2025年注冊(cè)電氣工程師考試沖刺試卷電氣工程線路設(shè)計(jì)專項(xiàng)訓(xùn)練考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、某工廠新建一座10kV變電所，采用放射式接線，從城市110kV變電站引一根10kV架空線路為其供電。已知該線路長(zhǎng)度為8km，末端最大負(fù)荷為2000kW，功率因數(shù)為0.85，允許電壓損失為額定電壓的7%。線路采用LGJ-120型鋼芯鋁絞線，架設(shè)于電桿上，桿距為50m。試計(jì)算該線路的末端最大電壓損失。若為滿足電壓損失要求，需將導(dǎo)線截面增大，請(qǐng)計(jì)算并選擇經(jīng)濟(jì)截面（經(jīng)濟(jì)電流密度按J=1.65A/mm2考慮，線路年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)T=6000h）。假設(shè)系統(tǒng)短路電壓Uoc%=10%，計(jì)算該線路末端三相短路電流的有名值（系統(tǒng)電壓為10kV）。二、某35kV架空線路，線間距離為1.5m，通過(guò)居民區(qū)，附近有居民樓，距離線路中心線最近距離為15m。試問(wèn)：根據(jù)《110kV~750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50545)規(guī)定，該線路的導(dǎo)線最小型號(hào)應(yīng)滿足什么要求？并說(shuō)明理由。若選用LGJ-150型導(dǎo)線，請(qǐng)校驗(yàn)其與居民樓的最小水平凈空距離是否滿足安全要求（提示：查表確定最小凈空距離）。三、如圖所示（此處無(wú)圖，假設(shè)為單電源輻射形線路，A點(diǎn)為電源，B點(diǎn)為末端負(fù)荷，C點(diǎn)為線路中間某處故障點(diǎn)），一電力線路發(fā)生相間短路故障，保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器跳閘。已知AB段線路長(zhǎng)50km，BC段線路長(zhǎng)30km，末端B點(diǎn)正常工作時(shí)流過(guò)電流為300A。保護(hù)1安裝在A點(diǎn)，保護(hù)2安裝在B點(diǎn)。若A點(diǎn)保護(hù)1整定動(dòng)作電流為350A，動(dòng)作時(shí)限為0.5s；B點(diǎn)保護(hù)2采用電流速斷保護(hù)，整定動(dòng)作電流為1000A，動(dòng)作時(shí)限為0.3s。試分析：1.當(dāng)故障發(fā)生在靠近B點(diǎn)的BC段時(shí)，A點(diǎn)保護(hù)1和B點(diǎn)保護(hù)2是否會(huì)正確動(dòng)作？請(qǐng)說(shuō)明理由。2.當(dāng)故障發(fā)生在靠近A點(diǎn)的AB段時(shí)，A點(diǎn)保護(hù)1和B點(diǎn)保護(hù)2是否會(huì)正確動(dòng)作？請(qǐng)說(shuō)明理由。3.為保證選擇性，若故障發(fā)生在AB段中間某點(diǎn)，請(qǐng)?zhí)岢龈倪M(jìn)B點(diǎn)保護(hù)2整定方案的建議。四、某35kV線路采用鋼筋混凝土電桿，架設(shè)避雷線。線路通過(guò)山區(qū)，雷電活動(dòng)頻繁。請(qǐng)簡(jiǎn)述該線路應(yīng)采取的防雷措施，并說(shuō)明各措施的作用。若該線路需要安裝避雷器進(jìn)行保護(hù)，請(qǐng)簡(jiǎn)述選擇線路避雷器時(shí)需要考慮的主要參數(shù)及其含義。五、某變電站內(nèi)，一臺(tái)10kV變壓器（額定容量1000kVA，聯(lián)結(jié)組別YNyn0）采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式。請(qǐng)說(shuō)明選擇中性點(diǎn)接地電阻值時(shí)應(yīng)主要考慮哪些因素？若要求在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電流不超過(guò)40A，試計(jì)算應(yīng)選擇多大阻值的接地電阻（系統(tǒng)最高電壓為11kV）。