2025年注冊電氣工程師（供配電）考試試卷供配電系統(tǒng)設計專項訓練考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、某工廠總計算負荷為12500kW，年最大負荷利用小時數(shù)為4500h，功率因數(shù)cosφ=0.75。試計算其需要系數(shù)法確定的計算負荷（有功Pj、無功Qj、視在Sj）及功率因數(shù)補償后需提高到的功率因數(shù)（cosφ'≥0.90）。二、某變電所擬采用一臺變壓器，變壓比為110/10.5kV，SН=5000kVA，短路電壓百分數(shù)Uk%=10.5。已知變電所高壓側(cè)最大三相短路電流（周期分量有效值）為12kA，最小運行方式下為9kA。試計算該變壓器低壓側(cè)在最大和最小運行方式下的三相短路電流（周期分量有效值）。三、請簡述高壓斷路器選擇時，需要考慮的主要技術參數(shù)及其含義。當選擇某電壓等級的斷路器時，通常需要校驗哪些方面的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定？四、某低壓配電線路采用截面積50mm2的銅芯電纜，沿電纜橋架敷設，長度為180m。線路末端負荷為380V、50Hz、60kW、cosφ=0.8的電動機。試計算該線路的電壓損失（設電纜橋架的集膚效應和鄰近效應影響系數(shù)為1.02）。若要求電壓損失不超過5%，該電纜能否滿足要求？（注：可查表獲得相關電纜參數(shù)）五、根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052），簡述電力負荷根據(jù)其重要性程度劃分級別的原則。對于一級負荷中的特別重要負荷，應采取哪些供電保障措施？六、某變電所內(nèi)有一臺110kV/10.5kV變壓器，采用分相式瓦斯保護。請簡述瓦斯保護的基本原理。若在一次故障后，瓦斯保護動作跳閘，在檢查未發(fā)現(xiàn)明顯故障情況下，能否不經(jīng)檢查立即試送？為什么？七、請簡述電流互感器在供配電系統(tǒng)中主要起到的作用。選擇電流互感器時，其額定電壓、額定電流、額定準確級和額定短時熱穩(wěn)定電流應如何確定？八、在供配電系統(tǒng)中，為什么通常需要對低壓電網(wǎng)進行保護接地？請簡述TN、TT、IT三種保護接地的系統(tǒng)形式的主要區(qū)別。九、某工廠變電所10kV母線采用單母線分段接線，由兩路獨立電源供電。為提高供電可靠性，兩路電源進線斷路器之間裝設了備用電源自動投入裝置（ATS）。請簡述該ATS裝置的基本工作原理及其與手動合閘的區(qū)別。十、試述選擇電力電纜時，除了考慮額定電壓、額定電流、長度、敷設方式等基本因素外，還需要綜合考慮哪些因素？并舉例說明。十一、計算題：某車間變電所10kV進線采用線路電壓互感器（TV）測電壓，其變比為10000/100V。若一次側(cè)實際電壓為10500V，試求二次側(cè)電壓表讀數(shù)。若該車間變壓器為10/0.4kV，SН=315kVA，cosφ=0.8，試求變壓器額定電流。十二、論述題：試結(jié)合實際，論述在供配電系統(tǒng)設計過程中，如何綜合考慮可靠性、經(jīng)濟性、安全性與技術先進性這幾個方面的要求？試卷答案一、Pj=Kd*Pn=0.75*12500kW=9375kWSj=Pj/cosφ=9375kW/0.75=12500kVAQj=Sj*sinφ=12500kVA*√(1-0.752)=8333kVAR補償后目標功率因數(shù)角φ'=arccos(0.90)≈25.84°補償后視在功率Sj'=Pj/cosφ'=9375kW/0.90≈10416.7kVA補償容量Qc=Sj'*sinφ'-Qj=10416.7kVA*sin(25.84°)-8333kVAR≈2264kVAR需要提高到的功率因數(shù)cosφ'=0.90。二、歸算到10.5kV側(cè)：最大方式短路阻抗Zk_max=(Uk%/100)*(Sn/Sn_base)=(10.5/100)*(5000/(12^2))Ω≈0.357Ω最大方式短路電流Ik_max=U/Zk_max=110kV/0.357Ω≈307.6kA歸算到低壓側(cè)（10.5kV/10.5kV）：Ik_max'=Ik_max*(U1/S1)*(S2/U2)=307.6kA*(110/110)*(5000/10.5)≈146286A=146.3kA最小方式短路阻抗Zk_min=(Uk%/100)*(Sn/Sn_base)=(10.5/100)*(5000/(9^2))Ω≈0.625Ω最小方式短路電流Ik_min=U/Zk_min=110kV/0.625Ω≈176kA歸算到低壓側(cè)：Ik_min'=Ik_min*(U1/S1)*(S2/U2)=176kA*(110/110)*(5000/10.5)≈83809A=83.8kA。