福建福州市2025年勘察設(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)典試題及答案一、短路電流計(jì)算相關(guān)試題1.題目：某220kV變電站，系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，220kV母線短路電流周期分量起始值為25kA，最小運(yùn)行方式下，220kV母線短路電流周期分量起始值為20kA。已知220kV母線三相短路電流沖擊系數(shù)\(K_{sh}=1.8\)，試計(jì)算系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下220kV母線三相短路電流的沖擊值和全電流最大有效值。2.解答：-首先明確相關(guān)公式：-三相短路電流沖擊值\(i_{sh}=K_{sh}\sqrt{2}I_{p}\)，其中\(zhòng)(I_{p}\)為短路電流周期分量起始值，\(K_{sh}\)為沖擊系數(shù)。-全電流最大有效值\(I_{sh}=\sqrt{I_{p}^{2}+(K_{sh}-1)^{2}I_{p}^{2}}=I_{p}\sqrt{1+(K_{sh}-1)^{2}}\)。-計(jì)算沖擊值：已知最大運(yùn)行方式下\(I_{p}=25kA\)，\(K_{sh}=1.8\)，則\(i_{sh}=K_{sh}\sqrt{2}I_{p}=1.8\times\sqrt{2}\times25kA\approx1.8\times1.414\times25kA=63.63kA\)。-計(jì)算全電流最大有效值：\(I_{sh}=I_{p}\sqrt{1+(K_{sh}-1)^{2}}=25kA\times\sqrt{1+(1.8-1)^{2}}=25kA\times\sqrt{1+0.64}=25kA\times\sqrt{1.64}\approx25kA\times1.28=32kA\)。二、導(dǎo)體和電器選擇相關(guān)試題1.題目：某110kV變電站，采用屋內(nèi)配電裝置，110kV母線選用矩形鋁導(dǎo)體，已知母線最大工作電流\(I_{max}=1200A\)，環(huán)境溫度\(\theta_{0}=30^{\circ}C\)，母線允許載流量校正系數(shù)\(K_{\theta}\)在\(\theta_{0}=30^{\circ}C\)時(shí)為\(0.95\)。試選擇合適的矩形鋁導(dǎo)體規(guī)格（已知幾種常見矩形鋁導(dǎo)體在\(\theta_{0}=25^{\circ}C\)時(shí)的允許載流量：\(80\times8\)規(guī)格為\(1500A\)，\(100\times8\)規(guī)格為\(1800A\)，\(120\times10\)規(guī)格為\(2200A\)）。2.解答：-首先根據(jù)公式\(I_{al}\geq\frac{I_{max}}{K_{\theta}}\)來確定所需導(dǎo)體的允許載流量\(I_{al}\)，其中\(zhòng)(I_{max}\)為最大工作電流，\(K_{\theta}\)為環(huán)境溫度校正系數(shù)。-計(jì)算所需允許載流量：已知\(I_{max}=1200A\)，\(K_{\theta}=0.95\)，則\(I_{al}\geq\frac{I_{max}}{K_{\theta}}=\frac{1200A}{0.95}\approx1263A\)。-然后對(duì)比不同規(guī)格導(dǎo)體在\(\theta_{0}=25^{\circ}C\)時(shí)的允許載流量：對(duì)于\(80\times8\)規(guī)格，在\(\theta_{0}=25^{\circ}C\)時(shí)允許載流量為\(1500A\)，校正后允許載流量為\(1500A\times0.95=1425A\gt1263A\)；對(duì)于\(100\times8\)規(guī)格，在\(\theta_{0}=25^{\circ}C\)時(shí)允許載流量為\(1800A\)，校正后允許載流量為\(1800A\times0.95=1710A\gt1263A\)；對(duì)于\(120\times10\)規(guī)格，在\(\theta_{0}=25^{\circ}C\)時(shí)允許載流量為\(2200A\)，校正后允許載流量為\(2200A\times0.95=2090A\gt1263A\)。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇\(80\times8\)規(guī)格的矩形鋁導(dǎo)體即可滿足要求。三、接地相關(guān)試題1.題目：某變電站接地網(wǎng)為水平敷設(shè)的復(fù)合接地網(wǎng)，已知接地網(wǎng)面積\(S=5000m^{2}\)，土壤電阻率\(\rho=100\Omega\cdotm\)，試計(jì)算該接地網(wǎng)的工頻接地電阻（不考慮利用自然接地極）。2.解答：-對(duì)于水平敷設(shè)的復(fù)合接地網(wǎng)，當(dāng)\(S\geq100m^{2}\)時(shí)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式\(R\approx\frac{0.5\rho}{\sqrt{S}}\)來計(jì)算接地電阻，其中\(zhòng)(R\)為接地電阻，\(\rho\)為土壤電阻率，\(S\)為接地網(wǎng)面積。