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黑龙江省遴选竞赛题(二)


继电保护竞赛题(二) 一、填空(每题 1 分,共 20 分) 1 振荡时系统任何一点电流和电压之间的相位角都随着 (功角) 的变化而变化, 而短路时, 电流和电压间的(相位角)基本不变。 2 线路末端接地故障对侧断路器三相跳开后,线路零序电流通常(有较大增长) 。对侧断 路器单相先跳闸时,本侧零序电流(变化不大) 。 3 微机继电保护装置室内最大相对湿度不应超过(75%) ,应防

止灰尘和不良气体侵入。微 机继电保护装置室内环境温度应在(5—30 度)范围内,超过此范围应装设空调。 4 (辅助保护)是为主保护和后备保护的性能而增设的简单保护, (异常运行保护)是反 映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。 5 110KV 线路宜采用(远)后备保护,220KV 线路保护宜采用(近)后备保护。 6 一般情况下应按照以下原则实现主保护的双重化:设置两套(完整) 、独立的全线速动 主保护;两套主保护的交流电流、电压回路及(直流电源)彼此独立。 7 电力设备由一种运行方式转为另一种运行方式的操作过程中,被操作的有关设备均应在 (保护的范围内) ,部分保护装置可短时失去(选择性) 。 8 保护装置或继电器应进行的绝缘试验有以下项目: (工频耐压试验) 、绝缘电阻试验、 (冲击电压试验) 。 9 电流互感器二次负担等于电流互感器 (两端电压) 除以电流互感器 (绕组内流过的电流) 。 10 在电路中某测试点的电压和标准比较电压(U0=0。775V)之比取(常用对数的 20 倍) , 称为该点的电压绝对电平。 11 跨越衰耗是指(相邻通道之间)的衰耗,其大小等于相邻通道间的(相对)电平值。 12 对于采用单相重合闸的线路,潜供电流的消弧时间决定于多种因素:它除了与故障电流 的大小及持续时间、线路的绝缘条件、风速、空气湿度或雾的影响等有关以外,主要决 定于(潜供电流的大小)和(潜供电流与恢复电压)的相位关系。 13 在 11 微机保护距离插件中,对出口故障为保证其方向性,采用(故障前电压)与(故 障后电流阻抗比相)的方法,以消除电压死区。 14 在 11 微机保护在正常运行中打印 BADDRV 有如下原因:开出回路不好、 (反馈回路不 好)(告警继电器没有返回) 、 。 15 LFP-901 保护在任一反方向元件动作立即闭锁 (正方向元件的停信回路)以防止故障 , (功 率倒方向)时误动。 16 断路器失灵保护应有负序、零序和低电压闭锁元件,对于变压器、发电机-变压器组采用 分相操作的断路器,允许只考虑(单相拒动) ,应用零序电流代替(相电流判别元件和 电压闭锁元件) 。 17 当一个半断路器接线方式的一串中的中间断路器拒动,应采用(远方跳闸装置) ,使(线 路对端断路器跳闸并闭锁其重合闸)的措施。 18 为防止变压器后备阻抗保护电压断线误动必须同时采取以下措施:装设电压断线闭锁装 置、 (装设电流突变量元件)或(负序电流突变量元件)作为启动元件。 19 交直流回路都是独立系统,直流回路是绝缘系统而交流回路是接地系统,若共用一条电 缆,两者之间一旦发生短路就造成(直流接地) ,同时影响了交、直流两个系统,平时 也容易互相(干扰) ,还有可能降低对直流回路的绝缘电阻,所以交直流回路不能共用 一条电缆。 20 继自装置的检验分三种:新安装设备的验收检验、运行中装置的定期检验、运行中装置 的补充检验,其中定期检验分全部检验、 (部分检验) (用装置进行断路器跳合闸检 、 验) 。

