2025年注冊(cè)電氣工程師發(fā)輸變電專業(yè)考試專業(yè)案例考試試題及答案案例一：220kV變電站短路電流計(jì)算已知條件：某220kV變電站主接線為雙母線接線，主變2臺(tái)（型號(hào)SFSZ11-240000/220），容量240MVA，變比220/110/35kV，短路阻抗標(biāo)幺值（以240MVA為基準(zhǔn)）：高壓-中壓Uk1-2=0.14，高壓-低壓Uk1-3=0.23，中壓-低壓Uk2-3=0.08。220kV系統(tǒng)等值電抗標(biāo)幺值（以100MVA為基準(zhǔn)）Xs=0.02；110kV側(cè)出線2回，每回線路電抗有名值Xl=24Ω（60km×0.4Ω/km）；35kV側(cè)接無(wú)功補(bǔ)償裝置，等值電抗有名值Xc=0.1Ω（歸算至35kV側(cè)）。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量Sj=100MVA，基準(zhǔn)電壓Uj220=230kV（220kV平均額定電壓），Uj110=115kV（110kV平均額定電壓），Uj35=37kV（35kV平均額定電壓）。問(wèn)題1：計(jì)算220kV母線三相短路時(shí)的短路電流周期分量有效值（kA）。問(wèn)題2：計(jì)算110kV母線單相接地短路時(shí)的短路電流有效值（kA）。答案1：220kV母線三相短路電流計(jì)算1.基準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算：220kV側(cè)基準(zhǔn)電流Ij220=Sj/(√3×Uj220)=100/(√3×230)≈0.251kA。2.系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值：系統(tǒng)電抗已給定Xs=0.02（以100MVA為基準(zhǔn)）。3.主變阻抗標(biāo)幺值轉(zhuǎn)換：主變?cè)杩挂?40MVA為基準(zhǔn)，需轉(zhuǎn)換為100MVA基準(zhǔn)：Xt1-2=Uk1-2×(Sj/Sn)=0.14×(100/240)≈0.0583。4.220kV母線三相短路總阻抗：短路點(diǎn)位于220kV母線，主變作為負(fù)載不提供短路電流，僅系統(tǒng)提供短路電流，因此總阻抗標(biāo)幺值XΣ=Xs=0.02（注：若主變高壓側(cè)與母線直接連接，母線短路時(shí)主變高壓側(cè)無(wú)電流，故主變阻抗不參與計(jì)算）。5.短路電流周期分量有效值：I''=Ij220/XΣ=0.251/0.02≈12.55kA（與系統(tǒng)短路容量直接計(jì)算Ssc=√3×Uj220×I''→I''=5000/(√3×230)≈12.55kA一致）。答案2：110kV母線單相接地短路電流計(jì)算1.110kV側(cè)基準(zhǔn)電流：Ij110=Sj/(√3×Uj110)=100/(√3×115)≈0.502kA。2.各序阻抗計(jì)算（中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，單相接地短路需計(jì)算正序、負(fù)序、零序阻抗）：-正序阻抗：系統(tǒng)至110kV母線路徑：系統(tǒng)→主變高壓側(cè)→主變中壓側(cè)→110kV母線。主變高壓-中壓電抗標(biāo)幺值（100MVA基準(zhǔn)）Xt1-2=0.0583（同前）；系統(tǒng)正序阻抗X1s=Xs=0.02；主變正序阻抗X1t=Xt1-2=0.0583；110kV線路正序阻抗（每回線路電抗有名值Xl=24Ω，標(biāo)幺值Xl1=Xl×Sj/Uj1102=24×100/1152≈0.181），因2回線路并聯(lián)，Xl1=0.181/2≈0.0905；總正序阻抗X1Σ=X1s+X1t+Xl1=0.02+0.0583+0.0905≈0.1688。-負(fù)序阻抗：系統(tǒng)負(fù)序阻抗X2s=X1s=0.02；主變負(fù)序阻抗X2t=X1t=0.0583；線路負(fù)序阻抗X2l=X1l=0.0905（架空線路正負(fù)序電抗相等）；總負(fù)序阻抗X2Σ=X2s+X2t+X2l=0.1688（與正序相同）。-零序阻抗：系統(tǒng)零序阻抗X0s=X1s=0.02（中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，系統(tǒng)零序阻抗與正序相等）；主變零序阻抗：三繞組變壓器零序阻抗需考慮中性點(diǎn)接地方式（假設(shè)主變高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，中壓側(cè)中性點(diǎn)不接地），則主變零序阻抗僅高壓繞組參與，X0t=Xt1-2=0.0583；線路零序阻抗：架空線路零序電抗約為正序的3倍，X0l=3×X1l=3×0.0905≈0.2715（2回線路并聯(lián)后X0l=0.2715/2≈0.1358）；總零序阻抗X0Σ=X0s+X0t+X0l=0.02+0.0583+0.1358≈0.2141。