2025年注冊電氣工程師考試供配電試卷案例分析與應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______案例一某新建工業(yè)廠區(qū)，總用電負(fù)荷約為25MW，功率因數(shù)目前為0.75。廠區(qū)內(nèi)計劃設(shè)置一臺變壓器，由附近10kV電網(wǎng)供電。請完成以下分析計算：(1)若要求變壓器低壓側(cè)（0.4kV）在滿載時功率因數(shù)為0.90，計算所需并聯(lián)補償電容器的總?cè)萘浚╧var）。(2)簡述選擇該補償電容器容量的主要依據(jù)和考慮因素。(3)若選擇采用靜電電容器組作為主要無功補償裝置，請簡述其典型接線方式，并說明投切方式對系統(tǒng)的影響。案例二某變配電所10kV進線采用單母線分段接線，母線額定電壓為10kV。一段母線供一臺1250kW的電動機負(fù)載，功率因數(shù)為0.85；另一段母線供若干個照明和辦公混合負(fù)載，總計算功率為500kW，功率因數(shù)為0.80。系統(tǒng)運行在額定電壓下。請完成以下分析計算：(1)計算兩段母線的總計算有功功率、總計算無功功率和總計算視在功率。(2)假設(shè)母線分段斷路器處于閉合狀態(tài)，試計算流過10kV進線總開關(guān)的電流大?。╧A），并判斷該進線總開關(guān)的額定電流是否滿足要求（說明判斷依據(jù)，無需具體數(shù)據(jù)）。(3)簡述在該單母線分段接線中設(shè)置母聯(lián)斷路器的主要作用。案例三某工廠變配電所內(nèi)，一臺S11-1000/10變壓器（YNynd11接線）正常運行，其高壓側(cè)接于10kV母線（系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓10kV），低壓側(cè)（0.4kV）額定電壓為0.4kV。已知變壓器高壓側(cè)流過的三相短路電流周期分量有效值為9kA。請完成以下分析計算與說明：(1)計算該變壓器低壓側(cè)的三相短路電流周期分量有效值（kA）。(2)若低壓側(cè)采用TN-S接地系統(tǒng)，計算變壓器低壓側(cè)中性點接地電阻允許的最大值（說明依據(jù)，無需計算具體數(shù)值）。(3)簡述在變壓器低壓側(cè)設(shè)置浪涌保護器（SPD）的必要性和基本要求。案例四某倉庫擬安裝一套直流380V充電樁系統(tǒng)，為10輛電動汽車同時充電。每輛車的充電功率為60kW，充電過程中功率因數(shù)保持在0.95。充電樁系統(tǒng)由變配電所0.4kV母線經(jīng)專用回路供電。請完成以下分析計算與說明：(1)計算該充電樁系統(tǒng)在同時為10輛車充電時的總視在功率需求（kVA）。(2)簡述在供配電設(shè)計時，需要考慮電動汽車充電負(fù)荷對電網(wǎng)可能產(chǎn)生的哪些影響？(3)若采用自動投切電容器進行功率因數(shù)補償，試分析在充電負(fù)荷投運前后，補償電容器的投切控制應(yīng)如何考慮？案例五某高層寫字樓，建筑高度100m，采用放射式供配電系統(tǒng)。從市政10kV電網(wǎng)引入，在地下室設(shè)置一臺400kVA變壓器，變壓器低壓側(cè)（0.4kV）采用TN-S接地系統(tǒng)。請完成以下分析與說明：(1)簡述選擇該接地系統(tǒng)型式的理由。(2)假設(shè)某條0.4kV線路絕緣損壞發(fā)生單相接地故障，說明保護裝置（如漏電保護器、RCD）的作用原理及其在故障處理中的角色。(3)簡述在該建筑供配電系統(tǒng)中，為保障人身安全應(yīng)采取的主要安全措施有哪些？試卷答案案例一(1)補償后功率因數(shù)角φ2=arccos(0.90)=25.84°；補償前功率因數(shù)角φ1=arccos(0.75)=41.41°。視在功率S=P/cos(φ1)=25MW/0.75=33.33MVA。補償前無功功率Q1=S*sin(φ1)=33.33MVA*sin(41.41°)=22.02Mvar。補償后無功功率Q2=S*sin(φ2)=33.33MVA*sin(25.84°)=14.43Mvar。所需補償容量Qc=Q1-Q2=22.02Mvar-14.43Mvar=7.59Mvar?？蛇x用總?cè)萘繛?.0Mvar的補償電容器組。(2)主要依據(jù)是變壓器低壓側(cè)在額定電壓和額定負(fù)載下的目標(biāo)功率因數(shù)要求?？紤]因素包括：補償后的功率因數(shù)不應(yīng)過高（一般不超過0.95），以免造成線路損耗增大；補償容量應(yīng)適當(dāng)，避免在輕載時功率因數(shù)過高；電容器的選型、安裝環(huán)境（諧波、環(huán)境溫度）、投切方式（避免諧振、過電壓）等。(3)典型接線方式有星形接線（Y）或三角形接線（Δ）。星形接線適用于低壓配電系統(tǒng)，便于實現(xiàn)個別補償或集中補償。三角形接線可直接補償三相負(fù)荷不平衡產(chǎn)生的無功。投切方式影響系統(tǒng)諧波水平和電能質(zhì)量。