2025年勘察設(shè)計(jì)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(雞西)試題部分一、短路電流計(jì)算1.某發(fā)輸變電系統(tǒng)中，有一臺容量為120MVA的發(fā)電機(jī)，其次暫態(tài)電抗$X_mcozs3p''=0.12$。系統(tǒng)母線電壓為110kV，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口發(fā)生三相短路時，試計(jì)算短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流有效值。2.一個發(fā)輸變電網(wǎng)絡(luò)中，有兩個電源向短路點(diǎn)供電。電源1的容量為80MVA，次暫態(tài)電抗$X_{1}''=0.1$；電源2的容量為60MVA，次暫態(tài)電抗$X_{2}''=0.15$。短路點(diǎn)所在母線電壓為35kV，求三相短路時短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流有效值。二、電氣主接線1.某220kV變電站，有4回進(jìn)線和6回出線。要求在滿足可靠性和靈活性的前提下，設(shè)計(jì)一種合理的電氣主接線方式，并說明其優(yōu)缺點(diǎn)。2.對于一個110kV終端變電站，有2回進(jìn)線和4回出線，采用單母線分段接線。已知每回進(jìn)線額定電流為600A，每回出線額定電流為400A，試選擇合適的母線型號（考慮一定的裕度）。三、導(dǎo)體和電纜選擇1.某110kV架空輸電線路，輸送功率為50MW，功率因數(shù)為0.9。環(huán)境溫度為30°C，年最高溫度為40°C，試選擇合適的導(dǎo)線型號。2.某變電站內(nèi)，需要敷設(shè)一條10kV電纜，用于向一臺容量為2000kVA的變壓器供電。電纜采用直埋方式，土壤熱阻系數(shù)為$1.2^{\circ}C\cdotm/W$，試選擇合適的電纜型號。四、高壓電器選擇1.某35kV變電站，短路電流周期分量有效值為12kA，短路持續(xù)時間為2s。試選擇合適的斷路器，要求說明選擇依據(jù)。2.某110kV輸電線路，最大工作電流為800A，試選擇合適的電流互感器，要求變比合適且滿足準(zhǔn)確級要求。五、接地1.某變電站占地面積為100m×80m，土壤電阻率為$500\Omega\cdotm$。試設(shè)計(jì)該變電站的接地網(wǎng)，計(jì)算接地電阻，并說明接地網(wǎng)的布置原則。2.某10kV配電線路，采用鋼筋混凝土電桿，要求計(jì)算其接地電阻，并說明降低接地電阻的措施。六、過電壓保護(hù)和絕緣配合1.某220kV輸電線路，雷擊塔頂時的耐雷水平為120kA。已知線路絕緣子串的50%放電電壓為1000kV，試計(jì)算該線路的繞擊耐雷水平。2.某變電站內(nèi)，110kV母線的絕緣水平為450kV（峰值），試選擇合適的避雷器，要求說明選擇依據(jù)。七、繼電保護(hù)1.某110kV輸電線路，采用三段式電流保護(hù)。已知線路最大負(fù)荷電流為600A，線路末端三相短路電流為4kA，試計(jì)算三段式電流保護(hù)的動作電流和動作時限。2.某變壓器容量為10000kVA，采用縱差動保護(hù)。已知變壓器一次側(cè)額定電流為52.5A，二次側(cè)額定電流為288.7A，試計(jì)算縱差動保護(hù)的動作電流和制動系數(shù)。八、自動裝置1.某變電站采用備用電源自動投入裝置。已知工作電源進(jìn)線斷路器跳閘后，備用電源投入時間為1s，試分析該裝置的動作過程和可靠性要求。2.某電力系統(tǒng)中，采用自動重合閘裝置。已知線路發(fā)生瞬時性故障的概率為0.8，試分析自動重合閘裝置的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。答案部分一、短路電流計(jì)算1.-首先，取基準(zhǔn)容量$S_{B}=120MVA$，基準(zhǔn)電壓$U_{B}=110kV$。-計(jì)算基準(zhǔn)電流$I_{B}=\frac{S_{B}}{\sqrt{3}U_{B}}=\frac{120\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}}\approx630.14A$。-發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值$X_3uwzuor''=0.12$。-三相短路時短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流標(biāo)幺值$I_aezavp3''=\frac{1}{X_hiuozdv''}=\frac{1}{0.12}\approx8.33$。-短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流有效值$I_itupqb3''=I_riunrjc''I_{B}=8.33\times630.14\approx5249.07A$。2.-取基準(zhǔn)容量$S_{B}=100MVA$，基準(zhǔn)電壓$U_{B}=35kV$。-計(jì)算基準(zhǔn)電流$I_{B}=\frac{S_{B}}{\sqrt{3}U_{B}}=\frac{100\times10^{6}}{\sqrt{3}\times35\times10^{3}}\approx1650.63A$。