二、判断(每题 1 分,共 10 分) 1 高频保护中,在选择高频电缆长度时要避开电缆长度接近 1/8 波长或 1/8 波长整数倍的 情况。 (错) 2 反射衰耗是根据负载阻抗不等于电源内阻抗时所引起的能量损耗确定的衰耗。 (对) 3 220V 直流回路对地应承受工频试验电压 2000V。 (错) 4 电网频率的变化对方向阻抗继电器动作特性有较大的影响,可能导致保护区的变化以及 在某种情况下正反向出口短路故障时失去方向性。 (对) 5 自耦变压器中性点必须直接接地运行。 (对) 6 电流互感器励磁阻抗小,电抗变压器励磁阻抗大。 (错) 7 采用单相重合闸的线路的零序电流保护的最末一段的时间要躲过重合闸周期。 (对) 8 线路发生两相短路时短路点处正序电压与负序电压的关系为 UK1>UK2。 (错) 9 在大电流接地系统中,当相邻平行线停运检修并在两侧接地时,电网接地故障线路通过 零序电流,将在该运行线路上产生零序感应电流,此时在运行线路中的零序电流将会减 少。 (错) 10 综合重合闸与线路保护接口分 N、M、R、Q 等端子,其中 M 端子供非全相运行时会误 动的保护接入。 (对) 三、问答(每题 6 分,共 24 分) 1 设电流互感器变比为 600/5,预先录好正弦电流波形基准值(有效值)为 1.0A/mm。现 在录得电流正半波为 13mm,负半波为 3mm,计算其一次值的直流分量、交流分量及全波 有效值。 答:直流分量: I-=(13-3/2)*1。0*1。414*600/5=600*1。414(A) 交流分量 I~=(13+3/2)*1。0*600/5=960A 全波有效: I=1281。3A 2 用一次电流及工作电压进行检验的目的是什么? 答:对新安装的或设备回路经较大变动的装置,在投入运行以前,必须用一次电流和工作电 压加以检验,目的是: 1)对接人电流、电压的相互相位、极性有严格要求的装置(如带方向的电流保护、距离 保护等),判定其相别、相位关系以及所保护的方向是否正确。 2)判定电流差动保护(母线、发电机、变压器的差动保护、线路纵差保护及横差保护等) 接到保护回路中的各组电流回路的相对极性关系及变比是否正确。 3)判定利用相序滤过器构成的保护所接人的电流(电压)的相序是否正确,滤过器的调 整是否合适。 4)判定每组电流互感器的接线是否正确,回路连线是否牢靠。定期检验时,如果设备回 路没有变动(未更换一次设备电缆、辅助变流器等),只需用简单的方法判明曾被拆动的二次 回路接线确实恢复正常(如对差动保护测量其差电流,用电压表测量继电器电压端子上的电 压等)即可。

3 有一台变压器 Y/Δ -11 接线,在其差动保护带负荷检查时,测得 Y 侧电流互感器电流相 位关系为 IB 超前 IA 60°, 超前 IC 150°, 超前 IB 150°, IC 为 8。 IA IC 且 65A, IA=IB=5A, 试分析变压器 Y 侧电流互感器是否有接线错误,并改正之(用相量图分析) 。

答:变压器 Y 侧 B 相接反 Ia=Ia1+Ib1=5 Ib=-Ib1-Ic1=5 Ic=Ic1-Ia1=8.66 改正后: Ia=Ia1-Ib1=5 Ib=Ib1-Ic1=5 Ic=Ic1-Ia1=5 4 为什么屏蔽电缆的屏蔽层使用导电性能好的铜网? 答:下图表示电磁干扰的原理:

