圖）2.在中性點不接地的電力系統(tǒng)中，A相發(fā)生接地故障，已知故障點處A相電壓Ua=0V，B相電壓Ub=100∠150°V（相量），C相電壓Uc=100∠-30°V（相量）。試計算故障點處的零序電壓U0和各序分量電壓（用對稱分量法）。3.某線路L裝設(shè)有限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)。已知限時電流速斷保護(hù)的動作電流為10kA，動作時限為0.5s；定時限過電流保護(hù)的動作電流為5kA，動作時限為1.5s。若線路L后一級線路發(fā)生故障，定時限過電流保護(hù)正確動作，請問該定時限過電流保護(hù)能否滿足選擇性要求？為什么？如果不能滿足，應(yīng)如何調(diào)整？五、分析題（10分）某電力系統(tǒng)發(fā)生故障，故障錄波圖顯示故障發(fā)生瞬間，母線電壓突然跌落，A相電流迅速增大并出現(xiàn)非周期分量，B、C相電流也相應(yīng)增大但數(shù)值較小，且相位發(fā)生改變。請分析可能發(fā)生了什么類型的故障（說明理由），并簡述可能由哪些保護(hù)裝置動作切除故障。試卷答案一、選擇題1.C解析思路：短路沖擊電流是在短路初始瞬間出現(xiàn)的最大電流，其值可能遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)短路電流。2.C解析思路：單相接地故障發(fā)生概率最高，通常不導(dǎo)致系統(tǒng)立即癱瘓，危害相對較小。3.D解析思路：對稱分量法是為分析不對稱系統(tǒng)而提出的，其應(yīng)用基于線性網(wǎng)絡(luò)定理，前提是系統(tǒng)參數(shù)已知且滿足線性條件。4.D解析思路：這是短路電流計算中采用標(biāo)幺值表示法的基本定義，用于比較不同電壓等級系統(tǒng)的短路電流水平。5.C解析思路：電抗器主要提供感性阻抗，用于限制短路電流的大小。6.A解析思路：單相接地時，故障相電壓為零，非故障相電壓升高。根據(jù)零序網(wǎng)絡(luò)和對稱分量法分析，零序電壓與故障相電壓幅值相等，相位相同（忽略故障點導(dǎo)納影響）。7.D解析思路：差動保護(hù)利用被保護(hù)設(shè)備兩側(cè)電流的差值來判斷故障，對內(nèi)部故障反應(yīng)靈敏，能有效區(qū)分內(nèi)部和外部故障，是核心保護(hù)。8.C解析思路：選擇性要求保護(hù)在靠近故障點處優(yōu)先、無延遲地動作，避免越級跳閘。9.B解析思路：為了確保故障時靠近故障點的保護(hù)優(yōu)先動作，下一級線路的保護(hù)動作時限必須比上一級長，實現(xiàn)逐級遞增。10.B解析思路：非周期分量是短路電流中不按正弦規(guī)律變化的直流分量，它的大小隨時間衰減。二、填空題1.非周期，周期解析思路：短路電流由周期分量（強(qiáng)制分量）和非周期分量（自由分量）組成。2.正序，負(fù)序，零序解析思路：對稱分量法將三相不對稱量分解為三個對稱的正序、負(fù)序和零序分量。3.標(biāo)幺值，基準(zhǔn)值解析思路：短路計算常采用標(biāo)幺值法，需要先選定基準(zhǔn)值，將各元件阻抗歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)。4.沖擊解析思路：短路電流周期分量在半個周期時達(dá)到的最大值稱為沖擊電流。5.可靠性解析思路：可靠性指保護(hù)在應(yīng)該動作時不誤動，是保護(hù)的基本要求之一。6.靈敏性解析思路：靈敏性指保護(hù)對故障的檢測能力，故障時應(yīng)有足夠大的輸入量使保護(hù)可靠動作。7.升高解析思路：在中性點不接地的系統(tǒng)中，單相接地時，非故障相對地電壓會升高到接近線電壓。8.相量圖，疊加原理解析思路：分別繪出各序電壓、電流相量圖，然后依據(jù)對稱分量法的疊加原理合成總電壓、總電流。9.選擇性，速動性，靈敏性，可靠性解析思路：這是衡量繼電保護(hù)性能的四個基本技術(shù)要求。10.等值發(fā)電機(jī)解析思路：為簡化計算，發(fā)電機(jī)通常用其短路阻抗構(gòu)成等值電路，如阻性等值或暫態(tài)等值。三、簡答題1.簡述什么是電力系統(tǒng)故障？常見的故障類型有哪些？解析思路：首先定義故障是電力系統(tǒng)運行中發(fā)生的異常狀態(tài)，通常指參數(shù)發(fā)生突變（如短路）。然后列舉常見的類型，主要是按故障性質(zhì)分，如短路故障（對稱、不對稱）和斷路故障（單相、多相）。不對稱故障中重點提及單相接地、兩相短路、兩相接地。2.簡述對稱分量法的核心思想及其應(yīng)用意義。解析思路：核心思想是將三相不對稱系統(tǒng)量分解為三個獨立的對稱的三相系統(tǒng)量（正序、負(fù)序、零序）。應(yīng)用意義在于，可以利用對稱分量法的線性特性，分別研究各序分量單獨通過故障點時的電流、電壓分布（形成序網(wǎng)），再將各序分量疊加，得到故障點的總電流電壓，從而簡化了不對稱故障的分析計算。3.簡述電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的基本原理。