电力系统继电保护模拟试题一及答案

模拟试题（一）
一、填空题
1继电保护装置一般由 、 、 三部分组成。

2继电保护的可靠性包括 和 ，是对继电保护性能的最根本要求。

3低电压继电器的启动电压 返回电压，返回系数 1。

4在中性点非直接接地电网中，发生单相接地短路时， 处零序电压最高； 处零序电压为0；零序电流的分布主要取决于 。

5自耦变压器高、中压两侧的零序电流保护应分别接于 上。

6功率方向继电器的内角30α=︒，其动作范围 arg
J
J
U I ≤≤ 。

7单侧电源线路上发生短路故障时，过渡电阻的存在使方向阻抗继电器的测量阻抗 ，保护范围 。

8检查平行双回线路有电流的自动重合闸，当另一回线有电流时，表示 ，可以进行重合闸。

9变压器瓦斯保护反应油箱内部所产生的气体或油流而动作，其中 动作于信号， 动作于跳开变压器各电源侧的断路器。

10低电压起动过电流保护和复合电压起动过电流保护中，引入低电压起动和复合电压起动元件是为了提高过电流保护的 ，此时过电流保护的定值不需要考虑 。

11电流比相式母线保护的基本原理是根据母线在内部故障和外部故障时各连接元件 实现的。

12断路器失灵保护属于 后备保护。

13微机保护的硬件一般包括 、 、 三部分。

14微机保护中半周积分算法的依据是 。

15微机保护装置的功能特性主要是由 决定的。

二、简答题
1继电保护的基本任务是什么?
2当纵联差动保护应用于线路、变压器、母线时各有什么特殊问题？这些问题可用什么方法加以解决？
3什么是纵联电流相位保护的闭锁角？那些因素决定闭锁角的大小？ 4什么是重合闸后加速保护？主要适用于什么场合？
5变压器纵差动保护中消除励磁涌流影响的措施有哪些？它们分别利用了励磁涌流的那些特点？
6发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般可分为那三个阶段？各个阶段都有那些特征？
7微机保护中启动元件的作用有哪些？ 三、分析计算题
1某方向阻抗继电器8set Z =Ω，80sen ϕ=︒，当继电器的测量阻抗为650∠︒Ω时，该继电器是否动作？
2设1200s f Hz =，设计一加法滤波器，要求滤掉1、3、5等奇次谐波，写出其差分方程表达式。

3在图1所示网络中装设了反应相间短路的距离保护。

已知：线路的正序阻抗10.45/x km =Ω；系统阻抗：min 20Ms x =Ω，min 10Ns x =Ω，max max 25Ms Ns x x ==Ω；
0.85I II rel rel K K ==。

试对距离保护1的第I 、II 段进行整定计算，并校验II 段灵敏度。

图 1
4在图2所示单侧电源线路MN 上装有比较12I KI +相位的纵联电流相位差动保护。

已知：线路的阻抗10.4/x km =Ω，0
1.4/x km =Ω；系统阻抗：127s s x x ==Ω，010s x =Ω。

问：不考虑负荷电流的影响，K 为何值时，在线路末端K 点发生两相接地短路时，保护将拒绝动作？
K
图 2
模拟试题（一）参考答案
一、填空题
1测量比较元件、逻辑判断元件、执行输出元件。

2安全性，信赖性（或动作安全性，动作可信赖性）。

3小于；大于。

4故障点；接地中性点；变压器中性点是否接地。

5本侧三相电流互感器的零序电流滤过器。

6－120°，60°。

7增大，缩小。

8两侧电源仍保持联系，一般是同步的。

9轻瓦斯保护，重瓦斯保护。

10灵敏度，变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷。

11电流相位的变化。

12近。

13数据采集系统（或模拟量输入系统），微型机主系统、开关量（或数字量）输入输出系统。

14一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数。

15软件。

二、简答题
1答：(1)自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
（2）反应电力设备的不正常工作状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。

2答：应用于线路的特殊问题：两侧信息的交换和线路的对地电容。

解决措施：利用高频通道、光纤通道等交换信息；改进算法来消除对地电容的影响。

应用于变压器的特殊问题：励磁涌流、两侧电流互感器的变比不一致。

解决措施：采用励磁涌流识别算法和补偿措施。

应用于母线的特殊问题：电流互感器的饱和问题。

解决措施：采用具有制动特性的母线差动保护、TA 线性区母线差动保护、TA 饱和的同步识别法等。

3答：为了保证在任何外部短路条件下保护都不误动，需要分析区外短路时两侧收到的高频电流之间不连续的最大时间间隔，并加以闭锁。

这一时间间隔所对应的工频相角差就为
闭锁角。

影响闭锁角大小的因素主要有：电流互感器的角误差、保护装置中滤序器及受发信操作回路的角度误差、高频信号在线路上传输所引起的延迟等。

4答：重合闸后加速保护就是当第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行重合。

如果重合于永久性故障，则在断路器合闸后，再加速保护动作瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。

