电力系统继电保护试题以及答案(1)

模拟试题（二）

一、填空题

1对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足 、 、 、 四个基本要求。

2过电流继电器的启动电流 返回电流，其返回系数 1。

3后备保护包括 和 。

4运行中应特别注意电流互感器二次侧不能 ；电压互感器二次侧不能 。 5三段式电流保护中， 段灵敏度最高， 段灵敏度最低。

6中性点可接地或不接地运行变压器的接地后备保护由 和 组成。 7阻抗继电器的精确动作电流是指使动作阻抗降为 时对应的测量电流。

8采用单相自动重合闸的线路上发生单相短路故障时，由继电保护动作跳开 ，经一定时间延时后重合 ，若不成功再跳开 。

9变压器纵差动保护需要进行 和 ，以使正常运行时流入到差动回路中的电流为0。

10发电机单元件横差动保护能够反应 故障、 故障和 故障。 11按照母线差动保护装置差电流回路输入阻抗的大小，可将其分为 、 、 。

12对于元件固定连接的双母线电流差动保护，当固定连接方式破坏时，任一母线上的故障将切除 。

13输入到微机保护装置中的电流互感器二次电流信号，可通过 或 变换为满足模数转换器输入范围要求的电压信号。

14中性点直接接地系统发生短路故障后， 的故障分量电压最大， 的故障分量为0。

15设采样周期为5/3s T ms =，则差分滤波器()()(-12)y n x n x n =-能够滤除 。

二、简答题

1我们学习的输电线路保护原理中那些原理是反应输电线路一侧电气量变化的保护？那些是反应输电线路两侧电气量变化的保护？二者在保护范围上有何区别？

2距离保护中选相元件的作用有哪些？

3闭锁式方向纵联保护动作于跳闸的条件是什么？若通道破坏，内、外部故障时保护能否正确动作？

4重合闸前加速保护有哪些优点？

5对于纵差动保护，产生不平衡电流的最本质原因是什么？

6变压器一般应装设那些保护？其中那些是主保护？

7评价微机保护算法优劣的标准有哪两个？

三、分析计算题

1已知线路的阻抗角65L ?=?，通过线路的负荷功率因数为0.9。当线路上发生金属性短路故障时，继电保护的启动元件的灵敏系数采用方向阻抗继电器大，还是采用全阻抗继电器大？大多少？

2现有一个三单元级联滤波器，各单元滤波器的滤波方程为：1()()(2)y n x n x n =--，211()()(6)y n y n y n =--，2

320()()i y n y n i ==-∑。设每基频周期采样次数12N =，试：

（1）分析该级联滤波器能够滤除那些次数的谐波。

（2）写出该级联滤波器的差分方程表达式。

3在图1所示网络中的AB 、BC 、BD 、DE 上均装设了三段式电流保护；保护均采用了三

相完全星形接法；线路AB 的最大负荷电流为200A ，负荷自启动系数 1.5ss K =， 1.25I rel K =，

1.15II rel K =， 1.2III rel K =，0.85re K =，0.5t s ?=；变压器采用了无时限差动保护；其它参数如图所

示。图中各电抗值均已归算至115kV 。试计算AB 线路各段保护的启动电流和动作时限，并校验II 、III 段的灵敏度。

X X 1s

=

图1 系统接线图

4如图2所示系统，在线路MN 上装设纵联电流相位差动保护。已知60j M N

E E e

?=&&，80

j N N Z Z e ?=，

70j M M Z Z e ?=，线路长400km ，电流互感器和保护装置的角误差分别为7?和15?，

裕度角y ?取15?。问：当纵联电流相位差动保护的闭锁角60b ?=?和70b ?=?时，两侧保护是否都保证在线路K 点三相短路时正确动作？为什么？

图2系统接线图

模拟试题（二）参考答案

一、填空题

1选择性；速动性；灵敏性；可靠性。

2大于；小于。

3远后备保护，近后备保护。 4断线；短路。 5III ，I 。

6零序电流保护，零序电压保护。 70.9set Z 。

8故障相；故障相；三相。 9相位校正，电流平衡调整。

10定子绕组的匝间短路、分支线棒开焊、机内绕组相间短路。

11低阻抗母线差动保护、中阻抗母线差动保护、高阻抗母线差动保护。 12两组母线。

13电抗变换器，电流变换器。 14故障点；系统中性点。

15直流分量、基波和2、3、4、5、6次谐波。

二、简答题

1答：反应输电线路一侧电气量变化的保护有：电流保护、电压保护、距离保护等；反应输电线路两侧电气量变化的保护有：方向比较式纵联保护、纵联电流差动保护、纵联电流相位差动保护等。反应一侧电气量变化的保护的保护范围为被保护线路全长的一部分；反应两侧电气量变化的保护的保护范围为被保护线路全长。