說(shuō)明計(jì)算中依據(jù)的關(guān)鍵參數(shù)。六、比較架空輸電線路和電纜輸電線路在技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性方面的主要差異，并說(shuō)明各自的應(yīng)用場(chǎng)合。七、某工程需要敷設(shè)一根長(zhǎng)度為1000m的電纜，用于連接兩臺(tái)位于建筑物內(nèi)的10kV變壓器。負(fù)荷電流為150A，環(huán)境溫度為30℃。初步選用YJV22-8.7/15kV-3x150型電纜，請(qǐng)說(shuō)明選擇該電纜型號(hào)的主要依據(jù)。若該電纜長(zhǎng)期工作溫度按65℃考慮，請(qǐng)計(jì)算其載流量是否滿足要求？并簡(jiǎn)述在計(jì)算電纜載流量時(shí)需要考慮哪些校正系數(shù)。八、簡(jiǎn)述電力線路進(jìn)行電壓損失計(jì)算的目的。若一條線路的電壓損失偏大，從線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行角度，可以采取哪些措施來(lái)減小電壓損失？請(qǐng)列舉至少三種措施并簡(jiǎn)述其原理。試卷答案一、1.末端最大電壓損失計(jì)算：*S=Pcosφ+Qsinφ=2000*0.85+2000*tan(arccos0.85)=1700+941.8=2641.8kVar*r?=ρ/S=31.5/(120*8)=0.0329Ω/km*x?=0.1445log(E/D)/r=0.1445log(10/1.5)/0.017=0.1445log(6.67)/0.017≈0.399Ω/km*ΔU%=(r?P+x?Q)*100/(U?2*β)=(0.0329*2000+0.399*941.8)*100/(102*1)=(65.8+375.2)=441A%*結(jié)論：電壓損失為441%，遠(yuǎn)大于允許的7%，不滿足要求。2.選擇經(jīng)濟(jì)截面：*I=P/(β*cosφ)=2000/(0.85*1.65)≈1435A*S=I/J=1435/1.65≈867mm2*選擇接近的標(biāo)準(zhǔn)截面：選擇240mm2（LGJ-300型）。*驗(yàn)算LGJ-300經(jīng)濟(jì)電流密度下的載流量：*r?=29.8/(300*8)=0.01195Ω/km*x?=0.1445log(10/1.5)/0.019≈0.379Ω/km*ΔU%=(0.01195*2000+0.379*941.8)*100/(102*1)=(23.9+358.3)=382.2A%*結(jié)論：電壓損失為382.2%，仍遠(yuǎn)大于7%。需進(jìn)一步增大截面。*嘗試LGJ-400型：*r?=29.8/(400*8)=0.009475Ω/km*x?=0.1445log(10/1.5)/0.022≈0.367Ω/km*ΔU%=(0.009475*2000+0.367*941.8)*100/(102*1)=(18.95+344.1)=363.05A%*結(jié)論：電壓損失仍較大。*嘗試LGJ-500型：*r?=29.8/(500*8)=0.00745Ω/km*x?=0.1445log(10/1.5)/0.024≈0.363Ω/km*ΔU%=(0.00745*2000+0.363*941.8)*100/(102*1)=(14.9+338.8)=353.7A%*結(jié)論：電壓損失仍較大。*嘗試LGJ-630型：*r?=29.8/(630*8)=0.005925Ω/km*x?=0.1445log(10/1.5)/0.026≈0.359Ω/km*ΔU%=(0.005925*2000+0.359*941.8)*100/(102*1)=(11.85+337.1)=348.95A%*結(jié)論：電壓損失仍較大。*綜合考慮，經(jīng)濟(jì)截面選擇可能需要更大，如LGJ-700或更高。此處按LGJ-630繼續(xù)計(jì)算。*校驗(yàn)LGJ-630是否滿足電壓損失要求：*r?=29.8/(630*8)=0.005925Ω/km*x?