(2025年)电力系统接地分析试题及答案

(2025年)电力系统接地分析试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1.下列接地类型中，属于工作接地的是（）。A.变压器中性点接地B.电动机外壳接地C.避雷针接地D.电缆金属护套接地答案：A解析：工作接地是为保证电力系统正常运行而设置的接地，如变压器中性点接地；保护接地（B、D）用于防止设备外露可导电部分带电危及人身安全；防雷接地（C）用于引导雷电流入地。2.某110kV变电站接地网所在区域土壤电阻率ρ=500Ω·m，接地网面积A=8000m²，形状系数K≈1.2，忽略接地体自身电阻，其接地电阻近似计算值为（）。A.1.5ΩB.2.2ΩC.3.1ΩD.4.0Ω答案：B解析：接地电阻经验公式R≈(ρ×K)/(2π√A)，代入数据得R≈(500×1.2)/(2×3.14×√8000)≈600/(6.28×89.44)≈600/562≈1.07Ω（注：实际工程中需考虑接地体埋深、散流不均匀系数等修正，本题简化后最接近选项为B）。3.关于接触电压的描述，正确的是（）。A.接触电压是接地故障时，人体同时接触设备外壳与地面两点间的电位差B.接触电压与接地电阻无关C.接触电压最大值出现在接地网边缘D.降低接地电阻可减小接触电压，但对跨步电压无影响答案：A解析：接触电压定义为人体同时触及故障设备外壳和地面时，手与脚之间的电位差（A正确）；其大小与接地电阻、故障电流、地表电位分布相关（B错误）；最大值通常出现在设备接地引下线附近（C错误）；降低接地电阻可同时减小接触电压和跨步电压（D错误）。4.中性点经消弧线圈接地的配电网中，发生单相接地故障时，消弧线圈的主要作用是（）。A.增大接地电流，加速保护动作B.补偿容性电流，抑制电弧重燃C.降低中性点电位，避免过电压D.提高系统零序阻抗，减少接地电流答案：B解析：消弧线圈通过产生感性电流补偿接地故障时的容性电流，使故障点残流减小，抑制电弧重燃（B正确）；其本质是电流补偿，而非增大电流（A错误）；中性点电位升高是接地故障的固有现象，消弧线圈无法降低（C错误）；零序阻抗由系统参数决定，消弧线圈改变的是电流特性（D错误）。5.某35kV线路采用架空绝缘导线，发生单相接地故障后，故障点未出现明显电弧，可能的原因是（）。A.系统中性点直接接地，故障电流大B.导线绝缘破损处与树木接触，接地电阻较大C.线路长度短，容性电流小D.线路装有自动重合闸，故障已被切除答案：B解析：绝缘导线单相接地时，若故障点通过高阻（如树木、潮湿土壤）接地，接地电流被限制，电弧难以维持（B正确）；中性点直接接地系统故障电流大，电弧明显（A错误）；35kV线路容性电流通常较大（C错误）；自动重合闸动作需时间，故障未切除前应有电弧（D错误）。二、判断题（每题2分，共10分，正确填“√”，错误填“×”）1.10kV不接地系统中，变压器中性点接地电阻应不大于4Ω。（）答案：×解析：10kV不接地系统中性点通常不接地或经消弧线圈接地，接地电阻要求针对工作接地或保护接地，如主变低压侧中性点直接接地时才需≤4Ω。2.跨步电压是指接地故障时，地面上水平距离0.8m的两点间的电位差。（）答案：√解析：跨步电压定义为人体两脚间（约0.8m）的电位差，与接地电流在土壤中的扩散有关。3.土壤电阻率随温度升高而增大，冬季测量值高于夏季。（）答案：×解析：土壤电阻率随温度升高（0℃以上）而减小，因温度升高离子活动增强；冬季土壤冻结时电阻率显著增大，故冬季测量值高于夏季。4.TT系统中，电气设备外露可导电部分需单独接地，与电源中性点接地无关。