电力工程基础第三版计算题
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电力工程基础_第二版_孙丽华主编_课后习题答案
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《电力工程基础》习题与解答
第一章 发电厂概述习题与解答 一、简答题 1、简述水力发电、火力发电和风力发电的能量转换过程。 答：水力发电是将水流的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。火力发电 是将燃料的化学能转换为热能， 再将热能转换为机械能， 然后再将机械能转换为电能的过程。 风力发电是将空气的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。 2、火电厂按照原动机不同可分哪几类？火电厂的三大主机是什么？ 答：火电厂按照原动机不同可分为汽轮机电厂、燃气轮机电厂、蒸汽―燃气轮机联合循 环电厂。锅炉、汽轮机、发电机是常规火力发电厂的三大主机。 3、简述蒸汽动力发电厂的生产过程。 答：燃料送入锅炉燃烧放出大量的热能，锅炉中的水吸收热量成为高压、高温的蒸汽， 经管道有控制地送入汽轮机， 蒸汽在汽轮机内降压降温， 其热能转换成汽轮机转轴旋转机械 功，高速旋转的汽轮机转轴拖动发电机发出电能，电能由升压变压器升压后送入电力系统， 而做功后的乏汽（汽轮机的排汽）进入凝汽器被冷却水冷却，凝结成水由给水泵重新打回锅 炉，如此周而复始，不断生产出电能。 4、常规燃煤火电厂对环境的污染主要体现在哪些方面？ 答：主要是烟气污染物排放、灰渣排放、废水排放，其中烟气排放中的粉尘、硫氧化物 和氮氧化物经过烟囱排入大气，会给环境造成污染。 5、目前比较成熟的太阳能发电有哪些形式？ 答：太阳能热发电和太阳能光发电。 6、简述闪蒸地热发电的基本原理。 答：来自地热井的热水首先进入减压扩容器，扩容器内维持着比热水压力低的压力，因 而部分热水得以闪蒸并将产生的蒸汽送往汽轮机膨胀做功。 如地热井口流体是湿蒸汽， 则先 进入汽水分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机做功，分离剩余的水再进入扩容器（如剩余热水 直接排放就是汽水分离法，热能利用不充分） ，扩容后得到的闪蒸蒸汽也送往汽轮机做功。 7、简述双循环地热发电的基本原理。 答：地下热水用深井泵加压打到地面进入蒸发器，加热某种低沸点工质，使之变为低沸 点工质过热蒸汽，然后送入汽轮发电机组发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，用 工质泵再打回蒸发器重新加热，重复循环使用。为充分利用地热水的余热，从蒸发器排出的 地热水去预热器加热来自凝汽器的低沸点工质液体， 使其温度接近饱和温度， 再进入蒸发器。 8、可用于发电的海洋能有哪几种类型？ 答：可用于发电的海洋能主要为：潮汐能、波浪能、海流能（潮流能） 、海水温差能和 海水浓度差能。 二、问答题1 1、水电站常见的类型有哪几种？抽水蓄能式水电站具有什么特点？ 答：水电站常见的类型有：河床式水电站、坝后式水电站和引水式水电站。抽水蓄能电 站是特殊形式的水电站。当电力系统内负荷处于低谷时，它利用电网内富余的电能，机组采 用电动机运行方式，将下游（低水池）水抽送到高水池，能量蓄存在高水池中。在电力系统 高峰负荷时，机组改为发电机运行方式，将高水池的水能用来发电。因此，在电力系统中抽 水蓄能电站既是电源又是负荷， 是系统内唯一的削峰填谷电源， 具有调频、 调相、 负荷备用、 事故备用的功能。 2、水力发电有哪些主要特点？ 答：水力发电主要有以下特点： （1）水能是可再生能源，一般也不会造成水体污染； （2）水力发电不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料； （3）水力发电的效率高，常规水电厂的发电效率在 80%以上； （4）水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源转换； （5）水力发电的生产运行成本低，无需燃料、运行人员较少、管理和运行简便、运行 可靠性较高； （6）水力发电机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是理想的调峰、调频和 事故备用电源； （7）水力发电资源一般远离用电负荷中心，开发投资大，工期长； （8）无水库调节或水库调节能力较差的水电站，其发电受丰枯季节变化的影响较大， 与用户用电需要不相适应；一般采用水、火、核电站联合供电方式； （9）水电站的水库可以综合利用，可获得较高的综合经济效益和社会效益。 （10）建有较大水库的水电站，有的水库淹没损失较大，移民较多，并影响野生动植物 的生存环境。 3、什么是锅炉？其作用是什么？ 答：锅炉本体实际上就是一个庞大的热交换器，由“锅”和“炉”两部分组成的。锅是 指锅炉的汽水系统，完成水变为过热蒸汽的吸热过程。炉是指锅炉的燃烧系统，完成煤的燃 烧放热过程。 其作用是： 燃料在炉膛内燃烧将其化学能转变为烟气热能； 烟气热能加热给水， 水经过预热、汽化、过热三个阶段成为具有一定压力、温度的过热蒸汽。 4、风力发电机主要由哪些部件组成？各有什么作用？ 答：风力发电机由风轮、升速齿轮箱、发电机、偏航装置（对风装置） 、控制系统、塔 架等部件所组成。 风轮的作用是将风能转换为机械能， 它由气动性能优异的叶片装在轮毂上 所组成， 低速转动的风轮通过传动系统由升速齿轮箱增速， 以便与发电机运转所需要的转速 相匹配并将动力传递给发电机。由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有对风装2 置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合 的小齿轮转动，使机舱始终对准来风的方向。由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化， 必须根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制系统来实现对风力发电机的起动、 调节 （转速、电压、频率） 、停机、故障保护（超速、振动、过负荷等）以及对电能用户所接负 荷的接通调整及断开等。 5、太阳能光发电的基本原理是什么？太阳能电池发电系统一般由哪些设备组成？ 答：光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池（光伏）将太阳能直接转化 成电能。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能产生电子―空穴对，从而产生光生 电压。太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、防反充二极管、储能蓄电 池、充电控制器、逆变器等设备组成。 6、利用生物质能发电的关键技术在哪方面？生物质能发电主要特点是什么？ 答：利用生物质能发电关键在于生物质原料的处理和转化技术。采用生物质能发电特 点是： （1） 生物质能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术， 且转化设备必须安全可靠、 维护方便； （2）利用当地生物资源发电的原料必须具有足够数量的储存，以保证连续供应； （3）发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行的方式； （4）利用当地生物质能资源就地发电、就地利用，不需外运燃料和远距离输电； （5）城市粪便、垃圾和工业有机废水对环境污染严重，用于发电，化害为利，变废为 宝； （6）生物质能发电所用能源为可再生能源，资源不会枯竭、污染小、清洁卫生，有利 于环境保护。 三、读图题 1、如图 1-1 所示为某一水电站的示意图，请回答图中标注所代表的设备或设施名称。3 图 1-1某一水电站的示意答：1－水库；2－压力水管；3－水电站厂房；4－水轮机；5－发电机；6－尾水渠道。 2、如图 1-2 所示为某一蒸汽动力发电厂的生产过程原理示意图，请回答图中标注所代 表的设备名称。23～4 1 7 6 5图 1-2某一蒸汽动力发电厂的生产过程原理示意答：1－锅炉；2－汽轮机；3－发电机；4－凝汽器；5－凝结水泵； 6－回热加热器；7－给水泵。3、如图 1-3 所示为某一独立运行的风力发电系统的功能模块示意图，请回答图中标注 所代表的功能模块名称。 1风力 发电机组控制器3交流负载2 图 1-3直流负载 独立运行的风力发电系统的功能模块答：1－耗能负载；2－蓄电池组；3－逆变器。4、如图 1-4 所示为某一塔式太阳能发电系统原理示意图，请回答图中标注所代表的设 备名称。4 图 1-4某一塔式太阳能发电系统原理示意答：1－定日镜； 2－接收器； 3－塔； 4－热盐槽； 5－冷盐槽；6－蒸汽发生器； 7 －汽轮发电机组； 8－凝汽器。第二章 电气主接线习题与解答 一、简答题 1、什么是电气主接线？ 答：电气一次设备根据其作用和工作要求，按一定的顺序连接，用以表示生产汇集和分 配电能的电路，称为电气主接线，或一次电路，或主电路。 2、 什么叫电力系统？ 答：由发电厂电气部分、变电所、输配电线路以及用户用电设备有机连接起来的，组成 发、变、输、配、用电的整体，称为电力系统。 3、什么叫电力网？ 答：电力系统中，由升压、降压变电所和各种不同电压等级的输配电线路连接在一起所 组成的部分，称为电力网。 4、什么叫配电装置？ 答：发电厂和变电所的开关电器、载流导体及必要的辅助设备，根据电气主接线要求建造 而成的用来在正常工作情况和故障情况下正确工作的电工建筑物，称为配电装置。5 5、什么叫最小安全净距？ 答： 无论正常或过电压情况下都不致发生空气绝缘的电击穿的最小净距， 称为最小安全 净距。 二、问答题 1、对电气主接线的基本要求? 答： 主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构， 是电力系统网络结构的重要组成 部分。它直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装 置和控制方式的拟定都有决定性的关系.对其的基本要求是：1）可靠性，安全可靠是电力生 产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。2）灵活性，电气主接线应能适 应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的切换，并满足扩建要求。3）经济性，主接线 的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。经济性包括：投资、占地面积及电 能损耗三方面内容。 2、倒闸操作中隔离开关相对断路器而言“先通后断”如何理解？ 答： 隔离开关没有灭弧装置， 用隔离开关来断开电路使得在电路断开瞬间产生的电弧没 法熄灭， 会造成弧光短路， 故在断开电路应该由具有灭弧装置的断路器完成， 在断开电路时， 先断开断路器再断开隔离开关， 同里在接通电路时也应由断路器来完成接通， 即隔离开关要 在断路器合上之前来合上。这个“先通后断”是为了防止用隔离开关带负荷拉合电路。 3、母线隔离开关相对线路隔离开关而言“先通后断”又如何理解？ 答：一般情况下，断路器断开后，电路已没有电流，先拉哪个都可以。但是，若断路器 实际并未断开时先拉母线侧隔离开关， 则由于隔离开关没有灭弧装置就会造成弧光短路， 此 时相当于母线短路，电源侧断路器跳闸，导致全厂停电若先拉线路侧隔离开关，也造成弧光 短路，此时相当于线路上短路，线路断路器跳闸，事故影响小。因此，断开线路断路器后， 应先拉线路侧隔离开关，最后才拉母线侧隔离开关，以防意外。 4、为什么屋内配电装置室的门要向外开？ 答： 这是为了防止万一配电装置内发生油燃烧或爆炸等类似事故时， 便于工作人员迅速 可靠地撤离事故现场。同时，这样规定也有利于配电装置外的人员在发生上述事故时，可以 采取相应的补救措施，不致于在紧急与慌乱中造成配电装置门紧闭、与外界隔离，而引起惨 重后果。 5、什么叫最大运行方式？什么叫最小运行方式？ 答：电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求需要经常6 变更系统的运行方式， 由此相应地引起了系统参数的变化。 在设计发电厂、 变电所等工程时， 选择电气设备和确定继电保护装置整定值时， 往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路 电流值来计算和校验所选用电器、导体的稳定度和继电保护装置的灵敏度。 最大运行方式是系统在该方式下运行时， 具有最小的短路阻抗值、 发生短路后产生的短 路电流最大的一种运行方式。 一般根据系统最大运行方式的短路电流值， 来校验所选用的电 器、导体的稳定性。 最小运行方式是系统在该方式下运行时， 具有最大的短路阻抗值、 发生短路后产生的短 路电流最小的一种运行方式。 一般根据系统最小运行方式的短路电流值， 来校验继电保护装 置的灵敏度。 6、架空线路、电缆线路的结构，各自的特点及应用。 答：架空线路将导线和避雷线架设在露天的杆塔上，主要由导线、避雷线、杆塔、绝缘 子和线路金具等主要部件组成。架空线路露置在空气中，易于检修与维护。利用空气绝缘， 建造较为容易。但由于架空线路露天架设，容易遭受雷击和风雨冰雪等自然灾害的侵袭，而 且需要大片土地作为出线走廊，对交通、建筑、市容和人身安全有影响。 电缆线路主要包括电缆线、 支撑物和保护层等， 其中电缆线导体通常采用多股铜线或铝 绞线，以增加其柔韧性，使之能在一定程度内弯曲，以利于施工和存放。电缆线路一般直埋 设在土壤、敷设在电缆沟或电缆隧道、穿管敷设等，占地少，整齐美观，受气候条件和周围 环境的影响小，传输性能稳定，故障少，供电可靠性高，维护工作量少。因此在如城市人口 密集区，重要公共场所等往往采用电缆出线。但电缆线路的投资大，线路不易变动，寻测故 障难，检修费用大，电缆终端的制作工艺要求复杂等。 架空线路的设备简单，建设费用比电缆线路低，电压等级越高，二者在投资上差距就越 显著。 7、放射式接线特点？树干式的特点？ 答： 放射式接线的特点： 本线路上故障不影响其它线路； 容易进行继点保护装置的整定， 并易于实现自动化； 树干式配电系统有可能降低投资费用和有色金属消耗量，使变、配电所的馈线出线少， 占用出线走廊小，结构简单的特点。 8、如何区别屋外中型、半高型、高型配电装置？ 答：屋外中型、半高型、高型配电装置的区别主要是指电气设备与母线及母线与母线之 间在空间布置上是否有重叠。 当电气设备布置在同一个水平面上， 与母线在空间上无重叠布 置为屋外中型布置；当母线及母线隔离开关高层抬高，把断路器等电气设备布置在其下方，7 母线与电气设备具有重叠布置为屋外半高型布置； 当母线与母线具有重叠布置， 使配电装置 占地面积进一步减小，空间进一步提高，为屋外高型布置。中型布置占地面积最大，但运行 维护最方便，有色金属耗量少，高型布置占地面积最小，但运行维护最不方便，有色金属耗 量最大，半高型布置居两者之中。 9、试画出内桥接线方式接线图，并说明应用范围和优缺点。 答：绘图见图 2-1。内桥接线的特点是：线路投切比较方便，线 路故障仅是故障线路跳闸，不影响其它回路运行，但变压器故 障时与该变压器连接的两台断路器均须跳闸，从而影响了同侧 线路的运行；此外，变压器的停、投比较麻烦，需要操作两台 断路器，并使同侧线路短时停电。但由于变压器比较可靠，故 障较少，一般不经常切换，因此采用内桥接线较多。10、试画出不分段单母线和用断路器分段的单母线的基本 接线形式，并说明后一种接线比前一种接线在可靠性和灵活性方面有哪些提高？答： 单母线接线和单母线用断路器接线分别见图 2-2 和 2-3，单母线接线可靠性较高表现在，任一母 线段或母线侧隔离开关故障或检修， 另一母线段可以 不停电，并可供电给一级负荷，不至于发生全厂或全8 变电站停电事故。灵活性较高表现在：任一馈电线路都可以从两个母线段获得电源，两段母 线分列和并列运行操作简单、方便能较好地适应运行方式的变化。 11、某 110kV 变电站，有两台主变，其中 110kV 有 4 回出线，采用单母线带旁路接线， 请（1）画出 110kV 电压等级接线图。 （2）设现要对出线 1 断路器进行检修进行停电，要求 出线 1 不停电，写出倒闸操作过程。 答： （1）单母线带旁路接线见图 2-4。 （2）对出线 1 断路器检修的倒闸操作过程： 1）合 QS4、QS5；合 QF2，对旁路母线充电，并检验旁路母线； 若母线完好 2）合 QS3，此时出线 1 为双回路供电。 3）断 QF1,断 QS2、QS1，退出断路器 QF1 进行检修。 12、写出双母线接线中检修工作母线的倒闸操作过程。 答：设当前运行方式为单母线运行母线 1 （W1）工作，母线 2 备用，母联回路断开， 要检修母线 1（W1） ，如图 2-5。倒闸操作过 程如下： 1) 合 QS01、 QS02， QF0 对母线 2 充电。 合 2) 合 QS12，断 QS11，把出线 1 倒到母线 2。同理可以把其他回路倒到母线 2。 3) 当全部进出线都倒闸到 W2，断 QF0， 断 QS01、QS02， W1 停电检修。三、计算题 1、某县拟建一 35kV 城关变电所，根据负荷调查统计表明，在 5～10 年建设规划期间， 10kV 最大负荷为 10000kW（一、二级负荷共占 75％） ，最小负荷 7000kW，以八回出线向各 用户供电；35kV 侧有两回线路，一回与电力系统联络，一回供电给县水泥厂，水泥厂最大 负荷 3000kW，最小负荷 2000kW。试拟定一个技术经济比较合理的电气主接线方案。可供选 择的主变压器额定容量系列为：、、 、、6300、 、1kVA。9 解： （1）主变台数、容量选择： 1） 由于 10kV 负荷中一、 二级负荷共占 75％， 变电站在该地区为较为重要的变电站， 负荷要求两独立电源供电，故主变台数设 2 台，备用方式为暗备用。 2） 主变容量选择考虑 5-10 年规划， 台主变互为备用， 2 正常时每台供 50％的负荷， 当一台主变发生故障时， 另一台要在事故过负荷能力的情况下带上一、 二级负荷即总 负荷的 75％。考虑主变容量 SNT≈0.7Sc＝0.7*10000/cos＝7000kWS NT ≈ 0.7 Sc =0.7 ×
= = 7800kVA ， cos ? 0.9选择容量为 8000kVA 的变压器 2 台。正常时一台承受 5000kW 的负荷，负荷率为：5000 ≈ 70% ，满足经济运行要求。当一台主变因故退出运行时，另一台 0.9 *
≈ 1.04 ，这变压器运行足以满足要求。 主变承当的 75％负荷，其负荷率为；k l = 0.9 * 8000 kl =（2）主接线方案拟定； 1） 35kV 有两回线路，一回到电力系统即电源，令一回到县水泥厂即 35kV 负荷。2台主变，可以考虑只有一回电源 35kV 侧可用单母线接线；两回线路，2 台主变又可以考虑 为桥式接线，因为到县水泥厂是 35kV 侧的转供负荷，可以考虑外桥接线。 2） 10kV 侧一、二级负荷比例大，考虑用单母线分段接线，用成套开关柜布置，布 置简单，经济性好。可靠性能满足要求 。 3） 故可以拟定供电可靠性灵活性方案有 2：一为 35kV 采用单母线接线，10kV 采用 单母线分段接线；二为 35kV 采用外桥接线，10kV 采用单母线分段接线。 （3）主接线方案确定：10 对两方案进行经济比较，不同部分只在 35kV 侧，单母线接线用四台断路器，外桥接线 用 3 台断路器。但是单母线接线二次继电保护配合等相对简单，对各个负荷计量点明确，外 桥接线虽然节省一台断路器，但其如果发生故障会影响主变的供电，一台主变要退出工作， 且 35 kV 断路器价格不高，综合考虑故 35kV 侧采用单母线接线。变电站主接线方案最终确 定为：35kV 采用单母线接线，10kV 采用单母线分段接线。如图 2-6 所示。第三章 输电网运行分析习题与解答11 一、问答题 1、电能质量的主要指标是？其要求分别是？ 答：电能质量的三个主要指标是电压、频率、波形。电压要求：我国目前规定 35kV 及以 上电压允许变化为 ± 5% ，10kV 及以下为 ± 7% ，低压照明及农业用户为（＋5～-10）％； 频率要求：正常运行时，中小系统允许频率偏差为 ± 0.5 H Z ，允许时间 40s,大系统为± 0.2 H Z ， 允许时间 30s； 事故运行时， 30min 内 ± 1H Z ， 15min 内 ± 1.5 H Z ， 但不低于-4 H Z ；波形畸变率要求： 110kV 电网 ≤ 2.0％， 35～66kV 电网 ≤ 3.0％， 6～10kV 电网 ≤ 4.0％， 0.38kV 电网 ≤ 5.0％。 2、采用标么制进行计算电网参数的优点？ 答：三相电路的计算公式与单相电路相同，三相功率的标么值与单相功率标么值相等； 采用标么制计算的数量级比较小， 计算比较简单； 选定全网的基准功率以及各级的基准电压 后，直接进行标么值计算，计算参数不需折算。 3、潮流计算机计算时，节点一般如何分类？ 答：PQ 节点：节点的有功 P 和无功功率 Q 是给定的，节点电压幅值和相角（U、 δ ）是 待求量，通常变电所母线属于此类；PV 节点：节点的有功功率 P 和电压幅值 U 是给定的， 节点无功和电压相角（Q、 δ ）是待求量，当节点处有足够的可调无功量，可以维持给定电 压幅值时，该节点可选为 PV 节点，一般为有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源的 变电所母线；平衡节点：承担系统有功平衡的节点，一般选主调频发电厂。 4、潮流计算的目的？ 答：可以判断系统各元件（输电线、变压器等）是否过负荷；可以判断各节点电压是否 满足电能质量要求；以便正确选择系统运行方式；作为设备选型依据，以满足技改要求；为 系统规划运行提供必要的依据；可以为系统调压计算、经济运行计算等提供必要的数据。 5、电力系统等值电路中精确和近似计算的区别及其各自使用的场合？ 答：利用电网或元件的额定电压进行电路等效参数计算或归算，称精确计算，一般用于 电力系统稳态分析；利用各级电压的平均值进行电路等效参数计算或归算，称近似计算，一 般用于系统故障分析。 