2025年注冊(cè)電氣工程師發(fā)輸變電專業(yè)案例分析試題及答案一、220kV變電站短路電流計(jì)算與設(shè)備選型案例某地區(qū)新建220kV變電站，主接線為雙母線接線，主變壓器為2×180MVA，接線組別Ynyn0d11，短路阻抗Uk1-2=14%、Uk1-3=23%、Uk2-3=8%（100MVA基準(zhǔn)）。220kV側(cè)系統(tǒng)短路容量為5000MVA，110kV側(cè)出線4回（每回線路電抗0.4Ω/km，長(zhǎng)度30km），35kV側(cè)接無(wú)功補(bǔ)償裝置（電容器組容量2×20Mvar，電抗率12%）。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量Sj=100MVA，基準(zhǔn)電壓Uj=230kV（220kV側(cè)）、115kV（110kV側(cè)）、37kV（35kV側(cè)）。問題1：計(jì)算220kV母線三相短路時(shí)的短路電流周期分量有效值（kA）及沖擊電流（kA）。問題2：校驗(yàn)220kV母線側(cè)斷路器的開斷電流（額定開斷電流63kA）是否滿足要求。問題3：計(jì)算110kV母線單相接地短路時(shí)的零序電流（kA）。答案：?jiǎn)栴}1：（1）計(jì)算各元件標(biāo)幺電抗：-220kV系統(tǒng)電抗：Xs=Sj/Ssc=100/5000=0.02-主變電抗（以100MVA為基準(zhǔn)）：X1-2=Uk1-2%/100=0.14X1-3=Uk1-3%/100=0.23X2-3=Uk2-3%/100=0.08由三繞組變壓器電抗計(jì)算公式：X1=(X1-2+X1-3-X2-3)/2=(0.14+0.23-0.08)/2=0.145X2=(X1-2+X2-3-X1-3)/2=(0.14+0.08-0.23)/2=-0.005（取0.005，實(shí)際工程中忽略負(fù)值）X3=(X1-3+X2-3-X1-2)/2=(0.23+0.08-0.14)/2=0.085-220kV母線三相短路時(shí)，主變110kV、35kV側(cè)均開路，等效電抗為系統(tǒng)電抗與主變高壓側(cè)電抗串聯(lián)：X∑=Xs+X1=0.02+0.145=0.165（2）短路電流周期分量有效值：I''=Sj/(√3UjX∑)=100/(√3×230×0.165)=100/(66.43)=1.505kA（注：此處需注意基準(zhǔn)電壓應(yīng)為線電壓，實(shí)際計(jì)算時(shí)220kV側(cè)基準(zhǔn)電壓取230kV為標(biāo)準(zhǔn)值）但上述計(jì)算錯(cuò)誤，正確公式應(yīng)為I''=Ijs/X∑，其中Ijs=Sj/(√3Uj)=100/(√3×230)=0.251kA（基準(zhǔn)電流），因此I''=0.251/0.165≈1.521kA（3）沖擊電流：ish=2.55I''=2.55×1.521≈3.879kA（系統(tǒng)為中低壓側(cè)，若為220kV系統(tǒng)，沖擊系數(shù)取1.8，ish=1.8×√2×I''≈2.55I''，正確）問題2：斷路器開斷電流需滿足Ibr≥I''，計(jì)算得I''≈1.521kA，而斷路器額定開斷電流63kA遠(yuǎn)大于該值，滿足要求。問題3：110kV母線單相接地短路時(shí)，需計(jì)算零序網(wǎng)絡(luò)：（1）主變零序電抗：Ynyn0d11接線中，高壓側(cè)（Yn）和中壓側(cè)（yn）中性點(diǎn)接地，低壓側(cè)（d）無(wú)零序電流通路。主變零序電抗X0T=X1+X2=0.145+0.005=0.15（忽略低壓側(cè)影響）（2）110kV線路零序電抗：每回線路正序電抗X1L=0.4×30=12Ω，零序電抗X0L=3X1L=36Ω（一般取3倍正序電抗），4回線路并聯(lián)后X0LΣ=36/4=9Ω（3）110kV側(cè)基準(zhǔn)電抗Xj=Uj2/Sj=1152/100=132.25Ω（4）線路零序電抗標(biāo)幺值X0L=9/132.25≈0.068（5）系統(tǒng)零序電抗：220kV系統(tǒng)零序電抗與正序電抗相同（假設(shè)系統(tǒng)為無(wú)窮大電源，零序阻抗等于正序阻抗），X0s=0.02（6）零序網(wǎng)絡(luò)總電抗X0∑=X0s+X0T+X0L=0.02+0.15+0.068=0.238（7）110kV側(cè)基準(zhǔn)電流Ij=Sj/(√3Uj)=100/(√3×115)=0.502kA（8）單相接地短路零序電流I0=Ij/(X0∑)=0.502/0.238≈2.11kA二、500kV輸電線路接地電阻計(jì)算與接地裝置設(shè)計(jì)案例某500kV輸電線路經(jīng)過山區(qū)，土壤電阻率ρ=800Ω·m，線路單基鐵塔接地裝置采用6根水平接地極（每根長(zhǎng)40m，直徑12mm）和4根垂直接地極（每根長(zhǎng)2.5m，直徑50mm）。