2025年廣東汕頭勘察設(shè)計注冊電氣工程師考試（發(fā)輸變電專業(yè)案例）經(jīng)典試題及答案一、短路電流計算相關(guān)試題1.試題：某220kV變電站，系統(tǒng)接線如圖所示。已知系統(tǒng)S1的短路容量為2000MVA，系統(tǒng)S2的短路容量為1500MVA，變壓器T1容量為180MVA，變比為220/110kV，短路阻抗百分數(shù)$U_{k}\%=10.5$；變壓器T2容量為150MVA，變比為220/110kV，短路阻抗百分數(shù)$U_{k}\%=10$。線路L1阻抗$Z_{L1}=20+j60\Omega$，線路L2阻抗$Z_{L2}=15+j45\Omega$。當110kV母線發(fā)生三相短路時，計算短路點的短路電流周期分量有效值。（取$S_{B}=100MVA$，$U_{B}=U_{av}$，$U_{av110}=115kV$，$U_{av220}=230kV$）2.解答步驟-計算各元件的標幺值-系統(tǒng)S1的標幺值：$X_{S1}^=\frac{S_{B}}{S_{d1}}=\frac{100}{2000}=0.05$-系統(tǒng)S2的標幺值：$X_{S2}^=\frac{S_{B}}{S_{d2}}=\frac{100}{1500}\approx0.067$-變壓器T1的標幺值：$X_{T1}^=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{N1}}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{180}\approx0.058$-變壓器T2的標幺值：$X_{T2}^=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{N2}}=\frac{10}{100}\times\frac{100}{150}\approx0.067$-線路L1的標幺值：$Z_{L1B}=\frac{U_{B}^2}{S_{B}}=\frac{230^2}{100}=529\Omega$，$X_{L1}^=\frac{60}{529}\approx0.113$-線路L2的標幺值：$X_{L2}^=\frac{45}{529}\approx0.085$-化簡等值電路求總標幺值-系統(tǒng)S1經(jīng)線路L1和變壓器T1到短路點的總標幺值$X_{1}^=X_{S1}^+X_{L1}^+X_{T1}^=0.05+0.113+0.058=0.221$-系統(tǒng)S2經(jīng)線路L2和變壓器T2到短路點的總標幺值$X_{2}^=X_{S2}^+X_{L2}^+X_{T2}^=0.067+0.085+0.067=0.219$-由于兩部分并聯(lián)，總標幺值$X_{\sum}^=\frac{X_{1}^X_{2}^}{X_{1}^+X_{2}^}=\frac{0.221\times0.219}{0.221+0.219}\approx0.11$-計算短路電流周期分量有效值-基準電流$I_{B}=\frac{S_{B}}{\sqrt{3}U_{B}}=\frac{100}{\sqrt{3}\times115}\approx0.502kA$-短路電流周期分量有效值$I_{k}^=\frac{1}{X_{\sum}^}=\frac{1}{0.11}\approx9.09$-實際短路電流$I_{k}=I_{k}^I_{B}=9.09\times0.502\approx4.56kA$二、電氣設(shè)備選擇相關(guān)試題1.試題：某110kV變電站，110kV母線三相短路電流周期分量有效值為12kA，短路電流持續(xù)時間為2s?，F(xiàn)需選擇110kV母線的高壓開關(guān)柜，已知某型號高壓開關(guān)柜的額定電流為2000A，額定短路開斷電流為31.5kA，額定短時耐受電流為31.5kA（4s），試校驗該高壓開關(guān)柜是否滿足要求。2.解答步驟-校驗額定電流-一般情況下，變電站110kV母線的正常工作電流不會超過2000A（可根據(jù)變電站的負荷情況估算，假設(shè)該變電站最大負荷電流為1500A），而該高壓開關(guān)柜額定電流為2000A，$I_{N}\geqI_{max}$（$I_{max}$為最大工作電流），所以額定電流滿足要求。-校驗短路開斷電流-已知短路電流周期分量有效值$I_{k}=12kA$，該高壓開關(guān)柜額定短路開斷電流$I_{br}=31.5kA$，因為$I_{br}\geqI_{k}$，所以短路開斷電流滿足要求。-校驗短時耐受電流-根據(jù)熱穩(wěn)定校驗公式$I_{t}^2t\geqI_{k}^2t_{k}$，其中$I_{t}$為額定短時耐受電流，$t$為額定短時耐受時間，$I_{k}$為短路電流周期分量有效值，$t_{k}$為短路電流持續(xù)時間。-已知$I_{t}=31.5kA$，$t=4s$，$I_{k}=12kA$，$t_{k}=2s$。