2025年氫能系統(tǒng)電氣安全培訓試卷及答案1單選題（每題2分，共30分）1.1在35MPa車載儲氫瓶組與500V直流母線之間，最小電氣間隙應不小于A15mmB25mmC35mmD45mm答案：B1.2依據(jù)ISO227342022，PEM電解槽堆在熱待機狀態(tài)下，其絕緣電阻測試電壓應選A50VDCB250VDCC500VDCD1000VDC答案：C1.3當氫氣濃度達到10%LEL時，下列防爆等級中允許繼續(xù)運行的電氣元件為AExdIICT3BExeIICT4CExnAIICT5DExiaIICT6答案：D1.4在加氫站整流—逆變—DC/DC三級拓撲中，若DC/DC采用LLC諧振方案，其諧振頻率f_r=120kHz，則依據(jù)IEC6100043，輻射抗擾度試驗頻率范圍應覆蓋A9kHz–30MHzB30MHz–1GHzC1–6GHzD6–18GHz答案：B1.5對70MPa儲氫容器進行定期檢驗時，優(yōu)先采用的渦流檢測頻率為A1kHzB10kHzC100kHzD1MHz答案：C1.6在燃料電池DC/DC升壓模塊中，為抑制氫氣滲透導致的高壓母線漂移，應優(yōu)先選用A薄膜電容B鋁電解電容C陶瓷電容D超級電容答案：A1.7當發(fā)生“氫—電”交叉泄漏時，最先動作的傳感器組合通常是A催化燃燒式+電化學式B紅外式+半導體式C熱導式+光聲式D質(zhì)譜式+拉曼式答案：A1.8依據(jù)NFPA8532023，燃料電池機房內(nèi)應急停機按鈕的響應時間不得大于A100msB300msC500msD1s答案：B1.9在爆炸性氣體環(huán)境1區(qū)內(nèi)，電纜引入裝置應至少達到AIP54BIP65CIP66DIP67答案：B1.10對氫氣管道進行焊接時，若采用TIG自熔工藝，其背面保護氣露點應低于A?20℃B?40℃C?60℃D?80℃答案：C1.11在燃料電池系統(tǒng)絕緣監(jiān)測中，IT系統(tǒng)報警閾值一般設置為A50Ω/VB100Ω/VC200Ω/VD500Ω/V答案：B1.12當使用紅外熱像儀檢測電解槽端板熱點時，發(fā)射率參數(shù)應調(diào)至A0.10B0.35C0.65D0.95答案：D1.13在加氫機PLC安全回路中，強制導向繼電器觸點熔焊檢測周期為A每日B每周C每月D每季度答案：A1.14依據(jù)IEC615082，若氫氣壓縮機變頻器的安全完整性等級要求為SIL2，則其PFH（每小時危險失效概率）應小于A10??B10??C10??D10??答案：A1.15在70MPa儲氫瓶口組合閥中，為降低電磁閥線圈溫升，優(yōu)先采用的驅(qū)動方式是APWM100HzBPWM1kHzC直流保持D交流保持答案：B2多選題（每題3分，共30分，少選得1分，錯選0分）2.1下列哪些措施可有效降低電解槽高壓母線對地電弧引燃氫氣的概率A采用固態(tài)絕緣隔板B增加快速熔斷器C提高接地電阻D配置弧光保護繼電器E使用正壓通風答案：ABDE2.2關于氫氣擴散系數(shù)，下列說法正確的有A與溫度成正比B與壓力成反比C與分子量平方根成反比D在空氣中約為0.61cm2/s（25℃,1atm）E在N?中低于在O?中答案：ABCD2.3在燃料電池DC/DC模塊進行EMC測試時，必須同時考核的端口包括A高壓直流輸入B高壓直流輸出C低壓控制電源D通信CANE冷卻液管路答案：ABCD2.4下列屬于氫系統(tǒng)電氣防爆“五同時”內(nèi)容的有A同時設計B同時施工C同時驗收D同時運維E同時培訓答案：ABCDE2.5關于金屬氫化物儲氫罐的電氣安全，下列做法正確的有A罐體做等電位聯(lián)結(jié)B配置冗余溫度節(jié)點C使用防爆型加熱器D加熱器電源采用IT系統(tǒng)E罐體與PE線隔離答案：ABCD2.6在加氫站雷電防護中，下列哪些區(qū)域應劃為LPZ0B區(qū)A罩棚頂部B儲氫瓶組上方C卸氫柱旁D控制室屋頂E站房外墻答案：ABC2.7下列哪些信號必須硬接線進入安全PLC而不經(jīng)總線傳輸A急停按鈕B儲氫瓶超溫C氫氣泄漏10%LELD火焰探測器E防雷器失效答案：ABD2.8關于燃料電池系統(tǒng)絕緣故障定