三、高壓斷路器選擇時需要考慮的主要技術參數(shù)及其含義：1.額定電壓：指斷路器正常工作時的最高電壓等級。2.額定電流：指斷路器長期允許通過的最大工作電流。3.額定開斷電流：指斷路器能可靠開斷的最大短路電流（有功、無功分量）。4.額定短路關合電流：指斷路器能可靠關合的最大短路電流（沖擊電流）。5.短路開斷能力：包括額定短路開斷電流、額定短路關合電流。6.動穩(wěn)定電流：指斷路器能承受的最大電動力的峰值。7.熱穩(wěn)定電流：指斷路器觸頭在額定短路電流作用下，能承受一定時間（如1s）而不損壞的熱量。校驗動穩(wěn)定主要依據(jù)短路電流產(chǎn)生的電磁力，校驗導體（母線、電纜）等的機械強度。校驗熱穩(wěn)定主要依據(jù)短路電流產(chǎn)生的熱量，校驗導體（母線、電纜）等的發(fā)熱情況，確保其在短路持續(xù)時間內(nèi)溫升不超過允許值。四、查表得，50mm2銅芯電纜在空氣中敷設時，計算長度180m對應的電壓損失百分值ΔU%需乘以校正系數(shù)。設電纜每米電阻為R0，則線路總電阻R=R0*180。線路電流I=P/(√3*U*cosφ)=60kW/(√3*380V*0.8)≈116.6A。電壓損失ΔU=I*R*(1+γ*(θ2-θ1))*100%≈I*R*100%（假設θ2-θ1影響不大或γ*(θ2-θ1)接近1，或題目隱含此條件）。ΔU≈(116.6A*R0*180)*100%。需查表獲得50mm2銅芯電纜在180m長度、空氣中敷設時的ΔU%基準值，乘以校正系數(shù)（假設為1.02，題目已給），得到實際ΔU%。比較此值與5%。（注：實際計算需精確電纜參數(shù)和校正系數(shù)，此處為示意性公式。若查表得知50mm2電纜180m基準電壓損失ΔU%_base，則實際ΔU=1.02*ΔU%_base。若ΔU>5%，則不能滿足要求。）五、電力負荷根據(jù)其重要性程度劃分級別的原則：依據(jù)負荷中斷會造成的影響或損失的大小來劃分。一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡、重大政治影響、重大經(jīng)濟損失或社會公共秩序嚴重混亂的負荷。二級負荷：中斷供電將造成較大政治影響、較大經(jīng)濟損失或社會公共秩序混亂的負荷。三級負荷：不屬于一級和二級負荷的其他負荷。對于一級負荷中的特別重要負荷，應采取的供電保障措施：電源方面，應由兩個獨立電源供電；供電方式方面，應采用雙回路供電，并滿足下列要求之一：雙電源（或雙回路）均來自區(qū)域變電站，或之一來自區(qū)域變電站，另一個來自自備電源（如自備發(fā)電機）；雙電源（或雙回路）在負荷端切換。同時，應有應急電源（如蓄電池、自備發(fā)電機）。六、瓦斯保護的基本原理：利用變壓器內(nèi)部故障（如繞組匝間短路、相間短路等）產(chǎn)生的電弧高溫使油汽化，產(chǎn)生大量氣體，氣體上升至瓦斯繼電器浮筒上，使浮筒上浮，推動連桿使出口觸點閉合，發(fā)出信號或跳閘。輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳閘。在一次故障后，瓦斯保護動作跳閘，在檢查未發(fā)現(xiàn)明顯故障情況下，不能不經(jīng)檢查立即試送。因為故障可能未完全消除（如輕微匝間短路），再次送電可能導致事故擴大或設備損壞。應先進行必要的檢查（如外觀檢查、油位油色檢查、絕緣測試等），確認無嚴重故障或危險隱患后，方可考慮試送。試送時通常采用短時或帶負荷切換的方式，密切監(jiān)視運行狀態(tài)。七、電流互感器在供配電系統(tǒng)中主要起到的作用：1.將系統(tǒng)中的大電流按比例轉(zhuǎn)換成標準的小電流（通常是5A或1A），便于測量儀表（電流表、功率表、電能表）和繼電保護裝置的使用。2.使測量儀表和保護裝置與高壓系統(tǒng)隔離，保證人身和設備安全。3.擴大測量儀表和繼電保護裝置的量程。選擇電流互感器時：額定電壓應不低于安裝處線路的額定電壓，并考慮系統(tǒng)最高電壓。額定電流應大于所接線路正常工作電流的最大值，并留有一定裕度（一般不低于1.2~1.5倍正常最大電流）。額定準確級應滿足測量儀表或保護裝置的要求（如電能表一般要求0.5級或1級，保護裝置根據(jù)動作原理可能要求0.2s、0.5s或5P級等）。額定短時熱穩(wěn)定電流（1s或5s）應大于安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流（有效值），以保證在短路時互感器自身不損壞。額定動穩(wěn)定電流應大于安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流（峰值），以保證在短路時互感器結(jié)構(gòu)不損壞。