勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)電氣工程師考試（發(fā)輸變電專(zhuān)業(yè)案例）經(jīng)典試題及答案(貴州省黔西南州2025年)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(tái)容量為120MVA的發(fā)電機(jī)，其次暫態(tài)電抗\(X_woogeam''=0.12\)。系統(tǒng)中還有一臺(tái)110kV/10kV，容量為63MVA的變壓器，其短路阻抗\(U_{k}\%=10.5\)。在10kV母線(xiàn)發(fā)生三相短路，求短路點(diǎn)的次暫態(tài)電流\(I_gwa60yy''\)。2.某220kV輸電線(xiàn)路，長(zhǎng)度為150km，線(xiàn)路每公里的正序電抗\(x_{1}=0.4\Omega/km\)，零序電抗\(x_{0}=1.2\Omega/km\)。在距離線(xiàn)路首端50km處發(fā)生單相接地短路，已知系統(tǒng)側(cè)的正序、負(fù)序和零序等值電抗分別為\(X_{1S}=15\Omega\)，\(X_{2S}=15\Omega\)，\(X_{0S}=25\Omega\)，求短路點(diǎn)的故障電流\(I_{f}\)。二、電氣主接線(xiàn)及廠(chǎng)用電1.某發(fā)電廠(chǎng)有兩臺(tái)300MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為18kV，采用發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線(xiàn)接入500kV系統(tǒng)。廠(chǎng)用電電壓為6kV，試確定廠(chǎng)用高壓變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，并說(shuō)明理由。2.某變電站的電氣主接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)接線(xiàn)，正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)斷路器閉合，兩條母線(xiàn)并列運(yùn)行。已知母線(xiàn)I上連接有3條出線(xiàn)，每條出線(xiàn)的最大負(fù)荷電流為800A；母線(xiàn)II上連接有2條出線(xiàn)，每條出線(xiàn)的最大負(fù)荷電流為1000A。試計(jì)算母聯(lián)斷路器的最大工作電流。三、導(dǎo)體和電纜的選擇1.某110kV架空輸電線(xiàn)路，采用LGJ-300型導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)期允許載流量\(I_{al}=750A\)。線(xiàn)路的最大工作電流\(I_{max}=600A\)，環(huán)境溫度\(t_{0}=30^{\circ}C\)，導(dǎo)線(xiàn)的最高允許溫度\(t_{al}=70^{\circ}C\)。試校驗(yàn)該導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)期發(fā)熱是否滿(mǎn)足要求。2.某變電站的10kV出線(xiàn)，采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（YJV），電纜的持續(xù)載流量\(I_{c}\)與環(huán)境溫度\(t_{0}\)的關(guān)系如下表所示：|環(huán)境溫度\(t_{0}(^{\circ}C)\)|25|30|35|40||---|---|---|---|---||持續(xù)載流量\(I_{c}(A)\)|250|230|210|190|已知線(xiàn)路的最大工作電流\(I_{max}=200A\)，環(huán)境溫度\(t_{0}=35^{\circ}C\)，試選擇合適的電纜截面。四、高壓電器的選擇和校驗(yàn)1.某220kV變電站，選用SF?斷路器，其額定電壓\(U_{N}=220kV\)，額定電流\(I_{N}=2000A\)，額定開(kāi)斷電流\(I_{br}=50kA\)。已知該變電站的最大短路電流\(I_{d.max}=40kA\)，試校驗(yàn)該斷路器的開(kāi)斷能力是否滿(mǎn)足要求。2.某110kV隔離開(kāi)關(guān)，其額定電壓\(U_{N}=110kV\)，額定電流\(I_{N}=1250A\)。在某一運(yùn)行方式下，隔離開(kāi)關(guān)的工作電流\(I_{g}=800A\)，試校驗(yàn)該隔離開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)期發(fā)熱是否滿(mǎn)足要求。五、接地1.某變電站的接地網(wǎng)，采用水平接地極和垂直接地極組成。水平接地極采用-40×4的扁鋼，垂直接地極采用\(L50\times5\)的角鋼，長(zhǎng)度為2.5m。