電力系統(tǒng)繼電保護模擬試題

1、1.2繼電保護裝置在電力系統(tǒng)中所起的作用是什么？答：繼電保護裝置就是指能反應電力系統(tǒng)中設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)， 并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的作用包括：（1）電力系統(tǒng)正常運行時不動作；（2）電力系統(tǒng)不正常運行 時發(fā)報警信號，通知值班人員處理，使電力系統(tǒng)盡快恢復正常運行； （3）電力系 統(tǒng)故障時，甄別出發(fā)生故障的電力設備，并向故障點與電源點之間、最靠近故障 點的斷路器發(fā)出跳閘指令，將故障部分與電網(wǎng)的其他部分隔離。1.8后備保護的作用是什么？闡述遠后備保護和近后備保護的優(yōu)缺點。答：后備保護的作用是在主保護因保護裝置拒動、保護回路中的其他環(huán)節(jié)損 壞、斷路器拒動等原因不能快速切

2、除故障的情況下，迅速啟動來切除故障。遠后備保護的優(yōu)點是：保護范圍覆蓋所有下級電力元件的主保護范圍，它能 解決遠后備保護范圍內(nèi)所有故障元件由任何原因造成的不能切除問題。遠后備保護的缺點是：（1）當多個電源向該電力元件供電時，需要在所有電 源側(cè)的上級元件處配置遠后備保護；（2）動作將切除所有上級電源側(cè)的斷路器， 造成事故擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中往往難以滿足靈敏度的要求。近后備保護的優(yōu)點是：（1 ）與主保護安裝在同一斷路器處，在主保護拒動時 近后備保護動作；（2）動作時只切除主保護要跳開的斷路器，不造成事故擴大；（3）在高壓電網(wǎng)中能滿足靈敏度的要求。近后備保護的缺點是：變電所直流系統(tǒng)故障時可能與主保

3、護同時失去作用， 無法起到“后備”的作用；斷路器失靈時無法切除故障，不能起到保護作用。2.14為了保證在正方向發(fā)生各種短路時功率判別元件都動作，需要確定接線方式及內(nèi)角，請給出90°接線方式正方向短路時內(nèi)角的范圍。答：（1）正方向發(fā)生短路時，有0°vav90°。（2）正方向發(fā)生兩相短路，當短路點位于保護安裝處附近，短路阻抗Zd«Zs時，0°<a<90°；當短路點遠離保護安裝處，且系統(tǒng)容量很大Zd>>Zs時，-30°vav60°。綜合三相和各種兩相短路的分析得出，當0°< :d

4、<90°時，使方向繼電器在一切故障情況下都能動作的條件應為 30°<a<60°3.2什么是保護安裝處的負荷阻抗、短路阻抗、系統(tǒng)等值阻抗？答：負荷阻抗是指在電力系統(tǒng)正常運行時，保護安裝處的電壓（近似為額定 電壓）與電流（負荷電流）的比值。因為電力系統(tǒng)正常運行時電壓較高、電流較 小、功率因數(shù)較高（即電壓與電流之間的相位差較?。摵勺杩沟奶攸c是量值較大，在阻抗復平面上與R軸之間的夾角較小。短路阻抗是指在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，保護安裝處的電壓變?yōu)槟妇€殘余電 壓，電流變?yōu)槎搪冯娏鳎藭r測量電壓與測量電流的比值即為短路阻抗。短路阻抗即保護安裝處與短路點之間一

5、段線路的阻抗，其值較小，阻抗角較大。系統(tǒng)等值阻抗：在單個電源供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗即為保護安裝處與 背側(cè)電源點之間電力元件的阻抗和； 在多個電源點供電的情況下，系統(tǒng)等值阻抗 即為保護安裝處斷路器斷開的情況下，其所連接母線處的戴維南等值阻抗，即系 統(tǒng)等值電動勢與母線處短路電流的比值，一般通過等值、簡化的方法求出。3.3什么是故障環(huán)路？相間短路與接地短路所構成的故障環(huán)路的最明顯差別是 什么？答：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障電流流通的通路稱為故障環(huán)路。相間短路與接地短路所構成的故障環(huán)路的最明顯差別是：接地短路點故 障環(huán)路為“相一地”故障環(huán)路，即短路電流在故障相與大地之間流通；對于相間 短路，故障環(huán)