在图(a)中, 干扰源导线中电流产生的磁通以虚线同心圆表示, 这些磁通的一部分包围 控制电缆芯和其屏蔽层(可近似认为包围这两者的磁通相等), 称为干扰磁通。 它在电缆心和 屏蔽层中,产生一电势 ES,产生屏蔽层电流 IS。如图(b)所示。电势 ES 为: ES=-L (dI/dt) = IS*RS+jIS*XS 屏蔽层电流所产生的磁通包围着屏蔽层,也全部包围着电缆心,这些磁通和外导线产 生的干扰磁通方向相反,故称为反向磁通,在图中以实线同心圆表示。设屏蔽层对电缆心的 互感抗为 XM 则 E= -jIs*XM 因屏蔽层将电缆心完全包围在内,故 XM =XS 这样从上两式可看出,如果屏蔽层电阻 RS =0,则 ES=-E 但是屏蔽层不可能没有电阻,故干扰磁通在电缆中感应的电势不能被“抵销” 的部分则等于 ES+E=IS*RS,即与屏蔽层的电阻成正比。因此,要有效地消除电磁耦合的干扰,

必须采用电阻系数小的材料如铜、铝等作成屏蔽层。 四、分析(10 分) 1996 年 7 月 20 日 12 日寸 37 分 58 秒广东省 220kV 惠州秋长线遭雷击, 相接地短路, C 惠秋乙线惠侧高频闭锁式保护区外故障误动作,惠州侧录到高频信号,从图中看到(收信输 出空触点),收发信机在故障后启信,以后连续出现四次约 5ms 收信间断波都相应在 3I0 电 流正、负最大值附近出现,频率为 100Hz,超过原软件设计停信后延时 lms 高频保护误动, 设结合滤波器两接地点间电阻 RON=0.1 欧姆, 在故障时,流经两接地点间的电流 I=20A, 结合滤波器的伏安特性试验结果如下。 (1)试分析收信出现 100HZ 缺口的原因(6) (2)高频保护误动过程。 (4) 0.5 1.0 1.3 1.9 2.4 U1(V) 0.2 0.25 60 80 150 300 500 960 3500 A(Ma) 0.64 1.3 2.8 4.5 4.8 5.0 U2(V) 0.45

答:收发信机在故障后 7.4ms 启信,只持续不到 3.3ms,就出现第一次停信约 8.8ms, 正好与 3I0 电流正半周峰值附近对应,由于此时保护测量元件还未动作,以后连续出现四次 约 5ms 收信间断波都相应在 3I0 电流正、负最大值附近出现,频率为 100Hz,没有立即误动 作。由于直流偏移较严重,正向偏移使收信间断较大,待到负半周偏移相对较小未达到出现 收信间断,使发信持续约 14.7ms,由于高频通道中在故障大电流下与短路电流 同相的地电位升高产生的 50Hz 工频分量电压差叠加到高频信号上。 使高频输出变压器饱和, 影响了高频信号致使出现 100Hz 的收信间断波, 从图中看到微机保护中正向测量元件动作 后, 碰上再收到闭锁信号的收信间隔时间, 超过原软件设计停信后延时 lms, 就会误动出口。 五、计算 1 如图所示,在 FF’点 a 相断开,求 A 相断开后,b、c 相流过的电流并和断相前进行比较。 X1 0.25 0.2 0.15 0.2 1.2

X2 0.25 0.2 0.15 0.2 0.35 X0 0.2 0.57 0.2 假设各元件参数已归算到以 Sb=100MVA, 为各级电网的平均额定电压为基准的标么值表 Ub 示。Ea1=j1.43。 分) (8 X1Σ =0.25+0.2+0.15+0.2+1.2=2 X2Σ =0.25+0.2+0.15+0.2+0.35=1.15 X0Σ =0.2+0.57+0.2=0.97 IA1= Ea1/j(X1Σ + X2Σ // X0Σ )=0.565 IA2= - IA1* X0Σ / (X2Σ + X0Σ )=-0.258 IA0= - IA1* X2Σ / (X2Σ + X0Σ )=-0.307 非故障相电流: IB=a*a* IA1+ a* IA2+ IA0=0.85∠237 IC=a* IA1+ a*a* IA2+ IA0=0.85∠123 故障前: IA =IC= IB=1。43/ X1Σ =0。715 2 2002 年 6 月 30 日 19 时 46 分,#2 主变 220kV 侧 B 相开关的两个灭弧室爆炸, 220KV

