2025年高壓電工技師認(rèn)證考試：高壓繼電保護(hù)原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)與試題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述高壓電力系統(tǒng)中發(fā)生相間短路時，電流保護(hù)、電壓保護(hù)和方向保護(hù)各自的工作原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。二、解釋什么是差動保護(hù)，簡述電流差動保護(hù)的基本原理。在哪些情況下差動保護(hù)可能發(fā)生誤動？如何防止？三、某輸電線路采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的方向電流保護(hù)。已知線路正常工作電流為300A，最大負(fù)荷電流為1000A，最小運(yùn)行方式下流過保護(hù)安裝處的故障電流為2000A。請簡述BCH-2型繼電器的工作特性，并說明如何進(jìn)行該保護(hù)的主要參數(shù)（如差動電流整定值、制動電流整定值）的整定計(jì)算思路。四、在高壓電網(wǎng)中，為什么距離保護(hù)通常需要采用方向元件？簡述功率方向繼電器的兩種工作原理（如感應(yīng)型、整流型）之一，并說明影響其正確工作的主要外部因素。五、簡述中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和直接接地三種系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，故障電流、系統(tǒng)電壓、保護(hù)動作情況等方面的主要區(qū)別。六、隨著新能源的大規(guī)模接入，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)。請結(jié)合繼電保護(hù)的角度，論述新能源接入（以風(fēng)電場為例）對現(xiàn)有輸電線路保護(hù)設(shè)計(jì)帶來的主要問題和挑戰(zhàn)。七、數(shù)字化變電站中，過程層設(shè)備（如合并單元、智能終端）與繼電保護(hù)裝置之間的信息交互對保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。請簡述合并單元在數(shù)字化保護(hù)中的作用，并說明智能終端如何向保護(hù)裝置提供斷路器狀態(tài)信息。八、某高壓變壓器差動保護(hù)在區(qū)外故障時發(fā)生了誤動。請分析可能導(dǎo)致該誤動的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施或檢查項(xiàng)目。九、請?jiān)O(shè)計(jì)一個針對高壓配電網(wǎng)（如10kV或35kV線路）饋線的簡化智能保護(hù)方案。要求說明該方案應(yīng)具備的基本功能（至少包括故障檢測、定位和分類）、擬采用的關(guān)鍵技術(shù)（如可利用哪些智能設(shè)備或信息）、以及相比傳統(tǒng)保護(hù)方案的主要優(yōu)勢。十、分析在直流輸電系統(tǒng)的交流側(cè)或靠近換流站的交流電網(wǎng)中，繼電保護(hù)面臨哪些不同于純交流系統(tǒng)的特殊問題？針對其中一個問題，提出可能的解決方案或保護(hù)設(shè)計(jì)考慮。試卷答案一、電流保護(hù)：基于故障時電流顯著增大原理。優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：易受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響，可能誤動或拒動；保護(hù)范圍隨運(yùn)行方式變化；相鄰線路故障時可能誤動。電壓保護(hù)：基于故障時系統(tǒng)電壓顯著降低原理。優(yōu)點(diǎn)：動作速度快（可瞬時動作）。缺點(diǎn)：易受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化和故障類型影響，可靠性不高，通常作為后備或輔助保護(hù)。方向保護(hù)：基于故障時電流方向發(fā)生改變原理。優(yōu)點(diǎn)：能正確反映故障方向，提高選擇性，尤其在復(fù)雜電網(wǎng)中。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化和故障過渡電阻影響。二、差動保護(hù)：基于比較被保護(hù)元件兩端電流的大小和相位原理。基本原理：正常時，流入和流出被保護(hù)元件的電流大小相等、方向相反，差動電流接近于零；故障時，兩側(cè)電流方向相同，差動電流等于故障電流?？赡苷`動情況：外部故障時，穿越故障點(diǎn)的電流流過差動回路；區(qū)內(nèi)故障時發(fā)生斷線、匝間短路等。防止措施：采用差動電流速斷保護(hù)躲過外部故障；采用制動電流原理，利用外部故障時制動電流大于差動電流的特性進(jìn)行制動；加強(qiáng)二次回路可靠性校驗(yàn)。三、BCH-2型繼電器：屬于帶制動特性的差動繼電器，采用磁通平衡原理。工作特性：正常時差動線圈磁通與制動線圈磁通基本抵消；故障時差動線圈磁通起主導(dǎo)作用，若差動電流大于制動電流，繼電器動作。整定計(jì)算思路：差動電流整定值一般按躲過外部故障最大穿越電流整定，通常取（1.2~1.5）倍線路正常工作電流或最小運(yùn)行方式下外部故障電流；制動電流整定值一般按大于正常運(yùn)行和最小運(yùn)行方式下可能出現(xiàn)的差動電流整定，通常?。?.8~1.0）倍差動電流整定值。