2025年发电厂电气部分试题(附答案)

2025年发电厂电气部分试题(附答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某2×660MW火力发电厂发电机额定容量为700MVA，额定电压18kV，采用单元接线接入500kV系统。其主变压器的连接组别应选择（）。A.Yd11B.YNy0C.Dd0D.Yyn02.下列关于SF₆断路器的描述中，错误的是（）。A.灭弧能力强，适合频繁操作B.断口电压高，可用于超高压系统C.需定期检测SF₆气体湿度D.灭弧介质为惰性气体，无温室效应3.厂用电系统中，6kV电动机自启动时，母线电压最低应不低于额定电压的（）。A.60%B.70%C.80%D.90%4.中性点不接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压升高至（）倍相电压。A.√2B.√3C.2D.35.发电机-变压器组单元接线中，发电机出口通常不装设断路器的主要原因是（）。A.节省投资B.减少故障点C.发电机出口短路电流小D.变压器高压侧断路器可替代保护6.某35kV配电装置采用户内布置，导体选择矩形铝排，其长期允许载流量校验时，环境温度应取（）。A.25℃B.30℃C.35℃D.40℃7.下列过电压中，属于内部过电压的是（）。A.直击雷过电压B.感应雷过电压C.操作过电压D.雷电侵入波过电压8.变压器差动保护不能反映的故障是（）。A.绕组匝间短路B.引出线相间短路C.铁芯多点接地D.套管闪络9.某110kV变电站主接线为单母线分段，当一段母线故障时，正确的隔离操作顺序是（）。A.先跳分段断路器，再跳故障母线所有出线断路器B.先跳故障母线所有出线断路器，再跳分段断路器C.直接跳分段断路器D.先跳主变压器断路器，再跳分段断路器10.新能源发电厂（如海上风电场）接入系统时，其电气主接线设计需重点考虑的是（）。A.降低短路电流水平B.提高系统频率稳定性C.满足低电压穿越要求D.减少厂用电负荷二、填空题（每空1分，共20分）1.发电厂电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性、经济性、（）和（）。2.高压断路器的主要参数有额定电压、额定电流、（）、（）和额定短路关合电流。3.厂用电系统的备用方式包括（）备用和（）备用，其中（）备用需设置专用的备用变压器。4.短路电流计算中，基准容量通常取（）MVA，基准电压取（）电压。5.发电机定子绕组的主要保护包括（）、（）和过负荷保护。6.气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的主要优点是（）、（）和运行可靠性高。7.中性点经消弧线圈接地系统中，消弧线圈的补偿方式包括（）、（）和（），我国通常采用（）补偿。8.变压器瓦斯保护的动作信号分为（）和（），分别对应轻微故障和严重故障。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述双母线接线的主要优缺点及适用场景。2.说明厂用电动机自启动的概念及其对厂用电系统的影响。3.发电机-变压器组单元接线与扩大单元接线的区别是什么？各自适用于何种容量的机组？4.简述变压器差动保护的原理及不平衡电流的主要来源。5.分析中性点直接接地系统与中性点不接地系统在单相接地故障时的差异。四、计算题（每题10分，共30分）1.某110kV系统接线如图1所示（注：图中参数为：发电机G：S_N=300MVA，X_d''=0.15；变压器T：S_N=315MVA，U_k%=10.5；线路L：每公里电抗0.4Ω，长度50km；基准容量S_j=100MVA，基准电压U_j=115kV）。