2025年勘察設(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(廣東汕尾)試題部分一、短路電流計算1.某發(fā)輸變電系統(tǒng)中，有一臺額定容量為\(S_{N}=120MVA\)，額定電壓\(U_{N}=220kV\)，短路電抗\(X_wuq6ygc''=0.12\)的發(fā)電機(jī)。系統(tǒng)在某一運行方式下，基準(zhǔn)容量\(S_{j}=100MVA\)，基準(zhǔn)電壓\(U_{j}=230kV\)。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生三相短路時，試計算短路電流周期分量的起始有效值\(I_o6gyimq''\)。2.某變電站有一臺三繞組變壓器，容量比為\(100/100/50\)，額定容量\(S_{N}=120MVA\)，額定電壓\(U_{1N}/U_{2N}/U_{3N}=220/110/35kV\)。已知各繞組間的短路電壓百分?jǐn)?shù)\(U_{k1-2}\%=10.5\)，\(U_{k1-3}\%=18\)，\(U_{k2-3}\%=6\)。求該變壓器在基準(zhǔn)容量\(S_{j}=100MVA\)，基準(zhǔn)電壓\(U_{j1}=230kV\)，\(U_{j2}=115kV\)，\(U_{j3}=37kV\)下各繞組的電抗標(biāo)幺值。二、電氣主接線1.某發(fā)電廠有兩臺容量為\(200MW\)的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓為\(10.5kV\)。采用擴(kuò)大單元接線，通過一臺容量為\(400MVA\)的主變壓器升壓至\(220kV\)接入系統(tǒng)。已知發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)為\(0.85\)，主變壓器的變比為\(220/10.5kV\)。試計算主變壓器的實際負(fù)載率。2.某\(220kV\)變電站有兩回進(jìn)線，四回出線，采用雙母線接線。已知每回進(jìn)線的最大輸送容量為\(150MVA\)，每回出線的最大負(fù)荷容量為\(80MVA\)。試分析該接線方式在檢修一條母線時，是否能滿足負(fù)荷供電要求，并說明理由。三、導(dǎo)體和電纜的選擇1.某\(110kV\)架空輸電線路，采用LGJ-300型導(dǎo)線，三相水平排列，線間距離\(D=4m\)。已知導(dǎo)線的計算外徑\(d=23.76mm\)，環(huán)境溫度\(t=25^{\circ}C\)，最高允許溫度\(t_{al}=70^{\circ}C\)。試計算該導(dǎo)線的長期允許載流量。2.某變電站內(nèi)\(10kV\)母線至開關(guān)柜的連接電纜，采用YJV-10-3×150型電纜，電纜直埋敷設(shè)，土壤熱阻系數(shù)\(ρ=1.2^{\circ}C\cdotm/W\)，環(huán)境溫度\(t_{0}=25^{\circ}C\)。已知該電纜在空氣中\(zhòng)(25^{\circ}C\)時的載流量為\(340A\)，試計算該電纜在直埋敷設(shè)時的長期允許載流量。四、高壓電器的選擇1.某\(220kV\)變電站的斷路器，需要切斷的最大短路電流為\(31.5kA\)，短路電流持續(xù)時間\(t=2s\)。試選擇合適的斷路器額定開斷電流和額定短時耐受電流。2.某\(110kV\)變電站的隔離開關(guān)，安裝在戶外，環(huán)境溫度范圍為\(-20^{\circ}C\)至\(40^{\circ}C\)。已知該隔離開關(guān)的額定電流為\(1250A\)，試選擇合適的隔離開關(guān)型號，并說明選擇依據(jù)。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。已知水平接地極采用\(-40×4\)的扁鋼，垂直接地極采用\(L50×5\)的角鋼，長度\(L=2.5m\)。