供配电专业考试4章 主接线及变电所综合案例题.docx

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供配电专业考试4章主接线及变电所综合案例题

4章案例题

【案例13】某企业新建35/10kV变电所，10kV侧计算有功功率17450kW，计算无功功率11200kvar，选用2台16000kVA的变压器，每单台变压器阻抗电压8%，短路损耗70kW，两台变压器同时工作，分列运行，负荷平均分配，35kV侧最大运行方式下短路容量为230MVA、，最小运行方式下短路容量为150MVA，该变电所采用两回35kV输电线路供电，两回线路同时工作，请回答下列问题：

11．该变电所的两回35kV输电线路采用经济电流密度选择的导线截面应为下列哪项数值？

（不考虑变压器损耗，经济电流密度取0.9A/mm2）

A．150mm2B．185mm2C．300mm2D．400mm2

答案：

[B]

解答过程：

*按题干，每回线路带1/2负荷

*依据DL/T5222-2005附录E.1.1式（或GB50217-2007附录B.0.2-4式,或《配电手册》P537例9-2）：

Sec=Imax/j=171/0.9=190mm2

*按7.1.6条（导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取），选择185mm2。

【延伸】GB50217-2007附录B.0.3规定，“经济电流截面应选择较接近的一档截面，且宜偏小选取。

”

12．假定该变电所一台变压器所带负荷的功率因数为0.7，其最大电压损失应为下列哪一项数值？

A．3.04%B．3.90%C．5.18%D．6.07%

答案：

[B]

解答过程：

依据《配电手册》P254式6-6

负荷率

阻抗电压

=7.988

电压损失

=3.89%

【点评】“其最大电压损失”含义不清！

有人取负荷率为100%，答案就是【D】了。

变压器电压损失计算,几乎年年考：

开始是给负荷率；后来是算负荷率；现在是猜负荷率！

恐怕再变不出花样了吧。

13．请计算补偿前的10kV侧平均功率因数（年平均负荷系数αav=0.75βav=0.8，假定两台变压器所带负荷的功率因数相同），如果要求10kV侧平均功率因数补偿到0.9以上，按最不利的条件计算补偿容量，其计算结果最接近下列哪组数值？

A．0.76，3315kvarB．0.81，2094kvar

C．0.83，1658kvarD．0.89，261.8kvar

答案：

[C]

解答过程：

依据《配电手册》P21式1-55、1-57计算：

0.83

凑答案的解法：

“按最不利条件”取α=1；用平均功率因数计算。

tgφ1=0.672；tgφ2=0.484

QC=Pc（tgφ1-tgφ2）=17450（0.672–0.484）/2=1640kvar

【点评】1）这种算法是错误的：

计算功率因数时α=0.75；计算补偿容量时α=1。

在数学上，计算结果不成立；在物理上，计算结果无意义。

正确的算法是α的赋值必须前后一致。

考核平均功率因数时，计算QC也应乘上α。

考核系统高峰负荷下的功率因数时，即“按最不利条件（用户高峰与系统高峰同时出现），可取α=1”，但应采用计算负荷下的功率因数（即也取α=1）。

配电手册勘误时，因版面限制未能详细说明。

14．该变电所10kVI段母线接有2组整流设备，整流器接线均为三相全控桥式，已知1#整流设备10kV侧5次谐波电流值为20A，2#整流设备10kV侧5次谐波电流值为30A，则10kV侧I段母线注入电网的5次谐波电流值为下列哪一项？

A．10AB．13AC．14AD．50A

答案：

[C]

解答过程：

依据《配电手册》P289式6-43，取Kn=1.28

10kV母线

=

=45.475A

折算到35kV电网

【点评】变压器二次侧线圈是按额定电压10.5kV制造的，因此匝数比应为35/10.5。

如变比取35/10，则

=13A，答案就是【B】了！

题目给出了13A、14A两个相近选项，就是考这个差别。

15．该变电所10kV母线正常运行时的电压为10.2kV，请计算10kV母线的电压偏差为下列哪一项？

A．-2.86%B．1.9%C．2%D．3%

答案：

[C]

