2002年繼電保護技術(shù)競賽題(發(fā)電改2)

2002年黑龍江省繼電保護技術(shù)競賽（發(fā)電部分）一填空（每空0.5分，共25分）常規(guī)綜重接地阻抗選相元件對引入LC串連諧振回路的要求是：1）諧振回路必須記憶（故障前電壓的相位）；2）衰減不能太快，保證有不小于（60ms）的時間使選相元件能正確動作。距離保護方向阻抗繼電器引入第三相電壓的作用是為了防止（正方向出口相間短路拒動）及（反方向兩相短路時誤動）。某變電所220KV電壓互感器變比:KV,開口三角按a頭接地時的接線。如圖所示,進行極性校驗時，所測電壓UAa+為（57.7）V；UBb+為（87.4）V；UCc+為（42.3）V。在PT二次斷線時，WXB-11型微機保護中的高頻距離保護和距離保護自動退出，重合閘后（阻抗加速保護）也自動退出。WXB-11型微機保護中的距離保護采用（微分方程）算法，這種算法不需求出電壓、電流的幅值及相位，而是直接計算出電阻及電抗值的一種方法。在一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，如果被采樣信號中所含最高頻率成分的頻率為fmax，為防止造成頻率混疊，則采樣頻率fs應(yīng)滿足（fs〉2fmax）。LFP-901A型微機保護裝置中CPU3起動元件動作后（開放）保護正電源。CSL-101型微機保護在高頻保護啟動后的50毫秒內(nèi)，當判為單相接地故障而（接地距離）不動作時，投入高頻零序保護；在高頻保護啟動50毫秒后，也投入高頻零序保護，保護所有接地故障。變壓器比率制動差動保護的簡易整定法的制動特性曲線由下述三個定值決定：（1）比率制動系數(shù)；（2）（拐點電流）；（3）最小動作電流。其中比率制動系數(shù)的確定的公式為：（Kb=Krel*(k1f1+ΔU+Δf)）為防止變壓器、發(fā)電機后備阻抗保護電壓斷線誤動應(yīng)采取的措施：裝設(shè)（電壓斷線閉鎖）裝置、裝設(shè)（電流突變量元件或負序電流突變量元件）作為啟動元件。在Y/Δ-11接線變壓器的Δ側(cè)發(fā)生兩相短路時，設(shè)短路電流為Ik，在Y側(cè)有兩相電流各為（Ik/√3），有一相為（2Ik/√3）。如果只有兩相有電流繼電器，則有（1/3）的兩相短路幾率短路電流減少一半。電力系統(tǒng)故障動態(tài)記錄裝置的主要任務(wù)是記錄系統(tǒng)大擾動如短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等發(fā)生后的有關(guān)（系統(tǒng)電參量的變化過程）及（繼電保護與安全自動裝置）動作行為。二次回路干擾的種類有：（1）50HZ干擾；（2）（高頻干擾）；（3）雷電引起的干擾；（4）（控制回路產(chǎn)生的干擾）；（5）高頻輻射干擾。110KV以上變電所接地電阻應(yīng)小于（0.5歐）。電流互感器的二次負擔等于（電流互感器兩端電壓）與（電流互感器繞組內(nèi)流過的電流）的比。允許式高頻保護采用（相相）耦合通道，閉鎖式高頻保護采用（相地）耦合通道。同步發(fā)電機通常既發(fā)有功，也發(fā)無功。把既發(fā)有功，也發(fā)無功的運行狀態(tài)稱為（遲相）運行，把發(fā)有功，吸收無功的運行狀態(tài)稱為（進相）運行。發(fā)電機的輸出功率是發(fā)電機電勢、母線電壓等的函數(shù)，有功功率數(shù)學描述：（）；無功功率數(shù)學描述：（）。E0*UE0*UXdΣsinδXdΣcosδ-Us2/XdΣ（集控站）是地調(diào)派出的基礎(chǔ)操作維護機構(gòu)，既是地調(diào)下屬的一個遠動終端，又具備對所轄廠站集中監(jiān)控和信息匯總向地調(diào)發(fā)送的功能。采用（分層分布式）布置的變電站綜合自動化系統(tǒng)包括控制層、變電站層及間隔層。調(diào)度中心和廠站之間交換的是實時信息，通常用遠動裝置傳送。為了正確地傳送信息，必須有一套關(guān)于信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等的約定。