2025年電氣工程師供配電卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.某工廠變電所采用10kV/0.4kV兩級電壓供電，其中10kV側(cè)為無窮大容量系統(tǒng)。已知10kV饋線末端（0.4kV母線）計算負(fù)荷為S'=800kVA，功率因數(shù)cosφ'=0.8（滯后），線路阻抗為ZL=0.4+j0.3Ω/km，線路長度為10km。試計算：(1)0.4kV母線的計算負(fù)荷S、P、Q；(2)10kV饋線末端短路電流（沖擊電流ik、短時電流ics、穩(wěn)態(tài)電流Ics）；(3)若要求0.4kV母線電壓損失（從10kV母線出口至0.4kV母線）不超過5%，應(yīng)采用多少kV的變壓器進(jìn)行降壓？（假設(shè)變壓器電壓比忽略空載損耗和短路阻抗的電壓損失，僅考慮阻抗引起的電壓損失，并說明選擇依據(jù)）。二、2.一條采用LGJ-120/35型鋼芯鋁絞線構(gòu)成的架空配電線路，額定電壓10kV，線路長度20km。已知系統(tǒng)電壓為10kV，線路末端最大負(fù)荷功率Pmax=2000kW，功率因數(shù)cosφ=0.7（滯后），允許電壓損失ΔU%≤7%。試計算：(1)線路末端的最大負(fù)荷電流；(2)若要滿足電壓損失要求，線路上的總無功功率補償應(yīng)至少為多少kvar？（假設(shè)線路末端功率因數(shù)角為φ，忽略對地電容和變壓器損耗，LGJ-120/35在20℃時的阻抗為Z0=0.33+j0.4Ω/km）。三、3.某車間變電所主變壓器為S9-500/10型，額定電壓10/0.4kV，聯(lián)結(jié)組別YNyn0，額定容量500kVA，短路電壓百分?jǐn)?shù)Ud%=4%。變電所0.4kV側(cè)計算負(fù)荷S'=400kVA，功率因數(shù)cosφ'=0.85（滯后），需設(shè)置并聯(lián)電容器組進(jìn)行無功補償，使功率因數(shù)提高到cosφ''=0.9（滯后）。試計算：(1)補償前變壓器的實際負(fù)荷功率P、Q；(2)所需補償?shù)臒o功功率Qc；(3)所需并聯(lián)電容器組的總?cè)萘浚僭O(shè)電容器組功率因數(shù)為0.95（滯后），不考慮線路損耗和變壓器空載損耗影響）。四、4.某工廠10kV配電系統(tǒng)采用單母線分段接線，母線分段斷路器上配置有失壓脫扣器和過流脫扣器。已知系統(tǒng)額定電壓10kV，饋線A的額定電流為IrnA=150A，最大負(fù)荷電流為100A，正常時由分段斷路器供給；饋線B的額定電流為IrnB=100A，最大負(fù)荷電流為80A，正常時由分段斷路器供給。試分析：(1)若失壓脫扣器整定電流應(yīng)大于線路正常負(fù)荷電流，但小于線路額定電流的1.25倍，請計算其整定電流范圍；(2)若過流脫扣器整定電流應(yīng)大于線路最大負(fù)荷電流，請計算其整定電流范圍；(3)若饋線A因故障跳閘，分段斷路器失壓脫扣器動作，請簡述其保護(hù)原理；若饋線B發(fā)生短路故障，請簡述過流脫扣器動作保護(hù)該饋線的原理。五、5.某低壓配電回路，末端安裝一盞白熾燈，額定電壓220V，額定功率100W?；芈凡捎肂V-500型銅芯塑料絕緣導(dǎo)線穿金屬管敷設(shè)，環(huán)境溫度為30℃。已知該回路正常工作電流為0.45A，短路電流計算結(jié)果為In=10kA。請回答：(1)根據(jù)低壓配電設(shè)計規(guī)范，該回路保護(hù)斷路器的額定電流Ipn應(yīng)選擇多少？為什么？(2)若該回路采用截面積S=6mm2的BV-500導(dǎo)線，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，其允許載流量（持續(xù)載流量）應(yīng)如何確定？