勘察設(shè)計(jì)注冊電氣工程師考試(發(fā)輸變電專業(yè)案例)經(jīng)典試題及答案(2025年保亭黎族苗族自治縣)_第1頁
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勘察設(shè)計(jì)注冊電氣工程師考試(發(fā)輸變電專業(yè)案例)經(jīng)典試題及答案(2025年保亭黎族苗族自治縣)試題部分一、短路電流計(jì)算相關(guān)1.某發(fā)輸變電系統(tǒng)中,有一臺額定容量為100MVA,額定電壓為110kV的變壓器,其短路阻抗百分?jǐn)?shù)\(U_{k}\%=10.5\)。當(dāng)系統(tǒng)在該變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相短路時(shí),試計(jì)算短路電流周期分量的起始有效值。已知條件:系統(tǒng)基準(zhǔn)容量\(S_{j}=100MVA\),基準(zhǔn)電壓\(U_{j}=110kV\)。2.某220kV輸電線路,長度為100km,線路每公里正序阻抗\(Z_{1}=0.17+j0.4\Omega/km\),零序阻抗\(Z_{0}=0.35+j1.2\Omega/km\)。當(dāng)線路首端發(fā)生單相接地短路時(shí),已知故障點(diǎn)的正序電流\(I_{1}=2000A\),試計(jì)算故障點(diǎn)的零序電流和故障相電流。二、設(shè)備選擇相關(guān)1.某變電站需要選擇一臺110kV斷路器,已知該變電站最大持續(xù)工作電流為1200A,系統(tǒng)短路電流周期分量起始有效值為25kA,短路電流持續(xù)時(shí)間為2s。請根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的斷路器額定電流和額定開斷電流。2.某發(fā)電廠有一臺容量為300MW的發(fā)電機(jī),額定電壓為18kV,功率因數(shù)為0.85?,F(xiàn)需要選擇發(fā)電機(jī)出口的電流互感器,已知發(fā)電機(jī)的最大負(fù)荷電流為額定電流的1.1倍,試確定電流互感器的額定一次電流和準(zhǔn)確級。三、防雷接地相關(guān)1.某110kV變電站,有一座高度為30m的獨(dú)立避雷針,需要保護(hù)一個(gè)邊長為20m的矩形設(shè)備區(qū),設(shè)備區(qū)最高點(diǎn)距地面高度為5m。試校驗(yàn)該避雷針是否能對設(shè)備區(qū)提供有效保護(hù)。2.某發(fā)輸變電工程的接地網(wǎng),已知接地電阻要求不大于0.5Ω,土壤電阻率為100Ω·m。接地網(wǎng)采用水平接地極和垂直接地極組成,水平接地極采用-40×4的扁鋼,垂直接地極采用L50×5的角鋼,長度為2.5m。試計(jì)算接地網(wǎng)的面積至少需要多大。四、繼電保護(hù)相關(guān)1.某35kV輸電線路,采用三段式電流保護(hù),已知線路最大負(fù)荷電流為500A,負(fù)荷自啟動系數(shù)\(K_{ss}=1.5\),可靠系數(shù)\(K_{rel}=1.2\)。試計(jì)算電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)的動作電流。2.某110kV變壓器,采用縱差動保護(hù),已知變壓器額定容量為50MVA,額定電壓為110/10.5kV,變壓器兩側(cè)電流互感器的變比分別為\(n_{TA1}=600/5\)和\(n_{TA2}=3000/5\)。試計(jì)算變壓器縱差動保護(hù)的動作電流和制動電流。五、電力系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)1.某簡單電力系統(tǒng),發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)\(T_{J}=8s\),系統(tǒng)的等值電抗\(X_{eq}=1.0\)(標(biāo)幺值),發(fā)電機(jī)的電磁功率\(P_{e}=0.8\)(標(biāo)幺值),機(jī)械功率\(P_{m}=1.0\)(標(biāo)幺值)。試計(jì)算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子加速度。2.某電力系統(tǒng)中有兩個(gè)區(qū)域,區(qū)域A和區(qū)域B,區(qū)域A的發(fā)電功率為\(P_{GA}=1000MW\),區(qū)域B的發(fā)電功率為\(P_{GB}=800MW\),區(qū)域A的負(fù)荷功率為\(P_{LA}=1200MW\),區(qū)域B的負(fù)荷功率為\(P_{LB}=600MW\)。兩區(qū)域之間通過一條聯(lián)絡(luò)線相連,聯(lián)絡(luò)線的最大傳輸功率為300MW。