《电力系统继电保护》考试题.docx

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《电力系统继电保护》考试题

《电力系统继电保护》考试题

卷3（答案）

题号

一

二

三

四

合计

得分

一、名词解释（1-6题每题1分，7-8题每题2分，共10分）

1．继电保护装置：

就是指能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

2．电力系统不正常运行状态：

所有的等式约束条件均满足，部分的不等式约束条件不满足但又不是故障的电力系统工作状态。

即可以理解为“电力系统与电力设备中的电流在设定的路径中流动，电力系统中某些电力设备的某些运行参数偏离规定范围。

”

3．电流保护的接线方式：

是指保护中电流继电器与电流互感器之间的连接方式。

4．距离保护：

是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。

5．输电线路纵联保护：

是用某种通信通道将输电线端或各端（对于多端线路）的保护装置纵向连接起来，将各端的电气量（电流、功率方向等）传送到对端，将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。

理论上具有绝对的选择性。

6．完全电流差动：

指的是将母线上的全部连接元件的电流按相均接入差动回路。

决定母差动保护是否动作的电流量是动作电流和制动电流。

7．发电机逆功率：

对于汽轮发电机，当主汽门误关闭或机炉保护动作关闭主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机转为电动机运行，由输出有功功率变为从系统吸取有功功率，即称逆功率。

8．限时电流速断保护：

由于有选择性的电流速断不能保护本线路的全长，可考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，实际上就是它要能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，所以称之为限时电流速断保护。

二、基础简答（每题5分，共30分）

1．电力系统运行状态的等式约束条件是什么？

请写出等式。

答：

等式约束条件是由电能性质本身决定的。

即系统发出的有功功率和无功功率应在任一时刻与系统的随机变化的负荷功率（包括传输损耗）相等

∑PGi-∑PLj-∑△PS=0

∑QGi-∑QLj-∑△QS=0

PGi、QGi分别为i个发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率

PLj、QLj分别为j个负荷使用的有功和无功功率

△PS、△QS分别为电力系统中各种有功功率和无功功率损耗

2．电力系统对继电保护装置的基本要求有哪些？

答：

（1）可靠性：

包括安全性和信赖性,是对继电保护性能的最根本要求。

安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生动作。

信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作.

（2）选择性：

指保护装置动作时,在可能最小的区间内将故障从电力系统中断开,最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全动作.

（3）速动性：

指尽可能快地切除故障,以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间,降低设备的损坏程度,提高电力系统并列运行的稳定性.

（4）灵敏性：

指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力.

3．变电站综合自动化的主要特征是什么？

分布分散式及其优点是什么？

（1）变电站综合自动化的主要特征有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等

（2）分布分散式的优点：

它最大限度地压缩了二次设备及其繁杂的二次电缆，节省土地投资；配置灵活等。

4．微机保护装置软件系统除继电保护功能之外还有哪些功能？

答：

测量功能：

包括相电流、零电流、线电压、相电压、零序电压、频率、有功和无功..

控制功能：

包括断路器和隔离开关的“就地”和“远方”控制，一次设备的分合控制，可调节设备的状态控制，自动重合闸功能等。

状态监测：

包括操作计数、气体压力监测、断路器合闸、电气老化监测等。

功能模块：

独立的输入和输出接口。

具有强大的PLC功能，采用图形化方式。

事件记录：

包括独立的事件生成、用户定义事件、具有事件过滤功能、事件分辨率为ms级

故障录波：

采集故障前、故障时刻及跳闸后相关的电流、电压，相关的开关量信号等

通信功能：

串口用于定值整定及参数设置，与其他机通信的接口。

5．发电机故障类型有哪些？

答：

发电机的故障类型主要有：

（1）定子绕组相间短路；

（2）定子一相绕组内的匝间短路；

（3）定子绕组单相接地；

（4）转子绕组一点接地或两点接地；

（5）转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失。

6．重合闸的不利影响有哪些？

答：

（1）使电力系统又一次受到故障的冲击，并可能降低系统并列运行的稳定性；

（2）使断路器的工作条件变得更加严重，因为它要在很短时间内，连续两次切断短路电流。

三、画图说明题（每题6分，共30分）

1．请画出继电特性图，并简要解释。

答：

（1）继电特性：

无论起动和返回，继电器的动作均是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置。

（2）当Ik＜Iact时，继电器不动作；当Ik≥Iact时，继电器能够突然迅速动作闭合其触点；当Ik≤Iact时，继电器又能突然迅速返回原位，触点重新打开。

2．发电机的横差动保护有两种接线方式，其中有一种接线方式广泛使用，请画出它的接线图，简单说明并指出其优点。

目前广泛应用的接线方式如上图所示，这种接线方式只用一个互感器装于发电机两组星形中点的连线上，其本质是把一半绕组的三相电流之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较。

优点：

这种接线方式没有由于互感器误差所引起的不平衡电流，其起动电流比较小，灵敏度高，且接线非常简单。

3．从功能角度出发，画出典型的微机继电保护装置硬件系统结构图，并辅以简要解释。

微机继电保护装置硬件主要包括数据采集部分（包括电流、电压等模拟量输入变换、低通滤波回路、模数转换等），数据处理、逻辑判断及保护算法的数字核心部分（包括CPU、存储器、实时时钟、WATCHDOG等），开关量输入/输出通道以及人机接口（键盘、液晶显示器）。

