電氣工程師試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某正弦交流電路中，已知電壓u=311sin(314t+30°)V，電流i=14.14sin(314t-30°)A，則該電路的功率因數(shù)為（）。A.0.5B.0.866C.0.707D.0.9答案：A解析：功率因數(shù)cosφ=cos(電壓相位-電流相位)=cos(30°-(-30°))=cos60°=0.5。2.一臺(tái)額定容量為100kVA、額定電壓為10kV/0.4kV的單相變壓器，其高壓側(cè)額定電流為（）。A.10AB.250AC.5.77AD.14.43A答案：A解析：高壓側(cè)額定電流I1=S/(U1)=100×103/(10×103)=10A（單相變壓器電流公式為I=S/U）。3.三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若電源電壓突然降低10%，則其同步轉(zhuǎn)速將（）。A.升高10%B.降低10%C.不變D.降低約5%答案：C解析：同步轉(zhuǎn)速n0=60f/p，僅與電源頻率f和極對(duì)數(shù)p有關(guān)，與電壓無關(guān)。4.下列哪種保護(hù)屬于電力變壓器的主保護(hù)？（）A.過負(fù)荷保護(hù)B.瓦斯保護(hù)C.低壓側(cè)過電流保護(hù)D.零序過電壓保護(hù)答案：B解析：瓦斯保護(hù)能反應(yīng)變壓器內(nèi)部繞組、鐵芯等故障，是主保護(hù)；其他為后備保護(hù)或輔助保護(hù)。5.電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流的非周期分量主要由（）決定。A.系統(tǒng)電抗B.系統(tǒng)電阻C.短路點(diǎn)位置D.電源電勢(shì)答案：B解析：非周期分量的衰減時(shí)間常數(shù)τ=L/R，由系統(tǒng)電阻R和電感L決定，其中電阻是主要影響因素。6.某RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是（）。A.阻抗最小，電流最大B.電感和電容兩端電壓相等C.電源提供的功率全部消耗在電阻上D.電路呈容性答案：D解析：諧振時(shí)電路呈阻性，感抗與容抗相等，相互抵消。7.同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，若僅增加原動(dòng)機(jī)輸入功率而不調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，則（）。A.有功功率增加，無功功率不變B.有功功率增加，無功功率減少C.有功功率不變，無功功率增加D.有功功率和無功功率均增加答案：A解析：原動(dòng)機(jī)功率影響有功功率，勵(lì)磁電流影響無功功率，二者獨(dú)立調(diào)節(jié)。8.低壓配電系統(tǒng)中，TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)是（）。A.中性線與保護(hù)線合一B.中性線與保護(hù)線分開C.電源側(cè)中性點(diǎn)不接地D.負(fù)載側(cè)設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接地答案：B解析：TN-S系統(tǒng)中N線（中性線）與PE線（保護(hù)線）完全分開，安全性高。9.晶閘管整流電路中，若觸發(fā)角α增大，則輸出直流電壓（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：B解析：觸發(fā)角α越大，晶閘管導(dǎo)通時(shí)間越短，輸出電壓平均值越低。10.電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整是通過（）實(shí)現(xiàn)的。A.發(fā)電機(jī)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)B.人工調(diào)整發(fā)電機(jī)出力C.切除部分負(fù)荷D.投入備用電源答案：A解析：一次調(diào)整是調(diào)速器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，屬于有差調(diào)節(jié)；二次調(diào)整需人工或自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。二、填空題（每題2分，共20分）1.基爾霍夫電流定律（KCL）的本質(zhì)是________守恒。答案：電荷2.變壓器的效率η=________×100%（用輸出功率P2和輸入功率P1表示）。答案：(P2/P1)3.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s=________（用同步轉(zhuǎn)速n0和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n表示）。答案：(n0-n)/n04.