2025年高壓電工考試題庫(kù)：高壓繼電保護(hù)原理高級(jí)案例分析試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______試題一某220kV雙回線線路，線路正序阻抗為0.4Ω/km，零序阻抗為1.6Ω/km。線路AB段和BC段長(zhǎng)度分別為100km和100km。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，A點(diǎn)母線電壓為220kV，B點(diǎn)、C點(diǎn)母線電壓分別為215kV和210kV。線路AB段和BC段分別配置了微機(jī)距離保護(hù)（整定計(jì)算不考慮過渡電阻影響），距離保護(hù)I、II、III段整定時(shí)間分別為0.1s、0.5s、1.5s。當(dāng)線路BC段靠近C端發(fā)生金屬性相間短路時(shí)，試分析：1.若BC段距離保護(hù)III段正確動(dòng)作，請(qǐng)計(jì)算其動(dòng)作電流和動(dòng)作阻抗的整定值應(yīng)如何整定？2.請(qǐng)分析此時(shí)AB段距離保護(hù)是否會(huì)誤動(dòng)？說明理由。3.若在上述短路故障發(fā)生瞬間，由于運(yùn)行人員誤操作，將線路AB段斷路器（位于A母線側(cè)）分閘，請(qǐng)?jiān)俅畏治鯝B段和BC段距離保護(hù)的動(dòng)作行為，并說明可能的原因。試題二某110kV變壓器（YNd11接線，容量100MVA，阻抗電壓Uk%=10.5），連接在110kVAB母線上，其高壓側(cè)（110kV側(cè)）配置了差動(dòng)保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，AB母線電壓為110kV。已知差動(dòng)保護(hù)采用比率制動(dòng)特性，差動(dòng)電流定值為變壓器額定電流的1.2倍，制動(dòng)電流取流入變壓器兩側(cè)電流的較大值。復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)的動(dòng)作電流按系統(tǒng)最低運(yùn)行電壓、保證靈敏度和躲過最大負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)限為1.0s。1.請(qǐng)計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流定值。2.假設(shè)變壓器高壓側(cè)發(fā)生金屬性匝間短路，短路電流為2000A，請(qǐng)分析差動(dòng)保護(hù)是否會(huì)可靠動(dòng)作？說明理由，并簡(jiǎn)要說明比率制動(dòng)特性在此處的體現(xiàn)。3.假設(shè)變壓器低壓側(cè)（39kV側(cè)）發(fā)生金屬性接地故障，導(dǎo)致變壓器高壓側(cè)流過零序電流100A，同時(shí)AB母線電壓降為95kV。請(qǐng)分析此時(shí)變壓器高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)是否會(huì)動(dòng)作？說明理由。試題三某330kV線路采用分相電流差動(dòng)保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)，線路三相對(duì)地電壓平衡，流過差動(dòng)繼電器的電流基本為零。當(dāng)線路靠近A端發(fā)生A相瞬時(shí)性單相接地故障時(shí)：1.簡(jiǎn)述分相電流差動(dòng)保護(hù)在這種情況下的工作情況。2.如果故障發(fā)生后，保護(hù)裝置正確發(fā)出A相跳閘指令，但在跳閘過程中，由于繼電器觸點(diǎn)粘連或斷路器拒動(dòng)，導(dǎo)致A相未能實(shí)際跳閘，而B、C相跳閘繼電器正常工作并發(fā)出跳閘指令，引起B(yǎng)、C相斷路器錯(cuò)誤跳閘。請(qǐng)分析可能的原因，并說明這種情況對(duì)電力系統(tǒng)可能造成的影響。試題四某發(fā)電廠發(fā)電機(jī)出口配置了差動(dòng)保護(hù)和失磁保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出有功功率100MW，無功功率50MVar。