2023年注冊電氣工程師發(fā)輸變電專業(yè)考試專業(yè)案例考試試題及答案一、電力系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計1.某地區(qū)規(guī)劃新建一座220kV變電站，主變?nèi)萘繛?×180MVA，若該地區(qū)的最大負(fù)荷利用小時數(shù)為5000h，年最大負(fù)荷為400MW，計算該變電站主變的年利用率。(1).首先明確主變年利用率的計算公式：主變年利用率(K=WS(2).計算年供電量(W)：已知年最大負(fù)荷(P_{max}=400MW)，最大負(fù)荷利用小時數(shù)(T_{max}=5000h)，根據(jù)(W=P_{max}×T_{max})，可得(W=400×5000=2×(3).計算主變額定容量(S_{N})：主變?nèi)萘繛?3×180MVA)，則(S_{N}=3×180(4).計算主變年利用率(K)：(K=2×10答案：該變電站主變的年利用率約為(0.42)。解析：本題主要考查主變年利用率的計算，關(guān)鍵在于理解年供電量和主變額定容量的概念以及它們與主變年利用率之間的關(guān)系。通過已知的年最大負(fù)荷和最大負(fù)荷利用小時數(shù)求出年供電量，再結(jié)合主變額定容量，代入公式即可計算出主變年利用率。2.某輸電線路采用雙分裂導(dǎo)線，導(dǎo)線型號為LGJ-400/35，其單位長度電阻(r_{0}=0.078Ω/km)，單位長度電抗(x_{0}=0.401Ω/km)，線路長度為(100km)，當(dāng)輸送功率為(300MW)，功率因數(shù)為(0.9)，線路首端電壓為(220kV)時，計算線路末端電壓。(1).計算輸送電流(I)：已知輸送功率(P=300MW)，功率因數(shù)(cosφ=根據(jù)(P=3U_{1}Icosφ)，可得(I=P3U1cos(2).計算線路阻抗(Z)：線路長度(l=100km)，單位長度電阻(r_{0}=0.078Ω/km)，單位長度電抗(x_{0}=0.401Ω/km)。則(R=r_{0}l=0.078×100=7.8Ω)，(X=x_{0}l=0.401×100=40.1Ω)，(Z=R+jX=7.8+j40.1(3).計算電壓降落(ΔU)和橫分量電壓降落(δU)：(ΔU=PR+QXU1)，(Q=Ptanφ)，(tanφ=1cos2(ΔU=300×7.8(δU=PX?QR(4).計算線路末端電壓(U_{2})：(U_{2}=(U1?Δ答案：線路末端電壓約為(191.5kV)。解析：本題涉及輸電線路電壓計算，首先根據(jù)功率和功率因數(shù)求出輸送電流，再根據(jù)線路參數(shù)計算線路阻抗。然后通過功率和阻抗計算電壓降落的縱分量和橫分量，最后利用公式計算出線路末端電壓。整個過程需要對輸電線路的電氣原理有清晰的理解，并熟練運(yùn)用相關(guān)公式進(jìn)行計算。二、發(fā)電廠電氣部分3.某火力發(fā)電廠有一臺容量為(300MW)的汽輪發(fā)電機(jī)組，其額定電壓為(18kV)，功率因數(shù)為(0.85)，發(fā)電機(jī)采用單元接線方式接入(220kV)系統(tǒng)，主變壓器型號為SFP-360000/220，計算發(fā)電機(jī)的額定電流和主變壓器的變比。(1).計算發(fā)電機(jī)的額定電流(I_{N})：已知發(fā)電機(jī)容量(P_{N}=300MW)，額定電壓(U_{N}=18kV)，功率因數(shù)(cosφ=0.85)。根據(jù)(P_{N}=3U_{N}I_{N}cosφ)，可得(I_{N}=PN3UN(2).計算主變壓器的變比(k)：主變壓器一次側(cè)電壓對應(yīng)發(fā)電機(jī)額定電壓(U_{1}=18kV)，二次側(cè)電壓為(220kV)。則變比(k=U2U1=答案：發(fā)電機(jī)的額定電流約為(11320A)，主變壓器的變比約為(12.22)。解析：本題主要考查發(fā)電機(jī)額定電流和主變壓器變比的計算。