2025年電氣工程師考試試卷電氣設(shè)計專項訓(xùn)練-電力傳輸線路設(shè)計計算考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述電力傳輸線路路徑選擇時，需要考慮哪些主要因素？并說明其中經(jīng)濟(jì)性因素通常包含哪些方面。二、某110kV架空輸電線路，采用單回路架空線路，跨越一條寬度為30米的河流。已知導(dǎo)線采用LGJ-240/30型鋼芯鋁絞線，運(yùn)行電壓為110kV（有效值），最大覆冰時的風(fēng)速為25m/s，覆冰厚度為10mm。請計算：1.絕緣子串的泄漏距離應(yīng)不小于多少？請說明確定該值的依據(jù)。2.若導(dǎo)線對桿塔頂部的垂直距離在最大弧垂時為3.5米，為保證對地安全距離，導(dǎo)線對河流地面的最低距離應(yīng)不小于多少？（假設(shè)河流兩岸地面平坦，桿塔高度為15米，不考慮風(fēng)偏影響，參考海拔1000米）三、某新建330kV架空輸電線路，直線桿塔采用酒杯型自立式鐵塔，鐵塔呼稱高度為18米。線路通過地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)速為30m/s，設(shè)計基本風(fēng)速（10米高處）為35m/s。導(dǎo)線采用LGJ-500/2×240型鋼芯鋁絞線，自重比載為0.09N/m，風(fēng)載比載（覆冰10mm時）為0.45N/m。請計算：1.該鐵塔在覆冰10mm、風(fēng)壓30m/s時，承受的順線路方向的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是多少？（假設(shè)每相導(dǎo)線水平投影間距為12米，每相兩根地線水平間距為6米，地線架設(shè)于導(dǎo)線下方2.5米處）2.若該鐵塔基礎(chǔ)采用板式基礎(chǔ)，計算寬度為4米，基礎(chǔ)埋深為2米，地基土為粘土，其重度為18kN/m3，地下水位在地面以下1米。請估算基礎(chǔ)頂面承受的垂直總荷載標(biāo)準(zhǔn)值。（考慮鐵塔自重、導(dǎo)線覆冰自重、風(fēng)荷載引起的垂直分力，假設(shè)覆冰和風(fēng)荷載同時作用）四、某500kV架空輸電線路，導(dǎo)線相間距離為12米，對地最低距離（導(dǎo)線最低點(diǎn)）要求不小于14米。線路通過某山嶺地帶，某處山坡傾角為25度。已知在該地區(qū)，導(dǎo)線最大弧垂發(fā)生在最低氣溫-20℃時，此時導(dǎo)線的綜合溫度膨脹系數(shù)為19×10??/℃，導(dǎo)線比載（自重+冰重+風(fēng)壓，覆冰5mm，風(fēng)速20m/s）引起的sag比值為0.06。請估算：1.若不考慮風(fēng)偏影響，僅考慮導(dǎo)線自重和溫度影響，當(dāng)導(dǎo)線最低點(diǎn)對地距離為14米時，導(dǎo)線在最低氣溫下的應(yīng)力（不考慮振動影響）約為多少？（提示：可利用近似公式，忽略sag比值中的風(fēng)載部分）2.在滿足對地最小距離14米的前提下，若該處山坡坡頂桿塔的導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高度為15米，請大致判斷導(dǎo)線在最低氣溫時的最大弧垂是否會發(fā)生對地距離不足的問題？簡述判斷依據(jù)。五、簡述輸電線路采用避雷線的主要目的。對于一個未安裝避雷線的110kV輸電線路，當(dāng)雷擊桿塔頂時，為保護(hù)桿塔及其絕緣子，通常需要采取哪些反擊保護(hù)措施？六、某150kV架空輸電線路，采用鋼筋混凝土桿，鐵塔基礎(chǔ)接地電阻要求不大于10Ω。線路采用鋼絞線地線，型號為GJ-50，在地面附近的地線sag為1.5米。請計算：1.若采用水平埋設(shè)式接地裝置，接地體采用40mm×4mm的扁鋼，埋深0.8米，請估算該接地裝置的工頻接地電阻。（假設(shè)土壤電阻率ρ=100Ω·m）2.為進(jìn)一步降低接地電阻，在該接地裝置上再安裝一根垂直接地棒，接地棒長3米，請定性分析接地棒安裝后接地電阻如何變化？若要求接地電阻達(dá)到5Ω，請說明還需要采取哪些補(bǔ)充措施？七、某新建220kV雙回路架空輸電線路，線路長度為150km。導(dǎo)線采用LGJ-400/2×150型鋼芯鋁絞線，單位長度直流電阻為0.085Ω/km。線路最大負(fù)荷傳輸功率為600MW，最大負(fù)荷利用小時數(shù)為4000h，功率因數(shù)為0.85。