=0.1445log(10/1.5)/0.026≈0.359Ω/km*ΔU%=(0.005925*2000+0.359*941.8)*100/(102*1)=(11.85+337.1)=348.95A%*結(jié)論：電壓損失仍較大（遠(yuǎn)超7%），說(shuō)明僅從經(jīng)濟(jì)電流密度角度選線可能不滿足電壓損失要求，實(shí)際工程中需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，可能需要選擇更大截面或允許電壓損失適當(dāng)放寬。此處按題目要求選擇LGJ-630。3.三相短路電流有名值計(jì)算：*Ss=Ue*β*Sd=10kV*1*100MVA=1000MVA*Xs=Uoc%*Ue/100=10%*10.5kV/1kV=1.05Ω*X?_line=x?*L=0.359Ω/km*8km=2.872Ω*Xs'=Xs+X?_line=1.05+2.872=3.922Ω*I3R=Ss/(√3*Ue*Xs')=1000*10^6/(√3*10*10^3*3.922)≈144.5kA*I3P=I3R/(√3*Ue)=144.5*10^3/(√3*10*10^3)≈8.34kA*結(jié)論：三相短路電流有名值為8.34kA。二、1.導(dǎo)線最小型號(hào)要求：*根據(jù)《GB50545》表8.0.2，通過(guò)居民區(qū)的35kV架空線路，與居民樓最近水平距離為15m，屬于“居民區(qū)”分類，要求導(dǎo)線最小型號(hào)為L(zhǎng)GJ-50。*理由：該規(guī)范根據(jù)不同電壓等級(jí)和不同區(qū)域（如居民區(qū)、一般區(qū)、非居民區(qū)）對(duì)導(dǎo)線最小截面進(jìn)行了規(guī)定，目的是保證線路對(duì)地、對(duì)交叉跨越物等的足夠安全距離，以及滿足最低機(jī)械強(qiáng)度要求。查表可知，35kV線路在居民區(qū)，最小導(dǎo)線截面為50mm2（LGJ-50）。2.最小水平凈空距離校驗(yàn)：*查《GB50545》表13.0.4，35kV架空線路與居民樓的最小水平凈空距離應(yīng)≥6.5m。*題目已知線路中心線與居民樓最近距離為15m，15m>6.5m。*結(jié)論：選用LGJ-150型導(dǎo)線，其與居民樓的最小水平凈空距離滿足安全要求。三、1.故障靠近B點(diǎn)（BC段）：*A點(diǎn)保護(hù)1：故障點(diǎn)在BC段，故障電流主要流過(guò)BC段和A點(diǎn)。A點(diǎn)保護(hù)1整定電流為350A，小于B點(diǎn)速斷整定1000A，且A點(diǎn)時(shí)限0.5s大于B點(diǎn)速斷時(shí)限0.3s。根據(jù)選擇性原則，A點(diǎn)保護(hù)1不應(yīng)動(dòng)作。*B點(diǎn)保護(hù)2：故障發(fā)生在保護(hù)2的保護(hù)范圍內(nèi)（BC段），流過(guò)B點(diǎn)的電流（大于300A）遠(yuǎn)大于其整定電流1000A。B點(diǎn)保護(hù)2將正確動(dòng)作。2.故障靠近A點(diǎn)（AB段）：*A點(diǎn)保護(hù)1：故障發(fā)生在保護(hù)1的保護(hù)范圍內(nèi)（AB段），流過(guò)A點(diǎn)的電流（大于300A）遠(yuǎn)大于其整定電流350A。A點(diǎn)保護(hù)1將正確動(dòng)作。*B點(diǎn)保護(hù)2：故障發(fā)生在B點(diǎn)保護(hù)2的保護(hù)范圍外（AB段），流過(guò)B點(diǎn)的電流較?。ㄐ∮?00A，可能接近末端B點(diǎn)正常電流）。流過(guò)B點(diǎn)的電流小于其整定電流1000A。B點(diǎn)保護(hù)2不應(yīng)動(dòng)作。3.改進(jìn)B點(diǎn)保護(hù)2整定方案建議：*若故障發(fā)生在AB段中間，故障電流可能不足以使B點(diǎn)速斷保護(hù)（1000A）動(dòng)作，但故障是存在的，需要保護(hù)。B點(diǎn)保護(hù)2是電流速斷保護(hù)，靈敏度可能不足。*建議改為或增加限時(shí)電流速斷保護(hù)（或稱過(guò)電流保護(hù)）。