當(dāng)發(fā)電機(jī)由于勵(lì)磁回路故障失去勵(lì)磁時(shí)：1.簡(jiǎn)述發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的原理及其主要功能。2.如果發(fā)電機(jī)失磁后，失磁保護(hù)正確發(fā)出跳閘指令，但由于操作人員誤操作或系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)邏輯問題，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)被錯(cuò)誤地切除，同時(shí)連接的母線電壓劇烈波動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。請(qǐng)分析可能的原因，并探討防止此類事故發(fā)生的措施。試題五某600kV樞紐變電站，母線配置了微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)，母線流入流出電流平衡。當(dāng)母線發(fā)生區(qū)外故障（例如，連接線路C發(fā)生相間短路）時(shí)，差動(dòng)保護(hù)應(yīng)可靠不動(dòng)作。請(qǐng)分析母線差動(dòng)保護(hù)在區(qū)外故障時(shí)不應(yīng)動(dòng)作的基本原理。如果在實(shí)際運(yùn)行中，該母線差動(dòng)保護(hù)在區(qū)外故障時(shí)錯(cuò)誤地發(fā)出了母線跳閘指令，可能的原因有哪些？請(qǐng)至少列舉三種。試卷答案試題一1.動(dòng)作電流整定值：Iop=1.2*(S_n/(√3*U_n))=1.2*(100MVA/(√3*220kV))≈3086A。動(dòng)作阻抗整定值：Zop_I=(0.4Ω/km*100km)/(1.0)=40Ω。（注意：此處簡(jiǎn)化計(jì)算，實(shí)際整定需考慮與相鄰線路或下一級(jí)保護(hù)的配合，可能需要采用純阻整定或略帶弧光校正的整定，并設(shè)置可靠系數(shù)。假設(shè)題目要求簡(jiǎn)化計(jì)算，采用純阻整定。）動(dòng)作阻抗整定值（考慮可靠系數(shù)k_r，取1.2）：Zop=Zop_I/k_r=40Ω/1.2≈33.3Ω。（更精確的整定是按III段末端故障有足夠靈敏度考慮，即Zop>=Z_line/k_sensitivity，k_sensitivity通常取1.5~2，則Zop>=40Ω/1.5=26.7Ω，取30Ω或與相鄰配合確定，這里按題意簡(jiǎn)化）2.AB段距離保護(hù)可能誤動(dòng)。理由：BC段發(fā)生短路，導(dǎo)致B點(diǎn)電壓下降，故障電流流過AB線路。AB段距離保護(hù)III段動(dòng)作阻抗整定值（如取30Ω）大于正常運(yùn)行時(shí)A到B的阻抗（|Z_A-B|=|Z_AB|=0.4*100=40Ω，考慮A點(diǎn)電壓215kV，B點(diǎn)電壓215kV-線路電壓降，實(shí)際阻抗略小于40Ω，但按題意簡(jiǎn)化計(jì)算）。因此，流過AB段III段的測(cè)量阻抗可能達(dá)到或超過其整定值，導(dǎo)致其誤動(dòng)。同時(shí)，由于故障發(fā)生在BC段，AB段距離保護(hù)I、II段（若按簡(jiǎn)化整定，如Zop_I=40Ω/1.2=33.3Ω，Zop_II=80Ω/1.2=66.7Ω）的測(cè)量阻抗通常也小于整定值，不會(huì)動(dòng)作。但若按區(qū)外故障原則整定，即整定值大于正常運(yùn)行阻抗，則AB段III段可能不誤動(dòng)。此處按簡(jiǎn)化計(jì)算，認(rèn)為可能誤動(dòng)。3.AB段距離保護(hù)可能誤動(dòng)，BC段距離保護(hù)可能拒動(dòng)或正確動(dòng)作。理由：AB段斷路器分閘后，故障線路BC變?yōu)閱坞娫淳€路向故障點(diǎn)輸送電流。此時(shí)，故障點(diǎn)電壓更低，流過AB段線路的電流（從A流向故障點(diǎn)）會(huì)增大，其測(cè)量阻抗會(huì)發(fā)生變化。如果AB段距離保護(hù)III段按上述計(jì)算的較低值（如30Ω）整定，且此時(shí)測(cè)量阻抗達(dá)到該值，則可能誤動(dòng)。