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电力系统继电保护原理试题及问题详解


实用标准
大学 200 -200 学年第( )学期考试试卷

课程代码 3042100 课程名称 电力系统继电保护原理 考试时间

120 分钟

题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总成绩 得分

阅卷教师签字: 一、填空题(每空 1 分,共 18 分)

1、电力系统发生故障时,继电保护装置应将

部分切除,电力系统出现不正

常工作时,继电保护装置一般应



2、继电保护的可靠性是指保护在应动作时

,不应动作时



3、瞬时电流速断保护的动作电流按大于本线路末端的

整定,其

灵敏性通常用

来表示。

4、距离保护是反应

的距离,并根据距离的远近确定

的—种保护。

5、偏移圆阻抗继电器、方向圆阻抗继电器和全阻抗继电器中,

受过

渡电阻的影响最大,

受过渡电阻的影响最小。

6、线路纵差动保护是通过比较被保护线路首末端电流的



的原理实现

的,因此它不反应



7、在变压器的励磁涌流中,除有大量的直流分量外,还有大量的

分量,其

中以

为主。

8、目前我国通常采用以下三种方法来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动,









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实用标准

二、单项选择题(每题 1 分,共 12 分)

1、电力系统最危险的故障是( )。

(A)单相接地

(B)两相短路

2、继电保护的灵敏系数 Ksen 要求( )。

(A) Ksen ? 1

(B) Ksen ? 1

(C)三相短路 (C) Ksen ? 1

3、定时限过电流保护需要考虑返回系数,是为了( )。

(A)提高保护的灵敏性

(B)外部故障切除后保护可靠返回

(C)解决

选择性

4、三段式电流保护中,保护范围最小的是( )

(A)瞬时电流速断保护

(B)限时电流速断保护

(C)定时限过电流保



5、三种圆特性的阻抗继电器中, ( )既能测量故障点的远近,又能判别故障方向

(A)全阻抗继电器;

(B)方向圆阻抗继电器; (C)偏移圆阻抗继电器

6、有一整定阻抗为 Zset ? 8?60?? 的方向圆阻抗继电器,当测量阻抗 Zm ? 4?30?? 时,

该继电器处于



)状态。

(A)动作

(B)不动作

(C)临界动作

7 、 考 虑 助 增 电 流 的 影 响 , 在 整 定 距 离 保 护 II 段 的 动 作 阻 抗 时 , 分 支 系 数 应 取

( )。

(A)大于 1,并取可能的最小值

(B)大于 1,并取可能的最大值

(C)小于 1,并取可能的最小值

8、从减小系统振荡的影响出发,距离保护的测量元件应采用(

)。

(A)全阻抗继电器; (B)方向圆阻抗继电器; (C)偏移圆阻抗继电器

9、被保护线路区内短路并伴随通道破坏时,对于相差高频保护(



(A)能正确动作

(B)可能拒动

(C)可能误动

10、如图 1 所示的系统中,线路全部配置高频闭锁式方向纵联保护,k 点短路,若 A-B 线

路通道故障,则保护 1、2 将(

)。

(A)均跳闸

(B)均闭锁

(C)保护 1 跳闸,保护 2 闭锁

A
1
~

B 23

C k4 5

D
6
~

11、变压器的电流速断保护与( 出线套管上的各种故障。
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图1 )保护配合,以反应变压器绕组及变压器电源侧的引

实用标准

(A)过电流

(B)过负荷

(C)瓦斯

12、双绕组变压器纵差动保护两侧电流互感器的变比,应分别按两侧(

(A)负荷电流

(B)额定电流

(C)短路电流

三、简答题(共 32 分)

)选择。

1、何谓主保护、后备保护?何谓近后备保护、远后备保护?(8 分)
2、有一方向阻抗继电器,若正常运行时的测量阻抗为 3.5?30??, 要使该方向阻抗继电 器在正常运行时不动作,则整定阻抗最大不能超过多少?(设?sen ? 75? )(8 分)
3、何谓比率制动特性?对具有比率制动特性的差动继电器,何谓最大制动比、最小工作 电流、拐点电流?(8 分)
4、变压器纵差动保护中,不平衡电流产生的原因是什么?(8 分)
四、计算题(共 38 分)

1、如图 2 所示的网络中,已知,线路每公里的正序阻抗

Z1 ? 0.4? / km,E? ? 10.5/ 3kV, X s.max ? 0.3?,

X s.min ? 0.3?,

I A?B.Lmax ? 150A。

K? rel

?

1.25,K

?? rel

?

1.1,K

??? rel

? 1.2,

K ss=1.8,

K re

?

0.85,

t ??? 3

?