限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流整定值可以小于速斷電流，但大于正常運(yùn)行最大負(fù)荷電流（如選1.2-1.5倍額定電流或大于300A），并設(shè)置一個(gè)較短的動(dòng)作時(shí)限（如0.5s-1s，小于相鄰下一級(jí)保護(hù)時(shí)限）。這樣，即使故障電流不很大，也能在速斷保護(hù)拒動(dòng)時(shí)提供后備保護(hù)。四、1.防雷措施：*架設(shè)避雷線：在導(dǎo)線上方架設(shè)避雷線，利用其高度和導(dǎo)電性，攔截大部分直接雷擊，保護(hù)導(dǎo)線。*絕緣子串：增加絕緣子串的長(zhǎng)度，提高線路的耐雷水平。*雷電防護(hù)等級(jí)（LPL）：根據(jù)線路重要程度和通過(guò)地區(qū)的雷電活動(dòng)強(qiáng)度，確定線路的雷電防護(hù)等級(jí)（如LPL1類、LPL2類），并按相應(yīng)等級(jí)配置避雷線和保護(hù)措施。*防雷接地：完善線路桿塔的接地裝置，降低雷電流流入地時(shí)的接地電阻，減小接地電壓。*避雷器（可選）：在線路絕緣子串上安裝避雷器，或在線路特定位置安裝線路型避雷器，吸收雷電過(guò)電壓能量，保護(hù)絕緣子。2.避雷器選擇參數(shù)：*額定電壓（Un）：應(yīng)等于或大于線路的運(yùn)行電壓，并考慮系統(tǒng)最高電壓。*標(biāo)稱放電電流（In）：指避雷器允許通過(guò)的無(wú)續(xù)流的最大工頻放電電流，應(yīng)大于線路預(yù)期可能出現(xiàn)的雷電流幅值。*電壓保護(hù)水平（Up）：指避雷器在規(guī)定電流下的殘壓值，應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備（如絕緣子串）的沖擊放電電壓或閃絡(luò)電壓。*持續(xù)運(yùn)行電壓（Ur）：指避雷器在規(guī)定條件下允許長(zhǎng)期施加的電壓，應(yīng)等于線路的運(yùn)行電壓。*動(dòng)作時(shí)間：指避雷器從施加過(guò)電壓到動(dòng)作泄放能量的時(shí)間，應(yīng)盡可能短。五、1.選擇中性點(diǎn)接地電阻值考慮因素：*系統(tǒng)安全：限制單相接地故障時(shí)的故障電流，防止產(chǎn)生過(guò)高的過(guò)電壓，保護(hù)設(shè)備和人員安全。*系統(tǒng)穩(wěn)定性：防止發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間單相接地故障時(shí)，產(chǎn)生持續(xù)的不平衡電流，導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)、系統(tǒng)振蕩等問(wèn)題。*保護(hù)裝置配合：與繼電保護(hù)裝置（如零序保護(hù)）的動(dòng)作特性、靈敏度和可靠性要求相配合。*電容電流：中性點(diǎn)接地電阻值需綜合考慮系統(tǒng)電容電流的大小，確保故障電流在允許范圍內(nèi)。*經(jīng)濟(jì)性：接地電阻值的選擇需要在保證安全可靠的前提下，考慮接地裝置的投資和運(yùn)行維護(hù)成本。2.接地電阻計(jì)算：*系統(tǒng)最高電壓Umax=1.1*10kV=11kV。*要求故障點(diǎn)電流If=40A。*變壓器中性點(diǎn)接地故障電流近似計(jì)算公式：If≈(√3*Ue*Umax)/(Xs+X0_line)*(1/Zg)≈(√3*Ue*Umax)/(Xs+X0_line)（假設(shè)接地阻抗Zg影響較小或已包含在Xs/X0_line中，或按簡(jiǎn)化公式If≈(√3*Ue*Umax)/(Xs+X0_line)估算，其中Xs為系統(tǒng)短路阻抗，X0_line為線路零序阻抗，兩者之和常近似為系統(tǒng)等效零序阻抗）。*若簡(jiǎn)化為：If≈(√3*Ue*Umax)/(Xs+X0_line)。*由于未給出Xs和X0_line的具體值，無(wú)法直接計(jì)算。通常需要查閱系統(tǒng)資料或進(jìn)行系統(tǒng)分析計(jì)算。此處假設(shè)能計(jì)算出等效零序阻抗為X_eq。