二、分析题 1、试用单位长度电抗计算公式分析采用分裂导线的优点？ 答：采用分裂导线，增大了导线的等效半径，所以其单位长度电抗值相对普通减小，具12 体分析如下：普通导线的单位电抗 x1 = 0.1445 lg 线几何平均距离； r 表示导线半径； 分裂导线的单位长度电抗 x1 = 0.1445lg'Dm + 0.0157 （ ? ） ；其中 Dm 表示三相导 rDm 0.0157 + ( ? )， req = n r ( d12 d 23 ? d1n ) ， req nreq 表示分裂导线的等效半径；d12、d13 ? d1n 表示某根导线与其余 n-1 根导线间距离。x1' 相对 x1 值减小了。当分裂根数超过 4 根时，电抗值下降不明显，故一般不超过 4 根。 2、潮流问题中系统变量的约束条件一般是？ 答：常用的约束条件如下： （1）节点电压幅值需控制在一定的范围内，即满足 U min ≤ U i ≤ U max ； （2）电源节点的功率需满足? PG i min ≤ PG i ≤ PGi max ? ? Q G i min ≤ Q Gi ≤ Q G i max(3)节点间的相位差应满足δ i ? δ j & δ i ? δ j，以保证系统的稳定性。 max3、系统频率调整中，怎样才能做到频率无差调节（试作图说明）？（5 分） 答： 二次调频可以实现，如图 3-1 所示， ?PL 0 由：发电机组增发的功率 ?PG 0 (OC), 调速器作用增发的－ K G ?f （CB） ,负荷调整效应减少的负荷功率 K L ?f'' ''(AB) ； ?PL 0 当－ ?PG 0 ＝－ K G ?f － K L ?f ＝0，即 ?f '' ＝0，实现无差调节。'' ''P0 '' P0 ' P0AOO'PL 'B''CPLPG 'PGOf 0' f 0'' f 0图 3-1 二次调频示意4、标么制计算中线电压和相电压、三相和单相功率标么值相等，试加以简析。 答：一般对称的三相电力系统进行分析计算时，均化为等值星形电路，电压、电流的线 与相之间的关系以及三相功率与单相功率之间的关系如下：13 I = Iph、U=3Uph、 S = 3 S = 3U I = 3 * U ? I = 3UI ，其中， U 、 I 、 S 表示线 (1 ) ph ph3电压、线电流、三相功率；UUB = 3IBZ B 、 ZBph、 I ph 、 S ( 1 ) 表示相电压、相电流、单相功率；且 S B = 3U B I B 、=2 U B SB，所以 U ? = U = UB3 IZ IZ = = I ? Z ? = U ph ? , S ? = S = IBZB SB 3I B Z B3 IU IU = = I ?U ? = S (1 )? I BU B 3 I BU B5、何谓电晕现象？产生电晕的临界电压称？ 答：导线表面的电场强度大于空气分子的游离程度，使之发生电离的现象。产生电晕的 临界电压称电晕起始电压也称起晕电压。 U cr = 49.3m1m2 rδ lgDm ，当线路运行电压大于 rU cr 是就会发生电晕现象， “滋滋”作响。其中 m1 表示导线表面的光滑系数， m2 表示气象系数（一般晴朗天气 m2 ＝1，恶劣天气 m2 &1） r 表示导线半径， Dm 表示三相导线的几 ， 何均距；δ 表示空气的相对密度，可见是否产生电晕现象与周围的环境由极大的关系，一般 恶劣天气 m2 较小，比较容易发生电晕。 三、计算题 1、某三相变压器型号为 SFPSL-，各绕组容量比为 100/100/50，额定电压为 220/121/11kV，?Pk (1? 2) ＝601kW，?Pk' (1?3) =180kW，?Pk' ( 2?3) =132kW， k (1?2 ) % =14.85， k (1?3) % U U ＝28.25， U k ( 2?3) % ＝7.6， ?P0 =130kW， I 0 % ＝0.62，求该变压器参数及其等效电路。 解： （1）求阻抗?Pk (1? 2) ＝601(kW)； ?Pk (1?3) ＝ (S1N 2 100 2 ) ?Pk' (1?3) ＝ ( ) *180＝720(kW)； S3 N 50 S2 N 2 100 2 ) ?Pk' ( 2?3) ＝ ( ) *132＝528(kW)； S3 N 50?Pk ( 2?3) ＝ (则： ?P k 1 ＝1/2( ?Pk (1? 2) + ?Pk (1?3) + ?Pk ( 2?3) )＝1/2（601＋720-528）＝396.5(kW)； 同理可得： ?P k 2 ＝204.5(kW)； ?P k 3 ＝323.5(kW)；∴ RT 1 ＝2 ?Pk 1 ? U N ＝1.333（ ? ） RT 2 ＝0.687（ ? ） RT 3 ＝1.087（ ? ） ， ， 2 1000 S N14 U k 1 % ＝1/2( U k (1?2 ) % + U k (1?3) % - U k ( 2?3) % )＝1/2（14.85＋28.25-7.6）＝17.75；同理可得： U k 2 % ＝-2.9； U k 3 % ＝10.52 U k 1 %U N ∴ XT1 ＝ ＝71.59（ ? ） X T 2 ＝-11.70（ ? ） X T 3 ＝42.35 ? ） ， ， 100 S N(2)求导纳GT =?P0 130 = = 2.68 × 10?6 ( S ) 2 1000U N 1000 * 2202 I 0 % S N 0.62*120 = = 15.37 × 10?6 ( S ) 2 2 100U N 100* 220BT =∴YT = GT ? jBT = (2.68 ? j15.37) ×10 ?6 S等效电路图 3-2 所示。ZT 2ZT 1(0.687 ? j11.70) ?(1.333 + j 71.59)?ZT 3YT(2.68 ? j15.37) ×10 ?6 S(1.087 + j 42.35) ?图 3-2等效电路2、某电力网络及各元件参数如图 3-3 所示，试用近似计算法求出其参数，并做出等值 电路。T1 l1 T2S N = 120MVA U k % = 6.7 242 / 10.50.4? / km 100kmS N = 120MVA U k % = 6.7 220 / 1210.4? / km 50kml2图 3-3 某电力网络及各元件参数解：采用近似法， 取 SB = 100MVA， U B = U av ， U B1 = 10.5 kV， U B 2 = 230 kV， U B 3 = 115 kV15 变压器 T 1 : X 1? ＝ X T 1? ＝U k 1 % S B 6.7 * 100 = =0. S N 100 * 120 SB 100 = 0.4 * 100 * ＝0. *U B2 2 * 230 2线路 l1 ： X 2? ＝ X l1? = x1l1变压器 T 2 : X 3? ＝ X T 2? ＝U k 2 % S B 6.7 * 100 = =0. S N 100 * 120 SB 100 = 0.4 * 50 * ＝0.151 2 U B3 11522 0..05584 0.151线路 l2 ： X 4? ＝ X l 2? = x1l21 0.0558图 3-4 等值电路 3、额定电压 110KV 的辐射型电网各段阻抗及负荷如图 3-5 所示。已知电源 A 的电压为 121KV，求功率分布和各节点电压（注：考虑功率损耗，可以不计电压降落的横分量δU） 。图 3-5 辐射型电网各段阻抗及负荷 解：依题意得 设： U N ＝110kV， S C = 8 + j 6( MVA) （1） ? S ZC =~' ~~ ~82 + 6 2 (10 + j 20) = 0.0826 + j 0.1653( MVA) （2 分） 1102~S C = ? S C + ? S ZC = ?(8 + j 6) + 0.0826 + j 0.1653 = ?(7.9174 + j 5.8347)( MVA) S B = S C + ? S B = 40 + j 30 ? (7.9174 + j 5.8347) = (32.0826 + j 24.1653)( MVA)? S ZB~ ~ ~' ~' ~32.08262 + 24.16532 = (20 + j 40) = 2.666 + j 5.333( MVA) 110 2~' ~S A = S B + ? S ZB = 32.0826 + j 24.1653 + 2.666 + j 5.333 = (34.7486 + j 29.4983)( MVA)（2）电压降，略去横分量16 ?U ZB =PA RB + QA X B 34.7486 * 20 + 29.4983 * 40 = = 15.495 (kV) 121 UAU B = U A ? ?U ZB = 121 ? 15.493 = 105.507 (kV)?U ZC' 7.9174 * 10 + 5.8347 * 20 PC' RC + QC = =? = ?1.856 (kV) 105.507 UBU C = U B ? ?U ZC =105.507-(-1.856)=107.363(kV)4、如图 3-6 所示各支路参数为标么值，试写出该电路节点导纳矩阵。y10 = j 0.1y12 = ? j 2.5y20 = j 0.1y13 = ? j 2y23 = ? j 2.5y34 = ? j10 y30 = j 0.5图 3-6 解：各支路参数为标么值Y11 = y10 + y12 + y13 = j 0.1 ? j 2.5 ? j 2 = ? j 4.4，Y12 = Y21 = ? y12 = j 2.5，Y13 = Y31 = ? y13 = j 2 ， Y22 = y20 + y12 + y23 = ? j 4.9 Y23 = Y32 = ? y23 = j 2.5，Y33 = y30 + y31 + y32 + y34 = ? j14.45，Y34 = Y43 = ? y34 = j10 ， Y44 = Y34 = ? j10? ? j 4.4 ? j2.5 ? 该电路节点导纳矩阵 YB 为： YB = ? j2 ? ?0 ? ? j2.5 -j4.9 -j4.9 0 j2 0 j2.5 0 -j14.45 j10 j10 ? ? ? ? ? -j10 ? ? ?5、某系统负荷为 4000MW，正常运行时 f = 50 H Z 。若系统发电出力减少 200MW，系 统频率运行在 48 H Z ，求系统负荷的频率调节效应系数？17 解： ?PL? =?PL 200 = = 0.05 ， PL 4000?f? =0.05 50 ? 48 ?P = 1.25 ， = 0.04 ， K L ? = L ? = 50 ?f? 0.04系统负荷的频率调节效应系数为： K L =?PL 200 = = 100( MW / H Z ) ?f 2第四章 配电网运行分析习题与解答 一、简答题 1、配电网的电压降落、电压损耗和电压偏移指什么？ 答： 电压降落是指线路首末两端电压的相量差。 电压损耗是指线路首末两端电压的数值 差。电压偏移是指线路首端或末端实际电压与线路额定电压的数值差。 2、配电网的损耗由哪些因素引起的？ 答：配电网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗，它产生在输电 线路和变压器的串连阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，这种损耗叫变动损耗，在总损耗中 所占比重较大；另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器的并联导纳上， 如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等，这种损耗叫固定损耗。 3、配电网的网损率指什么？ 答：在同一时间内，配电网的电能损耗占供电量的百分比，称为配电网的损耗率，简称 网损率或线损率。 4、配电网的潮流计算指什么？ 答：配电网的潮流计算是根据配电网中已知的负荷及电源电压计算出其它节点的电压 和元件上的功率分布。 5、电力系统中有哪些主要的无功电源？ 答：电力系统主要的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、 线路充电功率等。 6、电力系统无功功率平衡指什么？ 答：电力系统无功功率平衡包含两个含义。首先是对于运行的各个设备，要求系统无 功电源所发出的无功功率与系统无功负荷及无功损耗相平衡。 其次是对于一个实际系统或是18 在系统的规划设计中， 要求系统无功电源设备容量与系统运行所需要的无功电源及系统的备 用无功电源相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负荷发展的需要。 7、短路指什么？有哪些基本类型？ 答：短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大 电流。 供电系统中短路的基本类型分三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。 8、简述无穷大功率电源条件下短路电流的计算步骤。 答：无穷大功率电源条件下短路电流的计算步骤如下： （1）取功率基准值 S B ，并取各 级电压基准值等于该级的平均额定电压。 计算各元件的电抗标么值， （2） 并绘制出等值电路。 （3）网络化简，求出从电源至短路点之间的总电抗标么值 X ∑ 。 （4）计算出短路电流周期 分量有效值（也就是稳态短路电流） ，再还原成有名值。 （5）计算出短路冲击电流和短路最 大有效值电流。 （6）按要求计算出其他量。 9、简述应用运算曲线计算有限容量系统短路电流的计算步骤。 答：应用运算曲线计算短路电流的具体步骤如下： （1）绘制等值网络。首先选取基准功率和基准电压；然后取发电机电抗为 x ′′ ，无穷 d 大容量电源的电抗为零，由于运算曲线制作时已计入负荷的影响，等值网络中可略去负荷； 进行网络参数计算并做出电力系统的等值网络。 （2）进行网络变换，求转移电抗。将短路电流变化规律大体相同的发电机合并成等值 机，以减少计算工作量；消去除等值机电源点（含无穷大容量电源）和故障点以外的所有中 间节点；求出各等值机对故障点以及无穷大容量电源对故障点的转移电抗。 （3）求出各等值机对故障点的计算电抗。将求出的转移电抗按各相应等值发电机的容 量进行归算，得到各等值机对故障点的计算电抗。 （4）由计算电抗根据适当的运算曲线找出指定时刻 t 各等值机提供的短路电流周期分 量标么值。 无穷大容量电源供给的三相短路电流是不衰减的， 其周期分量有效值的标么值可 直接计算出。 （5）计算短路电流周期分量的有名值。将各等值机和无穷大容量电源提供的短路电流 周期分量标么值， 乘以各自的基准值得到它们的有名值， 再求和后得到故障点周期电流有名 值。 二、问答题19 1、什么是最大负荷年利用小时数和最大负荷损耗时间？ 答：最大负荷年利用小时数 Tmax 的意义是：如果用户以年最大负荷 Pmax 持续运行 Tmax 小时所消耗的电能即为该用户以实际负荷运行时全年消耗的电能 A ，用公式表示为A=∫87600Pdt = Pmax Tmax。最大负荷损耗时间 τ 可以理解为：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率S max （此时的有功损耗为 ?Pmax ） τ 小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损 ，在耗，则称 τ 为最大负荷损耗时间。 2、如何进行降低配电网的损耗？ 答： （1）合理使用变压器。应根据用电特点选择较为灵活的接线方式，并能随各变压 器的负载率及时进行负荷调整， 以确保变压器运行在最佳负载状态。 变压器的三相负载力求 平衡，不平衡运行不仅降低出力，而且增加损耗。 （2）重视和合理进行无功补偿。合理地选 择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过 线路远距离传输而造成有功网损。对电网的无功补偿通常采取集中、分散、就地相结合的方 式，具体选择要根据负荷用电特征来确定。 （3）对电力线路改造，扩大导线的载流水平。按 导线截面的选择原则，可以确定满足要求的最小截面导线；但从长远来看，选用最小截面导 线并不经济。如果把理论最小截面导线加大一到二级，线损下降所节省的费用，足可以在较 短时间内把增加的投资收回， 而且导线截面增大温升下降， 线路无功损耗也会有所下降。 （4） 调整用电负荷，保持均衡用电。调整用电设备运行方式，合理分配负荷，降低电网高峰时段 的用电，增加低谷时段的用电；改造不合理的局域配电网，保持三相平衡，使用电均衡，降 低线损。 3、无功补偿的基本原理是什么？有什么意义？ 答：网络未加无功补偿设备前，负荷的有功功率、无功功率为 P 、 Q ，与网络传输的 功率相等。加装了一部分无功补偿设备 Qc 后，网络传输的有功功率不变，传输的无功功率 变为 Q ′ = Q ? Qc ，相当于无功消耗由 Q 减少到 Q ′ = Q ? Qc 。设 Q ′ = Q ? Qc ，如下图所 示，视在功率 S ′ 比 S 小了，补偿后电力网的功率因数由补偿前的 cos ?1 提高到 cos ? 2 。如 图 4-1 所示。20 图 4-1 无功补偿原理的示意图 加装无功补偿设备后，电网的功率因数提高，具有以下几个方面的意义： （1）减少系统元件的容量，换个角度看是提高电网的输送能力。 （2）降低网络功率损 耗和电能损耗。 （3）改善电压质量。 4、配电网无功补偿的配置原则与措施是什么？ 答：无功补偿设备合理配置的主要原则： （1）总体平衡与局部平衡相结合。 （2）电业 部门补偿和用户补偿向结合。 （3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。 （4）降损与调 压相结合，以降损为主。 无功补偿的主要措施： （1）利用同步发电机进行补偿。 （2）利用调相机进行无功补偿。 （3）利用电容器进行无功补偿。 （4）利用静止补偿器进行无功补偿。 5、调压的方式有哪些？如何进行？调压有哪些主要措施？ 答：调压主要有： “逆调压”“顺调压”“常调压”等几种方式。 、 、 （1）逆调压。若由中 枢点供电的各负荷的变化规律大体相同， 考虑到高峰负荷时供电线路上的电压损耗大， 可将 中枢点电压适当升高，以抵偿电压损耗的增大。反之，则将中枢点电压适当降低。这种高峰 负荷时升高电压（取 1.05U N ） ，低谷负荷时降低电压（取 U N ）的中枢点电压调整方式，称 为逆调压。这种方式适用于中枢点供电线路较长，负荷变化范围较大的场合。 （2）顺调压。 适用于用户对电压要求不高或供电线路不长，负荷变动不大的中枢点，可采用顺调压方式。 ；低谷负荷时允许中枢点电压略高（取 即高峰负荷时允许中枢点电压略低（取 1.025U N ）1.075U N ）（3）常调压。介于上述两种情况之间的中枢点，可采用常调压方式，即在任何 。负荷下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，取 1.02～1.05）U N 。 （ 调压的主要措施： （1）调节励磁电流以改变发电机端电压 U G 。 （2）改变变压器 T1、 T2 的变比 k1 、 k 2 。 （3）通过改变电力网无功功率分布。 （4）改变输电线路的参数（降低输 电线路的电抗） 。21 6、低压电网短路电流计算有什么特点？ 答：电力系统中 1kV 以下的电网称为低压电网，其短路电流计算具有以下特点： （1）供电电源可以看作是“无穷大”容量系统。这是因为低压配电系统中配电变压器 容量远远小于其高压侧电力系统的容量， 所以配电变压器阻抗加上低压短路回路阻抗远远大 于电力系统的阻抗。 在计算配电变压器低压侧短路电流时， 一般不计电力系统到配电变压器 高压侧的阻抗，而认为配电变压器高压侧的端电压保持不变。 （2）低压电网中各元件电阻值相对较大，而电抗值相对较小，所以低压配电系统中电 阻不能忽略。 为避免复数计算， 一般可用阻抗的模 Z = 可将 X 忽略。 （3）直接使用有名值计算更方便。由于低压配电系统的电压往往只有一级，而且在短 路回路中，除降压变压器外，其它各元件的阻抗都用毫欧 m?） （ 表示，所以用有名值计算 而不用标么值计算。 （4）非周期分量衰减快， k sh 取 1～1.3。仅在配电变压器低压侧母线附近短路时，才 考虑非周期分量。 （5）必须计及某些元件阻抗的影响。包括：长度为 10～15m 或更长的电缆和母线阻 抗；多匝电流互感器原绕组的阻抗；低压自动空气开关过流线圈的阻抗；隔离开关和自动开 关的触头电阻。 三、计算题 1、某 10kV 变电所装有一台 SJL1-750/10 型变压器，铭牌上数据为：SN=750kVA、电 压比 10/0.4kV、Pk=11.5 kW、P0=3.26 kW、Uk%=4.5、I0%=2，求该台变压器归算到 10kV 侧 的各电气参数，并做出等值电路图。 解：取 UN=10kV（按工程单位计算） ，2 PkU N 11.5 × 102 绕组电阻： RT = = =2.044 ( ?) 2 1000 S N 1000 × 0.752 2 U k %U N 4.5 × 10 2 = =6 ( ?) 100 S N 100 × 0.750R 2 + X 2 进行计算。 X & 1 R 时， 当 3绕组电抗：XT =励磁电导： GT =P0 3.26 ?5 = =3.26 × 10 (S) 2 2 1000U N 1000 × 1022 励磁电纳： ：BT =2 × 7 .5 I0 %S N ?4 = =1.5 × 10 (S) 2 100U N 100 × 10 2等值电路如图 4-2 所示。图 4-2等值电路2、某降压变电所中装有一台 SFSL1- 型三相三绕组变压器，铭牌上数据为： I P 容量比 /31500 kVA、 电压比 110/38.5/10.5kV、 0=38.4 kW、0%=0.8、 k (1? 2 ) = 212 P kW、 k ( 2 ? 3) = 181.6 kW、 k ( 3 ?1) = 229 kW、 k (1? 2 ) % =18、 k ( 2 ?3) % =6.5、 k ( 3?1) % =10.5。 