计算110kV母线B点发生三相短路时的短路电流周期分量有效值I_k''。2.某发电厂6kV厂用母线拟选用矩形铝导体（平放），已知最大持续工作电流I_g=2500A，环境温度θ_0=35℃，导体长期允许载流量I_a=3000A（θ_a=70℃，θ_0=25℃），经济电流密度J=0.8A/mm²。试校验导体的长期发热是否合格，并计算其经济截面（铝导体温度修正系数K=√[(θ_a-θ_0')/(θ_a-θ_0)]，θ_0'为实际环境温度）。3.某2×300MW机组厂用电系统，最大单台电动机容量为2000kW（η=0.9，cosφ=0.85），厂用变压器额定容量为31.5MVA，阻抗电压U_k%=10。校验厂用变压器在电动机自启动时的容量是否满足要求（自启动时变压器低压侧母线电压U=0.7U_N，电动机启动电流倍数K_q=6，变压器负载系数β=0.8）。五、分析题（20分）某220kV变电站采用双母线接线（母线Ⅰ、母线Ⅱ），正常运行时母联断路器闭合，所有出线均分接于两段母线。某日母线Ⅰ发生单相接地故障，试分析：（1）故障后母线保护的动作逻辑；（2）运行人员应如何隔离故障母线并恢复供电；（3）若故障导致母线Ⅰ无法短时修复，需将所有出线倒至母线Ⅱ运行，简述倒闸操作的关键步骤及注意事项。参考答案一、单项选择题1.A（发电机-变压器组主变通常采用Yd11接线，可抑制三次谐波，满足系统相位要求）2.D（SF₆气体是温室气体，全球变暖潜值高）3.B（规范要求6kV电动机自启动时母线电压不低于70%额定电压）4.B（中性点不接地系统单相接地时，非故障相电压升高为线电压，即√3倍相电压）5.B（发电机出口不设断路器可减少故障点，提高可靠性，且变压器高压侧断路器可提供保护）6.B（户内配电装置导体长期载流量校验环境温度取30℃）7.C（操作过电压属于内部过电压，其余为雷电过电压）8.C（铁芯多点接地属于变压器内部接地故障，差动保护不反应，由瓦斯保护或接地保护动作）9.A（单母线分段接线母线故障时，应先跳分段断路器隔离故障段，再跳故障母线出线断路器）10.C（新能源机组需满足低电压穿越要求，主接线设计需考虑无功补偿和电压支撑）二、填空题1.可扩展性；先进性（或符合环保要求）2.额定短路开断电流；额定操作循环3.明备用；暗备用；明4.100；平均额定5.纵联差动保护；定子接地保护6.占地面积小；抗环境干扰能力强7.欠补偿；全补偿；过补偿；过8.轻瓦斯（信号）；重瓦斯（跳闸）三、简答题1.双母线接线优缺点及适用场景：优点：①检修母线时不中断供电；②检修任一回路断路器时，可通过倒母线操作由母联断路器临时替代；③调度灵活，可分列或并列运行。缺点：①接线复杂，设备数量多，投资高；②倒母线操作繁琐，易误操作；③母线故障或检修时，需切换全部回路，影响部分负荷。适用场景：220kV及以上电压等级的枢纽变电站，或出线回路数多（≥8回）、可靠性要求高的发电厂。2.厂用电动机自启动概念及影响：概念：当厂用母线电压因故障或停电恢复后，电动机在电压恢复过程中由残余转矩和电压恢复后的电磁转矩共同作用重新启动的过程。影响：①自启动时电动机启动电流大（约5-8倍额定电流），导致厂用母线电压骤降；②若电压过低，可能导致部分电动机无法启动，影响机组安全；③需校验厂用变压器容量和母线电压，确保自启动成功。3.单元接线与扩大单元接线的区别及适用容量：区别：单元接线为1台发电机接1台主变压器；扩大单元接线为2台发电机接1台主变压器。适用容量：单元接线适用于300MW及以上大容量机组（单机容量大，变压器容量匹配）；扩大单元接线适用于100-200MW中小容量机组（减少变压器数量，降低投资）。4.变压器差动保护原理及不平衡电流来源：原理：比较变压器各侧电流的大小和相位，正常运行或区外故障时，差流为零（或很小）；区内故障时，差流超过整定值，保护动作。