-代入數(shù)據(jù)計(jì)算：已知\(\rho=100\Omega\cdotm\)，\(S=5000m^{2}\)，則\(R\approx\frac{0.5\times100\Omega\cdotm}{\sqrt{5000m^{2}}}=\frac{50\Omega\cdotm}{70.71m}\approx0.71\Omega\)。四、過電壓保護(hù)和絕緣配合相關(guān)試題1.題目：某110kV架空輸電線路，采用單避雷線保護(hù)，避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角\(\alpha=25^{\circ}\)，導(dǎo)線平均高度\(h_dfx1hpd=15m\)，避雷線平均高度\(h_=20m\)。試計(jì)算該線路的繞擊率\(P_{a}\)。2.解答：-對(duì)于110kV單避雷線線路，繞擊率\(P_{a}\)可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：當(dāng)\(\alpha\leq30^{\circ}\)時(shí)，\(P_{a}=0.1\times(10^{\frac{\alpha}{86}}-1)\)。-代入數(shù)據(jù)計(jì)算：已知\(\alpha=25^{\circ}\)，則\(P_{a}=0.1\times(10^{\frac{25}{86}}-1)\)。先計(jì)算\(10^{\frac{25}{86}}\approx10^{0.29}\approx1.95\)，則\(P_{a}=0.1\times(1.95-1)=0.1\times0.95=0.095\)，即繞擊率為\(9.5\%\)。五、電氣主接線相關(guān)試題1.題目：某發(fā)電廠有兩臺(tái)容量為\(125MW\)的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)額定電壓為\(10.5kV\)，采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線接入\(220kV\)系統(tǒng)。已知每臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定電流\(I_{N}=7500A\)，\(220kV\)側(cè)母線短路電流周期分量起始值\(I_{p}=15kA\)。試分析該主接線的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，并說明理由。2.解答：-可靠性分析：-發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線中，發(fā)電機(jī)和變壓器直接相連，沒有中間環(huán)節(jié)，減少了故障點(diǎn)。當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)或變壓器發(fā)生故障時(shí)，只會(huì)影響該單元的發(fā)電，不會(huì)影響另一臺(tái)發(fā)電機(jī)-變壓器單元的正常運(yùn)行。例如，如果一臺(tái)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，只需將該發(fā)電機(jī)和與之相連的變壓器退出運(yùn)行，另一臺(tái)發(fā)電機(jī)-變壓器單元仍可繼續(xù)向系統(tǒng)供電，保證了一定的供電可靠性。-但是，這種接線方式下，當(dāng)主變壓器發(fā)生故障時(shí)，該單元的發(fā)電機(jī)將無法向系統(tǒng)送電，對(duì)發(fā)電影響較大。而且由于沒有備用變壓器，一旦變壓器故障，修復(fù)期間該單元將停止發(fā)電。-經(jīng)濟(jì)性分析：-經(jīng)濟(jì)性方面，發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線節(jié)省了母線、斷路器等設(shè)備，減少了占地面積和設(shè)備投資。與其他接線方式（如單母線接線、雙母線接線等）相比，不需要額外的母線和大量的斷路器來連接發(fā)電機(jī)和變壓器，降低了設(shè)備成本和建設(shè)成本。-同時(shí)，由于設(shè)備減少，運(yùn)行維護(hù)工作量也相應(yīng)減少，降低了運(yùn)行成本。但從另一方面看，由于沒有備用變壓器，當(dāng)變壓器故障時(shí)，可能會(huì)造成發(fā)電損失，從長(zhǎng)期來看，可能會(huì)影響經(jīng)濟(jì)效益。綜合考慮，在該發(fā)電廠的情況下，發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線在初期投資和運(yùn)行成本上具有一定優(yōu)勢(shì)，但在應(yīng)對(duì)變壓器故障時(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。