P P U U U 试计算以变压器高压侧电压为基准的各变压器参数值，并做出等值电路图。 解：取 UN=110kV（按工程单位计算） ， 励磁电导： GT =P0 38.4 ?6 = =3.17 × 10 (S) 2 2 1000U N 1000 × 110 I 0 % S N 0.8 × 31.5 ?5 = =2.08 × 10 (S) 2 2 100U N 100 × 110励磁电纳： ：BT =先求各绕组的短路损耗：1 ? Pk (1? 2 ) + Pk ( 3 ?1) ? Pk ( 2 ? 3) = 0.5( 212 + 229 ? 181 .6) = 129 .7 ? 2 ? 1 ? Pk 2 = Pk (1? 2 ) + Pk ( 2 ? 3) ? Pk ( 3 ?1) = 0 .5( 212 + 181 .6 ? 229 ) = 82 .3 ? （kW） 2 ? 1 ? Pk 3 = Pk ( 2 ? 3) + Pk ( 3 ?1) ? Pk (1? 2 ) = 0 .5(181 .6 + 229 ? 212 ) = 99 .3 ? 2 ? Pk 1 =[][][]然后按与双绕组变压器相似的计算公式计算各绕组的电阻：2 ? Pk 1U N 129.7 × 1102 = = 1.58 ? 2 2 1000 S N 1000 × 31.5 ? 2 ? Pk 2U N 82.3 × 110 2 ? RT 2 = = = 1.004? 2 2 1000 S N 1000 × 31.5 ? 2 2 ? PU 99.3 × 110 RT 3 = k 3 N2 = = 1.21 ? ? 1000 S N 1000 × 31.52 ?RT 1 =( ?)23 求出各绕组的短路电压百分值：U k1 % =1 ? U k (1? 2) % + U k ( 3?1) % ? U k ( 2 ? 3) % = 0.5(18 + 10.5 ? 6.5) = 11 ? 2 ? 1 ? U k 2 % = U k (1? 2) % + U k ( 2 ? 3) % ? U k (3?1) % = 0.5(18 + 6.5 ? 10.5) = 7 ? 2 ? 1 ? U k 3 % = U k ( 2 ?3) % + U k (3?1) % ? U k (1? 2) % = 0.5(6.5 + 10.5 ? 18) = ?0.5? 2 ?[][][]再按与双绕组变压器相似的公式，求各绕组的电抗：2 ? U k1 %U N 11 × 1102 X T1 = = = 42.25 ? 100 S N 100 × 31.5 ? 2 2 ? U %U N 7 × 110 ? XT 2 = k2 = = 26.89 ? 100 S N 100 × 31.5 ? 2 2 ? U %U N ? 0.5 × 110 XT 3 = k3 = = ?1.92? ? 100 S N 100 × 31.5 ?( ?)等值电路如图 4-3 所示。图 4-3等值电路3、某双回路配电线路，如图 4-4 所示，已知线路型号为 LGJ-120，水平布置，D’=5m， 线路全长 80km。 变压器的铭牌数据为： N=31.5MVA、 S 电压比 110/11kV、 k=190kW、 0=31.05 P P kW、Uk%=10.5、I0%=0.7。已知变压器在+2.5%的分接头上运行，负荷为 40MW，功率因数 为 0.9，电源侧母线电压维持在 118 kV。试求： （1）潮流分布和电压分布； （2）变压器低压 母线的实际电压及电压偏移。图 4-4双回路配电线路24 解：取 UN=110kV（按工程简化计算） ， （1）先计算参数和画出等值电路 线路：查得 LGJ-120，水平布置，D’=5m 时， r1=0.27 (? / km) ，x1=0.423 (? / km) ，b1=2.69 × 10?6( S / km) ；RL = r1l × 0.5 = 0.27 × 80 × 0.5 = 10.8(?) X L = x1l × 0.5 = 0.423 × 80 × 0.5 = 16.92(?)1 B = 0.5b1l × 2 = 0.5 × 2.69 × 10 ? 6 × 80 × 2 = 2.15 × 10 ? 4 ( S ) 2变压器：2 190 × 110 2 PkU N 绕组电阻： RT = × 0 .5 = × 0.5 =1.16 ( ?) 2 1000 S N 1000 × 31.52 2 U k %U N 10.5 × 110 2 × 0 .5 = × 0.5 =20.17 ( ?) 100 × 31.5 100S N绕组电抗：XT =励磁电导： GT =P0 31.05 ×2= × 2 =5.13 × 10?6 (S) 2 2 1000U N 1000 × 110 I0 %SN 0.7 × 31.5 ×2= × 2 =3.65 × 10?5 (S) 2 2 100U N 100 × 110励磁电纳： ：BT =图 4-5 （2）由末端向首端求功率分布 变压器阻抗的功率损耗：等值电路~ P 2 + Q2 40 2＋19.37 2 ?STZ＝ 3 2 3（RT + jX T） = （1.16＋j20.17） 0.189＋j3.29 = （MVA） 110 2 UN则： S3′ = S3＋?STZ = 40＋j19.37 （ ）＋（ .189 j3.29） 40.189＋j22.66 0 ＋ = （MVA） 变压器导纳的功率损耗：~~~25 ~ I % ? ? 0.7 － （MVA） ?STY = ? ?P0 + j 0 S N ? × 2 = ?31.05×10 3＋j ×31.5? × 2= 0.06＋j0.44 ? ? 100 ? 100 ? ? ?则：S2 = S '3 + ?STY =（ 40.189＋j22.66 ）+（ 0.06＋j0.44 ）= 40.249＋j23.1 （MVA） 线路末端电纳的功率损耗：~~~B 2 ?QB 2 = ? j U N ＝－j2.15 × 10－4 × 110 2 ＝－j2.602 （Mvar） 2 ~ ~ ′ 则： S 2 = S 2＋?QB 2 = 40.249＋j23.1 （ ）＋（－j2.602） 40.249＋j20.498 ＝ （MVA）线路阻抗的功率损耗：40.249 ＋20.498 ~ P'2 +Q'2 = （ .8＋j16.92） 1.821＋j2.853 10 = （MVA） ?SLZ＝ 2 2 2 RL + jX L） （ 1102 UN2 2线路首端电纳的功率损耗：B 2 ?QB1 = ? j U N ＝－j2.602 Mvar） （ 2 ~ ~ ~ （MVA） 则： S1′ = S '2 ＋?S LZ = 42.07＋j23.351线路首端注入的功率：~ ~ ~ S1 = S '2 + ?QB1 + ?S LZ= 40.249＋j20.498）＋（ .821＋j2.853）＋（ ? j2.602） （ 1＝42.07＋j20.749 MVA） （（3）根据已求 S1 和 U1 ，由首端向末端求电压分布 线路电压损耗：~?U L＝P′RL + Q1′X L 42.07 × 10.8 + 23.351 × 16.92 1 = = 7.199 kV） （ U1 118线路末端电压：U 2 = U1 ? ?U L ＝118－7.199＝110.8 kV） （变压器阻抗电压损耗：?U T＝′ P3′RT＋Q3 X T 40.189 × 1.16 + 22.66 × 20.17 = = 4.55 kV） （ U2 110.8归算到 110kV 侧的变压器低压侧电压：U3＝U 2 ? ?UT＝ .8－4.55＝ .25 kV） 110 106 （（4）求变压器低压侧母线的实际电压及电压偏移 变压器的实际变比：k=（ 110 1＋0.025） ＝10.25 1126 ′ 变压器低压侧母线实际电压： U 3＝Uf106.25 ＝ ＝10.37 （kV） k 10.25变电所低压侧母线电压偏移：′ 10.37－ 10 U3－U3N ×100 ％＝ ×100 ％＝ .7％ 3 U3 N 104、 设某配电线路末端负荷为 700kW， 功率因数为 0.75， 要求将其功率因数提高到 0.95， 则需要的无功补偿容量为多少？ 解： PL = 700 kW， cos ?1 = 0.75, cos ? 2 = 0.95 则补偿容量： QC = PL (tg?1 ? tg? 2 ) = PL (1 1 ?1 ? ? 1) 2 cos ?1 cos 2 ? 2= 700(1 1 ?1 ? ? 1) =345.8 (kvar) 2 0.75 0.9525、如图 4-6 所示的系统，有关参数已标注在图中，当电缆线路末端 k 点发生三相短路 时，求短路电流周期分量的有效值和短路冲击电流。图 4-5 解：取 Sb = 100 MVA， U b = U av ； 线路的电抗： x1* = 0.4 × 40 ×供电系统Sb 100 = 0.4 × 40 × = 0.121 2 Ub 1152变压器的电抗： xT * =U k % Sb 10.5 × 100 = = 0.35 100 S N 100 × 30电抗器的电抗： xdk * =X dk % Sb 4 × 100 = = 1.222 100 3U Ndk I Ndk 100 × 3 × 6.3 × 0.3 100 = 0.101 6.32电缆的电抗： x2* = 0.08 × 0.5 ×从恒压母线至短路点 k 的总电抗： xΣ* = 1.79427 短路电流周期分量的有效值： I k * =1 = 0.557 1.794Ik = Ik* ×Sb 100 = 0.557 × = 5.10 （kA） 3U N 3 × 6.3短路冲击电流： ish = 2.55 I k = 2.55 × 5.10 = 13.02 （kA） 6、下图所示为某系统的等值网络简化图。已知水轮发电机 G1 的容量为 110MVA，G1 至短路点 k 的转移阻抗为 0.254，短路点的母线电压等级为 35kV，∞为无穷大系统，∞至短 路点 k 的转移阻抗为 0. 4（注：取 Sb = 100 MVA，U b = U av ） 。求 k 点发生三相短路时的短 路电流周期分量的起始值和稳态短路电流及冲击电流。∞X∑2*X∑3*kX∑1*G1图 4-6 解：等值网络简化图（1）将 xΣ1* 化为以 G1 的容量为基准的计算电抗标么值：xΣ1ca* = xΣ1* ×SN 110 = 0.254 × = 0.28 Sb 100k 点的额定电流： I kN =SN 110 = = 1.716 （kA） 3U av 3 × 37（2）查水轮发电机的运算曲线表可得 G1 所提供的短路电流：& & I G1?k * = 3.993 （t=0 s） ，化为有名值： I G1?k = 3.993 × 1.716 = 6.854 （kA） & & I G1?k * = 3.043 （t=4 s） ，化为有名值： I G1?k = 3.043 × 1.716 = 5.223 （kA）（3）由无穷大电源提供的短路电流：& I∞?k* =1 xΣ 2*=1 & = 2.5 ，化为有名值： I ∞ ? k = 2.5 × 1.716 = 3.9 （kA） 0 .428 （4）k 点发生三相短路时的短路电流周期分量的起始值：& I k = 6.854 + 3.9 = 10.754 （kA）稳态短路电流：& I k∞ = 5.223 + 3.9 = 9.123 （kA）冲击电流：ish = 2.55 × 10.754 = 27.423 （kA） 。第五章 电力设备的选择习题与解答 一、简答题 1、什么叫热稳定？ 答：开关电器和载流导体具有承受短路电流热效应而不至于损坏的能力，称为热稳定。 2、什么叫动稳定？ 答： 开关电器和载流导体具有承受短路电动力效应而不至于产生机械变形或永久性变形 损坏的能力，称为动稳定。29 3、什么叫长期工作电流？ 答：是指电气设备满载时的持续工作电流，称为长期工作电流。 4、什么叫经济电流密度？ 答： 所谓经济电流密度就是当线路导线单位截面上通过这一电流时， 使线路的建设投资、 电能损耗和运行维护费用等综合起来将会最小、 最经济。 经济电流密度是经过各种经济技术 比较得出的最合理的导线单位截面的电流值。 5、高压断路器的作用是什么？ 答：高压断路器又叫高压开关，它在电网内有着两个作用：⑴控制作用：根据电网运行 需要，用高压断路器将一部分电力设备或线路投入或退出运行；⑵保护作用：高压断路器可 以在电力设备或线路出现短路事故时， 由继电保护装置启动，将短路事故部分从电网中切 除，防止事故扩大，保证系统的安全运行。 6、对高压断路器的基本要求是什么？ 答： （1）工作可靠，在额定工作条件下能可靠的长期运行； （2）具有足够的断路能力； （3）尽可能短的开断时间； （4）结构简单、价格低廉。 7、对隔离开关的基本要求是什么？ 答：对隔离开关的基本要求是： （1）有明显的断开点； （2）隔离开关断开点应具有可靠 的绝缘； （3）具有足够承受短路的稳定性； （4）结构简单、动作可靠； （5）与接地刀闸相互 联锁。 8、简要说明带负荷拉高压隔离开关为什么会造成弧光短路？ 答：隔离开关是开启式的电气设备，其动、静触头都是外露的，它起着隔离设备和具有 明显断开点的作用， 只能拉合较小的变压器空载电流和空载线路的电容电流。 当带负荷拉隔 离开关时，因为电流较大会产生很强的电弧，而隔离开关没有灭弧装置，则电弧不会熄灭。 所以在高温电弧的作用下，空气严重热游离，空气击穿电压大大下降，从而导致空气击穿造 成弧光短路。 9、为什么两只电流互感器的二次绕组顺向串联使用可以减小误差？ 答：电流互感器有不同的准确度级，每级规定出它的电流误差和角度误差（简称误差） 。 如果电流互感器二次负荷不超过规定值， 则所产生的误差在相应准确级规定的范围以内。 如 果二次负荷超过规定值， 误差就增大， 准确级就降低如把两只电流互感器的二次绕组顺向串 联后使用，电流变比不变，但每只电流互感器二次绕组上的电压只是原来的一半，相应地它 的实际负荷也就减小了一半，从而它的误差也就减小，容易满足规定的准确级的要求。30 10、RN1 型和 RN2 型两种高压熔断器各有何异同？ 答：RN1 型和 RN2 型的结构基本相同，都是瓷质熔管内充填石英砂的封闭管式熔断器。 所不同的是，RN1 型供高压配电线路及高压设备包括电力变压器作短路和过负荷保护之用， 而且由于熔体要通过主电路的负荷电流，因此电流规格比较大，可达 100A 或更大，外形尺 寸也较大； RN2 型只供电压互感器作短路保护之用， 而 而且由于电压互感器近于空载状态工 作，因此其电流规格很小，只有 0.5A，外形尺寸也较小。 11、如何判断运行中的电流互感器二次回路开路？ 答：电流互感器在运行中，如有二次回路开路现象时，将会产生异常声响，同时电流表 指示不正常，电度表铝盘转动慢或不足，二次回路可能发生打火现象，运行人员应通过指示 仪表的数值和实际负荷的大小及声响等情况，判断电流互感器二次回路是否开路。 12、 三相水平布置的导体， 受到的电动力最大的是哪相？电动力是周期变化的吗？包含 哪些周期？实际运行时该如何避免共振？ 答：三相水平布置的导体，受到的电动力最大的是中间相，由于中间相与两边相的相间 距离相对边相较小。由于电流是交流的故，电动力也是交变的，其包含 50HZ 和 100HZ 即工 频和倍频两种周期。 实际运行时， 要避免导体的共振频率与其所受的电动力频率相同或相近， 要远离这两种频率，可以通过调整导体的布置来进行调整，如导体平放和竖放、导体绝缘子 之间的距离的改变等，当导体的固有振动频率低于 30Hz 或高于 160Hz 时，共振可以忽略不 计。 二、问答题 1、为什么选择电气设备时不仅要考虑电压、电流，还要考虑动、热稳定度？ 答：电压、电流是指正常情况下电气设备所能承受的电气参数，一旦发生短路时，电气 设备通过很大的短路电流，每相载流部分会急剧发热甚至烧毁，同时相间的电动力很大，设 备可能承受不了。因此，为了保证按正常工作条件选择的设备，在最大短路电流通过之后仍 能继续工作，就还要考虑动、热稳定度。 2、自动空气开关和接触器在用途上的区别是什么？ 答：自动空气开关是用于当电路中发生过载、短路和欠电压等不正常情况时，能自动分 断电路的电器，亦可用作不频繁控制电动机的起动、停止或接通、分断电路。它是低压交、 直流配电系统中的重要控制和保护电器之一。 接触器是电力拖动和自动控制系统中， 应用最 普遍的一种电器。 它作为执行元件可以远距离频繁地控制电动机的起动、 运转、 反向和停止。 根据产品的容量等级， 能短时间接通和分断超过数倍额定电流的过负荷， 每小时可以带电操31 作高达 1200 次。接触器按其控制的电流种类分交流和直流两种，交流接触器主要用于工频 50Hz 和 60Hz 的电路中。 3、为什么发电厂和变电所的 6～35kV 户内配电装置都采用矩形母线？ 答：因为在同样截面下，矩形母线比圆形母线的周界大，即矩形母线的散热面大，因而 冷却条件好； 同时因为交流电集肤效应的影响， 圆形截面母线的电阻要比矩形截面母线的电 阻大一些，因此在相同的截面积和允许发热温度下，矩形截面通过的电流要大些。所以，在 6～35kV 户内配电装置中一般都采用矩形母线； 而在 110kV 及以上配电装置中， 采用矩形母 线边角易产生电晕，一般都采用圆形母线。 4、为什么敷设油浸纸绝缘电力电缆时，高低差不能过大？ 答：敷设油浸纸绝缘电力电缆时如高差过大，会造成油压差过大，使低处外包破裂，易 造成低处电缆头密封困难；电缆高处缺油枯干，使绝缘降低，甚至在运行中击穿。因此，垂 直或沿陡坡倾斜敷设的 6～10kV 油浸纸绝缘电力电缆，其高低差不能超过 15 米。 5、为什么屋内配电装置的母线要涂漆，而屋外配电装置的母线则不涂漆？ 答：屋内配电装置不受阳光直接照射，故母线涂漆后可提高热辐射能力，增加载流量。 涂不同颜色的漆， 还可以识别相序， 便于操作巡视。 屋外配电装置的母线因受阳光直接照射， 母线如涂漆，则会增加对太阳能的吸收而降低载流量。若母线不涂漆，表面光亮，可反射太 阳能，降低母线的温升，提高载流量。此外，屋外母线多半是绞线，温度变化时伸缩极为显 著，表面的涂漆层将迅速遭到破坏，所以屋外配电装置的母线一般均不涂漆。 6、电压互感器二次侧为什么不许短路但必须接地？电流互感器在运行中为什么不许开 路？ 答：电压互感器本身阻抗很小，如二次短路时，二次通过的电流增大可能会烧毁绕组， 因此二次侧必须装设熔断器。 当二次侧短路使熔断器熔断时， 将影响表计指示以及可能引起 继电保护误动作， 所以在电压互感器二次回路工作时应特别注意防止短路。 电压互感器二次 接地属于保护接地，主要是防止一、二次绝缘击穿，高压窜入二次侧，危及人身和二次设备 绝缘安全。另外，因二次回路绝缘水平低，也会击穿，使绝缘损坏更严重，所以二次侧必须 有一点可靠接地。 电流互感器一次绕组电流的大小与二次负荷电流的大小无关。 在正常运行 时，由于二次负荷阻抗很小，二次侧接近短路状态，一次电流所产生的磁化力大部分被二次 电流所抵偿， 总磁通密度不大， 所以二次绕组电势也不大， 一旦开路时二次侧阻抗无限增大， 即二次电流等于零， 总磁化力等于一次绕组磁化力就是一次电流完全变成了激磁电流， 此时 铁芯高度饱和，将在二次绕组产生很高的电势，其值可高达几千伏，严重威胁人身安全，或32 造成二次电气元件绝缘损坏；饱和铁芯的磁滞涡流损耗加剧，将烧毁绕组；铁芯剩磁将影响 准确度。 7、互感器的准确度等级是如何规定的？各适用于怎样的供电对象？ 答：电流互感器的准确度是以电流误差的百分值规定的，例如 0.2 级的电流互感器， 其最大电流误差不超过百分之零点二。电流互感器的准确度一般分为五级，即 0.2、0.5、1、 3、10 级。电压互感器的准确度是以电压误差的百分值规定的，例如 0.2 级的电压互感器， 其最大电压误差不超过百分之零点二。电压互感器的准确度一般分为四级，即 0.2、0，5、 1、 级。 3 0.2 级一般用于试验室对准确度要求较高的测量； 0.5 级用于所有计费用的电度表； 1 级用于一般指示仪表；3～10 级一般用于保护继电器。 8、用于 110kV 及以上的电压互感器的辅助二次绕组，其额定电压为 100V，而用于中性 点不接地的 35kV 及以下系统的电压互感器却为 100／3V，这是为什么？ 答：电压互感器辅助二次绕组接成开口三角形，用以反映零序电压。对于中性点直接接 地的 110kV 及以上系统，当电网内一相（如 A 相）完全接地时，互感感器Ａ相被短接，开 口三角形的输出电压等于两个非故障相（B 相和 C 相）保持不变的相对地电压的相量和，其 值即零序电压， 其大小恰等于辅助二次绕组的额定电压。 因为电压继电器或电压表已经规格 化而统一为 100V，为使开口三角形输出的电压能接上电压继电器或者电压表，故要求开口 三角形输出电压也为 100V，因此辅助二次绕组的额定电压必须为 100V。对于中性点不接地 的 35kV 及以下系统，当发生单相（如 A 相）完全接地时两个非故障相的电压上升到线值而 夹角为 60°。若此时要求开口三角形输出的零序电压为 100V，则每一相辅助二次绕组的额 定电压必须为 100／3V。 9、使用电压互感器和电流互感器时应注意些什么？为什么？ 答： 使用电压互感器时应注意严格避免二次侧短路， 否则一二次绕组都会因短路电流的 发热而烧毁。此外，电压互感器的二次绕组、铁芯和外壳都要可靠接地。否则，当一二次绕 组之间绝缘击穿时，一次高压窜入二次绕组，将危及人身和二次设备绝缘安全。 使用电流互感器时应注意严禁二次绕组开路， 否则， 当一次电路有电流时将引起铁芯过度磁 化而饱和， 在二次绕组感应高电压危及人身安全和二次设备绝缘安全， 且有可能导致铁芯发 热乃至绕组烧毁。二次绕组、铁芯和外壳也要可靠接地。 10、 为什么在同一主电路中， 两个型号及变比相同的电流互感器二次绕组顺向串联使用 时，其变比不变，容量可增大一倍？ 答：电流互感器的变比是一次电流与二次电流之比。两个二次绕组串联后，二次电路内33 的额定电流不变， 一次电路内的额定电流也没有变， 故其变比也保持不变。 二次绕组串联后， 因匝数增加一倍，感应电势也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一个二次绕只承 担二次负荷的一半，从而误差也就减小，容易满足准确度的要求。在工程实际中若要扩大电 流互感器的容量，可采用二次绕组串联的接线方式。 