0.5s。

试对保护 1 进行三段式电流保护的整定计算。(14 分)

A 1

10km

B 2

15km

C 3

t3III =0.5s

图2

2、如图 3,已知:网络的正序阻抗 Z1=0.45Ω/km,阻抗角?L ? 65 。线路上采用三段式

距离保护,其第 I、II、III 段阻抗元件均采用 0°接线的方向阻抗继电器,继电器的最

灵敏角 ? sen

? 65

,保护

2

的延时

t ??? 2

?

2s ,线路 AB、BC 的最大负荷电流均为 400A,负荷

的自起动系数 Kss

?

2,

继电器的返回系数 Kre

?

1.2,并设

K

I rel

?

0.85 ,

K II rel

? 1.15

,负荷

的功率因数 cos?D ? 0.9 ,变压器采用了能保护整个变压器的无时限纵差保护。试求:距

离保护 1 第 I 段的动作阻抗,第 II 段、第 III 段的灵敏度与动作时间。(24 分)

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A 1 30km

B

2 38km

C

62km

D

EA ? 115 / 3kV X sA.min ? 10? X sA.max ? 20?
EB ? 115 / 3kV X sB.min ? 30? X sB.max ? 40?

T1
T2 ZT1 ? ZT 2 ? 84.7?
图3

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南交通大学 200-200 学年第( )学期考试试卷
课程代码 3042100 课程名称 电力系统继电保护原理 考试时间
120 分钟
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总成绩 得分
阅卷教师签字: 一、填空题(每空 1 分,共 18 分)
1、电力系统发生故障时,继电保护装置应 将故障 部分切除,电力系统出现不正 常工作时,继电保护装置一般应 发出信号 。 2、继电保护的可靠性是指保护在应动作时 不拒动 ,不应动作时 不误 动。 3、瞬时电流速断保护的动作电流按大于本线路末端的 最大短路电流 整定,其灵 敏性通常用 保护范围的大小 来表示。 4、距离保护是反应 故障点到保护安装处 的距离,并根据距离的远近确定 动 作时间 的—种保护。 5、偏移圆阻抗继电器、方向圆阻抗继电器和全阻抗继电器中, 方向圆阻抗继电器 受过渡电阻的影响最大, 全阻抗继电器 受过渡电阻的影响最小。 6、线路纵差动保护是通过比较被保护线路首末端电流的 大小 和 相位 的原理 实现的,因此它不反应 外部故障 。 7、在变压器的励磁涌流中,除有大量的直流分量外,还有大量的 高次谐波 分量,其 中以 二次谐波 为主。 8、目前我国通常采用以下三种方法来防止励磁涌流引起纵差动保护的误动,即 采用速 饱和中间变流器, 二次谐波制动的方法 和 间断角鉴别的方法 。
二、单项选择题(每题 1 分,共 12 分)
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实用标准

1、电力系统最危险的故障是( C )。

(A)单相接地

(B)两相短路

2、继电保护的灵敏系数 Ksen 要求( C )。

(A) Ksen ? 1

(B) Ksen ? 1

(C)三相短路 (C) Ksen ? 1

3、定时限过电流保护需要考虑返回系数,是为了( B )。

(A)提高保护的灵敏性

(B)外部故障切除后保护可靠返回

(C)解决

选择性

4、三段式电流保护中,保护范围最小的是( A )

(A)瞬时电流速断保护

(B)限时电流速断保护

(C)定时限过电流保



5、三种圆特性的阻抗继电器中, ( B )既能测量故障点的远近,又能判别故障方向

(A)全阻抗继电器;

(B)方向圆阻抗继电器; (C)偏移圆阻抗继电器

6、有一整定阻抗为 Zset ? 8?60?? 的方向圆阻抗继电器,当测量阻抗 Zm ? 4?30?? 时,

该继电器处于

( A )状态。

(A)动作

(B)不动作

(C)临界动作

7 、 考 虑 助 增 电 流 的 影 响 , 在 整 定 距 离 保 护 II 段 的 动 作 阻 抗 时 , 分 支 系 数 应 取

( A )。

(A)大于 1,并取可能的最小值

(B)大于 1,并取可能的最大值

(C)小于 1,并取可能的最小值

8、从减小系统振荡的影响出发,距离保护的测量元件应采用( B )。

(A)全阻抗继电器; (B)方向圆阻抗继电器; (C)偏移圆阻抗继电器

9、被保护线路区内短路并伴随通道破坏时,对于相差高频保护( A )

(A)能正确动作

(B)可能拒动

(C)可能误动

10、如图 1 所示的系统中,线路全部配置高频闭锁式方向纵联保护,k 点短路,若 A-B 线

路通道故障,则保护 1、2 将( C )。

(A)均跳闸

(B)均闭锁

(C)保护 1 跳闸,保护 2 闭锁

A
1
~

B 23

C k4 5

D
6
~

图1

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11、变压器的电流速断保护与( C )保护配合,以反应变压器绕组及变压器电源侧的