變電站所在地的土壤電阻率\(ρ=100Ω\cdotm\)，試計算該接地網(wǎng)的工頻接地電阻。2.某發(fā)電廠的主廠房接地系統(tǒng)，要求接地電阻不大于\(0.5Ω\)。已知主廠房所在地的土壤電阻率\(ρ=50Ω\cdotm\)，試設(shè)計該接地系統(tǒng)的接地極布置方案。六、過電壓保護(hù)和絕緣配合1.某\(220kV\)輸電線路，采用全線架設(shè)避雷線，避雷線的保護(hù)角\(α=20^{\circ}\)。已知該地區(qū)的雷暴日數(shù)\(T=40\)天/年，試計算該線路的雷擊跳閘率。2.某\(110kV\)變電站的電氣設(shè)備，其絕緣水平以雷電沖擊耐受電壓表示。已知該變電站的避雷器額定電壓為\(100kV\)，殘壓為\(260kV\)，試確定該電氣設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓值。答案部分一、短路電流計算1.-首先計算發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值：-已知發(fā)電機(jī)額定容量\(S_{N}=120MVA\)，短路電抗\(X_oos6666''=0.12\)，基準(zhǔn)容量\(S_{j}=100MVA\)。-根據(jù)公式\(X_sm6gwa6''=\frac{S_{j}}{S_{N}}X_uw666os''\)，可得\(X_e60s6io''=\frac{100}{120}\times0.12=0.1\)。-然后計算基準(zhǔn)電流\(I_{j}\)：-基準(zhǔn)電壓\(U_{j}=230kV\)，根據(jù)公式\(I_{j}=\frac{S_{j}}{\sqrt{3}U_{j}}\)，\(I_{j}=\frac{100\times10^{6}}{\sqrt{3}\times230\times10^{3}}\approx0.251kA\)。-最后計算短路電流周期分量的起始有效值\(I_yesee6e''\)：-根據(jù)公式\(I_u60cwos''=\frac{I_{j}}{X_aw6c666''}\)，可得\(I_006ok6o''=\frac{0.251}{0.1}=2.51kA\)。2.-先計算各繞組間的短路電壓標(biāo)幺值：-\(U_{k1-2}=\frac{U_{k1-2}\%}{100}\times\frac{S_{j}}{S_{N}}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{120}=0.0875\)；-\(U_{k1-3}=\frac{U_{k1-3}\%}{100}\times\frac{S_{j}}{S_{N}}=\frac{18}{100}\times\frac{100}{120}=0.15\)；-\(U_{k2-3}=\frac{U_{k2-3}\%}{100}\times\frac{S_{j}}{S_{N}}=\frac{6}{100}\times\frac{100}{120}=0.05\)。-再計算各繞組的短路電壓標(biāo)幺值：-\(U_{k1}=\frac{U_{k1-2}+U_{k1-3}-U_{k2-3}}{2}=\frac{0.0875+0.15-0.05}{2}=0.09375\)；-\(U_{k2}=\frac{U_{k1-2}+U_{k2-3}-U_{k1-3}}{2}=\frac{0.0875+0.05-0.15}{2}=-0.00625\)；-\(U_{k3}=\frac{U_{k1-3}+U_{k2-3}-U_{k1-2}}{2}=\frac{0.15+0.05-0.0875}{2}=0.05625\)。-最后計算各繞組的電抗標(biāo)幺值：-因為\(X_{}=U_{k}\)，所以\(X_{1}=0.09375\)，\(X_{2}=-0.00625\)，\(X_{3}=0.05625\)。二、電氣主接線1.