2答：（1）选相跳闸；（2）为了找出故障环路，使阻抗测量元件准确反应故障点到保护安装处的距离。

3答：闭锁式方向纵联保护动作跳闸的条件是两端保护的启动元件均已启动且收不到对端

的闭锁信号。

若通道破坏，区内故障时两端保护能够正确动作；但区外故障时，远故障端的保护因为收不到近故障端的闭锁信号，将可能误动。

4答：①能够快速切除瞬时性故障；②可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合闸的成功率；③能保证发电厂和重要变电所的母线电压水平，保证厂用电和重要用户的电能质量；④使用设备少，简单、经济。

5答：由于被保护元件各侧电流互感器的励磁特性不完全一致，在正常运行及外部故障时，流过纵差动保护的电流不为零。

6答：一般应装设：瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、外部相间短路和接地短路时的后备保护、过负荷保护、过励磁保护等。其中，瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护为主保护。

7答：计算速度和计算精度。

三、分析计算题

1答：采用方向阻抗继电器时灵敏度更大。采用全阻抗继电器的灵敏度只有方向阻抗继电器灵敏度的0.78倍。

2答：（1）直流分量、2、4、6。

（2）()()(-1)(-3)(-4)(-6)(-7)(-9)(-10)y n x n x n x n x n x n x n x n x n =+----++。 3答：（1）短路电流计算。选取图3中的1K 、2K 、3K 点作为计算点。

2

K 3

图3

三相短路计算结果如表1所示。

（2(3).1 1.max 1.25 1.795 2.244(kA)I I set rel K I K I ==?B ，10()I t s = （3）电流保护II 段 (3).3 2.max 1.25 1.253 1.566(kA)I I set rel K I K I ==?B ，.1.3 1.15 1.566 1.801(kA)II II I set rel set I K I ==?B 灵敏度校验：(2)

(3)1.min

1.min 1.438(kA)K K I

==，(2)1.min

.1.1

1.4380.7981.801II

K sen II

set I K I ==B ，不满足要求。 与保护3的II 段相配合：保护3的II 段按可伸入变压器而不伸出变压器整定。

(3).3 3.max 1.150.4990.574(kA)II II set rel K I K I ==?B ，.1.3 1.150.5740.660(kA)II II II set rel set I K I ==?B 灵敏度校验：(2)1.min .1

.1

1.438

2.1790.660II

K sen II

set I K

I ==B ，满足要求。 130.50.51()II II

t t t s =+?=+=

（4）电流保护III 段

.1max 1.2 1.50.20.433(kA)0.85

III III

rel ss set L re K K I I K ?==?B 灵敏度校验：作为本线路的后备保护(2)1.min .1.1 1.438 3.3210.433III

K sen III set I K

I ==B ，满足要求。 作为相邻下一线路的后备保护(2)2.min .1.1

1.027

2.3720.433III K sen III set I K

I ==B ，满足要求。 143()III III t t t t s =+?+?= 4答：根据已知可绘制图4。由图4可见，M I &与N I &之间的夹角为70°

。

M E N E M

I 10?

图4

当线路K 点三相短路时，线路两侧收信机收到高频信号的相位差分别为：

M 侧：400707156116100

M ?=?+?+?+??=?；高频信号间断最大可能为18011664?-?=? N 侧：40070715668100

N ?=?+?+?-??=?；高频信号间断最大可能为18068112?-?=? 当60b ?=?，M 、N 侧保护都能动作。

当70b ?=?，N 侧保护首先动作，M 侧保护相继动作。

试题1答案

一、单项选择题(每小题2分，共30分。从四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题目后面的括号内。)

1．1电流保护I段的灵敏系数通常用保护范围来衡量，其保护范围越长表明保护越(③ )

①可靠②不可靠③灵敏④不灵敏

2．限时电流速断保护与相邻线路电流速断保护在定值上和时限上均要配合，若(③ )不满足要求，则要与相邻线路限时电流速断保护配合。

①选择性②速动性③灵敏性④可靠性

3．使电流速断保护有最小保护范围的运行方式为系统(② )

