2025年电气设备及主系统试题与参考答案

2025年电气设备及主系统试题与参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某220kV变电站主变压器采用无励磁调压方式，其调压范围通常为（）。A.±5%B.±8×1.25%C.±10%D.±4×2.5%2.下列高压断路器中，灭弧能力最强且适合频繁操作的是（）。A.少油断路器B.SF6断路器C.真空断路器D.压缩空气断路器3.中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流相位关系为（）。A.同相B.反相C.超前90°D.滞后90°4.某35kV系统最大运行方式下三相短路电流为12kA，最小运行方式下两相短路电流为（）。A.10.39kAB.9.52kAC.8.48kAD.6kA5.分裂电抗器正常运行时的电抗值为单臂电抗的（）。A.1/4B.1/2C.2倍D.4倍6.用于测量高电压的电容式电压互感器（CVT）中，分压电容的连接方式为（）。A.串联B.并联C.星形D.三角形7.220kV线路保护配置中，作为主保护的是（）。A.过电流保护B.距离保护Ⅰ段C.纵联差动保护D.零序过电流保护8.某110kV变电站主接线采用内桥接线，其适用场景为（）。A.变压器频繁投切B.线路长度短且故障少C.出线回路数多D.系统联络线多9.校验高压导体热稳定时，计算用的短路电流持续时间应为（）。A.主保护动作时间+断路器全开断时间B.后备保护动作时间+断路器全开断时间C.主保护动作时间D.断路器全开断时间10.发电机-变压器单元接线中，发电机出口通常不装设断路器的主要原因是（）。A.减少投资B.发电机出口短路电流小C.提高供电可靠性D.简化接线二、填空题（每空1分，共20分）1.高压断路器的额定开断电流是指在额定电压下能可靠开断的（）电流有效值。2.电流互感器的误差包括（）误差和相位误差，其准确级表示（）。3.中性点不接地系统发生单相接地故障时，非故障相电压升高为（）倍相电压。4.电力系统短路计算中，标幺值的基准容量通常取（）MVA，基准电压取（）电压。5.母线按结构可分为（）母线和（）母线，其中（）母线适用于大电流场合。6.隔离开关的主要作用是（）、倒闸操作和（）。7.变压器的短路损耗主要由（）产生，空载损耗主要由（）产生。8.双母线接线中，当一组母线故障时，可通过（）将所有回路切换至另一组母线，恢复供电。9.导体长期允许载流量的决定因素是（），校验动稳定时需计算（）。10.发电机的额定电压通常比系统额定电压高（），变压器一次侧额定电压与（）相同，二次侧额定电压比系统额定电压高（）（直接与负荷连接时）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述高压断路器的基本要求及其灭弧原理。2.说明电流互感器与电压互感器在使用中的注意事项及差异。3.比较单母线分段接线与双母线接线的优缺点，分别列举其适用场景。4.解释电力系统中性点不同接地方式（直接接地、经消弧线圈接地、不接地）对系统运行的影响。5.阐述导体截面选择的基本原则，说明热稳定校验与动稳定校验的具体内容。四、计算题（每题15分，共30分）1.某110kV变电站主接线如图1所示（注：图中参数为：发电机G：SN=100MVA，Xd''=0.12；变压器T1、T2：SN=63MVA，Uk%=10.5，分接头电压110±8×1.25%/10.5kV；线路L1、L2：每公里电抗0.4Ω，长度分别为50km、30km；系统S：容量无限大，110kV母线电压115kV）。计算10kV母线出口处（k点）发生三相短路时的短路电流周期分量有效值及冲击电流。（基准容量Sb=100MVA，基准电压Ub=115kV/10.5kV）2.