（需說明依據(jù)的主要規(guī)范條文號或參數(shù)）；(3)簡述該保護(hù)斷路器在發(fā)生短路電流In=10kA時，其瞬動脫扣器動作保護(hù)該回路的原理。六、6.某建筑物內(nèi)，有一處插座回路，計算電流為15A。該回路采用BV-500型銅芯塑料絕緣導(dǎo)線穿金屬線槽敷設(shè)，環(huán)境溫度約為25℃。為滿足保護(hù)要求，回路保護(hù)采用熔斷器。試計算：(1)若選用RM5系列無填料封閉式熔斷器，其額定電流Ifn應(yīng)選擇多少？并說明選擇依據(jù)；(2)根據(jù)低壓配電設(shè)計規(guī)范，該導(dǎo)線（BV-500,6mm2）在該環(huán)境溫度下的允許載流量是多少？請說明計算或查表的主要依據(jù)；(3)若選用熔斷器作為保護(hù)，請簡述其保護(hù)原理，并說明為何規(guī)范通常要求保護(hù)導(dǎo)線截面積不小于熔斷器保護(hù)線截面積的一定倍數(shù)（如1.25倍）。七、7.簡述在供配電系統(tǒng)中進(jìn)行無功補償?shù)囊饬x。若某工廠變電所10kV側(cè)總計算負(fù)荷為8000kW，功率因數(shù)為0.75（滯后），通過安裝電容器組將功率因數(shù)提高到0.9（滯后）。試計算：(1)補償前、后的總無功功率Q和無功功率Qc；(2)若電容器組投資成本為100元/kvar，年運行費用（包括能源損耗、維護(hù)等）為10元/kvar，工廠年最大負(fù)荷利用小時數(shù)為6000h，供電基準(zhǔn)電價為0.6元/kWh。試估算無功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益（以年節(jié)約電費表示）。（假設(shè)補償前后有功功率P基本不變）。八、8.某工廠10kV配電線路末端（變壓器低壓側(cè)）發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)采用中性點不接地系統(tǒng)。已知系統(tǒng)正常運行時，線路對地電容電流很小，可忽略。故障點發(fā)生瞬間，A相接地。試分析：(1)故障點處A相電壓如何變化？(2)非故障相B、C相電壓如何變化？其相對地電壓是否超過線電壓？(3)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)哪些故障現(xiàn)象？（至少列舉三項）(4)簡述中性點不接地系統(tǒng)中，為什么通常要限制單相接地故障時的電容電流？（需說明可能帶來的危害）九、9.某建筑物內(nèi)，衛(wèi)生間內(nèi)安裝有照明燈具、插座、洗手盆、浴缸等設(shè)備。根據(jù)《建筑物電氣設(shè)計規(guī)范》（GB50054），請回答：(1)該衛(wèi)生間應(yīng)采用何種接地形式？為什么？(2)衛(wèi)生間內(nèi)的插座回路應(yīng)采取哪些安全措施？（至少列舉兩項）(3)若衛(wèi)生間內(nèi)安裝的照明燈具距離地面高度為2.5m，其安裝高度是否符合規(guī)范要求？（需說明依據(jù)的規(guī)范條文或要求）十、10.某新建住宅小區(qū)，采用集中式空調(diào)系統(tǒng)，由小區(qū)變配電所10kV側(cè)引來專線供電?？照{(diào)系統(tǒng)在夜間低負(fù)荷運行時，其負(fù)荷曲線呈明顯的階梯狀，功率因數(shù)較低。為了提高功率因數(shù)并減少線路損耗，小區(qū)變配電所10kV側(cè)考慮安裝一組靜態(tài)無功補償裝置。請簡述該方案的技術(shù)優(yōu)點，并說明選擇安裝靜態(tài)無功補償裝置時，需要考慮哪些因素？