對于發(fā)電機(jī)額定電流，根據(jù)發(fā)電機(jī)功率、額定電壓和功率因數(shù)之間的關(guān)系，利用公式即可求出。主變壓器變比則是二次側(cè)電壓與一次側(cè)電壓的比值，明確兩側(cè)電壓值后可直接計算。4.某發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)采用高壓廠用變壓器和低壓廠用變壓器兩級供電，高壓廠用變壓器容量為(20MVA)，變比為(10.5/6.3kV)，低壓廠用變壓器容量為(1000kVA)，變比為(6.3/0.4kV)。當(dāng)高壓廠用母線電壓為(6kV)時，計算低壓廠用母線的理論電壓。(1).先計算高壓廠用變壓器的變比(k_{1})：(k_{1}=10.56.3=5(2).計算高壓廠用變壓器二次側(cè)實際電壓(U_{21})與額定電壓的關(guān)系：已知高壓廠用母線電壓(U_{21}=6kV)，額定二次側(cè)電壓(U_{2N1}=6.3kV)。(3).計算低壓廠用變壓器的變比(k_{2})：(k_{2}=6.30.4=63(4).計算低壓廠用母線的理論電壓(U_{22})：設(shè)低壓廠用母線理論電壓為(U_{22})，根據(jù)電壓關(guān)系(U_{22}=U21U2N1×答案：低壓廠用母線的理論電壓約為(381V)。解析：本題通過兩級變壓器的變比和高壓廠用母線電壓來計算低壓廠用母線的理論電壓。關(guān)鍵在于理解變壓器變比的概念以及不同電壓等級之間的傳遞關(guān)系，根據(jù)變比和實際電壓值逐步推導(dǎo)得出低壓廠用母線的理論電壓。三、電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)5.某變電站的(110kV)母線裝設(shè)了氧化鋅避雷器，其額定電壓為(108kV)，持續(xù)運(yùn)行電壓為(84kV)，標(biāo)稱放電電流下的殘壓為(260kV)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生操作過電壓，過電壓倍數(shù)為(3)倍相電壓時，判斷避雷器是否能可靠保護(hù)母線設(shè)備。(1).計算(110kV)系統(tǒng)的相電壓(U_{ph})：(U_{110kV})系統(tǒng)的線電壓(U_{l}=110kV)，相電壓(U_{ph}=Ul3=110(2).計算操作過電壓值(U_{op})：已知過電壓倍數(shù)為(3)倍相電壓，則(U_{op}=3U_{ph}=3×63.5(3).比較操作過電壓值與避雷器殘壓：避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓為(260kV)，操作過電壓值(U_{op}=190.5kV<260kV)。答案：避雷器能可靠保護(hù)母線設(shè)備。解析：本題主要考查避雷器對母線設(shè)備的保護(hù)作用判斷。通過計算系統(tǒng)的相電壓和操作過電壓值，并與避雷器的殘壓進(jìn)行比較。若操作過電壓值小于避雷器殘壓，則避雷器能可靠保護(hù)母線設(shè)備，反之則不能。6.某輸電線路采用架空避雷線進(jìn)行防雷保護(hù)，避雷線的保護(hù)角為(20^{°})，導(dǎo)線平均高度為(15m)，避雷線平均高度為(20m)。計算該線路的繞擊率。(1).首先明確繞擊率的計算公式：對于(110-220kV)線路，繞擊率(P_{a})與保護(hù)角(α)有關(guān)，當(dāng)(α<30{°})時，(P_{a}=0.15×10{(2).代入保護(hù)角(α=20^{°})計算繞擊率(P_{a})：(P_{a}=0.15×10{2086}≈0.15×10{0.233}答案：該線路的繞擊率約為(0.256%)。解析：本題考查輸電線路繞擊率的計算，關(guān)鍵在于掌握繞擊率與保護(hù)角之間的關(guān)系公式。根據(jù)已知的保護(hù)角，代入相應(yīng)公式即可計算出繞擊率。四、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)7.