供配电考试及其答案

第一章电力系统的基本概念

1. 电力系统是一个包含着发电、输电、变电、配电和用电的统一整体。

2. 发电厂——将自然界存在的一次能源转换为电能（二次能源）的场所。

3. 电力网——系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所。

4. 变电所——接受电能、变换电压和分配电能的场所。

5. 配电所——接受电能和分配电能的场所。

6. 非有效接地系统（3～66kV)

中性点不接地，中性点经消弧线圈接地（3～10kV:I c>30A ；35kV 及以上:I c>10A ） 7. 有效接地系统：中性点直接接地(1kV 以下；110kV 及以上），中性点经低电阻接地(3～10kV)

8.

电源中性点不接地的电力系统：㈠.正常运行时，系统三相电压对称，三相对地电容电流平衡，电源中性点对地电

压为零。 ㈡.中性点不接地的电力系统一相（如C 相）接地时：非故障相对地电压上升为线电压（升至电源相电压的√3倍，非故障相的电容电流为正常工作时的√3倍，而故障相的对地电容电流将升至工作时

的3倍。 （出现零序电压）故障后线电压保持不变（见相量图），因而三相电气设备可以继续运行。但不能长期运行，以免故障扩大。（广泛用于3~66KV 系统，特别是3~10KV 系统中） 9. 一般采用下列经验公式来估算Ic ：

电缆线路对地电容电流比架空线路大。当I C 超过规定值时，会产生断续电弧致使电网出现暂时过电压，危及电气设备安全。

10. 电源中性点经消弧线圈接地的电力系统：消弧线圈电阻很小，感抗很大。 一相接地时, 接地点的电流减小，不再

发生电弧。（一般规定对于3~10KV 电力系统中单相接地电流大于30A ，20KV 及以上电网中单相接地电流大于10A 时，电源中性点必须采用中性点经消弧线圈接地的电力系统） 11. 电源中性点经小电阻接地的电力系统：优点：能减少电弧接地过电压的危险性；可实现灵敏而有选择性的接地保护；

对邻近通信线路的干扰也就较弱。缺点：供电连续性因接地故障而受到影响。

12. 中性点直接接地的电力系统 ：缺点：供电可靠性因接地故障而中断。优点：非故障相对地电压仍为相电压。（1KV

以下的低压配电系统和110KV 及以上的超高压系统一般采用电源中性点直接接地的运行方式） 13. 电源中性点直接接地的低压配电系统：电源中性点直接接地的三相低压配电系统中，从电源中性点有引出中性线（代

号N ），保护线（代号PE ），保护中性线（代号PEN ）。㈠中性线的作用：是提供单相电气设备的相电压和电流回路，承受三相系统的不平衡电流，降低三相负荷中性点的偏移。㈡保护线与用电设备外露的可导电部分可靠连接，其作用是在发生单相绝缘损坏对地短路时，一是电气设备带电的外露可导电部分与大地同电位，可有效避免触电事故的发生，保护人身安全；二是通过保护线与地之间的有效连接，能迅速形成单相对地短路，使相关的低压保护设备动作，快速切断短路故障。 按照用电设备保护接地形式不同，电源中性点直接接地的三相四线低压配电系统又可以分成TN 系统和TT 系统两大类。（第一字母表示电源端与地的关系：T--电源端有一点直接接地。I--电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。第二字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：T--电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。N--电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。） 14. TN 系统：其电源中性点直接接地，设备外露可导电部分均接公共PE 线（或PEN 线）。

⑴TN-C 系统（N 线与PE 线合二为一）TN-C 系统中PEN 线有不平衡电流通过且不能采用漏电保护，故不适用于对抗电磁干扰和安全要求较高的场所。

TN-S 系统（N 线与PE 线完全分开）正常情况下，PE 线中无电流通过，因此对连接PE 线的设备不会产生电磁干扰。而且该系统可采用剩余电流保护， 安全性较高。

（3）TN-C-S 系统（N 线与PE 线先合后分）此系统比较灵活，对安全要求及抗电磁干扰要求较高的场所采用TN-S 系统配电，而其他场所则采用较经济的TN-C 系统。多用于由外部供电系统配电的建筑物。

（4）TT 系统: 其电源中性点直接接地，设备外露可导电部分均各自PE 线单独接地 。优点：不存在TN 系统中的故障蔓延现象。缺点：须装设高灵敏的接地故障保护电器。 15. 用户供电系统的组成：大型（10000kV A 及以上）、中型（1000~10000kV A ）、小型（10000kV A 及以下）

0A B C U U U ++=

(1)(1)(1)

