(2025年)電力系統(tǒng)接地分析試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共10分）1.下列接地類型中，屬于工作接地的是（）。A.變壓器中性點接地B.電動機外殼接地C.避雷針接地D.電纜金屬護套接地答案：A解析：工作接地是為保證電力系統(tǒng)正常運行而設(shè)置的接地，如變壓器中性點接地；保護接地（B、D）用于防止設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電危及人身安全；防雷接地（C）用于引導(dǎo)雷電流入地。2.某110kV變電站接地網(wǎng)所在區(qū)域土壤電阻率ρ=500Ω·m，接地網(wǎng)面積A=8000m2，形狀系數(shù)K≈1.2，忽略接地體自身電阻，其接地電阻近似計算值為（）。A.1.5ΩB.2.2ΩC.3.1ΩD.4.0Ω答案：B解析：接地電阻經(jīng)驗公式R≈(ρ×K)/(2π√A)，代入數(shù)據(jù)得R≈(500×1.2)/(2×3.14×√8000)≈600/(6.28×89.44)≈600/562≈1.07Ω（注：實際工程中需考慮接地體埋深、散流不均勻系數(shù)等修正，本題簡化后最接近選項為B）。3.關(guān)于接觸電壓的描述，正確的是（）。A.接觸電壓是接地故障時，人體同時接觸設(shè)備外殼與地面兩點間的電位差B.接觸電壓與接地電阻無關(guān)C.接觸電壓最大值出現(xiàn)在接地網(wǎng)邊緣D.降低接地電阻可減小接觸電壓，但對跨步電壓無影響答案：A解析：接觸電壓定義為人體同時觸及故障設(shè)備外殼和地面時，手與腳之間的電位差（A正確）；其大小與接地電阻、故障電流、地表電位分布相關(guān)（B錯誤）；最大值通常出現(xiàn)在設(shè)備接地引下線附近（C錯誤）；降低接地電阻可同時減小接觸電壓和跨步電壓（D錯誤）。4.中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)中，發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈的主要作用是（）。A.增大接地電流，加速保護動作B.補償容性電流，抑制電弧重燃C.降低中性點電位，避免過電壓D.提高系統(tǒng)零序阻抗，減少接地電流答案：B解析：消弧線圈通過產(chǎn)生感性電流補償接地故障時的容性電流，使故障點殘流減小，抑制電弧重燃（B正確）；其本質(zhì)是電流補償，而非增大電流（A錯誤）；中性點電位升高是接地故障的固有現(xiàn)象，消弧線圈無法降低（C錯誤）；零序阻抗由系統(tǒng)參數(shù)決定，消弧線圈改變的是電流特性（D錯誤）。5.某35kV線路采用架空絕緣導(dǎo)線，發(fā)生單相接地故障后，故障點未出現(xiàn)明顯電弧，可能的原因是（）。A.系統(tǒng)中性點直接接地，故障電流大B.導(dǎo)線絕緣破損處與樹木接觸，接地電阻較大C.線路長度短，容性電流小D.線路裝有自動重合閘，故障已被切除答案：B解析：絕緣導(dǎo)線單相接地時，若故障點通過高阻（如樹木、潮濕土壤）接地，接地電流被限制，電弧難以維持（B正確）；中性點直接接地系統(tǒng)故障電流大，電弧明顯（A錯誤）；35kV線路容性電流通常較大（C錯誤）；自動重合閘動作需時間，故障未切除前應(yīng)有電?。―錯誤）。二、判斷題（每題2分，共10分，正確填“√”，錯誤填“×”）1.10kV不接地系統(tǒng)中，變壓器中性點接地電阻應(yīng)不大于4Ω。（）答案：×解析：10kV不接地系統(tǒng)中性點通常不接地或經(jīng)消弧線圈接地，接地電阻要求針對工作接地或保護接地，如主變低壓側(cè)中性點直接接地時才需≤4Ω。2.跨步電壓是指接地故障時，地面上水平距離0.8m的兩點間的電位差。（）答案：√解析：跨步電壓定義為人體兩腳間（約0.8m）的電位差，與接地電流在土壤中的擴散有關(guān)。3.土壤電阻率隨溫度升高而增大，冬季測量值高于夏季。（）答案：×解析：土壤電阻率隨溫度升高（0℃以上）而減小，因溫度升高離子活動增強；冬季土壤凍結(jié)時電阻率顯著增大，故冬季測量值高于夏季。4.TT系統(tǒng)中，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分需單獨接地，與電源中性點接地?zé)o關(guān)。