母差保护动作,跳开北母线上所连接的元件;220kV 失灵保护动作,跳开南母线上所连接的 元件;1 秒后#2 主变 220KV 过流保护动作,跳开#2 主变各侧开关。 假设以上可以等效为下 图: (1)计算短路三侧零序电流。 分) (8 (2)已知母联元件的相电流继电器 A 相粘连,分析各保护动作原因。 分) (8

答: (1)X1Σ =0.07//(0.04595+0.05)=0.07//0.09595=0.0067165/0.16595=0.40473 X0Σ =0.097435//((0.06+0.04595)//0.05641)=0.097435//(0.10595//0.05641)= 0.097435//0.03681=0.02672 各序总的故障电流 I1Σ = I2Σ = I0Σ = Ij/j(X1Σ + X1Σ + X0Σ )=(100/(1.732*230))/j0.8362 =300.2∠-90(A) 220 Kv 侧零序电流 I0 中= 0.02672* I0Σ / (0.10595//0.05641) = 300.2∠-90(A)*0.02672/ 0.03681=217.9∠-90(A) 500Kv 侧零序电流 I0 高= 220/500*0.05641/(0.05641+0.10595)*I0 中= 5.408/0.16236=33.31∠-90(A) 35KV 侧零序电流 I0 低= 220/(1.732*35)*0.10595/(0.05641+0.10595)*I0 中 =83.785/ (2) a 母差保护:此次故障发生在主二次开关和 CT 之间,属变压器差动保护范围之外,母 线差动保护区内,220KV 母差保护动作,跳开北母线上连接的元件。 b 过流保护: 母差保护动作后, 由于#2 主变仍通过 500KV 系统向故障点提供短路电流, #2 主变过流保护动作,跳开#2 主变各侧开关,故障消失,上述保护动作行为正确。 c 失灵保护 A 相母联相电流判别继电器接点粘连,满足了失灵保护动作的一个条件 当 220KV 北母母差保护动作后,# 2 主变主二次 CT 仍有故障电流流过,由于母差保 护差电流回路中还有故障电流存在,造成母差保护北母差动选择继电器 2XZJ 仍处于动作状 态,满足了失灵保护动作的第二个条件。 220KV 北母线切除后,南母线上的方东甲线仍通过达方甲线,木达甲、乙线,群木甲、 乙线,500KV 群方甲线向故障点提供短路电流,产生零序电压,造成失灵保护复合电压闭锁 继电器动作,满足了失灵保护动作的第三个条件。 由于上述原因,造成 220KV 失灵保护误动作。 六 选答(发电答第一、第二题,供电答第三、第四题,每题 6 分,共 12 分) 1 画图比较发电机完全纵差和不完全纵差有什么异同? 答:如图所示, =516.04∠-90(A)