三、计算题 1、选择发电厂 10kV 出线 L1 的（1）高压断路器， （2）隔离开关（列表） ，电气接线如 图 5-1 所示，10kV 配电装置为屋内装配式，10kV 出线 L1 出线 L1 的最大负荷为 Sc=3000kVA，出线 L1 在 k1 点的短路电流 Ik1=I″=I∞=6.96kA，k2 点的短路电流为 Ik2=I″=I∞=21.2kA。短路时间为 1.5 秒。图 5-1 发电厂 10kV 出线接线图 解： （1）最大负荷电流计算：I max =Sc 3000 = = 173.2 A 3U N 3 *10（2）短路点选择：出线有限流电抗器，其作用为限制短路电流的大小，使得可以选到 轻型设备， 故短路点应选择在 k1 点， 短路电流为 Ik1=I″=I∞=6.96kA， 短路计算时间为 1.5″。 （3）短路电流热稳定效应值计算：tk＝1.5″大于 1″可以忽略非周期电流因素的热稳 定效应。2 Qk = I ∞ × t k = 6.96 2 × 1.5 = 72.66kA 2 ? S（4）动稳定电流计算：34 i sh = 2 × k sh × I ′′ = 2 × 1.8 × 6.96 = 17.75kA根据以上计算参数，查断路器及隔离开关技术参数表选择断路器为 ZN5-10/630，隔离 开关为 GN2-10T/200。 表 5-1 断路器及隔离开关技术参数 计算参数 UN＝10kV Imax＝173.2A I″＝6.96kA Qk＝72.66kA2~S ish＝17.75kA ZN5-10/630 UN＝10kV IN＝630A INbl＝20 kA It2*t＝800kA2~S ies＝ 50 kA GN2-10T/200 UN＝10kV IN＝200 ADDDIt2*t＝500kA2~S ies＝25.5 kA由选择结果如表 5-1 所示，表中可看出各项条件均能满足，故所选设备为：所选择的设 备断路器为 ZN5-10/630，隔离开关为 GN2-10T/200。35 第六章 电力负荷特性和计算分析习题与解答 一、问答题 1、电力负荷曲线及其特性？ 答：负荷曲线是指在某一时间段内描绘出的负荷（有功或无功）随时间的推移而变化的 关系曲线。电力负荷特性指反映电力系统负荷功率（有功或无功）随系统运行参数（主要是 频率和电压）变化而变化的关系曲线或数学关系式。 2、综合用电负荷、系统供电负荷以及发电负荷？ 答： 综合用电负荷指将各工业部门消费的功率与农业、 交通运输和市政生活消费的功率 相加得到； 将综合用电负荷加上网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率称系统供 电负荷；系统供电负荷再加上各发电厂本身消费的功率（厂用电） ，即为系统中各发电机应 发出的功率，称作电力系统的发电负荷。 3、长期连续、短时、断续周期工作制的定义？ 答：长期连续工作制：在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备 达到热平衡的工作条件。 这类工作制的用电设备长期连续运行， 负荷比较稳定； 短时工作制： 设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升， 而在两个工作周期之间的间 歇又很长，能使设备冷却到环境温度值；断续周期工作制：用电设备周期性地工作、停歇， 反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过 10min，使设备既不能在一个工 作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度。 4、负荷率？负荷持续率？ 答：负荷率即平均负荷与最大负荷的比值，一般对有功负荷来说，α =Pav (α & 1) ；负 Pmax荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用下式表示(其中 T―工作周 期； t g ―工作周期内的工作时间； t0 ―工作周期内的停歇时间) 它又称暂载率，可用 来表征断续周期工作制的工作性质。ε=tg t g + t0=tg T5、计算负荷概念？需要系数如何确定？36 答：所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一定的方法 和规律，通过计算确定的电力负荷。它是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。计算负 荷产生的热效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等，通常将根据半小时（30min）的 平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为“计算负荷”， 并作为按发热条件选择电 气设备的依据。需要系数确定如下：在设备额定功率 PN 已知的条件下，实测统计出用电设 备组（车间、全厂）的计算负荷 Pca ，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现 30min 的最大 负荷 Pmax ，就可以求出需要系数 K d ，定义如下：Kd =负荷曲线最大有功负荷 Pmax ＝ 设备容量 PN6、利用系数、同时系数和形状系数分别指？ 答：利用系数可定义为： K = 负荷曲线平均有功负荷 ＝ Pav u设备容量同时系数 K ∑ P 又称参差系数：考虑到干线上各组用电设备的最大负荷不同时出现的因 素，可将干线上各用电设备的计算负荷相加后乘以相应的同时系数来获取干线的计算负荷。 同时系数 K ∑ P :PNK ΣP =Pca∑Pi =1mca ?i形状系数 K ∑ 可定义为： 7、负荷预测的定义？Kz =Pca Pav答：负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，对未来的 用电需求做出的预测，一般包括电力需求预测和电能需求预测两部分内容。 8、负荷估算中的负荷密度法以及单位指标法？ 答：所谓负荷密度法就是根据国家的电力政策、建筑物的性质、负载的性质等多方面的 因素，使用对已竣工工程的数据进行分析统计后确定的单位面积功率（负荷密度）数据，对 所设计系统的计算负荷进行估算的一种方法： 式中： P0 ―单位面积功率（负荷密度） / m ； S―建筑面积， m 。 ，W 单位指标法与负荷密度法基本相同，是根据已有的单位用电指标来估算计算负荷。其有 功计算负荷的计算公式为：Pca = Pe N 10002 2Pca =P0 S 1000式中： Pe ―单位用电指标，如 W/户，W/人，W/床；37 N―单位数量，如户数，人数，床数。 9、年最大负荷利用小时数 Tmax ？ 答：当用户始终保持最大负荷 Pmax 运行时，经过 Tmax 小时所消耗的电能恰好等于其全年 的实际总耗电量。 年最大负荷利用小时数的大小， 在一定程度上反映了实际负荷在一年内的 变化程度。 10、用电设备台数、容量不同的情况下计算负荷时方法的选取？ 答：用电设备台数较多、各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干 线、配变电所的负荷计算。用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式系 数法，一般用于支干线和配电屏(箱)的负荷计算。 二、计算题 1、某商场建筑面积为 12000m ，拟装设配电变压器两台，单位面积容量按 80VA/ m2 2估算，配电变压器负荷率为 80％，选用两台相同容量的变压器，每台变压器的容量应是？ 解：计算负荷： Pca =P0 * S 10002 2其中， P0 ―单位面积功率（负荷密度） / m ；S―建筑面积， m ，W设每台容量为 S N ，功率因素为 cos ? ，依上式则： 2 * S N * cos ? * 80% = P0 * S * cos ? 1000 P0 * S 80 * 12000 SN = = = 600(kVA) 则： 1000 * 2 * 80% 1000 * 2 * 80% 2、对某车间进行可行性研究时，采用单位面积负荷密度法估算负荷，该车间面积为 S=2000m ， 单位面积负荷密度为 ρ =0.6kW／m ，cos ? ＝0.7， 该车间的视在功率计算负荷 S ca2 2是? 解：有功计算负荷： Pca = S * ρ ==1200(kW)， cos ? ＝0.7，∴ tan ? ＝1.02。 视在功率计算负荷: Sca =2 2 2 Pca + Qca = Pca + ( Pca tan ? ) 2= 12002 + ()2 ＝1714.1( kVA)。第七章 继电保护基础习题与解答 一、问答题 1、继电保护装置由哪些部分组成，它的作用？对继电保护装置有哪些技术要求？ 答: 继电保护装置由测量部分（元件） 、逻辑部分（元件）和执行部分（元件）组成。38 其作用：当被保护元件发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障从电力系统切除，以保证 电力系统其余部分恢复正常运行， 并使故障元件免于继续受损害； 当被保护元件发生异常运 行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施。要求：选择性、速动性、灵敏 性、可靠性。 2、继电保护按其功用的不同可分为哪些类型？如何区分？常用的保护继电器有哪些？ 答: 继电保护按其功用可分为主保护、后备保护、辅助保护。主保护是指能反应整个保 护元件上的故障， 并能以最短延时有选择地切除故障的保护； 当主保护或其断路器拒动时用 于切除故障的保护称为后备保护。 辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的比较 简单的保护。常用的保护继电器：电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信 号继电器等。 3、同步发电机可能发生哪些故障以及异常运行状况？发电机保护有哪些方案？ 答:故障：定子绕组相间短路，定子绕组单相匝间短路，定子绕组单相接地，转子回路 一点或两点接地，发电机失磁等。异常运行情况：外部短路引起的定子绕组过电流，过负荷 引起的过电流，定子绕组电流不对称，励磁电流急剧下降或消失，定子绕组过电压，发电机 逆功率运行等。保护方案：纵差保护、匝间短路保护、发电机定子绕组单相接地保护、转子 回路一点或两点接地保护、发电机失磁保护、过负荷保护、过电流保护（包括过电流保护， 低电压过电流保护， 复合电压起动的过电流保护， 定时限负序电流保护或是反时限负序电流 保护） 、过电压保护、逆功率保护、低频保护等。 4、三段式电流保护中，各段的灵敏度如何校验？为什么 II、III 段的灵敏度系数要求 大于而不是等于 1？ 答 ： 电 流 I 段 的 灵 敏 度 校 验 按 照 最 小 保 护 范 围 考 虑 ， 要 求l p. min (%) = 1 X1 ?l ( 3 E phI 2 I op? X s . max ) 应大于 15~20%；电流 II 段和 III 段的灵敏度均用灵敏度系数进行判别，灵敏度系数定义为： K s. min =I k . min I op，其中， I k . min 为灵敏度校验点发生相间短路时，通过保护的最小短路电流， I op 为待校验保护的动作电流，II、III 段的灵敏度系数 均要求大于而不是等于 1 主要是因为考虑到计算、电流互感器、线路参数等误差影响，考虑 最不利的因素。 5、工厂供电系统中，为保证供电连续可靠，除了必要的保护之外，通常装设那两类自39 动装置？他们各自应满足怎样的要求？ 答： 备用电源自动投入装置和自动重合闸装置。 前者是当工作电源或工作设备因故障断 开后，能自动将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致停电的一种自动装置，简称为 AAT。对其基本要求是： （1）工作母线无论任何原因失压，AAT 均应动作，但是应保证工作电源或是工作设备 断开以后，AAT 才能动作，投入备用电源； （2）常用（工作）电源因负荷侧故障被继电保护切除或备用电源无电时，AAT 均不应 动作； （3）常用电源正常的停电操作时，AAT 装置不准动作，以防备用电源投入； （4）AAT 装置只能动作一次； （5）AAT 的动作时间应使得负荷停电的时间最短。 自动重合闸装置（ARC 装置）也是一种反事故装置，它主要装设在有架空线路出线的断 路器上。当架空线路发生故障，由继电保护装置动作断开后，同时启动 ARC 装置，经过一定 时限 ARC 装置使断路器重新台上，若线路的故障是瞬时性的，则重合成功又恢复供电，若线 路故障是永久性的，再借助继电保护将线路切断。对其基本要求是： （1）在考虑保护装置的复归、故障点去游离后绝缘强度的恢复、断路器操作机构的复 归及其准备好再次合闸的时间的情况下，要求自动重合闸装置动作时间愈短愈好。 （2）手动跳闸时不应重合。当运行人员手动操作控制开关或通过遥控装置使断路器跳 闸时，属于正常运行操作，自动重合闸装置不应动作。 （3）手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，不应重合。因为在手动 合闸前，线路上还没有电压，如果合闸到故障线路，则线路故障多为永久性故障，即使重合 也不会成功。 （4）自动重合闸装置动作应符合规定。对工厂而言，无特殊要求时，对架空线路只重 合一次，对电缆线路不采用 ARC，因为电缆瞬时性故障的机率较小。 （5）自动重合闸装置动作后应自动复归，准备好再次动作。这对于雷击机会较多的线 路是非常必要的。 （6）自动重合闸装置应能在重合闸动作后或重合闸动作前，加速继电保护的动作。自 动重合闸装置与继电保护相互配合，可加速切除故障。 （7）自动重合闸装置可自动闭锁。当断路器处于不正常状态（如操作机构气压或液压 低） 不能实现自动重合闸时， 或某些保护动作不允许自动合闸时， 应将自动重合闸装置闭锁。40 6、民用建筑配电系统中，应如何考虑采用的保护方案？ 答：一般民用建筑配电系统的高压侧为 10kV 小接地系统，低压侧为 380V/220V 中性点 直接接地系统。用电设备一般为 380V 动力设备（也包括少部分低压动力设备，如电加热设 备）和 220V 照明设备（也包括部分 36V 安全电压的照明设备） 。此外，一些明用建筑配电系 统中还有少量的大型动力设备使用高压（3kV 或 6kV）电动机，这部分设备数量虽然很少， 但负荷的性质很重要，一般为一级或二级负荷，且设备很贵重，也需要进行保护。民用建筑 配电系统中，对于不同的变配电设备应采用不同的保护，主要有： （1）供电线路：过载保护、短路保护、单相接地保护、雷电过电压保护、操作过电压 保护等。 （2）变压器：过载保护、内部短路保护、接线端子短路、雷电过电压保护等。 （3）各种用电负荷：过载保护、各种短路保护等。 同样，民用建筑配电系统的继电保护也要满足选择性、灵敏性、可靠性以及灵活性的要 求。 二、分析题 1、画出三段式电流保护归总式原理图，并说明各段保护的构成以及采用的接线方式。 答：保护原理如图 7-1 所示。在原理图中，各保护元件线圈与触点作为一个整体出现，图 7-1 保护原理 通过各元件的连接关系说明保护的动作原理。图中： 电流 I 段：无时限电流速断保护，包括图中的电流继电器 KA1、KA2，中间继电器 KM 和 信号继电器 KS1，采用两相两继电器不完全星形接线方式，KA1、KA2 电流取自 A、C 两相的 电流互感器二次侧；电流 II 段：限（延）时电流速断保护，包括图中的电流继电器 KA3、41 KA4，时间继电器 KT1 和信号继电器 KS2，采用两相两继电器不完全星形接线方式，KA3、KA4 电流取自 A、C 两相的电流互感器二次侧；电流 III 段：定时限过电流保护，包括图中的电 流继电器 KA5、KA6、KA7，时间继电器 KT2 和信号继电器 KS3，采用两相三继电器接线方式， KA5、KA6 电流取自 A、C 两相的电流互感器二次侧，KA7 电流为 A、C 两相的电流互感器二次 侧电流之和，等价于引入了 B 相电流，当用于 Y/d 接线变压器原后备时，可以提高保护的灵 敏度。 2、 7-2 所示中性点不接地系统， 图 画出在线路 L3 的 k 点发生单相金属性接地时电容电 流的分布，并指出电压、电流有哪些特点？图 7-2中性点不接地系统答：此时，电容电流的分布如图所示： 电压、电流特点：故障相电压为零，非故障相对地电压升高为线电压；同一电压级的全电网 均出现相同的零序电压，大小等于相电压；故障相电容电流为零，非故障相对地电容电流增 大 3 倍，使电网出现零序电流；非故障线路保护安装处零序电流为本线路电容电流，故障 线路保护安装处零序电流为所有非故障线路电容电流总和； 故障点接地电流为所有线路 （包 括故障以及非故障）对地电容电流之和；故障线路与非故障线路零序电流大小不同，方向相 反。 3、图 7-3 所示网络接线，装设方向过电流保护，动作时限级差取 0.5s，分析说明哪些 保护需要装设方向元件。42 图 7-2网络接线示意答:此类问题考虑时，首先，按照已装设了方向元件，取网络末端最靠近负荷处短路， 计算此时各保护的动作时间，同方向按照阶梯原则计算，全部计算完之后，每个保护动作时 间取计算中的大者；其次考虑方向元件装设，对于背靠背（同一母线上，通过短路电流方向 相异）的保护，若是二者动作时间相同，则均需装设方向元件，若是不等，则只需对小时限 保护装设方向元件。t t t t t t 首先， 计算保护的动作时限：1 = 3.0s ， 2 = 2.5s ， 3 = 1.5s ， 4 = 1.5s ， 5 = 2.5s ， 6 = 1.0s ， t 7 = 3.0s ， t 8 = 3.5s ， t10 = 2.5s ；可见需要装设方向元件的是保护保护 2、3、4、6、7 应加方向元件。 4、图 7-4 所示为相间短路保护中功率方向继电器的接线，判别其否为 90°接线方式， 并指出错误接线。图 7-4 相间短路保护中功率方向继电器的接线43 答：按照 90°接线方式的定义（当 cos ? = 1 时，引入继电器的电流与引入继电器电压相 差为 90°， 超前） KP1、 ， KP3 接线是错误的； KP2 虽然上理论上接线正确 （引入为 I b 和 U ca ） ， 但为防止接线错误，不宜采用。 5、 确定图 7-5 所示网络中各断路器相间短路及接地短路的定时限过电流保护动作时限, 时限级差取 0.5s，并对两类保护进行评判。? ?图 7-5网络接线示意答：对于相间短路的过电流保护，确定各保护的动作时间为： t1 = 4.0s ， t 3 = 3.5s ，t 4 = 3.0s ， t 5 = 2.5s ， t 6 = 1.5s ；对于接地短路的过电流保护，确定各保护的动作时间为： t 6.0 = 0s ， t 5.0 = 1.0s ， t 4.0 = 1.5s ， t 3.0 = 3.5s ， t 2.0 = 3.0s 。可以看出，由于零序网一般小于正序网，同一位置处，相间短路过流保护的动作时限一般高于接地短路过流保护的动作时间， 因此，零序电流保护相比于全电流保护具有接线简单、灵敏度高、动作迅速和保护区稳定等 一系列优点。三、计算题 1、如图 7-6 所示网络接线，试求保护 1 的无时限电流速断保护的动作电流并进行灵敏I 度校验。 图中所示电压为电网额定电压， 单位长度线路阻抗为 0.4? / km ， 可靠系数 K rel = 1.3 。如果线路长度加减少到 50km、25km，重复上述计算，分析计算结果，得出结论。图 7-6网络接线示意解：AB 线路长 75km 时，保护 1 的无时限电流速断保护动作电流为：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 ×1.5586 = 2.0262(kA) 12.6 + 0.4 × 7544 灵敏度校验考虑最小保护范围：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3 E ph 2II op .1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 18.8) = 31.93% 0.4 × 75 2 × 2.0262AB 线路长 50km 时，保护 1 的无时限电流速断保护动作电流为：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 × 2.0367 = 2.6477(kA) 12.6 + 0.4 × 50灵敏度校验考虑最小保护范围：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3 E phI 2 I op.1? X max ) =1 3 ×115 / 3 ( ? 18.8) = 14.58% 0.4 × 50 2 × 2.6477AB 线路长 25km 时，保护 1 的无时限电流速断保护动作电流为：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 × 2.9379 = 3.8193(kA) 12.6 + 0.4 × 25灵敏度校验考虑最小保护范围：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3 E phI 2 I op.1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 18.8) = ?37.45% ，由于长度不可能为 0.4 × 25 2 × 3.8193负值，此时已经没有最小保护范围 l p. min (%) = 0 结论： 当系统运行方式确定时， 无时限电流速断保护的动作电流以及保护范围与线路长 度有关，线路越短，无时限电流速断保护的保护范围越小，甚至失去。 2、如图 7-7 所示网络接线，线路装设阶段式电流保护，试对保护 1 的无时限以及延时 电流速断保护进行整定计算。 图中所示电压为电网额定电压， 单位长度线路阻抗为 0.4? / km ，I II 可靠系数 K rel = 1.3 ， K rel = 1.1 ，时限级差 ?t = 0.5s 。