（至少列舉三項）試卷答案一、(1)S=S'=800kVA;P=S*cosφ'=800*0.8=640kW;Q=S*sinφ'=800*sqrt(1-0.82)=533.3kvar.(2)Ik=S'/(sqrt(3)*Ue*ZL)=800kVA/(sqrt(3)*10kV*(0.4+j0.3)Ω/km*10km)=11.55kA;Ics=Ik;Ics(s)=Ik/sqrt(2)=11.55kA/sqrt(2)=8.17kA.(3)ΔU%=(P_r*X+Q_r*R)*(S'/(sqrt(3)*Ue2))*100%.R=X,ΔU%=(2*X*S'/(sqrt(3)*Ue2))*100%.X=(Ue2*ΔU%*sqrt(3))/(2*S')=(10kV2*5%*sqrt(3))/(2*800kVA)=4.33Ω/km.查變壓器短路阻抗表，S9-500/10型變壓器Ud%=4%，短路阻抗Zd=Ud%*Ue2/Sn=0.04*(10kV)2/500kVA=0.8Ω.線路阻抗Z_line=10km*(0.4+j0.3)Ω/km=4+j3Ω.總阻抗Z_total=Z_line+Zd=(4+j3)+0.8=4.8+j3Ω.總電壓損失ΔU%=(P_r*X+Q_r*R)*(S/(sqrt(3)*Ue2))*100%=(640*103*3+533.3*103*4.8)*(1300kVA/(sqrt(3)*10kV2))*100%/10kV2=8.67%.由于8.67%>5%，若僅考慮變壓器，電壓損失過大。若選擇Ud%=2.5%的變壓器，Zd=0.025*(10kV)2/500kVA=0.5Ω.Z_total'=Z_line+Zd'=(4+j3)+0.5=4.5+j3Ω.ΔU%'=(640*103*3+533.3*103*4.5)*(1300kVA/(sqrt(3)*10kV2))*100%/10kV2=6.25%.6.25%>5%，但更接近。若選擇Ud%=3%的變壓器，Zd''=0.03*(10kV)2/500kVA=0.6Ω.Z_total''=Z_line+Zd''=(4+j3)+0.6=4.6+j3Ω.ΔU%''=(640*103*3+533.3*103*4.6)*(1300kVA/(sqrt(3)*10kV2))*100%/10kV2=6.88%.6.88%>5%。因此，應(yīng)選擇額定電壓比10kV/0.4kV的變壓器，即選擇Ud%在2.5%至3%之間的變壓器，例如Ud%=2.5%或Ud%=3%的變壓器均可滿足要求。二、(1)I=P/(sqrt(3)*Ue*cosφ)=2000kW/(sqrt(3)*10kV*0.7)=165.5A.(2)Qc=P*(tanφ1-tanφ2)=P*(tan(arccos(0.7))-tan(arccos(0.9)))=2000*(1.028-0.484)=1048kvar.補償后線路電流I'=P/(sqrt(3)*Ue*cosφ2)=2000/(sqrt(3)*10*0.9)=131.6A.線路功率損耗ΔP=3*I'2*R/Ue2=3*(131.6)2*(0.33+0.4j)/102=164.6W+0.2jkvar.補償前線路電流I=165.5A.線路功率損耗ΔP_old=3*I2*R/Ue2=3*(165.5)2*(0.33+0.4j)/102=831W+0.9jkvar.電壓損失計算復(fù)雜，主要考慮無功補償對線路損耗的影響。補償?shù)臒o功Qc應(yīng)至少為1048kvar。三、(1)P=S'*cosφ'=400*0.85=340kW;Q=S'*sinφ'=400*sqrt(1-0.852)=280kvar.(2)Qc=Q-Q''=280-340*0.9/0.95=280-320=-40kvar.由于Qc為負(fù)值，說明補償后功率因數(shù)已超過0.9，無需補償或需少量感性補償。若按提高至0.9計算，Qc=280-340/0.95=280-357.9=-77.9kvar.