八、在供配電系統(tǒng)中，通常需要對低壓電網(wǎng)進行保護接地的主要目的是：當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，將故障點的對地電壓限制在安全范圍內(nèi)，防止人體觸及帶電體時發(fā)生觸電事故，保障人身安全。同時，也有利于故障電流的快速泄放，使保護裝置（如熔斷器、斷路器）能及時動作，切除故障。TN、TT、IT三種保護接地的系統(tǒng)形式的主要區(qū)別：1.TN系統(tǒng)：將電氣設備正常不帶電的金屬外殼等通過保護線（PE線）直接與供電變壓器的中性點（N）或工作接地極相連。*TN-S：保護線（PE）與中性線（N）在供配電源頭（變壓器）后分開。*TN-C：保護線（PE）與中性線（N）在供配電源頭（變壓器）后合一，使用N-PEN線。*TN-C-S：保護線（PE）與中性線（N）在系統(tǒng)中某點（如進線處）分開。2.TT系統(tǒng)：將電氣設備正常不帶電的金屬外殼等通過保護線（PE）直接連接到獨立于電源中性點的接地極（PE），該接地極與電源工作接地極無直接電氣聯(lián)系。3.IT系統(tǒng)：電源中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，電氣設備正常不帶電的金屬外殼等通過保護線（PE）連接到電源的獨立接地極（PE），該接地極與電源中性點也無直接電氣聯(lián)系。故障時，故障電流較小，系統(tǒng)線電壓基本不變。九、備用電源自動投入裝置（ATS）的基本工作原理：當工作電源因故障或其他原因斷開時，ATS裝置通過檢測到工作電源消失的信號，經(jīng)過預設的延時（躲過故障切除時間），自動合閘到備用電源上，從而恢復對負荷的供電。其工作流程通常包括：檢測工作電源狀態(tài)->延時判斷->合閘到備用電源->確認備用電源投入成功->切除可能存在的原工作電源（如果允許）。ATS裝置與手動合閘的區(qū)別：1.自動化程度：ATS是自動完成電源切換過程，無需人工干預；手動合閘需要運行人員根據(jù)指示和判斷進行操作。2.響應速度：ATS響應速度快，能在極短時間內(nèi)完成切換；手動合閘速度受限于人員反應時間。3.可靠性：ATS設計合理、調(diào)試正確時，可靠性高；手動合閘易受人員因素影響。4.應用場景：ATS適用于需要高可靠性、連續(xù)運行的場合；手動合閘適用于允許一定中斷時間或操作復雜的情況。十、選擇電力電纜時，除了考慮額定電壓、額定電流、長度、敷設方式等基本因素外，還需要綜合考慮以下因素：1.經(jīng)濟性：包括初始投資成本（電纜價格、安裝費用）和長期運行成本（電能損耗、維護費用）。2.環(huán)境條件：如溫度、濕度、化學腐蝕性、機械損傷風險等，需選擇適應環(huán)境的電纜類型（如普通型、阻燃型、耐候型、防腐蝕型等）。3.系統(tǒng)要求：如短路電流水平（影響電纜選型和動熱穩(wěn)定校驗）、電壓損失限制、保護方式等。4.安全要求：如防火要求（阻燃、低煙無鹵）、防爆要求（礦用電纜）、接地方式等。5.未來發(fā)展：考慮負荷增長的可能性，適當留有裕度。舉例說明：在地下電纜溝敷設，若環(huán)境存在鼠咬風險，應選用鎧裝電纜；若附近有火源或?qū)Ψ阑鹨蟾撸瑧x用阻燃或低煙無鹵電纜；若需要跨越河流，則需考慮水壓、水流、腐蝕等因素，可能選用防水、防腐蝕的電纜類型或采取保護措施。十一、線路電壓互感器（TV）測電壓：二次側(cè)電壓表讀數(shù)=一次側(cè)實際電壓/變比=10500V/10000V=1.05V=1050mV。變壓器額定電流：IН=Sn/(√3*UН)=315kVA/(√3*0.4kV)≈458.2A。十二、在供配電系統(tǒng)設計過程中，綜合考慮可靠性、經(jīng)濟性、安全性與技術先進性這幾個方面的要求：1.可靠性：是電力系統(tǒng)最核心的要求，尤其對于重要負荷。通過采用冗余設計（雙電源、雙回路、備用設備）、配置完善的保護系統(tǒng)、選用高質(zhì)量設備、進行充分的設計計算和校驗來保證。但提高可靠性通常會增加投資和運行成本。2.經(jīng)濟性：要求設計方案在滿足規(guī)范和功能需求的前提下，力求投資省、運行成本低、維護方便。包括優(yōu)化主接線、合理選擇設備型號和規(guī)格、降低線路損耗、縮短建設周期等。經(jīng)濟性是項目可行性研究的關鍵因素。3.安全性：保障人身、設備和系統(tǒng)的安全運行是設計的底線。必須嚴格遵守相關安全規(guī)范，設置必要的安全防護措施（如保護接地、絕緣、屏護、安全距離、消防設施等），確保在各種正常和異常工況下（如短路、過載、接地故障）都能保證安全。4.技術先進性：在滿足可靠、經(jīng)濟、安全的前提下，可適當采用新技術、新設備、新工藝，以獲