①最大运行方式②最小运行方式

③正常运行方式④事故运行方式

4．在中性点非直接接地电网中的并联线路上发生跨线不同相两点接地短路时，两相星形接线电流保护只切除一个故障点的几率为(② )。

①100％②2／3 ③1／3 ④ 0

5．按900接线的功率方向继电器，若I

J =-Ic，则U

J

应为(② )

①U

AB ②-U

AB

③U

B

④-U

C

6．电流速断保护定值不能保证( ② )时，则电流速断保护要误动作，需要加装方向元件。

①速动性②选择性③灵敏性④可靠性

7．作为高灵敏度的线路接地保护，零序电流灵敏I段保护在非全相运行时需(④)。

①投入运行②有选择性的投入运行

③有选择性的退出运行④退出运行

8．在给方向阻抗继电器的电流、电压线圈接入电流电压时，一定要注意不要接错极性，如果接错极性，会发生方向阻抗继电器(③ )的后果。

①拒动②误动

③正向故障拒动或反向故障误动④损坏

9．方向阻抗继电器的最大灵敏角是可以调节的。调节方法是改变电抗变换器DKB (④ )

①原边匝数②副边匝数

③原边线圈中的电阻大小④副边线圈中的电阻大小

10．距离II段的动作值应按分支系数Kfz为最小的运行方式来确定，目的是为了保证保护的(② )。

①速动性②选择性③灵敏性④可靠性

11．相间短路的阻抗继电器采用00接线。例如I

J =I

B

-I

A

时，U

J

=( ② )。

①U

B ②U

B

-U

A

③U

A

-U

B

④U

A

12．差动保护只能在被保护元件的内部故障时动作，而不反应外部故障，具有绝对(① )。

①选择性②速动性③灵敏性④可靠性

13．对于间接比较的高频保护，要求保护区内故障时保护动作行为不受通道破坏的影响，应该选择的间接比较信号是(③ )。

①允许信号②跳闸信号③闭锁信号④任意信号

14．相高频保护用I1+KI2为操作电流，K=6~8，主要是考虑( ③ )相位不受两侧电源相位的影响，有利于正确比相。

①正序电流②零序电流③负序电流④相电流

15．高频保护基本原理是：将线路两端的电气量（电流方向或功率方向）转化为高频信号；以

( ③ )为载波传送通道实现高频信号的传送，完成对两端电气量的比较。

①微波通道②光纤通道③输电线路④导引线

二、(本题满分20分)

如图网络，试计算保护1电流速断保护的动作电流，动作时限及最小保护范围，并说明当线路长度减到20KM时情况如何?由此得出什么结论?已知Kk’=1.2,z1=0.4Ω/km,Zs.min=12Ω, Zs.max=18Ω。

解：I

dB .

max

= Es/(Zs.min + z1×L

AB

)

I

dz.A ’ = Kk'I

dB

.

max

)

2

3

(

1

max

.

.

'

1

min s

A

dz

s Z

I

E

Z

l-

?

=

LAB=60 km: LAB=20 km:

Idz’ = 2.21 (kA) Idz’ = 3.98 (kA)

Lmin =19.95 (km) Lmin =-8.92(km)

被保护线路的长度很短时，电流速断保护可能没有保护范围。

三、(本题每小题5分，满分10分)

在单电源环网系统中，馈电线路过电流保护动作时限如图所示。1.计算输电线路过电流保护动作时间；2.哪些线路过电流保护必须安装功率方向元件?如果需要安装,在图中标明功率方向元件及其动作正方向。

2s 1s 2.5s

0.5s 1.5s 1.5s 0.5s

四、 (本题满分10)

如图所示，各线路均装有距离保护，已知：Zs1.max=20Ω，Zs1.min=15Ω，

Zs2.max=25Ω，Zs2.min=20Ω，z1= 0.4Ω／km, Kk’’=0.8。计算保护1的距离II段

动作定值并校验动作灵敏度。

110KV 45KM 30KM

Kb=Ibc/Iab=[ 1+(zs1+zab)/zs2];

Kb.min =[ 1+(15+18)/25]=2.32;

Zdz A’’= Kk’’(ZAB+Kb×ZBC) =36.67Ω

Klm= Zdz A’’/ ZAB=2.04>1.25

五、(本题每小题5分，满分15分)

高频闭锁方向保护的原理框图如下。1.分别叙述保护动作区内部与外部故障时的保

护的动

作过程；2.说明原理框图中各元件的功能与作用；3.如果通道遭到破坏，当内部故

障和外部故

障时，保护的工作会受到何影响?

