江門市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)典試題及答案江門市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)典試題及答案一、短路電流計算相關(guān)試題1.試題：某220kV變電站，系統(tǒng)最大運行方式下，220kV母線短路電流為40kA，最小運行方式下，220kV母線短路電流為35kA。已知該變電站220kV出線采用單回架空線路，線路長度為50km，線路電抗為0.4Ω/km。當(dāng)線路首端發(fā)生三相短路時，計算最大和最小短路電流周期分量有效值。-答案：-首先計算線路電抗\(X_{L}=0.4\times50=20\Omega\)。-設(shè)系統(tǒng)最大運行方式下系統(tǒng)等值電抗為\(X_{Smax}\)，根據(jù)\(I_{kmax}=\frac{U_{av}}{\sqrt{3}(X_{Smax}+X_{L})}\)，已知\(U_{av}=230kV\)，\(I_{kmax}=40kA\)，則\(40=\frac{230}{\sqrt{3}(X_{Smax}+X_{L})}\)，可得\(X_{Smax}+X_{L}=\frac{230}{\sqrt{3}\times40}\approx3.32\Omega\)，所以\(X_{Smax}=3.32-20=-16.68\Omega\)（這里是計算系統(tǒng)到母線的等值電抗，實際計算時我們可利用母線短路電流直接計算線路首端短路電流）。-線路首端最大短路電流\(I_{k1max}=\frac{U_{av}}{\sqrt{3}X_{Smax}}\)（因為母線短路時\(I_{kmax}=\frac{U_{av}}{\sqrt{3}X_{Smax}}\)），所以\(I_{k1max}=40kA\)。-同理，對于最小運行方式，設(shè)系統(tǒng)等值電抗為\(X_{Smin}\)，\(I_{kmin}=\frac{U_{av}}{\sqrt{3}(X_{Smin}+X_{L})}\)，\(35=\frac{230}{\sqrt{3}(X_{Smin}+X_{L})}\)，可得\(X_{Smin}+X_{L}=\frac{230}{\sqrt{3}\times35}\approx3.8\Omega\)，線路首端最小短路電流\(I_{k1min}=35kA\)。2.試題：某發(fā)電廠有一臺容量為125MW的發(fā)電機，額定電壓為10.5kV，次暫態(tài)電抗\(X_1666116''=0.12\)。發(fā)電機經(jīng)一臺容量為150MVA，變比為\(10.5/220kV\)，短路阻抗\(U_{k}\%=10.5\)的變壓器接入系統(tǒng)。當(dāng)220kV母線發(fā)生三相短路時，計算短路點的次暫態(tài)電流周期分量有效值。-答案：-選取基準(zhǔn)容量\(S_{B}=100MVA\)，基準(zhǔn)電壓\(U_{B1}=10.5kV\)，\(U_{B2}=220kV\)。-發(fā)電機的基準(zhǔn)電抗\(X_{G}=\frac{S_{B}}{S_{GN}}X_1611161''=\frac{100}{125}\times0.12=0.096\)。-變壓器的基準(zhǔn)電抗\(X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{TN}}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{150}=0.07\)。-總基準(zhǔn)電抗\(X_{\sum}=X_{G}+X_{T}=0.096+0.07=0.166\)。-短路點的次暫態(tài)電流周期分量有效值\(I_{k}''=\frac{S_{B}}{\sqrt{3}U_{B2}X_{\sum}}=\frac{100}{\sqrt{3}\times220\times0.166}\approx1.56kA\)。二、電氣設(shè)備選擇相關(guān)試題1.試題：某110kV變電站，110kV母線最大持續(xù)工作電流為1200A，擬選擇110kV斷路器。已知系統(tǒng)短路電流周期分量有效值為25kA，短路電流沖擊系數(shù)\(K_{sh}=1.8\)。試選擇合適的斷路器，并進行熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗。-答案：-斷路器選擇：根據(jù)最大持續(xù)工作電流\(I_{max}=1200A\)，初選額定電流\(I_{N}=1600A\)的斷路器。-熱穩(wěn)定校驗：-短路電流持續(xù)時間\(t_{k}\)假設(shè)為2s（一般根據(jù)實際情況確定，這里取常見值）。-熱穩(wěn)定電流\(I_{t}\)應(yīng)滿足\(I_{t}^{2}t\geqI_{k}^{2}t_{k}\)。對于額定電流1600A的斷路器，查產(chǎn)品手冊得其熱穩(wěn)定電流\(I_{t}=31.5kA\)（\(t=4s\)）。-計算\(I_{k}^{2}t_{k}=25^{2}\times2=1250kA^{2}\cdots\)，\(I_{t}^{2}t=31.5^{2}\times4=3969kA^{2}\cdots\)，因為\(3969>1250\)，所以熱穩(wěn)定滿足要求。-動穩(wěn)定校驗：-短路電流沖擊值\(i_{sh}=K_{sh}\sqrt{2}I_{k}=1.8\times\sqrt{2}\times25\approx63.64kA\)。-查斷路器產(chǎn)品手冊，其動穩(wěn)定電流（峰值）\(i_{Nes}\)假設(shè)為80kA，因為\(80>63.64\)，所以動穩(wěn)定滿足要求。2.試題：某35kV架空線路，導(dǎo)線采用LGJ-120，計算電流為200A，環(huán)境溫度為\(30^{\circ}C\)。試校驗導(dǎo)線的載流量是否滿足要求。已知LGJ-120在\(25^{\circ}C\)時的載流量\(I_{al}=380A\)，溫度修正系數(shù)\(K_{\theta}\)可根據(jù)公式\(K_{\theta}=\sqrt{\frac{\theta_{al}-\theta_{0}}{\theta_{al}-\theta}}\)計算，其中\(zhòng)(\theta_{al}=70^{\circ}C\)，\(\theta_{0}=25^{\circ}C\)，\(\theta=30^{\circ}C\)。-答案：-首先計算溫度修正系數(shù)\(K_{\theta}=\sqrt{\frac{70-25}{70-30}}=\sqrt{\frac{45}{40}}\approx1.06\)。-修正后的載流量\(I_{al\theta}=K_{\theta}I_{al}=1.06\times380=402.8A\)。-因為\(402.8>200\)，所以導(dǎo)線的載流量滿足要求。三、接地設(shè)計相關(guān)試題1.試題：某110kV變電站，接地網(wǎng)采用水平接地極為主，垂直接地極為輔的復(fù)合接地網(wǎng)。已知接地網(wǎng)面積\(S=5000m^{2}\)，土壤電阻率\(\rho=200\Omega\cdotm\)。計算接地網(wǎng)的工頻接地電阻，并確定是否滿足要求（要求接地電阻\(R\leq0.5\Omega\)）。-答案：-對于水平接地極為主，垂直接地極為輔的復(fù)合接地網(wǎng)，接地電阻計算公式為\(R\approx\frac{0.5\rho}{\sqrt{S}}\)。-代入數(shù)據(jù)可得\(R=\frac{0.5\times200}{\sqrt{5000}}\approx1.41\Omega\)。-因為\(1.41>0.5\)，不滿足要求，需要采取降阻措施，如增加垂直接地極數(shù)量、換土、使用降阻劑等。2.試題：某發(fā)電廠的接地網(wǎng)，已知接地網(wǎng)的接地電阻\(R=0.3\Omega\)，發(fā)生單相接地故障時，入地短路電流\(I_{g}=3000A\)。計算接地網(wǎng)的接觸電位差和跨步電位差，并判斷是否滿足安全要求（接觸電位差允許值\(U_{t}\)和跨步電位差允許值\(U_{s}\)可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計算）。-答案：-接觸電位差計算：-接觸電位差\(U_{t}=K_{t}I_{g}R\)，假設(shè)\(K_{t}=0.1\)（根據(jù)實際土壤條件和接地網(wǎng)布置確定），則\(U_{t}=0.1\times3000\times0.3=90V\)。