某(110kV)輸電線路采用三段式電流保護(hù)，已知線路末端最大三相短路電流為(3000A)，最小三相短路電流為(2000A)，線路首端最大三相短路電流為(5000A)，最小三相短路電流為(4000A)。計算電流速斷保護(hù)的動作電流。(1).電流速斷保護(hù)的動作電流整定原則：電流速斷保護(hù)的動作電流(I_{op})應(yīng)躲過被保護(hù)線路末端的最大三相短路電流(I_{k.max})。(2).確定動作電流值：已知線路末端最大三相短路電流(I_{k.max}=3000A)，考慮一定的可靠系數(shù)(K_{rel})，一般取(K_{rel}=1.2-1.3)，這里取(K_{rel}=1.2)。則(I_{op}=K_{rel}I_{k.max}=1.2×3000答案：電流速斷保護(hù)的動作電流為(3600A)。解析：電流速斷保護(hù)的動作電流整定是為了保證在被保護(hù)線路外部短路時不動作，因此需要躲過線路末端的最大三相短路電流。引入可靠系數(shù)是為了考慮各種因素的影響，確保保護(hù)的可靠性。8.某變壓器采用差動保護(hù)，變壓器容量為(10MVA)，電壓比為(110/10.5kV)，計算變壓器兩側(cè)的額定電流，并確定差動保護(hù)的不平衡電流允許值。(1).計算變壓器高壓側(cè)額定電流(I_{N1})：根據(jù)(S_{N}=3U_{1N}I_{N1})，其中(S_{N}=10MVA)，(U_{1N}=110kV)，可得(I_{N1}=SN3U1(2).計算變壓器低壓側(cè)額定電流(I_{N2})：同理，(U_{2N}=10.5kV)，則(I_{N2}=SN3U2(3).確定差動保護(hù)的不平衡電流允許值：一般情況下，差動保護(hù)的不平衡電流允許值(I_{unb})取為(0.05I_{N})（(I_{N})取兩側(cè)額定電流中較大者），這里(I_{N}=I_{N2}=550A)，則(I_{unb}=0.05×550答案：變壓器高壓側(cè)額定電流約為(52.5A)，低壓側(cè)額定電流約為(550A)，差動保護(hù)的不平衡電流允許值為(27.5A)。解析：本題先根據(jù)變壓器容量和兩側(cè)電壓計算出兩側(cè)額定電流，利用功率公式即可求解。對于差動保護(hù)的不平衡電流允許值，通常按照一定比例（如(0.05)倍）取兩側(cè)額定電流中較大者，這是為了保證差動保護(hù)的正常運(yùn)行和可靠性。五、接地9.某變電站的接地網(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)扁鋼，垂直接地極采用(?50×5)鋼管，接地網(wǎng)總面積為(1000m^{2})，土壤電阻率為(100Ω(1).對于面積較大的接地網(wǎng)，可采用經(jīng)驗公式(R≈ρS)（(ρ(2).代入數(shù)據(jù)計算：已知(ρ=100Ω?m)，(S=1000m^{2})，則(R≈1001000≈3.16答案：接地網(wǎng)的工頻接地電阻約為(3.16Ω)。解析：本題根據(jù)接地網(wǎng)的特點和已知條件，選用合適的經(jīng)驗公式計算工頻接地電阻。該經(jīng)驗公式適用于面積較大的接地網(wǎng)，通過土壤電阻率和接地網(wǎng)總面積可快速估算接地電阻值。10.某建筑物的防雷接地系統(tǒng)與電氣設(shè)備的保護(hù)接地系統(tǒng)共用接地裝置，接地電阻要求不大于(4Ω)。經(jīng)測量，現(xiàn)有的接地裝置接地電阻為(6Ω)，若要滿足接地電阻要求，可采取哪些措施？(1).增加垂直接地極數(shù)量：垂直接地極可以增加接地極與土壤的接觸面積，降低接地電阻。通過增加垂直接地極的數(shù)量，能夠有效改善接地效果。(2).更換接地極材料：選擇導(dǎo)電性能更好的接地極材料，如銅材等，其電阻率較低，可以降低接地電阻。(3).采用降阻劑：在接地極周圍施加降阻劑，降阻劑可以改善土壤的導(dǎo)電性能，降低土壤電阻率，從而降低接地電阻。答案：可采取增加垂直接地極數(shù)量、更換接地極材料、采用降阻劑等措施。