勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)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(雄安新區(qū)2025年)試題部分一、短路電流計(jì)算1.雄安新區(qū)某220kV變電站，主變?nèi)萘繛?×180MVA，220kV側(cè)采用雙母線接線，110kV側(cè)采用單母線分段接線。系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，220kV母線短路容量為20000MVA，最小運(yùn)行方式下，220kV母線短路容量為18000MVA。主變變比為220/110kV，阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為10.5%。計(jì)算110kV母線在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)的短路電流周期分量有效值。2.雄安新區(qū)某新建的10kV配電網(wǎng)中，有一臺(tái)容量為1000kVA的配電變壓器，其阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為4%。變壓器高壓側(cè)接于10kV母線，該母線的短路容量為200MVA。計(jì)算該變壓器低壓側(cè)三相短路時(shí)的短路電流周期分量有效值。二、電氣設(shè)備選擇1.雄安新區(qū)某220kV變電站，220kV母線最大持續(xù)工作電流為1200A，環(huán)境溫度為30℃。擬選擇220kV母線的母線槽，已知母線槽在40℃時(shí)的載流量為1500A，其載流量的溫度修正系數(shù)為：當(dāng)環(huán)境溫度為30℃時(shí)，修正系數(shù)為1.07。試確定所選母線槽是否滿足要求。2.雄安新區(qū)某110kV線路，最大輸送功率為80MW，功率因數(shù)為0.9。線路長(zhǎng)度為30km，采用LGJ-240導(dǎo)線，其單位長(zhǎng)度電阻為0.132Ω/km，單位長(zhǎng)度電抗為0.4Ω/km。試選擇該線路的斷路器，已知斷路器的額定電流可選值有630A、1250A、2000A。三、接地設(shè)計(jì)1.雄安新區(qū)某35kV變電站，占地面積為100m×80m，土壤電阻率為200Ω·m。設(shè)計(jì)要求接地電阻不大于4Ω。采用水平接地極和垂直接地極聯(lián)合接地，水平接地極采用-40×4扁鋼，垂直接地極采用L50×5角鋼，長(zhǎng)度為2.5m。試計(jì)算所需垂直接地極的數(shù)量。2.雄安新區(qū)某電子信息產(chǎn)業(yè)園區(qū)的10kV配電站，為防止靜電和電磁干擾，需要進(jìn)行特殊的接地設(shè)計(jì)。已知該配電站的建筑面積為500m2，室內(nèi)設(shè)備較多。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套合理的接地系統(tǒng)，包括接地極的選擇、布置方式以及接地電阻的要求。四、過(guò)電壓保護(hù)1.雄安新區(qū)某500kV輸電線路，全長(zhǎng)100km，線路采用分裂導(dǎo)線，每相導(dǎo)線為4根子導(dǎo)線，子導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-400。該線路所在地區(qū)年平均雷暴日為40天。計(jì)算該線路的雷擊跳閘率。2.雄安新區(qū)某110kV變電站，為防止操作過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備造成損壞，擬在110kV母線側(cè)安裝避雷器。已知該變電站110kV母線的最高運(yùn)行電壓為126kV，試選擇合適的避雷器型號(hào)。五、繼電保護(hù)1.雄安新區(qū)某220kV線路，采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)。已知線路兩側(cè)電流互感器的變比均為2000/5，線路正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)的不平衡電流為0.2A。當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)的電流分別為3A和3.2A。判斷此時(shí)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是否動(dòng)作。2.雄安新區(qū)某10kV配電網(wǎng)中，有一臺(tái)容量為2000kVA的配電變壓器，采用過(guò)電流保護(hù)作為后備保護(hù)。已知變壓器的額定電流為115.5A，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定值為1.5倍的額定電流，動(dòng)作時(shí)限為0.5s。當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流為2000A，判斷過(guò)電流保護(hù)是否動(dòng)作。六、電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析1.雄安新區(qū)某電力系統(tǒng)，包含一座220kV變電站和多個(gè)110kV及以下的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。已知該系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)額定容量為300MW，系統(tǒng)的負(fù)荷功率為250MW。在某一時(shí)刻，系統(tǒng)發(fā)生了一次三相短路故障，故障切除時(shí)間為0.1s。分析該系統(tǒng)在故障切除后的暫態(tài)穩(wěn)定性。2.雄安新區(qū)某風(fēng)電基地接入電網(wǎng)，風(fēng)電裝機(jī)容量為500MW。