-電源1次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值$X_{1}''=\frac{S_{B}}{S_{1}}X_{1}''=\frac{100}{80}\times0.1=0.125$。-電源2次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值$X_{2}''=\frac{S_{B}}{S_{2}}X_{2}''=\frac{100}{60}\times0.15=0.25$。-兩電源并聯(lián)后的等效次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值$X_{\sum}''=\frac{X_{1}''X_{2}''}{X_{1}''+X_{2}''}=\frac{0.125\times0.25}{0.125+0.25}\approx0.083$。-三相短路時短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流標(biāo)幺值$I_dvxs3nx''=\frac{1}{X_{\sum}''}=\frac{1}{0.083}\approx12$。-短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流有效值$I_3r3tgri''=I_nisdwr3''I_{B}=12\times1650.63\approx19807.56A$。二、電氣主接線1.-對于該220kV變電站，可采用雙母線分段接線方式。-優(yōu)點(diǎn)：-供電可靠性高?？梢酝ㄟ^分段斷路器將母線分成若干段，當(dāng)一段母線故障或檢修時，不影響其他段母線的正常供電。-靈活性好?？梢苑奖愕剡M(jìn)行倒閘操作，檢修斷路器時可以不停電。-便于擴(kuò)建。隨著變電站負(fù)荷的增加，可以方便地進(jìn)行母線的擴(kuò)建。-缺點(diǎn)：-接線復(fù)雜，投資大。需要較多的斷路器和隔離開關(guān)等設(shè)備，增加了投資成本。-運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。倒閘操作較多，增加了運(yùn)行維護(hù)的難度。2.-單母線分段接線，母線的總計(jì)算電流為$I_{總}=2\times600+4\times400=2800A$。-考慮一定的裕度，選擇母線時一般裕度取20%-30%，這里取25%，則計(jì)算電流$I_{計(jì)算}=2800\times(1+25\%)=3500A$。-可選擇型號為LMY-125×10的鋁母線，其長期允許載流量在環(huán)境溫度為40°C時約為3800A，能夠滿足要求。三、導(dǎo)體和電纜選擇1.-首先計(jì)算線路的計(jì)算電流$I_{計(jì)算}=\frac{P}{\sqrt{3}U\cos\varphi}=\frac{50\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}\times0.9}\approx291.4A$。-考慮環(huán)境溫度的影響，根據(jù)相關(guān)手冊，當(dāng)環(huán)境溫度為30°C，年最高溫度為40°C時，需要對導(dǎo)體的載流量進(jìn)行修正。-選擇型號為LGJ-70的鋼芯鋁絞線，其在環(huán)境溫度為40°C時的長期允許載流量約為300A，大于計(jì)算電流，能夠滿足要求。2.-變壓器的額定電流$I_{N}=\frac{S}{\sqrt{3}U}=\frac{2000\times10^{3}}{\sqrt{3}\times10\times10^{3}}\approx115.5A$。-考慮電纜直埋方式和土壤熱阻系數(shù)，選擇型號為YJV22-8.7/15kV-3×70的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電纜，其在土壤熱阻系數(shù)為$1.2^{\circ}C\cdotm/W$時的載流量能夠滿足要求。四、高壓電器選擇1.-選擇斷路器時，需要考慮以下幾個方面：-額定電壓：斷路器的額定電壓應(yīng)不小于系統(tǒng)的額定電壓，所以選擇額定電壓為35kV的斷路器。-額定電流：根據(jù)系統(tǒng)的最大工作電流選擇，一般要留有一定的裕度。這里假設(shè)系統(tǒng)最大工作電流小于斷路器的額定電流。-開斷電流：斷路器的開斷電流應(yīng)不小于短路電流周期分量有效值，即開斷電流應(yīng)不小于12kA。-熱穩(wěn)定電流：熱穩(wěn)定電流應(yīng)滿足$I_{t}^{2}t\geqI_ehdez33^{2}t_{k}$，其中$I_{t}$為斷路器的熱穩(wěn)定電流，$t$為熱穩(wěn)定時間，$I_iv3hide$為短路電流周期分量有效值，$t_{k}$為短路持續(xù)時間。已知$I_zuf3xbt=12kA$，$t_{k}=2s$，則$I_x3ikmvg^{2}t_{k}=12^{2}\times2=288kA^{2}\cdots$。選擇熱穩(wěn)定電流為16kA，熱穩(wěn)定時間為2s的斷路器，$I_{t}^{2}t=16^{2}\times2=512kA^{2}\cdots\gt288kA^{2}\cdots$，滿足要求。-動穩(wěn)定電流：動穩(wěn)定電流應(yīng)不小于短路電流的沖擊值。短路電流沖擊值$i_{sh}=\sqrt{2}K_{sh}I_gyjce36$，一般$K_{sh}$取1.8-2.0，這里取1.8，則$i_{sh}=\sqrt{2}\times1.8\times12\approx30.56kA$。