解析：當(dāng)現(xiàn)有的接地裝置接地電阻不滿足要求時，需要從增加接地極與土壤的接觸面積、改善接地極材料的導(dǎo)電性能以及降低土壤電阻率等方面入手。增加垂直接地極數(shù)量可以增加接觸面積，更換接地極材料可提高導(dǎo)電性能，采用降阻劑能降低土壤電阻率，這些措施都有助于降低接地電阻，使其滿足要求。六、電纜11.某電纜線路采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，電纜型號為YJV-26/35-3×240，其長期允許載流量為(400A)，當(dāng)環(huán)境溫度為(35{°}C)時，計算電纜的實際允許載流量。（已知環(huán)境溫度為(25{°}C)時為基準(zhǔn)載流量，溫度校正系數(shù)(K_{t})在(35^{°}C)時為(0.94)）(1).根據(jù)實際允許載流量(I_{實}=K_{t}I_{基})（(I_{基})為基準(zhǔn)載流量，(K_{t})為溫度校正系數(shù)）。(2).已知(I_{基}=400A)，(K_{t}=0.94)，則(I_{實}=0.94×400答案：電纜的實際允許載流量為(376A)。解析：電纜的載流量會受到環(huán)境溫度的影響，通過溫度校正系數(shù)可以將基準(zhǔn)載流量修正為實際環(huán)境溫度下的允許載流量。根據(jù)給定的溫度校正系數(shù)和基準(zhǔn)載流量，代入公式即可計算出實際允許載流量。12.某電纜溝內(nèi)敷設(shè)了多條電纜，電纜排列方式為水平排列，相鄰電纜中心間距為(100mm)，電纜外徑為(80mm)。計算電纜的散熱系數(shù)。（散熱系數(shù)計算較復(fù)雜，這里給出經(jīng)驗公式(K=11+0.1(1).代入數(shù)據(jù)計算：已知(d=80mm)，(s=100mm)，則(K=11+0.1×答案：電纜的散熱系數(shù)約為(0.926)。解析：本題根據(jù)給定的經(jīng)驗公式計算電纜的散熱系數(shù)，該系數(shù)與電纜外徑和相鄰電纜中心間距有關(guān)。明確各參數(shù)值后，代入公式即可得出散熱系數(shù)，散熱系數(shù)反映了電纜在特定排列方式下的散熱情況。七、電氣設(shè)備選擇13.某(10kV)母線需要選擇斷路器，已知母線的最大持續(xù)工作電流為(800A)，短路電流周期分量有效值(I_{k}=20kA)，短路電流沖擊值(i_{sh}=50kA)。選擇合適的斷路器額定電流和額定開斷電流。(1).選擇斷路器額定電流(I_{N})：斷路器額定電流應(yīng)大于等于母線的最大持續(xù)工作電流，所以(I_{N}≥800A)，可選擇額定電流為(1000A)的斷路器。(2).選擇斷路器額定開斷電流(I_{br})：斷路器額定開斷電流應(yīng)大于等于短路電流周期分量有效值，即(I_{br}≥I_{k}=20kA)，可選擇額定開斷電流為(25kA)的斷路器。答案：斷路器額定電流選擇(1000A)，額定開斷電流選擇(25kA)。解析：選擇斷路器時，額定電流要滿足母線最大持續(xù)工作電流的要求，以保證正常運(yùn)行時斷路器不會過載。額定開斷電流要能夠切斷短路電流周期分量有效值，確保在短路故障發(fā)生時斷路器能可靠動作，保障電力系統(tǒng)的安全。14.某(35kV)電壓互感器需要選擇，已知母線電壓為(35kV)，二次側(cè)額定電壓為(100V)，準(zhǔn)確級為(0.5)級。選擇合適的電壓互感器變比和容量。(1).計算電壓互感器變比(k)：變比(k=U1NU(2).選擇電壓互感器容量：根據(jù)二次側(cè)所接負(fù)載的大小來選擇容量，一般對于(0.5)級準(zhǔn)確級的電壓互感器，常見容量有(50VA)、(100VA)等。若二次側(cè)負(fù)載較小，可選擇(50VA)的電壓互感器；若負(fù)載較大，則選擇(100VA)等更大容量的電壓互感器。答案：電壓互感器變比為(350)，容量可根據(jù)二次側(cè)負(fù)載大小選擇(50VA)或(100VA)等。解析：電壓互感器的變比是一次側(cè)額定電壓與二次側(cè)額定電壓的比值，根據(jù)母線電壓和二次側(cè)額定電壓可直接計算。