實際上，cosφ''=0.9（滯后）時，Q''=P/tan(arccos(0.9))=340/0.484=702.6kvar.Qc=Q-Q''=280-702.6=-422.6kvar.此結(jié)果不合理，表明cosφ''=0.9（滯后）時Q''已遠(yuǎn)小于Q，無需補償。題目可能假設(shè)cosφ''=0.9（超前）或存在錯誤。按cosφ''=0.9（滯后）且P基本不變計算，Q''=P/cosφ''=340/0.9=377.8kvar.Qc=Q-Q''=280-377.8=-97.8kvar.結(jié)論：所需補償?shù)臒o功功率Qc約為0kvar，甚至可能需要微小的感性補償。按題目原意要求提高至0.9（滯后），計算結(jié)果為負(fù)，不符合物理意義。四、(1)失壓脫扣器整定電流范圍：大于100A，小于150A*1.25=187.5A.即100A<Ifd<187.5A.(2)過流脫扣器整定電流范圍：大于80A，小于100A*1.25=125A.即80A<Ioc<125A.(3)失壓脫扣器動作原理：當(dāng)饋線A跳閘后，分段斷路器兩側(cè)電壓失去（或顯著降低），失壓脫扣器線圈失去電壓（或電壓低于動作值），產(chǎn)生釋放信號，使斷路器分閘，隔離故障區(qū)域。過流脫扣器動作原理：當(dāng)饋線B發(fā)生短路，故障電流Ioc流過過流脫扣器線圈，產(chǎn)生的電磁力（或熱效應(yīng)，若為熱磁式）使脫扣機(jī)構(gòu)動作，頂開鎖扣，使斷路器分閘，切除短路故障。五、(1)保護(hù)斷路器額定電流Ipn應(yīng)選擇等于或大于回路計算電流。Ipn≥0.45A.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選擇Ipn=0.5A或1A。選擇Ipn=1A更合理，因為可能存在諧波或未來負(fù)荷增長，且1A規(guī)格更常用。(2)查GB50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》附錄C或相關(guān)表格，或按公式計算。6mm2BV-500導(dǎo)線在25℃時，穿金屬管敷設(shè)，允許載流量約為30-35A（具體數(shù)值需查表確認(rèn)）。規(guī)范依據(jù)：GB50054-2011第7.3節(jié)導(dǎo)線選擇。(3)熔斷器保護(hù)原理：利用電流通過熔體產(chǎn)生的熱效應(yīng)，當(dāng)電流超過熔斷器額定電流一定倍數(shù)（過載）或達(dá)到額定電流的倍數(shù)（短路）時，熔體發(fā)熱熔化斷開，切斷電路。瞬動脫扣器（或稱短路脫扣器）是電磁式裝置，當(dāng)短路電流流過時，電磁鐵迅速動作，吸動銜鐵，克服彈簧力，使熔斷器觸頭分離，快速分?jǐn)嚯娐罚鋭幼鲿r間遠(yuǎn)短于熔體熔化時間。目的是在短路時快速切除故障。六、(1)RM5系列無填料封閉式熔斷器額定電流Ifn選擇原則：對于保護(hù)線路，Ifn≥計算電流。Ifn≥15A.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選擇Ifn=20A。依據(jù)：GB50054-2011第6.2.2條。(2)查GB50054-2011附錄C或相關(guān)表格，或按公式計算。6mm2BV-500導(dǎo)線在25℃時，穿金屬線槽敷設(shè)，允許載流量約為35-45A（具體數(shù)值需查表確認(rèn)）。規(guī)范依據(jù)：GB50054-2011第7.3節(jié)導(dǎo)線選擇。(3)熔斷器保護(hù)原理同第五題第(3)小題。規(guī)范要求保護(hù)導(dǎo)線截面積不小于熔斷器保護(hù)線截面積的一定倍數(shù)（如1.25倍），是為了確保：a.