解答过程：

依据《配电手册》P255式6-8

100%=2%

【点评】这道题太简单了，是考“定力”。

有人取基准值为10.5kV，答案为A；这是被误导了。

电压偏差的基准值应为系统标称电压，不是变压器额定电压。

【案例12上】某工程设计中，一级负荷中的特别重要负荷统计如下：

1）给水泵电动机：

共3台（两用一备），每台额定功率45kW，允许断电时间5min；

2）风机用润滑油泵电动机，共4台（三用一备），每台额定功率10kW，允许断电时间5min；

3）应急照明安装容量：

50kW，允许断电时间5s；

4）变电所直流电源充电装置安装容量：

6kW，允许断电时间10min；

5）计算机控制与监视系统安装容量：

30kW，允许断电时间5ms。

上述负荷中电动机的启动电流倍数为7，电动机的功率因数为0.85，电动机的效率为0.92，启动时的功率因数为0.5，直接但不同时启动，请回答以下问题：

11.下列哪一项不能采用快速自起动柴油发电机作为应急电源？

（A）变电所直流电源充电装置

（B）应急照明和计算机控制与监视系统

（C）给水泵电动机

（D）风机用润滑油泵电动机

答案：

[B]

解答过程：

：

依据GB50052-2009第3.0.5条，“允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组”。

选项B中两种负荷不允许断电15s。

12.若用不可变频的EPS作为电动机和应急照明备用的应急电源，其容量最小为下列哪项数值？

（A）170kW（B）187Kw

（C）495kW（D）600kW

答案：

[D]

解答过程：

依据《配电手册》P69~70，EPS的容量应满足以下条件：

（1）最大一台电动机容量的7倍：

45×7=315kW；

（2）同时工作负荷的1.1倍：

（45×2+10×3+50）×1.1=187kW；

（3）同时工作风机、水泵容量的5倍；（45×2+10×3）×5=600kW。

取三项中最大者。

13．当采用柴油发电机为所有负荷供电时，发电机的功率因数为0.8，用电设备的需要系数均为0.85，综合效率均为0.9，按稳定负荷计算，发电机容量为下列哪项？

（A）229kVA（B）243.2kVA

（C）286.1kVA（D）308.1kVA

答案：

[B]

解答过程：

依据《配电手册》P66式2-6

PΣ=（45x2+10x3+50+6+30）×0.85=175.1kW

SG1=

243.2kVA

14．当采用柴油发电机作为应急电源，最大一台电动机启动前，发电机已经带有负载200kVA，功率因数为0.9，不考虑因尖峰负荷造成的设备功率下降，发电机的短时过负载系数为1.5，那么按短时过负载能力校验，发电机的容量约为多少？

（A）329kVA（B）343.3kVA

（C）386.2kVA（D）553.3kVA

答案：

[C]

解答过程：

依据《配电手册》P66式2-7

最大一台电动机起动容量Sst=

=402.8kVA

Pm=200×0.9+402.8×0.5=381.4kW

Qm=200×0.436+402.8×0.866=436kvar

SG2=

=386.2kVA

15．当采用柴油发电机作为应急电源，已知发电机为无刷励磁，它的瞬变电抗Xd’=0.2，当要求最大电动机启动时，满足发电机母线上的电压不低于80%的额定电压，则该发电机的容量至少应该多少？

（A）252kVA（B）272.75kVA

（C）296.47kVA（D）322.25kVA

答案：

[D]