選擇動穩(wěn)定電流為40kA的斷路器，滿足要求。-綜合以上考慮，可選擇型號為ZN63A-40.5的真空斷路器。2.-電流互感器的變比應(yīng)根據(jù)最大工作電流選擇，一般選擇變比為1000/5的電流互感器，這樣可以保證在最大工作電流時，二次側(cè)電流不超過額定值。-對于準(zhǔn)確級，根據(jù)測量和保護(hù)的要求，一般測量用電流互感器的準(zhǔn)確級為0.5級，保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級為5P10或10P10等。這里選擇0.5/5P10的電流互感器，能夠滿足測量和保護(hù)的要求。五、接地1.-接地網(wǎng)的布置原則：-盡量使接地網(wǎng)的電位分布均勻，減少接觸電壓和跨步電壓。-接地極應(yīng)均勻分布，避免出現(xiàn)局部接地電阻過大的情況。-接地網(wǎng)應(yīng)與變電站內(nèi)的電氣設(shè)備可靠連接。-采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算接地電阻$R\approx0.5\frac{\rho}{\sqrt{S}}$，其中$\rho=500\Omega\cdotm$，$S=100\times80=8000m^{2}$，則$R\approx0.5\times\frac{500}{\sqrt{8000}}\approx4.42\Omega$。-接地網(wǎng)可采用水平接地極為主，垂直接地極為輔的布置方式。水平接地極采用扁鋼，垂直接地極采用角鋼，水平接地極間距一般為5-10m，垂直接地極間距一般為2.5-5m。2.-對于鋼筋混凝土電桿，其接地電阻可采用經(jīng)驗(yàn)公式$R\approx\frac{\rho}{l}$，其中$\rho$為土壤電阻率，假設(shè)為$300\Omega\cdotm$，$l$為電桿的埋深，假設(shè)為2m，則$R\approx\frac{300}{2}=150\Omega$。-降低接地電阻的措施：-增加垂直接地極的數(shù)量和長度。-采用降阻劑。降阻劑可以降低土壤的電阻率，從而降低接地電阻。-換土。將電桿周圍的高電阻率土壤換成低電阻率土壤。六、過電壓保護(hù)和絕緣配合1.-繞擊耐雷水平$I_{繞擊}=\frac{U_{50\%}}{100}$，其中$U_{50\%}$為線路絕緣子串的50%放電電壓。-已知$U_{50\%}=1000kV$，則$I_{繞擊}=\frac{1000}{100}=10kA$。2.-選擇避雷器時，需要考慮以下幾個方面：-額定電壓：避雷器的額定電壓應(yīng)不小于系統(tǒng)的額定電壓，所以選擇額定電壓為110kV的避雷器。-持續(xù)運(yùn)行電壓：避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓應(yīng)不小于系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓。-殘壓：避雷器的殘壓應(yīng)不大于被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平。110kV母線的絕緣水平為450kV（峰值），選擇型號為Y10W-108/260的氧化鋅避雷器，其殘壓為260kV，小于母線的絕緣水平，能夠滿足要求。七、繼電保護(hù)1.-三段式電流保護(hù)包括瞬時電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)。-瞬時電流速斷保護(hù)：-動作電流$I_{op1}=K_{rel}I_{k.max}$，其中$K_{rel}$為可靠系數(shù)，取1.2，$I_{k.max}$為線路末端三相短路電流，$I_{k.max}=4kA$，則$I_{op1}=1.2\times4=4.8kA$。-動作時限$t_{1}=0s$。-限時電流速斷保護(hù)：-動作電流$I_{op2}=K_{rel}I_{op1}$，$K_{rel}$取1.1，則$I_{op2}=1.1\times4.8=5.28kA$。-動作時限$t_{2}=0.5s$。-過電流保護(hù)：-動作電流$I_{op3}=K_{rel}K_{ss}\frac{I_{L.max}}{K_{re}}$，其中$K_{rel}$為可靠系數(shù)，取1.2，$K_{ss}$為自啟動系數(shù)，取1.5，$I_{L.max}$為線路最大負(fù)荷電流，$I_{L.max}=600A$，$K_{re}$為返回系數(shù)，取0.85，則$I_{op3}=1.2\times1.5\times\frac{600}{0.85}\approx1270.6A$。-動作時限$t_{3}=1.5s$。2.-縱差動保護(hù)的動作電流$I_{op}=K_{rel}(I_{unb.max})$，其中$K_{rel}$為可靠系數(shù)，取1.3，$I_{unb.max}$為最大不平衡電流。-最大不平衡電流$I_{unb.max}=K_{cc}f_{i}I_{N}$，其中$K_{cc}$為同型系數(shù)，取0.5，$f_{i}$為電流互感器的變比誤差，取0.1，$I_{N}$為變壓器的額定電流。-變壓器一次側(cè)額定電流$I_{1N}=52.5A$，二次側(cè)額定電流$I_{2N}=288.7A$，假設(shè)電流互感器變比為$n_{TA1}=600/5$，$n_{TA2}=300/5$。-則$I_{unb.max}=0.5\