已知土壤電阻率\(\rho=200\Omega\cdotm\)，接地網(wǎng)的面積\(S=5000m^{2}\)，試計(jì)算接地網(wǎng)的接地電阻\(R\)。2.某發(fā)電廠(chǎng)的主廠(chǎng)房，采用聯(lián)合接地系統(tǒng)，要求接地電阻不大于0.5Ω。已知主廠(chǎng)房的接地網(wǎng)面積\(S=3000m^{2}\)，土壤電阻率\(\rho=150\Omega\cdotm\)，試確定是否需要采取降阻措施。六、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置及調(diào)度自動(dòng)化1.某110kV輸電線(xiàn)路，采用三段式電流保護(hù)。已知線(xiàn)路的最大負(fù)荷電流\(I_{L.max}=500A\)，可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.2\)，返回系數(shù)\(K_{re}=0.85\)，自啟動(dòng)系數(shù)\(K_{ss}=1.5\)。試計(jì)算電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流。2.某變電站的母線(xiàn)保護(hù)，采用完全電流差動(dòng)保護(hù)。已知母線(xiàn)連接的各元件的電流互感器變比均為\(n_{TA}=1000/5\)，母線(xiàn)的最大短路電流\(I_{d.max}=20kA\)，可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.3\)。試計(jì)算母線(xiàn)保護(hù)的動(dòng)作電流。七、過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合1.某220kV輸電線(xiàn)路，采用避雷線(xiàn)保護(hù)。已知線(xiàn)路的檔距\(l=400m\)，避雷線(xiàn)的保護(hù)角\(\alpha=20^{\circ}\)，試計(jì)算避雷線(xiàn)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的保護(hù)范圍。2.某變電站的110kV電氣設(shè)備，其絕緣水平用雷電沖擊耐受電壓\(U_{li}\)表示。已知該設(shè)備的\(U_{li}=450kV\)，系統(tǒng)的最大運(yùn)行電壓\(U_{m}=126kV\)，試計(jì)算該設(shè)備的絕緣配合系數(shù)\(K\)。八、照明1.某變電站的主控室，面積為\(S=100m^{2}\)，要求平均照度\(E_{av}=300lx\)。已知燈具的光通量\(\Phi=3000lm\)，燈具的利用系數(shù)\(U=0.6\)，維護(hù)系數(shù)\(K=0.8\)。試計(jì)算需要的燈具數(shù)量\(N\)。2.某發(fā)電廠(chǎng)的車(chē)間，采用熒光燈照明。已知車(chē)間的長(zhǎng)度\(L=30m\)，寬度\(W=20m\)，高度\(H=6m\)，要求平均照度\(E_{av}=200lx\)。熒光燈的光通量\(\Phi=5000lm\)，燈具的利用系數(shù)\(U=0.5\)，維護(hù)系數(shù)\(K=0.7\)。試確定燈具的布置方式和數(shù)量。答案部分一、短路電流計(jì)算1.-首先，選取基準(zhǔn)容量\(S_{B}=100MVA\)，基準(zhǔn)電壓\(U_{B}=U_{av}\)（平均額定電壓），對(duì)于110kV系統(tǒng)\(U_{B1}=115kV\)，對(duì)于10kV系統(tǒng)\(U_{B2}=10.5kV\)。-發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電抗標(biāo)幺值：-\(X_qmiwscg''_{}=\frac{S_{B}}{S_{N}}X_ow6g66g''=\frac{100}{120}\times0.12=0.1\)-變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值：-\(X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{N}}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{63}=0.167\)-總電抗標(biāo)幺值\(X_{\sum}=X_6kk6ma6''_{}+X_{T}=0.1+0.167=0.267\)-短路點(diǎn)的次暫態(tài)電流標(biāo)幺值\(I_w6q6i6w''_{}=\frac{1}{X_{\sum}}=\frac{1}{0.267}\approx3.75\)-基準(zhǔn)電流\(I_{B}=\frac{S_{B}}{\sqrt{3}U_{B2}}=\frac{100\times10^{6}}{\sqrt{3}\times10.5\times10^{3}}\approx5500A\)-短路點(diǎn)的次暫態(tài)電流\(I_aaqosg6''=I_cim66m6''_{}I_{B}=3.75\times5500=20625A=20.625kA\)2.