勘察設(shè)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(2025年廣西賀州市)試題部分一、短路電流計算1.某220kV變電站，有一臺容量為180MVA的主變壓器，其短路阻抗百分比$U_{k}\%=12$。系統(tǒng)短路容量$S_{s}=2000MVA$，當(dāng)220kV母線發(fā)生三相短路時，試計算短路電流周期分量起始值（標(biāo)幺值）。2.某發(fā)輸變電系統(tǒng)，有兩臺發(fā)電機并列運行。發(fā)電機G1容量為100MVA，次暫態(tài)電抗$X_{d1}''=0.12$；發(fā)電機G2容量為80MVA，次暫態(tài)電抗$X_{d2}''=0.1$。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量$S_{B}=100MVA$，當(dāng)系統(tǒng)某點發(fā)生三相短路時，計算該點短路電流周期分量起始值的標(biāo)幺值。二、導(dǎo)體和電纜選擇1.某110kV架空輸電線路，輸送功率$P=100MW$，功率因數(shù)$\cos\varphi=0.9$，環(huán)境溫度$\theta_{0}=30^{\circ}C$，擬采用LGJ型導(dǎo)線。試根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面，并校驗其載流量。已知經(jīng)濟電流密度$J=0.9A/mm^{2}$。2.某變電站內(nèi)10kV電纜，持續(xù)工作電流$I_{g}=200A$，環(huán)境溫度$\theta_{0}=25^{\circ}C$，電纜直埋敷設(shè)。試選擇合適的電纜截面，并進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗。已知電纜允許載流量修正系數(shù)$K_{\theta}=1.05$，熱穩(wěn)定系數(shù)$C=145$。三、高壓電器選擇1.某220kV變電站，斷路器的額定電壓$U_{N}=220kV$，額定電流$I_{N}=2000A$，開斷時間$t_{br}=0.06s$。系統(tǒng)短路電流周期分量起始值$I_{k}''=15kA$，短路電流非周期分量衰減時間常數(shù)$T=0.1s$。試校驗該斷路器的開斷能力。2.某35kV變電站，隔離開關(guān)的額定電壓$U_{N}=35kV$，額定電流$I_{N}=1250A$。系統(tǒng)最大持續(xù)工作電流$I_{max}=800A$，動穩(wěn)定電流$i_{es}=50kA$，熱穩(wěn)定電流$I_{t}=20kA$，熱穩(wěn)定時間$t=4s$。試校驗該隔離開關(guān)的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。四、接地1.某110kV變電站，接地網(wǎng)采用水平接地極和垂直接地極組成。已知接地網(wǎng)面積$S=5000m^{2}$，土壤電阻率$\rho=200\Omega\cdotm$。試計算接地網(wǎng)的工頻接地電阻。2.某發(fā)輸變電工程，接地裝置的接觸電位差允許值$U_{t}=50V$，跨步電位差允許值$U_{s}=100V$。已知接地網(wǎng)的最大接地短路電流$I_{g}=5kA$，接地電阻$R=0.5\Omega$。試校驗接地裝置的接觸電位差和跨步電位差是否滿足要求。五、繼電保護(hù)1.某110kV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$I_{L.max}=300A$，可靠系數(shù)$K_{rel}=1.2$，返回系數(shù)$K_{re}=0.85$，自啟動系數(shù)$K_{ss}=1.5$。試計算電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)的動作電流。2.某變壓器采用差動保護(hù)，已知變壓器容量$S_{T}=50MVA$，電壓比$U_{1}/U_{2}=110/10.5kV$，接線組別為Yd11。試計算差動保護(hù)的動作電流和制動電流。六、過電壓保護(hù)1.某220kV架空輸電線路，檔距$l=400m$，導(dǎo)線平均高度$h_{av}=15m$。已知雷電流幅值$I=50kA$，試計算線路的感應(yīng)雷過電壓。2.某變電站內(nèi)有一臺110kV避雷器，其額定電壓$U_{r}=100kV$，持續(xù)運行電壓$U_{c}=80kV$，標(biāo)稱放電電流下的殘壓$U_{res}=260kV$。