解答过程：

依据《配电手册》P66式2-8及上题Sst=402.8kVA

SG3=

=322.24kVA

【点评】14、15题也可引用《钢铁手册》P332式7-22、23、24，结果同上。

（式7-23中电动机功率因数应为起动值而非额定值。

）

三种计算都用同一依据可节省时间，何况《配电手册》算法简单。

最佳步骤是先求电动机起动容量，两题都要用。

【案例12下】某企业供电系统计算电路如下图所示。

图中35kV电缆线路采用交联聚乙烯铜芯电缆，长度3.5km,截面150mm2,有关参数见下表。

请回答下列问题，并列出解答过程。

16.已知35kV电源线负荷为三相平衡负荷，至降压变电所35kV侧计算电流为200A，功率因数为0.8，请问该段35kV电缆线路的电压损失为下列哪一项？

（A）0.019%（B）0.63%

（C）0.72%（D）0.816%

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P542表9-63

（1）

Δu%=Δua%Il=0.896×0.2×3.5=0.627%

【点评】本题给出了35kV电缆的R、X、Δu（%/kA.km）等各种参数；最简单的算法是用“单位负荷矩的电压损失”。

注意，单位是/kA.km。

【延伸】电压损失的计算方法汇总于表9-63，基本计算式如下：

（1）电流阻抗法

（2）功率阻抗法

（3）单位负荷矩法：

（电流负荷矩）或

（功率负荷矩）

的数据已计及cosφ的差异。

三种算法之间的推演关系是显而易见的，并且是越来越简单。

单相负荷线路的计算式均由三相平衡线路演化得出。

为避免繁重的计算，单相负线路的阻抗也采用三相线路的数值；有些误差，但不大。

详见表下注。

17.假定总降压变电所计算有功负荷为15000kW，补偿前后的功率因数分别为0.8和0.9，该段线路补偿前后有功损耗为下列哪一项？

（A）28/22Kw（B）48/38kW（C）83/66kW（D）144/113kW

答案【D】

解答过程：

依据《配电手册》P16式1-47

ΔPL=3IC2R×10-3=3×（

）2×0.143×3.5×10-3=143.6Kw

ΔPL=3IC2R×10-3=3×（

）2×0.143×3.5×10-3=113.5kW

【点评】都知道损耗=I2R，但别忘了乘3！

18.假定总降压变电所变压器的额定容量为20000kVA，短路损耗为100kW，阻抗电压为9%，计算负荷为15000kVA，功率因数为0.8，该变压器的电压损失为下列哪一项？

（A）0.5%（B）4.35%（C）6.75%（D）8.99%

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P254式6-6

阻抗电压

=8.99

电压损失

=4.35%

19．假定车间变电所变压器额定容量为2000kVA，空载损耗为3.8kW，短路损耗为16kW，正常运行时计算负荷为1500kVA，该变压器正常运行时的有功损耗为下列哪一项？

（A）9kW（B）12.8kW（C）15.2kW（D）19.2kW

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P16式1-49

12.8kW

20．该系统末端有一台异步电动机，如果其端子电压偏差为-5%，忽略运行中其他参数变化，该电动机电磁转矩偏差百分数为下列哪一项？

（A）10.6%（B）-9.75%（C）5%（D）0.25%

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P256表6-2，异步电动机的转矩与端子电压U2成正比。