六、繼電保護(hù)相關(guān)試題1.題目：某110kV輸電線路，采用三段式電流保護(hù)，已知線路的最大負(fù)荷電流\(I_{L.max}=1200A\)，可靠系數(shù)\(K_{rel}\)在電流速斷保護(hù)中取\(1.2\)，在限時(shí)電流速斷保護(hù)中取\(1.1\)，在過電流保護(hù)中取\(1.2\)，返回系數(shù)\(K_{re}=0.85\)。試計(jì)算該線路三段式電流保護(hù)的動(dòng)作電流。2.解答：-電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流\(I_{op.1}\)：電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過被保護(hù)線路末端最大短路電流來整定。一般可近似按躲過下一條線路出口短路時(shí)的最大短路電流計(jì)算。這里假設(shè)已知最大短路電流\(I_{k.max}\)（本題未給出具體計(jì)算條件，假設(shè)已知），則\(I_{op.1}=K_{rel}I_{k.max}\)，已知\(K_{rel}=1.2\)。-限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流\(I_{op.2}\)：限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過下一條線路電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流來整定。設(shè)下一條線路電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流為\(I_{op.1}^{\prime}\)，則\(I_{op.2}=K_{rel}I_{op.1}^{\prime}\)，已知\(K_{rel}=1.1\)。-過電流保護(hù)動(dòng)作電流\(I_{op.3}\)：過電流保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過最大負(fù)荷電流來整定，公式為\(I_{op.3}=\frac{K_{rel}}{K_{re}}I_{L.max}\)。已知\(K_{rel}=1.2\)，\(K_{re}=0.85\)，\(I_{L.max}=1200A\)，則\(I_{op.3}=\frac{1.2}{0.85}\times1200A\approx1694A\)。七、二次回路相關(guān)試題1.題目：某變電站的直流系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池組作為直流電源，已知蓄電池組的額定容量\(C_{N}=200Ah\)，放電終止電壓\(U_{e}=1.8V\)，充電末期電壓\(U_{c}=2.7V\)。試計(jì)算該蓄電池組的充電電流和充電時(shí)間（假設(shè)采用恒流充電方式）。2.解答：-充電電流\(I_{c}\)：對(duì)于鉛酸蓄電池組恒流充電，充電電流一般取\(0.1C_{N}\)，已知\(C_{N}=200Ah\)，則\(I_{c}=0.1\times200A=20A\)。-充電時(shí)間\(t_{c}\)：充電時(shí)間可按公式\(t_{c}=\frac{1.2C_{N}}{I_{c}}\)計(jì)算，其中\(zhòng)(1.2\)是考慮充電過程中的損耗系數(shù)。代入數(shù)據(jù)可得\(t_{c}=\frac{1.2\times200Ah}{20A}=12h\)。八、發(fā)電廠和變電站的自用電相關(guān)試題1.題目：某發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)，采用高壓廠用變壓器和低壓廠用變壓器兩級(jí)供電方式。已知高壓廠用變壓器容量\(S_{T1}=10000kVA\)，變比為\(10.5/0.4kV\)，低壓廠用變壓器容量\(S_{T2}=800kVA\)，變比為\(0.4/0.23kV\)。試計(jì)算高壓廠用變壓器和低壓廠用變壓器的額定電流。2.解答：-高壓廠用變壓器額定電流計(jì)算：對(duì)于三相變壓器，額定電流\(I_{N}=\frac{S_{N}}{\sqrt{3}U_{N}}\)。高壓側(cè)額定電流\(I_{N1}=\frac{S_{T1}}{\sqrt{3}U_{1N}}\)，已知\(S_{T1}=10000kVA\)，\(U_{1N}=10.5kV\)，則\(I_{N1}=\frac{10000kVA}{\sqrt{3}\times10.5kV}\approx\frac{10000kVA}{18.19kA}\approx550A\)。低壓側(cè)額定電流\(I_{N2}=\frac{S_{T1}}{\sqrt{3}U_{2N}}\)，已知\(U_{2N}=0.4kV\)，則\(I_{N2}=\frac{10000kVA}{\sqrt{3}\times0.4kV}\approx\frac{10000kVA}{0.693kA}\approx14430A\)。-低壓廠用變壓器額定電流計(jì)算：高壓側(cè)額定電流\(I_{N3}=\frac{S_{T2}}{\sqrt{3}U_{3N}}\)，已知\(S_{T2}=80