解析思路：繼電保護(hù)的基本原理是利用故障時電氣量（電流、電壓、頻率等）的變化與正常運行時的差異，當(dāng)這種變化量達(dá)到預(yù)先整定的定值時，保護(hù)裝置發(fā)出信號或跳閘命令。常見的原理有電流保護(hù)、電壓保護(hù)、方向保護(hù)、差動保護(hù)等，都是基于這個基本概念。4.簡述什么是保護(hù)選擇性？為什么要求保護(hù)具有選擇性？解析思路：保護(hù)選擇性是指當(dāng)電力系統(tǒng)中某處發(fā)生故障時，靠近故障點的保護(hù)裝置應(yīng)首先、無選擇地動作，斷開故障部分，而系統(tǒng)其他部分（特別是無故障部分）的保護(hù)不應(yīng)動作。要求選擇性的目的是為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，避免越級跳閘導(dǎo)致大面積停電，減少故障影響范圍。四、計算題1.某簡單電力系統(tǒng)如圖所示，系統(tǒng)基準(zhǔn)功率Sbase=100MVA，基準(zhǔn)電壓Ubase1=Uavg=115kV，Ubase2=Uavg/√3=66kV。系統(tǒng)參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)G阻抗ZG=0.1+j0.2Ω，變壓器T1阻抗ZT1=0.1+j0.16Ω（歸算到115kV側(cè)），線路L阻抗ZL=0.4+j0.8Ω，變壓器T2阻抗ZT2=0.06+j0.12Ω（歸算到66kV側(cè)）。試計算在f點發(fā)生三相短路時的短路電流周期分量有效值（以Sbase和Ubase1為基準(zhǔn)）。解析思路：計算短路電流周期分量有效值（標(biāo)幺值）I''_k。首先，確定基準(zhǔn)電流Ibase1=Sbase/(√3*Ubase1)。然后，將各元件阻抗歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)（115kV側(cè)），得到ZG=0.1+j0.2Ω,ZT1=0.1+j0.16Ω,ZL=0.4+j0.8Ω,ZT2=ZT2*(Ubase2/Ubase2)^2=0.06+j0.12*(66/115)^2Ω。計算總阻抗Ztotal=ZG+ZT1+ZL+ZT2。最后，計算短路電流標(biāo)幺值I''_kbase1=1/Ztotal，再乘以基準(zhǔn)電流Ibase1得到短路電流周期分量有效值（以實際單位表示，若題目要求標(biāo)幺值則直接為I''_kbase1）。2.在中性點不接地的電力系統(tǒng)中，A相發(fā)生接地故障，已知故障點處A相電壓Ua=0V，B相電壓Ub=100∠150°V（相量），C相電壓Uc=100∠-30°V（相量）。試計算故障點處的零序電壓U0和各序分量電壓（用對稱分量法）。解析思路：首先計算故障點電壓的對稱分量。零序電壓U0=(Ua+Ub+Uc)/3=(0+100∠150°+100∠-30°)/3。計算正序電壓U1（以A相為基準(zhǔn)）：U1=(Ua+ka*Ub+kb*Uc)/3，其中ka=1,kb=1。計算負(fù)序電壓U2：U2=(Ua+ka*Uc+kb*Ub)/3，其中ka=-1/2,kb=-1/2（或直接用U2=-1/2(Ub+Uc)）。將具體電壓相量代入計算U0,U1,U2的值。3.某線路L裝設(shè)有限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)。已知限時電流速斷保護(hù)的動作電流為10kA，動作時限為0.5s；定時限過電流保護(hù)的動作電流為5kA，動作時限為1.5s。若線路L后一級線路發(fā)生故障，定時限過電流保護(hù)正確動作，請問該定時限過電流保護(hù)能否滿足選擇性要求？為什么？如果不能滿足，應(yīng)如何調(diào)整？解析思路：判斷選擇性主要看動作時限和動作電流。若后一級線路故障，本級定時限過電流保護(hù)動作，說明故障發(fā)生在本線路。選擇性要求是故障點越近的保護(hù)應(yīng)先動。如果該定時限過電流保護(hù)（動作時限1.5s）在其保護(hù)范圍內(nèi)故障時能動作，那么它的選擇性就體現(xiàn)在其動作時限比下一級（后一級線路）的保護(hù)時限長。題目說“正確動作”，通常意味著達(dá)到了其整定的目的，即檢測到了故障并完成了跳閘任務(wù)。判斷是否滿足選擇性，需比較其動作時限（1.5s）與下一級保護(hù)時限。若下一級是瞬時或更短時限，則不滿足，需調(diào)整。調(diào)整方法：減小本定時限過電流保護(hù)的整定動作時限，使其小于下一級保護(hù)的動作時限，或增大其整定動作電流，使其在下一級故障時動作電流小于本整定值。五、分析題某電力系統(tǒng)發(fā)生故障，故障錄波圖顯示故障發(fā)生瞬間，母線電壓突然跌落，A相電流迅速增大并出現(xiàn)非周期分量，B、C相電流也相應(yīng)增大但數(shù)值較小，且相位發(fā)生改變。請分析可能發(fā)生了什么類型的故障（說明理由），并簡述可能由哪些保護(hù)裝置動作切除故障。解析思路：分析依據(jù)是故障時電壓、電流的變化特征。1.電壓跌落：說明靠近母線處發(fā)生了故障，導(dǎo)致母線電壓降低。2.A相電流增大，出現(xiàn)非周期分量：典型特征是A相接地故障。故障相電流增大（包含周期和非周期分量），非故障相電流也增大（僅為周期分量，數(shù)值約為故障