0A B C 3U

U U U ++= N oh cab C (35)350

U l l I +=

16.电力负荷的分级及供电要求

第二章负荷计算与无功功率补偿

1.断续周期工作制：指有规律性的，时而工作、时而停歇的用电设备。工作时间内也达不到稳定温升，允许过载运行。

用负荷持续率表征其工作特性

2.设备容量的计算

长期连续工作制和短时工作制的设备容量P e，就取所有设备（不含备用设备）的铭牌额定容量P N之和。

断续周期工作制设备容量P与其负荷持续率ε密切相关，对供电系统而言，按发热等效原则（同一周期内）求得

其关系式：

当采用利用系数法计算负荷时，要求设备容量统一换算到下。Pe=

3.确定计算负荷的系数

根据负荷曲线，可以求出用于确定计算负荷的有关系数。

1. ⑴需要系数K d需要系数定义为：

K d值的相关因素：用电设备组中设备的负荷率；设备的平均效率；设备的同时利用系数；电源线路的效率。

K d值只能靠测量统计确定。

⑵利用系数K u K u可查附录表5

⑶附加系数Ka Ka值与设备容量差别程度、设备台数和利用系数有关。

为便于分析比较，从导体发热的角度出发，不同容量的用电设备需归算为同一容量的用电设备，于是可得到其等效台数neq为：根据利用系数Ku和等效台数neq查附录表6，可得到附加系数Ka值。

4.三相用电设备组计算负荷的确定

需要系数法

利用系数法

7. 尖峰电流的:持续1～2S的短时最大负荷电流。

8.无功功率补偿

㈠功率因数定义

⑴瞬时功率因数：

⑵平均功率因数:

⑶最大负荷时的功率因数

㈡无功补偿容量的确定Q N.C=Q c－Q c’＝P c(tanφ-tanφ’)

无功补偿装置的选择：稳态无功功率补偿设备，主要有同步补偿机和并联电容器（自愈式）。

低压并联电容器装置根据负荷变化相应自动循环投切的电容器组数，在无功补偿容量Q N.C确定后可根据选定的单组容量q NC来选择：

第三章短路电流计算

1.短路及其原因、后果

短路——指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。 主要原因：电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。

短路后果： 短路电流产生的热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；短路电流产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏； 短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会造成停电； 不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。 2.短路的类型：单相短路、两相短路、三相短路、两相接地短路

3.计算短路电流的目的：正确选择和校验电器、电线电缆及其保护装置。

4.无限大容量电源——指电源内阻抗为零，供电容量相对无限大的电力系统，电源母线上的输出电压不变。

5.短路电流的周期分量是因短路后的电路阻抗突然减小很多，按欧姆定律应突然增大很多倍的电流。

短路电流的非周期分量则是因短路电路含有感抗，电路电流不可能突变，按楞次定律感生的用以维持短路初瞬间电流不致突变的一个反向衰减性电流、 6.高压电网短路电流计算

在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值是不变的。 在高压电路的短路计算中，通常只计电抗，不计电阻。故 ⑴标幺值法 标幺值

基准容量取Sd=100MV A.

基准电压取元件所在处的短路计算电压为基准电压，即Ud=Uc=1.05Un 基准电流

基准电抗

Ⅰ.供电系统各元件电抗标幺值

1）电力系统的电抗标幺值

式中，S k 为电力系统变电所高压馈电线出口处的短路容量。

2）电力变压器的电抗标幺值

3）电力线路的电抗标幺值

Ⅱ.

三相短路电流的计算

1)三相短路电流周期分量有效值的标么值:

由此可得三相短路电流周期分量有效值：

2)其他短路电流：

(3)

c c k 22

3||3

U U I Z R X ∑∑∑

==+c N

1.05U U =(3)c k 3U I X ∑=

*

d

A

A A

=d d d 3S I U =d

c 3S

U =d d d 3U X I =2

c d U S =

*S S d X X X =22c c k d U U S S =d k S S =2

c

k T

N T %100U U X S ?="(3)(3)(3)

k k

I I I ∞==

3)三相短路容量：

7.