1．动作过程：

?保护区内故障：两侧保护方向元件I,I’,S+动作，I’,S+动作后闭锁发讯，两侧保护均不发讯，

保护动作跳闸

?保护区外故障：近故障侧保护方向元件S+不动作，I动作后启动发讯，闭锁对侧保护

2．元件的功能与作用：

S+ ：保护正方向故障时动作的功率方向元件；

I，I’：故障起动元件

t1: 区外故障切除后，近故障端保护继续发讯 t1 以闭锁对端保护,用于防止近故障端保护I先

返回（停止发讯）、远故障端S+ ， I’后返回时引起的误动

t2: 通道配合延时。区外故障时，远故障端S+ ， I’动作，需经t2延时才能出口，以保证可靠

收到对侧闭锁信号

3．如果通道遭到破坏，内部故障/外部故障时，保护正确/错误动作。

六、 (本题每小题5分，满分15分)

1．零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在那种情况下起作用？

区别:零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的定值整定原则不同，动作灵敏度不同

零序电流灵敏I段动作灵敏度高，作为全相运行、发生接地故障时的接地保护，非全相运行时需退出运行；零序电流不灵敏I段的动作灵敏度低，作为非全相运行、发生接地故障时的接地保护

2．说明三种圆特性阻抗继电器，那一种受过渡电阻影响最小？那一种受系统振荡影响最小？那一种躲负荷能力最强？

受过渡电阻影响最小依次为: 全阻抗继电器/偏移/方向；

受系统振荡影响最小依次为:方向/偏移/全阻抗继电器；

躲负荷能力最强依次为:方向/偏移/全阻抗继电器；

3．闭锁式方向高频保护中采用负序功率方向继电器有何优点？

(1)可反应所有不对称故障; 增加电压记忆后,也可反应三相对称故障;

(2)没有电压死区; 保护区外故障时, 近故障侧负序电压( 功率 )高于远故障侧负序电压

( 功率 ), 容易实现灵敏度配合

(3)振荡时三相对称,不存在负序分量,负序功率方向元件不误动

试题2答案

一、(本题每小题2分，满分20分)

1．定时限过电流保护的动作时限是按阶梯时限特性来选择的。

2．在中性点非直接接地电网中的串联线路上发生跨线不同相两点接地短路时，三相完全星接线

电流保护只切除远离电源故障点的几率为 100％。

3．零序过电流保护与相间过电流保护相比，由于其动作电流小，所以灵敏度

高。

4．按90o接线的功率方向继电器，若I J =-Ic，则U J应为U CB。5．全阻抗继电器的主要缺点是无方向性。

6．短距离输电线路比长距离输电线路受过渡电阻的影响要大。

7．距离III段的灵敏度校验应按分支系数K fz为最大的运行方式来确定，目的是为了保证灵敏性。

8．在双侧电源系统中，当两电压电势模值相同且系统阻抗角和线路阻抗角相等时，振荡中心处

于ZΣ/2处。

9．相差高频保护采用比较线路两端正序电流相位来反应对称短路。

10．对于母线保护，通常把可靠性放在重要位置。

二、(本题每小题10分，满分20分)

如图所示，在110KV 输电线路中，单位线路长度的阻抗为:X1=0.4(Ω/km),可靠系数

Kk’=1.25；系统阻抗为:Zs.max=6Ω, Zs.min=4Ω。

1. 计算：线路AB 的电流速断保护一次动作值与电流速断保护最小保护范围。

2．比较不完全星形接线两继电器方式与三继电器方式过电流保护的差别。

1.

5s

110kV 45km 30km

解：I dB.max = Es/(Zs.min + z1×L AB)

I

dz.A ’ = Kk'I

dB

.

max

)

2

3

(

1

max

.

.

'

1

min s

A

dz

s Z

I

E

Z

l-

?

=

可解得：

Idz’ = 3.77 (kA) Lmin =23.1(km)

三、(本题每小题5分，满分10分)

在双电源系统中，馈电线路过电流保护动作时限如图所示（设电源处故障均有瞬动保护）。

1.计算输电线路过电流保护动作时间;

2.哪些线路过电流保护必须安装功率方向元件?如果需要安装,在图中标明功率方向元件及其动作正方向。

1.5s 1s

2.5s

2.5s 1.5s 2s

解：t5=0s , t3=max{t5,t11,t12}+Δt=2.5s+0.5s=3s , t1=max{t3,t9,t10}+Δt=3s+0.5s=3.5s

t2=max{t7,t8}+Δt=2.5s+0.5s=3s , t4=max{t2,t911,t10}+Δt=3s+0.5s=3.5s ,

t6=max{t4,t11,t12}+Δt=3.5s+0.5s=4s

图中标明了功率方向元件动作正方向

四、 (本题每小题10分，满分20分)