某35kV配电装置拟选用矩形铝导体（材料为LMY），导体水平布置，相间距离0.3m，导体尺寸100mm×10mm（宽厚比b/h=10），正常最大工作电流为1500A，短路电流冲击值为30kA，短路电流持续时间2s。已知：铝的热稳定系数C=87，导体固有振动频率f=120Hz（大于100Hz），动态应力系数β=1.7。校验该导体的热稳定和动稳定是否满足要求。（注：导体截面S=100×10=1000mm²；集肤效应系数Kf=1.05；动稳定允许应力σal=70MPa）五、综合分析题（20分）某地区规划建设一座220kV枢纽变电站，终期规模为4台240MVA主变压器（三绕组，电压等级220/110/35kV），220kV出线8回，110kV出线12回，35kV出线10回（含电容器组4组）。请结合主接线设计的基本原则（可靠性、灵活性、经济性），分析220kV、110kV、35kV各电压等级主接线形式的选择，并说明理由。参考答案一、单项选择题1.A2.B3.B4.A5.B6.A7.C8.B9.A10.B二、填空题1.最大短路2.变比；误差限值3.√34.100；平均额定5.硬；软；硬6.隔离电压；分合小电流7.绕组电阻；铁芯励磁8.倒母线操作9.导体允许温度；电动力10.5%；系统额定电压；10%三、简答题1.高压断路器的基本要求：①能可靠开断正常负荷电流和短路电流；②动作迅速（分闸时间≤0.1s）；③具备足够的热稳定和动稳定能力；④结构简单、维护方便。灭弧原理：利用灭弧介质（如SF6、真空、油）在电弧高温下分解或电离，形成高压力或高绝缘强度的介质，使电弧冷却、去游离，最终熄灭。例如SF6断路器中，SF6气体在电弧作用下分解为低氟化物，灭弧后迅速复合，恢复绝缘。2.电流互感器（TA）注意事项：①二次侧严禁开路（会产生高电压危及设备和人身安全）；②二次侧必须一点接地（防止绝缘击穿时高压引入二次回路）；③根据负荷类型选择准确级（如测量用0.5级，保护用5P级）。电压互感器（TV）注意事项：①二次侧严禁短路（会产生大电流烧毁绕组）；②二次侧需装设熔断器保护；③接地方式与系统中性点接地方式匹配（如中性点不接地系统用三相五柱式TV）。差异：TA是电流变换（一次侧串联，二次侧近似短路），TV是电压变换（一次侧并联，二次侧近似开路）；TA误差主要由励磁电流引起，TV误差由励磁电流和负载电流引起。3.单母线分段接线优点：结构简单、投资少，分段后提高供电可靠性（一段故障时另一段可继续供电）；缺点：母线或分段断路器故障时仍需停电，倒闸操作需停电。适用场景：6-110kV系统，出线回路数较少（≤8回），对可靠性要求中等的变电站。双母线接线优点：可靠性高（母线故障可切换至备用母线）、灵活性好（检修母线或断路器时不停电）、调度方便；缺点：接线复杂、投资大、倒闸操作步骤多。适用场景：220kV及以上枢纽变电站，出线回路数多（≥8回），对供电连续性要求高的场合。4.中性点直接接地：优点是单相短路电流大，保护动作迅速；缺点是过电压水平低，接地电流大可能损坏设备。适用于110kV及以上系统（绝缘成本高，降低绝缘水平更经济）。中性点经消弧线圈接地：通过补偿接地电容电流（欠补偿、全补偿、过补偿），使电弧自熄，减少单相接地故障跳闸率。适用于3-66kV系统（电容电流较大，需限制接地电流）。中性点不接地：单相接地时线电压不变，可带故障运行1-2小时；缺点是接地电容电流过大时易产生弧光过电压。适用于3-10kV系统（电容电流≤10A）。5.导体截面选择原则：①按长期允许载流量选择（导体在额定环境温度下的载流量≥最大工作电流）；②校验热稳定（短路时导体温度不超过允许值）；③校验动稳定（电动力作用下导体应力不超过允许应力）；④满足机械强度要求（最小截面限制）。热稳定校验：计算短路电流热效应Qk，要求Qk≤(S×C)²/t（S为导体截面，C为热稳定系数，t为短路持续时间）。动稳定校验：计算短路冲击电流产生的电动力F=1.73×10⁻⁷×i_sh²×L/a（L为导体间距，a为相间距离），导体应力σ=F×L/(W)≤σal（W为导体截面系数）。