引出线套管上的各种故障。

(A)过电流

(B)过负荷

(C)瓦斯

12、双绕组变压器纵差动保护两侧电流互感器的变比,应分别按两侧( B )选择。

(A)负荷电流

(B)额定电流

三、简答题(共 32 分)

(C)短路电流

1、何谓主保护、后备保护?何谓近后备保护、远后备保护?(8 分) 答:所谓主保护是指能以较短时限切除被保护线路(或元件)全长上的故障的保护装置。 (2 分)
考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护,称为后备保护。(2 分) 当电 气元 件的 主保 护 拒动 时, 由本 元件 的另 一 套保 护起 后备 作用,称 为近 后备 。( 2 分) 当主保护或其断路器拒动时,由相邻上一元件的保护起后备作用称为远后备。(2 分)

2、有一方向阻抗继电器,若正常运行时的测量阻抗为 3.5?30??, 要使该方向阻抗继电

器在正常运行时不动作,则整定阻抗最大不能超过多

jx

少?(设?sen ? 75? )(8 分)

Z set

Zm

75?

R

30?

答:为了使该方向阻抗继电器在正常运行时不动作,
其 对 应 于 ?m ? 30? 时 的 动 作 阻 抗 Zm 最 大 不 能 超 过

3.5? ,(3 分) 又知其?sen ? 75 ,如图所示,整定阻抗最
大 不 能 超 过 Zs e t ? 3 . 5 / c o s (?7?5 ?3 0? )

Ω4 . 9 5

(5 分)

3、何谓比率制动特性?对具有比率制动特性的差动继电器,何谓最大制动比、最小工作 电流、拐点电流?(8 分) 答:比率制动特性是指继电器的动作电流和继电器的制动电流的关系特性。(2 分)

K res. max
如图,最大制动比

?

I set.max I res.max

;
(2

分)

g 点所对应的动作电流 Iset.min 称为最小动

作电流;(2 分)相对应的制动电流 Ires.g 称为称为拐点电流。(2 分)

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4、变压器纵差动保护中,不平衡电流产生的原因是什么?(8 分) 答:不平衡电流产生的原因是:
1、变压器两侧电流互感器的计算变比与实际变比不一致(2 分); 2、变压器带负荷调节分接头(2 分); 3、电流互感器有传变误差(2 分); 4、变压器的励磁电流(2 分)。

四、计算题(共 38 分)

1、如图 2 所示的网络中,已知,线路每公里的正序阻抗

Z1 ? 0.4? / km,E? ? 10.5/ 3kV, X s.max ? 0.3?,X s.min ? 0.3?, I A?B.Lmax ? 150A。

K? rel

?

1.25,K

?? rel

?

1.1,K

??? rel

? 1.2,Kss=1.8,Kre

?

0.85,

t ??? 3

?

0.5s。

试对保护 1 进行三段式电流保护的整定计算。(14 分)

A 1

10km

B 2

15km

C 3

t3III =0.5s

图2

解:1、保护 1 电流 I 段整定计算 (1)求动作电流

I? set .1

?

K I ? rel k.B.max

? 1.25?

10.5?103 ? 1804.27A 3(0.2 ? 0.4?10)

(1 分)

(2)灵敏度校验,即求最小保护范围。

lmin

?

1( z1

3 2

E? I?
set .1

? X s.max ) ?

1( 0.4

3? 2

10.5?103 ? 0.3) ? 6.52km 3 ?1804.27

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lmin ? 6.52 ? 65.2% ? 15%,

lAB 10

满足要求。

(2 分)

(3) 动作时间: t1? ? 0s (1 分)

2、保护 1 电流 II 段整定计算

(1)求动作电流

I ?? set .1

?

K I ?? ? rel set.2

?

K

?? rel

(

K

? rel

I

k

.C

.max

)

? 1.1?1.25?

10.5?103 ? 817.23A 3(0.2 ? 0.4? 25)

(2 分)

(2)灵敏度校验

3 ? 10.5?103

Ksen ?

I k . B. min I ??
set .1

?

2

3(0.3 ? 0.4?10) ? 1.49 ? 1.3 817.23
满足要求。(2 分)

(3)动作时间: t1? ? t2? ? 0.5 ? 0.5s (1 分) 2、保护 1 电流 III 段整定计算
(1)求动作电流

I ??? set .1

?

K K ??? rel ss K re

I A?B.L max

? 1.2?1.5 ?150 0.85

? 317.65A

(2)灵敏度校验

(1 分)

近后备: 要求。(1 分)

3 ? 10.5?103

K sen

?

I k . B. min I ???
set .1

?

2

3(0.3 ? 0.4?10) ? 3.84 ? 1.3 317.65

满足

远后备: 要求。(2 分)

3 ? 10.5?103

K sen

?

