2014年注冊電氣工程師（發輸變電）《專業案例考試（上）》真題及詳解

[案例題是4選1的方式，各小題前后之間沒有聯系。共25道小題，每題分值為2分，上午卷50分，下午卷50分，試卷滿分100分。案例題一定要有分析（步驟和過程）、計算（要列出相應的公式）、依據（主要是規程、規范、手冊）。如果是論述題要列出論點]

題1～5：一座遠離發電廠與無窮大電源連接的變電站，其電氣主接線如下圖所示：

題1～5圖

變電站位于海拔2000m處，變電站設有兩臺31500kVA（有1.3倍過負荷能力），110/10kV主變壓器，正常運行時電源3與電源1在110kV 1號母線并網運行，110kV、10kV母線分裂運行。當一段母線失去電源時，分段斷路器投入運行，電源3向d1點提供的最大三相短路電流為4kA，電源1向d2點提供的最大三相短路電流為3kA，電源2向d3點提供的最大三相短路電流為5kA。

110kV電源線路主保護均為光纖縱差保護，保護動作時間為0s，架空線路1和電纜線路1兩側的后備保護均為方向過電流保護，方向指向線路的動作時間為2s，方向指向110kV母線的動作時間為2.5s，主變配置的差動保護動作時間為0.1s，110kV側過流保護動作時間為1.5s。110kV斷路器全分閘時間為50ms。

1．計算斷路器CB1和CB2回路短路電流熱效應值為下列哪組？（　）

A．18kA2s，18kA2s

B．22.95kA2s，32kA2s

C．40.8kA2s，32.8kA2s

D．40.8kA2s，22.95kA2s

【答案】C

【解析】根據《導體和電器選擇設計技術規定》（DL/T 5222—2005）第5.0.13條第2款規定，確定短路電流熱效應計算時間，對電器宜采用后備保護動作時間加相應斷路器的開斷時間。因此，斷路器CB1和CB2回路短路電流熱效應值計算步驟如下：

①斷路器CB1短路電流熱效應，應按110kV 1號母線短路時，流過CB1的最大短路電流進行計算，斷路器CB1電流由線路指向母線，動作時間為2.5s，即Q₁==42×（2.5＋0.05）=40.8kA2s

②斷路器CB2短路電流熱效應，分兩種情況考慮：

a．按d2點短路時，流過CB2的最大短路電流，即電源3提供的短路電流4kA進行計算，此時斷路器CB2的電流方向為由母線指向線路，動作時間為2s，即Q₂₁==42×（2.0＋0.05）=32.8kA2s。

b．按110kV 1號母線短路時，流過CB2的最大短路電流，即電源1提供的短路電流3kA進行計算，此時斷路器CB2的電流方向為由線路指向母線，動作時間為2.5s，即Q₂₂==32×（2.5＋0.05）=22.95kA2s。

取兩者之大值，即Q₂=32.8kA2s。

【說明】校驗斷路器CB1、CB2的短路電流熱效應時，應按最嚴重情況考慮，即電源1和電源3出口斷路器拒動。

2．如2號主變110kV斷路器與110kV側套管間采用獨立CT，110kV側套管與獨立CT之間為軟導線連接，該導線的短路電流熱效應計算值應為下列哪項數值？（　　）

A．7.35kA2s

B．9.6kA2s

C．37.5kA2s

D．73.5kA2s

【答案】A

【解析】根據《導體和電器選擇設計技術規定》（DL/T 5222—2005）第5.0.4條規定，確定短路電流時，應按可能發生最大短路電流的正常運行方式，不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。由題知：正常運行時電源3與電源1在110kV 1號母線并網運行。

根據第5.0.13條規定，確定短路電流熱效應計算時間，對導體（不包括電纜），宜采用主保護動作時間加相應斷路器開斷時間。主保護有死區時，可采用能對該死區起作用的后備保護動作時間。

主變配置的差動保護，差動保護無死區，因此采用其主保護動作加相應斷路器開斷時間，短路電流采用正常運行方式，電源3和電源1至d3點的最大短路電流為（4＋3）kA，則軟導線的短路電流熱效應為：Q==72×（0.1＋0.05）=7.35kA2s。

3．若采用主變10kV側串聯電抗器的方式，將該變電所的10kV母線最大三相短路電流從30kA降到20kA，請計算電抗器的額定電流和電抗百分數應為下列哪組數值？（　）