這套約定，稱為（規(guī)約）。（遠動）是應(yīng)用通信技術(shù)，完成遙測、遙信、遙控和遙調(diào)等功能的總稱。光纖通信是以（光波）為載體，以（光導纖維）作為傳輸媒體，將信號從一處傳輸?shù)搅硪惶幍囊环N通信手段。發(fā)電機不完全縱差對定子繞組相間短路和（匝間短路）有保護作用，并能兼顧（分支開焊）故障。容量不大于50MW，額定電壓為6.3KV的發(fā)電機接地電流允許值為（4A）；容量125--200MW，額定電壓為13.8—15.75KV的非氫冷發(fā)電機接地電流允許值為（2A）；利用基波零序電壓的發(fā)電機定子單相接地保護不能作為（100%定子接地）保護，有死區(qū)。當接地故障發(fā)生在定子繞組距中性點a處，若發(fā)電機的相電勢為E，則零序電壓為（U0=-aE），接地點的故障電流是（3I0=-3aEωC∑）。失磁前發(fā)電機所帶的有功功率P較越大，等有功阻抗圓越（小），失磁后電流（大）。當失磁發(fā)電機的縱軸同步電勢Ed與系統(tǒng)電壓Ux間的夾角δ等于靜穩(wěn)定極限角（90）時，發(fā)電機處于失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界點。當發(fā)電機帶有不對稱負荷或系統(tǒng)中發(fā)生不對稱故障時，在定子繞組中將有（負序電流），在發(fā)電機中產(chǎn)生（反向）的旋轉(zhuǎn)磁場，于是在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流，引起附加損耗，導致轉(zhuǎn)子過熱。二判斷（每題0.5分，對的畫“√”，錯的畫“×”，共15分）220KV系統(tǒng)常規(guī)相間距離保護一段、零序電流保護一段都啟動斷路器失靈保護?！翑嗦菲鞣侨啾Ｗo不啟動斷路器失靈保護?！岭娋W(wǎng)頻率變化對方向阻抗繼電器動作特性有影響，可能導致保護區(qū)變化以及在某些情況下正、反向出口短路故障時失去方向性。√大電流接地系統(tǒng)發(fā)生三相短路的短路電流一定大于發(fā)生單相接地故障的故障電流。×WXB-11型微機保護的動作報告信息等內(nèi)容存放在RAM中，因此在保護裝置直流電源消失后，報告信息不會丟失。（錯）線路微機保護在軟件上有濾波功能，可以濾掉直流成分，因此零漂稍大不影響保護的計算。（對）在旁路斷路器代送線路時，由于旁路斷路器與線路斷路器在并列過程中可能產(chǎn)生零序電流，應(yīng)將線路和旁路的WXB-11型微機保護的零序各段停用。（錯）WXB-11型微機保護中距離保護的電壓求和自檢在起動元件動作后停止，當程序進入振蕩閉鎖后恢復(fù)求和自檢，但高頻保護的求和自檢在起動后停止，直到整組復(fù)歸時才恢復(fù)。（對）LFP-901A型微機保護中縱聯(lián)閉鎖式方向保護通道檢查回路在故障程序。（錯）LFP-901A型微機保護與高頻收發(fā)信機配合使用時，收發(fā)信機的遠方起動回路應(yīng)投入。（錯）WXB-11型微機保護的高頻保護不能實現(xiàn)故障的全過程中的選相跳閘，而CSL100型微機保護的高頻保護可以實現(xiàn)了故障的全過程中的選相跳閘。（對）工頻變化量距離繼電器需要經(jīng)振蕩閉鎖。（錯）小電流接地系統(tǒng)，當頻率降低時，過補償和欠補償都會引起中性點過電壓（×）在小接地電流系統(tǒng)中，某處發(fā)生單相接地時，母線PT開口三角電壓幅值大小與故障點距離母線的遠近無關(guān)。（對）大電流接地系統(tǒng)單相接地故障時，故障相接地點處的U0與U2相等（×）振蕩時系統(tǒng)任何一點電流與電壓之間的相位角都隨功角δ的變化而改變；而短路時，電流與電壓之間的角度保持為功率因數(shù)角是基本不變的。（×）把三相不對稱相量分解為正序、負序及零序三組對稱分量時，其中正序分量和負序分量的計算式分別為：（對）B1=1/3(a2A+BB2=1/3(aA+B+a2C)相間距離繼電器能夠正確測量三相短路故障、兩相短路接地、兩相短路、單相接地故障的距離（×）接地故障時零序電流的分布，與一次系統(tǒng)零序阻抗的分布及發(fā)電機的開、停有關(guān)。