重合闸后加速保护应用于35kv 以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。

5答：①采用速饱和中间变流器；利用励磁涌流中含有大量的非周期分量的特点；②二次谐波制动的方法；利用励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点；③鉴别波形间断角的方法；利用励磁涌流的波形会出现间断角的特点。

6答：（1）失磁后到失步前：发电机送出电磁功率P 基本保持不变，发电机变为吸收感性的无功功率；机端测量阻抗与P 有密切关系，其轨迹呈现等有功阻抗图。

（2）临界失步点：发电机功角90δ︒＝；发电机自系统吸收无功功率，且为一常数；机端测量阻抗的轨迹呈现等无功阻抗图。

（3）静稳破坏后的异步运行阶段：异步运行时机端测量阻抗与转差率s 有关，当s 由-∞→+∞变化时，机端测量阻抗处于异步边界阻抗圆内。

7答：（1）闭锁作用。

在高压输电线路保护中，闭锁作用由装置的总起动元件或各保护起动元件组合来实现。

（2）进入故障处理程序作用。

三、分析计算题
1答：在50︒时的动作阻抗为4350 6.92850()op Z =∠︒∠︒Ω；因为6.9286>，所以该继电器动作。

2答：因为1200s f Hz =，所以24N =。

又已知加法滤波器能够滤除的谐波次数(12)2N
m I k
=
+（I 为正整数或0）
，则()()(12)y n x n x n =+-。

3解：1保护1第I 段：.119.125I
set Z =Ω；10I t s =。

2保护1第II 段：.230.6I set Z =Ω；.11.min .2()II II I set rel M N b set Z K L z K Z -=+。

用图3所示网络计算.min b K 。

图3 求分支系数所用网络
.min 67.5 2.725b K =
=，则.10.85(22.5 2.730.6)89.352()II
set Z =⨯+⨯=Ω .289.352 3.971 1.2522.5
II sen K =
>，满足要求。

4答：只有在120I KI +=时，保护才可能拒动。

因此首先要求得1I 、2I 。

在线路末端K
点发生两相接地短路：127200.415()X X ∑∑==+⨯=Ω，01020 1.438()X ∑=+⨯=Ω。

则
1 2.578(kA)151538
K I =
+
+，238
2.578 1.848(kA)1538
K I =-
⨯-+
由120I KI +=，则1122 2.578 1.3951.848
K K I I K I I =-=-=。

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 可靠 、 选择 、 灵敏 、 快速 四个基本要求。

2过电流继电器的启动电流 大于 返回电流，其返回系数 小于 1。

3后备保护包括 近后备 和 远后备 。

4运行中应特别注意电流互感器二次侧不能 开路 ；电压互感器二次侧不能 短路 。

5三段式电流保护中， III 段灵敏度最高， I 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 零序电流保护 和 零序电压保护 组成。

7阻抗继电器的精确动作电流是指使动作阻抗降为 0.9set Z 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 故障相 ，经一定时间延时后重合 故障相 ，若不成功再跳开 三相 。

9变压器纵差动保护需要进行 相位校正 和 电流平衡调整 ，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 定子绕组的匝间短路 故障、 分支线棒开焊 故障和 机内绕组相间短路 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 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 两组母线 。

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 电抗变换器 或 电流变换器 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， 故障点 的故障分量电压最大， 系统中性点 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 =-能够滤除直流分量、基波和2、3、4、5、6次谐波。

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 ϕ=︒，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 ︒=
，
80j 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 ϕ取15︒。

问：当纵联电流相位差动保护的闭锁角60b ϕ=︒和70b ϕ=︒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？
M 1
M
E
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）电流保护I 段
(3).1 1.max 1.25 1.795
2.244(kA)I I set rel K I K I ==⨯，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 ==⨯，.1.3 1.15 1.566
1.801(kA)II II I set rel set I K I ==⨯
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 ==，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 1.150.499
0.574(kA)II II set rel K I K I ==⨯，.1.3 1.150.574
0.660(kA)II II II
set rel set I K I ==⨯
灵敏度校验：(2)1.min .1
.1
1.438
2.1790.660II
K sen II
set I K
I ==，满足要求。

130.50.51()II II
t t t s =+∆=+=
（4）电流保护III 段
.1
max 1.2 1.50.2
0.433(kA)0.85
III III rel ss set L re K K I
I K ⨯==⨯
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 ==，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 ==，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 I
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：400
707156116100
M ϕ=︒+︒+︒+⨯︒=︒；高频信号间断最大可能为18011664︒-︒=︒ N 侧：400
70715668100
N ϕ=︒+︒+︒-
⨯︒=︒；高频信号间断最大可能为18068112︒-︒=︒ 当60b ϕ=︒，M 、N 侧保护都能动作。

当70b ϕ=︒，N 侧保护首先动作，M 侧保护相继动作。