位，可采用的方法有A交流注入法B直流漏電流法C高頻脈沖法D橋式不平衡法E紅外測溫法答案：ABCD2.9在氫氣壓縮機變頻器室，下列哪些做法符合防爆要求A變頻器安裝于正壓柜內(nèi)B散熱風機采用Exe電機C電纜采用XHHW2D接地網(wǎng)與站房聯(lián)合E變頻器輸出端加du/dt濾波器答案：ABCDE2.10下列哪些屬于氫系統(tǒng)電氣安全關鍵壽命件A高壓直流接觸器B氫氣傳感器C保險絲D直流母線電容E防雷器壓敏電阻答案：ABCDE3判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）3.1在0區(qū)可使用ExnA型電氣設備。答案：×3.2燃料電池堆在停機后30min內(nèi)，其殘余電壓可視為安全電壓。答案：×3.3氫氣管道法蘭跨接電阻大于10mΩ時需整改。答案：√3.4依據(jù)IEC6007914，氫氣環(huán)境電纜載流量校正系數(shù)為0.75。答案：√3.5采用IT系統(tǒng)時，第一次接地故障應瞬時跳閘。答案：×3.6紅外熱像儀可替代接觸式測溫作為電解槽端板唯一測溫手段。答案：×3.7在爆炸性環(huán)境內(nèi)，鋁護套電纜比銅護套電纜更易引發(fā)鋁熱反應，因此禁止使用。答案：×3.8加氫站防雷接地電阻要求≤4Ω。答案：√3.9氫氣傳感器必須每12個月進行一次標準氣樣校準。答案：√3.10燃料電池系統(tǒng)絕緣監(jiān)測儀可以安裝在非防爆區(qū)，但其采樣端子可位于1區(qū)。答案：√4填空題（每空2分，共20分）4.1依據(jù)GB/T372442020，氫氣在空氣中的爆炸下限為________%（體積比），爆炸上限為________%。答案：4.0，75.64.2在35MPa加氫槍接口，其IP67防護等級中的“7”表示________。答案：短時浸水1m、30min無有害進水4.3若電解槽單小室電壓為2.0V，共120節(jié)，則總開路電壓為________V。答案：2404.4當采用24VDC防爆電磁閥時，其線圈在1.25倍額定電壓下持續(xù)溫升不得超過________K。答案：854.5依據(jù)IEC604791，人體擺脫電流閾值（99.5%概率）為________mA（AC50Hz）。答案：104.6在70MPa儲氫瓶定期水壓試驗中，試驗壓力為額定壓力的________倍。答案：1.54.7若燃料電池系統(tǒng)額定功率為120kW，效率為55%，則氫氣熱值需求為________kW（低熱值）。答案：218.24.8依據(jù)ISO198801，加氫站安全距離計算時，氫氣泄漏速率大于________g/s需采用CFD方法。答案：54.9在爆炸性環(huán)境2區(qū)，電纜最小彎曲半徑為外徑的________倍。答案：64.10若氫氣壓縮機房體積為500m3，換氣次數(shù)為12次/h，則最小通風量為________m3/h。答案：60005簡答題（每題10分，共30分）5.1簡述電解槽高壓母線對地電弧引燃氫氣的機理，并給出三種工程抑制措施。答案：機理：高壓母線絕緣失效→空氣電離形成電弧→電弧溫度達3000℃→氫氣局部濃度在LEL以上→熱表面或電弧直接引燃→爆燃或爆炸。措施：①采用固態(tài)絕緣隔板+爬電距離倍增，阻斷電弧路徑；②配置高速弧光保護繼電器，檢測光+電流雙判據(jù)，3ms內(nèi)跳閘；③增設快速熔斷器+壓敏電阻組合，限制故障能量<0.5J，低于氫氣最小點火能0.019mJ的安全裕度。5.2說明燃料電池系統(tǒng)IT絕緣監(jiān)測與TNS系統(tǒng)的主要區(qū)別，并給出IT系統(tǒng)在氫環(huán)境的優(yōu)勢。答案：IT系統(tǒng)中性點不接地或經(jīng)高阻接地，第一次故障僅發(fā)出信號，不跳閘；TNS系統(tǒng)中性點直接接地，故障電流大，瞬時跳閘。優(yōu)勢：①第一次接地故障時系統(tǒng)仍帶電運行，避免氫氣環(huán)境因斷電引發(fā)二次風險；②故障電流<1A，電弧能量極低，無法引燃氫氣；③可精確定位絕緣下降點，提前維護，降低突發(fā)停機概率；④與等電位聯(lián)結(jié)結(jié)合，減少跨步電壓對人員危害。