*假設(shè)計(jì)算得到X_eq=20Ω。*R=Ue/(√3*If)≈10kV/(1.732*40A)≈144Ω。*R=X_eq≈20Ω。*實(shí)際計(jì)算中，需精確的系統(tǒng)參數(shù)。假設(shè)按簡(jiǎn)化公式If≈(√3*Ue*Umax)/(Xs+X0_line)，若Xs+X0_line≈250Ω，則R=(1.732*10kV*11kV)/(3*40A*250Ω)≈30Ω。若按R=X_eq≈20Ω。*結(jié)論：根據(jù)假設(shè)的系統(tǒng)參數(shù)，接地電阻R需在20Ω至30Ω之間。為滿足If≤40A的要求，需選擇R≤30Ω的接地電阻。實(shí)際工程中需精確計(jì)算。*關(guān)鍵參數(shù)：系統(tǒng)額定電壓Ue、系統(tǒng)最高電壓Umax、單相接地故障電流要求If、系統(tǒng)零序阻抗Xs、線路零序阻抗X0_line。六、架空輸電線路與電纜輸電線路主要差異及應(yīng)用場(chǎng)合：|特性|架空輸電線路|電纜輸電線路||------------|--------------------------------------------|--------------------------------------------------||投資建設(shè)|土地征用多，桿塔基礎(chǔ)和線路工程量大，投資相對(duì)較低。|土地占用少，線路埋地，投資高，尤其電纜本身價(jià)格昂貴。||運(yùn)行維護(hù)|易受氣象和環(huán)境（風(fēng)、冰、雷、外力破壞）影響，維護(hù)工作量大。|不受氣象直接影響，安全性高，維護(hù)工作量小，但故障查找難。||可靠性|易受外力破壞（如樹(shù)木、車輛、施工），可靠性相對(duì)較低。|不易受外力破壞，可靠性高，但易受電纜制造缺陷、電纜頭故障影響。||電能損耗|線路損耗相對(duì)較大（電阻損耗）。|線芯截面積可以做得更?。ㄏ嗤妷旱燃?jí)），損耗相對(duì)較小。||走廊寬度|需要較寬的走廊，占用土地面積大。|走廊寬度要求小，適用于城市、人口密集區(qū)、過(guò)江越海等場(chǎng)合。||電壓等級(jí)|適用于中、低電壓等級(jí)（如35kV、110kV、220kV）。|適用于高電壓、超高壓甚至特高壓等級(jí)（如220kV、500kV、1000kV）。||環(huán)境影響|占用土地面積大，視覺(jué)影響大，可能影響生態(tài)。|占用土地少，視覺(jué)影響小，但電纜故障時(shí)漏油可能污染環(huán)境。||靈活性|線路路徑受地形地物限制較大，靈活性較差。|線路路徑選擇靈活，可以實(shí)現(xiàn)大跨度跨越，但敷設(shè)復(fù)雜。|應(yīng)用場(chǎng)合：*架空線路：適用于電壓等級(jí)不高、走廊條件較好、土地成本較低、經(jīng)濟(jì)性要求較高的地區(qū)，如郊區(qū)、農(nóng)村、跨越障礙物等。*電纜線路：適用于城市中心區(qū)、人口密集區(qū)、海峽或河流下方、對(duì)環(huán)境要求高、需要大容量輸送的地區(qū)，以及架空線路難以架設(shè)的場(chǎng)合。七、1.選擇電纜型號(hào)依據(jù)：*電壓等級(jí)：電纜額定電壓8.7/15kV，滿足系統(tǒng)電壓要求。*載流量：電纜需長(zhǎng)期通過(guò)150A電流。*長(zhǎng)度與敷設(shè)方式：1000m長(zhǎng)度，YJV為鎧裝電纜，適用于直埋或電纜溝等敷設(shè)方式。*環(huán)境溫度：30℃，需考慮溫度對(duì)載流量的影響。*保護(hù)：鎧裝提供機(jī)械保護(hù)和一定的防腐蝕能力。2.載流量校驗(yàn)（假設(shè)環(huán)境溫度30℃）：*查表得YJV-8.7/15kV-3x150電纜在空氣中、環(huán)境溫度20℃時(shí)的載流量（長(zhǎng)期允許載流量）約為175A-185A（具體數(shù)值依不同廠家標(biāo)準(zhǔn)或電纜型號(hào)手冊(cè)）。*環(huán)境溫度30℃時(shí)，載流量會(huì)下降。需應(yīng)用溫度校正系數(shù)Kt。*查表或計(jì)算得YJV電纜30℃時(shí)的溫度校正系數(shù)Kt（相對(duì)于2