图 7-7 网络接线示意 解：保护 1 的无时限电流速断保护： 1）动作电流，按照躲过被保护线路末端发生短路的最大短路电流的原则进行整定：(3 I I 一次侧： I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 × 3.7941 = 4.9323(kA) 5.5 + 0.4 × 30I 继电器侧： I op1.r =4.9323 × 1000 = 41.1025( A) 600 / 545 2）动作时限，只需考虑继电器本身固有的时延：t1I ≈ 0s3）保护灵敏度校验。计算最小保护范围，判别灵敏度是否满足要求：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3E ph 2II op .1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 6.7) = 41.31% & 15 ~ 20% ， 可见， 灵敏 0.4 × 30 2 × 4.9323度满足要求。 保护 1 的延时电流速断保护： （1）动作电流，按照与相邻线路的无时限电流速断保护配合的原则进行整定： 一II II I I op1 = K rel I op 2 = 1.1× (1.3 ×次侧：115 / 3 ) = 1.1× (1.3 × 1.2411) = 1.1×1.6134 = 1.7747(kA) 5.5 + 0.4 × (30 + 90)II 继电器侧： I op1.r =1.7747 × 1000 = 14.7892( A) 600 / 5（2）动作时限： 按照与相邻 I 段配合的原则考虑： t1II = t 2I + ?t = 0 + 0.5 = 0.5s （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：k s. min =) I k( .2B. minIII op1=) 3 I k(3B. min .2III op1=3 115 / 3 × = 1.73 & 1.5 2 ×1. + 0.4 × 30可见，灵敏度满足要求。3、如图 7-8 所示网络接线，AB、BC、BD 线路上均装设三段式电流保护,变压器装设差 动保护。图中所示电压为电网额定电压，单位长度线路阻抗为 0.4? / km 。已知可靠系数I II III K rel = 1.25 ， K rel = 1.15 ， K rel = 1.15 ，自起动系数 K ss = 1.5 ，返回系数 K re = 0.85 ，时限级差?t = 0.5s ，其它参数如图示。变压器阻抗值为归算至 115kV 的有名值。试对 AB 线路保护 1的三段式电流保护进行整定。图 7-8 网络接线示意 解：46 （一）无时限电流速断保护。 （1）动作电流，按照躲过被保护线路末端发生短路的最大短路电流的原则进行整定：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.25 ×115 / 3 = 1.25 × 1.7945 = 2.2431(kA) 13 + 0.4 × 60（2）动作时限，只需考虑继电器本身固有的时延：t1I ≈ 0s3）保护灵敏度校验。计算最小保护范围，判别灵敏度是否满足要求：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3E phI 2 I op.1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 18) = 31.8% & 15 ~ 20% ，可见，灵敏 0.4 × 60 2 × 2.2431度满足要求。 （二）延时电流速断保护。 （1）动作电流，按照与相邻线路的无时限电流速断保护配合的原则进行整定： 与 BC 线路配合，II II I I op1 = K rel I op 2 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 ×1.1649) = 1.15 × 1.4561 = 1.6745(kA) 13 + 0.4 × (60 + 50)与 BD 线路配合，II II I I op1 = K rel I op 6 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 ×1.2528) = 1.15 × 1.566 = 1.8009(kA) 13 + 0.4 × (60 + 40)II 取大者， I op1 = 1.8009(kA)（2）动作时限： 按照与相邻 I 段配合的原则考虑： t1II = t 6I + ?t = 0 + 0.5 = 0.5s （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：k s. min =) I k( .2B. minIII op1=) 3 I k(3B. min .2III op1=3 115 / 3 × = 0.76 & 1.5 2 ×1.8009 18 + 0.4 × 60可见，灵敏度不满足要求。重新整定电流 II 段。 （1）动作电流，考虑相邻线路与变压器构成线路变压器组，相邻线路无时限电流速断 保护整定时，短路点取在变压器末端。 与 BC 线路配合，47 II II I I op1 = K rel I op 2 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 × 0.4846) = 1.15 × 0.6058 = 0.6967(kA) 13 + 0.4 × (60 + 50 + 200)与 BD 线路配合，II II I I op1 = K rel I op 6 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 × 0.5876) = 1.15 × 0.7345 = 0.8447(kA) 13 + 0.4 × (60 + 40 + 150)II 取大者， I op1 = 0.8447(kA)（2）动作时限： 相邻元件保护为速断保护，故而 t1II = 0 + 0.5 = 0.5s （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：k s. min =) I k( .2B. min II I op1=) 3I k(3B. min . II 2 I op1=3 115 / 3 × = 1.62 & 1.5 2 × 0.8447 18 + 0.4 × 60可见，灵敏度满足要求。（三）定时限过电流保护。 （1）动作电流，按照保证被保护元件通过最大负荷电流时，过电流保护不误动，并且 在外部故障切除后能够可靠返回的原则整定：III I op1 = III K rel K ss 1.15 × 1.5 I L. max = × 200 = 405.88( A) K re 0.85（2）动作时限： 按照阶梯原则考虑， t1III = max{2.0 + 0.5 + 0.5 + 0.5，5 + 0.5 + 0.5 + 0.5} = 3.5s 1. （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求： 近后备， k s. min =) I k( .2B. minIIII op1=) 3I k(3B. min .2III op1=3 115 / 3 × = 3.37 & 1.5 2 × 0.40588 18 + 0.4 × 60 3 115 / 3 × = 2.28 & 1.2 2 × 0.40588 18 + 0.4 × (60 + 50) 3 115 / 3 × = 2.44 & 1.2 2 × 0.40588 18 + 0.4 × (60 + 40)远后备（BC） k s. min = ，) I k( .2B. minIIII op1=) 3 I k(3C . min .2III op1=远后备（BD） k s. min = ，) I k( .2B. minIIII op1=) 3 I k( 3D. min .2III op1=可见，灵敏度能够要求。48 4、某大型给水泵高压电动机的参数为： U N = 6kV ， PN = 2000kW ， I N = 230 A ，自启 动系数 K S = 6 。已知，电动机端子处两相短路电流为 6000A，电动机自起动时间为 8s，拟 采用电磁型电流继电器， 按照不完全星形接线方式组成高压电动机的电流速断以及过负荷保 护，电流互感器变比为 400/5，整定上述保护的动作电流、动作时间并校验灵敏度。 解：对于电动机的电流速断保护： （1）动作电流。按照躲过电动机的最大起动电流原则考虑：I op.r = K rel 1.4 I ss = × (6 }
电力工程基础_第二版_孙丽华主编_课后习题答案
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《电力工程基础》习题与解答
第一章 发电厂概述习题与解答 一、简答题 1、简述水力发电、火力发电和风力发电的能量转换过程。 答：水力发电是将水流的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。火力发电 是将燃料的化学能转换为热能， 再将热能转换为机械能， 然后再将机械能转换为电能的过程。 风力发电是将空气的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。 2、火电厂按照原动机不同可分哪几类？火电厂的三大主机是什么？ 答：火电厂按照原动机不同可分为汽轮机电厂、燃气轮机电厂、蒸汽―燃气轮机联合循 环电厂。锅炉、汽轮机、发电机是常规火力发电厂的三大主机。 3、简述蒸汽动力发电厂的生产过程。 答：燃料送入锅炉燃烧放出大量的热能，锅炉中的水吸收热量成为高压、高温的蒸汽， 经管道有控制地送入汽轮机， 蒸汽在汽轮机内降压降温， 其热能转换成汽轮机转轴旋转机械 功，高速旋转的汽轮机转轴拖动发电机发出电能，电能由升压变压器升压后送入电力系统， 而做功后的乏汽（汽轮机的排汽）进入凝汽器被冷却水冷却，凝结成水由给水泵重新打回锅 炉，如此周而复始，不断生产出电能。 4、常规燃煤火电厂对环境的污染主要体现在哪些方面？ 答：主要是烟气污染物排放、灰渣排放、废水排放，其中烟气排放中的粉尘、硫氧化物 和氮氧化物经过烟囱排入大气，会给环境造成污染。 5、目前比较成熟的太阳能发电有哪些形式？ 答：太阳能热发电和太阳能光发电。 6、简述闪蒸地热发电的基本原理。 答：来自地热井的热水首先进入减压扩容器，扩容器内维持着比热水压力低的压力，因 而部分热水得以闪蒸并将产生的蒸汽送往汽轮机膨胀做功。 如地热井口流体是湿蒸汽， 则先 进入汽水分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机做功，分离剩余的水再进入扩容器（如剩余热水 直接排放就是汽水分离法，热能利用不充分） ，扩容后得到的闪蒸蒸汽也送往汽轮机做功。 7、简述双循环地热发电的基本原理。 答：地下热水用深井泵加压打到地面进入蒸发器，加热某种低沸点工质，使之变为低沸 点工质过热蒸汽，然后送入汽轮发电机组发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，用 工质泵再打回蒸发器重新加热，重复循环使用。为充分利用地热水的余热，从蒸发器排出的 地热水去预热器加热来自凝汽器的低沸点工质液体， 使其温度接近饱和温度， 再进入蒸发器。 8、可用于发电的海洋能有哪几种类型？ 答：可用于发电的海洋能主要为：潮汐能、波浪能、海流能（潮流能） 、海水温差能和 海水浓度差能。 二、问答题1 1、水电站常见的类型有哪几种？抽水蓄能式水电站具有什么特点？ 答：水电站常见的类型有：河床式水电站、坝后式水电站和引水式水电站。抽水蓄能电 站是特殊形式的水电站。当电力系统内负荷处于低谷时，它利用电网内富余的电能，机组采 用电动机运行方式，将下游（低水池）水抽送到高水池，能量蓄存在高水池中。在电力系统 高峰负荷时，机组改为发电机运行方式，将高水池的水能用来发电。因此，在电力系统中抽 水蓄能电站既是电源又是负荷， 是系统内唯一的削峰填谷电源， 具有调频、 调相、 负荷备用、 事故备用的功能。 2、水力发电有哪些主要特点？ 答：水力发电主要有以下特点： （1）水能是可再生能源，一般也不会造成水体污染； （2）水力发电不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料； （3）水力发电的效率高，常规水电厂的发电效率在 80%以上； （4）水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源转换； （5）水力发电的生产运行成本低，无需燃料、运行人员较少、管理和运行简便、运行 可靠性较高； （6）水力发电机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是理想的调峰、调频和 事故备用电源； （7）水力发电资源一般远离用电负荷中心，开发投资大，工期长； （8）无水库调节或水库调节能力较差的水电站，其发电受丰枯季节变化的影响较大， 与用户用电需要不相适应；一般采用水、火、核电站联合供电方式； （9）水电站的水库可以综合利用，可获得较高的综合经济效益和社会效益。 （10）建有较大水库的水电站，有的水库淹没损失较大，移民较多，并影响野生动植物 的生存环境。 3、什么是锅炉？其作用是什么？ 答：锅炉本体实际上就是一个庞大的热交换器，由“锅”和“炉”两部分组成的。锅是 指锅炉的汽水系统，完成水变为过热蒸汽的吸热过程。炉是指锅炉的燃烧系统，完成煤的燃 烧放热过程。 其作用是： 燃料在炉膛内燃烧将其化学能转变为烟气热能； 烟气热能加热给水， 水经过预热、汽化、过热三个阶段成为具有一定压力、温度的过热蒸汽。 4、风力发电机主要由哪些部件组成？各有什么作用？ 答：风力发电机由风轮、升速齿轮箱、发电机、偏航装置（对风装置） 、控制系统、塔 架等部件所组成。 风轮的作用是将风能转换为机械能， 它由气动性能优异的叶片装在轮毂上 所组成， 低速转动的风轮通过传动系统由升速齿轮箱增速， 以便与发电机运转所需要的转速 相匹配并将动力传递给发电机。由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有对风装2 置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合 的小齿轮转动，使机舱始终对准来风的方向。由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化， 必须根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制系统来实现对风力发电机的起动、 调节 （转速、电压、频率） 、停机、故障保护（超速、振动、过负荷等）以及对电能用户所接负 荷的接通调整及断开等。 5、太阳能光发电的基本原理是什么？太阳能电池发电系统一般由哪些设备组成？ 答：光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池（光伏）将太阳能直接转化 成电能。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能产生电子―空穴对，从而产生光生 电压。太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、防反充二极管、储能蓄电 池、充电控制器、逆变器等设备组成。 6、利用生物质能发电的关键技术在哪方面？生物质能发电主要特点是什么？ 答：利用生物质能发电关键在于生物质原料的处理和转化技术。采用生物质能发电特 点是： （1） 生物质能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术， 且转化设备必须安全可靠、 维护方便； （2）利用当地生物资源发电的原料必须具有足够数量的储存，以保证连续供应； （3）发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行的方式； （4）利用当地生物质能资源就地发电、就地利用，不需外运燃料和远距离输电； （5）城市粪便、垃圾和工业有机废水对环境污染严重，用于发电，化害为利，变废为 宝； （6）生物质能发电所用能源为可再生能源，资源不会枯竭、污染小、清洁卫生，有利 于环境保护。 三、读图题 1、如图 1-1 所示为某一水电站的示意图，请回答图中标注所代表的设备或设施名称。3 图 1-1某一水电站的示意答：1－水库；2－压力水管；3－水电站厂房；4－水轮机；5－发电机；6－尾水渠道。 2、如图 1-2 所示为某一蒸汽动力发电厂的生产过程原理示意图，请回答图中标注所代 表的设备名称。23～4 1 7 6 5图 1-2某一蒸汽动力发电厂的生产过程原理示意答：1－锅炉；2－汽轮机；3－发电机；4－凝汽器；5－凝结水泵； 6－回热加热器；7－给水泵。3、如图 1-3 所示为某一独立运行的风力发电系统的功能模块示意图，请回答图中标注 所代表的功能模块名称。 1风力 发电机组控制器3交流负载2 图 1-3直流负载 独立运行的风力发电系统的功能模块答：1－耗能负载；2－蓄电池组；3－逆变器。4、如图 1-4 所示为某一塔式太阳能发电系统原理示意图，请回答图中标注所代表的设 备名称。4 图 1-4某一塔式太阳能发电系统原理示意答：1－定日镜； 2－接收器； 3－塔； 4－热盐槽； 5－冷盐槽；6－蒸汽发生器； 7 －汽轮发电机组； 8－凝汽器。第二章 电气主接线习题与解答 一、简答题 1、什么是电气主接线？ 答：电气一次设备根据其作用和工作要求，按一定的顺序连接，用以表示生产汇集和分 配电能的电路，称为电气主接线，或一次电路，或主电路。 2、 什么叫电力系统？ 答：由发电厂电气部分、变电所、输配电线路以及用户用电设备有机连接起来的，组成 发、变、输、配、用电的整体，称为电力系统。 3、什么叫电力网？ 答：电力系统中，由升压、降压变电所和各种不同电压等级的输配电线路连接在一起所 组成的部分，称为电力网。 4、什么叫配电装置？ 答：发电厂和变电所的开关电器、载流导体及必要的辅助设备，根据电气主接线要求建造 而成的用来在正常工作情况和故障情况下正确工作的电工建筑物，称为配电装置。5 5、什么叫最小安全净距？ 答： 无论正常或过电压情况下都不致发生空气绝缘的电击穿的最小净距， 称为最小安全 净距。 二、问答题 1、对电气主接线的基本要求? 答： 主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构， 是电力系统网络结构的重要组成 部分。它直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装 置和控制方式的拟定都有决定性的关系.对其的基本要求是：1）可靠性，安全可靠是电力生 产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。2）灵活性，电气主接线应能适 应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的切换，并满足扩建要求。3）经济性，主接线 的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。经济性包括：投资、占地面积及电 能损耗三方面内容。 2、倒闸操作中隔离开关相对断路器而言“先通后断”如何理解？ 答： 隔离开关没有灭弧装置， 用隔离开关来断开电路使得在电路断开瞬间产生的电弧没 法熄灭， 会造成弧光短路， 故在断开电路应该由具有灭弧装置的断路器完成， 在断开电路时， 先断开断路器再断开隔离开关， 同里在接通电路时也应由断路器来完成接通， 即隔离开关要 在断路器合上之前来合上。这个“先通后断”是为了防止用隔离开关带负荷拉合电路。 3、母线隔离开关相对线路隔离开关而言“先通后断”又如何理解？ 答：一般情况下，断路器断开后，电路已没有电流，先拉哪个都可以。但是，若断路器 实际并未断开时先拉母线侧隔离开关， 则由于隔离开关没有灭弧装置就会造成弧光短路， 此 时相当于母线短路，电源侧断路器跳闸，导致全厂停电若先拉线路侧隔离开关，也造成弧光 短路，此时相当于线路上短路，线路断路器跳闸，事故影响小。因此，断开线路断路器后， 应先拉线路侧隔离开关，最后才拉母线侧隔离开关，以防意外。 4、为什么屋内配电装置室的门要向外开？ 答： 这是为了防止万一配电装置内发生油燃烧或爆炸等类似事故时， 便于工作人员迅速 可靠地撤离事故现场。同时，这样规定也有利于配电装置外的人员在发生上述事故时，可以 采取相应的补救措施，不致于在紧急与慌乱中造成配电装置门紧闭、与外界隔离，而引起惨 重后果。 5、什么叫最大运行方式？什么叫最小运行方式？ 答：电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求需要经常6 变更系统的运行方式， 由此相应地引起了系统参数的变化。 在设计发电厂、 变电所等工程时， 选择电气设备和确定继电保护装置整定值时， 往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路 电流值来计算和校验所选用电器、导体的稳定度和继电保护装置的灵敏度。 最大运行方式是系统在该方式下运行时， 具有最小的短路阻抗值、 发生短路后产生的短 路电流最大的一种运行方式。 一般根据系统最大运行方式的短路电流值， 来校验所选用的电 器、导体的稳定性。 最小运行方式是系统在该方式下运行时， 具有最大的短路阻抗值、 发生短路后产生的短 路电流最小的一种运行方式。 一般根据系统最小运行方式的短路电流值， 来校验继电保护装 置的灵敏度。 6、架空线路、电缆线路的结构，各自的特点及应用。 答：架空线路将导线和避雷线架设在露天的杆塔上，主要由导线、避雷线、杆塔、绝缘 子和线路金具等主要部件组成。架空线路露置在空气中，易于检修与维护。利用空气绝缘， 建造较为容易。但由于架空线路露天架设，容易遭受雷击和风雨冰雪等自然灾害的侵袭，而 且需要大片土地作为出线走廊，对交通、建筑、市容和人身安全有影响。 电缆线路主要包括电缆线、 支撑物和保护层等， 其中电缆线导体通常采用多股铜线或铝 绞线，以增加其柔韧性，使之能在一定程度内弯曲，以利于施工和存放。