風(fēng)電輸出功率具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要進(jìn)行電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。已知該風(fēng)電基地接入點(diǎn)的短路容量為3000MVA，分析風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。七、直流輸電相關(guān)1.雄安新區(qū)擬規(guī)劃建設(shè)一條直流輸電線路，將遠(yuǎn)方的清潔能源輸送至新區(qū)。已知輸電功率為1000MW，直流電壓等級(jí)為±500kV。計(jì)算該直流輸電線路的額定電流。2.對(duì)于上述直流輸電線路，采用雙極對(duì)稱運(yùn)行方式。在運(yùn)行過(guò)程中，一極發(fā)生接地故障，分析此時(shí)另一極的運(yùn)行情況以及對(duì)整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的影響。八、照明設(shè)計(jì)1.雄安新區(qū)某大型商業(yè)綜合體，其地下停車場(chǎng)面積為5000m2。為了滿足停車場(chǎng)的照明需求，設(shè)計(jì)要求平均照度不低于50lx。已知采用T8熒光燈作為照明光源，燈具的利用系數(shù)為0.6，維護(hù)系數(shù)為0.8。計(jì)算所需燈具的數(shù)量，T8熒光燈的光通量為3000lm。2.雄安新區(qū)某文化藝術(shù)中心的展覽廳，需要進(jìn)行專業(yè)的照明設(shè)計(jì)，以突出展品的特色。展覽廳面積為800m2，展品主要為繪畫和雕塑。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套合理的照明方案，包括光源的選擇、燈具的布置方式以及照度的控制。答案部分一、短路電流計(jì)算1.首先計(jì)算主變的電抗標(biāo)幺值：-取基準(zhǔn)容量\(S_{j}=100MVA\)，基準(zhǔn)電壓\(U_{j}=110kV\)。-主變的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)\(U_{k}\%=10.5\%\)，主變?nèi)萘縗(S_{N}=180MVA\)，則主變電抗標(biāo)幺值\(X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{j}}{S_{N}}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{180}\approx0.0583\)。-220kV母線在最大運(yùn)行方式下短路容量\(S_{dmax}=20000MVA\)，則220kV系統(tǒng)等值電抗標(biāo)幺值\(X_{s}=\frac{S_{j}}{S_{dmax}}=\frac{100}{20000}=0.005\)。-通過(guò)變壓器變比折算到110kV側(cè)，總電抗標(biāo)幺值\(X_{\sum}=X_{s}+X_{T}=0.005+0.0583=0.0633\)。-110kV側(cè)基準(zhǔn)電流\(I_{j}=\frac{S_{j}}{\sqrt{3}U_{j}}=\frac{100}{\sqrt{3}\times110}\approx0.525kA\)。-110kV母線在最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)的短路電流周期分量有效值\(I_6ice6y6=\frac{I_{j}}{X_{\sum}}=\frac{0.525}{0.0633}\approx8.3kA\)。2.取基準(zhǔn)容量\(S_{j}=100MVA\)，基準(zhǔn)電壓\(U_{j}=0.4kV\)。-變壓器容量\(S_{N}=1000kVA=1MVA\)，阻抗電壓百分?jǐn)?shù)\(U_{k}\%=4\%\)，則變壓器電抗標(biāo)幺值\(X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{j}}{S_{N}}=\frac{4}{100}\times\frac{100}{1}=4\)。-10kV母線短路容量\(S_gi0eko6=200MVA\)，則系統(tǒng)等值電抗標(biāo)幺值\(X_{s}=\frac{S_{j}}{S_iciuaoi}=\frac{100}{200}=0.5\)。-總電抗標(biāo)幺值\(X_{\sum}=X_{s}+X_{T}=0.5+4=4.5\)。-0.4kV側(cè)基準(zhǔn)電流\(I_{j}=\frac{S_{j}}{\sqrt{3}U_{j}}=\frac{100}{\sqrt{3}\times0.4}\approx144.3kA\)。-變壓器低壓側(cè)三相短路時(shí)的短路電流周期分量有效值\(I_cqequw0=\frac{I_{j}}{X_{\sum}}=\frac{144.3}{4.5}\approx32.1kA\)。二、電氣設(shè)備選擇1.母線槽在30℃時(shí)的實(shí)際載流量\(I=1500\times1.07=1605A\)。-因?yàn)槟妇€最大持續(xù)工作電流為1200A，\(1605A>1200A\)，所以所選母線槽滿足要求。2.線路最大輸送功率\(P=80MW\)，功率因數(shù)\(\cos\varphi=0.9\)，則線路最大電流\(I=\frac{P}{\sqrt{3}U\cos\varphi}=\frac{80\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}\times0.9}\approx462.4A\)。-考慮一定的裕度，應(yīng)選擇額定電流為630A的斷路器。三、接地設(shè)計(jì)1.首先計(jì)算水平接地極的接地電阻\(R_{h}\)：-水平接地極的長(zhǎng)度\(L_{h}\)，假設(shè)水平接地極沿變電站圍墻布置，\(L_{h}=2\times(100+80)=360m\)。-水平接地極的等效半徑\(r=\frac{40}{2}=20mm=0.02m\)。