两相短路电流的估算 8.⑴在校验电器和导体短路稳定度时，应采用三相短路电路。⑵两相短路电流主要用于相间短路保护的灵敏度校验； ⑶单相短路电流主要用于单相短路保护的整定及单相短路热稳定的校验。 9.短路电流的效应：

强大的短路电流通过电器和导体，将产生电动力效应，可能使电器和导体受到破坏或产生永久性变形;热效应，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。为了正确选择电器和导体，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。

⑴短路动稳定的校验条件

工程上，电器的动稳定通常用电器的极限通过电流Imax （即额定峰值耐受电流）来表示。 满足动稳定的等效条件是： ⑵短路电流的热效应

㈠短路时导体的发热

在线路发生短路时，强大的短路电流将产生很大的热量。工程上可近似地认为导体在短路时间内是与周围介质绝热的。 规范要求，导体在正常和短路情况下的温度都必须小于所允许的最高温度（见附录表16）。

工程计算公式

在无限大容量电源提供的系统中，

㈡短路热稳定的校验条件

载流导体和电器承受短路电流作用时满足热稳定的原始条件是 工程上，对于一般电器，满足热稳定的等效条件是： t 为电器的额定短时耐受电流有效值及时间

对于载流导体，满足热稳定的等效条件是： C 为导体的热稳定系数

第四章电器、电线电缆及其选择

1.电器的作用；(通断、保护、变换、控制、调节.)

电器是指能够根据外界施加的信号和要求，自动或手动地接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电量对象的变换、检测、控制、保护、调节和传递信息用的电气器具。 2.电弧的产生和熄灭机理:

根本原因: 触头本身及周围介质中含有大量可被游离的电子。

游离方式： 热电发射(初期形成)、高电场发射(初期形成)、碰撞游离(中期形成)、高温游离(稳定)。 去游离方式：复合 、扩散

3.高压电器 Ⅰ.高压断路器

(2)(3)(3)

k k k

30.8662

I I I ==(3)

max sh i i ≥2k ima

Q I Rt ∞

=k al θθ≤22t ima I t I t

∞≥3

ima

10I A t C ∞?

≥

⑴功能：具有相当完善的灭弧装置不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除故障。

⑵类型(按灭弧介质分)；油断路器（以油作为灭弧介质已逐步淘汰）、SF6断路器（以SF6气体作绝缘介质和灭弧介质，可频繁操作）、真空断路器（利用“真空”作绝缘和灭弧介质，可频繁操作）、压缩断路器、磁吹断路器等类型

Ⅱ.高压熔断器

功能：主要对高压线路及电气设备进行短路保护，有的也具有过负荷保护功能。

非限流式（RW、RM、RL）限流式（XRNT3、RN1、RN2、RT0）

Ⅲ.高压隔离开关

功能：主要用来隔离高压电源以保证其他设备的安全检修。它没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。

但它可以用来通断一定的小电流电路等。

高压隔离开关一般采用手力操动机构。

Ⅳ.高压负荷开关

功能：能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流，因此它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来切除短路故障。

Ⅴ.高压负荷开关－限流熔断器组合电器

功能：兼有负荷开关与限流熔断器的双重功能。

4.高压开关柜

开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。

⑴按结构类型分：铠装式、间隔式、箱式。⑵按中压断路器的置放分:落地式、中置式

⑶按绝缘类型分：空气绝缘金属封闭开关柜、SF6气体绝缘金属封闭开关设备(充气柜)

用户变配电所采用高压开关柜组合成高压配电系统。

5.高压电器的选择校验项目P70

6.互感器

功能(1)安全绝缘(2)扩大范围

Ⅰ. 电流互感器(CT)

⑴结构原理：一次绕组串联在主电路中或直接利用一次母线；二次绕组所接仪表、继电器均串联。

⑵常用接线方案

α.一相式接线:反应一次电路对应相的电流。通常用在负载平衡的三相电路中测量电流，或在继电保护中作为过负荷保护接线。

β. 两相V形接线:广泛用于中性点不接地的三相三线制电路中，供用于三相电流、电能的测量及过电流继电保护。γ. 三相星形接线:反应各相电流，因此广泛用于中性点直接接地的三相三线制特别是三相四线制电路中，用于测量或过电流继电保护等。

Ⅱ.使用注意事项

（1）电流互感器在工作时其二次侧不得开路.否则励磁磁动势剧增几十倍，将产生严重后果：①铁心过热，并且产生剩磁。②可在二次侧感应出危险的高电压。

（2）电流互感器的二次侧有一端必须接地；（3）电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。

7.电流互感器的选择与校验

（1）按电压、电流的选择

（2）按准确级要求选择

8.电压互感器 (PT)

(1)结构原理：一次绕组并联在主电路中,二次绕组中仪表，继电器均并联连接。 (2)常用接线方案

α.一个单相电压互感器的接线:

可测量一个线电压

β两个单相电压互感器接成V/V 形 :可测量三相三线制电路的各个线电压，它广泛地应用于用户10kV 高压配电装置中。γ. 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/ 形: 可测量各个线电压、相对地电压及零序电压，可接用于绝缘监察的电压继电器或微机小电流接地选线装置。 (3)一次绕组匝数很多，而二次绕组匝数较小，相当于降压变压器。 （4）使用注意事项

在工作时其二次侧不得短路；二次侧有一端必须接地；连接时要注意其端子的极性 8.电线电缆 （一） 架空线

结构：导线（裸绞线）、电杆、横担、拉线、绝缘子和金具等 特点：投资省，易维护，但不美观、占空间。 型号：铝绞线 LJ 钢芯铝绞线 LGJ 铜绞线 TJ （二） 电力电缆

结构：导线（橡胶、聚氯乙稀、交联聚乙烯、矿物绝缘）、绝缘层、屏蔽层、保护层 特点：运行可靠、美观、维护工作量小，但造价高，故障时不易排除。

敷设：直接埋地敷设、利用电缆沟、利用电缆桥架室内敷设、 利用管道（钢管、塑料管、混凝土管）、 利用电缆隧道、海底水中等。应遵守GB50217-94《电力工程电缆设计规范》。 （三） 硬母线

硬母线分裸母线和母线槽两种。母线槽按绝缘方式可分为密集绝缘型和空气绝缘型两种。母线槽适用于高层

建筑、标准厂房或机床设备密集的车间，对于工艺变化周期短的车间配电尤为适宜。此外还可用于变压器与低压配电柜间的连接。

（四）绝缘导线 绝缘导线的敷设方式，分明敷和暗敷两种。 9.

线路电压损失的计算

(一）一个集中负荷线路的电压损失

可以证明。带有均匀分布负荷的三相线路，在计算其电压损失时，可将其分布负荷集中于分布线段的中点，

按集中负荷来计算

10.

导线和电缆截面的选择与校验

注：用户的10kV 及以下线路，通常不按经济电流密度条件选择。电力电缆不必校验机械强度。

S 2 ≤ S 2N

（一）按发热条件选择导线和电缆截面

按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量I al大于通过相线的计算电流I c，即I al ＞I c

