勘察設計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(安徽省宣城市2025年)試題部分一、短路電流計算1.某發(fā)輸變電系統(tǒng)中，有一臺容量為120MVA的發(fā)電機，其次暫態(tài)電抗\(X_z3jilz61osys''=0.12\)，額定電壓為10.5kV。系統(tǒng)通過一臺容量為150MVA，變比為\(10.5/220kV\)，短路阻抗\(U_{k}\%=10.5\)的變壓器與發(fā)電機相連。在220kV母線發(fā)生三相短路，試計算短路點的次暫態(tài)電流（有名值）。2.已知某110kV輸電線路，長度為80km，線路采用LGJ-185型導線，其正序電抗\(x_{1}=0.4\Omega/km\)，零序電抗\(x_{0}=1.2\Omega/km\)。在線路中點發(fā)生單相接地短路，系統(tǒng)側正序、負序、零序電抗分別為\(X_{1s}=10\Omega\)，\(X_{2s}=10\Omega\)，\(X_{0s}=30\Omega\)。試計算短路點的零序電流。二、電氣設備選擇1.某35kV變電站，出線斷路器需要選擇。已知該出線的最大持續(xù)工作電流為600A，短路電流周期分量有效值為12kA，短路電流持續(xù)時間為2s。試選擇合適的斷路器，并校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。2.某110kV變電站的主變壓器容量為50MVA，額定電壓為\(110\pm2\times2.5\%/10.5kV\)。需要選擇合適的高壓側隔離開關，已知該側最大持續(xù)工作電流為262A，短路電流沖擊值為50kA。試選擇合適的隔離開關，并校驗其動穩(wěn)定。三、防雷與接地1.某220kV變電站，采用獨立避雷針進行直擊雷防護。已知避雷針高度為30m，試計算在離避雷針15m處的保護高度。2.某發(fā)電廠的接地網(wǎng)，土壤電阻率為\(100\Omega\cdotm\)，接地網(wǎng)面積為\(5000m^{2}\)。試計算該接地網(wǎng)的工頻接地電阻，并判斷是否滿足要求（一般規(guī)定220kV及以上變電站接地電阻不大于0.5Ω）。四、電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析1.某單機-無窮大系統(tǒng)，發(fā)電機的額定功率為\(P_{N}=100MW\)，額定電壓為\(U_{N}=10.5kV\)，同步電抗\(X_z3jilz61osys=1.0\)（標幺值），系統(tǒng)電壓\(U_{s}=1.0\)（標幺值）。發(fā)電機初始運行在\(P_{0}=0.8P_{N}\)，\(\delta_{0}=30^{\circ}\)。若發(fā)生三相短路故障，故障切除后系統(tǒng)恢復正常運行，試計算極限切除角。2.某雙機系統(tǒng)，兩臺發(fā)電機的參數(shù)分別為：\(G_{1}\)：\(S_{N1}=120MVA\)，\(X_{d1}=0.15\)；\(G_{2}\)：\(S_{N2}=80MVA\)，\(X_{d2}=0.2\)。兩機之間通過一條輸電線路相連，線路電抗\(X_{L}=0.1\)（均為標幺值，以\(S_{B}=100MVA\)為基準）。試計算系統(tǒng)的功率特性方程。五、二次回路1.某110kV線路的電流互感器變比為\(600/5A\)，已知該線路的一次電流為300A，試計算二次電流的大小。2.某變電站的直流系統(tǒng)，采用鉛酸蓄電池組作為直流電源。已知該變電站的經(jīng)常負荷電流為10A，事故放電時間為1h，事故放電電流為50A。試選擇合適的蓄電池組容量。答案部分一、短路電流計算1.-首先，選取基準值：\(S_{B}=100MVA\)，\(U_{B1}=10.5kV\)，\(U_{B2}=220kV\)。-計算發(fā)電機的次暫態(tài)電抗標幺值：\(X_z3jilz61osys''_{}=\frac{S_{B}}{S_{N}}X_z3jilz61osys''=\frac{100}{120}\times0.12=0.1\)。-計算變壓器的短路阻抗標幺值：\(X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{N}}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{150}=0.07\)。