2025年電氣工程師《供配電系統(tǒng)》測試考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、某工廠變電所擬采用10kV架空線路從附近電網(wǎng)引入電源。已知架空線路單位長度阻抗為ZL=(0.4+j0.12)Ω/km，線路長度為15km。變電所內(nèi)裝有一臺S9-1000/10型變壓器（YNynd11連接），變壓器的短路電壓百分值Ud%=4%。試計算：1.當線路末端發(fā)生三相短路時，短路電流周期分量有效值Ik(3)是多少？2.若系統(tǒng)允許電壓降不超過線路額定電壓的5%，在正常負荷（P=800kW,cosφ=0.8）下，該線路末端的實際電壓是多少？3.簡述短路電流周期分量有效值Ik(3)和正常負荷電流大小的主要區(qū)別。二、某工廠10kV配電系統(tǒng)采用中性點不接地方式運行。系統(tǒng)中性點經(jīng)電阻接地，接地電阻Rg=4Ω。某線路L上發(fā)生A相接地故障，故障點流過故障電流If=30A，非故障相B、C相對地電壓分別為Ub=10kV，Uc=10kV。試計算：1.故障點A相流過的接地電流是多少？2.系統(tǒng)中性點電壓UN是多少？3.簡述中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，非故障相對地電壓升高的原因，并說明這種系統(tǒng)對絕緣的要求。三、某變電所10kV母線采用分段斷路器接線，母線額定電壓Ue=10kV。已知母線正常工作電流In=200A，最大負荷電流Imax=600A?，F(xiàn)需在母線上配置一套保護，用于切除母線上的相間短路故障。要求：1.若采用電流速斷保護，簡述其工作原理。2.若采用限時過電流保護，簡述其工作原理，并說明其動作時限應如何整定？3.比較電流速斷保護和限時過電流保護的優(yōu)缺點。四、選擇與校驗：1.某變電所10kV進線柜內(nèi)，需選擇一臺高壓斷路器。已知系統(tǒng)最高電壓為10.5kV，最大短路電流有效值Ik(3)max=12kA，短路沖擊電流峰值ish=18kA。斷路器應滿足哪些基本技術參數(shù)要求？請列舉并說明。2.某線路末端裝設一臺電壓互感器（TV），一次電壓10kV，二次電壓100V。要求互感器在額定負荷下，其準確級不低于1級。簡述電壓互感器準確級的意義，并列出選擇電壓互感器時應考慮的主要因素。五、某車間變電所內(nèi)有兩臺S7-500/10型變壓器（Dyn11連接），額定容量各為500kVA，運行方式為并列運行。變壓器參數(shù)如下：空載損耗P0=1.5kW，短路損耗Pd=7.5kW。該車間總計算負荷為900kW，功率因數(shù)cosφ=0.85。試計算：1.變壓器在額定負荷下運行時，總的空載損耗和總有功損耗分別是多少？2.若因故只有一臺變壓器運行，在相同負荷下，其總的空載損耗和總有功損耗分別是多少？3.比較兩種運行方式下的能耗情況，并分析原因。六、供配電系統(tǒng)無功補償?shù)哪康氖鞘裁?？常用的無功補償設備有哪些？簡述采用并聯(lián)電容器進行無功補償時，對系統(tǒng)電壓、線路損耗、電壓波動和系統(tǒng)功率因數(shù)等方面產(chǎn)生的有利影響。七、簡述供配電系統(tǒng)中工作接地、保護接地和保護裝置（如避雷器、接地裝置）的作用。在TN系統(tǒng)中，為什么不允許保護線（PE線）與工作零線（N線）連接？八、某住宅小區(qū)總計算負荷為1500kW，功率因數(shù)為0.7。供電部門要求該小區(qū)的功率因數(shù)提高到0.9以上。試計算：1.若通過并聯(lián)電容器進行無功補償，需要補償?shù)臒o功功率Qc是多少？2.如果采用一組400kvar的電容器進行補償，補償后的功率因數(shù)能達到0.9嗎？（提示：可利用無功補償前后視在功率S的變化關系判斷）試卷答案一、1.Ik(3)=Ue/(|ZL|*2)=10kV/(0.4√2+j0.12√2)*2=10kV/(0.566+j0.169)*2≈10kV/0.602∠18.43°*2≈16.94kA∠-18.43°。Ik(3)有效值≈16.94kA。*解析思路：三相短路電流計算，使用公式Ik(3)=Ue/(|ZL|*2)，其中Ue為線路額定電壓，ZL為線路阻抗，|ZL|為線路阻抗的模值。將數(shù)值代入計算即可。