转矩偏差为（0.952-1）×100%=-9.75%。

【案例11】某电力用户设有110/10kV变电站一座和若干10kV变电所，用户所处海拔高度1500米，其供电系统图和已知条件如下：

（1）110kV线路电源侧短路容量为2000MVA；

（2）110kV电源线路电抗值为0.4Ω/km；

（3）110/10kV变电站10kV母线短路容量200MVA；

（4）110/10kV变电站主变容量20MVA,短路电抗8%，短路损耗90kW，主变两侧额定电压分别为110kV和10.5kV；

（5）110/10kV变电站主变采用有载调压；

（6）车间A设有大容量谐波源，其7次谐波电流折算到10kV侧为33A。

请通过计算分析回答下列问题，并列出解答过程。

1.在最大负荷时，主变压器负载率为84%，功率因数0.92，请问110/10kV变压器电压损失为下列哪项数值？

（A）2.97%（B）3.03%

（C）5.64%（D）6.32%

答案【A】

解答过程：

依据《配电手册》P254式6-6

阻抗电压

=7.99

电压损失

=0.84（0.45×0.92+7.99×0.392）=2.98%

2.计算车间A的7次谐波电流在110/10kV变电站10kV母线造成7次谐波电压含有率为下列哪项数值？

（A）2.1（B）2.0（C）2.1%（D）2.0%

答案【D】

解答过程：

依据《配电手册》P288式6-40

HRUn=

=2.0%

【点评】Un为系统标称电压，不能取变压器额定电压。

题中2.0和2.1两个选项很接近，就是考二者的差别。

关于各种计算中电压如何选取问题，详见《3章案例题讲解》【案例11】之4题。

3.车间C电源线路为185mm2架空线路，高峰负荷约2000kW，功率因数为0.7左右（滞后），车间C高压母线电压偏差变化范围为-2%~-7%。

为改善车间C用电设备供电质量和节省电耗，说明下列的技术措施中哪项是最有效的？

（A）加大车间C电源线路截面

（B）提高车间C的功率因数到0.95

（C）减少车间C电源线路的谐波电流

（D）加大110/10kV变电站10kV母线短路容量

答案【B】

解答过程：

方案1（概念法）：

依据GB50052-2009条文说明，5.0.5“产生电压偏差的主要因素是系统滞后的无功负荷所引起的系统电压损失”。

6.0.4“为了尽量减少线损和电压降.宜采用就地平衡无功功率的原则来装设电容器”。

因此，提高功率因数降低线路电流，既能减少电压损失又能减少电能损耗。

【此法缺乏说服力。

】

方案2（分析法）：

依据《配电手册》P16式1-47，线路电耗为3I2R；降低I比加大截面降低R更有效。

依据《配电手册》P542表9-63，电压损失为

；因X＞R，降低I和sinφ比降低R更有效。

因此（B）比（A）更有效。

（C）与（D）无效：

车间C无大容量谐波源。

提高短路电流不能减少电耗。

【推荐此法。

】

方案3（计算法）：

详细计算补偿前后的电压损失和线路电耗，用数据对比。

【此法太烦，无此必要。

】

注：

4题为短路电流计算；5题为安全净距。

（略）

【案例10下】如图所示，某工厂变电所35kV电源进线侧（35kV电网）最大运行方式时短路容量650MVA，最小运行方式时短路容量500MVA。

该变电所10kV母线皆有两组整流设备，整流器接线均为三相全控桥式。

已知1号整流设备10kV侧5次谐波电流值为20A，2号整流设备10kV侧5次谐波电流值为30A。

请回答下列问题。

31.若各整流器产生下列各次谐波，选择下列哪一项是非特征次谐波？

请说明依据和理由。

（A）5次（B）7次（C）9次（D）11次

答案【C】

解答过程：

依据《配电手册》P281式6-35，nc=kp±1。

三相全桥为6脉动，特征谐波为5、7、11、13……次。

32.若各整流器产生下列各次谐波，判断哪一项是负序谐波？

请说明依据和理由。

（A）5次（B）7次（C）9次（D）13次

答案【A】

解答过程：

依据《配电手册》P281，负序谐波为3n-1次（2、5、8、11、14……次）。

33.计算按照规范要求允许全部用户注入35kV电网公共连接点的5次谐波电流分量为下列哪一项？

（A）31.2A（B）24A（C）15.8A（D）12A

答案【B】

解答过程：

依据GB/T14549-1993表2（或《配电手册》P287表6-34），基准短路容量250MVA下的允许值为12A。

按附录B式B1（或《配电手册》P287式6-38）换算：

Ih=Ihp×Sk1/Sk2=12×500/250=24A

【点评】这里应取最小运行方式时短路容量500MVA。

650MVA是干扰项。

34.计算注入35kV电网公共连接点的5次谐波电流值为下列哪一项？

（A）10A（B）13A（C）14A（D）50A

答案【C】

解答过程：

依据GB/T14549-1993式C5（或《配电手册》P289式6-43），10kV侧：

45.5A

35kV侧：

45.5（10.5/35）=13.65A

35.假设注入电网的7次谐波电流为10A，计算由此产生的7次谐波电压含有率最大值为下列哪一项？

（A）24%（B）0.85%（C）0.65%（D）0.24%

答案【B】

解答过程：

依据GB/T14549-1993式C2（或《配电手册》P288式6-40）

0.85%

【案例10下】某110/35/10kV区域变电站，分别向水泵厂及轧钢厂等用户供电，供电系统如下图所示，区域变电站35kV母线最小短路容量为500MVA，35kV母线的供电设备容量为12500kVA，轧钢厂用电协议容量为7500kVA。

水泵厂最大负荷时，由区域变电站送出的10kV供电线路的电压损失为4%,水泵厂10/0.4kV变压器的电压损失为3%，厂区内380V线路的电压损失为5%，区域变电站10kV母线电压偏差为0。

在水泵厂最小负荷时，区域变电站10kV母线电压偏差为+5%。

请回答下列问题。

36.设水泵厂变压器10±5%/0.4kV的分接头在-5%位置上,最小负荷为最大负荷的25%,计算水泵厂380V线路末端的电压偏差范围为下列哪一项?

（A）5%（B）10%（C）14%（D）19%

答案【C】

解答过程：

依据《配电手册》P257式6-11计算

最大负荷时电压偏差：

=0+10-（4+3+5）=-2%

最小负荷时电压偏差：

=5+10-0.25（4+3+5）=12%

电压偏差范围为12-（-2）=14%。

【点评】电压偏差范围是“最大值与最小值的差额”。

不能取二者绝对值之和。

（当二者均为正值或负值时，应相减而非相加。

）

题中未指定变压器分接头位置时，默认值为±0。

【延伸】有多级变压器时，也有相应次数的电压提升和电压损失。

如题目给出最小负荷数值，可用它与计算负荷（即最大负荷）的比值代入。

37.设水泵厂10/0.4kV容量为1600kVA变压器的短路损耗为16.6kW,阻抗电压为4.5%，变压器满载及负荷功率因数为0.9时，计算变压器的电压损失率为下列哪一项？