-根據(jù)公式\(R_{h}=\frac{\rho}{2\piL_{h}}\ln\frac{L_{h}^{2}}{rh}\)（\(h\)為水平接地極埋深，取\(h=0.8m\)），\(R_{h}=\frac{200}{2\pi\times360}\ln\frac{360^{2}}{0.02\times0.8}\approx0.26\Omega\)。-垂直接地極的接地電阻\(R_{v}=\frac{\rho}{2\piL}\ln\frac{4L}yae0uye\)（\(L=2.5m\)，\(d=50mm=0.05m\)），\(R_{v}=\frac{200}{2\pi\times2.5}\ln\frac{4\times2.5}{0.05}\approx43.4\Omega\)。-設(shè)垂直接地極數(shù)量為\(n\)，根據(jù)并聯(lián)電阻公式\(\frac{1}{R}=\frac{1}{R_{h}}+\frac{n}{R_{v}}\)，已知\(R\leq4\Omega\)，\(\frac{1}{4}=\frac{1}{0.26}+\frac{n}{43.4}\)，解得\(n\approx10\)（取整）。2.接地極選擇：采用銅包鋼接地極，其具有良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。-布置方式：在配電站室內(nèi)沿墻壁和設(shè)備周邊布置環(huán)形接地母線，接地母線采用-30×3扁銅。垂直接地極每隔5m布置一根，埋深2.5m。接地極與接地母線可靠連接。-接地電阻要求：接地電阻不大于1Ω，以滿足防止靜電和電磁干擾的要求。四、過(guò)電壓保護(hù)1.首先計(jì)算線路的幾何平均高度\(h_{av}\)，對(duì)于分裂導(dǎo)線，假設(shè)導(dǎo)線平均高度為15m。-線路的擊桿率\(g\)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。-線路的耐雷水平\(I_{50}\)，根據(jù)導(dǎo)線型號(hào)和相關(guān)參數(shù)計(jì)算。-雷擊跳閘率\(N=\gammagl_{0}(1-P_{50})\)，其中\(zhòng)(\gamma=0.024T_006uyk6^{1.3}\)（\(T_6ami6g0=40\)天），\(l_{0}=100km\)，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得雷擊跳閘率約為0.5次/（100km·年）。2.避雷器的額定電壓\(U_{r}\)應(yīng)滿足\(U_{r}\geq1.1U_{m}\)（\(U_{m}=126kV\)），則\(U_{r}\geq1.1\times126=138.6kV\)。-選擇額定電壓為144kV的氧化鋅避雷器。五、繼電保護(hù)1.縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流整定值一般取不平衡電流的一定倍數(shù)，設(shè)動(dòng)作電流整定值為\(I_{set}=0.5A\)。-線路兩側(cè)電流互感器二次側(cè)的差流\(\DeltaI=\vert3-3.2\vert=0.2A<0.5A\)，所以縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。2.變壓器的額定電流\(I_{N}=115.5A\)，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定值\(I_{set}=1.5\times115.5=173.25A\)。-短路電流\(I_g6eimqs=2000A>173.25A\)，且動(dòng)作時(shí)限為0.5s，所以過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。六、電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析1.首先計(jì)算系統(tǒng)的功率差額\(\DeltaP=300-250=50MW\)。-根據(jù)等面積定則，計(jì)算故障切除后系統(tǒng)的加速面積和減速面積。-由于故障切除時(shí)間為0.1s較短，且系統(tǒng)有一定的旋轉(zhuǎn)備用，經(jīng)過(guò)分析可知該系統(tǒng)在故障切除后暫態(tài)穩(wěn)定。2.風(fēng)電輸出功率的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功率不平衡，引起系統(tǒng)頻率的變化。-當(dāng)風(fēng)電功率突然增大時(shí)，系統(tǒng)頻率會(huì)升高；當(dāng)風(fēng)電功率突然減小時(shí)，系統(tǒng)頻率會(huì)降低。-由于風(fēng)電基地接入點(diǎn)的短路容量為3000MVA，具有一定的抗干擾能力，但仍需要采取相應(yīng)的措施，如配置儲(chǔ)能裝置、優(yōu)化調(diào)度等，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。七、直流輸電相關(guān)1.根據(jù)公式\(P=UI\)，已知\(P=1000MW\)，\(U=\pm500kV\)，則額定電流\(I=\frac{P}{U}=\frac{1000\times10^{6}}{500\times10^{3}}=2000A\)。2.當(dāng)一極發(fā)生接地故障時(shí)，另一極仍可繼續(xù)運(yùn)行，但會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象。-此時(shí)需要快速檢測(cè)故障并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如投入接地極線路，將故障極隔離。同時(shí)，要對(duì)另一極的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，以保證直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。八、照明設(shè)計(jì)1.根據(jù)公式\(N=\frac{EA}{\PhiUK}\)（\(E=50lx\)，\(A=5000m2\)，\(\Phi=3000lm\)，