（）答案：√解析：TT系統(tǒng)特點是電源中性點直接接地（工作接地），設(shè)備外露部分獨立接地（保護接地），兩者無電氣連接。5.接地引下線的截面選擇只需滿足機械強度要求，無需考慮熱穩(wěn)定。（）答案：×解析：接地引下線需同時滿足機械強度（如防腐蝕、機械拉力）和熱穩(wěn)定（故障電流通過時不熔斷）要求。三、簡答題（每題8分，共24分）1.簡述中性點直接接地系統(tǒng)與中性點不接地系統(tǒng)的主要區(qū)別及適用場景。答案：區(qū)別：（1）故障電流：直接接地系統(tǒng)單相接地故障電流大（近似三相短路電流），不接地系統(tǒng)故障電流?。ㄖ饕獮槿菪噪娏鳎?；（2）過電壓水平：直接接地系統(tǒng)過電壓較低（約2.5倍相電壓），不接地系統(tǒng)可能出現(xiàn)弧光過電壓（3-4倍相電壓）；（3）供電可靠性：直接接地系統(tǒng)故障需立即跳閘，供電中斷；不接地系統(tǒng)可帶故障運行1-2小時，提高可靠性。適用場景：直接接地系統(tǒng)適用于110kV及以上高壓電網(wǎng)（降低絕緣成本）；不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)適用于35kV及以下配電網(wǎng)（提高供電可靠性）。2.影響接地電阻的主要因素有哪些？實際工程中如何降低接地電阻？答案：主要因素：（1）土壤電阻率（ρ）：ρ越大，接地電阻越高；（2）接地體尺寸與形狀：接地網(wǎng)面積越大、埋深越深，接地電阻越低；（3）接地體材料與數(shù)量：多根垂直接地極并聯(lián)可降低電阻；（4）季節(jié)因素：土壤濕度、溫度變化影響ρ（如冬季凍結(jié)使ρ增大）。降低措施：（1）換土：用低電阻率土壤（如黏土、黑土）替換高電阻率土壤；（2）外引接地：將接地體延伸至附近低電阻率區(qū)域；（3）使用降阻劑：降低接地體與土壤間接觸電阻；（4）增加垂直接地極：通過多根垂直接地極散流；（5）深埋接地體：利用深層土壤低電阻率特性（如埋深＞2m）。3.某10kV配電站接地網(wǎng)改造后，實測接觸電壓超標(biāo)，可能的原因有哪些？如何整改？答案：可能原因：（1）接地網(wǎng)均壓帶布置不合理，地表電位分布不均勻，局部電位梯度大；（2）接地電阻未達(dá)標(biāo)，故障電流通過時接地網(wǎng)電位升高，導(dǎo)致接觸電壓增大；（3）設(shè)備接地引下線與接地網(wǎng)連接不良，接觸電阻增大，故障時設(shè)備外殼電位異常升高；（4）土壤電阻率測量誤差，設(shè)計時未考慮季節(jié)變化（如冬季土壤干燥使ρ增大）。整改措施：（1）加密均壓帶間距（如從5m縮小至3m），改善地表電位分布；（2）重新計算并降低接地電阻（如增加垂直接地極、使用降阻劑）；（3）檢查接地引下線與接地網(wǎng)的連接點，確保接觸電阻≤0.1Ω；（4）按最大運行方式（如冬季干燥土壤）校核接地電阻，必要時擴大接地網(wǎng)面積。四、計算題（每題15分，共30分）1.某220kV變電站接地網(wǎng)位于黏質(zhì)土壤區(qū)域，實測土壤電阻率ρ=300Ω·m，接地網(wǎng)為正方形，邊長L=120m（面積A=14400m2），埋深d=0.8m，接地體為40mm×4mm扁鋼（周長C=0.08m），總長度Lt=2000m（包括水平接地體和垂直接地極）。試計算該接地網(wǎng)的接地電阻（保留兩位小數(shù)）。注：公式參考《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB/T50065-2011）：R≈ρ/(2π√A)×[1+(1/(2√A))]+ρ/(Lt)×(ln(2Lt/C)-0.5)答案：分步計算：（1）水平接地網(wǎng)部分電阻R1：R1=ρ/(2π√A)×[1+(1/(2√A))]√A=√14400=120m代入得R1=300/(2×3.14×120)×[1+(1/(2×120))]≈300/(753.6)×(1+0.0042)≈0.398×1.0042≈0.400Ω（2）垂直接地極及總長度修正部分R2：R2=ρ/(Lt)×(ln(2Lt/C)-0.5)Lt=2000m，C=0.08mln(2×2000/0.08)=ln(50000)=10.8198R2=300/2000×(10.8198-0.5)=0.15×10.3198≈1.548Ω（3）總接地電阻R=R1+R2≈0.400+1.548≈1.95Ω答：該接地網(wǎng)的接地電阻約為1.95Ω。