（×）當功率因數(shù)角越小，電磁式電壓互感器的角誤差和幅值誤差就越小。（×）方向橫差保護存在相繼動作區(qū)，同時在兩相出口短路故障時存在動作死區(qū)。（×）自耦變壓器零序保護的零序電流取自中性線上的電流互感器（錯）與勵磁涌流無關(guān)的變壓器差動保護有：分側(cè)差動保護、零序差動保護。（對）所謂微機變壓器保護雙重化指的是雙套差動保護和一套后備保護。（錯）采用單相重合閘的線路，宜增設(shè)由斷路器位置繼電器觸點兩兩串聯(lián)解除重合閘的附加回路。（對）小電流接地系統(tǒng)中，當A相經(jīng)過渡電阻發(fā)生接地故障后，各相間電壓發(fā)生變化。（錯）發(fā)電機逆功率保護主要保護汽輪機。（對）發(fā)電機定子單相繞組在中性點附近接地時，機端三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓（對）發(fā)電機低頻保護主要用于保護汽輪機，防止汽輪機葉片斷裂事故。（對）發(fā)電機非全相保護是為了防止分相操作斷路器出現(xiàn)非全相運行時，在發(fā)電機中流過負序電流而損壞發(fā)電機。所以對于配置有負序電流保護的發(fā)電機，可不必裝設(shè)非全相保護。（錯）三問答（每題4分，共36分）線路CT改線后，帶負荷做零序電流方向保護的相量檢查，在模擬A相接地后（即斷開L線，接入S線）。試計算UAS、UBS、UCS、U0S、UNS的大小。在3U0反極性接線后，功率送出情況為+P+Q的情況下，通入各相電流功率方向元件的動作情況。答：（1）UAS=158v，UBS=87V，UCS=87V，U0S=100V，UNS=100V。（2分）（2）IA時動作IB時臨界IC不動。（2分）WXB-11型微機保護中的CPU1、CPU2為什么設(shè)置輔助零序電流起動元件I04？答：保證單相經(jīng)特大過渡電阻接地時零序四段可靠出口跳閘。由于裝置的跳閘出口繼電器的負電源受起動元件接點三取二回路控制，故在以特大過渡電阻接地時，CPU1、CPU2的相電流差突變量起動元件可能不起動，從而三取二回路無法開放。（2分）另外，如零序四段的整定時間大于CPU1、CPU2保護的整組復(fù)歸時間，即使三取二回路能開放，但由于CPU1、CPU2在整組復(fù)歸時間到達時即已將起動元件復(fù)歸，而零序四段延時尚未到達，跳閘出口繼電器仍得不到負電源。（1分）因此在CPU1、CPU2中均設(shè)置輔助零序電流起動元件。另外在CPU1、CPU2的振蕩閉鎖模塊中判斷整組復(fù)歸的條件增加了連續(xù)4.5秒零序電流小于I04元件定值的條件，從而可防止CPU1、CPU2起動元件提前復(fù)歸。（1分）怎樣理解發(fā)電機比率制動式差動保護按照規(guī)程要求整定時，當發(fā)電機機端兩相金屬性短路時，差動保護的靈敏系數(shù)一定大于2。答：比率制動特性縱差保護需要整定以下三個參數(shù)：確定差動保護的最小動作電流。Iop.0=Krel*2*0.03Ign/na或者Iop.0=Krel*IunbKrel可靠系數(shù)，取1。5Ign發(fā)電機額定電流na變比Iunb發(fā)電機額定負荷，實測不平衡電流。一般取：0。3Ign/na確定制動特性的拐點B。Ires.0=0.8—1.0Ign/na按照最大外部短路電流差動保護不誤動的條件，確定制動特性的C點。Iop.max=Krel*Iunb.maxKrel可靠系數(shù)，取1。3—1.5Iunb.max=Kap*Kcc*Ker*Ikmax/naKap非周分量系數(shù)取1。5--2KccCT同型系數(shù)取0。5Ker互感器變比誤差取0。1Ikmax最大外部三相短路電流周期分量取Iop.max=Krel*Iunb.max按照以上整定：C點的最大制動系數(shù)Kres.max=0.15取0。3設(shè)機端最大短路電流為ImaxIop.max=Krel*Iunb.max=0.3Imax/na靈敏系數(shù)：K=（0。866*Imax/na）/Iop.max=2.89怎樣理解變壓器非電氣量保護和電氣量保護的出口繼電器要分開設(shè)置？