-左邊$I_{t}^2t=31.5^2\times4=3969$，右邊$I_{k}^2t_{k}=12^2\times2=288$。-因為$I_{t}^2t\geqI_{k}^2t_{k}$，所以短時耐受電流滿足要求。綜上，該高壓開關(guān)柜滿足要求。三、接地設(shè)計相關(guān)試題1.試題：某35kV變電站，占地面積為$50m\times80m$，土壤電阻率$\rho=500\Omega\cdotm$。采用水平接地極為主，垂直接地極為輔的復(fù)合接地網(wǎng)，水平接地極采用-40×4扁鋼，垂直接地極采用$\angle50\times5$角鋼，長度為2.5m。試計算該接地網(wǎng)的接地電阻。2.解答步驟-計算水平接地極的接地電阻-水平接地極的總長度$L_{h}$：假設(shè)水平接地極間距為5m，沿變電站周邊和內(nèi)部布置，可估算水平接地極總長度$L_{h}\approx(50+80)\times2+50\times(80\div5-1)+80\times(50\div5-1)\approx1000m$-水平接地極的等效半徑$r_{e}=\frac{40}{2}\times10^{-3}=0.02m$-水平接地極的接地電阻$R_{h}=\frac{\rho}{2\piL_{h}}\ln\frac{2L_{h}}{r_{e}}=\frac{500}{2\pi\times1000}\ln\frac{2\times1000}{0.02}\approx0.0796\times7.60\approx0.605\Omega$-計算垂直接地極的接地電阻-垂直接地極的數(shù)量$n$：假設(shè)每隔5m布置一根垂直接地極，可估算垂直接地極數(shù)量$n\approx\frac{(50+80)\times2}{5}=52$根-單根垂直接地極的接地電阻$R_{v}=\frac{\rho}{2\pil}\ln\frac{4l}pdt1zdd$，其中$l=2.5m$，$d=50\times10^{-3}m$，$R_{v}=\frac{500}{2\pi\times2.5}\ln\frac{4\times2.5}{0.05}\approx31.83\times3.69\approx117.4\Omega$-考慮垂直接地極之間的屏蔽效應(yīng)，取利用系數(shù)$\eta_{v}=0.8$，則垂直接地極的總接地電阻$R_{v總}=\frac{R_{v}}{n\eta_{v}}=\frac{117.4}{52\times0.8}\approx2.82\Omega$-計算復(fù)合接地網(wǎng)的接地電阻-復(fù)合接地網(wǎng)的接地電阻$R=\frac{R_{h}R_{v總}}{R_{h}+R_{v總}}=\frac{0.605\times2.82}{0.605+2.82}\approx0.5\Omega$四、過電壓保護相關(guān)試題1.試題：某110kV架空輸電線路，檔距$l=300m$，導(dǎo)線平均高度$h_{av}=15m$，線路所在地區(qū)年平均雷暴日$T_bhplvlh=40$天。試計算該線路的雷擊跳閘率。2.解答步驟-計算繞擊率-對于110kV線路，采用規(guī)程法計算繞擊率$P_{a}=0.15\times10^{-4}\sqrt{h_{av}}=0.15\times10^{-4}\sqrt{15}\approx5.81\times10^{-5}$-計算擊桿率-對于單避雷線的110kV線路，擊桿率$P_{g}=0.1$-計算雷暴日系數(shù)-雷暴日系數(shù)$K_{T}=\frac{T_fvphl13}{40}$，已知$T_vjznvd1=40$天，所以$K_{T}=1$-計算雷擊跳閘率-線路雷擊跳閘率$N=0.28\times(K_{T}P_{g}+P_{a})\timesl\times10^{-3}$-代入數(shù)據(jù)得$N=0.28\times(1\times0.1+5.81\times10^{-5})\times300\times10^{-3}\approx0.84\times10^{-2}$次/（百公里·年）五、繼電保護相關(guān)試題1.試題：某10kV線路，采用定時限過電流保護，已知線路最大負荷電流$I_{L.max}=200A$，可靠系數(shù)$K_{rel}=1.2$，返回系數(shù)$K_{re}=0.85$，試計算該過電流保護的動作電流。2.解答步驟-根據(jù)過電流保護動作電流計算公式$I_{op}=\frac{K_{rel}}{K_{re}}I_{L.max}$-代入數(shù)據(jù)得$I_{op}=\frac{1.2}{0.85}\times200\approx282.4A$六、直流系統(tǒng)相關(guān)試題1.試題：某變電站直流系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池，電池組容量為200Ah，浮充電時每個電池的端電壓為2.23V，均衡充電時每個電池的端電壓為2.35V，電池個數(shù)為104個。試計算浮充電和均衡充電時充電裝置的輸出電壓。2.解答步驟