-接觸電位差允許值\(U_{tad}\)一般根據(jù)公式\(U_{tad}=50+0.05\rho_{s}\)（\(\rho_{s}\)為地表土壤電阻率），假設(shè)\(\rho_{s}=100\Omega\cdotm\)，則\(U_{tad}=50+0.05\times100=55V\)。因為\(90>55\)，接觸電位差不滿足要求。-跨步電位差計算：-跨步電位差\(U_{s}=K_{s}I_{g}R\)，假設(shè)\(K_{s}=0.2\)，則\(U_{s}=0.2\times3000\times0.3=180V\)。-跨步電位差允許值\(U_{sad}=50+0.2\rho_{s}\)，代入\(\rho_{s}=100\Omega\cdotm\)，可得\(U_{sad}=50+0.2\times100=70V\)。因為\(180>70\)，跨步電位差不滿足要求。需要采取措施降低接觸電位差和跨步電位差，如設(shè)置均壓帶等。四、繼電保護相關(guān)試題1.試題：某35kV線路，采用三段式電流保護。已知線路最大負荷電流\(I_{Lmax}=300A\)，線路末端三相短路電流\(I_{k3}=2000A\)，最小運行方式下線路末端兩相短路電流\(I_{k2min}=1500A\)。計算電流速斷保護、限時電流速斷保護和過電流保護的動作電流。-答案：-電流速斷保護動作電流：-電流速斷保護按躲過被保護線路末端三相短路時的最大短路電流整定，\(I_{op1}=K_{rel}I_{k3}\)，取可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.2\)，則\(I_{op1}=1.2\times2000=2400A\)。-限時電流速斷保護動作電流：-限時電流速斷保護按躲過相鄰線路電流速斷保護的動作電流整定，假設(shè)相鄰線路電流速斷保護動作電流為\(I_{op1}'=2000A\)，取可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.1\)，則\(I_{op2}=K_{rel}I_{op1}'=1.1\times2000=2200A\)。-同時要校驗其靈敏度\(K_{sen}=\frac{I_{k2min}}{I_{op2}}=\frac{1500}{2200}\approx0.68\)，一般要求\(K_{sen}\geq1.3\)，此靈敏度不滿足要求，可考慮與相鄰線路限時電流速斷保護配合。-過電流保護動作電流：-過電流保護按躲過最大負荷電流整定，\(I_{op3}=K_{rel}\frac{I_{Lmax}}{K_{re}}\)，取可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.2\)，返回系數(shù)\(K_{re}=0.85\)，則\(I_{op3}=1.2\times\frac{300}{0.85}\approx423.5A\)。2.試題：某變壓器采用縱差動保護，已知變壓器容量為\(10MVA\)，變比為\(35/10.5kV\)，兩側(cè)電流互感器變比分別為\(200/5\)和\(600/5\)。計算縱差動保護的不平衡電流，并判斷是否滿足要求（不平衡電流允許值一般不超過額定電流的5%）。-答案：-首先計算變壓器兩側(cè)的額定電流：-高壓側(cè)額定電流\(I_{N1}=\frac{S_{N}}{\sqrt{3}U_{N1}}=\frac{10\times10^{6}}{\sqrt{3}\times35\times10^{3}}\approx165A\)。-低壓側(cè)額定電流\(I_{N2}=\frac{S_{N}}{\sqrt{3}U_{N2}}=\frac{10\times10^{6}}{\sqrt{3}\times10.5\times10^{3}}\approx550A\)。-計算兩側(cè)電流互感器二次電流：-高壓側(cè)二次電流\(I_{21}=\frac{I_{N1}}{n_{TA1}}=\frac{165}{200/5}=4.125A\)。-低壓側(cè)二次電流\(I_{22}=\frac{I_{N2}}{n_{TA2}}=\frac{550}{600/5}\approx4.58A\)。-不平衡電流\(I_{unb}=|I_{22}-I_{21}|=|4.58-4.125|=0.455A\)。-以高壓側(cè)額定電流二次值為基準(zhǔn)，額定電流二次值\(I_{N21}=\frac{I_{N1}}{n_{TA1}}=4.125A\)，不平衡電流占額定電流的比例為\