2.S_load=P/(cosφ*√3*Ue)=800kW/(0.8*√3*10kV)≈57.74kVA。S_system=S_load+S_line損耗。S_line損耗近似為I2R=(S_load/(√3*Ue))2*|ZL|=(57.74kVA/(√3*10kV))2*(0.4+j0.12)≈(3.33A)2*(0.4+j0.12)≈4.44A2*(0.4+j0.12)≈1.78+j0.53kVA。S_total≈57.74+1.78+j0.53=59.52+j0.53kVA。|S_total|≈√(59.522+0.532)≈59.52kVA。電壓降百分值≈|S_total|/(√3*Ue)*100%≈59.52kVA/(1.732*10kV)*100%≈3.44%。末端實際電壓≈Ue*(1-電壓降百分值/100%)=10kV*(1-3.44%/100%)≈9.66kV。*解析思路：首先計算線路正常負荷S_load。然后估算線路損耗S_line損耗，此處為簡化，估算為純阻損耗I2R。總功率S_total=S_load+S_line損耗。計算總功率的模值|S_total|。根據(jù)電壓降百分值計算末端實際電壓。注意單位換算和功率因數(shù)的應用。3.Ik(3)是三相對稱短路時，流過短路點的短路電流的有功分量（或有效值）的周期分量，其大小取決于電源內(nèi)阻抗和線路阻抗。正常負荷電流是負載消耗功率所對應的有功電流，其大小取決于負載參數(shù)和功率因數(shù)，且受電網(wǎng)電壓和功率因數(shù)的影響。Ik(3)是瞬態(tài)過程的主要部分，幅值很大，主要由電源內(nèi)阻抗決定；正常負荷電流是穩(wěn)定運行狀態(tài)下的電流，幅值相對較小，由負載決定。*解析思路：闡述短路電流周期分量有效值Ik(3)的定義、決定因素和特點。闡述正常負荷電流的定義、決定因素和特點。對比兩者在大小、決定因素、過程（瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)）和物理意義上的主要區(qū)別。二、1.If=30A。*解析思路：在中性點不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，故障電流（接地電流）的大小取決于系統(tǒng)的分布電容和故障點對地電壓。流過故障點的電流即為接地電流If，題目已給出。2.UN≈Ue*(√3-3*Rg*Ig/Ue)≈10kV*(√3-3*4Ω*30A/10kV)≈10kV*(√3-0.036)≈10kV*0.966≈9.66kV。*解析思路：中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，非故障相對地電壓升高。可用相量圖或近似公式UN≈Ue*(1+3*Rg*Ig/Ue)近似計算，其中Ig為單相接地故障電流。但更準確的近似為UN≈Ue*(√3-3*Rg*Ig/Ue)。已知Ue,Rg,Ig，代入計算即可。注意電壓升高倍數(shù)約為√3倍。3.正常時，系統(tǒng)三相電壓對稱，中性點電位接近地電位。發(fā)生A相接地故障后，故障相A的電位接近地電位（0V），而電源相電壓Uφ仍存在。根據(jù)KVL，非故障相B、C的電位升高為線電壓的一半，即UN≈√3*Uφ。這是因為故障點A相與地之間形成回路，故障電流在系統(tǒng)對地分布電容上產(chǎn)生電壓降，導致非故障相B、C的電位相對于地（或故障點A相）升高。這種系統(tǒng)要求設備具有更高的絕緣水平，以承受單相接地時可能出現(xiàn)的最高電壓。*解析思路：解釋正常時中性點電位。解釋單相接地時故障相電位變化。利用KVL解釋非故障相對地電壓升高的原因（線電壓的一半）。說明其對絕緣的要求。三、1.電流速斷保護是利用短路電流遠大于正常負荷電流的原理構成的。當發(fā)生短路故障時，故障電流迅速增大，超過預定的動作電流整定值，電流繼電器動作，啟動時間繼電器（或直接啟動出口繼電器），瞬時或經(jīng)極短延時（小于0.1s）發(fā)出跳閘信號，斷開故障電路。其優(yōu)點是動作快，能快速切除故障，保護設備。缺點是保護范圍受系統(tǒng)運行方式變化影響較大，且不能保護線路全長，靠近電源端可能無保護區(qū)。*解析思路：闡述電流速斷保護的工作原理：基于短路電流增大的特點，通過整定電流繼電器動作。說明其動作過程和目的。分析其優(yōu)缺點（快速、范圍受影響、無死區(qū)）。