自動投切（如根據(jù)功率因數(shù)或負(fù)荷變化）能保持系統(tǒng)功率因數(shù)穩(wěn)定，減少諧波放大風(fēng)險；手動投切則可能引起功率因數(shù)劇烈波動或諧波問題。案例二(1)總計算有功功率P=1250kW+500kW=1750kW?？傆嬎銦o功功率Q=sqrt(S^2-P^2)=sqrt((1750kW/0.80)^2-1750kW^2)=sqrt(4375kVA^2-1750kW^2)=sqrt(6328.125kVAR^2)=79.57kVAR(近似)。總計算視在功率S=P/cos(φ)=1750kW/0.8=2187.5kVA。或者S=sqrt(P^2+Q^2)=sqrt(1750^2+79.57^2)=2187.5kVA。(2)流過進線總開關(guān)的電流I=S/(√3*Ue)=2187.5kVA/(√3*10kV)=127.3kA。需要判斷進線總開關(guān)的額定電流是否大于等于127.3kA。判斷依據(jù)是開關(guān)的額定電流需大于線路計算電流，并考慮裕度。此計算值較大，通常表明需要較大額定電流的開關(guān)，或需要驗算短路電流下的開斷能力等，具體滿足情況需結(jié)合設(shè)備選型。(3)母聯(lián)斷路器的主要作用是：當(dāng)一段母線故障或需要檢修時，通過閉合母聯(lián)斷路器，將另一段母線投入運行，以保證對重要負(fù)荷的連續(xù)供電，實現(xiàn)供電的可靠性切換。案例三(1)變壓器變比k=10kV/0.4kV=25。根據(jù)短路電流關(guān)系，低壓側(cè)三相短路電流周期分量有效值I_k'=I_k高壓側(cè)*k=9kA*25=225kA。(2)在TN-S系統(tǒng)中，為限制故障點電壓和保證保護裝置可靠動作，要求保護線（PEN）上的故障電流足夠大。變壓器中性點接地電阻Rn應(yīng)滿足Rn≤Uo/Iop，其中Uo為系統(tǒng)相電壓（0.4kV），Iop為有選擇性保護動作的最大時限下的接地故障電流。具體數(shù)值需依據(jù)保護配置確定，一般要求較低，確保人身安全。(3)必要性：充電樁系統(tǒng)涉及大量電子設(shè)備，可能產(chǎn)生浪涌，且對電壓波動敏感，同時需要防護雷擊和操作引起的瞬態(tài)過電壓?；疽螅涸诔潆姌哆M線處安裝符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC61643系列）的SPD，通常采用型式組合（電源進線處裝限壓型，終端靠近設(shè)備處裝泄流型），并根據(jù)預(yù)期能量和通流容量進行選型，并做好接地。案例四(1)每輛車充電功率P車=60kW，功率因數(shù)cos(φ)=0.95，則每輛車視在功率S車=P車/cos(φ)=60kW/0.95=63.16kVA。10輛車總視在功率S總=10*S車=10*63.16kVA=631.6kVA。(2)可能產(chǎn)生的影響：增大所在變壓器和線路的視在功率需求，可能導(dǎo)致過載；可能引起電壓波動和閃變；增加系統(tǒng)諧波（特別是奇次諧波）；對功率因數(shù)造成較大沖擊，影響系統(tǒng)電能質(zhì)量；需要評估對現(xiàn)有保護和自動化設(shè)備的潛在影響。(3)充電負(fù)荷投運前，若功率因數(shù)較低，應(yīng)投入相應(yīng)容量的電容器補償。充電負(fù)荷投運后，總負(fù)荷功率因數(shù)會升高。補償電容器的投切控制應(yīng)能感知負(fù)荷變化，特別是功率因數(shù)的變化。當(dāng)充電負(fù)荷接入導(dǎo)致功率因數(shù)高于目標(biāo)值（如0.95）時，應(yīng)自動切除部分或全部補償電容，防止功率因數(shù)過高；當(dāng)負(fù)荷減少或功率因數(shù)下降時，應(yīng)重新投切補償電容，以維持系統(tǒng)在較高功率因數(shù)下運行，優(yōu)化電能利用。案例五(1)TN-S系統(tǒng)將工作零線（N）和保護零線（PEN）分開敷設(shè)。優(yōu)點是N線只通過正常負(fù)荷電流，保護PEN線在正常時無電流，故障時能形成足夠大的短路電流，使保護裝置（如RCD或斷路器）快速動作，有效分?jǐn)喙收匣芈罚瑫rN線對地電壓基本為零，PEN線對地有電位，有利于設(shè)備外殼等電位聯(lián)結(jié)，保障人身安全。適用于對安全要求較高、環(huán)境復(fù)雜或設(shè)備較多的場所，如高層建筑。(2)漏電保護器（RCD或GFCI）的核心是零序電流互感器。正常工作時，流過相線和中性線的電流大小相等、方向相反，其差值（零序電流）接近零，互感器鐵芯中無磁通或磁通很小。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，有故障電流流過大地，相線電流不再與中性線電流平衡，產(chǎn)生零序電流流回電源，該零序電流流過互感器的一次側(cè)，在鐵芯中產(chǎn)生磁通，當(dāng)零序電流達(dá)到一定值時，驅(qū)動脫扣機構(gòu)動作，使主電路斷開，從而切斷故障回路，保護人身安全。在故障處理中，RCD起到了快速檢測接地故障電流并自動切斷電源的關(guān)鍵作用。(3)主要安全措施