电缆线路一般直埋 设在土壤、敷设在电缆沟或电缆隧道、穿管敷设等，占地少，整齐美观，受气候条件和周围 环境的影响小，传输性能稳定，故障少，供电可靠性高，维护工作量少。因此在如城市人口 密集区，重要公共场所等往往采用电缆出线。但电缆线路的投资大，线路不易变动，寻测故 障难，检修费用大，电缆终端的制作工艺要求复杂等。 架空线路的设备简单，建设费用比电缆线路低，电压等级越高，二者在投资上差距就越 显著。 7、放射式接线特点？树干式的特点？ 答： 放射式接线的特点： 本线路上故障不影响其它线路； 容易进行继点保护装置的整定， 并易于实现自动化； 树干式配电系统有可能降低投资费用和有色金属消耗量，使变、配电所的馈线出线少， 占用出线走廊小，结构简单的特点。 8、如何区别屋外中型、半高型、高型配电装置？ 答：屋外中型、半高型、高型配电装置的区别主要是指电气设备与母线及母线与母线之 间在空间布置上是否有重叠。 当电气设备布置在同一个水平面上， 与母线在空间上无重叠布 置为屋外中型布置；当母线及母线隔离开关高层抬高，把断路器等电气设备布置在其下方，7 母线与电气设备具有重叠布置为屋外半高型布置； 当母线与母线具有重叠布置， 使配电装置 占地面积进一步减小，空间进一步提高，为屋外高型布置。中型布置占地面积最大，但运行 维护最方便，有色金属耗量少，高型布置占地面积最小，但运行维护最不方便，有色金属耗 量最大，半高型布置居两者之中。 9、试画出内桥接线方式接线图，并说明应用范围和优缺点。 答：绘图见图 2-1。内桥接线的特点是：线路投切比较方便，线 路故障仅是故障线路跳闸，不影响其它回路运行，但变压器故 障时与该变压器连接的两台断路器均须跳闸，从而影响了同侧 线路的运行；此外，变压器的停、投比较麻烦，需要操作两台 断路器，并使同侧线路短时停电。但由于变压器比较可靠，故 障较少，一般不经常切换，因此采用内桥接线较多。10、试画出不分段单母线和用断路器分段的单母线的基本 接线形式，并说明后一种接线比前一种接线在可靠性和灵活性方面有哪些提高？答： 单母线接线和单母线用断路器接线分别见图 2-2 和 2-3，单母线接线可靠性较高表现在，任一母 线段或母线侧隔离开关故障或检修， 另一母线段可以 不停电，并可供电给一级负荷，不至于发生全厂或全8 变电站停电事故。灵活性较高表现在：任一馈电线路都可以从两个母线段获得电源，两段母 线分列和并列运行操作简单、方便能较好地适应运行方式的变化。 11、某 110kV 变电站，有两台主变，其中 110kV 有 4 回出线，采用单母线带旁路接线， 请（1）画出 110kV 电压等级接线图。 （2）设现要对出线 1 断路器进行检修进行停电，要求 出线 1 不停电，写出倒闸操作过程。 答： （1）单母线带旁路接线见图 2-4。 （2）对出线 1 断路器检修的倒闸操作过程： 1）合 QS4、QS5；合 QF2，对旁路母线充电，并检验旁路母线； 若母线完好 2）合 QS3，此时出线 1 为双回路供电。 3）断 QF1,断 QS2、QS1，退出断路器 QF1 进行检修。 12、写出双母线接线中检修工作母线的倒闸操作过程。 答：设当前运行方式为单母线运行母线 1 （W1）工作，母线 2 备用，母联回路断开， 要检修母线 1（W1） ，如图 2-5。倒闸操作过 程如下： 1) 合 QS01、 QS02， QF0 对母线 2 充电。 合 2) 合 QS12，断 QS11，把出线 1 倒到母线 2。同理可以把其他回路倒到母线 2。 3) 当全部进出线都倒闸到 W2，断 QF0， 断 QS01、QS02， W1 停电检修。三、计算题 1、某县拟建一 35kV 城关变电所，根据负荷调查统计表明，在 5～10 年建设规划期间， 10kV 最大负荷为 10000kW（一、二级负荷共占 75％） ，最小负荷 7000kW，以八回出线向各 用户供电；35kV 侧有两回线路，一回与电力系统联络，一回供电给县水泥厂，水泥厂最大 负荷 3000kW，最小负荷 2000kW。试拟定一个技术经济比较合理的电气主接线方案。可供选 择的主变压器额定容量系列为：、、 、、6300、 、1kVA。9 解： （1）主变台数、容量选择： 1） 由于 10kV 负荷中一、 二级负荷共占 75％， 变电站在该地区为较为重要的变电站， 负荷要求两独立电源供电，故主变台数设 2 台，备用方式为暗备用。 2） 主变容量选择考虑 5-10 年规划， 台主变互为备用， 2 正常时每台供 50％的负荷， 当一台主变发生故障时， 另一台要在事故过负荷能力的情况下带上一、 二级负荷即总 负荷的 75％。考虑主变容量 SNT≈0.7Sc＝0.7*10000/cos＝7000kWS NT ≈ 0.7 Sc =0.7 ×
= = 7800kVA ， cos ? 0.9选择容量为 8000kVA 的变压器 2 台。正常时一台承受 5000kW 的负荷，负荷率为：5000 ≈ 70% ，满足经济运行要求。当一台主变因故退出运行时，另一台 0.9 *
≈ 1.04 ，这变压器运行足以满足要求。 主变承当的 75％负荷，其负荷率为；k l = 0.9 * 8000 kl =（2）主接线方案拟定； 1） 35kV 有两回线路，一回到电力系统即电源，令一回到县水泥厂即 35kV 负荷。2台主变，可以考虑只有一回电源 35kV 侧可用单母线接线；两回线路，2 台主变又可以考虑 为桥式接线，因为到县水泥厂是 35kV 侧的转供负荷，可以考虑外桥接线。 2） 10kV 侧一、二级负荷比例大，考虑用单母线分段接线，用成套开关柜布置，布 置简单，经济性好。可靠性能满足要求 。 3） 故可以拟定供电可靠性灵活性方案有 2：一为 35kV 采用单母线接线，10kV 采用 单母线分段接线；二为 35kV 采用外桥接线，10kV 采用单母线分段接线。 （3）主接线方案确定：10 对两方案进行经济比较，不同部分只在 35kV 侧，单母线接线用四台断路器，外桥接线 用 3 台断路器。但是单母线接线二次继电保护配合等相对简单，对各个负荷计量点明确，外 桥接线虽然节省一台断路器，但其如果发生故障会影响主变的供电，一台主变要退出工作， 且 35 kV 断路器价格不高，综合考虑故 35kV 侧采用单母线接线。变电站主接线方案最终确 定为：35kV 采用单母线接线，10kV 采用单母线分段接线。如图 2-6 所示。第三章 输电网运行分析习题与解答11 一、问答题 1、电能质量的主要指标是？其要求分别是？ 答：电能质量的三个主要指标是电压、频率、波形。电压要求：我国目前规定 35kV 及以 上电压允许变化为 ± 5% ，10kV 及以下为 ± 7% ，低压照明及农业用户为（＋5～-10）％； 频率要求：正常运行时，中小系统允许频率偏差为 ± 0.5 H Z ，允许时间 40s,大系统为± 0.2 H Z ， 允许时间 30s； 事故运行时， 30min 内 ± 1H Z ， 15min 内 ± 1.5 H Z ， 但不低于-4 H Z ；波形畸变率要求： 110kV 电网 ≤ 2.0％， 35～66kV 电网 ≤ 3.0％， 6～10kV 电网 ≤ 4.0％， 0.38kV 电网 ≤ 5.0％。 2、采用标么制进行计算电网参数的优点？ 答：三相电路的计算公式与单相电路相同，三相功率的标么值与单相功率标么值相等； 采用标么制计算的数量级比较小， 计算比较简单； 选定全网的基准功率以及各级的基准电压 后，直接进行标么值计算，计算参数不需折算。 3、潮流计算机计算时，节点一般如何分类？ 答：PQ 节点：节点的有功 P 和无功功率 Q 是给定的，节点电压幅值和相角（U、 δ ）是 待求量，通常变电所母线属于此类；PV 节点：节点的有功功率 P 和电压幅值 U 是给定的， 节点无功和电压相角（Q、 δ ）是待求量，当节点处有足够的可调无功量，可以维持给定电 压幅值时，该节点可选为 PV 节点，一般为有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源的 变电所母线；平衡节点：承担系统有功平衡的节点，一般选主调频发电厂。 4、潮流计算的目的？ 答：可以判断系统各元件（输电线、变压器等）是否过负荷；可以判断各节点电压是否 满足电能质量要求；以便正确选择系统运行方式；作为设备选型依据，以满足技改要求；为 系统规划运行提供必要的依据；可以为系统调压计算、经济运行计算等提供必要的数据。 5、电力系统等值电路中精确和近似计算的区别及其各自使用的场合？ 答：利用电网或元件的额定电压进行电路等效参数计算或归算，称精确计算，一般用于 电力系统稳态分析；利用各级电压的平均值进行电路等效参数计算或归算，称近似计算，一 般用于系统故障分析。 二、分析题 1、试用单位长度电抗计算公式分析采用分裂导线的优点？ 答：采用分裂导线，增大了导线的等效半径，所以其单位长度电抗值相对普通减小，具12 体分析如下：普通导线的单位电抗 x1 = 0.1445 lg 线几何平均距离； r 表示导线半径； 分裂导线的单位长度电抗 x1 = 0.1445lg'Dm + 0.0157 （ ? ） ；其中 Dm 表示三相导 rDm 0.0157 + ( ? )， req = n r ( d12 d 23 ? d1n ) ， req nreq 表示分裂导线的等效半径；d12、d13 ? d1n 表示某根导线与其余 n-1 根导线间距离。x1' 相对 x1 值减小了。当分裂根数超过 4 根时，电抗值下降不明显，故一般不超过 4 根。 2、潮流问题中系统变量的约束条件一般是？ 答：常用的约束条件如下： （1）节点电压幅值需控制在一定的范围内，即满足 U min ≤ U i ≤ U max ； （2）电源节点的功率需满足? PG i min ≤ PG i ≤ PGi max ? ? Q G i min ≤ Q Gi ≤ Q G i max(3)节点间的相位差应满足δ i ? δ j & δ i ? δ j，以保证系统的稳定性。 max3、系统频率调整中，怎样才能做到频率无差调节（试作图说明）？（5 分） 答： 二次调频可以实现，如图 3-1 所示， ?PL 0 由：发电机组增发的功率 ?PG 0 (OC), 调速器作用增发的－ K G ?f （CB） ,负荷调整效应减少的负荷功率 K L ?f'' ''(AB) ； ?PL 0 当－ ?PG 0 ＝－ K G ?f － K L ?f ＝0，即 ?f '' ＝0，实现无差调节。'' ''P0 '' P0 ' P0AOO'PL 'B''CPLPG 'PGOf 0' f 0'' f 0图 3-1 二次调频示意4、标么制计算中线电压和相电压、三相和单相功率标么值相等，试加以简析。 答：一般对称的三相电力系统进行分析计算时，均化为等值星形电路，电压、电流的线 与相之间的关系以及三相功率与单相功率之间的关系如下：13 I = Iph、U=3Uph、 S = 3 S = 3U I = 3 * U ? I = 3UI ，其中， U 、 I 、 S 表示线 (1 ) ph ph3电压、线电流、三相功率；UUB = 3IBZ B 、 ZBph、 I ph 、 S ( 1 ) 表示相电压、相电流、单相功率；且 S B = 3U B I B 、=2 U B SB，所以 U ? = U = UB3 IZ IZ = = I ? Z ? = U ph ? , S ? = S = IBZB SB 3I B Z B3 IU IU = = I ?U ? = S (1 )? I BU B 3 I BU B5、何谓电晕现象？产生电晕的临界电压称？ 答：导线表面的电场强度大于空气分子的游离程度，使之发生电离的现象。产生电晕的 临界电压称电晕起始电压也称起晕电压。 U cr = 49.3m1m2 rδ lgDm ，当线路运行电压大于 rU cr 是就会发生电晕现象， “滋滋”作响。其中 m1 表示导线表面的光滑系数， m2 表示气象系数（一般晴朗天气 m2 ＝1，恶劣天气 m2 &1） r 表示导线半径， Dm 表示三相导线的几 ， 何均距；δ 表示空气的相对密度，可见是否产生电晕现象与周围的环境由极大的关系，一般 恶劣天气 m2 较小，比较容易发生电晕。 三、计算题 1、某三相变压器型号为 SFPSL-，各绕组容量比为 100/100/50，额定电压为 220/121/11kV，?Pk (1? 2) ＝601kW，?Pk' (1?3) =180kW，?Pk' ( 2?3) =132kW， k (1?2 ) % =14.85， k (1?3) % U U ＝28.25， U k ( 2?3) % ＝7.6， ?P0 =130kW， I 0 % ＝0.62，求该变压器参数及其等效电路。 解： （1）求阻抗?Pk (1? 2) ＝601(kW)； ?Pk (1?3) ＝ (S1N 2 100 2 ) ?Pk' (1?3) ＝ ( ) *180＝720(kW)； S3 N 50 S2 N 2 100 2 ) ?Pk' ( 2?3) ＝ ( ) *132＝528(kW)； S3 N 50?Pk ( 2?3) ＝ (则： ?P k 1 ＝1/2( ?Pk (1? 2) + ?Pk (1?3) + ?Pk ( 2?3) )＝1/2（601＋720-528）＝396.5(kW)； 同理可得： ?P k 2 ＝204.5(kW)； ?P k 3 ＝323.5(kW)；∴ RT 1 ＝2 ?Pk 1 ? U N ＝1.333（ ? ） RT 2 ＝0.687（ ? ） RT 3 ＝1.087（ ? ） ， ， 2 1000 S N14 U k 1 % ＝1/2( U k (1?2 ) % + U k (1?3) % - U k ( 2?3) % )＝1/2（14.85＋28.25-7.6）＝17.75；同理可得： U k 2 % ＝-2.9； U k 3 % ＝10.52 U k 1 %U N ∴ XT1 ＝ ＝71.59（ ? ） X T 2 ＝-11.70（ ? ） X T 3 ＝42.35 ? ） ， ， 100 S N(2)求导纳GT =?P0 130 = = 2.68 × 10?6 ( S ) 2 1000U N 1000 * 2202 I 0 % S N 0.62*120 = = 15.37 × 10?6 ( S ) 2 2 100U N 100* 220BT =∴YT = GT ? jBT = (2.68 ? j15.37) ×10 ?6 S等效电路图 3-2 所示。ZT 2ZT 1(0.687 ? j11.70) ?(1.333 + j 71.59)?ZT 3YT(2.68 ? j15.37) ×10 ?6 S(1.087 + j 42.35) ?图 3-2等效电路2、某电力网络及各元件参数如图 3-3 所示，试用近似计算法求出其参数，并做出等值 电路。T1 l1 T2S N = 120MVA U k % = 6.7 242 / 10.50.4? / km 100kmS N = 120MVA U k % = 6.7 220 / 1210.4? / km 50kml2图 3-3 某电力网络及各元件参数解：采用近似法， 取 SB = 100MVA， U B = U av ， U B1 = 10.5 kV， U B 2 = 230 kV， U B 3 = 115 kV15 变压器 T 1 : X 1? ＝ X T 1? ＝U k 1 % S B 6.7 * 100 = =0. S N 100 * 120 SB 100 = 0.4 * 100 * ＝0. *U B2 2 * 230 2线路 l1 ： X 2? ＝ X l1? = x1l1变压器 T 2 : X 3? ＝ X T 2? ＝U k 2 % S B 6.7 * 100 = =0. S N 100 * 120 SB 100 = 0.4 * 50 * ＝0.151 2 U B3 11522 0..05584 0.151线路 l2 ： X 4? ＝ X l 2? = x1l21 0.0558图 3-4 等值电路 3、额定电压 110KV 的辐射型电网各段阻抗及负荷如图 3-5 所示。已知电源 A 的电压为 121KV，求功率分布和各节点电压（注：考虑功率损耗，可以不计电压降落的横分量δU） 。图 3-5 辐射型电网各段阻抗及负荷 解：依题意得 设： U N ＝110kV， S C = 8 + j 6( MVA) （1） ? S ZC =~' ~~ ~82 + 6 2 (10 + j 20) = 0.0826 + j 0.1653( MVA) （2 分） 1102~S C = ? S C + ? S ZC = ?(8 + j 6) + 0.0826 + j 0.1653 = ?(7.9174 + j 5.8347)( MVA) S B = S C + ? S B = 40 + j 30 ? (7.9174 + j 5.8347) = (32.0826 + j 24.1653)( MVA)? S ZB~ ~ ~' ~' ~32.08262 + 24.16532 = (20 + j 40) = 2.666 + j 5.333( MVA) 110 2~' ~S A = S B + ? S ZB = 32.0826 + j 24.1653 + 2.666 + j 5.333 = (34.7486 + j 29.4983)( MVA)（2）电压降，略去横分量16 ?U ZB =PA RB + QA X B 34.7486 * 20 + 29.4983 * 40 = = 15.495 (kV) 121 UAU B = U A ? ?U ZB = 121 ? 15.493 = 105.507 (kV)?U ZC' 7.9174 * 10 + 5.8347 * 20 PC' RC + QC = =? = ?1.856 (kV) 105.507 UBU C = U B ? ?U ZC =105.507-(-1.856)=107.363(kV)4、如图 3-6 所示各支路参数为标么值，试写出该电路节点导纳矩阵。y10 = j 0.1y12 = ? j 2.5y20 = j 0.1y13 = ? j 2y23 = ? j 2.5y34 = ? j10 y30 = j 0.5图 3-6 解：各支路参数为标么值Y11 = y10 + y12 + y13 = j 0.1 ? j 2.5 ? j 2 = ? j 4.4，Y12 = Y21 = ? y12 = j 2.5，Y13 = Y31 = ? y13 = j 2 ， Y22 = y20 + y12 + y23 = ? j 4.9 Y23 = Y32 = ? y23 = j 2.5，Y33 = y30 + y31 + y32 + y34 = ? j14.45，Y34 = Y43 = ? y34 = j10 ， Y44 = Y34 = ? j10? ? j 4.4 ? j2.5 ? 该电路节点导纳矩阵 YB 为： YB = ? j2 ? ?0 ? ? j2.5 -j4.9 -j4.9 0 j2 0 j2.5 0 -j14.45 j10 j10 ? ? ? ? ? -j10 ? ? ?5、某系统负荷为 4000MW，正常运行时 f = 50 H Z 。若系统发电出力减少 200MW，系 统频率运行在 48 H Z ，求系统负荷的频率调节效应系数？17 解： ?PL? =?PL 200 = = 0.05 ， PL 4000?f? =0.05 50 ? 48 ?P = 1.25 ， = 0.04 ， K L ? = L ? = 50 ?f? 0.04系统负荷的频率调节效应系数为： K L =?PL 200 = = 100( MW / H Z ) ?f 2第四章 配电网运行分析习题与解答 一、简答题 1、配电网的电压降落、电压损耗和电压偏移指什么？ 答： 电压降落是指线路首末两端电压的相量差。 电压损耗是指线路首末两端电压的数值 差。电压偏移是指线路首端或末端实际电压与线路额定电压的数值差。 2、配电网的损耗由哪些因素引起的？ 答：配电网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗，它产生在输电 线路和变压器的串连阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，这种损耗叫变动损耗，在总损耗中 所占比重较大；另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器的并联导纳上， 如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等，这种损耗叫固定损耗。 3、配电网的网损率指什么？ 答：在同一时间内，配电网的电能损耗占供电量的百分比，称为配电网的损耗率，简称 网损率或线损率。 4、配电网的潮流计算指什么？ 答：配电网的潮流计算是根据配电网中已知的负荷及电源电压计算出其它节点的电压 和元件上的功率分布。 5、电力系统中有哪些主要的无功电源？ 答：电力系统主要的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、 线路充电功率等。 6、电力系统无功功率平衡指什么？ 答：电力系统无功功率平衡包含两个含义。首先是对于运行的各个设备，要求系统无 功电源所发出的无功功率与系统无功负荷及无功损耗相平衡。 其次是对于一个实际系统或是18 在系统的规划设计中， 要求系统无功电源设备容量与系统运行所需要的无功电源及系统的备 用无功电源相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负荷发展的需要。 7、短路指什么？有哪些基本类型？ 答：短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大 电流。 供电系统中短路的基本类型分三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。 8、简述无穷大功率电源条件下短路电流的计算步骤。 答：无穷大功率电源条件下短路电流的计算步骤如下： （1）取功率基准值 S B ，并取各 级电压基准值等于该级的平均额定电压。 计算各元件的电抗标么值， （2） 并绘制出等值电路。 （3）网络化简，求出从电源至短路点之间的总电抗标么值 X ∑ 。 （4）计算出短路电流周期 分量有效值（也就是稳态短路电流） ，再还原成有名值。 （5）计算出短路冲击电流和短路最 大有效值电流。 （6）按要求计算出其他量。 9、简述应用运算曲线计算有限容量系统短路电流的计算步骤。 