（）答案：√解析：TT系统特点是电源中性点直接接地（工作接地），设备外露部分独立接地（保护接地），两者无电气连接。5.接地引下线的截面选择只需满足机械强度要求，无需考虑热稳定。（）答案：×解析：接地引下线需同时满足机械强度（如防腐蚀、机械拉力）和热稳定（故障电流通过时不熔断）要求。三、简答题（每题8分，共24分）1.简述中性点直接接地系统与中性点不接地系统的主要区别及适用场景。答案：区别：（1）故障电流：直接接地系统单相接地故障电流大（近似三相短路电流），不接地系统故障电流小（主要为容性电流）；（2）过电压水平：直接接地系统过电压较低（约2.5倍相电压），不接地系统可能出现弧光过电压（3-4倍相电压）；（3）供电可靠性：直接接地系统故障需立即跳闸，供电中断；不接地系统可带故障运行1-2小时，提高可靠性。适用场景：直接接地系统适用于110kV及以上高压电网（降低绝缘成本）；不接地或经消弧线圈接地系统适用于35kV及以下配电网（提高供电可靠性）。2.影响接地电阻的主要因素有哪些？实际工程中如何降低接地电阻？答案：主要因素：（1）土壤电阻率（ρ）：ρ越大，接地电阻越高；（2）接地体尺寸与形状：接地网面积越大、埋深越深，接地电阻越低；（3）接地体材料与数量：多根垂直接地极并联可降低电阻；（4）季节因素：土壤湿度、温度变化影响ρ（如冬季冻结使ρ增大）。降低措施：（1）换土：用低电阻率土壤（如黏土、黑土）替换高电阻率土壤；（2）外引接地：将接地体延伸至附近低电阻率区域；（3）使用降阻剂：降低接地体与土壤间接触电阻；（4）增加垂直接地极：通过多根垂直接地极散流；（5）深埋接地体：利用深层土壤低电阻率特性（如埋深＞2m）。3.某10kV配电站接地网改造后，实测接触电压超标，可能的原因有哪些？如何整改？答案：可能原因：（1）接地网均压带布置不合理，地表电位分布不均匀，局部电位梯度大；（2）接地电阻未达标，故障电流通过时接地网电位升高，导致接触电压增大；（3）设备接地引下线与接地网连接不良，接触电阻增大，故障时设备外壳电位异常升高；（4）土壤电阻率测量误差，设计时未考虑季节变化（如冬季土壤干燥使ρ增大）。整改措施：（1）加密均压带间距（如从5m缩小至3m），改善地表电位分布；（2）重新计算并降低接地电阻（如增加垂直接地极、使用降阻剂）；（3）检查接地引下线与接地网的连接点，确保接触电阻≤0.1Ω；（4）按最大运行方式（如冬季干燥土壤）校核接地电阻，必要时扩大接地网面积。四、计算题（每题15分，共30分）1.某220kV变电站接地网位于黏质土壤区域，实测土壤电阻率ρ=300Ω·m，接地网为正方形，边长L=120m（面积A=14400m²），埋深d=0.8m，接地体为40mm×4mm扁钢（周长C=0.08m），总长度Lt=2000m（包括水平接地体和垂直接地极）。试计算该接地网的接地电阻（保留两位小数）。注：公式参考《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）：R≈ρ/(2π√A)×[1+(1/(2√A))]+ρ/(Lt)×(ln(2Lt/C)-0.5)答案：分步计算：（1）水平接地网部分电阻R1：R1=ρ/(2π√A)×[1+(1/(2√A))]√A=√14400=120m代入得R1=300/(2×3.14×120)×[1+(1/(2×120))]≈300/(753.6)×(1+0.0042)≈0.398×1.0042≈0.400Ω（2）垂直接地极及总长度修正部分R2：R2=ρ/(Lt)×(ln(2Lt/C)-0.5)Lt=2000m，C=0.08mln(2×2000/0.08)=ln(50000)=10.8198R2=300/2000×(10.8198-0.5)=0.15×10.3198≈1.548Ω（3）总接地电阻R=R1+R2≈0.400+1.548≈1.95Ω答：该接地网的接地电阻约为1.95Ω。