3.單相接地短路電流計(jì)算：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪冯娏饔行е礗(1)=3×Ij110/(X1Σ+X2Σ+X0Σ)=3×0.502/(0.1688+0.1688+0.2141)=1.506/0.5517≈2.73kA。案例二：220kV斷路器選型校驗(yàn)已知條件：220kV母線三相短路電流周期分量有效值I''=12.55kA，沖擊系數(shù)Kch=1.8，短路電流持續(xù)時(shí)間t=2s；待選斷路器參數(shù)：額定電壓252kV，額定電流3150A，額定短路開(kāi)斷電流40kA（有效值），額定動(dòng)穩(wěn)定電流100kA（峰值），額定熱穩(wěn)定電流40kA/4s。問(wèn)題：校驗(yàn)該斷路器是否滿足220kV母線三相短路時(shí)的開(kāi)斷、動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定要求。答案：斷路器校驗(yàn)1.開(kāi)斷能力校驗(yàn)：斷路器額定短路開(kāi)斷電流Ibr=40kA≥I''=12.55kA，滿足。2.動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：短路電流峰值Ich=Kch×√2×I''=1.8×1.414×12.55≈32.0kA；斷路器額定動(dòng)穩(wěn)定電流Ies=100kA（峰值）≥Ich=32.0kA，滿足。3.熱穩(wěn)定校驗(yàn)：短路電流熱效應(yīng)Q=I''2×t=12.552×2≈315.1kA2·s；斷路器額定熱穩(wěn)定電流熱效應(yīng)Qbr=Ith2×tth=402×4=6400kA2·s≥Q=315.1kA2·s，滿足。結(jié)論：該斷路器滿足要求。案例三：110kV線路避雷器選擇已知條件：某110kV線路額定電壓110kV，系統(tǒng)最高電壓Um=126kV，中性點(diǎn)有效接地；設(shè)備雷電沖擊耐受電壓（BIL）為750kV，操作沖擊耐受電壓（SIL）為450kV；避雷器參數(shù)：額定電壓Ur=100kV，持續(xù)運(yùn)行電壓Uc=80kV，雷電沖擊殘壓Ures(雷電)=520kV，操作沖擊殘壓Ures(操作)=460kV。問(wèn)題：校驗(yàn)該避雷器是否滿足保護(hù)要求。答案：避雷器校驗(yàn)1.持續(xù)運(yùn)行電壓校驗(yàn)：中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓應(yīng)≥Um/√3=126/1.732≈72.7kV；避雷器Uc=80kV≥72.7kV，滿足。2.額定電壓校驗(yàn)：中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，避雷器額定電壓應(yīng)≥0.8×Um=0.8×126=100.8kV；避雷器Ur=100kV＜100.8kV，不滿足。3.雷電過(guò)電壓保護(hù)校驗(yàn)：避雷器雷電殘壓Ures(雷電)=520kV≤設(shè)備BIL=750kV×0.8（配合系數(shù)）=600kV，滿足。4.操作過(guò)電壓保護(hù)校驗(yàn)：避雷器操作殘壓Ures(操作)=460kV≤設(shè)備SIL=450kV×0.8=360kV？不，正確配合系數(shù)應(yīng)為避雷器殘壓≤設(shè)備耐受電壓×0.8~1.0（通常取0.85）。設(shè)備SIL=450kV，避雷器殘壓460kV＞450×0.85=382.5kV，不滿足。結(jié)論：因額定電壓和操作過(guò)電壓保護(hù)不滿足，該避雷器不可選。案例四：接地網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：某220kV變電站接地網(wǎng)位于ρ=500Ω·m的土壤中，接地網(wǎng)面積S=50m×60m=3000m2，水平接地極總長(zhǎng)度Lh=800m（扁鋼，截面50mm×5mm=250mm2），垂直接地極20根（φ50mm圓鋼，長(zhǎng)度2.5m）；系統(tǒng)最大單相接地短路電流I=8kA，短路電流持續(xù)時(shí)間t=2s，熱穩(wěn)定系數(shù)C=70（鋼）。問(wèn)題1：計(jì)算接地電阻R（Ω）。問(wèn)題2：校驗(yàn)水平接地極的熱穩(wěn)定是否滿足要求。答案1：接地電阻計(jì)算采用《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50065-2011）簡(jiǎn)化公式：R≈ρ/(√S)×[1+1/(2√(S/Lh))]其中√S=√3000≈54.77m，Lh=800m，S/Lh=3000/800=3.75，√(S/Lh)=1.936。代入得：R≈500/54.77×[1+1/(2×1.936)]≈9