-先計算發(fā)電機(jī)的額定容量：-已知每臺發(fā)電機(jī)容量\(P=200MW\)，額定功率因數(shù)\(\cos\varphi=0.85\)，則每臺發(fā)電機(jī)的額定視在功率\(S=\frac{P}{\cos\varphi}=\frac{200}{0.85}\approx235.29MVA\)。-兩臺發(fā)電機(jī)的總視在功率\(S_{total}=2\times235.29=470.58MVA\)。-然后計算主變壓器的實際負(fù)載率：-主變壓器容量\(S_{T}=400MVA\)，實際負(fù)載率\(\beta=\frac{S_{total}}{S_{T}}=\frac{470.58}{400}=1.17645\)，由于采用擴(kuò)大單元接線，實際運行中會有一定的限制，這里按理論計算負(fù)載率超過了\(100\%\)，但實際中會根據(jù)具體情況調(diào)整運行方式。2.-計算正常運行時的總負(fù)荷容量：-兩回進(jìn)線的最大輸送容量為\(2\times150=300MVA\)，四回出線的最大負(fù)荷容量為\(4\times80=320MVA\)。-分析檢修一條母線時的供電情況：-當(dāng)檢修一條母線時，所有進(jìn)出線都通過另一條母線供電。此時進(jìn)線的輸送容量不變?nèi)詾閈(300MVA\)，而出線的最大負(fù)荷容量為\(320MVA\)，\(300\lt320\)，所以不能滿足負(fù)荷供電要求。三、導(dǎo)體和電纜的選擇1.-首先計算導(dǎo)線的幾何均距\(D_{m}\)：-三相水平排列，\(D_{m}=\sqrt[3]{D\timesD\times2D}=1.26D\)，已知\(D=4m\)，則\(D_{m}=1.26\times4=5.04m\)。-然后計算導(dǎo)線的交流電阻\(R\)和電抗\(X\)：-查手冊可知LGJ-300型導(dǎo)線的直流電阻\(r_{0}=0.108Ω/km\)，考慮集膚效應(yīng)等因素，交流電阻\(R\approxr_{0}\)。-電抗\(X=0.1445\lg\frac{D_{m}}i06eaei+0.0157\)，\(d=23.76mm=0.02376m\)，則\(X=0.1445\lg\frac{5.04}{0.02376}+0.0157\approx0.41Ω/km\)。-接著計算導(dǎo)線的長期允許載流量\(I_{al}\)：-根據(jù)經(jīng)驗公式\(I_{al}=K\sqrt{\frac{λ}{R}\ln\frac{t_{al}-t_{0}}{t_{1}-t_{0}}}\)（其中\(zhòng)(K\)為修正系數(shù)，\(λ\)為導(dǎo)線的發(fā)熱系數(shù)等，這里查相關(guān)手冊），查得LGJ-300型導(dǎo)線在\(25^{\circ}C\)時的長期允許載流量\(I_{al}\approx720A\)。2.-首先確定直埋敷設(shè)時的修正系數(shù)\(K_{1}\)：-根據(jù)土壤熱阻系數(shù)\(ρ=1.2^{\circ}C\cdotm/W\)和環(huán)境溫度\(t_{0}=25^{\circ}C\)，查電纜載流量修正系數(shù)表，可得\(K_{1}\approx0.9\)。-然后計算電纜在直埋敷設(shè)時的長期允許載流量\(I_{al1}\)：-已知電纜在空氣中\(zhòng)(25^{\circ}C\)時的載流量為\(I_{al0}=340A\)，則\(I_{al1}=K_{1}I_{al0}=0.9\times340=306A\)。四、高壓電器的選擇1.-選擇斷路器額定開斷電流\(I_{br}\)：-為了保證斷路器能夠可靠切斷短路電流，額定開斷電流\(I_{br}\)應(yīng)不小于最大短路電流\(I_{dmax}\)。已知最大短路電流\(I_{dmax}=31.5kA\)，所以選擇額定開斷電流\(I_{br}=40kA\)的斷路器。-選擇斷路器額定短時耐受電流\(I_{t}\)：-額定短時耐受電流\(I_{t}\)應(yīng)滿足在短路電流持續(xù)時間\(t=2s\)內(nèi)不被損壞。一般取\(I_{t}\)不小于最大短路電流\(I_{dmax}\)，所以選擇額定短時耐受電流\(I_{t}=40kA\)的斷路器。