試校驗該避雷器對電氣設(shè)備的保護(hù)性能。七、絕緣配合1.某110kV電氣設(shè)備，其額定雷電沖擊耐受電壓$U_{LI}=450kV$，額定操作沖擊耐受電壓$U_{SI}=250kV$。已知變電站內(nèi)避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓$U_{res}=260kV$，操作沖擊殘壓$U_{res.op}=200kV$。試進(jìn)行絕緣配合校驗。2.某220kV架空輸電線路，導(dǎo)線對地高度$h=20m$，檔距$l=500m$。已知雷電過電壓下的絕緣子串閃絡(luò)電壓$U_{50\%}=1200kV$，操作過電壓下的絕緣子串閃絡(luò)電壓$U_{50\%.op}=800kV$。試確定線路的絕緣水平。答案部分一、短路電流計算1.-首先確定基準(zhǔn)值，取$S_{B}=100MVA$，$U_{B}=U_{av}=230kV$。-計算主變壓器的標(biāo)幺值電抗：$X_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{N}}=\frac{12}{100}\times\frac{100}{180}\approx0.067$。-計算系統(tǒng)的標(biāo)幺值電抗：$X_{s}=\frac{S_{B}}{S_{s}}=\frac{100}{2000}=0.05$。-則短路點總標(biāo)幺值電抗：$X_{\sum}=X_{s}+X_{T}=0.05+0.067=0.117$。-短路電流周期分量起始值的標(biāo)幺值：$I_{k}=\frac{1}{X_{\sum}}=\frac{1}{0.117}\approx8.55$。2.-先將發(fā)電機G2的參數(shù)歸算到基準(zhǔn)容量$S_{B}=100MVA$下：$X_{d2}''=X_{d2}''\times\frac{S_{B}}{S_{N2}}=0.1\times\frac{100}{80}=0.125$。-發(fā)電機G1的標(biāo)幺值次暫態(tài)電抗$X_{d1}''=X_{d1}''=0.12$。-因為兩臺發(fā)電機并列運行，所以總標(biāo)幺值電抗：$X_{\sum}=\frac{X_{d1}''X_{d2}''}{X_{d1}''+X_{d2}''}=\frac{0.12\times0.125}{0.12+0.125}\approx0.061$。-短路電流周期分量起始值的標(biāo)幺值：$I_{k}=\frac{1}{X_{\sum}}=\frac{1}{0.061}\approx16.39$。二、導(dǎo)體和電纜選擇1.-計算線路的計算電流：$I_{c}=\frac{P}{\sqrt{3}U_{N}\cos\varphi}=\frac{100\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}\times0.9}\approx582.5A$。-根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面：$S=\frac{I_{c}}{J}=\frac{582.5}{0.9}\approx647.2mm^{2}$，選取LGJ-630導(dǎo)線。-查LGJ-630導(dǎo)線在$30^{\circ}C$時的載流量$I_{al}=775A$，因為$I_{al}>I_{c}$，所以載流量滿足要求。2.-考慮修正系數(shù)后的允許載流量：$I_{al}=I_{g}/K_{\theta}=200/1.05\approx190.5A$。-查電纜載流量表，選取截面為$150mm^{2}$的電纜，其允許載流量$I_{al}=215A$（$25^{\circ}C$時），經(jīng)修正后$I_{al}=215\times1.05=225.75A>200A$，載流量滿足要求。-熱穩(wěn)定校驗：$S_{min}=\frac{I_{g}\sqrt{t}}{C}=\frac{200\times\sqrt{1}}{145}\approx1.38mm^{2}<150mm^{2}$，熱穩(wěn)定滿足要求。三、高壓電器選擇1.-計算短路電流全電流有效值：$I_{sh}=\sqrt{I_{k}''^{2}+(1-e^{-\frac{t_{br}}{T}})^{2}I_{k}''^{2}}$，$1-e^{-\frac{0.06}{0.1}}\approx0.451$，$I_{sh}=\sqrt{15^{2}+(0.451\times15)^{2}}\approx16.1kA$。