6、路為“相一相”故障環(huán)路，即短路電流僅在故障相之間流通，不流 向大地。3.4構成距離保護為什么必須用各種環(huán)上的電壓、電流作為測量電壓和電流？答：在三相電力系統(tǒng)中，任何一相的測量電壓與測量電流之比都能算出一個 測量阻抗，但是只有故障環(huán)上的測量電壓、電流之間才滿足關系 Um JmZm JmZk =ImZ1Lk，即由它們算出的測量阻抗才等于短路阻抗，才能夠正確反應故障點到保護安裝處之間的距離。用非故障環(huán)上的測量電壓與電流雖然也能 算出一個測量阻抗，但它與故障距離之間沒有直接的關系，不能夠正確地反應故 障距離，所以不能構成距離保護。3.10解釋什么是阻抗繼電器的最靈敏角，為什么通常選定線路阻抗角為最靈敏

7、 角。答：當測量阻抗角Zm的阻抗角與正向整定阻抗Zsetl的阻抗角相等時，阻抗繼 電器的動作阻抗最大，正好等于Zsetl，即Z°p=Zset1，此時繼電器最為靈敏，所以 Zsetl的阻抗角又稱為最靈敏角。選定線路阻抗角為最靈敏角，是為了保證在線路發(fā)生金屬性短路點情況下， 阻抗繼電器動作最靈敏。3.15以記憶電壓為參考的距離繼電器有什么特點？其初態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性有何 差別？答：以記憶電壓為參考電壓的距離繼電器可以消除所有故障點死區(qū)，尤其 是克服出口三相對稱性短路時三相電壓都降為 0而失去比較依據(jù)的不足；但其動 作性不能長期保持。初態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性差別：（1）在傳統(tǒng)的模擬式距離保護中，記

8、憶電壓是 通過LC諧振記憶回路獲得的，由于回路電阻的存在，記憶量是逐漸衰減的，故 障一定時間后。記憶電壓將衰減至故障后的測量電壓。 所有由記憶回路產(chǎn)生的結 論僅在故障剛剛發(fā)生、記憶尚未消失時是成立的，因此稱之為初態(tài)特性；（2）數(shù)字式保護中，記憶電壓就是存放在存儲器中的故障前電壓的采樣值，雖然不存在衰減問題，但故障發(fā)生一定時間后，電源的電動勢發(fā)生變化，將不再等于故障前 的記憶電壓，再用故障前的記憶電壓作為參考電壓， 特性也將發(fā)生變化。所以記 憶電壓僅能在故障后的一定時間內(nèi)使用，例如僅在I、II段中采用。4.18試述電流相位縱聯(lián)差動保護原理比縱聯(lián)電流差動保護原理的優(yōu)缺點，實現(xiàn) 技術要求方面的優(yōu)缺點

9、。答：電流相位縱聯(lián)差動保護是依據(jù)兩端電流相位的差異來甄別區(qū)內(nèi)、外故 障的。在輸電線路正常運行及外部故障時，流過線路兩端的電流為同一個電流， 在電流參考方向均由母線指向被保護線路的情況下，兩側(cè)電流的相位相反，即相位差為180。；而在線路內(nèi)部故障時，兩側(cè)電源均向故障點提供短路電流，所以 兩端電流的相位差取決于兩端電動勢的相位差，一般不超過100°。電流相位縱聯(lián)差動保護由于僅需要比較兩端電流的相位信息，動作情況與電流的大小無關， 在模擬式保護中實現(xiàn)較為方便，并且受 TA飽和的影響稍??；其缺點是兩端電流 的相位受分布電容的影響較大，閉鎖角整定比較困難，閉鎖角過大可能導致內(nèi)部 三相短路時拒動作

10、，而過小時又有可能導致正常或外部故障情況下誤動作?？v聯(lián)電流差動保護既比較線路兩側(cè)電流的大小，又比較電流的相位，即進行 相量比較或瞬時值比較。由于利用了電流的全部信息，并可以采取比率制動等措 施，它在可靠性和靈敏性等方面均優(yōu)于電流相位縱聯(lián)差動保護。此外由于縱聯(lián)電流差動保護可以分相構成，具有天然的選相能力，因此不必與選相元件配合，簡 化了邏輯，提高了可靠性。但與電流相位縱聯(lián)差動保護相比， 縱聯(lián)電流差動保護 實現(xiàn)較為復雜，受TA飽和、斷線的影響也比較大?？v聯(lián)電流差動保護動作性能 同樣會受到輸電線路分布電容的影響，必須采取補償措施來消除其影響。在實現(xiàn)技術方面，電流相位縱聯(lián)差動保護僅比較線路兩側(cè)電流的相