A．1732.1A，3.07%

B．1818.7A，3.18%

C．2251.7A，3.95%

D．2364.3A，4.14%

【答案】D

【解析】根據《導體和電器選擇設計技術規定》（DL/T 5222—2005）第14.2.1條規定，普通限流電抗器的額定電流，主變壓器或饋線回路按最大可能工作電流考慮。考慮變壓器1.3倍過負荷能力，則電抗器的額定電流為：

根據條文說明第14.1.1條規定，按將短路電流限制到要求值所必需的分裂電抗器的等值電抗百分值，與普通電抗器的電抗百分值的計算公式一樣：

式中，為基準電壓，kV；為基準電流，A；為超瞬變短路電流有效值，A；以、為基準的計算到電抗器前的網絡抗標幺值；為電抗器的額定電壓，kV；為電抗器的額定電流，A。

因此，電抗器的電抗百分數為：

4．該變電站的10kV配電裝置采用戶內開關柜，請計算確定10kV開關柜內部不同相導體之間凈距應為下列哪項數值？（　）

A．125mm

B．126.25mm

C．137.5mm

D．300mm

【答案】C

【解析】根據《導體和電器選擇設計技術規定》（DL/T 5222—2005）第13.0.9條，單純以空氣作為絕緣介質時，開關內各相導體的相間與對地凈距必須表13.0.9（見題4表）的要求。當海拔超過1000m時，不同相導體之間的凈距按每升高100m增大1%進行修正，即：

題4表開關內各相導體的相間與對地凈距（mm）

【說明】不建議依據《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352—2006）表8.1.3條及附錄B進行修正，因附錄B中圖B.1無10kV對應曲線，無法準確計算數據。

5．假如該變電站10kV出線均為電纜，10kV系統中性點采用低電阻接地方式，若單相接地電流為600A，請計算接地電阻的額定電壓和電阻應為下列哪組數值？（　　）

A．5.77kV，9.62Ω

B．5.77kV，16.67Ω

C．6.06kV，9.62Ω

D．6.06kV，16.67Ω

【答案】C

【解析】根據《導體和電器選擇設計技術規定》（DL/T 5222—2005）第18.2.6條，接地電阻的額定電壓為：

接地電阻值為：

題6～10：某電力工程中的220kV配電裝置有3回架空出線，其中兩回同塔架設，采用無間隙金屬氧化物避雷器作為雷電過電壓保護，其雷電沖擊全波耐受電壓為850kV。土壤電阻率為50Ω·m。為防直擊雷裝設了獨立避雷針，避雷針的工頻沖擊接地電阻為10Ω，請根據上述條件回答下列各題（計算保留兩位小數）。

6．配電裝置中裝有兩支獨立避雷針，高度分別為20m和30m，兩針之間距離為30m，請計算兩針之間的保護范圍上部邊緣最低點高度應為下列哪項數值？（　）

A．15m

B．15.71m

C．17.14m

D．25.71m

【答案】C

【解析】根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064—2014）第5.2.6條規定，不等高避雷針、避雷線的保護范圍按下列方法確定：①兩支不等高避雷針外側的保護范圍分別按單支避雷針的保護范圍確定；②兩支不等高避雷針間的保護范圍按下列步驟計算確定：

各算子為：h=h₁=30m，h_x=h₂=20m，P=1，D=30m；

由于h＞0.5h_x，可得：r_x=（h-h_x）P=（30-20）×1=10m；

則：D-D′=10，所以，D′=D-10=30-10=20m。

通過避雷針頂點及保護范圍上部邊緣最低點的圓弧，弓高為：

兩針之間的保護范圍上部邊緣最低點高度為：h′=h_x-f=20-2.857=17.143m

題6解圖

7．若獨立避雷針接地裝置的水平接地極形狀為口形，總長度8m，埋設深度0.8m，采用50mm×5mm扁鋼，計算其接地電阻應為下列哪項數值？（　）

A．6.05Ω

B．6.74Ω

C．8.34Ω

D．9.03Ω

【答案】D

【解析】根據《交流電氣裝置的接地設計規范》（GB/T 50065—2011）附錄A第A.0.2條規定，均勻土壤中不同形狀水平接地極的接地電阻其計算公式為：

式中，為水平接地極的接地電阻，；L為水平接地極的總長度，m；h，水平接地極的埋設深度，m；d，水平接地極的直徑或等效直徑，m；A，水平接地極的形狀系數，可按表A.0.2（見題7表）的規定采用。