1)CT 不同:发电机不完全纵差(或发一变组纵差)保护在发电机中性点侧的电流互感器 (TAl)仅接在每相的部分分支中,互感器 TAl 的变比减小为机端互感器 TA2 的一半,在正 常运行或外部短路时仍有不平衡电流(理论上为零)。 完全纵差 CT 变比相等,在正常运行或外部短路时不平衡电流很小。 2)保护范围不同:在内部相间短路、匝间短路时,不管短路发生在互感器所在分支或没有 互感器的分支,不完全纵差保护均能动作,这主要依靠定子绕组之间的互感作用。TA3 与 TA4 将组成发一变组不完全纵差。不完全纵差保护对定子绕组相间短路和匝间短路有 保护作用,并能兼管分支开焊故障。 完全纵差对匝间和分支开焊故障不能动作。 2 简述利用三次谐波 100%定子接地保护的原理 答: (1)当发电机中性点绝缘时,发电机在正常运行情况下,机端 S 和中性点 N 处三次谐波 电压之比为小于 1。 (2)当发电机中性点经消弧线圈接地时,若基波电容电流被完全补偿,发电机在正常运 行情况下,机端 S 和中性点 N 处三次谐波电压之比为小于 1。 (3)不论发电机中性点是否接有消弧线圈,当在距发电机中性点。(中性点到故障点的 匝数占每相一分支总匝数的百分比)处发生定子绕组金属性单相接地时,中性点 N 和机端 S 处的三次谐波电压分别恒为 UN3=aE3 US3=(1-a)E3 当发电机中性点接地时,a=0,UN3=0,US3=E3;当机端接地时,a=1,UN3=E3, Us3=0;当 a<0.5 时,恒有 Us3>UN3;当 a>0.5 时,恒有 UN3>Us3。 综上所述,用 Us3 作为动作量,UN3 作为制动量构成发电机定子绕组单相接地保护, 且当 Us3 大于 UN3 保护动作,则在发电机正常运行时保护不会误动作,而在中性点附近发 生接地时,保护具有很高的灵敏度。用这种原理构成的发电机定子绕组单相接地保护,可以 保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障, 对其余范围则可用反映基波零序电压的保 护,从而构成了 100%发电机定子绕组接地保护。 3 试写出工频变化量的阻抗继电器的动作方程。该动作方程中的动作量(即工作电压)在接 地阻抗继电器和相间阻抗继电器中的表达式是什么?其制动量在保护装置中是如何得到 的?写出它的表达式。请在阻抗复数平面上画出正方向短路、反方向短路时的动作特性。请 从动作特性上说明该继电器为什么有很强的保护过渡电阻的能力?该能力为什么有很强的 自适应功能? 答:工频变化量阻抗继电器的动作方程是∣△Uop∣>∣△UF∣(或可写成∣△Uop∣>Uz 或 ∣△Uop∣>∣△Uop∣m) 对接地阻抗继电器△Uop=△UФ -(△IФ +K3I0)Zzd 对相间阻抗继电器△Uop=△UФ Ф -△IФ Ф Zzd 制动量△UF 或 Uz 或∣△Uop∣m 可用工作电压的记忆值即用正常运行时的测量到的电压 Ufh 和负荷电流 Ifh,按下式计算得到:△UF = Ufh- Ifh Zzd 正方向短路时的动作特性如图一的圆 1,反方向短路时的动作特性如图二所示。从图一的圆 1 可见该继电器与常规的方向阻抗继电器的动作特性(图一的圆 2)相比较,它在 R 方向上 有更多的保护范围,因而有很强的保护过渡电阻的能力。当保护安装处背后运行方式

越小,即保护背后的电源阻抗 Zs 越大时,同样的过渡电阻 Rg 所产生的过渡电阻的附加阻 抗越大。继电器越加容易在区内短路时误动。但由于 Zs 越大时-2Zs-Zzd 的值也越大,圆向 第三象限偏移的也越大。动作特性成图一中的圆 3 所示。保护过渡电阻的能力也增强了,所 以有很好的自适应功能。

图一:正方向短路动作特性 Zs 为保护背后电源阻抗

图二:反方向短路动作特性

4 关于原部颁“反措要求”中高频同轴电缆敷设铜导线的补充说明:………铜导线延伸至 保护用结合滤波器的高频电缆引出端口,距耦合电容器接地点约 3—5 米处与地网连通。 答:联接耦合电容器到变电所地网的接地线,当通过高频电流时,呈现高阻抗,因而在 NG 间产生很高的高频电压 ENG=ω LI,接地线每米的自感值 L 约为 1.0uH,若长度为 3m,当 通过 1.0kA,1MHz 的高频电流时,ENG=ω LI =2*3.14*1*106*3*1.0*10-6*1.0*103=20(kV)。 试验中实际拉合 220kV 隔离开关时,测得通过电容式电压互感器的一次侧高频电流为 1003A,当时测得底座上二次端子(接非屏蔽电缆)对地峰值电压达 7.7kV。 如果在电容器底座上借用一次接地线将二次电缆接地, ENG 将直接沿电缆窜入二次设 则 备,这种做法显然不合适。


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