水平接地極埋深0.8m，垂直接地極頂端與水平接地極焊接，土壤溫度25℃。問題1：計(jì)算單基鐵塔接地裝置的工頻接地電阻（Ω）。問題2：若系統(tǒng)最大單相接地短路電流為25kA，接地裝置的接觸電位差允許值是多少？是否滿足要求（接觸電位差實(shí)測(cè)值為1200V）？問題3：提出降低接地電阻的3種有效措施。答案：?jiǎn)栴}1：（1）水平接地極接地電阻計(jì)算（單根）：R1=ρ/(2πL)(ln(8L/d)-1)=800/(2π×40)(ln(8×40/0.012)-1)=800/(251.33)(ln(26666.67)-1)=3.184×(10.19-1)=3.184×9.19≈29.27Ω6根水平接地極并聯(lián)，屏蔽系數(shù)η1=0.6（山區(qū)多根水平極間距大，取較高值），則R1Σ=R1/(n1η1)=29.27/(6×0.6)=29.27/3.6≈8.13Ω（2）垂直接地極接地電阻計(jì)算（單根）：R2=ρ/(2πl(wèi))(ln(4l/d))=800/(2π×2.5)(ln(4×2.5/0.05))=800/(15.71)(ln(200))=50.92×5.3≈269.88Ω4根垂直接地極并聯(lián)，屏蔽系數(shù)η2=0.8（垂直接地極間距大于2l，屏蔽?。瑒tR2Σ=R2/(n2η2)=269.88/(4×0.8)=269.88/3.2≈84.34Ω（3）水平與垂直接地極并聯(lián)總電阻：R=1/(1/R1Σ+1/R2Σ)=1/(1/8.13+1/84.34)=1/(0.123+0.0118)=1/0.1348≈7.42Ω問題2：（1）接觸電位差允許值計(jì)算公式（《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50065-2011）：Ut=Kt×√ρt，其中Kt為接觸電位差系數(shù)（取1.5），ρt為表層土壤電阻率（800Ω·m），則Ut=1.5×√800≈1.5×28.28≈42.42V（注：實(shí)際規(guī)范中，接觸電位差允許值還與接地短路持續(xù)時(shí)間t有關(guān)，假設(shè)t=0.5s，則Ut=(174+0.17ρt)/√t=(174+0.17×800)/√0.5=(174+136)/0.707≈310/0.707≈438V）題目中實(shí)測(cè)接觸電位差1200V＞438V，不滿足要求。問題3：降低接地電阻的措施：（1）增加水平接地極長(zhǎng)度或根數(shù)，擴(kuò)大接地網(wǎng)面積；（2）在接地極周圍換填低電阻率土壤（如黏土、降阻劑）；（3）采用深孔接地極（垂直打入地下10m以上，利用深層低電阻率土壤）。三、220kV變壓器保護(hù)配置與定值計(jì)算案例某220kV主變壓器容量240MVA，接線組別Ynyn0d11，高壓側(cè)額定電流620A，中壓側(cè)額定電流1240A，低壓側(cè)額定電流3780A。變壓器差動(dòng)保護(hù)采用三相三繼電器接線，電流互感器變比：高壓側(cè)2000/5A，中壓側(cè)4000/5A，低壓側(cè)12000/5A。問題1：計(jì)算變壓器差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流（可靠系數(shù)取1.3，最大不平衡電流取額定電流的10%）。問題2：校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度（低壓側(cè)三相短路時(shí)，短路電流為15kA，計(jì)算靈敏系數(shù)）。問題3：說(shuō)明變壓器瓦斯保護(hù)的動(dòng)作邏輯（輕瓦斯、重瓦斯分別作用于何種信號(hào)或跳閘）。