同時(shí)，由于故障線路被切除，BC段故障電流大幅減小，其距離保護(hù)（特別是靈敏段）可能因電流太小而靈敏度不足，導(dǎo)致拒動(dòng)。如果BC段距離保護(hù)III段整定值較大，或者故障點(diǎn)距離B端較近，測(cè)量阻抗仍可能低于整定值，也可能拒動(dòng)。只有當(dāng)故障點(diǎn)靠近B端且測(cè)量阻抗足夠低時(shí)，BC段距離保護(hù)才可能正確動(dòng)作。試題二1.差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流定值：Iop_diff=1.2*(S_n/(√3*U_n))=1.2*(100MVA/(√3*110kV))≈4959A。（實(shí)際應(yīng)用中，還需考慮CT變比、可靠系數(shù)等因素，此處按簡(jiǎn)化計(jì)算。）2.差動(dòng)保護(hù)會(huì)可靠動(dòng)作。理由：變壓器發(fā)生匝間短路，差動(dòng)保護(hù)反映的是變壓器兩側(cè)電流的差值。匝間短路會(huì)導(dǎo)致短路電流在變壓器內(nèi)部環(huán)流增大，同時(shí)高壓側(cè)會(huì)流過較大的差動(dòng)電流。由于差動(dòng)保護(hù)采用比率制動(dòng)特性，其動(dòng)作電流Iop(ratio)與制動(dòng)電流Ibrake有關(guān)，通常Iop(ratio)=k*Ibrake+Iop(base)。當(dāng)差動(dòng)電流達(dá)到動(dòng)作電流定值Iop_diff時(shí)，制動(dòng)電流Ibrake也必然很大（通常大于差動(dòng)電流的一半）。在此情況下，比率制動(dòng)部分的電流定值k*Ibrake會(huì)顯著增大，使得總動(dòng)作電流Iop(ratio)遠(yuǎn)大于差動(dòng)電流Iop_diff。因此，即使差動(dòng)電流為2000A，由于強(qiáng)大的制動(dòng)作用，差動(dòng)保護(hù)也不會(huì)誤動(dòng)，能夠可靠動(dòng)作。3.復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)可能動(dòng)作。理由：首先計(jì)算過流保護(hù)動(dòng)作電流整定值。按躲過最大負(fù)荷電流整定，假設(shè)最大負(fù)荷電流為I_load_max。按靈敏度校驗(yàn)，最小運(yùn)行方式下變壓器低壓側(cè)金屬性接地故障時(shí)，高壓側(cè)零序電流為I_fault=(U_n/Z_line)=(110kV/1.6Ω/km*100km)=6875A。動(dòng)作電流應(yīng)大于負(fù)荷電流且大于故障時(shí)的零序電流，即Iop=max(1.2*I_load_max,6875A)。假設(shè)負(fù)荷電流遠(yuǎn)小于6875A，則Iop≈6875A*1.2=8250A。復(fù)合電壓閉鎖條件是電壓低于整定值（如Uop=0.9*U_n=0.9*110kV=99kV），且過流元件動(dòng)作。此時(shí)AB母線電壓降為95kV，低于99kV，滿足復(fù)合電壓條件。同時(shí)，流過變壓器的零序電流為100A，如果此電流大于過流保護(hù)定值8250A，則過流元件不動(dòng)作；但如果考慮是靠近變壓器出口的接地，流過變壓器的零序電流可能遠(yuǎn)大于100A，或者CT飽和等因素導(dǎo)致測(cè)量值小于實(shí)際值，且保護(hù)可能采用零序電流濾過器等。假設(shè)零序電流I_opZO確實(shí)達(dá)到了定值8250A（例如CT變比和飽和效應(yīng)剛好滿足），并且復(fù)合電壓條件滿足，那么復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)會(huì)動(dòng)作。試題三1.分相電流差動(dòng)保護(hù)檢測(cè)到A相電流差（A相流入電流與流出電流之差）由于故障而增大，達(dá)到或超過其整定定值，并滿足其他啟動(dòng)條件（如電壓平衡、差動(dòng)電流濾波等），從而發(fā)出A相跳閘指令。對(duì)于瞬時(shí)性接地故障，故障電流在故障點(diǎn)會(huì)通過大地形成回路。由于線路是分相架設(shè)，故障相（A相）的電流通過故障點(diǎn)流入大地，非故障相（B、C相）電流基本不受影響。