（A）2.06%（B）2.85%（C）4.5%（D）5.41%

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P254式6-6

阻抗电压

=4.38

电压损失

=1.04×0.9+4.38×0.436=2.85%

38.设水泵厂10/0.4kV容量为1600kVA变压器的阻抗电压为4.5%，计算在0.4kV侧设置500kvar补偿电容器后，变压器电压损失减少值为下列哪一项？

（A）1.41%（B）1.69%（C）1.72%（D）1.88%

答案【A】

解答过程：

依据《配电手册》P260式6-13

1.41%

【点评】题中“计算”应改为“估算”。

如详细计算补偿后的P、Q、S、cosφ、sinφ和β，太麻烦且对不上答案。

这两小题的条件不典型，补偿后减少电压损失的效果不明显。

变压器满载时功率因数已达0.9，再补偿500kvar就到0.99了！

只有变压器阻抗电压高、负荷功率因数低时，补偿效果才明显。

39.计算轧钢厂在区域变电所35kV母线上，可注入的7次谐波电流允许值是下列哪一项？

（A）7.75A（B）8.61A（C）10.65A（D）12.22A

答案【D】

解答过程：

依据GB/T14549-1993表2、式B1、式C3（或《配电手册》P287表6-34、式6-38、P289式6-44）

全部用户的允许值：

基准短路容量250MVA下为8.8A；换算为500MVA时：

Ih=Ihp×Sk1/Sk2=8.8×500/250=17.6A。

轧钢厂的允许值：

Ihi=Ih（Si/St）1/α

=17.6（7500/12500）1/1.4=12.22A

40.判断下列关于谐波的描述哪一项是错误的？

请说明依据和理由。

（A）谐波可能在公用电网中产生并联谐振引起过电压而损坏电网中的其他用电设备

（B）谐波使接在同一电网中的电力电容器可能由于对谐波电流的放大而过电流

（C）并联电容器的容性阻抗特性，以及阻抗和频率成反比的特性，使得电容器容易吸收谐波电流而引起过载发热

（D）谐波电压与基波电压峰值不会发生叠加，电容器介质不会发生局部放电

答案【D】

解答过程：

依据《配电手册》P286，“谐波电压与基波电压峰值发生叠加，使得电容器介质更容易发生局部放电。

”

【点评】如果不引用手册这段话，自己论述就很困难了。

【案例09】某工厂配电站10kV母线最大运行方式时短路容量150MVA，最小运行方式短路容量100MVA，该10kV母线供电的一台功率最大的异步电动机，额定功率4000kW，额定电压10kV，额定电流260A，起动电流倍数6.5，起动转矩相对值1.1，此电动机驱动的风机静阻转矩相对值0.3，母线上其他计算负荷10MVA,功率因数0.9，请回答下列问题。

31.本案例中4000kW电动机驱动的风机起动时，电动机端电压最少应为下列哪一项数值？

（A）10kV（B）5.5kV（C）5.22kV（D）3kV

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P268式6-23

端电压相对值：

端电压有名值：

U=0.548Un=5.48kV

32.本案例中4000kW电动机起动前母线电压10kV，计算这台电动机直接起动时最低母线电压应为下列每一项数值？

（忽略供电电缆电抗）

（A）7.8kV（B）8kV（C）8.4kV（D）9.6kV

答案【A】

解答过程：

依据《配电手册》P270表6-16

Sst=SstM=kstSrM=kst

URmIrM=6.5×

×10×0.26=29.3MVA

相对值：

0.781

有名值：

10×0.781=7.81kV

【点评】忽略线路电抗，计算起动回路容量就简易了。

校验电动机起动时电压水平，应取最小短路容量100MVA。

150MVA是干扰项。

【延伸】母线电压的计算式有待考证。

预接负荷越大，母线电压越高，这显然不合理。

对此，我们深表歉意！

33.本案例中4000kW电动机若采用变比为64%自耦变压器起动，起动回路的额定输入容量为下列每一项数值？

（忽略供电电缆电抗）

（A）10.65MVA（B）11.99MVA

（C）18.37MVA（D）29.27MVA

答案【B】

解答过程：

依据《配电手册》P270表6-16

Sst=kz2SstM=kz2kstSrM=（0.64）2×6.5×

×10×0.26=11.99MVA

34.本案例中4000kW电动机采用电抗器降压起动，电抗器每相额定电抗为1Ω，电动机起动时母线电压相对值为0.82，计算电动机起动转矩与全压起动转矩的相对值为下列哪一项数值？

（忽略电抗器与母线和电抗器与电动机之间的电缆电抗）