試分析該系統(tǒng)的功率平衡情況,并判斷聯(lián)絡(luò)線的傳輸功率方向。答案部分一、短路電流計(jì)算相關(guān)1.-首先計(jì)算變壓器的電抗標(biāo)幺值:-變壓器電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式為\(X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{j}}{S_{N}}\),已知\(U_{k}\%=10.5\),\(S_{j}=100MVA\),\(S_{N}=100MVA\),則\(X_{T}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{100}=0.105\)。-然后計(jì)算基準(zhǔn)電流:-基準(zhǔn)電流計(jì)算公式為\(I_{j}=\frac{S_{j}}{\sqrt{3}U_{j}}\),\(S_{j}=100MVA\),\(U_{j}=110kV\),則\(I_{j}=\frac{100\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}}\approx524.86A\)。-最后計(jì)算短路電流周期分量起始有效值:-短路電流周期分量起始有效值\(I_{k}=\frac{I_{j}}{X_{T}}=\frac{524.86}{0.105}\approx5000A=5kA\)。2.-首先計(jì)算線路的正序阻抗和零序阻抗:-線路正序阻抗\(Z_{1}=(0.17+j0.4)\times100=17+j40\Omega\),零序阻抗\(Z_{0}=(0.35+j1.2)\times100=35+j120\Omega\)。-在單相接地短路時(shí),正序、負(fù)序、零序電流關(guān)系為\(I_{1}=I_{2}=I_{0}\),已知\(I_{1}=2000A\),所以故障點(diǎn)的零序電流\(I_{0}=2000A\)。-故障相電流\(I_{f}=3I_{0}=3\times2000=6000A\)。二、設(shè)備選擇相關(guān)1.-斷路器額定電流的選擇:-斷路器的額定電流應(yīng)大于等于最大持續(xù)工作電流,已知最大持續(xù)工作電流為1200A,所以選擇額定電流\(I_{N}\geq1200A\),可選擇額定電流為1500A的斷路器。-斷路器額定開斷電流的選擇:-斷路器的額定開斷電流應(yīng)大于等于短路電流周期分量起始有效值,已知短路電流周期分量起始有效值為25kA,所以選擇額定開斷電流\(I_{br}\geq25kA\),可選擇額定開斷電流為31.5kA的斷路器。2.-首先計(jì)算發(fā)電機(jī)的額定電流:-發(fā)電機(jī)額定電流計(jì)算公式為\(I_{N}=\frac{S_{N}}{\sqrt{3}U_{N}\cos\varphi}\),\(S_{N}=300MW=300\times10^{6}W\),\(U_{N}=18kV=18\times10^{3}V\),\(\cos\varphi=0.85\),則\(I_{N}=\frac{300\times10^{6}}{\sqrt{3}\times18\times10^{3}\times0.85}\approx11326A\)。-然后計(jì)算發(fā)電機(jī)的最大負(fù)荷電流:-最大負(fù)荷電流\(I_{max}=1.1I_{N}=1.1\times11326=12458.6A\)。-電流互感器額定一次電流的選擇:-電流互感器額定一次電流應(yīng)大于等于最大負(fù)荷電流,可選擇額定一次電流為15000A的電流互感器。-準(zhǔn)確級的選擇:-對于發(fā)電機(jī)出口的電流互感器,一般選擇0.2級或0.5級,考慮到測量和保護(hù)的要求,可選擇0.2級。三、防雷接地相關(guān)1.-首先計(jì)算避雷針在被保護(hù)物高度\(h_{x}=5m\)時(shí)的保護(hù)半徑\(r_{x}\):-當(dāng)\(h\leq30m\)時(shí),避雷針的保護(hù)半徑計(jì)算公式為\(r_{x}=(h-h_{x})p\),其中\(zhòng)(p=1\)(高度小于30m時(shí)),\(h=30m\),\(h_{x}=5m\),則\(r_{x}=(30-5)\times1=25m\)。-設(shè)備區(qū)對角線長度\(l=\sqrt{20^{2}+20^{2}}\approx28.28m\)。-以避雷針為中心,保護(hù)半徑\(r_{x}=25m\)的圓可以覆蓋設(shè)備區(qū),因?yàn)樵O(shè)備區(qū)最遠(yuǎn)距離(對角線長度)小于保護(hù)半徑,所以該避雷針能對設(shè)備區(qū)提供有效保護(hù)。2.