請計算該線路在最大負(fù)荷運(yùn)行時產(chǎn)生的年電能損耗是多少？（假設(shè)線路電抗忽略不計）八、比較采用鋼芯鋁絞線（LGJ）和鋼芯鋼絞線（LGJQ）作為輸電線路導(dǎo)線的優(yōu)缺點(diǎn)。在哪些工程條件下，可能會優(yōu)先選擇LGJQ線？請說明理由。試卷答案一、電力傳輸線路路徑選擇時需要考慮的主要因素包括：技術(shù)條件（如地形、地質(zhì)、氣象、電壓等級、輸送容量等）、經(jīng)濟(jì)性（如投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等）、社會環(huán)境（如土地占用、環(huán)境影響、社會影響等）以及建設(shè)與運(yùn)行的安全性。經(jīng)濟(jì)性因素通常包含：線路長度、土建工程量、桿塔基礎(chǔ)費(fèi)用、導(dǎo)線材料費(fèi)用、施工難度、運(yùn)行維護(hù)成本、土地征用費(fèi)用等。二、1.絕緣子串的泄漏距離應(yīng)不小于1600mm。依據(jù)：《電力工程高壓送電線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50545）規(guī)定，110kV線路絕緣子串泄漏距離不應(yīng)小于1600mm。2.導(dǎo)線對河流地面的最低距離應(yīng)不小于18.5米。計算過程：導(dǎo)線對桿塔頂部的垂直距離為3.5米，桿塔高度為15米，因此導(dǎo)線懸掛點(diǎn)離地高度為15+3.5=18.5米。根據(jù)GB50545，110kV線路對地最小距離（居民區(qū)外）一般要求不低于7米，非居民區(qū)外按電壓等級確定，通常為6米或7米，但需考慮交叉跨越。假設(shè)此處為非居民區(qū)或一般交叉跨越，最小要求為7米。但更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖强紤]最高弧垂，此處題目條件不足，僅按懸掛點(diǎn)計算，結(jié)果18.5米遠(yuǎn)大于7米，滿足安全要求。若按河流寬度30米計算，若兩岸地面平坦，最小對地距離=15+3.5+(30/2)*tan(GB50545規(guī)定的水平距離與垂直距離之比，如10:1)=15+3.5+15*0.1=18.5米。若按標(biāo)準(zhǔn)最小值7米計算，則最低點(diǎn)高度需≥15+3.5+7=25.5米，顯然弧垂計算結(jié)果18.5米不滿足。因此，必須確保導(dǎo)線在最高弧垂時對地距離滿足規(guī)范要求。此題條件有誤，按懸掛點(diǎn)計算結(jié)果18.5米無法直接得出結(jié)論，需補(bǔ)充弧垂信息或明確最小對地距離標(biāo)準(zhǔn)。（注：題目條件存在不嚴(yán)謹(jǐn)之處，實際應(yīng)給出最大弧垂或明確最小對地距離標(biāo)準(zhǔn)）三、1.水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算：*單根導(dǎo)線水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值F_h=q_h*L=0.45N/m*12m=5.4kN。*三相導(dǎo)線水平荷載總和（假設(shè)水平排列，每相一根）F_total=3*F_h=3*5.4kN=16.2kN。（若為六分裂導(dǎo)線，則F_total=6*5.4kN=32.4kN，題目未說明分裂情況，按單相計算）2.基礎(chǔ)頂面垂直總荷載標(biāo)準(zhǔn)值估算：*鐵塔自重G_t（估算值，題目未給，假設(shè)為800kN）。*導(dǎo)線覆冰自重G_d=q_ice*L=0.09N/m*150000m=13.5kN=0.0135kN。（按單根導(dǎo)線計算，若為六分裂，則總覆冰重為6倍）。*風(fēng)荷載引起的垂直分力G_w（估算值，題目未給，可忽略或假設(shè)為很小，因風(fēng)主要產(chǎn)生水平力）。*基礎(chǔ)頂面垂直總荷載標(biāo)準(zhǔn)值G_total≈G_t+G_d=800kN+0.0135kN≈800.0135kN。取G_total≈800kN。四、1.導(dǎo)線最低點(diǎn)應(yīng)力估算（近似）：*sag=(γ*L2)/(8*σ?)，其中γ為綜合比載，L為檔距（此處可近似為水平距離，題目未給，假設(shè)為200m），σ?為最低氣溫下的應(yīng)力。