題7表水平接地極的形狀系數

因此，接地電阻為：

8．請計算獨立避雷針在10m高度處與配電裝置帶電部分之間，允許的最小空氣中距離為下列哪項數值？（　　）

A．1m

B．2m

C．3m

D．4m

【答案】C

【解析】根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064—2014）第5.4.11條第1款規定及式（5.4.11-1）可知，獨立避雷針與配電裝置帶電部分之間的空氣中距離為：S_a≥0.2R_i＋0.1h=0.2×10＋0.1×10=3m。式中，R_i為避雷針的沖擊接地電阻，；h為避雷針的校驗高度，m。

【說明】此題不嚴謹，根據5.4.11條第5款規定，除上述要求外，對避雷針和避雷線，獨立避雷針與配電裝置帶電部分之間的空氣中距離S_a不宜小于5m，獨立避雷針的接地裝置與發電廠或變電所接地網間的地中距離S_e不宜小于3m。

9．如該配電裝置中220kV母線接有電抗器，請計算確定電抗器與金屬氧化物避雷器的最大電氣距離應為下列哪項數值？并說明理由。（　　）

A．189m

B．195m

C．229.5m

D．235m

【答案】A

【解析】根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064—2014）第5.4.13條第6款第3項的規定，架空進線采用雙回路桿塔，有同時遭到雷擊的可能，確定閥式避雷器與變壓器最大電氣距離時，應按一路考慮，且在雷季中宜避免將其中一路斷開。本題220kV配電裝置有3回架空出線，其中2回同塔架設，因此，應按2回架空線考慮。

根據5.4.13條第6款第1項規定，金屬氧化物避雷器與主變壓器間的最大電氣距離可參照表5.4.13-1（見題9表）確定，對其他電器的最大距離可相應增加35%。因此，電抗器與金屬氧化物避雷器的最大電氣距離為：S=140×（1＋35%）=189m。

題9表 MOA至主變壓器之間的最大電氣距離（m）

10．計算配電裝置的220kV系統工頻過電壓一般不應超過下列哪項數值？并說明理由。（　　）

A．189.14kV

B．203.69kV

C．267.49kV

D．288.06kV

【答案】A

【解析】根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB／T 50064—2014）第3.2.2條規定，相對地暫時過電壓和操作過電壓標幺值的基準電壓應符合下列規定：當系統最高電壓有效值為時，工頻過電壓的基準電壓（1.0p.u.）應為。

根據第4.1.1條第3款規定，對于110kV和220kV系統，工頻過電壓不應大于1.3p.u.。因此，最大工頻過電壓為：

題10表標稱電壓35kV以上至220kV的交流三相系統及相關設備的標準電壓

【說明】U_m為最高電壓，可參考《標準電壓》（GB/T 156—2007）第4.4條規定。

題11～15：某風電場地處海拔1000m以下，升壓站的220kV主接線采用單母線接線，兩臺主變壓器容量均為80MVA，主變壓器短路阻抗13%，220kV配電裝置采用屋外敞開式布置，其電氣主接線簡圖如下：

題11～15圖

11．主變壓器選用雙繞組有載調壓變壓器，變比為230±8×1.25%/35kV，變壓器鐵芯為三相三柱式，由于35kV中性點采用低電阻接地方式，因此變壓器繞組連接采用全星形連接，接線組別為YNyn0，220kV母線間隔的金屬氧化物避雷器至主變壓器間的最大電氣距離為80m，請問接線圖中有幾處設計錯誤（同樣的錯誤按1處計），并分別說明原因。（　　）

A．1處

B．2處

C．3處

D．4處

【答案】D

【解析】根據《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352—2006）第5.1.7條規定，66kV及以上的配電裝置，斷路器兩側的隔離開關靠斷路器側，線路隔離開關靠線路側，變壓器進線開關的變壓器側，應配置接地開關。66kV及以上電壓等級的并聯電抗器的高壓側應配置接地開關。圖中線路隔離開關靠線路側缺少接地開關，為錯誤一。

根據《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352—2006）第5.1.8條規定，對屋外配電裝置，為保證電氣設備和母線的檢修安全，每段母線上應裝設接地開關或接地器。圖中母線缺少接地開關，為錯誤二。

