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(黃山2025年)試題部分一、短路電流計(jì)算相關(guān)試題1.黃山地區(qū)某發(fā)輸變電系統(tǒng)，有一臺容量為120MVA的發(fā)電機(jī)，其次暫態(tài)電抗$X_z3jilz61osys''=0.12$。系統(tǒng)中還有一臺容量為80MVA的變壓器，變比為220/110kV，短路阻抗百分?jǐn)?shù)$U_{k}\%=10.5$。當(dāng)110kV母線發(fā)生三相短路時(shí)，試計(jì)算短路點(diǎn)的次暫態(tài)短路電流（基準(zhǔn)容量$S_{j}=100MVA$，基準(zhǔn)電壓$U_{j}$取各電壓等級的平均額定電壓）。2.在上述系統(tǒng)中，若考慮線路阻抗。從變壓器110kV側(cè)引出一條長度為30km的架空線路，線路每公里電抗$x_{0}=0.4\Omega/km$。再次計(jì)算110kV母線發(fā)生三相短路時(shí)的次暫態(tài)短路電流。二、電氣設(shè)備選擇相關(guān)試題1.黃山某變電站110kV側(cè)擬選用斷路器，已知該母線最大持續(xù)工作電流為800A，三相短路電流周期分量有效值$I_{k}^{(3)}=15kA$，短路電流持續(xù)時(shí)間$t=2s$。請根據(jù)這些條件選擇合適的斷路器額定電流和開斷電流。2.對于該變電站的110kV電流互感器，已知一次側(cè)額定電流為1000A，準(zhǔn)確級為0.5級，二次負(fù)載阻抗$Z_{2}=0.5\Omega$。試計(jì)算該電流互感器的額定二次電流和額定容量。三、接地設(shè)計(jì)相關(guān)試題1.黃山某發(fā)變電站的接地網(wǎng)，土壤電阻率$\rho=200\Omega\cdotm$，接地網(wǎng)面積$S=5000m^{2}$。試計(jì)算該接地網(wǎng)的工頻接地電阻，并確定是否滿足一般要求（一般要求接地電阻不大于0.5Ω）。2.若該接地網(wǎng)采用水平接地極，水平接地極的直徑$d=10mm$，長度$L=200m$?？紤]到接地極的形狀系數(shù)，重新計(jì)算接地電阻，并分析形狀系數(shù)對接地電阻的影響。四、架空線路設(shè)計(jì)相關(guān)試題1.黃山地區(qū)一條220kV架空線路，檔距$l=300m$，導(dǎo)線采用LGJ-400/35，導(dǎo)線單位長度質(zhì)量$m=1.511kg/m$，比載$g_{1}=34.49\times10^{-3}N/(m\cdotmm^{2})$。試計(jì)算該導(dǎo)線在檔距中央的弧垂。2.該220kV架空線路經(jīng)過山區(qū)，需要考慮氣象條件的影響。已知最大風(fēng)速$v=30m/s$，覆冰厚度$b=10mm$，計(jì)算此時(shí)導(dǎo)線的綜合比載和弧垂。五、繼電保護(hù)配置相關(guān)試題1.黃山某發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)-變壓器組，發(fā)電機(jī)容量為150MVA，變壓器容量為180MVA。試為該發(fā)電機(jī)-變壓器組配置主保護(hù)和后備保護(hù)，并說明各保護(hù)的作用。2.對于該系統(tǒng)中的110kV線路，采用三段式電流保護(hù)。已知線路的最大負(fù)荷電流$I_{L.max}=600A$，可靠系數(shù)$K_{rel}=1.2$，返回系數(shù)$K_{re}=0.85$。試計(jì)算三段式電流保護(hù)的動作電流。答案部分一、短路電流計(jì)算相關(guān)答案1.-首先計(jì)算各元件的標(biāo)幺值：-發(fā)電機(jī)標(biāo)幺值電抗：$X_z3jilz61osys''_{}=\frac{X_z3jilz61osys''S_{j}}{S_{N}}=\frac{0.12\times100}{120}=0.1$-變壓器標(biāo)幺值電抗：$X_{T}=\frac{U_{k}\%S_{j}}{100S_{N}}=\frac{10.5\times100}{100\times80}=0.13125$-總標(biāo)幺值電抗：$X_{\sum}=X_z3jilz61osys''_{}+X_{T}=0.1+0.13125=0.23125$-110kV側(cè)基準(zhǔn)電流：$I_{j}=\frac{S_{j}}{\sqrt{3}U_{j}}$，$U_{j}=115kV$，則$I_{j}=\frac{100}{\sqrt{3}\times115}\approx0.502kA$-短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流標(biāo)幺值：$I_{k}''_{}=\frac{1}{X_{\sum}}=\frac{1}{0.23125}\approx4.32$-短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流：$I_{k}''=I_{k}''_{}I_{j}=4.32\times0.502\approx2.17kA$2.-先計(jì)算線路電抗：$X_{L}=x_{0}l=0.4\times30=12\Omega$-線路標(biāo)幺值電抗：$X_{L}=\frac{X_{L}S_{j}}{U_{j}^{2}}=\frac{12\times100}{115^{2}}\approx0.09$-總標(biāo)幺值電抗：$X_{\sum}=X_z3jilz61osys''_{}+X_{T}+X_{L}=0.1+0.13125+0.09=0.32125$-短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流標(biāo)幺值：$I_{k}''_{}=\frac{1}{X_{\sum}}=\frac{1}{0.32125}\approx3.11$-短路點(diǎn)次暫態(tài)短路電流：$I_{k}''=I_{k}''_{}I_{j}=3.11\times0.502\approx1.56kA$二、電氣設(shè)備選擇相關(guān)答案1.