如图所示，各线路均装有采用方向阻抗继电器的距离保护，已知：Zs1.max=15Ω，Zs1.min=10Ω，

Zs2.max=20Ω，Zs2.min=15Ω，z1= 0.4Ω／km, ?lm=750，?d=750；可靠系数Kk’=Kk’’=0.8。

110KV 50KM 25KM

1.计算保护1的距离II段动作定值并校验动作灵敏度。

2.在保护安装处出口短路时，距离保护一段容许的过渡电阻是多少？距离保护一段容许的最大过渡

电阻又

是多少？保护A出口20KM处发生相间短路，过渡电阻分别为10Ω、15Ω和25Ω时，保护A一段是

否动作？

为什么？

解：1.Kb=Ibc/Iab=[ 1+(zs1+zab)/zs2];Kb.min =[ 1+(10+20)/20]=2.5;

Zdz A’’= Kk’’(ZAB+Kb×ZBC) =32Ω；Klm= Zdz A’’/ ZAB=1.6>1.25

2.线路AB的一段定值为：Zdz A’＝16Ω；方向阻抗继电器园半径为：r=Zdz A’/2=8Ω，因此，保护A出口20KM处发生金属性相间短路时，短路阻抗为：Zd=20×0.4=8Ω，位于方向园的园心；过渡电阻分别为10Ω、

15Ω和25Ω时，保护A一段均不动作，因为此时过渡电阻大于园半径，测量阻抗均位于园外

五、(本题每小题5分，满分10分)

高频闭锁方向保护的原理框图如下：

1.分别叙述保护动作区内部与外部故障时的保护的动作过程，说明原理框图中各元件的功能与作用。

为什么要采用两个灵敏性不同的起动元件?

2.如果通道遭到破坏，当内部故障和外部故障时，保护的工作会受到何影响?

解：

1．动作过程：

?保护区内故障：两侧保护方向元件I,I’,S+动作，I’,S+动作后闭锁发讯，两侧保护均不发讯，

保护动作跳闸

?保护区外故障：近故障侧保护方向元件S+不动作，I动作后启动发讯，闭锁对侧保护

2．元件的功能与作用：

S+ ：保护正方向故障时动作的功率方向元件；I，I’：故障起动元件

t1: 区外故障切除后，近故障端保护继续发讯 t1 以闭锁对端保护,用于防止近故障端保护I先

返回（停止发讯）、远故障端S+ ， I’后返回时引起的误动

t2: 通道配合延时。区外故障时，远故障端S+ ， I’动作，需经t2延时才能出口，以保证可靠

收到对侧闭锁信号

3．如果通道遭到破坏，内部故障/外部故障时，保护正确/错误动作。

六、 (本题每小题5分，满分20分)

1．中性点直接接地系统为什么不利用三相相间电流保护兼作零序电流保护，而要采用零序电流保护? 答：由于中性点直接接地系统中，单相接地短路故障几率很大（总故障80%以上），大电流接地

系统单相接地短路出现很大故障相与零序短路电流，而相电流保护灵敏度不够，故需单独设零

序电流保护。

2．说明双侧电源线路上实现同期重合闸时，检同期重合闸和检无压重合闸的工作方式与同期合闸条件。答：两侧保护跳闸后，线路无压，则无压检定侧首先合闸，使线路充电，同步检定侧检查同步

条件合格后允许同步合闸。如果无压检定侧DL偷跳，因对侧有压，不允许ZCH动作；为此在

无压检定侧同时使用同步检定，由同步检定起动ZCH。重合闸于故障时，无压检定侧DL连续

两次切除故障电流，工作条件恶劣，需定期更换检定方式。注意：同步检定侧不允许投入无压

检定方式。同期合闸条件为：(1)Um ≈Ux；(2)fm ≈fx；(3)arg(Um/Ux)≈0 3．相高频保护为什么用I1+KI2为操作电流？K值过大或过小对保护有何影响？

答：相差高频保护中，将三相电流综合为复合电流(I1+KI2)比相，可正确反映各种不同类型的故障；(I1+KI2)控制高频发讯机发讯（对高频电流进行调制），称为操作电流。K=6~8，保证了各

种区内各种不对称故障的灵敏性；I1 保证了在区内三相对称故障时操作元件的可靠工作。K值过大时难以保证三相故障时保护的灵敏度，过小则不利于不对称故障时的正确比相。

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