答：（1）反措要求要完善斷路器失靈保護。（1分）（2）反措同時要求慢速返回的非電氣量保護不能啟動失靈保護。（1分）（3）變壓器的差動保護等電氣量保護和瓦斯保護合用出口，會造成瓦斯保護動作后啟動失靈保護的問題，由于瓦斯保護的延時返回可能會造成失靈保護誤動作。因此變壓器非電氣量保護和電氣量保護的出口繼電器要分開設(shè)置。（2分）何謂失磁保護的Ue-P元件？畫出汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機Ue-P元件的動作特性曲線？答：發(fā)電機的勵磁電壓是隨有功功率大小改變的一個值，當負荷增大時，其勵磁電壓動作值也相應(yīng)提高，，既為勵磁電壓—有功功率元件簡稱Ue-P元件。Ue-P元件的動作判據(jù)：Ue≤KPK=tgaa=arctg(XdΣUe0/SN)分析Y/Δ-5點接線三相變壓器三相三繼電器差動保護在區(qū)內(nèi)兩相短路和區(qū)外兩相短路時差動保護的動作原理。某線路配置WXB—11型微機保護，電流回路接線正確，電壓回路接線有如下問題：（1）PT二、三次沒有分開，在開關(guān)場引入一顆N線；（2）在端子排上，CT開三角ULN與UL線短接。試分析該線路高頻保護在反方向區(qū)外A相接地時的動作行為。答：（1）該高頻保護將誤動（1分）（2）接線正確時區(qū)外A相故障，Ua=Ua0Ub=Ub0Uc=Uc0Ua+Ub+Uc=Ua0+Ub0+Uc0=-Ua0接線錯誤時：區(qū)外A相故障，Ua=Ua0+UxyUb=Ub0+UxyUc=Uc0+UxyUa+Ub+Uc=Ua0+Ub0+Uc0+3Uxy=3U0-1。5*3U0*1。732=-Ua0-（-3*1.732Ua0）=1.6Ua0該自產(chǎn)3U0與接線正確時相反，因此在區(qū)外故障時11保護誤動。（3分）怎樣理解在220kV及以上電壓等級變電所中，所有用于聯(lián)接由開關(guān)場引入控制室繼電保護設(shè)備的電流、電壓和直流跳閘等可能由開關(guān)場引入干擾電壓到基于微電子器件的繼電保護設(shè)備的二次回路，都應(yīng)當采用帶屏蔽層的控制電纜，且屏蔽層在開關(guān)場和控制室兩端同時接地。答：（1）當控制電纜為母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通所包圍時，在電纜的屏蔽層中將感應(yīng)出屏蔽電流，由屏蔽電流產(chǎn)生的磁通，將抵銷母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通對電纜芯線的影響，因此控制電纜要進行屏蔽。（1分）（2）為保證設(shè)備和人身的安全，避免一次電壓的串入，同時減少干擾在二次電纜上的電壓降，屏蔽層必須保證有接地點。（1分）(3)屏蔽層兩端接地，可以降低由于地電位升產(chǎn)生的暫態(tài)感應(yīng)電壓。當雷電經(jīng)避雷器注入地網(wǎng)，使變電所地網(wǎng)中的沖擊電流增大時，將產(chǎn)生暫態(tài)的電位波動，同時地網(wǎng)的視在接地電阻也將暫時升高。（1分）當控制電纜在上述地電位升的附近敷設(shè)時，電纜電位將隨地電位的波動。當屏蔽層只有一點接地時，在非接地端的導線對地將可能出現(xiàn)很高的暫態(tài)電壓。實驗證明：采用兩端接地的屏蔽電纜，可以將暫態(tài)感應(yīng)電壓抑制為原值的l0％以下，是降低干擾電壓的一種有效措施。（1分）由于選用了不適當?shù)慕Y(jié)合濾波器，當區(qū)外正方向故障時，本側(cè)高頻信號出現(xiàn)100HZ的收信間斷，造成高頻保護誤動，為什么？屏蔽層兩點接地后，當高壓電網(wǎng)發(fā)生接地故障，接地電流通過變電所地網(wǎng)時，在該兩接地點間的工頻地電位差將形成縱向電壓引入高頻電纜回路。當收發(fā)信機直接以變量器線圈接到高頻纜芯的接線方式時，因兩接地點引入的工頻地電位差在電纜回路中產(chǎn)生的工頻電流，使所聯(lián)接的高頻變量器飽和，引起發(fā)信中斷而造成高頻閉鎖式縱聯(lián)保護的誤動作。