11、位，可以 采用高頻載波通道中高頻信號的 有”和 無”來分別代表電流相位的 正”和負”， 實現(xiàn)比較簡單，可以用模擬的方法，用操作電流對高頻信號進行調(diào)制?？v聯(lián)電流差動保護既比較大小，又比較電流相位，信息交互量較大，載波通 道難以滿足要求，對電流瞬時值或相量的采集和計算必須借用數(shù)字的方法，并且要求兩端采樣必須同步，所以實現(xiàn)起來比較困難。4.20什么是閉鎖角，由什么決定其大小，為什么必須考慮閉鎖角，閉鎖角的大 小對保護有何影響？答：在理想情況下，外部短路時，線路兩側(cè)電流的相位相反（兩側(cè)電流的參 考方向均由母線指向被保護線路），在采用操作電流正半波發(fā)信的調(diào)制方式下， 線路兩端的發(fā)信機交替發(fā)信，高頻通道中

12、持續(xù)有高頻信號；內(nèi)部短路時兩側(cè)電流 的相位基本相同，兩側(cè)幾乎是同時在正半波發(fā)信，負半波停止發(fā)信，所以高頻通 道中僅有持續(xù)的高頻信號，相差高頻保護就是通過判斷高頻通道中高頻信號是否 間斷來區(qū)分內(nèi)、外部故障的。高頻信號連續(xù)，判斷為外部故障，將線路兩端的保 護閉鎖，均不跳閘；高頻信號間斷，判斷為內(nèi)部故障，兩側(cè)保護快速跳閘。在實際情況下，由于互感器誤差、線路分布電容、高頻信號傳遞時間等原因， 區(qū)外故障時兩側(cè)的收信機收到的高頻信號不連續(xù)，會出現(xiàn)一定的間斷，有可能造成保護的誤動，因此應找出外部故障時出現(xiàn)的最大間斷角， 并進行閉鎖，這個角 就叫做閉鎖角，表示為-b。當高頻信號的間斷時間對應的電氣角度小于閉鎖

13、角 時，就判斷為區(qū)外故障，可靠將兩側(cè)保護閉鎖，而當高頻信號間斷的角度大于閉 鎖角時，才認為是內(nèi)部故障，保護才動作跳閘。閉鎖角應按照躲過區(qū)外故障時可能出現(xiàn)的最大間斷角來整定，最大間斷角主要由互感器的角度誤差、序電流濾序器產(chǎn)生的角度誤差、線路電容電流引起的角 度誤差、高頻信號沿線傳輸需要的延時等因素決定。電流互感器兩側(cè)二次電流的最大誤差不超過7°經(jīng)保護裝置中的濾序器及發(fā)信操作回路的角度誤差兩側(cè)不 超過15°高頻信號在輸電線路上傳播，其速度近似為3xio8ms，傳輸?shù)木€路長度與等值的工頻角延遲為丄6。因而外部短路時兩側(cè)收到的高頻電流之間的間100隔角最小為180 _(7 15 丄

14、 6)時，保護不應動作，所以要選擇保護的閉鎖角100中： 71516 ，即b 一100':沙: 71516：亠b 一 100一般裕度角 嗎取15°可見線路越長閉鎖角越大。閉鎖角越大，外部短路時的安全性越高，越不容易產(chǎn)生誤動，對提高保護的 可靠性有利，但內(nèi)部短路時有可能產(chǎn)生拒動。5.3在超高壓電網(wǎng)中使用三相重合為什么要考慮兩側(cè)電源的同期問題，使用單相重合閘是否需要考慮同期問題？答：三相重合閘時，無論什么故障均要切除三相故障，當系統(tǒng)網(wǎng)架結構薄弱時， 兩側(cè)電源在斷路器跳閘以后可能失去同步，因此需要考慮兩側(cè)電源的同期問題； 單相故障只跳單相，使兩側(cè)電源之間仍然保持兩相運行，一般是同步