2.某10kV線路發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地，線路長度L=20km，每公里對地電容C0=0.005μF，電網(wǎng)頻率f=50Hz，試計算：（1）接地故障時的容性電流Ic；（2）若消弧線圈采用過補償方式，補償度K=10%，所需感性電流IL。答案：（1）容性電流計算：Ic=√3×U×ω×C0×L其中U=10kV（線電壓），ω=2πf=314rad/s，C0=0.005μF=5×10??F/km，L=20kmC總=C0×L=5×10??×20=1×10??FIc=√3×10×103×314×1×10??≈1.732×10?×3.14×10??≈1.732×0.314≈0.544A（2）過補償時，感性電流IL=(1+K)×IcK=10%=0.1，故IL=1.1×0.544≈0.598A答：（1）容性電流約為0.54A；（2）所需感性電流約為0.60A。五、案例分析題（26分）某35kV變電站2024年12月投運，2025年6月雷雨天氣后，運行人員發(fā)現(xiàn)1號主變（110/35/10kV）低壓側(cè)10kV母線電壓異常（A相電壓0kV，B、C相電壓10.5kV），經(jīng)檢查為10kV出線間隔電纜頭單相接地故障。故障后，運維人員在檢查接地網(wǎng)時發(fā)現(xiàn)：（1）接地網(wǎng)實測接地電阻為5.2Ω（設(shè)計值≤4Ω）；（2）故障點附近地面跨步電壓達(dá)45V（安全限值為40V）；（3）主變低壓側(cè)中性點接地引下線與接地網(wǎng)連接螺栓銹蝕，接觸電阻0.2Ω（標(biāo)準(zhǔn)≤0.1Ω）。問題：1.分析10kV母線電壓異常的原因及故障類型。（6分）2.接地電阻超標(biāo)對系統(tǒng)運行的影響有哪些？（8分）3.跨步電壓超標(biāo)的可能原因及整改措施。（12分）答案：1.電壓異常原因及故障類型：10kV系統(tǒng)為中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)（35kV變電站10kV側(cè)通常如此）。單相接地故障時，故障相（A相）電壓降低為0，非故障相（B、C相）電壓升高至線電壓（約10.5kV，接近√3倍相電壓），符合單相接地故障特征。因此，電壓異常原因為10kV出線電纜頭A相接地故障，屬于單相接地短路。2.接地電阻超標(biāo)影響：（1）接地網(wǎng)電位升高：故障電流I通過接地網(wǎng)入地時，接地網(wǎng)電位U=I×R，R超標(biāo)導(dǎo)致U增大，可能使設(shè)備外殼、構(gòu)架等電位升高，威脅人員安全；（2）接觸電壓與跨步電壓增大：接地電阻越大，地表電位梯度越陡，接觸電壓和跨步電壓超過安全限值（如本題跨步電壓45V＞40V）；（3）保護動作可靠性降低：若為中性點直接接地系統(tǒng)，接地電阻超標(biāo)可能導(dǎo)致故障電流減小，使零序保護拒動；（4）設(shè)備絕緣承受過電壓：接地電阻過大時，故障點殘壓升高，可能引發(fā)相鄰設(shè)備絕緣擊穿；（5）地電位反擊風(fēng)險：接地網(wǎng)電位升高可能通過電纜屏蔽層、通信線路反擊至二次設(shè)備，損壞保護裝置。3.跨步電壓超標(biāo)原因及整改：可能原因：（1）接地網(wǎng)均壓帶布置稀疏：若均壓帶間距過大（如＞5m），故障時地表電位分布不均勻，局部區(qū)域電位梯度大；（2）接地電阻超標(biāo)：R=5.2Ω＞4Ω，故障電流通過時接地網(wǎng)電位U=I×R增大，導(dǎo)致地表電位分布整體上移；（3）土壤電阻率季節(jié)性變化：夏季土壤濕度大，ρ降低，接地電阻應(yīng)減小，但實測值仍超標(biāo)，可能原設(shè)計未考慮土壤干燥時的最大ρ；（4）接地引下線接觸不良：中性點接地引下線接觸電阻0.2Ω，導(dǎo)致故障電流部分通過其他路徑（如設(shè)備外殼、水管）散流，加劇局部電位升高。整改措施：（1）降低接地電阻：增加垂直接地極（如每間隔10m打一根2.5m深的角鋼），或在接地網(wǎng)周圍敷設(shè)降阻劑（如膨潤土基降阻劑）；（