2025年(全新)发电厂电气主系统全国自考试卷及答案解析

2025年(全新)发电厂电气主系统全国自考试卷及答案解析一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出。1.某2×1000MW超超临界机组发电厂，发电机出口电压27kV，主变压器采用单元接线接入500kV系统。其主接线形式最合理的选择是（）A.单母线分段接线B.双母线接线C.3/2断路器接线D.桥形接线2.高压断路器的额定开断电流应大于等于（）A.最大负荷电流B.短路电流非周期分量初始值C.短路电流周期分量有效值D.短路冲击电流3.中性点经消弧线圈接地系统中，消弧线圈的主要作用是（）A.提高系统零序阻抗B.补偿单相接地电容电流C.限制短路电流D.降低过电压幅值4.厂用电系统中，低压厂用变压器（380V）的接线组别通常采用（）A.Yyn0B.Dyn11C.Yd11D.YNy05.校验电流互感器的动稳定时，需比较（）A.额定短时热电流与短路电流周期分量有效值B.额定动稳定电流与短路冲击电流C.额定一次电流与最大工作电流D.二次额定容量与实际负载6.某110kV线路采用架空出线，其雷电过电压防护的主要措施是（）A.装设氧化锌避雷器B.架设避雷线C.安装耦合电容器D.采用绝缘横担7.发电机-变压器组接线中，发电机出口通常不装设断路器的主要原因是（）A.减少投资成本B.发电机出口短路电流较小C.发电机内部故障由差动保护切除D.提高系统稳定性8.计算短路电流时，系统元件的电抗通常采用（）A.标幺值B.有名值C.百分值D.欧姆值9.双母线接线中，设置母联断路器的主要作用是（）A.隔离故障母线B.实现母线并列或分列运行C.提高母线动稳定能力D.限制短路电流10.厂用电源切换时，最理想的切换方式是（）A.快速切换B.同期捕捉切换C.残压切换D.延时切换二、多项选择题（本大题共5小题，每小题3分，共15分）每小题列出的四个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其选出，错选、多选或少选均无分。11.以下属于发电厂电气主系统一次设备的有（）A.发电机B.变压器C.母线保护装置D.隔离开关12.影响短路电流大小的主要因素包括（）A.系统运行方式B.短路点位置C.元件电抗参数D.继电保护动作时间13.3/2断路器接线的优点包括（）A.可靠性高，任意一台断路器检修不影响供电B.操作复杂，倒闸操作时间长C.占地面积小，投资成本低D.接线清晰，扩建方便14.厂用电系统设计的基本原则包括（）A.保证供电可靠性和连续性B.接线简单清晰，操作方便C.尽量降低厂用电率D.采用单母线分段接线，每段只接一台变压器15.过电压保护的措施包括（）A.装设避雷器B.架设避雷线C.优化接地装置D.提高设备绝缘水平三、简答题（本大题共5小题，每小题5分，共25分）16.简述单母线分段接线与双母线接线的主要区别及适用场景。17.变压器并列运行需满足哪些条件？不满足时可能产生什么后果？18.厂用电系统为什么要设置备用电源？常用的备用电源接线方式有哪些？19.什么是短路电流的热效应？校验电气设备热稳定时需满足什么条件？20.简述氧化锌避雷器相较于传统碳化硅避雷器的主要优势。四、计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）21.某发电厂110kV母线系统接线如图所示（注：图中各元件参数为标幺值，基准容量Sj=100MVA，基准电压Uj=115kV）：发电机G电抗XG=0.2，主变压器T1电抗XT1=0.15，系统电源电抗XS=0.1。计算110kV母线发生三相短路时的次暂态电流I''、冲击电流ich及短路容量S''。22.某厂用变压器额定容量为2000kVA，额定电压6.3kV/0.4kV，阻抗电压Uk%=6。低压侧母线三相短路时，变压器高压侧短路电抗标幺值（以高压侧6kV为基准电压，基准容量Sj=100MVA）为0.3。计算低压侧母线三相短路时的短路电流周期分量有效值（结果保留两位小数）。五、综合分析题（本大题共1小题，20分）23.某新建2×660MW超超临界燃煤发电厂，发电机出口电压27kV，主变压器容量780MVA，接入500kV系统。请分析：（1）主接线形式的选择依据及推荐方案；（2）主变压器的接线组别及中性点接地方式；（3）发电机出口是否需要装设断路器，说明理由；（4）500kV配电装置的选型（GIS或AIS），并分析其优缺点。答案及解析一、单项选择题1.答案：C解析：2×1000MW机组属于大容量发电厂，500kV系统为重要输电枢纽，需极高的供电可靠性。3/2断路器接线具有高度可靠性（任意断路器检修不影响供电）、灵活性（操作方便）和扩展性，适合大型电厂接入超高压系统。2.答案：C解析：断路器的额定开断电流是指其能可靠开断的最大短路电流周期分量有效值，非周期分量会随时间衰减，开断时主要考虑周期分量。3.答案：B解析：中性点经消弧线圈接地系统中，消弧线圈通过电感电流补偿单相接地时的电容电流，使故障点电弧自熄，避免发展为相间短路。