-斷路器的額定開斷電流$I_{br}=2000A$（這里額定電流不是開斷電流，假設(shè)開斷電流能力為$I_{br}=40kA$），因為$I_{sh}<I_{br}$，所以斷路器的開斷能力滿足要求。2.-動穩(wěn)定校驗：系統(tǒng)短路時的沖擊電流$i_{sh}=2.55I_{k}''$（假設(shè)$I_{k}''=20kA$），$i_{sh}=2.55\times20=51kA$，因為$i_{sh}>i_{es}=50kA$，動穩(wěn)定不滿足要求。-熱穩(wěn)定校驗：$Q_{k}=I_{k}''^{2}t=20^{2}\times4=1600kA^{2}\cdots$，$I_{t}^{2}t=20^{2}\times4=1600kA^{2}\cdots$，熱穩(wěn)定滿足要求。四、接地1.-對于水平接地極和垂直接地極組成的接地網(wǎng)，采用經(jīng)驗公式$R\approx\frac{\rho}{\sqrt{S}}=\frac{200}{\sqrt{5000}}\approx2.83\Omega$。2.-接觸電位差：$U_{t1}=I_{g}R=5\times10^{3}\times0.5=2500V>U_{t}=50V$，不滿足要求。-跨步電位差：$U_{s1}=I_{g}R=5\times10^{3}\times0.5=2500V>U_{s}=100V$，不滿足要求。五、繼電保護(hù)1.-電流速斷保護(hù)動作電流：$I_{op1}=K_{rel}I_{k.max}''$（假設(shè)$I_{k.max}''=1500A$），$I_{op1}=1.2\times1500=1800A$。-限時電流速斷保護(hù)動作電流：$I_{op2}=K_{rel}I_{op1}=1.2\times1800=2160A$。-過電流保護(hù)動作電流：$I_{op3}=\frac{K_{rel}K_{ss}I_{L.max}}{K_{re}}=\frac{1.2\times1.5\times300}{0.85}\approx635.3A$。2.-計算變壓器兩側(cè)的額定電流：$I_{1N}=\frac{S_{T}}{\sqrt{3}U_{1}}=\frac{50\times10^{6}}{\sqrt{3}\times110\times10^{3}}\approx262.4A$，$I_{2N}=\frac{S_{T}}{\sqrt{3}U_{2}}=\frac{50\times10^{6}}{\sqrt{3}\times10.5\times10^{3}}\approx2749.3A$。-差動保護(hù)的動作電流：$I_{op}=K_{rel}(I_{1N}-I_{2N}/\sqrt{3})$（考慮Yd11接線），$I_{op}=1.2\times(262.4-2749.3/\sqrt{3})\approx1.2\times(262.4-1587.7)\approx-1590.4A$（這里計算有誤，正確計算：$I_{op}=K_{rel}\times\frac{I_{1N}-I_{2N}/\sqrt{3}}{2}$，$I_{op}=1.2\times\frac{262.4-2749.3/\sqrt{3}}{2}\approx-795.2A$，實際應(yīng)取正值），$I_{op}\approx795.2A$。-制動電流：$I_{res}=\frac{I_{1N}+I_{2N}/\sqrt{3}}{2}=\frac{262.4+2749.3/\sqrt{3}}{2}\approx925.1A$。六、過電壓保護(hù)1.-感應(yīng)雷過電壓計算公式：$U_{i}=25I\frac{h_{av}}{l}=25\times50\times\frac{15}{400}\approx46.9V$。2.-校驗避雷器對電氣設(shè)備的保護(hù)性能，需要考慮電氣設(shè)備的絕緣水平。假設(shè)電氣設(shè)備的絕緣水平為雷電沖擊耐受電壓$U_{LI}=450kV$，因為$U_{res}=260kV<U_{LI}$，所以避雷器對電氣設(shè)備的雷電過電壓保護(hù)性能滿足要求。對于操作過電壓，假設(shè)電氣設(shè)備操作沖擊耐受電壓$U_{SI}=250kV$，如果避雷器操作沖擊殘壓$U_{res.op}=200kV<U_{SI}$，則操作過電壓保護(hù)性能也滿足要求。七、絕緣配合1.-對于雷電沖擊：$U_{LI}-U_{res}=450-260=190kV>0$，滿足絕緣配合要求。