4．请画出变电站多分段母线的三主变六分段备用电源自投方式说明图，并说明备用电源自投动作。

三主变六分段方式为三台主变，低压母线采用六分段，即将每段母线各分为两个半段，如下图所示。

三个低压分段开关QF4、QF5、QF6正常运行时一般断开。

设该接线正常运行方式为QF11、QF12、QF21、QF22、QF31、QF32合；QF4、QF5、QF6断，每台变压器带一组母线负载。

备用电源自投动作如下：

（1）母线Ⅰ2失压，母线Ⅱ1有压时，备自投启动跳QF12，合QF4；

（2）母线Ⅲ1失压，母线Ⅱ2有压时，备自投启动跳QF31，合QF5；

（3）母线Ⅲ2失压，母线Ⅰ1有压时，备自投启动跳QF32，合QF6；

（4）母线Ⅰ1失压，母线Ⅲ2有压时，备自投启动跳QF11，合QF6；

（5）母线Ⅱ1失压，母线Ⅰ2有压时，备自投启动跳QF21，合QF4；

（6）母线Ⅱ2失压，母线Ⅲ1有压时，备自投启动跳QF22，合QF5。

5．请画出高频闭锁保护原理图，并简要解释。

高频闭锁方向保护是在外部故障时发出闭锁信号的一种保护。

闭锁信号由短路功率方向为负（指向被保护线路的反方向）的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而将保护闭锁。

设故障发生在BC范围内,则短路功率Sk的方向如图所示.此时安装在线路BC两端的高频保护3和4的功率方向为正,保护应动作于跳闸.故保护3、4都不发出高频闭锁信号,所以在保护起动后,即可瞬时动作,跳开两端的断路器。

但对非故障线路AB和CD,其靠近故障点一端的功率方向由线路流向母线,即功率方向为负,则该端的保护2和5发出高频闭锁信号。

此信号一方面被自己的收信机接收,同时经过高频通道送到对端的保护1和6，使保护装置1、2和5、6都被高频信号闭锁，保护不会将线路AB和CD错误地切除.

四、读图简述原理题（每题6分，共30分）

1．下图为限时电流速断保护动作时限选择原理图，请简单说明其原理。

在保护1电流速断范围以内的故障,将以t’1的时间被切除，此时保护2的限时速断虽然可能起动，但由于t’’2较t’1大一个⊿t,因而从时间上保证了选择性。

当故障发生在保护2电流速断的范围以内时,则将以t’2的时间被切除，当故障发生在速断范围以外且又在线路A-B范围以内时,则将以t’’2的时间被切除.

2．下图为三相星形接线方式，请简述其工作原理。

答：

三相星形接线是将三个电流互感器和三个电流继电器分别按相连接在一起，互感器和继电器均接成星形，在中性线上流回电流，正常时此电流约为零，在发生接地短路时则为三倍零序电流。

三个继电器的启动跳闸回路是并联连接的，相当于“或”回路，其中任一输出均可动作于路闸或启动时间继电器等。

因在每相上均装有电流继电器，故它可以反应各种相间短路和中性点直接接地系统中的单相接地短路。

3．下图为变压器的两种保护示意图，请说明c）和d）各是什么动作情况，并简述其工作原理。

c）重瓦斯动作：

当变压器油箱内部发生严重故障时，如相间短路、铁心起火等，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。

大量的油气混合体在经过瓦斯继电器时，冲击挡板，使下油杯下降，如图c所示。

这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号，这称之为“重瓦斯动作”。

d）严重漏油：

如果变压器油箱漏油，使得瓦斯继电器容器内的油也慢慢流尽，如图d所示。

先是瓦斯继电器的上油杯下降，上触点接通，发生报警信号；接着其下油杯下杯下降，下触点接通，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。

4．下图为发电机的同相不同绕组匝间短路的横差动保护，请阐述发生短路时的电流情况。

在同相的两个绕组间发生匝间短路，当a1≠a2时,由于两个支路的电动势差，将分别产生两个环流I’d和I’’d，此时继电器中的电流为Id，当a1-a2之差值很小时，也将出现保护死区。

当a1=a2时,表示在电动势等位点上短接，此时无环流。

5．下图为三相一次重合闸原理接线框图，请简述断路器由保护动作或其他原因误动作而跳闸时的执行情况。

KTM1为时间元件，KTC1为一次合闸脉冲元件、KCS为合闸继电器、XB1前加速切换片、XB2后加速切换片、HG2--允许重合闸信号灯、KAT--加速继电器。

此时QF1闭合,利用KK1在合闸位置而断路器已经跳闸的这种不对应的条件起动重合闸的时间元件KTM1,经重合闸的延时Tar后起动一次合闸脉冲元件KTC1,

KTC1动作后即发出0.3s的合闸脉冲,经过&1门起动合闸继电器KCS,进行一次重合闸.

KTC2动作后输出高电平,其作用有三:

（1）给KTC1一个6s的保持信号,保证在6s时间内KTC1不再起动,故在重合于永久故障上时，保证重合闸不动作;

（2）经非门F后输出低电平，使电容器C经V2迅速放电,又一次防止了第二次重合的可能性;

（3）提供了重合闸后加速继电保护动作的回路.

若线路上发生的是瞬时性故障，则重合闸成功,断路器合闸后，QF1断开重合闸的起动回路时间元件立即返回,同时C又开始经R充电.经15~25s充电时间后,C两端充满电,整个回路即自动复归原状,准备好再次动作.