根據《電力變壓器選用導則》（GB/T 17468—2008）第4.9條規定，盡量不選用全星形接法的變壓器，如必須選用（除配電變壓器外）應考慮設置單獨的三角形接線的穩定繞組。圖中無穩定繞組，為錯誤三。

35kV中性點采用低電阻接地方式，但圖中無接地電阻，為錯誤四。

【說明】對題中一些迷惑信息澄清如下：

《電力工程電氣設計手冊》（電氣一次部分）P71“電壓互感器的配置”第4條規定，當需要監視和檢測線路側有無電壓時，出線側的一相上應裝設電壓互感器。

《電力工程電氣設計手冊》（電氣一次部分）P72“避雷器的配置”第14條規定，110～220kV線路側一般不裝設避雷器。

《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352—2006）第5.1.5條規定，110～220kV配電裝置母線避雷器和電壓互感器，宜合用一組隔離開關。

《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（DL/T 620—1997）第7.3.4條規定，金屬氧化物避雷器與主變壓器間的最大距離可參照表12確定，即195m。

12．圖中220kV架空線路的導線為LGJ-400/30，每公里電抗0.417Ω，線路長度40km，線路對側變電站220kV系統短路容量為5000MVA，計算當風電場35kV側發生三相短路時，由系統提供的短路電流（有效值）最接近下列哪項數值？（　　）

A．7.29kA

B．1.173kA

C．5.7kA

D．8.04A

【答案】A

【解析】根據《電力工程電氣設計手冊》（電氣一次部分）P120表4-1、表4-2、式（4-10）及P129式（4-20），具體計算如下：

①設S_j=100MVA，查表可知與220kV的基準電壓為U_j=230kV，基準電流為I_j=0.251kA。

②系統電抗標幺值為：

線路電抗標幺值為：

變壓器電抗標幺值為：

③三相短路電流標幺值為：

因此，35kV母線最大三相短路電流有名值為：I_k=I_*kI_j=4.673×1.56=7.29kA。

13．若風電場的220kV配電裝置改用GIS，其出線套管與架空線路的連接處，設置一組金屬氧化物避雷器，計算該組避雷器的持續運行電壓和額定電壓應為下列哪項數值？（　　）

A．145.5kV，189kV

B．127kV，165kV

C．139.7kV，181.5kV

D．113.4kV，143.6kV

【答案】A

【解析】根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064—2014）第4.4.3條規定及表4.4.3（見題13表），采用無間隙金屬氧化物避雷器作為雷電過電壓保護裝置時，應符合下列要求：①避雷器的持續運行電壓和額定電壓應不低于表4.4.3所列數據；②避雷器能承受所在系統作用的暫時過電壓和操作過電壓能量。

題13表 MOA持續運行電壓和額定電壓

因此，持續運行電壓為：

額定電壓為：0.75U_m=0.75×252=189kV

14．若風電場設置兩臺80MVA主變壓器，每臺變壓器的油量為40t，變壓器油密度為0.84t／m3，在設計有油水分離措施的總事故儲油池時，按《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB 50229—2006）的要求，其容量應選下列哪項數值？（　　）

A．95.24m3

B．47.62m3

C．28.57m3

D．9.52m3

【答案】C

【解析】根據《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB 50229—2006）第6.6.7條規定，當設置有油水分離措施的總事故儲油池時，其容量宜按最大一個油箱容量的60%確定。即：V=0.6×40÷0.84=28.57m3。

15．假設該風電場遷至海拔3600m處，改用220kV戶外GIS，三相套管在同一高程，請校核GIS出線套管之間最小水平凈距應取下列哪項數值？（　）

A．2206.8mm

B．2406.8mm

C．2280mm

D．2534mm

【答案】D

【解析】根據《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352—2006）第8.1.1條規定，不同相的帶電部分之間（A₂值）距離為2000mm，其A₁值為1800mm。

根據附錄B中圖B.1，可查得海拔3600m的A₁值約為2280mm。

附錄B注解：A₂值可按圖之比例遞增，則：

題16～20：某2×300MW火力發電廠，以發電機變壓器組接入220kV配電裝置，220kV采用雙母線接線。每臺機組裝設3組蓄電池組，其中2組110V電池對控制負荷供電，另1組220V電池對動力負荷供電。兩臺機組的220V直流系統間設有聯絡線，蓄電池選用閥控式密封鉛酸蓄電池（貧液、單體2V），現已知每臺機組的直流負荷如下：