-對于水平接地極和垂直接地極組成的接地網(wǎng),接地電阻計(jì)算公式為\(R=\frac{\rho}{4\sqrt{S}}+\frac{\rho}{L}\)(近似公式),當(dāng)忽略垂直接地極影響時(shí),\(R\approx\frac{\rho}{4\sqrt{S}}\)(\(S\)為接地網(wǎng)面積)。-已知\(R\leq0.5\Omega\),\(\rho=100\Omega·m\),由\(R=\frac{\rho}{4\sqrt{S}}\)可得\(S\geq(\frac{\rho}{4R})^{2}\)。-代入數(shù)據(jù)\(S\geq(\frac{100}{4\times0.5})^{2}=2500m^{2}\),所以接地網(wǎng)的面積至少需要2500\(m^{2}\)。四、繼電保護(hù)相關(guān)1.-電流速斷保護(hù)動作電流:-電流速斷保護(hù)動作電流計(jì)算公式為\(I_{op1}=K_{rel}I_{k.max}\),由于沒有給出最大短路電流\(I_{k.max}\),假設(shè)最大短路電流為最大負(fù)荷電流的8倍,即\(I_{k.max}=8\times500=4000A\),\(K_{rel}=1.2\),則\(I_{op1}=1.2\times4000=4800A\)。-限時(shí)電流速斷保護(hù)動作電流:-限時(shí)電流速斷保護(hù)動作電流計(jì)算公式為\(I_{op2}=K_{rel}I_{op1}^{\prime}\)(\(I_{op1}^{\prime}\)為相鄰線路電流速斷保護(hù)動作電流),假設(shè)相鄰線路電流速斷保護(hù)動作電流為4000A,\(K_{rel}=1.2\),則\(I_{op2}=1.2\times4000=4800A\)。-過電流保護(hù)動作電流:-過電流保護(hù)動作電流計(jì)算公式為\(I_{op3}=\frac{K_{rel}K_{ss}}{K_{re}}I_{L.max}\),\(K_{rel}=1.2\),\(K_{ss}=1.5\),\(K_{re}=0.85\),\(I_{L.max}=500A\),則\(I_{op3}=\frac{1.2\times1.5}{0.85}\times500\approx1058.82A\)。2.-首先計(jì)算變壓器兩側(cè)的額定電流:-高壓側(cè)額定電流\(I_{N1}=\frac{S_{N}}{\sqrt{3}U_{N1}}=\frac{50\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}}\approx262.44A\)。-低壓側(cè)額定電流\(I_{N2}=\frac{S_{N}}{\sqrt{3}U_{N2}}=\frac{50\times10^{6}}{\sqrt{3}\times10.5\times10^{3}}\approx2749.36A\)。-然后計(jì)算兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流:-高壓側(cè)電流互感器二次側(cè)電流\(I_{21}=\frac{I_{N1}}{n_{TA1}}=\frac{262.44}{600/5}\approx2.19A\)。-低壓側(cè)電流互感器二次側(cè)電流\(I_{22}=\frac{I_{N2}}{n_{TA2}}=\frac{2749.36}{3000/5}\approx4.58A\)。-變壓器縱差動保護(hù)的動作電流:-動作電流計(jì)算公式為\(I_{op}=K_{rel}\DeltaI_{unb.max}\),取\(K_{rel}=1.3\),\(\DeltaI_{unb.max}\)取兩側(cè)二次電流差值較大值,\(\DeltaI_{unb.max}=4.58-2.19=2.39A\),則\(I_{op}=1.3\times2.39\approx3.11A\)。-制動電流:-制動電流計(jì)算公式為\(I_{res}=\frac{I_{21}+I_{22}}{2}=\frac{2.19+4.58}{2}\approx3.39A\)。五、電力系統(tǒng)穩(wěn)定相關(guān)1.-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程為\(T_{J}\frac{d^{2}\delta}{dt^{2}}=P_{m}-P_{e}\),則轉(zhuǎn)子加速度\(\frac{d^{2}\delta}{dt^{2}}=\frac{P_{m}-P_{e}}{T_{J}}\)。-已知\(T_{J}=8s\),\(P_{m}=1.0\),\(P_{e}=0.8\),則\(\frac{d^{2}\delta}{dt^{2}}=\

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