-總電抗標幺值：\(X_{\sum}=X_z3jilz61osys''_{}+X_{T}=0.1+0.07=0.17\)。-短路點的次暫態(tài)電流標幺值：\(I_z3jilz61osys=\frac{1}{X_{\sum}}=\frac{1}{0.17}\approx5.88\)。-220kV側基準電流：\(I_{B2}=\frac{S_{B}}{\sqrt{3}U_{B2}}=\frac{100}{\sqrt{3}\times220}\approx0.262kA\)。-短路點的次暫態(tài)電流有名值：\(I_z3jilz61osys=I_z3jilz61osysI_{B2}=5.88\times0.262\approx1.54kA\)。2.-線路正序電抗：\(X_{1L}=x_{1}\times\frac{l}{2}=0.4\times\frac{80}{2}=16\Omega\)。-線路零序電抗：\(X_{0L}=x_{0}\times\frac{l}{2}=1.2\times\frac{80}{2}=48\Omega\)。-系統(tǒng)側正序、負序、零序電抗分別為\(X_{1s}=10\Omega\)，\(X_{2s}=10\Omega\)，\(X_{0s}=30\Omega\)。-單相接地短路時，復合序網(wǎng)為正序、負序、零序網(wǎng)絡串聯(lián)。-總正序電抗：\(X_{1\sum}=X_{1s}+X_{1L}=10+16=26\Omega\)。-總負序電抗：\(X_{2\sum}=X_{2s}+X_{1L}=10+16=26\Omega\)。-總零序電抗：\(X_{0\sum}=X_{0s}+X_{0L}=30+48=78\Omega\)。-短路點的零序電流：\(I_{0}=\frac{U_{ph}}{X_{1\sum}+X_{2\sum}+X_{0\sum}}\)，其中\(zhòng)(U_{ph}=\frac{110}{\sqrt{3}}kV\)。-\(I_{0}=\frac{\frac{110}{\sqrt{3}}}{26+26+78}\approx0.63kA\)。二、電氣設備選擇1.-斷路器選擇：根據(jù)最大持續(xù)工作電流\(I_{max}=600A\)，考慮一定的裕度，選擇額定電流\(I_{N}=1000A\)的斷路器。-熱穩(wěn)定校驗：-熱穩(wěn)定電流\(I_{t}\)應滿足\(I_{t}^{2}t\geqI_z3jilz61osys^{2}t_{k}\)，已知\(I_z3jilz61osys=12kA\)，\(t_{k}=2s\)。-選擇的斷路器熱穩(wěn)定電流\(I_{t}=16kA\)，\(t=2s\)，則\(I_{t}^{2}t=16^{2}\times2=512kA^{2}\cdots\)，\(I_z3jilz61osys^{2}t_{k}=12^{2}\times2=288kA^{2}\cdots\)，滿足熱穩(wěn)定要求。-動穩(wěn)定校驗：-動穩(wěn)定電流\(i_{es}\)應大于短路電流沖擊值\(i_{sh}\)。短路電流沖擊系數(shù)\(K_{sh}=1.8\)，\(i_{sh}=K_{sh}\sqrt{2}I_z3jilz61osys=1.8\times\sqrt{2}\times12\approx30.56kA\)。-選擇的斷路器動穩(wěn)定電流\(i_{es}=40kA\)，滿足動穩(wěn)定要求。2.-隔離開關選擇：根據(jù)最大持續(xù)工作電流\(I_{max}=262A\)，選擇額定電流\(I_{N}=400A\)的隔離開關。-動穩(wěn)定校驗：-動穩(wěn)定電流\(i_{es}\)應大于短路電流沖擊值\(i_{sh}\)。已知\(i_{sh}=50kA\)。-選擇的隔離開關動穩(wěn)定電流\(i_{es}=63kA\)，滿足動穩(wěn)定要求。三、防雷與接地1.-根據(jù)避雷針保護高度計算公式：-當\(h\leq30m\)時，\(h_{x}=h-\frac{h_{x}}{h}p\sqrt{h(2h_{p}-h)-x^{2}}\)，其中\(zhòng)(p=1\)（高度不超過30m時），\(h=30m\)，\(x=15m\)。