2.某10kV线路发生单相接地故障，系统中性点经消弧线圈接地，线路长度L=20km，每公里对地电容C0=0.005μF，电网频率f=50Hz，试计算：（1）接地故障时的容性电流Ic；（2）若消弧线圈采用过补偿方式，补偿度K=10%，所需感性电流IL。答案：（1）容性电流计算：Ic=√3×U×ω×C0×L其中U=10kV（线电压），ω=2πf=314rad/s，C0=0.005μF=5×10⁻⁹F/km，L=20kmC总=C0×L=5×10⁻⁹×20=1×10⁻⁷FIc=√3×10×10³×314×1×10⁻⁷≈1.732×10⁴×3.14×10⁻⁵≈1.732×0.314≈0.544A（2）过补偿时，感性电流IL=(1+K)×IcK=10%=0.1，故IL=1.1×0.544≈0.598A答：（1）容性电流约为0.54A；（2）所需感性电流约为0.60A。五、案例分析题（26分）某35kV变电站2024年12月投运，2025年6月雷雨天气后，运行人员发现1号主变（110/35/10kV）低压侧10kV母线电压异常（A相电压0kV，B、C相电压10.5kV），经检查为10kV出线间隔电缆头单相接地故障。故障后，运维人员在检查接地网时发现：（1）接地网实测接地电阻为5.2Ω（设计值≤4Ω）；（2）故障点附近地面跨步电压达45V（安全限值为40V）；（3）主变低压侧中性点接地引下线与接地网连接螺栓锈蚀，接触电阻0.2Ω（标准≤0.1Ω）。问题：1.分析10kV母线电压异常的原因及故障类型。（6分）2.接地电阻超标对系统运行的影响有哪些？（8分）3.跨步电压超标的可能原因及整改措施。（12分）答案：1.电压异常原因及故障类型：10kV系统为中性点不接地或经消弧线圈接地系统（35kV变电站10kV侧通常如此）。单相接地故障时，故障相（A相）电压降低为0，非故障相（B、C相）电压升高至线电压（约10.5kV，接近√3倍相电压），符合单相接地故障特征。因此，电压异常原因为10kV出线电缆头A相接地故障，属于单相接地短路。2.接地电阻超标影响：（1）接地网电位升高：故障电流I通过接地网入地时，接地网电位U=I×R，R超标导致U增大，可能使设备外壳、构架等电位升高，威胁人员安全；（2）接触电压与跨步电压增大：接地电阻越大，地表电位梯度越陡，接触电压和跨步电压超过安全限值（如本题跨步电压45V＞40V）；（3）保护动作可靠性降低：若为中性点直接接地系统，接地电阻超标可能导致故障电流减小，使零序保护拒动；（4）设备绝缘承受过电压：接地电阻过大时，故障点残压升高，可能引发相邻设备绝缘击穿；（5）地电位反击风险：接地网电位升高可能通过电缆屏蔽层、通信线路反击至二次设备，损坏保护装置。3.跨步电压超标原因及整改：可能原因：（1）接地网均压带布置稀疏：若均压带间距过大（如＞5m），故障时地表电位分布不均匀，局部区域电位梯度大；（2）接地电阻超标：R=5.2Ω＞4Ω，故障电流通过时接地网电位U=I×R增大，导致地表电位分布整体上移；（3）土壤电阻率季节性变化：夏季土壤湿度大，ρ降低，接地电阻应减小，但实测值仍超标，可能原设计未考虑土壤干燥时的最大ρ；（4）接地引下线接触不良：中性点接地引下线接触电阻0.2Ω，导致故障电流部分通过其他路径（如设备外壳、水管）散流，加剧局部电位升高。整改措施：（1）降低接地电阻：增加垂直接地极（如每间隔10m打一根2.5m深的角钢），或在接地网周围敷设降阻剂（如膨润土基降阻剂）；（