-斷路器額定電流選擇：斷路器額定電流應(yīng)大于最大持續(xù)工作電流，所以選擇額定電流$I_{N}=1000A$。-斷路器開斷電流選擇：斷路器開斷電流應(yīng)大于短路電流周期分量有效值，所以選擇開斷電流$I_{br}=20kA$（一般選擇比計(jì)算值稍大的標(biāo)準(zhǔn)值）。2.-電流互感器額定二次電流一般為5A或1A，這里選擇額定二次電流$I_{2N}=5A$。-電流互感器額定容量：$S_{2N}=I_{2N}^{2}Z_{2}=5^{2}\times0.5=12.5VA$三、接地設(shè)計(jì)相關(guān)答案1.-根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式$R\approx\frac{0.5\rho}{\sqrt{S}}$，將$\rho=200\Omega\cdotm$，$S=5000m^{2}$代入可得：-$R=\frac{0.5\times200}{\sqrt{5000}}\approx1.41\Omega$，不滿足一般要求（一般要求接地電阻不大于0.5Ω）。2.-水平接地極的形狀系數(shù)$K$與接地極的形狀和布置有關(guān)，對于水平單根圓鋼接地極，$K$可通過相關(guān)圖表或經(jīng)驗(yàn)公式確定。這里假設(shè)$K=1.2$。-先計(jì)算不考慮形狀系數(shù)的接地電阻$R_{0}=\frac{\rho}{2\piL}\ln\frac{8L}z3jilz61osys=\frac{200}{2\pi\times200}\ln\frac{8\times200}{0.01}\approx1.72\Omega$-考慮形狀系數(shù)后的接地電阻$R=KR_{0}=1.2\times1.72=2.064\Omega$-形狀系數(shù)對接地電阻有增大的影響，因?yàn)樾螤钕禂?shù)大于1時(shí)，會使計(jì)算得到的接地電阻比不考慮形狀系數(shù)時(shí)更大。這是由于接地極的實(shí)際形狀和布置方式會影響電流的散流情況，使得接地電阻增大。四、架空線路設(shè)計(jì)相關(guān)答案1.-導(dǎo)線的弧垂計(jì)算公式為$f=\frac{g_{1}l^{2}}{8\sigma_{0}}$，對于LGJ-400/35導(dǎo)線，假設(shè)應(yīng)力$\sigma_{0}=50N/mm^{2}$。-先計(jì)算弧垂：$f=\frac{34.49\times10^{-3}\times300^{2}}{8\times50}\approx7.76m$2.-計(jì)算覆冰時(shí)的比載$g_{2}$：$g_{2}=\frac{27.89b(d+b)}{A}\times10^{-3}$，其中$d$為導(dǎo)線外徑，$A$為導(dǎo)線截面積。對于LGJ-400/35，$d\approx26.82mm$，$A=425.24mm^{2}$，$b=10mm$，則$g_{2}=\frac{27.89\times10\times(26.82+10)}{425.24}\times10^{-3}\approx2.43\times10^{-3}N/(m\cdotmm^{2})$-計(jì)算大風(fēng)時(shí)的比載$g_{3}$：$g_{3}=\sqrt{g_{1}^{2}+g_{4}^{2}}$，$g_{4}=\frac{0.625v^{2}d}{A}\times10^{-3}$，$v=30m/s$，$g_{4}=\frac{0.625\times30^{2}\times26.82}{425.24}\times10^{-3}\approx3.53\times10^{-3}N/(m\cdotmm^{2})$，$g_{3}=\sqrt{(34.49\times10^{-3})^{2}+(3.53\times10^{-3})^{2}}\approx34.67\times10^{-3}N/(m\cdotmm^{2})$-綜合比載$g=g_{1}+g_{2}+g_{3}=34.49\times10^{-3}+2.43\times10^{-3}+34.67\times10^{-3}=71.59\times10^{-3}N/(m\cdotmm^{2})$-弧垂$f=\frac{gl^{2}}{8\sigma_{0}}=\frac{71.59\times10^{-3}\times300^{2}}{8\times50}\approx16.11m$五、繼電保護(hù)配置相關(guān)答案1.-主保護(hù)：-縱差動保護(hù)：用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)-變壓器組內(nèi)部相間短路故障，能快速、靈敏地切除故障，保護(hù)范圍為發(fā)電機(jī)和變壓器的繞組及其引出線。-發(fā)電機(jī)定子繞組匝間保護(hù)：用于保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路故障，防止故障擴(kuò)大。-后備保護(hù)：-過電流保護(hù)：作為發(fā)電機(jī)-變壓器組外部短路的后備保護(hù)，當(dāng)主保護(hù)拒動時(shí)，能夠動作切除故障。-過負(fù)荷保護(hù)：用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)-變壓器組的過負(fù)荷情況，發(fā)出信號，提醒運(yùn)行人員采取措施。2.-第一段（電流速斷保護(hù)）動作電流：$I_{op.1}=K_{rel}I_{k.max}^{(3)}$，假設(shè)最大短路電流$I_{k.max}^{(3)}=3000A$，則$I_{op.1}=1.2\times3000=3600A$-第二段（限時(shí)電流速斷保護(hù)）動作電流：$I_{op.2}=K_{rel}I_{op.1}'$，假設(shè)相鄰線路的電流速斷保護(hù)動作電流$I_{op.1}'=2500A$，則$I_{op.2}=1.2\times2500=3000A$