*sag≈(0.06*9.8m/s2*(200m)2)/(8*σ?)=29.4/σ?米。*懸掛點(diǎn)高度h=15m，最低點(diǎn)對地距離h_sag=14m。*檔距L'=√(h2+(L/2)2)-√(h2+sag2)≈2*(h_sag*h/(L/2))=2*(14*15/100)=4.2m。（此步近似較大，僅作演示）*σ?≈(0.06*9.8*2002)/(8*4.2)≈715N/mm2=715MPa。（此結(jié)果基于過多假設(shè)和近似，僅供參考，實際需精確計算）2.最大弧垂判斷：*山坡傾角為25度，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)高度15米。*最大弧垂發(fā)生在最低氣溫-20℃時，此時檔距約為200米（假設(shè)水平）。*最大弧垂sag_max≈(γ_max*L2)/(8*σ_min)，其中γ_max為最高溫度比載（自重+最高溫風(fēng)壓），σ_min為最高溫度應(yīng)力（最低允許應(yīng)力）。*最大弧垂對應(yīng)的最低點(diǎn)高度h_min=h_t+sag_max。若h_min<14米，則對地距離不足。*由于h_t=15米，即使sag_max很大，h_min也需要大于14米。僅憑懸掛點(diǎn)高度15米無法直接判斷，需計算sag_max。若sag_max遠(yuǎn)小于1米，則h_min=15米，大于14米，對地距離足夠。若sag_max較大，需精確計算。五、避雷線的主要目的是保護(hù)輸電線路絕緣子免受直接雷擊損壞，并增加線路的雷電擊耐雷水平，同時也可作為工頻接地線，改善線路的工頻接地狀況。對于未安裝避雷線的110kV線路，為保護(hù)桿塔及其絕緣子免受雷擊閃絡(luò)，通常需要采取的反擊保護(hù)措施包括：降低桿塔接地電阻（使其遠(yuǎn)小于規(guī)范值，如<10Ω），利用線路的耦合效應(yīng)（正常運(yùn)行時導(dǎo)線對大地有電容電流，雷擊時能分流一部分雷電流），以及盡量采用較高的桿塔，以增大線路的相對空氣距離，提高反擊擊穿電壓。六、1.水平接地裝置接地電阻估算（公式法，僅供參考，實際工程常用規(guī)程法或?qū)崪y）：*R≈ρ/(2πl(wèi))*[ln(2l/ρ)-0.75]=100Ω·m/(2π*4m)*[ln(2*4/0.04)-0.75]≈15.92*[ln(200)-0.75]≈15.92*[5.299-0.75]≈15.92*4.549≈72.3Ω。*考慮埋深影響：R'≈R*h/(h+d)=72.3*0.8/(0.8+0.4)=72.3*0.8/1.2≈48.2Ω。（或直接用修正系數(shù)法，埋深0.8m通常有10-20%的降低，約48-60Ω）*取估算值R≈50Ω。2.垂直接地棒影響及補(bǔ)充措施：*安裝接地棒后，接地電阻會顯著降低。因為接地棒提供了通往深層的低電阻路徑。*接地棒安裝后接地電阻會低于50Ω。若要求接地電阻達(dá)到5Ω，僅靠一根3米接地棒通常難以達(dá)到，尤其是在ρ=100Ω·m的土壤中。*還需要采取的補(bǔ)充措施可能包括：增加接地棒數(shù)量（并聯(lián)或串聯(lián)），增加接地棒長度（更深），使用接地材料改善土壤電阻率（如換土、使用降阻劑），采用網(wǎng)狀接地系統(tǒng)等。七、年電能損耗計算：*功率P=600MW=600*10^3kW。*電流I=P/(√3*U*cosφ)=600*10^3/(√3*220*10^3*0.85)≈1581.1A。*年電能損耗ΔW=I2*R*t=(1581.1A)2*0.085Ω/km*150km*4000h/(10^6)。*ΔW=2.498*10^6A2*0.085Ω/km*150km*4000h/(10^6)=2.498*0.085*150*4000Wh/kWh=1274260Wh/kWh=1274.26MWh。八、鋼芯鋁絞線（LGJ）和鋼芯鋼絞線（LGJQ）優(yōu)缺點(diǎn)比較及選擇依據(jù)：*LGJ(鋼芯鋁絞線):*優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)電性好（鋁多），載流量大，價格相對較低。*缺點(diǎn)：鋼芯與鋁股之間的電化學(xué)腐蝕可能影響耐久性，強(qiáng)度相對較低（尤其鋁股），大電流下集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)較明顯。*LGJQ(鋼芯鋁絞線，加強(qiáng)型):*優(yōu)