不平衡电流来源：①变压器励磁涌流；②各侧电流互感器变比误差；③变压器分接头调整引起的变比不一致；④各侧电流相位不同（如Yd11接线需相位补偿）。5.中性点直接接地与不接地系统单相接地差异：①故障电流：直接接地系统单相接地电流大（接近三相短路电流）；不接地系统电流小（仅为电容电流）。②电压变化：直接接地系统非故障相电压基本不变（仍为相电压）；不接地系统非故障相电压升高至线电压（√3倍相电压）。③处理方式：直接接地系统需立即跳闸切除故障；不接地系统可带故障运行1-2小时，查找故障点。④绝缘要求：直接接地系统设备绝缘水平低（按相电压设计）；不接地系统设备绝缘水平高（按线电压设计）。四、计算题1.短路电流计算（标幺值法）：（1）发电机电抗标幺值：X_G=X_d''×(S_j/S_N)=0.15×(100/300)=0.05（2）变压器电抗标幺值：X_T=(U_k%/100)×(S_j/S_N)=(10.5/100)×(100/315)=0.0333（3）线路电抗标幺值：X_L=0.4×50=20Ω，X_L=X_L×(S_j/U_j²)=20×(100/115²)=0.151（4）总电抗标幺值：X_Σ=X_G+X_T+X_L=0.05+0.0333+0.151=0.2343（5）短路电流周期分量有效值：I_k''=S_j/(√3×U_j×X_Σ)=100/(√3×115×0.2343)≈2.14kA2.导体长期发热校验及经济截面计算：（1）温度修正系数K=√[(70-35)/(70-25)]=√(35/45)=√0.777≈0.882（2）修正后允许载流量I_a'=K×I_a=0.882×3000≈2646A（3）最大持续工作电流I_g=2500A≤I_a'=2646A，长期发热合格。（4）经济截面S_j=I_g/J=2500/0.8=3125mm²（实际选接近的标准截面，如125×10mm²铝排，截面1250mm²？注：此处可能题目参数需调整，实际经济电流密度计算时，若I_g=2500A，J=0.8，则S=3125mm²，需选用多片矩形导体并联，如4片125×10mm²铝排，总截面5000mm²，满足要求）3.厂用变压器自启动容量校验：（1）单台电动机额定电流I_m=P/(√3×U×η×cosφ)=2000/(√3×6×0.9×0.85)≈240A（2）自启动时电动机总电流I_q=K_q×I_m×n（假设n台电动机同时自启动，题目未明确数量，假设为全部电动机，此处可能需补充条件。若按变压器负载系数β=0.8，额定电流I_TN=31.5×10³/(√3×6)=3030A，自启动时电流I_zd=β×I_TN×(U_N/U)=0.8×3030×(1/0.7)≈3463A（3）若单台电动机启动电流6×240=1440A，若多台总电流不超过3463A，则容量满足。实际校验公式为：S_T≥(K_q×P_m)/(√3×U×η×cosφ×U)，代入数据得S_T≥(6×2000)/(√3×6×0.9×0.85×0.7)≈31.5MVA，与变压器额定容量相等，故满足。五、分析题（1）母线保护动作逻辑：母线Ⅰ发生单相接地故障时，母线保护（如比率差动保护）检测到母线Ⅰ差动电流超过整定值，立即跳开母线Ⅰ上所有连接元件的断路器（包括母联断路器、出线断路器、主变断路器），同时闭锁母线Ⅱ保护，避免误动。（2）隔离故障母线及恢复供电步骤：①确认母线Ⅰ所有断路器已跳开，检查母线Ⅰ电压指示为零；②拉开母线Ⅰ上所有出线断路器的母线侧隔离开关（如出线L1的Ⅰ母隔离开关），断开故障母线与系统的连接；③检查母线Ⅱ及连接设备无异常后，合上母联断路器，恢复母线Ⅱ供电；④逐条将出线倒至母线Ⅱ运行（合出线Ⅱ母隔离开关，检查同期后合断路器）。（3）倒闸操作关键步骤及注意事项：关键步骤：①核