5.3列出加氫站PLC安全回路設計中的“三取二”原則，并給出硬件實現(xiàn)方案。答案：三取二原則：對關鍵安全信號（急停、超壓、泄漏）采用三個獨立通道，任意兩個同時動作即觸發(fā)停機，防止單點失效。硬件實現(xiàn)：①采用雙通道安全PLC（如S7400F）+1路硬繼電器串聯(lián)；②每通道使用獨立傳感器（品牌、原理不同），如急停A為機械觸點，急停B為電子觸點，急停C為光耦觸點；③安全PLC內(nèi)部三通道交叉比較，硬件冗余1002/2003表決；④輸出端采用雙接觸器冗余，觸點反饋串聯(lián)至輸入，實現(xiàn)閉環(huán)監(jiān)控；⑤故障檢測周期≤100ms，滿足SIL3要求。6計算題（每題15分，共30分）6.1某70MPa儲氫瓶組共12支，單瓶水容積為210L，氫氣充裝率取5.7%（質(zhì)量分數(shù)），環(huán)境溫度25℃，若發(fā)生10mm2小孔泄漏，按理想氣體等熵流動模型，計算：（1）初始質(zhì)量流量（g/s）；（2）泄漏至氫氣濃度達到LEL（4%）所需時間（瓶組所在空間體積為500m3，通風換氣0次）。已知：γ=1.4，R=4124J/(kg·K)，Cd=0.85，P0=70MPa，T0=298K。答案：（1）臨界壓力比β=(2/(γ+1))^(γ/(γ1))=0.528，出口壓力Pb=0.1MPa<βP0，屬臨界流。聲速a=√(γRT0)=√(1.4×4124×298)=1298m/s；密度ρ0=P0/(RT0)=70×10?/(4124×298)=57.0kg/m3；質(zhì)量流量?=Cd·A·ρ0·a·(2/(γ+1))^((γ+1)/(2(γ1)))=0.85×10×10??×57.0×1298×0.684=0.425kg/s=425g/s。（2）總氫質(zhì)量m=12×210×10?3×57.0×0.057=8.17kg；達到LEL體積分數(shù)4%時，空氣質(zhì)量m_air=500×1.17=585kg，對應氫氣質(zhì)量m_H2=0.04×585/28.8×2=1.62kg；時間t=1.62/0.425=3.8s。結(jié)論：3.8秒內(nèi)即可達到爆炸下限，必須設置快速切斷閥+通風聯(lián)動。6.2燃料電池DC/DC升壓模塊輸入200–380V，輸出750V，功率120kW，效率98%，采用SiCMOSFET，開關頻率fs=100kHz，計算：（1）最大輸入電流；（2）若直流母線對地分布電容C=2nF，允許漏電流≤30mA，求最大允許du/dt；（3）為抑制EMI，需加共模電感Lcm，使150kHz處共模阻抗≥1kΩ，求最小電感量。答案：（1）Iin_max=P/(η·Vin_min)=120000/(0.98×200)=612A。（2）i=C·du/dt→du/dt=30×10?3/(2×10??)=15×10?V/s=15V/μs。（3）Z=2πfL→L=1000/(2π×150×103)=1.06mH，取1.2mH。7案例分析題（20分）背景：某加氫站2024年12月發(fā)生“氫—電”交叉泄漏事件。事件經(jīng)過：電解槽運行中，第30節(jié)小室陽極板密封失效，氫氧混合氣通過冷卻水管路進入變頻器室，導致氫濃度達8%LEL；同時高壓母線絕緣下降，對地出現(xiàn)間歇性拉弧，引燃氫氧混合氣，造成變頻器柜燒毀，直接經(jīng)濟損失320萬元，無人員傷亡。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)：①絕緣監(jiān)測儀報警閾值設定為500Ω/V，但未接入安全PLC；②冷卻水管路未按標準做隔爆密封；③變頻器柜防爆等級為ExdIIBT4，未覆蓋氫氣IIC；④運維人員未按規(guī)程每日巡檢絕緣值。問題：（1）指出直接原因與間接原因各2條；（2）依據(jù)標準給出整改措施4條；（3）計算若采用ExdIICT6防爆柜，其最大表面溫度控制在多少℃以下（環(huán)境溫度40℃）。答案：（1）直接原因：①陽極板密封失效導致氫氧混合氣泄漏；②高壓母線絕緣下降