發電機滅磁斷路器為電磁操動機構，合閘電流為25A，合閘時間200ms。

請根據上述條件計算下列各題（保留兩位小數）。

16．若每臺機組的2組110V蓄電池各設一段單母線，請計算二段母線之間聯絡開關的電流應選取下列哪項數值？（　　）

A．104.73A

B．145.45A

C．174.55A

D．290.91A

【答案】A

【解析】根據《電力工程直流電源系統設計技術規程》（DL/T 5044—2014）第4.1.1條、第4.2.5條、第4.2.6條、第6.7.2條相關規定，具體計算步驟如下：

①根據第4.1.1條規定，控制負荷包括：電氣和熱工的控制、信號、測量和繼電保護、自動裝置等負荷。

②根據表4.2.5，控制負荷中的經常負荷如下：

③根據表4.2.6（見題16表），負荷系數均取0.6。

④110kV蓄電池組正常負荷電流為：P_m=15×0.6＋15×0.6＋1×0.6＋1×0.6=19.2kW，I_m=19.2÷110=0.1745kA=174.5A。

⑤根據第6.7.2條第3款規定，母線分段開關和聯絡回路，可按全部負荷的60%選擇，即：I_n=0.6×174.5=104.7A。

題16表直流負荷統計負荷系數表

17．計算汽機直流事故潤滑油泵回路直流斷路器的額定電流至少為下列哪項數值？（　　）

A．200A

B．120A

C．100A

D．57.74A

【答案】C

【解析】根據《電力工程直流電源系統設計技術規程》（DL/T 5044—2014）第6.5.2條第2款，直流斷路器的額定電流應大于回路的最大工作電流。直流電動機回路，可按電動機的額定電流選擇。斷流能力應滿足直流系統短路電流的要求。

根據附錄A第A.3.2條相關規定，直流電動機回路，直流斷路器的額定電流應符合：。式中，I_nM

為電動機額定電流。因此，直流斷路器的額定電流為：

【說明】汽機直流事故潤滑油泵為直流動力負荷。

18．計算并選擇發電機滅磁斷路器合閘回路直流斷路器的額定電流和過載脫扣時間應為下列哪組數值？并說明理由。（　　）

A．額定電流6A，過載脫扣時間250ms

B．額定電流10A，過載脫扣時間250ms

C．額定電流16A，過載脫扣時間150ms

D．額定電流32A，過載脫扣時間150ms

【答案】B

【解析】根據《電力工程直流電源系統設計技術規程》（DL/T 5044—2014）第6.5.2條第2款第2項規定，斷路器電磁操動機構的荷載回路，可按0.3倍額定合閘電流選擇，但直流斷路器過載脫扣時間應大于斷路器固有合閘時間。因此，直流斷路器的額定電流為：I_n≥K_c2I_c1=0.3×25=7.5A，取10A。載脫扣時間為：t_n＞200ms，取250ms最為接近。

19．110V主母線某饋線回路采用了限流直流斷路器，其額定電流為20A，限流系數為0.75，110V母線段短路電流為5kA，當下一級的斷路器短路瞬時保護（脫扣器）動作電流取50A時，請計算該饋線回路斷路器的短路瞬時保護脫扣器的整定電流應選下列哪項數值？（　　）

A．66.67A

B．150A

C．200A

D．266.67A

【答案】D

【解析】根據《電力工程直流電源系統設計技術規程》（DL/T 5044—2014）附錄A第A.4.2條第1款和第4款，具體計算步驟如下：

①保護（脫扣器）動作電流按斷路器額定電流倍數整定，即：I_DZ1≥K_nI_n=10×20=200A。

按下一級斷路器短路瞬時保護（脫扣器）電流配合整定，采用限流直流斷路器，動作電流為：I_DZ2≥K_c2I_DZX/K_XL=4×50÷0.75=266.67a，取兩者較大值，即266.67A。

②根據斷路器安裝處短路電流，校驗各級斷路器的動作情況，限流系數為：K_L=I_DK/I_DZ=5000÷266.67=18.75＞1.25，滿足要求。

20．假定本電廠220V蓄電池組容量為1200Ah，蓄電池均衡充電時要求不脫離母線，請計算充電裝置的額定電流應為下列哪組數值？（　　）

A．180A