2.限時過電流保護是利用短路電流大于正常負荷電流的原理構成的，但為了克服電流速斷保護無死區(qū)的問題，其動作時限整定原則是：相鄰下一級線路的限時過電流保護動作時限加上一個時間級差Δt，以保證選擇性。即本線路保護的動作時限t=t下一級+Δt。當發(fā)生短路故障時，故障電流使電流繼電器動作，啟動時間繼電器，經(jīng)過整定的時限t后，時間繼電器動作，發(fā)出跳閘信號，斷開故障電路。其優(yōu)點是能保護線路全長，動作時限可以整定，具有選擇性。缺點是動作相對較慢。*解析思路：闡述限時過電流保護的工作原理：基于短路電流增大，通過整定時間繼電器動作。說明其動作過程和目的。強調(diào)其動作時限的整定原則（選擇性原則：與下一級配合）。分析其優(yōu)缺點（保護全長、有選擇性、較慢）。3.電流速斷保護優(yōu)點：動作最快，有利于保護設備；結構簡單。缺點：保護范圍固定，受系統(tǒng)運行方式變化影響大（如系統(tǒng)電壓降低或電源容量減小，會使保護范圍縮小甚至消失）；不能保護線路全長，靠近電源端可能無保護區(qū)；可能誤動于負荷側故障（如區(qū)外故障）。*限時過電流保護優(yōu)點：保護范圍不受系統(tǒng)運行方式影響，能保護線路全長；動作時限可以整定，易于實現(xiàn)選擇性；結構相對簡單。缺點：動作時限較長，不能瞬時切除故障，可能擴大停電范圍；在區(qū)外故障時，仍會動作，但依靠時限實現(xiàn)選擇性，不出口跳閘。*解析思路：分別詳細比較兩種保護的優(yōu)缺點。四、1.應滿足以下基本技術參數(shù)要求：*額定電壓：UN≥系統(tǒng)最高電壓Umax（考慮電壓波動和允許偏差），即UN≥10.5kV。*額定電流：IN≥變電所最大工作電流Imax，即IN≥600A。斷路器長期允許通過的最大電流應大于Imax。*開斷電流：額定短路開斷電流Icu≥Ik(3)max，即Icu≥12kA。額定短路開斷電流有效值Icu·√3≥Ik(3)max。*短路關合電流：額定短路關合電流Ics≥ish，即Ics≥18kA。*動穩(wěn)定：額定動穩(wěn)定電流峰值Idw≥ish，即Idw≥18kA。*熱穩(wěn)定：額定熱穩(wěn)定電流It≥Ik(3)max，持續(xù)時間t≥1s（或根據(jù)實際需要選擇，如9s），即It≥12kA，t≥1s。*（根據(jù)需要可能還包括：額定頻率、開斷方式（斷開電流、關合電流）、操作電源要求等）。*解析思路：根據(jù)題目給出的系統(tǒng)最高電壓、最大短路電流有效值和沖擊電流峰值，對照高壓斷路器國家標準或產(chǎn)品樣本中的技術參數(shù)要求，列出所需滿足的關鍵參數(shù)及其最小值。2.電壓互感器準確級（如1級）表示其在規(guī)定負荷范圍內(nèi)，輸出電壓相對于額定電壓的誤差范圍。例如，1級TV在額定電壓的100%±3%范圍內(nèi)，其二次電壓的相對誤差不超過±1%。選擇電壓互感器時主要考慮：1)一次電壓和二次電壓應與系統(tǒng)電壓匹配；2)準確級應滿足測量儀表（電壓表、功率表、電度表等）、保護裝置（如計算用CT、TV）和自動裝置對電壓量測或采樣的精度要求；3)帶載能力（額定容量或額定負荷），應大于實際接入的測量儀表和繼電器線圈的總阻抗；4)工作環(huán)境條件（如溫度、濕度、海拔）；5)是否需要絕緣等級更高的隔離電壓互感器（用于測量或保護，可能承受過電壓）。*解析思路：解釋電壓互感器準確級的含義（輸出電壓誤差）。列舉選擇電壓互感器時需要考慮的主要因素（電壓等級、準確級、帶載能力、環(huán)境、絕緣等）。五、1.總空載損耗P0_total=2*P0=2*1.5kW=3.0kW。*解析思路：兩臺變壓器并列運行，空載損耗（鐵損）相互獨立，總空載損耗為兩臺變壓器的空載損耗之和。*總有功損耗Pd_total=2*Pd=2*7.5kW=15.0kW。*解析思路：兩臺變壓器并列運行，短路損耗（銅損）在額定負荷下與負荷電流的平方成正比?？偠搪窊p耗為兩臺變壓器的短路損耗之和。2.只有一臺變壓器運行時，負荷系數(shù)sa=P/(S額定*√3*Ue)=900kW/(500kVA*√3*10kV)=900kW/(500kVA*17.32kV)≈0.104?？蛰d損耗P0_single=P0=1.5kW。*解析思路：計算單臺變壓器在負荷P下的負荷系數(shù)sa。單臺變壓器運行時，空載損耗不變。