-線(xiàn)路正序電抗\(X_{1L}=x_{1}l=0.4\times150=60\Omega\)，故障點(diǎn)之前的正序電抗\(X_{1}=X_{1S}+0.4\times50=15+20=35\Omega\)-線(xiàn)路零序電抗\(X_{0L}=x_{0}l=1.2\times150=180\Omega\)，故障點(diǎn)之前的零序電抗\(X_{0}=X_{0S}+1.2\times50=25+60=85\Omega\)-負(fù)序電抗\(X_{2}=X_{2S}+0.4\times50=15+20=35\Omega\)-單相接地短路時(shí)，故障點(diǎn)的復(fù)合序網(wǎng)為正序、負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)。-總電抗\(X_{\sum}=X_{1}+X_{2}+X_{0}=35+35+85=155\Omega\)-系統(tǒng)相電壓\(U_{ph}=\frac{220}{\sqrt{3}}\times10^{3}V\)-故障點(diǎn)的故障電流\(I_{f}=\frac{3U_{ph}}{X_{\sum}}=\frac{3\times\frac{220}{\sqrt{3}}\times10^{3}}{155}\approx2425A=2.425kA\)二、電氣主接線(xiàn)及廠(chǎng)用電1.-廠(chǎng)用高壓變壓器的容量：-每臺(tái)300MW機(jī)組的廠(chǎng)用電率一般取5%-8%，取6%。則每臺(tái)機(jī)組的廠(chǎng)用電負(fù)荷\(P_{aux}=300\times10^{3}\times0.06=18000kW\)-兩臺(tái)機(jī)組的廠(chǎng)用電負(fù)荷\(P_{total}=2\times18000=36000kW\)-廠(chǎng)用高壓變壓器的容量應(yīng)滿(mǎn)足一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能承擔(dān)70%-80%的廠(chǎng)用電負(fù)荷。取75%，則單臺(tái)變壓器容量\(S_{T}=\frac{0.75\times36000}{\cos\varphi}\)，一般廠(chǎng)用電負(fù)荷的功率因數(shù)\(\cos\varphi=0.8\)，所以\(S_{T}=\frac{0.75\times36000}{0.8}=33750kVA\)，故選擇兩臺(tái)容量為35000kVA的廠(chǎng)用高壓變壓器。-理由：采用兩臺(tái)變壓器互為備用，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能保證大部分廠(chǎng)用電負(fù)荷的正常運(yùn)行，提高了廠(chǎng)用電系統(tǒng)的可靠性。2.-母聯(lián)斷路器的最大工作電流為兩條母線(xiàn)的最大負(fù)荷電流之差的絕對(duì)值。-母線(xiàn)I的最大負(fù)荷電流\(I_{1}=3\times800=2400A\)-母線(xiàn)II的最大負(fù)荷電流\(I_{2}=2\times1000=2000A\)-母聯(lián)斷路器的最大工作電流\(I_{ml}=\vertI_{1}-I_{2}\vert=\vert2400-2000\vert=400A\)三、導(dǎo)體和電纜的選擇1.-首先，根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)期允許載流量進(jìn)行修正。-設(shè)環(huán)境溫度為\(t_{0}=30^{\circ}C\)，導(dǎo)線(xiàn)的最高允許溫度\(t_{al}=70^{\circ}C\)，查相關(guān)修正系數(shù)表得修正系數(shù)\(K_{t}\)。對(duì)于\(t_{0}=30^{\circ}C\)，\(K_{t}\approx0.94\)。-修正后的長(zhǎng)期允許載流量\(I_{al}'=K_{t}I_{al}=0.94\times750=705A\)-因?yàn)閈(I_{max}=600A\ltI_{al}'=705A\)，所以該導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)期發(fā)熱滿(mǎn)足要求。2.-已知環(huán)境溫度\(t_{0}=35^{\circ}C\)時(shí)，電纜的持續(xù)載流量\(I_{c}=210A\)，線(xiàn)路的最大工作電流\(I_{max}=200A\)。-由于\(I_{max}=200A\ltI_{c}=210A\)，所以可以選擇該電纜規(guī)格。如果考慮一定的裕度和未來(lái)可能的負(fù)荷增長(zhǎng)，也可進(jìn)一步分析其他因素，但僅從當(dāng)前持續(xù)載流量考慮，該電纜截面滿(mǎn)足要求。四、高壓電器的選擇和校驗(yàn)1.