熔斷器熔體熔化時，產(chǎn)生的電弧能被有效限制在熔斷器內(nèi)部，防止電弧噴出損傷周圍設(shè)備或引爆可燃物。b.熔斷器分?jǐn)鄷r，其接觸端子溫升不超過安全值，防止引燃端子附近絕緣材料。c.保證熔斷器與導(dǎo)線之間的協(xié)同保護(hù)特性，使熔斷器在故障時可靠動作，同時避免因熔斷器選擇不當(dāng)導(dǎo)致導(dǎo)線在正常負(fù)荷下或輕微過載下熔斷。七、(1)補償前：P=8000kW,cosφ1=0.75,Q1=P*tan(arccos(0.75))=8000*0.882=7056kvar.補償后：cosφ2=0.9,Q2=P/tan(arccos(0.9))=8000/0.484=16529kvar.Qc=Q1-Q2=7056-16529=-9473kvar.結(jié)果不合理，cosφ2=0.9（滯后）時Q2已遠(yuǎn)大于Q1，無需補償。假設(shè)題目cosφ2=0.9（超前）或存在錯誤。按cosφ2=0.9（滯后）且P基本不變計算，Q2=P/cosφ2=8000/0.9=8889kvar.Qc=Q1-Q2=7056-8889=-1833kvar.結(jié)論：補償后功率因數(shù)已遠(yuǎn)高于0.75，無需補償。按題目原意要求提高至0.9（滯后），計算結(jié)果為負(fù)，不符合物理意義。(2)年節(jié)約電費≈年線路損耗節(jié)約量*供電基準(zhǔn)電價。補償前線路損耗ΔP_old≈3*I12*R/Ue2=3*(S1/(sqrt(3)*Ue))2*R/Ue2=3*S12*R/(3*Ue?)=S12*R/Ue?=80002*(0.4+j0.3)*0.03/(10kV)?=3.84*10?*(0.012+j0.009)/10?=4608+3457.6jkWh/year(計算錯誤，不應(yīng)帶虛部)。應(yīng)為ΔP_old≈3*S12*R/Ue?=3.84*10?*0.012/10?=460.8kW.ΔP_old≈460.8kW.補償后線路損耗ΔP_new≈P2*R/(3*Ue?)=80002*0.012/10?=76.8kW.年節(jié)約電費≈(460.8-76.8)kW*6000h/year*0.6元/kWh=3840kW*6000h*0.6元/kWh=13824000元/year=1382.4萬元/年.(計算錯誤，應(yīng)為ΔP節(jié)約=ΔP_old-ΔP_new=460.8-76.8=384kW.年節(jié)約電費=384kW*6000h*0.6元/kWh=1382400元/年=138.24萬元/年).(再次計算錯誤，應(yīng)為ΔP節(jié)約=460.8-76.8=384kW.年節(jié)約電費=384*6000*0.6=1382400元=138.24萬元/年).(修正計算錯誤，應(yīng)為ΔP節(jié)約=460.8-76.8=384kW.年節(jié)約電費=384kW*6000h*0.6元/kWh=1382400元/年=138.24萬元/年).(假設(shè)線路損耗計算正確，結(jié)果為138.24萬元/年).八、(1)故障點A相電壓瞬間降為接近0V（地電位）。(2)非故障相B、C相電壓瞬時升高，達(dá)到線電壓值（根號3倍相電壓），之后逐漸衰減到正常相電壓值。相對地電壓分別為線電壓Ue。(3)故障現(xiàn)象：系統(tǒng)中出現(xiàn)異常的工頻或直流接地電流（電容電流）；非故障相電壓升高；保護(hù)裝置可能動作（如絕緣監(jiān)視繼電器發(fā)出信號）；若接地電流較大，可能聽到放電聲或看到火花；在電子設(shè)備中可能引起干擾。(4)限制單相接地故障電容電流的原因：防止非故障相電壓長時間過高（可能超過設(shè)備絕緣額定電壓）；防止故障點產(chǎn)生間歇性電弧，導(dǎo)致弧