I k .C . min I ???
set .1

?

2

3(0.3 ? 0.4? 25) ? 1.6 ? 1.2 317.65

满足

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(3)动作时间:

t ???
1

?

t ???
3

?

0.5

?

0.5

?

1.5s

(1 分)

2、如图 3,已知:网络的正序阻抗 Z1=0.45Ω/km,阻抗角?L ? 65 。线路上采用三段式

距离保护,其第 I、II、III 段阻抗元件均采用 0°接线的方向阻抗继电器,继电器的最

灵敏角 ? sen

? 65

,保护

2

的延时

t ??? 2

?

2s ,线路 AB、BC 的最大负荷电流均为 400A,负荷

的自起动系数 Kss

?

2, 继电器的返回系数 Kre

?

1.2,并设

K

I rel

?

0.85



K

II rel

? 1.15 ,负荷

的功率因数 cos?D ? 0.9 ,变压器采用了能保护整个变压器的无时限纵差保护。试求:距

离保护 1 第 I 段的动作阻抗,第 II 段、第 III 段的灵敏度与动作时间。(24 分)

A 1 30km

B

2 38km

C

62km

D

EA ? 115 / 3kV X sA.min ? 10? X sA.max ? 20?
EB ? 115 / 3kV X sB.min ? 30? X sB.max ? 40?

T1
T2 ZT1 ? ZT 2 ? 84.7?
图3

解:1、距离保护 1 第 I 段:

动作阻抗:

Z? set?1

?

KI rel

? Z AB

?

0.85? 0.45? 30 ? 11.16?

(1 分)

2、保护 1 的第 II 段(分两种情况):

(1)与相邻线路配合:

Z ?? set ?1

?

K

II rel

(Z

AB

?

KI rel

Kb?min

Z

BC

)

(1 分)

Kb?min

?

( X sA?min ? ZAB X sB?max

?1)

?

(10 ?13.5 40

?1)

? 1.59

(2 分)

Z ?? set?1

?

0.8(13.5

?

0.85 ?1.59 ?

0.45 ?

38)

?

29.29?

(1 分)

(2)与变压器支路配合:

Z ?? set?1

?

K

II rel

(Z

AB

?

KI rel

Kb?min

ZT 2

)

(1 分)

Kb?min

?

( X sA?min ? ZAB X sB?max

?1)

?

(10 ?13.5 40

?1)

? 1.59

(2 分)

Z ?? set?1

?

0.7(13.5

?

0.7

?1.59 ?

84.7 ) 2

?

42.44?

(1 分)

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实用标准

对以上两种情况,取较小者,所以:

Z ?? set ?1

?

29.29?

(1 分)

灵敏度:

Ksen

?

Z II set ? A
Z AB

?

29.29 13.5

?

2.17 ? 1.5

动作时间: t II ? 0.5s (1 分)

满足要求。(1 分)

3、距离保护 1 的第 III 段:采用方向阻抗继电器,

Z ? ??? set?1

Z L?min

K III rel

Kre Kss

cos(?L

??D

)



(1 分)

Z L?min

? U L?min I L?max

?

0.9 ?110 3 ? 0.4

? 142.89?


(1 分)

K re

? 1.2 , Kss

?

2



K III rel

? 1.15 ,

?D ? cos?1 0.9 ? 25.8? ,

Z ??? set?1

?

1.15 ?1.2

?

142.89 2? cos(65

? 25.8

)

? 66.81?

灵敏度: (1)考虑本线路末端:

(2 分)

Ksen近

?

Z ??? set?1
Z AB

?

66.81 13.5

?

4.93 ? 1.5

(1 分)

(2)考虑相邻元件

a:相邻线路末端

Kset远

?

Z ??? set?1
Z AB+Kb?max ZBC



(1 分)

Kb?max

?

( X sA?max ? ZAB X sB?min

?1)

?

(20 ?13.5 30

?1)

?

2.12
,(1

分)

(1 分)

Ksen远

?

Z ??? set?1
Z AB+Kb?max ZBC

?

66.81 13.5+2.12 ?17.1

?

1.34

?

1.2

b:相邻变压器低压侧出口

满足要求。

Ksen远

?

Z ??? set?1
Z AB+Kb?max ZT

(1 分)

Kb?max

?

(

X

? Z ''
sA?max
X '' sB?min

AB

?1)

?

(20 ?13.5 ?1) 30

?

2.12

(1 分)

Ksen远

?

Z ??? set?1
ZAB+Kb?max ZT

?

66.81 13.5+2.12 ?

84.7

?

0.33

?

1.2

(1 分)

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实用标准

不满足要求,认为 III 段不能作为变压器的后备保护

动作时间:

t ??? 1

?

t ??? 2

? ?t

?

2 ? 0.5

?

2.5s

(1 分)

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