（3分）高頻變量器是按高頻的要求而設(shè)計和工作的，例如，對于50kHz的高頻變量器，如果其允許最高工作電壓為lkV則當通入50Hz工頻電流時，其允許最高工作電壓將只有1V。當系統(tǒng)發(fā)生接地故障，即使兩接地點的工頻地電位差只有幾伏，也足以引起直接接入高頻電纜回路中的高頻變量器飽和。因此對于今后生產(chǎn)的收發(fā)信機與聯(lián)接濾波器，應(yīng)當規(guī)定將形成線路串諧濾波的電容器接到變量器與高頻電纜纜芯之間，以形成對工頻電流的抑制。不允許再直接以高頻變量器直接接入高頻電纜回路（1分）四計算（每題7分，共14分）1PMH型中阻抗比率制動型母差保護交流接線如圖所示，其中:差回路阻抗Rc為100歐姆；RZ/2:制動電阻，其值固定為5.33歐姆；RG：工作電阻，其值為2歐姆；輔助變流器FLH變比為5：0.6；CLH變比nCLH為1：4。從輔助變流器一次側(cè)測量L1線路交流回路直流電阻：A相：3.4Ω,B相：3.7Ω，C相3.4Ω。線路L1、L2的CT變比為600/5，線路對側(cè)均為系統(tǒng)電源，當線路L1出口發(fā)生三相短路故障，L2線路提供的短路電流為12KA，若L1線路A相CT完全飽和，而此時裝置差回路阻抗Rc由100歐姆降為50歐姆，試計算此時母差保護A相動作電壓UG，制動電壓UZ的大小，分析裝置動作行為。解：1、母差保護感受的故障電流IL2=12000/120/5:0.6=12A；（1分）2、A相CT完全飽和，母差輔助變流器二次入視電阻R=3.4×(5:0.6)2=236歐姆；（2分）3、建立數(shù)學模型：（1分）236IC12A505.335.33差回路電流IC=12×(236+5.33)/(50+236+5.33)=9.94A；A相動作電壓UG=9.94×4×2=79.52V；A相制動電壓UZ=12×5.33+(12-9.94)×5.33=74.93V；因為UG>UZ，此時母差保護將發(fā)生區(qū)外誤動。（3分）在完全縱差中有一相CT斷路，為了查找哪相斷線，采取輪流停止電流互感器二次電流進入差動保護回路的辦法，即將各CT分別短路的辦法，發(fā)現(xiàn)在短接電流互感器5和6二次線圈時，差動保護中性線電流增大1。732倍，試問：（5分）哪一回路斷線？短接電流互感器1—4，對IN的大小有什么影響？答：（1）CT1二次回路斷線短接CT1—3時，IN電流大小不變，短接CT4時IN等于0。五綜合（10分）一條兩側(cè)均有電源的220KV線路（見下圖），K點發(fā)生A相單相接地短路。兩側(cè)電源線路阻抗的標么值均已標注在圖中，設(shè)正負序電抗相等，基準電壓為230KV，基準容量為100MVA。計算出短路點的全電流（有名值）。計算流經(jīng)M、N側(cè)零序電流（有名值）。已知M側(cè)電壓互感器二次線圈，在開關(guān)場經(jīng)氧化鋅閥片接地，其擊穿電壓下降為40V。根據(jù)錄波圖分析Ua出現(xiàn)電壓的原因。根據(jù)WXB-11微機保護打印報告分析高頻保護動作行為。TIMEIAIBIC3I0UAUBUC-52.7-2.50.70.281.5-76.5-7.1-43.0-1.6-0.90.090.1-40.1-49.8-32.7-0.2-2.10.275.55.6-79.5-21.91.2-2.50.240.050.5-88.3-10.72.3-2.30.2-6.381.5-73.20-1.22.8-1.4-0.4-3078.2-72.01-10.12.1-0.9-9.6-4082.1-68.22-27.40.1-0.7-28.5-50.186.3-50.63-42.3-2.3-0.2-45.8-65.290.5-40.74-49.8-4.30.0-54.8-48.192.3-37.25-45.8-5.50.0-53.0-65.285.512.86-31.2-4.30.0-37.3-65.355.357.87-10.7-1.80.0-15.3-56.45.684.589.80.9-0.47.1-32.3-46.290.5925.43.0-0.525.1-0.1-85.171.51033.44.4-0.635.032.2-102.132.111