因此，流過差動(dòng)繼電器的A相差動(dòng)電流會(huì)顯著增大，而B、C相差動(dòng)電流接近于零。差動(dòng)保護(hù)根據(jù)A相差動(dòng)電流的大小判斷A相發(fā)生故障，并只跳閘A相。2.可能的原因：*繼電器故障：A相跳閘繼電器因內(nèi)部元件故障未能發(fā)出跳閘指令，但邏輯回路正常；或者B、C相跳閘繼電器因干擾或內(nèi)部元件故障錯(cuò)誤地發(fā)出了跳閘指令。*通訊或回路故障：跳閘指令的傳輸回路（硬接線或通訊通道）在A相側(cè)斷線，導(dǎo)致指令無法傳輸；或者在B、C相側(cè)出現(xiàn)短路將指令誤發(fā)。*斷路器控制回路故障：A相斷路器跳閘線圈故障或斷線，無法跳閘；而B、C相斷路器控制回路因誤操作或故障導(dǎo)致錯(cuò)誤跳閘。*系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)邏輯錯(cuò)誤：在某些復(fù)雜的保護(hù)或安全自動(dòng)裝置中，若邏輯設(shè)計(jì)存在缺陷，可能錯(cuò)誤地解讀故障信息或保護(hù)狀態(tài)，導(dǎo)致錯(cuò)誤跳閘?？赡茉斐傻挠绊懀?短路故障點(diǎn)（A相）未被切除，可能繼續(xù)發(fā)展，擴(kuò)大事故范圍。*非故障線路（B、C相）被錯(cuò)誤切除，造成不必要的停電，影響電網(wǎng)供電可靠性。*系統(tǒng)失去部分線路或負(fù)荷，可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)、潮流重新分布，甚至引發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定問題。*如果是重要輸電線路或樞紐變電站母線被錯(cuò)誤切除，可能造成區(qū)域性大面積停電。試題四1.發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)原理：發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁后，其電勢(shì)（主要是勵(lì)磁產(chǎn)生的直流分量）大幅下降，功率因數(shù)急劇下降（通常低于0.2），定子電流急劇增大（可能達(dá)到額定電流的數(shù)倍），并可能出現(xiàn)功角擺動(dòng)甚至失步。失磁保護(hù)通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓（或勵(lì)磁電壓/電流）、功率因數(shù)（或無功功率）、定子電流等參數(shù)的顯著變化，來判斷發(fā)電機(jī)是否失磁，并發(fā)出跳閘或告警信號(hào)。主要功能：防止發(fā)電機(jī)因失磁在短時(shí)間內(nèi)過流、過熱而損壞；防止失磁發(fā)電機(jī)失步后對(duì)系統(tǒng)造成沖擊和擾動(dòng)，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。2.可能的原因：*保護(hù)定值整定不當(dāng)：失磁保護(hù)的定值（如失磁判據(jù)的電壓、電流、功率因數(shù)閾值）整定得過低，在發(fā)電機(jī)輕微失磁或系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)誤動(dòng)；或定值過高，導(dǎo)致嚴(yán)重失磁時(shí)拒動(dòng)。*保護(hù)裝置自身故障：保護(hù)裝置內(nèi)部元件損壞、軟件bug、通訊故障等，導(dǎo)致無法正確檢測(cè)失磁狀態(tài)或正確發(fā)出跳閘指令。*操作人員誤操作：在發(fā)電機(jī)失磁但尚未導(dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí)，錯(cuò)誤地執(zhí)行了跳閘指令；或者在系統(tǒng)正常時(shí)錯(cuò)誤地執(zhí)行了滅磁或跳閘操作。*系統(tǒng)自動(dòng)裝置邏輯錯(cuò)誤：與失磁保護(hù)相關(guān)的系統(tǒng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)或自動(dòng)裝置邏輯設(shè)計(jì)不當(dāng)，