四、原因：高壓電網(wǎng)線路較長，阻抗較大，故障時保護(hù)動作時間要求快，為防止區(qū)外故障時保護(hù)誤動，需要根據(jù)故障方向（電源側(cè)或負(fù)荷側(cè)）來決定保護(hù)是否動作。功率方向繼電器（以感應(yīng)型為例）：利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)流入繼電器的電流和加入的電壓的相位角滿足特定范圍時，可動舌片受到電磁力作用而轉(zhuǎn)動，帶動觸點(diǎn)閉合。影響正確工作的主要外部因素：系統(tǒng)運(yùn)行方式變化引起阻抗變化和相位變化；故障類型（如過渡電阻影響）、故障發(fā)展過程影響電壓、電流的相位關(guān)系；電網(wǎng)中諧波分量干擾。五、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)：故障電流很小（電容電流），故障點(diǎn)電壓升高，非故障相電壓不變。保護(hù)通常不動作或只發(fā)信號，要求系統(tǒng)有較高的絕緣水平，對保護(hù)要求不高。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)：故障電流被消弧線圈限制在很小的范圍內(nèi)（補(bǔ)償后接近于零或很小的感性電流），故障點(diǎn)電壓仍較高但低于不接地系統(tǒng)，非故障相電壓也升高但低于不接地系統(tǒng)。保護(hù)通常不動作或只發(fā)信號，但需考慮消弧線圈運(yùn)行方式切換。直接接地系統(tǒng)：故障電流很大（接近短路電流），故障點(diǎn)電壓接近于零，非故障相電壓基本不變。保護(hù)需快速切除故障，動作靈敏度高，對系統(tǒng)絕緣要求相對較低。六、主要問題和挑戰(zhàn)：風(fēng)電場輸出具有波動性、間歇性和隨機(jī)性，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障電流特性復(fù)雜化，增加了保護(hù)整定的難度和不確定性；風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)故障可能引起電壓驟降、頻率波動，對保護(hù)正確動作和系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)；風(fēng)電場大規(guī)模接入可能改變系統(tǒng)短路水平，影響傳統(tǒng)保護(hù)定值計(jì)算；風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)通常位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，保護(hù)和故障信息的傳輸、通信可靠性要求高。七、合并單元作用：匯集來自一次設(shè)備的電壓、電流互感器二次側(cè)信號（或通過光互感器獲?。?，進(jìn)行信號處理（如濾波、隔離），并將統(tǒng)一格式的過程層信息（如GOOSE、SV）發(fā)送給繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)。智能終端作用：采集斷路器位置、跳閘/合閘命令等狀態(tài)信息，并將其以數(shù)字信號形式（GOOSE）上送至監(jiān)控系統(tǒng)；接收繼電保護(hù)裝置發(fā)來的跳閘/合閘命令，并執(zhí)行斷路器操作；執(zhí)行斷路器操作箱的部分功能，如同期檢測、合閘邏輯判斷等。八、可能原因：區(qū)外故障時，由于系統(tǒng)阻抗變化或保護(hù)整定配合不當(dāng)，導(dǎo)致差動電流略大于整定值發(fā)生輕微誤動；制動電流整定不當(dāng)，在區(qū)外故障時制動不足，反而使差動電流起主導(dǎo)作用；差動回路發(fā)生瞬時性干擾或二次回路故障；CT飽和或二次回路接線錯誤導(dǎo)致差動電流異常。改進(jìn)措施或檢查項(xiàng)目：嚴(yán)格校驗(yàn)差動和制動電流定值，確保有足夠制動系數(shù)；加強(qiáng)CT二次回路檢查，防止飽和和開路；采用高精度、高可靠性差動保護(hù)裝置；利用故障錄波分析區(qū)外誤動具體情況，優(yōu)化定值或算法；增加差動速斷或比率制動特性曲線的校驗(yàn)。九、基本功能：*故障檢測：快速檢測線路是否發(fā)生故障，區(qū)分故障與非故障狀態(tài)。*故障定位：盡可能快速準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)位置或故障區(qū)域。*故障分類：識別故障類型（如單相接地、相間短路、斷線等），為后續(xù)處理提供依據(jù)。擬采用的關(guān)鍵技術(shù)：利用數(shù)字化變電站的過程層設(shè)備（合并單元、智能終端）采集的電壓、電流、開關(guān)量等信息；采用先進(jìn)的保護(hù)算法（如人工智能、小波分析）；利用通信網(wǎng)絡(luò)（如IEC61850）實(shí)現(xiàn)信息快速共享和協(xié)同控制。主要優(yōu)勢：信息獲取更全面、實(shí)時；保護(hù)功能更豐富、靈活；可實(shí)現(xiàn)故障自愈、智能決策；與電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)深度融合，運(yùn)維效率更高。十、特殊問題：直流輸電系統(tǒng)故障（如換流器故障、直流線路故障）可能伴隨交流系統(tǒng)電壓、頻率的劇烈波動和直流側(cè)電流、電壓的復(fù)雜變化；交流側(cè)故障可能通過換流器影響直流系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全；直流濾波器可能對保護(hù)信號產(chǎn)生諧振干擾；直流系統(tǒng)故障的識別和定位比交流系