答：应用运算曲线计算短路电流的具体步骤如下： （1）绘制等值网络。首先选取基准功率和基准电压；然后取发电机电抗为 x ′′ ，无穷 d 大容量电源的电抗为零，由于运算曲线制作时已计入负荷的影响，等值网络中可略去负荷； 进行网络参数计算并做出电力系统的等值网络。 （2）进行网络变换，求转移电抗。将短路电流变化规律大体相同的发电机合并成等值 机，以减少计算工作量；消去除等值机电源点（含无穷大容量电源）和故障点以外的所有中 间节点；求出各等值机对故障点以及无穷大容量电源对故障点的转移电抗。 （3）求出各等值机对故障点的计算电抗。将求出的转移电抗按各相应等值发电机的容 量进行归算，得到各等值机对故障点的计算电抗。 （4）由计算电抗根据适当的运算曲线找出指定时刻 t 各等值机提供的短路电流周期分 量标么值。 无穷大容量电源供给的三相短路电流是不衰减的， 其周期分量有效值的标么值可 直接计算出。 （5）计算短路电流周期分量的有名值。将各等值机和无穷大容量电源提供的短路电流 周期分量标么值， 乘以各自的基准值得到它们的有名值， 再求和后得到故障点周期电流有名 值。 二、问答题19 1、什么是最大负荷年利用小时数和最大负荷损耗时间？ 答：最大负荷年利用小时数 Tmax 的意义是：如果用户以年最大负荷 Pmax 持续运行 Tmax 小时所消耗的电能即为该用户以实际负荷运行时全年消耗的电能 A ，用公式表示为A=∫87600Pdt = Pmax Tmax。最大负荷损耗时间 τ 可以理解为：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率S max （此时的有功损耗为 ?Pmax ） τ 小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损 ，在耗，则称 τ 为最大负荷损耗时间。 2、如何进行降低配电网的损耗？ 答： （1）合理使用变压器。应根据用电特点选择较为灵活的接线方式，并能随各变压 器的负载率及时进行负荷调整， 以确保变压器运行在最佳负载状态。 变压器的三相负载力求 平衡，不平衡运行不仅降低出力，而且增加损耗。 （2）重视和合理进行无功补偿。合理地选 择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过 线路远距离传输而造成有功网损。对电网的无功补偿通常采取集中、分散、就地相结合的方 式，具体选择要根据负荷用电特征来确定。 （3）对电力线路改造，扩大导线的载流水平。按 导线截面的选择原则，可以确定满足要求的最小截面导线；但从长远来看，选用最小截面导 线并不经济。如果把理论最小截面导线加大一到二级，线损下降所节省的费用，足可以在较 短时间内把增加的投资收回， 而且导线截面增大温升下降， 线路无功损耗也会有所下降。 （4） 调整用电负荷，保持均衡用电。调整用电设备运行方式，合理分配负荷，降低电网高峰时段 的用电，增加低谷时段的用电；改造不合理的局域配电网，保持三相平衡，使用电均衡，降 低线损。 3、无功补偿的基本原理是什么？有什么意义？ 答：网络未加无功补偿设备前，负荷的有功功率、无功功率为 P 、 Q ，与网络传输的 功率相等。加装了一部分无功补偿设备 Qc 后，网络传输的有功功率不变，传输的无功功率 变为 Q ′ = Q ? Qc ，相当于无功消耗由 Q 减少到 Q ′ = Q ? Qc 。设 Q ′ = Q ? Qc ，如下图所 示，视在功率 S ′ 比 S 小了，补偿后电力网的功率因数由补偿前的 cos ?1 提高到 cos ? 2 。如 图 4-1 所示。20 图 4-1 无功补偿原理的示意图 加装无功补偿设备后，电网的功率因数提高，具有以下几个方面的意义： （1）减少系统元件的容量，换个角度看是提高电网的输送能力。 （2）降低网络功率损 耗和电能损耗。 （3）改善电压质量。 4、配电网无功补偿的配置原则与措施是什么？ 答：无功补偿设备合理配置的主要原则： （1）总体平衡与局部平衡相结合。 （2）电业 部门补偿和用户补偿向结合。 （3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。 （4）降损与调 压相结合，以降损为主。 无功补偿的主要措施： （1）利用同步发电机进行补偿。 （2）利用调相机进行无功补偿。 （3）利用电容器进行无功补偿。 （4）利用静止补偿器进行无功补偿。 5、调压的方式有哪些？如何进行？调压有哪些主要措施？ 答：调压主要有： “逆调压”“顺调压”“常调压”等几种方式。 、 、 （1）逆调压。若由中 枢点供电的各负荷的变化规律大体相同， 考虑到高峰负荷时供电线路上的电压损耗大， 可将 中枢点电压适当升高，以抵偿电压损耗的增大。反之，则将中枢点电压适当降低。这种高峰 负荷时升高电压（取 1.05U N ） ，低谷负荷时降低电压（取 U N ）的中枢点电压调整方式，称 为逆调压。这种方式适用于中枢点供电线路较长，负荷变化范围较大的场合。 （2）顺调压。 适用于用户对电压要求不高或供电线路不长，负荷变动不大的中枢点，可采用顺调压方式。 ；低谷负荷时允许中枢点电压略高（取 即高峰负荷时允许中枢点电压略低（取 1.025U N ）1.075U N ）（3）常调压。介于上述两种情况之间的中枢点，可采用常调压方式，即在任何 。负荷下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，取 1.02～1.05）U N 。 （ 调压的主要措施： （1）调节励磁电流以改变发电机端电压 U G 。 （2）改变变压器 T1、 T2 的变比 k1 、 k 2 。 （3）通过改变电力网无功功率分布。 （4）改变输电线路的参数（降低输 电线路的电抗） 。21 6、低压电网短路电流计算有什么特点？ 答：电力系统中 1kV 以下的电网称为低压电网，其短路电流计算具有以下特点： （1）供电电源可以看作是“无穷大”容量系统。这是因为低压配电系统中配电变压器 容量远远小于其高压侧电力系统的容量， 所以配电变压器阻抗加上低压短路回路阻抗远远大 于电力系统的阻抗。 在计算配电变压器低压侧短路电流时， 一般不计电力系统到配电变压器 高压侧的阻抗，而认为配电变压器高压侧的端电压保持不变。 （2）低压电网中各元件电阻值相对较大，而电抗值相对较小，所以低压配电系统中电 阻不能忽略。 为避免复数计算， 一般可用阻抗的模 Z = 可将 X 忽略。 （3）直接使用有名值计算更方便。由于低压配电系统的电压往往只有一级，而且在短 路回路中，除降压变压器外，其它各元件的阻抗都用毫欧 m?） （ 表示，所以用有名值计算 而不用标么值计算。 （4）非周期分量衰减快， k sh 取 1～1.3。仅在配电变压器低压侧母线附近短路时，才 考虑非周期分量。 （5）必须计及某些元件阻抗的影响。包括：长度为 10～15m 或更长的电缆和母线阻 抗；多匝电流互感器原绕组的阻抗；低压自动空气开关过流线圈的阻抗；隔离开关和自动开 关的触头电阻。 三、计算题 1、某 10kV 变电所装有一台 SJL1-750/10 型变压器，铭牌上数据为：SN=750kVA、电 压比 10/0.4kV、Pk=11.5 kW、P0=3.26 kW、Uk%=4.5、I0%=2，求该台变压器归算到 10kV 侧 的各电气参数，并做出等值电路图。 解：取 UN=10kV（按工程单位计算） ，2 PkU N 11.5 × 102 绕组电阻： RT = = =2.044 ( ?) 2 1000 S N 1000 × 0.752 2 U k %U N 4.5 × 10 2 = =6 ( ?) 100 S N 100 × 0.750R 2 + X 2 进行计算。 X & 1 R 时， 当 3绕组电抗：XT =励磁电导： GT =P0 3.26 ?5 = =3.26 × 10 (S) 2 2 1000U N 1000 × 1022 励磁电纳： ：BT =2 × 7 .5 I0 %S N ?4 = =1.5 × 10 (S) 2 100U N 100 × 10 2等值电路如图 4-2 所示。图 4-2等值电路2、某降压变电所中装有一台 SFSL1- 型三相三绕组变压器，铭牌上数据为： I P 容量比 /31500 kVA、 电压比 110/38.5/10.5kV、 0=38.4 kW、0%=0.8、 k (1? 2 ) = 212 P kW、 k ( 2 ? 3) = 181.6 kW、 k ( 3 ?1) = 229 kW、 k (1? 2 ) % =18、 k ( 2 ?3) % =6.5、 k ( 3?1) % =10.5。 P P U U U 试计算以变压器高压侧电压为基准的各变压器参数值，并做出等值电路图。 解：取 UN=110kV（按工程单位计算） ， 励磁电导： GT =P0 38.4 ?6 = =3.17 × 10 (S) 2 2 1000U N 1000 × 110 I 0 % S N 0.8 × 31.5 ?5 = =2.08 × 10 (S) 2 2 100U N 100 × 110励磁电纳： ：BT =先求各绕组的短路损耗：1 ? Pk (1? 2 ) + Pk ( 3 ?1) ? Pk ( 2 ? 3) = 0.5( 212 + 229 ? 181 .6) = 129 .7 ? 2 ? 1 ? Pk 2 = Pk (1? 2 ) + Pk ( 2 ? 3) ? Pk ( 3 ?1) = 0 .5( 212 + 181 .6 ? 229 ) = 82 .3 ? （kW） 2 ? 1 ? Pk 3 = Pk ( 2 ? 3) + Pk ( 3 ?1) ? Pk (1? 2 ) = 0 .5(181 .6 + 229 ? 212 ) = 99 .3 ? 2 ? Pk 1 =[][][]然后按与双绕组变压器相似的计算公式计算各绕组的电阻：2 ? Pk 1U N 129.7 × 1102 = = 1.58 ? 2 2 1000 S N 1000 × 31.5 ? 2 ? Pk 2U N 82.3 × 110 2 ? RT 2 = = = 1.004? 2 2 1000 S N 1000 × 31.5 ? 2 2 ? PU 99.3 × 110 RT 3 = k 3 N2 = = 1.21 ? ? 1000 S N 1000 × 31.52 ?RT 1 =( ?)23 求出各绕组的短路电压百分值：U k1 % =1 ? U k (1? 2) % + U k ( 3?1) % ? U k ( 2 ? 3) % = 0.5(18 + 10.5 ? 6.5) = 11 ? 2 ? 1 ? U k 2 % = U k (1? 2) % + U k ( 2 ? 3) % ? U k (3?1) % = 0.5(18 + 6.5 ? 10.5) = 7 ? 2 ? 1 ? U k 3 % = U k ( 2 ?3) % + U k (3?1) % ? U k (1? 2) % = 0.5(6.5 + 10.5 ? 18) = ?0.5? 2 ?[][][]再按与双绕组变压器相似的公式，求各绕组的电抗：2 ? U k1 %U N 11 × 1102 X T1 = = = 42.25 ? 100 S N 100 × 31.5 ? 2 2 ? U %U N 7 × 110 ? XT 2 = k2 = = 26.89 ? 100 S N 100 × 31.5 ? 2 2 ? U %U N ? 0.5 × 110 XT 3 = k3 = = ?1.92? ? 100 S N 100 × 31.5 ?( ?)等值电路如图 4-3 所示。图 4-3等值电路3、某双回路配电线路，如图 4-4 所示，已知线路型号为 LGJ-120，水平布置，D’=5m， 线路全长 80km。 变压器的铭牌数据为： N=31.5MVA、 S 电压比 110/11kV、 k=190kW、 0=31.05 P P kW、Uk%=10.5、I0%=0.7。已知变压器在+2.5%的分接头上运行，负荷为 40MW，功率因数 为 0.9，电源侧母线电压维持在 118 kV。试求： （1）潮流分布和电压分布； （2）变压器低压 母线的实际电压及电压偏移。图 4-4双回路配电线路24 解：取 UN=110kV（按工程简化计算） ， （1）先计算参数和画出等值电路 线路：查得 LGJ-120，水平布置，D’=5m 时， r1=0.27 (? / km) ，x1=0.423 (? / km) ，b1=2.69 × 10?6( S / km) ；RL = r1l × 0.5 = 0.27 × 80 × 0.5 = 10.8(?) X L = x1l × 0.5 = 0.423 × 80 × 0.5 = 16.92(?)1 B = 0.5b1l × 2 = 0.5 × 2.69 × 10 ? 6 × 80 × 2 = 2.15 × 10 ? 4 ( S ) 2变压器：2 190 × 110 2 PkU N 绕组电阻： RT = × 0 .5 = × 0.5 =1.16 ( ?) 2 1000 S N 1000 × 31.52 2 U k %U N 10.5 × 110 2 × 0 .5 = × 0.5 =20.17 ( ?) 100 × 31.5 100S N绕组电抗：XT =励磁电导： GT =P0 31.05 ×2= × 2 =5.13 × 10?6 (S) 2 2 1000U N 1000 × 110 I0 %SN 0.7 × 31.5 ×2= × 2 =3.65 × 10?5 (S) 2 2 100U N 100 × 110励磁电纳： ：BT =图 4-5 （2）由末端向首端求功率分布 变压器阻抗的功率损耗：等值电路~ P 2 + Q2 40 2＋19.37 2 ?STZ＝ 3 2 3（RT + jX T） = （1.16＋j20.17） 0.189＋j3.29 = （MVA） 110 2 UN则： S3′ = S3＋?STZ = 40＋j19.37 （ ）＋（ .189 j3.29） 40.189＋j22.66 0 ＋ = （MVA） 变压器导纳的功率损耗：~~~25 ~ I % ? ? 0.7 － （MVA） ?STY = ? ?P0 + j 0 S N ? × 2 = ?31.05×10 3＋j ×31.5? × 2= 0.06＋j0.44 ? ? 100 ? 100 ? ? ?则：S2 = S '3 + ?STY =（ 40.189＋j22.66 ）+（ 0.06＋j0.44 ）= 40.249＋j23.1 （MVA） 线路末端电纳的功率损耗：~~~B 2 ?QB 2 = ? j U N ＝－j2.15 × 10－4 × 110 2 ＝－j2.602 （Mvar） 2 ~ ~ ′ 则： S 2 = S 2＋?QB 2 = 40.249＋j23.1 （ ）＋（－j2.602） 40.249＋j20.498 ＝ （MVA）线路阻抗的功率损耗：40.249 ＋20.498 ~ P'2 +Q'2 = （ .8＋j16.92） 1.821＋j2.853 10 = （MVA） ?SLZ＝ 2 2 2 RL + jX L） （ 1102 UN2 2线路首端电纳的功率损耗：B 2 ?QB1 = ? j U N ＝－j2.602 Mvar） （ 2 ~ ~ ~ （MVA） 则： S1′ = S '2 ＋?S LZ = 42.07＋j23.351线路首端注入的功率：~ ~ ~ S1 = S '2 + ?QB1 + ?S LZ= 40.249＋j20.498）＋（ .821＋j2.853）＋（ ? j2.602） （ 1＝42.07＋j20.749 MVA） （（3）根据已求 S1 和 U1 ，由首端向末端求电压分布 线路电压损耗：~?U L＝P′RL + Q1′X L 42.07 × 10.8 + 23.351 × 16.92 1 = = 7.199 kV） （ U1 118线路末端电压：U 2 = U1 ? ?U L ＝118－7.199＝110.8 kV） （变压器阻抗电压损耗：?U T＝′ P3′RT＋Q3 X T 40.189 × 1.16 + 22.66 × 20.17 = = 4.55 kV） （ U2 110.8归算到 110kV 侧的变压器低压侧电压：U3＝U 2 ? ?UT＝ .8－4.55＝ .25 kV） 110 106 （（4）求变压器低压侧母线的实际电压及电压偏移 变压器的实际变比：k=（ 110 1＋0.025） ＝10.25 1126 ′ 变压器低压侧母线实际电压： U 3＝Uf106.25 ＝ ＝10.37 （kV） k 10.25变电所低压侧母线电压偏移：′ 10.37－ 10 U3－U3N ×100 ％＝ ×100 ％＝ .7％ 3 U3 N 104、 设某配电线路末端负荷为 700kW， 功率因数为 0.75， 要求将其功率因数提高到 0.95， 则需要的无功补偿容量为多少？ 解： PL = 700 kW， cos ?1 = 0.75, cos ? 2 = 0.95 则补偿容量： QC = PL (tg?1 ? tg? 2 ) = PL (1 1 ?1 ? ? 1) 2 cos ?1 cos 2 ? 2= 700(1 1 ?1 ? ? 1) =345.8 (kvar) 2 0.75 0.9525、如图 4-6 所示的系统，有关参数已标注在图中，当电缆线路末端 k 点发生三相短路 时，求短路电流周期分量的有效值和短路冲击电流。图 4-5 解：取 Sb = 100 MVA， U b = U av ； 线路的电抗： x1* = 0.4 × 40 ×供电系统Sb 100 = 0.4 × 40 × = 0.121 2 Ub 1152变压器的电抗： xT * =U k % Sb 10.5 × 100 = = 0.35 100 S N 100 × 30电抗器的电抗： xdk * =X dk % Sb 4 × 100 = = 1.222 100 3U Ndk I Ndk 100 × 3 × 6.3 × 0.3 100 = 0.101 6.32电缆的电抗： x2* = 0.08 × 0.5 ×从恒压母线至短路点 k 的总电抗： xΣ* = 1.79427 短路电流周期分量的有效值： I k * =1 = 0.557 1.794Ik = Ik* ×Sb 100 = 0.557 × = 5.10 （kA） 3U N 3 × 6.3短路冲击电流： ish = 2.55 I k = 2.55 × 5.10 = 13.02 （kA） 6、下图所示为某系统的等值网络简化图。已知水轮发电机 G1 的容量为 110MVA，G1 至短路点 k 的转移阻抗为 0.254，短路点的母线电压等级为 35kV，∞为无穷大系统，∞至短 路点 k 的转移阻抗为 0. 4（注：取 Sb = 100 MVA，U b = U av ） 。求 k 点发生三相短路时的短 路电流周期分量的起始值和稳态短路电流及冲击电流。∞X∑2*X∑3*kX∑1*G1图 4-6 解：等值网络简化图（1）将 xΣ1* 化为以 G1 的容量为基准的计算电抗标么值：xΣ1ca* = xΣ1* ×SN 110 = 0.254 × = 0.28 Sb 100k 点的额定电流： I kN =SN 110 = = 1.716 （kA） 3U av 3 × 37（2）查水轮发电机的运算曲线表可得 G1 所提供的短路电流：& & I G1?k * = 3.993 （t=0 s） ，化为有名值： I G1?k = 3.993 × 1.716 = 6.854 （kA） & & I G1?k * = 3.043 （t=4 s） ，化为有名值： I G1?k = 3.043 × 1.716 = 5.223 （kA）（3）由无穷大电源提供的短路电流：& I∞?k* =1 xΣ 2*=1 & = 2.5 ，化为有名值： I ∞ ? k = 2.5 × 1.716 = 3.9 （kA） 0 .428 （4）k 点发生三相短路时的短路电流周期分量的起始值：& I k = 6.854 + 3.9 = 10.754 （kA）稳态短路电流：& I k∞ = 5.223 + 3.9 = 9.123 （kA）冲击电流：ish = 2.55 × 10.754 = 27.423 （kA） 。第五章 电力设备的选择习题与解答 一、简答题 1、什么叫热稳定？ 答：开关电器和载流导体具有承受短路电流热效应而不至于损坏的能力，称为热稳定。 2、什么叫动稳定？ 答： 开关电器和载流导体具有承受短路电动力效应而不至于产生机械变形或永久性变形 损坏的能力，称为动稳定。29 3、什么叫长期工作电流？ 答：是指电气设备满载时的持续工作电流，称为长期工作电流。 4、什么叫经济电流密度？ 答： 所谓经济电流密度就是当线路导线单位截面上通过这一电流时， 使线路的建设投资、 电能损耗和运行维护费用等综合起来将会最小、 最经济。 经济电流密度是经过各种经济技术 比较得出的最合理的导线单位截面的电流值。 5、高压断路器的作用是什么？ 答：高压断路器又叫高压开关，它在电网内有着两个作用：⑴控制作用：根据电网运行 需要，用高压断路器将一部分电力设备或线路投入或退出运行；⑵保护作用：高压断路器可 以在电力设备或线路出现短路事故时， 由继电保护装置启动，将短路事故部分从电网中切 除，防止事故扩大，保证系统的安全运行。 6、对高压断路器的基本要求是什么？ 答： （1）工作可靠，在额定工作条件下能可靠的长期运行； （2）具有足够的断路能力； （3）尽可能短的开断时间； （4）结构简单、价格低廉。 7、对隔离开关的基本要求是什么？ 答：对隔离开关的基本要求是： （1）有明显的断开点； （2）隔离开关断开点应具有可靠 的绝缘； （3）具有足够承受短路的稳定性； （4）结构简单、动作可靠； （5）与接地刀闸相互 联锁。 8、简要说明带负荷拉高压隔离开关为什么会造成弧光短路？ 答：隔离开关是开启式的电气设备，其动、静触头都是外露的，它起着隔离设备和具有 明显断开点的作用， 只能拉合较小的变压器空载电流和空载线路的电容电流。 当带负荷拉隔 离开关时，因为电流较大会产生很强的电弧，而隔离开关没有灭弧装置，则电弧不会熄灭。 所以在高温电弧的作用下，空气严重热游离，空气击穿电压大大下降，从而导致空气击穿造 成弧光短路。 9、为什么两只电流互感器的二次绕组顺向串联使用可以减小误差？ 答：电流互感器有不同的准确度级，每级规定出它的电流误差和角度误差（简称误差） 。 如果电流互感器二次负荷不超过规定值， 则所产生的误差在相应准确级规定的范围以内。 