電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要有________、經(jīng)消弧線圈接地和不接地三種。答案：直接接地5.繼電保護(hù)裝置的基本要求是選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和________。答案：可靠性6.交流接觸器的主要組成部分包括電磁系統(tǒng)、________和滅弧裝置。答案：觸頭系統(tǒng)7.自動(dòng)控制理論中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性可通過________判據(jù)或根軌跡法判斷。答案：勞斯（或奈奎斯特）8.高壓斷路器的主要參數(shù)包括額定電壓、額定電流、額定短路開斷電流和________。答案：額定關(guān)合電流（或額定動(dòng)穩(wěn)定電流）9.直流電機(jī)的電樞反應(yīng)是指________對(duì)主磁場(chǎng)的影響。答案：電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)10.電力電子變換器的四種基本類型是整流、逆變、斬波和________。答案：交流調(diào)壓（或交交變頻）三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述零序電流的特點(diǎn)及其在繼電保護(hù)中的應(yīng)用。答案：零序電流是三相系統(tǒng)中因不對(duì)稱故障（如單相接地）產(chǎn)生的同相位、同幅值的電流，特點(diǎn)包括：①僅在故障點(diǎn)與中性點(diǎn)接地的變壓器之間流通；②大小與系統(tǒng)零序阻抗有關(guān)；③相位取決于中性點(diǎn)接地方式。應(yīng)用：利用零序電流的方向性構(gòu)成零序電流保護(hù)，用于檢測(cè)接地故障，尤其在小電流接地系統(tǒng)中通過零序功率方向判斷故障線路。2.變壓器并列運(yùn)行需要滿足哪些條件？不滿足時(shí)可能出現(xiàn)什么問題？答案：并列條件：①變比相等（誤差≤±0.5%）；②聯(lián)結(jié)組別相同；③短路阻抗標(biāo)幺值相等（誤差≤±10%）。不滿足變比時(shí)，會(huì)在變壓器間產(chǎn)生環(huán)流，增加損耗；聯(lián)結(jié)組別不同時(shí)，二次側(cè)電壓相位差120°或30°，產(chǎn)生巨大環(huán)流損壞設(shè)備；短路阻抗不同時(shí)，負(fù)載分配不均，阻抗小的變壓器過負(fù)荷。3.說明異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的工作原理及主要優(yōu)點(diǎn)。答案：工作原理：通過晶閘管的相位控制，逐步增加電機(jī)端電壓，使啟動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩平滑上升，直至達(dá)到額定電壓。優(yōu)點(diǎn)：①降低啟動(dòng)電流（2-3倍額定電流，遠(yuǎn)低于直接啟動(dòng)的5-7倍）；②減小啟動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩，保護(hù)機(jī)械傳動(dòng)部件；③可調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)電壓，適應(yīng)不同負(fù)載需求；④具備過載、缺相、過壓等保護(hù)功能。4.電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x是什么？常用的無功補(bǔ)償裝置有哪些？答案：意義：提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低線路損耗；維持電壓穩(wěn)定，改善電能質(zhì)量；減少發(fā)電機(jī)無功輸出，提高有功輸送能力。常用裝置：①電容器（并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器）；②同步調(diào)相機(jī)；③靜止無功補(bǔ)償器（SVC）；④靜止無功發(fā)生器（SVG）；⑤調(diào)壓器等。5.分析三相異步電動(dòng)機(jī)“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的原因及危害。答案：原因：電機(jī)啟動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大（如機(jī)械卡阻）、電源電壓過低或斷相，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)差率s=1。危害：①定子電流劇增（約為額定電流的5-7倍），繞組發(fā)熱嚴(yán)重，可能燒毀絕緣；②轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流過大，鼠籠條或端環(huán)因過熱變形甚至斷裂；③長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致電機(jī)溫升超過允許值，縮短使用壽命。