答案：?jiǎn)栴}1：（1）各側(cè)額定電流二次值：高壓側(cè)Ie1=620×5/2000=1.55A中壓側(cè)Ie2=1240×5/4000=1.55A低壓側(cè)Ie3=3780×5/12000=1.575A（取平衡系數(shù)后調(diào)整為1.55A）（2）差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流按躲過最大不平衡電流計(jì)算：Iop.min=Krel×(Iunb.max)=1.3×(0.1×Ie)=1.3×(0.1×1.55)=0.2015A（取0.2A）問題2：（1）低壓側(cè)三相短路時(shí)，短路電流二次值：低壓側(cè)一次短路電流Isc=15kA，二次電流Isc2=15000×5/12000=6.25A差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流Iop=0.2A靈敏系數(shù)Ksen=Isc2/Iop=6.25/0.2=31.25＞2（規(guī)程要求≥2），滿足靈敏度要求。問題3：瓦斯保護(hù)動(dòng)作邏輯：-輕瓦斯保護(hù)：反映變壓器油面降低或輕微內(nèi)部故障（如局部放電），動(dòng)作于信號(hào)（發(fā)“輕瓦斯動(dòng)作”告警）；-重瓦斯保護(hù)：反映變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障（如繞組短路、鐵芯燒損），動(dòng)作于跳閘（跳開變壓器各側(cè)斷路器）。四、1000kV特高壓輸電線路無(wú)功補(bǔ)償裝置選型案例某1000kV特高壓輸電線路長(zhǎng)度600km，導(dǎo)線采用8×LGJ-630/45（每相8分裂，分裂間距400mm），線路正序電抗0.28Ω/km，正序電容0.015μF/km。系統(tǒng)額定電壓1000kV，最高運(yùn)行電壓1100kV。問題1：計(jì)算線路充電功率（Mvar）。問題2：若線路空載運(yùn)行，計(jì)算首端電壓升高值（%），并說(shuō)明是否需要加裝并聯(lián)電抗器。問題3：選擇并聯(lián)電抗器的容量（Mvar），并說(shuō)明其接入方式（中性點(diǎn)小電抗的作用）。答案：?jiǎn)栴}1：線路充電功率Qc=U2×ωC×L其中ω=2πf=314rad/s，C=0.015μF/km=0.015×10^-6F/km，L=600kmQc=(1000×10^3)^2×314×0.015×10^-6×600=10^12×314×9×10^-6=10^12×2.826×10^-3=2.826×10^9VA=2826Mvar（三相總充電功率）問題2：線路空載時(shí)，首端電壓升高ΔU%=(Qc×X)/U2×100線路電抗X=0.28×600=168ΩΔU%=(2826×10^6×168)/(1000×10^3)^2×100=(4.747×10^11)/(10^12)×100=47.47%最高運(yùn)行電壓1100kV對(duì)應(yīng)電壓升高10%，實(shí)際升高47.47%遠(yuǎn)超過允許值，需加裝并聯(lián)電抗器。問題3：（1）并聯(lián)電抗器容量需補(bǔ)償線路充電功率的80%-90%，取85%，則Qr=0.85×2826≈2402Mvar（三相），單相容量約800Mvar。（2）接入方式：電抗器直接并聯(lián)于線路兩端母線，中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地（限制單相重合閘時(shí)的潛供電流，加快電弧熄滅）。五、35kV配電系統(tǒng)過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)案例某35kV配電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，母線裝設(shè)無(wú)間隙金屬氧化物避雷器（MOA），參數(shù)：額定電壓42kV，持續(xù)運(yùn)行電壓33.6kV，標(biāo)稱放電電流10kA下殘壓86kV，操作沖擊殘壓80kV。系統(tǒng)最大運(yùn)行電壓38.5kV，單相接地故障持續(xù)時(shí)間2h。問題1：校驗(yàn)MOA的持續(xù)運(yùn)行電壓是否滿足要求。問題2：計(jì)算母線設(shè)備的基本絕緣水平（BIL），并說(shuō)明MOA殘壓是否滿足保護(hù)配合要求（操作過電壓倍數(shù)取4.0p.u.）。問題3：若系統(tǒng)改為經(jīng)消弧線圈接地，說(shuō)明對(duì)過電壓的影響（至少2點(diǎn)）。答案：?jiǎn)栴}1：MOA持續(xù)運(yùn)行電壓需≥系統(tǒng)最大運(yùn)行相電壓，35kV系統(tǒng)相電壓為38.5/√3≈22.2kV，MOA持續(xù)運(yùn)行電壓3