所谓导线和电缆的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其稳定温度超过允许值的最大电流。

影响导线和电缆的允许载流量的主要因素：导线和电缆的导体材料与绝缘材料、导线和电缆的环境温度、导线和电缆的敷设方式、导线和电缆的并列根数

按发热条件选择导体截面后，再校验电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。

（二）按电压损失条件选择导线和电缆截面

当先按电压损失条件选择导线(或电缆，下同)截面时，由于截面未知，故有两个未知数，即导线的电阻和电抗。可先假定一个单位长度的电抗值x0,然后再进行选择计算。

（三）按经济电流密度条件选择导线和电缆截面P91

第五章供电系统的一次接线

一、一次接线的概念

一次接线是指由电力变压器、各种开关电器及配电线路，按一定顺序连接而成的表示电能输送和分配路线的电路，亦称主电路。

第二节电力变压器的选择

㈠绝缘与冷却方式：油浸式如S9、S9-M、S11型等，一般为自冷式。干式如SCB10、SG10型等，可带风机冷却。

㈡联结组别：①35～110/10.5kV总降压变压器为Y,d11。②10/0.4kV配电变压器一般为Y,yno或D,yn11。

㈢ D,yn11联接的优点：①有利于单相接地故障的切除；②有利于抑制零序谐波；③单相负载能力强。

㈣电力变压器的台数与容量选择

（一）台数的选择

考虑因素：①供电可靠性要求②负荷变化与经济运行③集中负荷容量大小

（二）容量的选择

保证负荷的正常运行

①对单台变压器满足条件： SNT>SC （应留有10～20％余量）

②对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件：SNT≈0.7Sc且SNT≥Sc（Ⅰ+ Ⅱ）

容量还应满足大型电动机及其它冲击负荷的起动要求。

一般单台车间变容量不宜大于1250kVA。

三、电力变压器的过负荷能力

（一）正常过负荷

对于油浸式变压器，其允许过负荷包括以下两部分：

1）由于昼夜负荷不均匀而考虑的过负荷。2）由于夏季欠负荷而在冬季考虑的过负荷。

以上两部分过负荷可以同时考虑，但是，对室内变压器，过负荷不得超过20％；对室外变压器，过负荷不得超过30％。干式电力变压器一般不考虑正常过负荷

第三节电气主接线基本形式

一、有母线的主接线

母线----汇集电能和分配电能

1.单母线接线，特点：电源进线和所有引出线都连接于同一组母线WB上。

优缺点：简单、清晰、设备少；

但可靠性与灵活性不高。

应用：一般供三级负荷，两路电源进

线的单母线可供二级负荷。

2. 单母线分段接线

①两路电源一用一备时，分段断路器接通运行。

②两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行。

3. 双母线接线

特点：每个回路经断路器和两组隔离开关分别接到两组母线上。

应用：用于有大量一、二级负荷的大型变配电所。

二、无母线的主接线

特点:接线简单，设备少，经济性好，适于只有一台主变压器的小型变电所。

图2 双回线路－变压器组单元接线

正常运行时，两路电源及主变压器同时工作，

变压器二次侧母联断路器QF3断开运行。

双回线路－变压器组单元接线可供一、二级负荷。

2.桥式接线：能实现电源线路和变压器的充分利用。

第五节高低压配电网接线

一、高压配电网接线

（一）高压配电网接线基本形式

1.放射式：特点：配电母线上每路或两路馈电出线仅给一个负荷点单独供电。

放射式线路故障影响范围小，因而可靠性较高，而且易于控制和实现自动化，适于对重要负荷的供电。

2. 树干式：特点：配电母线上每路馈电出线给同一方向的多个负荷点供电。

树干式线路及其开关电器数量少，投资省，但可靠性不高，不便实现自动化。

3、环式（环网接线）特点：把两回树干式配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络。

一般开环运行，可靠性较高

二、低压配电网的接线方式

1. 放射式

2. 树干式

3. 环式：多用于各车间变电所低压侧之间的联络线，彼此连成环式，互为备用。

正常时备用电源不供电，即也采用开环运行方式。

4. 链式：链式线路只在线路首端设置一组总的保护，可靠性低。

适用于从配电箱对彼此相距很近、容量很小的次要用电设备的配电。第六节变配电所的类型与布置

总降压变电所型式有室内型和室外型

二、变配电所的布置

（一）基本要求

1. 便于运行维护与检修：变配电装置要有足够的安全净距和操作维护通道。

2. 便于进出线

3. 保证运行安全

4. 节约土地与建筑费用

5、适应发展要求

（二）总体布置方案：变配电所总体布置的方案应因地制宜，合理设计。

第六章供电系统的二次接线

采用灯光监视就地操作的断路器控制与信号回路

二、采用微机远方监控的断路器控制和信号回路

第九章接地与防雷

一、接地的有关概念

㈠接地与接地装置

接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间作良好的电气连接。

埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地极。

接地体分为，自然接地体、人工接地体

试验表明，在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方，散流电阻值已趋近于零，即此处的电位以近似为零

㈡接地类型

1. 功能性接地，为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，又称工作接地。

2. 保护性接地，为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。包括：

①安全保护接地：为防止人体受到间接电击，而将电气设备的外露可导电部分进行的接地。

②过电压保护接地：为防止过电压对电气设备和人身安全的危害而进行的接地，如防雷接地。

③防静电接地：为了消除静电对电气设备和人身安全的危害而进行的接地

3. 功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地)

二、等电位联结

㈠等电位联结概念：等电位联结是使建筑物电气装置的各外露可导电部分与电气装置外的其它金属可导电部分进行电位基本相等的电气连接。可分为

①总等电位联结（MEB）②局部等电位联结（LEB）③辅助等电位联结（SEB）

㈡等电位联结的作用：①显著降低人体接触电压②有效消除来自外部的危险电压

㈢供电系统的防雷

过电压的①内部过电压(分为：操作过电压和谐振过电压)

②外部过电压{（又叫雷电过电压）分为：直击雷击、感应雷击、雷电波侵入}

三、雷电流的产生、幅值与陡度

异性带电雷云间的放电就是通常所说的闪电。雷云对地或架空线路的放电就会造成雷电流。对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在负载电感L上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。

四、雷电冲击波的基本特性

①雷电冲击波具有波的传导特性。输电线路受到雷击后，产生的雷电冲击波会向输电线路两侧流动传播，雷电波在传导过程中到达结点后，还会发生折射和反射现象。

②雷电入射波到达线路末端结点处会发生全反射，线路的开路末端电压将增大至雷电行波电压的2倍，严重威胁线路的绝缘安全，必须设置避雷器等防雷保护措施。变电所常采用一段100～200m的进线电缆，以达到降低行波陡度的效果。

五、防雷措施

此外，对于35~110KV变电所，若引入的架空线路全线无避雷线，应在靠近变配电所1~2km的进线段架设避雷线和避雷器，变电所得每组母线上均装设避雷器。

6~10KV变配电所应在每路进线终端和每组母线上装设避雷器，有电缆进线段的架空线路，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器