四、计算题1.解：（1）基准值计算：110kV侧：Ub1=115kV，Sb=100MVA，Ib1=Sb/(√3×Ub1)=100/(√3×115)=0.502kA10kV侧：Ub2=10.5kV，Ib2=100/(√3×10.5)=5.5kA（2）各元件标幺电抗：系统S：Xs=0（无限大系统）发电机G：Xd''=0.12×(100/100)=0.12（注：SN=100MVA与基准容量相同）变压器T1、T2：Uk%=10.5，Xt=Uk%×Sb/(100×SN)=10.5×100/(100×63)=0.1667（每台）线路L1：Xl1=0.4×50=20Ω，Xl1=20×(100)/(115²)=20×100/13225=0.1512线路L2：Xl2=0.4×30=12Ω，Xl2=12×100/13225=0.0907（3）k点短路时的等效电抗：110kV侧系统、线路L1、L2并联后与变压器T1、T2并联，再与发电机G串联？（需根据主接线图确定，假设主接线为发电机-变压器单元接线与系统通过线路连接，10kV母线由两台变压器供电）假设T1、T2并联，L1、L2并联后接系统：X系统支路：Xs+Xl1//Xl2=0+0.1512//0.0907=0.1512×0.0907/(0.1512+0.0907)=0.0568变压器支路：Xt1//Xt2=0.1667//0.1667=0.0833发电机支路：Xd''=0.12总电抗X=X系统支路//(X变压器支路+X发电机支路)？（具体需根据接线图，此处假设10kV母线由变压器和发电机共同供电，电抗并联）若发电机与变压器低压侧并联，则X总=(X系统支路+X变压器支路)//Xd''=(0.0568+0.0833)//0.12=0.1401//0.12=0.1401×0.12/(0.1401+0.12)=0.0646（4）短路电流周期分量有效值：I''=Ib2/X=5.5/0.0646≈85.14kA（注：实际计算中需确认接线方式，此处为示例步骤）（5）冲击电流：ich=1.8×√2×I''=2.55×85.14≈217.1kA2.解：（1）热稳定校验：短路电流热效应Qk=I∞²×t=(30/√2)²×2=(21.21)²×2≈899.8kA²·s导体允许热效应Qal=(S×C)²/t=(1000×87)²/2=(87000)²/2=7.569×10⁹/2=3.7845×10⁹A²·sQk=899.8×10⁶A²·s（注意单位换算：kA²·s=10⁶A²·s），899.8×10⁶<3.7845×10⁹，热稳定满足。（2）动稳定校验：冲击电流i_sh=30kA相间电动力F=1.73×10⁻⁷×i_sh²×L/a（假设导体长度L=1m，a=0.3m）F=1.73×10⁻⁷×(30×10³)²×1/0.3=1.73×10⁻⁷×9×10⁸×3.333≈1.73×300≈519N导体截面系数W=bh²/6=100×(10)²/6≈1666.67mm³=1.6667×10⁻⁶m³导体应力σ=F×L/(W)=519×1/(1.6667×10⁻⁶)=3.114×10⁸Pa=311.4MPa允许应力σal=70MPa，311.4>70，动稳定不满足（注：实际计算中需确认导体长度和布置方式，此处假设L=1m）。五、综合分析题220kV侧：建议采用双母线分段接线（或3/2断路器接线）。理由：220kV为枢纽变电站，出线8回，可靠性要求极高。双母线分段接线可将母线分为两段，减少母线故障影响范围；3/2断路器接线每串接两条出线和一台断路器，任意断路器检修不影响供电，可靠性最高，适合220kV及以上重要变电站。110kV侧：建议采用双母线接线（或单母线分段接线）。110kV出线12回，负荷重要性较高。双母线接线可满足倒闸操作灵活性，母线故障时通过倒闸恢复供电；