2.-考慮環(huán)境溫度對隔離開關(guān)的影響：-已知環(huán)境溫度范圍為\(-20^{\circ}C\)至\(40^{\circ}C\)，額定電流為\(1250A\)。選擇戶外型隔離開關(guān)，如GW4-110D/1250型隔離開關(guān)。-選擇依據(jù)：-“GW4”表示戶外型隔離開關(guān)，“110”表示額定電壓為\(110kV\)，“D”表示帶接地刀閘，“1250”表示額定電流為\(1250A\)，該型號隔離開關(guān)適用于戶外環(huán)境，其額定電流滿足要求，且能適應(yīng)給定的環(huán)境溫度范圍。五、接地1.-計算水平接地極的接地電阻\(R_{h}\)：-水平接地極采用\(-40×4\)的扁鋼，其等效直徑\(d_{eq}=0.84b\)（\(b=40mm\)），則\(d_{eq}=0.84\times40=33.6mm=0.0336m\)。-設(shè)水平接地極的長度為\(L_{h}\)，假設(shè)其長度為\(100m\)，根據(jù)公式\(R_{h}=\frac{ρ}{2\piL_{h}}\ln\frac{8L_{h}}{d_{eq}}\)，可得\(R_{h}=\frac{100}{2\pi\times100}\ln\frac{8\times100}{0.0336}\approx0.5\ln2380.95\approx3.5Ω\)。-計算垂直接地極的接地電阻\(R_{v}\)：-垂直接地極采用\(L50×5\)的角鋼，長度\(L=2.5m\)，等效直徑\(d_{eq1}=0.9d\)（\(d=50mm\)），則\(d_{eq1}=0.9\times50=45mm=0.045m\)。-根據(jù)公式\(R_{v}=\frac{ρ}{2\piL}\ln\frac{4L}{d_{eq1}}\)，可得\(R_{v}=\frac{100}{2\pi\times2.5}\ln\frac{4\times2.5}{0.045}\approx6.37\ln222.22\approx32.3Ω\)。-假設(shè)垂直接地極有\(zhòng)(n=10\)根，考慮垂直接地極之間的屏蔽效應(yīng)，利用公式\(R=\frac{R_{h}}{1+\eta_{h}n_{h}}+\frac{R_{v}}{n(1+\eta_{v}n_{v})}\)（\(\eta_{h}\)、\(\eta_{v}\)為屏蔽系數(shù)），經(jīng)過計算可得該接地網(wǎng)的工頻接地電阻\(R\approx4Ω\)（具體計算中屏蔽系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗取值）。2.-假設(shè)采用水平接地極和垂直接地極聯(lián)合布置的方式：-設(shè)水平接地極采用\(-60×6\)的扁鋼，垂直接地極采用\(L63×6\)的角鋼，長度\(L=2.5m\)。-先根據(jù)公式\(R=\frac{ρ}{2\piL_{h}}\ln\frac{8L_{h}}{d_{eq}}+\frac{ρ}{2\pinL}\ln\frac{4L}{d_{eq1}}\)進(jìn)行初步估算。-設(shè)水平接地極總長度\(L_{h}=500m\)，垂直接地極數(shù)量\(n=50\)根。-水平接地極等效直徑\(d_{eq}=0.84\times60=50.4mm=0.0504m\)，垂直接地極等效直徑\(d_{eq1}=0.9\times63=56.7mm=0.0567m\)。-代入公式計算\(R=\frac{50}{2\pi\times500}\ln\frac{8\times500}{0.0504}+\frac{50}{2\pi\times50\times2.5}\ln\frac{4\times2.5}{0.0567}\)-\(R\approx0.016\ln7936.51+0.127\ln176.37\approx0.016\times8.98+0.127\times5.17\approx0.1437+0.6566\approx0