容量的選擇則需要考慮二次側(cè)負(fù)載的大小，以保證電壓互感器能夠準(zhǔn)確測量電壓，同時滿足準(zhǔn)確級的要求。八、照明15.某工廠車間的面積為(500m^{2})，要求平均照度為(300lx)，采用熒光燈照明，熒光燈的光通量為(3000lm)，燈具的利用系數(shù)為(0.6)，維護(hù)系數(shù)為(0.8)。計算需要的燈具數(shù)量。(1).根據(jù)平均照度計算公式(E=NΦKU(2).變形可得(N=ES(3).代入數(shù)據(jù)計算：已知(E=300lx)，(S=500m^{2})，(Φ=3000lm)，(K=0.8)，(U=0.6)，則(N=300×5003000×答案：需要的燈具數(shù)量為(105)盞。解析：本題根據(jù)平均照度的計算公式，通過已知的平均照度、照明面積、光通量、利用系數(shù)和維護(hù)系數(shù)，反推所需的燈具數(shù)量。由于燈具數(shù)量必須為整數(shù)，所以計算結(jié)果需向上取整。16.某辦公室采用LED燈具照明，燈具的功率為(20W)，光通量為(2000lm)，計算燈具的發(fā)光效率。(1).發(fā)光效率(η=ΦP)（(Φ(2).代入數(shù)據(jù)計算：已知(Φ=2000lm)，(P=20W)，則(η=200020答案：燈具的發(fā)光效率為(100lm/W)。解析：發(fā)光效率是衡量燈具性能的重要指標(biāo)，它表示單位功率下燈具發(fā)出的光通量。根據(jù)給定的光通量和功率，代入公式即可計算出發(fā)光效率，發(fā)光效率越高，燈具越節(jié)能。九、自動控制17.某電力系統(tǒng)的自動調(diào)頻裝置采用比例積分控制，已知系統(tǒng)的頻率偏差(Δf=0.2Hz)，比例系數(shù)(K_{P}=10)，積分系數(shù)(K_{I}=2)，計算調(diào)頻裝置的控制輸出(ΔP)。（控制輸出(ΔP=K_{P}Δf+K_{I}∫Δfdt)，假設(shè)初始時刻(∫Δfdt=0)）(1).因為初始時刻(∫Δfdt=0)，所以(ΔP=K_{P}Δf+K_{I}∫Δfdt=K_{P}Δf)。(2).代入數(shù)據(jù)計算：已知(K_{P}=10)，(Δf=0.2Hz)，則(ΔP=10×0.2=答案：調(diào)頻裝置的控制輸出為(2)（單位根據(jù)具體系統(tǒng)確定）。解析：本題根據(jù)自動調(diào)頻裝置的比例積分控制公式計算控制輸出。在初始時刻積分項為(0)的情況下，控制輸出僅由比例項決定，明確比例系數(shù)和頻率偏差后，代入公式即可計算出控制輸出。18.某自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為(G(s)=5s2+(1).令傳遞函數(shù)的分母為(0)，即(s^{2}+3s+2=0)。(2).求解一元二次方程：對于(ax^{2}+bx+c=0)（這里(a=1)，(b=3)，(c=2)），根據(jù)求根公式(s=?b則(s=?3±3解得(s_{1}=-1)，(s_{2}=-2)。答案：系統(tǒng)的極點為(s_{1}=-1)，(s_{2}=-2)。解析：系統(tǒng)的極點是傳遞函數(shù)分母多項式的根。通過令傳遞函數(shù)的分母等于(0)，得到一個一元二次方程，利用求根公式求解該方程，即可得到系統(tǒng)的極點，極點對于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能具有重要意義。十、通信19.某電力通信系統(tǒng)采用光纖通信，光纖的衰減系數(shù)為(0.2dB/km)，光發(fā)射機(jī)的輸出光功率為(3dBm)，光接收機(jī)的靈敏度為(-30dBm)，計算該光纖通信系統(tǒng)的最大傳輸距離。(1).根據(jù)光功率傳輸公式(P_{r}=P_{t}-αL)（(P_{r})為光接收機(jī)靈敏度，(P_{t})為光發(fā)射機(jī)輸出光功率，(α)為光纖衰減系數(shù)，(L)為傳輸距離）。(