-\(h_{x}=30-\frac{15}{30}\times1\times\sqrt{30\times(2\times30-30)-15^{2}}\)-\(=30-0.5\times\sqrt{30\times30-225}=30-0.5\times\sqrt{900-225}=30-0.5\times\sqrt{675}\approx30-0.5\times25.98\approx17m\)。2.-對于水平接地網(wǎng)，工頻接地電阻計算公式為\(R=\frac{0.5\rho}{\sqrt{S}}\)，其中\(zhòng)(\rho=100\Omega\cdotm\)，\(S=5000m^{2}\)。-\(R=\frac{0.5\times100}{\sqrt{5000}}\approx0.71\Omega\)。-因為\(0.71\Omega>0.5\Omega\)，不滿足要求，需要采取降阻措施，如增加接地極數(shù)量、換土等。四、電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析1.-首先將功率和電壓標幺化，\(P_{0}=0.8\)（標幺值），\(\delta_{0}=30^{\circ}\)。-功率特性方程\(P_{e}=\frac{E_{q}U_{s}}{X_z3jilz61osys}\sin\delta\)，\(E_{q}=\frac{P_{0}}{\sin\delta_{0}}=\frac{0.8}{\sin30^{\circ}}=1.6\)。-極限切除角計算公式為\(\cos\delta_{c.l}=\frac{P_{0}(\delta_{m}-\delta_{0})-P_{max}\cos\delta_{m}+P_{max}\cos\delta_{0}}{P_{max}-P_{0}}\)，其中\(zhòng)(P_{max}=\frac{E_{q}U_{s}}{X_z3jilz61osys}=\frac{1.6\times1}{1}=1.6\)，\(\delta_{m}=90^{\circ}\)。-\(\cos\delta_{c.l}=\frac{0.8\times(\frac{\pi}{2}-\frac{\pi}{6})-1.6\times\cos90^{\circ}+1.6\times\cos30^{\circ}}{1.6-0.8}\)-\(=\frac{0.8\times\frac{\pi}{3}+1.6\times\frac{\sqrt{3}}{2}}{0.8}=\frac{\frac{0.8\pi}{3}+1.386}{0.8}\approx\frac{0.838+1.386}{0.8}\approx2.78\)（此結果錯誤，重新計算）-正確計算：-故障切除后功率特性\(P_{e2}=\frac{E_{q}U_{s}}{X_z3jilz61osys}\sin\delta\)，故障時功率特性\(P_{e1}=0\)。-根據(jù)等面積定則：\(\int_{\delta_{0}}^{\delta_{c}}P_{0}d\delta=\int_{\delta_{c}}^{\delta_{m}}(P_{max}\sin\delta-P_{0})d\delta\)。-\(P_{0}(\delta_{c}-\delta_{0})=P_{max}(\cos\delta_{c}-\cos\delta_{m})-P_{0}(\delta_{m}-\delta_{c})\)。-已知\(P_{0}=0.8\)，\(P_{max}=1.6\)，\(\delta_{0}=30^{\circ}\)，\(\delta_{m}=90^{\circ}\)。-\(0.8(\delta_{c}-\frac{\pi}{6})=1.6(\cos\delta_{c}-0)-0.8(\frac{\pi}{2}-\delta_{c})\)。-\(0.8\delta_{c}-\frac{0.8\pi}{6}=1.6\cos\delta_{c}-0.4\pi+0.8\delta_{c}\)。-\(1.6\cos\delta_{c}=0.4\pi-\frac{0.8\pi}{6}=\frac{2.4\pi-0.8\pi}{6}=\frac{1.6\pi}{6}\)。-\(\cos\delta_{c}=\frac{\pi}{6}\approx0.524\)，\(\delta_{c}\approx58.4^{\circ}\)。2.-先進行參數(shù)歸算：-\(X_{d1}=\frac{S_{B}}{S_{N1}}X_{d1}=\frac{100}{120}\times0.15=0.125\)，\(X_{d2}=\frac{S_{B}}{S