*短路損耗Pd_single=sa2*Pd=(0.104)2*7.5kW≈0.0108*7.5kW≈0.081kW。*解析思路：計算單臺變壓器在負荷P下的短路損耗。短路損耗與負荷系數(shù)的平方成正比。3.兩臺變壓器并列運行時，總空載損耗為3.0kW，總有功損耗為15.0kW。只有一臺變壓器運行時，總空載損耗為1.5kW，總有功損耗為0.081kW。能耗情況表明，在負荷（900kW）遠未達到變壓器額定容量（1000kVA）的情況下，空載損耗（特別是鐵損）在總損耗中占比較大。并列運行雖然銅損增加，但顯著減少了空載損耗。因此，對于負荷率較低的情況，并列運行比單臺運行更經(jīng)濟（能耗更低）。*解析思路：比較兩種運行方式下的總損耗。分析損耗構成（空載損耗和短路損耗）。解釋在低負荷率下，空載損耗占比高，并列運行減少空載損耗的優(yōu)勢，從而得出更經(jīng)濟的結論。六、目的：提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，主要是提高線路和系統(tǒng)的功率因數(shù)，可以減少線路和變壓器中的功率損耗，提高輸電效率，降低線路電壓損失，改善電壓質(zhì)量，使發(fā)電設備得到充分利用。常用設備：并聯(lián)電容器（最常用）、同步調(diào)相機、靜止無功補償器（SVC）、靜止同步補償器（STATCOM）等。有利影響：1.減少線路和變壓器損耗：線路和變壓器的有功功率損耗ΔP=3I2R=3(P2+Q2)/(Ue2cos2φ)=P2/(Ue2cos2φ)+Q2/(Ue2cos2φ)。提高功率因數(shù)（cosφ增大）可以顯著減少與無功功率Q2成正比的損耗部分。2.降低線路電壓損失：線路電壓損失ΔU=(Pcosφ+Qsinφ)*(Rcosφ+Xsinφ)/Ue。提高功率因數(shù)（φ減小）可以減少與無功功率Qsinφ相關的電壓損失。3.提高電壓水平：無功功率不足會導致線路和用戶端電壓偏低。并聯(lián)電容器發(fā)出的感性無功可以補償線路上的無功損耗，維持電壓水平。4.提高設備利用率：發(fā)電設備和無功補償設備通常按額定功率因數(shù)（如0.8或0.9）設計，提高系統(tǒng)功率因數(shù)可以使設備更經(jīng)濟地運行。5.減少電壓波動：對于沖擊性負荷（如電弧爐、軋鋼機），其功率因數(shù)隨負荷變化劇烈，引起電壓波動。并聯(lián)電容器可以提供動態(tài)無功補償，減小電壓波動。*解析思路：分點闡述無功補償?shù)哪康暮统Ｓ迷O備。詳細解釋并聯(lián)電容器對線路損耗、電壓損失、電壓水平、設備利用率和電壓波動等方面的有利影響，并說明其作用機理。七、工作接地：為保障人身和設備安全，將電力系統(tǒng)中性點（如變壓器中性點）直接或經(jīng)阻抗接地。目的是在發(fā)生單相接地故障時，形成短路電流通路，使保護裝置動作，切除故障，或限制非故障相對地電壓升高，保障人身安全。保護接地：為保障人身安全，將電氣設備正常不帶電的金屬外殼、構架等通過接地線與接地體可靠連接。目的是在設備絕緣損壞漏電時，形成低電阻接地通路，使故障電流迅速流入大地，導致保護裝置（如熔斷器、斷路器）動作，切斷電源，或使設備外殼電位接近地電位，防止人觸電。保護裝置（如避雷器、接地裝置）：避雷器用于限制雷擊或大氣過電壓引起的過電壓幅值，保護線路和設備絕緣；接地裝置（接地網(wǎng)、接地極）為上述工作接地和保護接地提供良好的接地通路，使故障電流安全流入大地，并限制非故障相對地電壓升高。在TN系統(tǒng)中（如TN-S,TN-C-S,TN-C），工作零線（N線）是連接電源中性點和用戶端零點的導線，主要承擔單相負荷電流和構成三相負荷平衡回路。保護線（PE線）是專門用于故障電流回路的導線，將設備外殼在正常時可靠接地。如果PE線與N線連接，當發(fā)生單相接地故障時，故障電流會通過N線流回電源，而不是通過PE線形成低電阻回路，導致故障電流不足以使保護裝置動作，故障點電位長時間維持在接近電源相電壓的水平，存在嚴重的人身觸電危險。同時，也會導致N線電壓升高，損壞單相用電設備。*解析思路：分別解釋工作接地、保護接地和保護裝置的作用。解釋TN系統(tǒng)中N線和PE線的功能區(qū)別。說明PE線與N線連接的危害（故障電流無法有效形成、故障點電位高、N線電壓升高等），并闡述其違反安全原則的原因。八、1.需要補償?shù)臒o功功率Qc=P*(ta