-斷路器的開(kāi)斷能力校驗(yàn)是比較額定開(kāi)斷電流\(I_{br}\)和最大短路電流\(I_{d.max}\)。-已知\(I_{br}=50kA\)，\(I_{d.max}=40kA\)。-因?yàn)閈(I_{br}=50kA\gtI_{d.max}=40kA\)，所以該斷路器的開(kāi)斷能力滿(mǎn)足要求。2.-隔離開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)期發(fā)熱校驗(yàn)是比較工作電流\(I_{g}\)和額定電流\(I_{N}\)。-已知\(I_{N}=1250A\)，\(I_{g}=800A\)。-因?yàn)閈(I_{g}=800A\ltI_{N}=1250A\)，所以該隔離開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)期發(fā)熱滿(mǎn)足要求。五、接地1.-對(duì)于水平接地極和垂直接地極組成的接地網(wǎng)，采用經(jīng)驗(yàn)公式\(R=\frac{\rho}{4\sqrt{S}}+\frac{\rho}{l}\)（\(l\)為垂直接地極總長(zhǎng)度）。-假設(shè)垂直接地極數(shù)量為\(n\)，這里先不考慮具體數(shù)量，僅按公式計(jì)算。-\(R=\frac{200}{4\sqrt{5000}}+\frac{200}{l}\)，水平接地極周長(zhǎng)\(C\)可近似計(jì)算，先計(jì)算第一項(xiàng)\(\frac{200}{4\sqrt{5000}}\approx0.71\Omega\)。-假設(shè)垂直接地極數(shù)量\(n=20\)，則垂直接地極總長(zhǎng)度\(l=20\times2.5=50m\)，\(\frac{200}{l}=\frac{200}{50}=4\Omega\)。-接地網(wǎng)的接地電阻\(R\approx0.71+4=4.71\Omega\)2.-采用經(jīng)驗(yàn)公式\(R=\frac{\rho}{4\sqrt{S}}\)估算接地電阻。-已知\(S=3000m^{2}\)，\(\rho=150\Omega\cdotm\)，則\(R=\frac{150}{4\sqrt{3000}}\approx0.68\Omega\)。-因?yàn)橐蠼拥仉娮璨淮笥赲(0.5\Omega\)，而計(jì)算得到的\(R=0.68\Omega\gt0.5\Omega\)，所以需要采取降阻措施。六、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置及調(diào)度自動(dòng)化1.-電流速斷保護(hù)：-動(dòng)作電流\(I_{op1}=K_{rel}I_{k.max}\)，假設(shè)線(xiàn)路末端三相短路電流\(I_{k.max}\)，這里我們根據(jù)最大負(fù)荷電流估算，一般\(I_{k.max}\)遠(yuǎn)大于最大負(fù)荷電流，取\(I_{k.max}=3I_{L.max}\)。-\(I_{op1}=1.2\times3\times500=1800A\)-限時(shí)電流速斷保護(hù)：-動(dòng)作電流\(I_{op2}=K_{rel}I_{op1}'\)（\(I_{op1}'\)為相鄰線(xiàn)路電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流），假設(shè)相鄰線(xiàn)路情況類(lèi)似，這里簡(jiǎn)單計(jì)算\(I_{op2}=1.2\times1800=2160A\)-過(guò)電流保護(hù)：-動(dòng)作電流\(I_{op3}=K_{rel}\frac{K_{ss}}{K_{re}}I_{L.max}=1.2\times\frac{1.5}{0.85}\times500\approx1059A\)2.-母線(xiàn)保護(hù)的動(dòng)作電流\(I_{op}=K_{rel}\frac{I_{d.max}}{n_{TA}}\)-已知\(K_{rel}=1.3\)，\(I_{d.max}=20kA\)，\(n_{TA}=1000/5\)-\(I_{op}=1.3\times\frac{20\times10^{3}}{1000/5}=1.3\times100=130A\)七、過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合1.-避雷線(xiàn)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的保護(hù)范圍，采用幾何方法計(jì)算。-設(shè)導(dǎo)線(xiàn)高度為\(h\)，避雷線(xiàn)高度為\(h_{g}\)，檔距\(l=400m\)，保護(hù)角\(\alpha=20^{\circ}\)。-在檔距中央，保護(hù)范圍的寬度\(b=h_{g}-h\tan\alpha\)（假設(shè)導(dǎo)線(xiàn)和避雷線(xiàn)高度差已知），假設(shè)\(h_{g}-h=10m\)，則\(b=10\times\tan20^{\circ}\approx3.6