4.答案：B解析：Dyn11接线的低压厂变可提供零序电流通路，抑制三次谐波，且单相短路电流较大，有利于保护动作，符合低压厂用电系统要求。5.答案：B解析：动稳定校验需比较设备的额定动稳定电流（峰值）与短路冲击电流（峰值），确保设备承受短路时的电动力不损坏。6.答案：B解析：110kV架空线路雷电过电压防护的主要措施是架设避雷线（保护角一般20°-30°），配合接地装置降低雷击跳闸率，避雷器为辅助措施。7.答案：C解析：发电机-变压器组接线中，发电机出口短路由变压器高压侧断路器切除（因发电机出口短路电流受变压器电抗限制较小），且发电机内部故障由纵差保护快速动作，无需额外断路器。8.答案：A解析：短路电流计算中，标幺值可简化不同电压等级元件的电抗计算，便于统一比较，是工程常用方法。9.答案：B解析：双母线接线中，母联断路器用于连接两组母线，实现母线并列运行（正常方式）或分列运行（故障时隔离母线），是倒闸操作的关键设备。10.答案：A解析：快速切换（切换时间<50ms）在母线残压与备用电源电压相位差较小时完成切换，对电动机冲击最小，是厂用电源切换的理想方式。二、多项选择题11.答案：ABD解析：一次设备是直接参与电能生产、传输和分配的设备（发电机、变压器、隔离开关）；母线保护装置属于二次设备（监控、保护用）。12.答案：ABC解析：短路电流大小由系统运行方式（最大/最小方式）、短路点位置（靠近电源则电流大）、元件电抗（电抗小则电流大）决定；继电保护动作时间影响切除时间，但不影响短路电流初始值。13.答案：AD解析：3/2接线可靠性高（任意断路器检修不影响供电）、接线清晰（每回线路接两台断路器）、扩建方便（可按串扩展）；缺点是操作较复杂、投资高。14.答案：ABC解析：厂用电设计需保证可靠（连续供电）、简单（减少操作环节）、经济（降低厂用电率）；单母线分段可接多台变压器（如工作变+备用变）。15.答案：ABCD解析：过电压保护措施包括避雷器（限制幅值）、避雷线（直击雷防护）、接地装置（降低接地电阻）、提高绝缘（耐受能力）。三、简答题16.主要区别：单母线分段接线将母线分为两段，通过分段断路器连接；双母线接线有两组母线，通过母联断路器连接，各回路可切换至任一母线。适用场景：单母线分段用于出线较少、可靠性要求一般的中低压系统（如10kV-35kV）；双母线用于出线多、可靠性要求高的高压系统（如110kV-220kV）。17.并列条件：变比相同（误差≤±0.5%）、接线组别相同、阻抗电压相同（误差≤±10%）。后果：变比不同导致环流；接线组别不同导致大环流（相位差30°时环流可达额定电流数倍）；阻抗电压不同导致负载分配不均（阻抗小的变压器过载）。18.原因：工作电源故障或检修时，备用电源保障厂用负荷连续供电（如给水泵、风机等），避免停机。接线方式：明备用（专用备用变压器）、暗备用（工作变压器互为备用，容量按100%设计）。19.热效应：短路电流通过设备时，产生的热量使设备温度升高（因时间短，可视为绝热过程）。校验条件：设备的额定短时热电流的平方乘以时间（I²t）≥短路电流周期分量有效值的平方乘以短路持续时间（I∞²t），确保设备不被烧毁。20.优势：无间隙结构（避免间隙击穿问题）、伏安特性更平坦（残压低）、通流能力大（可吸收大能量）、无续流（动作后无工频续流）、体积小（便于安装）。四、计算题21.解：总电抗标幺值X=XG+XT1+XS=0.2+0.15+0.1=0.45次暂态电流标幺值I''=1/X=1/0.45≈2.222基准电流Ij=Sj/(√3Uj)=100/(√3×115)≈0.502kA次暂态电流I''=I''×Ij≈2.222×0.502≈1.116kA冲击电流ich=2.55×I''≈2.55×1.116≈2.846kA短路容量S''=I''×Sj≈2.222×100≈222.2MVA22.解：变压器低压侧基准电流Ij=Sj/(√3Uj)=100/(√3×0.4)≈144.34kA变压器阻抗标幺值XT=Uk%×Sj/(100×SN)=6×100/(100×2)=3（注：SN=2000kVA=2MVA）总电抗标幺值X=高压侧电抗标幺值+变压器电抗标幺值=0.3+3=3.3短路电流周期分量标幺值I=1/X=1/3.3≈0.303低压侧短路电流有效值I=I×Ij≈0.303×144.34≈43.73kA五、综合分析题23.（1）主接线形式：推荐500kV采用3/2断路器接线，发电机-变压器组采用单元接线。依据：660MW机组为大容量主力机组，500kV系统需极高可靠性（3/2接线任意断路器检修不影响供电）；单元接线减少中间环节（发电机→主变→500kV母线），简化接线，提高效率。（2）主变压器接线组别：500kV侧为Yn（中性点直接接地），27kV侧为d（消除三次谐波），即Yn,d11。中性点接地方式：500kV侧中性点直接接地（系统为大电流接地系统），27kV侧不接地（发电机中性点经高阻接地）。（3）发电机出口不装设断路器：发电机出口短路电流受主