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.如圖所示電路（注：假設(shè)電路為：電壓源Us=100V，串聯(lián)R1=10Ω、L=0.2H，并聯(lián)C=100μF和R2=20Ω），求：（1）電路的諧振頻率f0；（2）諧振時(shí)各支路電流及總電流；（3）諧振時(shí)電容兩端電壓。解答：（1）諧振頻率f0=1/(2π√(LC))=1/(2π√(0.2×100×10??))≈35.59Hz。（2）諧振時(shí)，并聯(lián)LC支路阻抗為純阻性，大小為R2（因R2與LC并聯(lián)，且LC諧振時(shí)阻抗極大，近似開路），但實(shí)際計(jì)算需考慮R1。總阻抗Z=R1+R2=10+20=30Ω?？傠娏鱅=Us/Z=100/30≈3.33A。電感支路電流IL=Us/(√(R12+(2πf0L)2))≈100/√(102+(2π×35.59×0.2)2)≈100/√(100+634)≈100/27.1≈3.69A。電容支路電流IC=Us/(√(R22+(1/(2πf0C))2))≈100/√(202+(1/(2π×35.59×100×10??))2)≈100/√(400+200)≈100/24.5≈4.08A（注：實(shí)際諧振時(shí)LC支路電流近似相等，方向相反，此處因存在R1和R2，為簡(jiǎn)化計(jì)算取近似值）。（3）電容電壓UC=IC×(1/(2πf0C))≈4.08×(1/(2π×35.59×100×10??))≈4.08×45≈183.6V。2.一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，額定功率PN=30kW，額定電壓UN=380V，額定頻率fN=50Hz，額定效率ηN=0.88，額定功率因數(shù)cosφN=0.85，額定轉(zhuǎn)差率sN=0.02。求：（1）額定電流IN；（2）同步轉(zhuǎn)速n0和額定轉(zhuǎn)速nN；（3）額定電磁轉(zhuǎn)矩Tem。解答：（1）額定電流IN=PN/(√3UNηNcosφN)=30×103/(√3×380×0.88×0.85)≈30000/(505.5)≈59.3A。（2）同步轉(zhuǎn)速n0=60fN/p=60×50/2=1500r/min；額定轉(zhuǎn)速nN=n0(1-sN)=1500×(1-0.02)=1470r/min。（3）額定電磁轉(zhuǎn)矩Tem=9550×PN/nN=9550×30/1470≈194.9N·m（或通過Tem=Pem/ω，其中Pem=PN/ηN=30/0.88≈34.09kW，ω=2πnN/60=2π×1470/60≈153.94rad/s，Tem=34090/153.94≈221.5N·m，此處差異因ηN為輸出效率，Pem=PN/ηN+機(jī)械損耗+鐵損，通常工程計(jì)算取9550公式更簡(jiǎn)便）。五、綜合分析題（20分）某110kV變電站擬接入兩臺(tái)主變壓器（型號(hào)SFSZ11-50000/110，額定容量50MVA，變比110±8×1.25%/10.5kV，阻抗電壓Uk%=10.5），10kV側(cè)有8回出線（每回線路最大負(fù)荷5MW，cosφ=0.85），站用變?nèi)萘?00kVA。要求：（1）確定10kV母線主接線形式，并說明理由；（2）計(jì)算主變壓器的負(fù)載率，判斷是否需要增加第三臺(tái)主變；（3）設(shè)計(jì)主變壓器的保護(hù)配置方案（列出主要保護(hù)類型及作用）。解答：（1）10kV母線主接線形式選擇單母線分段接線。理由：8回出線屬于中壓配電系統(tǒng)，需滿足供電可靠性和靈活性；單母線分段可將母線分為兩段，一段故障時(shí)另一段可通過母聯(lián)斷路器供電，減少停電范圍；同時(shí)便于擴(kuò)建和檢修，符合該變電站負(fù)荷規(guī)模（總負(fù)荷約8×5/0.85≈47MVA，接近主變?nèi)萘?0MVA）。（2）主變壓器負(fù)載率計(jì)算：總負(fù)荷S=8×5/0.85≈47.06MVA（有功轉(zhuǎn)視在），兩臺(tái)主變總?cè)萘?×50=100MVA。正常運(yùn)行時(shí)單臺(tái)主變負(fù)載率=47.06/2/50≈47.06%，低于70%的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍；當(dāng)一臺(tái)主變故障時(shí)，另一臺(tái)需承擔(dān)全部負(fù)荷，負(fù)載率=47.06/50≈94.1%，接近100%但未超過主變短時(shí)過載能力（通常允許1.3倍2h）。因此當(dāng)前兩臺(tái)主變可滿足需求，暫不需增加第三臺(tái)。（3）主變壓器保護(hù)配置方案：①差動(dòng)保護(hù)（主保護(hù)）：反應(yīng)變壓器內(nèi)部繞組、引出線及套管的相間短路、匝間短路，動(dòng)作于跳開各側(cè)斷路器；②瓦斯保護(hù)（主保護(hù)）：輕瓦斯反應(yīng)油位降低、局部過熱等輕微故障