15、的；因此， 單相重合閘一般不需要考慮同期問題。5.5如果必須考慮同期合閘，重合閘是否必須裝檢同期元件？答：如果必須考慮同期合閘，也不一定必須裝檢同期元件。當電力系統(tǒng)之 間聯(lián)系緊密(具有三個及以上的回路)，系統(tǒng)的結構保證線路兩側(cè)不會失步，或 當兩側(cè)電源有雙回路聯(lián)系時，可以采用檢查另一線路是否有電流來判斷兩側(cè)電源 是否失去同步。5.12什么是重合閘前加速保護，有何優(yōu)缺點？主要適用于什么場合？答：所謂前加速就是當線路第一次故障時， 靠近電源端保護瞬時無選擇性動 作，然后進行重合。如果重合于永久性故障上，則在斷路器合閘后，再延時有選 擇性地切除故障。采用前加速的優(yōu)點是：能夠快速地切除瞬時性故障；可能使

16、瞬時性故障來 不及發(fā)展成永久性故障，從而提高重合閘的成功率；能保證發(fā)電廠和重要變電所 的母線電壓在倍額定電壓以上，從而保證廠用電和重要用戶的電能質(zhì)量； 使用設備少，只需裝設一套重合閘裝置，簡單、經(jīng)濟。前加速的缺點是：斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多；重合于永久性故 障上時，故障切除的時間可能較長；如果靠近電源側(cè)的重合閘裝置或斷路器拒絕 合閘，則將擴大停電范圍。甚至在最末一級線路上故障時，都會使連接在這條線 路上的所有用戶停電。前加速保護主要用于 35KV以下有發(fā)電廠或重要變電所引出的直配線路 上，以便快速切除故障，保證母線電壓。5.13什么是重合閘后加速保護，有何優(yōu)缺點？主要適用于什么場合？答

17、：所謂后加速就是當線路第一次故障時， 保護有選擇性地動作，然后進 行重合。如果重合于永久性故障上，則在斷路器合閘后，再加速保護動作瞬時切 除故障（并仍然是有選擇性的），而與第一次動作是否帶有時限無關。后加速保護的優(yōu)點是：第一次是有選擇性地切除故障，不會擴大停電范圍， 特別是在重要的高壓電網(wǎng)中，一般不允許保護無選擇性地動作而后以重合閘來糾 正；保證了重合于永久性故障時能瞬時切除； 和前加速相比，使用中不受網(wǎng)絡結 構和負荷條件的限制。后加速保護的缺點是：每個斷路器上都需要裝設一套重合閘，與前加速相 比略為復雜；第一次切除故障可能帶有延時。后加速”的配合方式廣泛應用于35KV以上的網(wǎng)絡及對重要負荷供

18、電的送電線路上。因為，在這些線路上一般都裝有性能比較完備的保護裝置。6.6為什么具有制動特性的差動繼電器能夠提高靈敏度？何謂最大制動比、最小工作電流、拐點電流？答：由互感器變比不一致和互感器傳變誤差產(chǎn)生的不平衡電流的討論可知，流入差動繼電器的不平衡電流與變壓器外部故障時的穿越電流有關。穿越電流越大， 不平衡電流也越大。具有制動特性的差動繼電器正是利用這個特點，在差動繼電 器中引入一個能夠反應變壓器穿越電流大小的制動電流，繼電器的動作電流不再是按躲過最大穿越電流（Ik.max ）整定，而是根據(jù)實際的穿越電流自動調(diào)整。差動繼電器動作電流 1 setmax 和制動電流 1 res.max 之比稱為制動特性的最大制 動比。在數(shù)字式縱差動保護中，常常采用一段與坐標橫軸平行的直線和一段斜線（圖62中以I set.?表示）構成的所謂“兩折線”特性。如圖62所示，I setR的斜線穿過a點，并與直線及Krel f（|res）相交于g點。g點所對應的動作電流Isetmin稱 為最小動作電流，而對應的制動電流Iset.g稱為拐點電流。7.4發(fā)電機的完全差動保護為何不反應匝間短路故障，變壓器差動保護能反應嗎？答：發(fā)電機的完全差動保護引入發(fā)電機定子機端和中性點的全部相電流Ii和I2，在定子繞組