如 果二次负荷超过规定值， 误差就增大， 准确级就降低如把两只电流互感器的二次绕组顺向串 联后使用，电流变比不变，但每只电流互感器二次绕组上的电压只是原来的一半，相应地它 的实际负荷也就减小了一半，从而它的误差也就减小，容易满足规定的准确级的要求。30 10、RN1 型和 RN2 型两种高压熔断器各有何异同？ 答：RN1 型和 RN2 型的结构基本相同，都是瓷质熔管内充填石英砂的封闭管式熔断器。 所不同的是，RN1 型供高压配电线路及高压设备包括电力变压器作短路和过负荷保护之用， 而且由于熔体要通过主电路的负荷电流，因此电流规格比较大，可达 100A 或更大，外形尺 寸也较大； RN2 型只供电压互感器作短路保护之用， 而 而且由于电压互感器近于空载状态工 作，因此其电流规格很小，只有 0.5A，外形尺寸也较小。 11、如何判断运行中的电流互感器二次回路开路？ 答：电流互感器在运行中，如有二次回路开路现象时，将会产生异常声响，同时电流表 指示不正常，电度表铝盘转动慢或不足，二次回路可能发生打火现象，运行人员应通过指示 仪表的数值和实际负荷的大小及声响等情况，判断电流互感器二次回路是否开路。 12、 三相水平布置的导体， 受到的电动力最大的是哪相？电动力是周期变化的吗？包含 哪些周期？实际运行时该如何避免共振？ 答：三相水平布置的导体，受到的电动力最大的是中间相，由于中间相与两边相的相间 距离相对边相较小。由于电流是交流的故，电动力也是交变的，其包含 50HZ 和 100HZ 即工 频和倍频两种周期。 实际运行时， 要避免导体的共振频率与其所受的电动力频率相同或相近， 要远离这两种频率，可以通过调整导体的布置来进行调整，如导体平放和竖放、导体绝缘子 之间的距离的改变等，当导体的固有振动频率低于 30Hz 或高于 160Hz 时，共振可以忽略不 计。 二、问答题 1、为什么选择电气设备时不仅要考虑电压、电流，还要考虑动、热稳定度？ 答：电压、电流是指正常情况下电气设备所能承受的电气参数，一旦发生短路时，电气 设备通过很大的短路电流，每相载流部分会急剧发热甚至烧毁，同时相间的电动力很大，设 备可能承受不了。因此，为了保证按正常工作条件选择的设备，在最大短路电流通过之后仍 能继续工作，就还要考虑动、热稳定度。 2、自动空气开关和接触器在用途上的区别是什么？ 答：自动空气开关是用于当电路中发生过载、短路和欠电压等不正常情况时，能自动分 断电路的电器，亦可用作不频繁控制电动机的起动、停止或接通、分断电路。它是低压交、 直流配电系统中的重要控制和保护电器之一。 接触器是电力拖动和自动控制系统中， 应用最 普遍的一种电器。 它作为执行元件可以远距离频繁地控制电动机的起动、 运转、 反向和停止。 根据产品的容量等级， 能短时间接通和分断超过数倍额定电流的过负荷， 每小时可以带电操31 作高达 1200 次。接触器按其控制的电流种类分交流和直流两种，交流接触器主要用于工频 50Hz 和 60Hz 的电路中。 3、为什么发电厂和变电所的 6～35kV 户内配电装置都采用矩形母线？ 答：因为在同样截面下，矩形母线比圆形母线的周界大，即矩形母线的散热面大，因而 冷却条件好； 同时因为交流电集肤效应的影响， 圆形截面母线的电阻要比矩形截面母线的电 阻大一些，因此在相同的截面积和允许发热温度下，矩形截面通过的电流要大些。所以，在 6～35kV 户内配电装置中一般都采用矩形母线； 而在 110kV 及以上配电装置中， 采用矩形母 线边角易产生电晕，一般都采用圆形母线。 4、为什么敷设油浸纸绝缘电力电缆时，高低差不能过大？ 答：敷设油浸纸绝缘电力电缆时如高差过大，会造成油压差过大，使低处外包破裂，易 造成低处电缆头密封困难；电缆高处缺油枯干，使绝缘降低，甚至在运行中击穿。因此，垂 直或沿陡坡倾斜敷设的 6～10kV 油浸纸绝缘电力电缆，其高低差不能超过 15 米。 5、为什么屋内配电装置的母线要涂漆，而屋外配电装置的母线则不涂漆？ 答：屋内配电装置不受阳光直接照射，故母线涂漆后可提高热辐射能力，增加载流量。 涂不同颜色的漆， 还可以识别相序， 便于操作巡视。 屋外配电装置的母线因受阳光直接照射， 母线如涂漆，则会增加对太阳能的吸收而降低载流量。若母线不涂漆，表面光亮，可反射太 阳能，降低母线的温升，提高载流量。此外，屋外母线多半是绞线，温度变化时伸缩极为显 著，表面的涂漆层将迅速遭到破坏，所以屋外配电装置的母线一般均不涂漆。 6、电压互感器二次侧为什么不许短路但必须接地？电流互感器在运行中为什么不许开 路？ 答：电压互感器本身阻抗很小，如二次短路时，二次通过的电流增大可能会烧毁绕组， 因此二次侧必须装设熔断器。 当二次侧短路使熔断器熔断时， 将影响表计指示以及可能引起 继电保护误动作， 所以在电压互感器二次回路工作时应特别注意防止短路。 电压互感器二次 接地属于保护接地，主要是防止一、二次绝缘击穿，高压窜入二次侧，危及人身和二次设备 绝缘安全。另外，因二次回路绝缘水平低，也会击穿，使绝缘损坏更严重，所以二次侧必须 有一点可靠接地。 电流互感器一次绕组电流的大小与二次负荷电流的大小无关。 在正常运行 时，由于二次负荷阻抗很小，二次侧接近短路状态，一次电流所产生的磁化力大部分被二次 电流所抵偿， 总磁通密度不大， 所以二次绕组电势也不大， 一旦开路时二次侧阻抗无限增大， 即二次电流等于零， 总磁化力等于一次绕组磁化力就是一次电流完全变成了激磁电流， 此时 铁芯高度饱和，将在二次绕组产生很高的电势，其值可高达几千伏，严重威胁人身安全，或32 造成二次电气元件绝缘损坏；饱和铁芯的磁滞涡流损耗加剧，将烧毁绕组；铁芯剩磁将影响 准确度。 7、互感器的准确度等级是如何规定的？各适用于怎样的供电对象？ 答：电流互感器的准确度是以电流误差的百分值规定的，例如 0.2 级的电流互感器， 其最大电流误差不超过百分之零点二。电流互感器的准确度一般分为五级，即 0.2、0.5、1、 3、10 级。电压互感器的准确度是以电压误差的百分值规定的，例如 0.2 级的电压互感器， 其最大电压误差不超过百分之零点二。电压互感器的准确度一般分为四级，即 0.2、0，5、 1、 级。 3 0.2 级一般用于试验室对准确度要求较高的测量； 0.5 级用于所有计费用的电度表； 1 级用于一般指示仪表；3～10 级一般用于保护继电器。 8、用于 110kV 及以上的电压互感器的辅助二次绕组，其额定电压为 100V，而用于中性 点不接地的 35kV 及以下系统的电压互感器却为 100／3V，这是为什么？ 答：电压互感器辅助二次绕组接成开口三角形，用以反映零序电压。对于中性点直接接 地的 110kV 及以上系统，当电网内一相（如 A 相）完全接地时，互感感器Ａ相被短接，开 口三角形的输出电压等于两个非故障相（B 相和 C 相）保持不变的相对地电压的相量和，其 值即零序电压， 其大小恰等于辅助二次绕组的额定电压。 因为电压继电器或电压表已经规格 化而统一为 100V，为使开口三角形输出的电压能接上电压继电器或者电压表，故要求开口 三角形输出电压也为 100V，因此辅助二次绕组的额定电压必须为 100V。对于中性点不接地 的 35kV 及以下系统，当发生单相（如 A 相）完全接地时两个非故障相的电压上升到线值而 夹角为 60°。若此时要求开口三角形输出的零序电压为 100V，则每一相辅助二次绕组的额 定电压必须为 100／3V。 9、使用电压互感器和电流互感器时应注意些什么？为什么？ 答： 使用电压互感器时应注意严格避免二次侧短路， 否则一二次绕组都会因短路电流的 发热而烧毁。此外，电压互感器的二次绕组、铁芯和外壳都要可靠接地。否则，当一二次绕 组之间绝缘击穿时，一次高压窜入二次绕组，将危及人身和二次设备绝缘安全。 使用电流互感器时应注意严禁二次绕组开路， 否则， 当一次电路有电流时将引起铁芯过度磁 化而饱和， 在二次绕组感应高电压危及人身安全和二次设备绝缘安全， 且有可能导致铁芯发 热乃至绕组烧毁。二次绕组、铁芯和外壳也要可靠接地。 10、 为什么在同一主电路中， 两个型号及变比相同的电流互感器二次绕组顺向串联使用 时，其变比不变，容量可增大一倍？ 答：电流互感器的变比是一次电流与二次电流之比。两个二次绕组串联后，二次电路内33 的额定电流不变， 一次电路内的额定电流也没有变， 故其变比也保持不变。 二次绕组串联后， 因匝数增加一倍，感应电势也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一个二次绕只承 担二次负荷的一半，从而误差也就减小，容易满足准确度的要求。在工程实际中若要扩大电 流互感器的容量，可采用二次绕组串联的接线方式。 三、计算题 1、选择发电厂 10kV 出线 L1 的（1）高压断路器， （2）隔离开关（列表） ，电气接线如 图 5-1 所示，10kV 配电装置为屋内装配式，10kV 出线 L1 出线 L1 的最大负荷为 Sc=3000kVA，出线 L1 在 k1 点的短路电流 Ik1=I″=I∞=6.96kA，k2 点的短路电流为 Ik2=I″=I∞=21.2kA。短路时间为 1.5 秒。图 5-1 发电厂 10kV 出线接线图 解： （1）最大负荷电流计算：I max =Sc 3000 = = 173.2 A 3U N 3 *10（2）短路点选择：出线有限流电抗器，其作用为限制短路电流的大小，使得可以选到 轻型设备， 故短路点应选择在 k1 点， 短路电流为 Ik1=I″=I∞=6.96kA， 短路计算时间为 1.5″。 （3）短路电流热稳定效应值计算：tk＝1.5″大于 1″可以忽略非周期电流因素的热稳 定效应。2 Qk = I ∞ × t k = 6.96 2 × 1.5 = 72.66kA 2 ? S（4）动稳定电流计算：34 i sh = 2 × k sh × I ′′ = 2 × 1.8 × 6.96 = 17.75kA根据以上计算参数，查断路器及隔离开关技术参数表选择断路器为 ZN5-10/630，隔离 开关为 GN2-10T/200。 表 5-1 断路器及隔离开关技术参数 计算参数 UN＝10kV Imax＝173.2A I″＝6.96kA Qk＝72.66kA2~S ish＝17.75kA ZN5-10/630 UN＝10kV IN＝630A INbl＝20 kA It2*t＝800kA2~S ies＝ 50 kA GN2-10T/200 UN＝10kV IN＝200 ADDDIt2*t＝500kA2~S ies＝25.5 kA由选择结果如表 5-1 所示，表中可看出各项条件均能满足，故所选设备为：所选择的设 备断路器为 ZN5-10/630，隔离开关为 GN2-10T/200。35 第六章 电力负荷特性和计算分析习题与解答 一、问答题 1、电力负荷曲线及其特性？ 答：负荷曲线是指在某一时间段内描绘出的负荷（有功或无功）随时间的推移而变化的 关系曲线。电力负荷特性指反映电力系统负荷功率（有功或无功）随系统运行参数（主要是 频率和电压）变化而变化的关系曲线或数学关系式。 2、综合用电负荷、系统供电负荷以及发电负荷？ 答： 综合用电负荷指将各工业部门消费的功率与农业、 交通运输和市政生活消费的功率 相加得到； 将综合用电负荷加上网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率称系统供 电负荷；系统供电负荷再加上各发电厂本身消费的功率（厂用电） ，即为系统中各发电机应 发出的功率，称作电力系统的发电负荷。 3、长期连续、短时、断续周期工作制的定义？ 答：长期连续工作制：在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备 达到热平衡的工作条件。 这类工作制的用电设备长期连续运行， 负荷比较稳定； 短时工作制： 设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升， 而在两个工作周期之间的间 歇又很长，能使设备冷却到环境温度值；断续周期工作制：用电设备周期性地工作、停歇， 反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过 10min，使设备既不能在一个工 作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度。 4、负荷率？负荷持续率？ 答：负荷率即平均负荷与最大负荷的比值，一般对有功负荷来说，α =Pav (α & 1) ；负 Pmax荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用下式表示(其中 T―工作周 期； t g ―工作周期内的工作时间； t0 ―工作周期内的停歇时间) 它又称暂载率，可用 来表征断续周期工作制的工作性质。ε=tg t g + t0=tg T5、计算负荷概念？需要系数如何确定？36 答：所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一定的方法 和规律，通过计算确定的电力负荷。它是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。计算负 荷产生的热效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等，通常将根据半小时（30min）的 平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为“计算负荷”， 并作为按发热条件选择电 气设备的依据。需要系数确定如下：在设备额定功率 PN 已知的条件下，实测统计出用电设 备组（车间、全厂）的计算负荷 Pca ，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现 30min 的最大 负荷 Pmax ，就可以求出需要系数 K d ，定义如下：Kd =负荷曲线最大有功负荷 Pmax ＝ 设备容量 PN6、利用系数、同时系数和形状系数分别指？ 答：利用系数可定义为： K = 负荷曲线平均有功负荷 ＝ Pav u设备容量同时系数 K ∑ P 又称参差系数：考虑到干线上各组用电设备的最大负荷不同时出现的因 素，可将干线上各用电设备的计算负荷相加后乘以相应的同时系数来获取干线的计算负荷。 同时系数 K ∑ P :PNK ΣP =Pca∑Pi =1mca ?i形状系数 K ∑ 可定义为： 7、负荷预测的定义？Kz =Pca Pav答：负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，对未来的 用电需求做出的预测，一般包括电力需求预测和电能需求预测两部分内容。 8、负荷估算中的负荷密度法以及单位指标法？ 答：所谓负荷密度法就是根据国家的电力政策、建筑物的性质、负载的性质等多方面的 因素，使用对已竣工工程的数据进行分析统计后确定的单位面积功率（负荷密度）数据，对 所设计系统的计算负荷进行估算的一种方法： 式中： P0 ―单位面积功率（负荷密度） / m ； S―建筑面积， m 。 ，W 单位指标法与负荷密度法基本相同，是根据已有的单位用电指标来估算计算负荷。其有 功计算负荷的计算公式为：Pca = Pe N 10002 2Pca =P0 S 1000式中： Pe ―单位用电指标，如 W/户，W/人，W/床；37 N―单位数量，如户数，人数，床数。 9、年最大负荷利用小时数 Tmax ？ 答：当用户始终保持最大负荷 Pmax 运行时，经过 Tmax 小时所消耗的电能恰好等于其全年 的实际总耗电量。 年最大负荷利用小时数的大小， 在一定程度上反映了实际负荷在一年内的 变化程度。 10、用电设备台数、容量不同的情况下计算负荷时方法的选取？ 答：用电设备台数较多、各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干 线、配变电所的负荷计算。用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式系 数法，一般用于支干线和配电屏(箱)的负荷计算。 二、计算题 1、某商场建筑面积为 12000m ，拟装设配电变压器两台，单位面积容量按 80VA/ m2 2估算，配电变压器负荷率为 80％，选用两台相同容量的变压器，每台变压器的容量应是？ 解：计算负荷： Pca =P0 * S 10002 2其中， P0 ―单位面积功率（负荷密度） / m ；S―建筑面积， m ，W设每台容量为 S N ，功率因素为 cos ? ，依上式则： 2 * S N * cos ? * 80% = P0 * S * cos ? 1000 P0 * S 80 * 12000 SN = = = 600(kVA) 则： 1000 * 2 * 80% 1000 * 2 * 80% 2、对某车间进行可行性研究时，采用单位面积负荷密度法估算负荷，该车间面积为 S=2000m ， 单位面积负荷密度为 ρ =0.6kW／m ，cos ? ＝0.7， 该车间的视在功率计算负荷 S ca2 2是? 解：有功计算负荷： Pca = S * ρ ==1200(kW)， cos ? ＝0.7，∴ tan ? ＝1.02。 视在功率计算负荷: Sca =2 2 2 Pca + Qca = Pca + ( Pca tan ? ) 2= 12002 + ()2 ＝1714.1( kVA)。第七章 继电保护基础习题与解答 一、问答题 1、继电保护装置由哪些部分组成，它的作用？对继电保护装置有哪些技术要求？ 答: 继电保护装置由测量部分（元件） 、逻辑部分（元件）和执行部分（元件）组成。38 其作用：当被保护元件发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障从电力系统切除，以保证 电力系统其余部分恢复正常运行， 并使故障元件免于继续受损害； 当被保护元件发生异常运 行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施。要求：选择性、速动性、灵敏 性、可靠性。 2、继电保护按其功用的不同可分为哪些类型？如何区分？常用的保护继电器有哪些？ 答: 继电保护按其功用可分为主保护、后备保护、辅助保护。主保护是指能反应整个保 护元件上的故障， 并能以最短延时有选择地切除故障的保护； 当主保护或其断路器拒动时用 于切除故障的保护称为后备保护。 辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的比较 简单的保护。常用的保护继电器：电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信 号继电器等。 3、同步发电机可能发生哪些故障以及异常运行状况？发电机保护有哪些方案？ 答:故障：定子绕组相间短路，定子绕组单相匝间短路，定子绕组单相接地，转子回路 一点或两点接地，发电机失磁等。异常运行情况：外部短路引起的定子绕组过电流，过负荷 引起的过电流，定子绕组电流不对称，励磁电流急剧下降或消失，定子绕组过电压，发电机 逆功率运行等。保护方案：纵差保护、匝间短路保护、发电机定子绕组单相接地保护、转子 回路一点或两点接地保护、发电机失磁保护、过负荷保护、过电流保护（包括过电流保护， 低电压过电流保护， 复合电压起动的过电流保护， 定时限负序电流保护或是反时限负序电流 保护） 、过电压保护、逆功率保护、低频保护等。 4、三段式电流保护中，各段的灵敏度如何校验？为什么 II、III 段的灵敏度系数要求 大于而不是等于 1？ 答 ： 电 流 I 段 的 灵 敏 度 校 验 按 照 最 小 保 护 范 围 考 虑 ， 要 求l p. min (%) = 1 X1 ?l ( 3 E phI 2 I op? X s . max ) 应大于 15~20%；电流 II 段和 III 段的灵敏度均用灵敏度系数进行判别，灵敏度系数定义为： K s. min =I k . min I op，其中， I k . min 为灵敏度校验点发生相间短路时，通过保护的最小短路电流， I op 为待校验保护的动作电流，II、III 段的灵敏度系数 均要求大于而不是等于 1 主要是因为考虑到计算、电流互感器、线路参数等误差影响，考虑 最不利的因素。 5、工厂供电系统中，为保证供电连续可靠，除了必要的保护之外，通常装设那两类自39 动装置？他们各自应满足怎样的要求？ 答： 备用电源自动投入装置和自动重合闸装置。 前者是当工作电源或工作设备因故障断 开后，能自动将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致停电的一种自动装置，简称为 AAT。对其基本要求是： （1）工作母线无论任何原因失压，AAT 均应动作，但是应保证工作电源或是工作设备 断开以后，AAT 才能动作，投入备用电源； （2）常用（工作）电源因负荷侧故障被继电保护切除或备用电源无电时，AAT 均不应 动作； （3）常用电源正常的停电操作时，AAT 装置不准动作，以防备用电源投入； （4）AAT 装置只能动作一次； （5）AAT 的动作时间应使得负荷停电的时间最短。 自动重合闸装置（ARC 装置）也是一种反事故装置，它主要装设在有架空线路出线的断 路器上。当架空线路发生故障，由继电保护装置动作断开后，同时启动 ARC 装置，经过一定 时限 ARC 装置使断路器重新台上，若线路的故障是瞬时性的，则重合成功又恢复供电，若线 路故障是永久性的，再借助继电保护将线路切断。对其基本要求是： （1）在考虑保护装置的复归、故障点去游离后绝缘强度的恢复、断路器操作机构的复 归及其准备好再次合闸的时间的情况下，要求自动重合闸装置动作时间愈短愈好。 （2）手动跳闸时不应重合。当运行人员手动操作控制开关或通过遥控装置使断路器跳 闸时，属于正常运行操作，自动重合闸装置不应动作。 （3）手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，不应重合。因为在手动 合闸前，线路上还没有电压，如果合闸到故障线路，则线路故障多为永久性故障，即使重合 也不会成功。 （4）自动重合闸装置动作应符合规定。对工厂而言，无特殊要求时，对架空线路只重 合一次，对电缆线路不采用 ARC，因为电缆瞬时性故障的机率较小。 （5）自动重合闸装置动作后应自动复归，准备好再次动作。这对于雷击机会较多的线 路是非常必要的。 （6）自动重合闸装置应能在重合闸动作后或重合闸动作前，加速继电保护的动作。自 动重合闸装置与继电保护相互配合，可加速切除故障。 （7）自动重合闸装置可自动闭锁。当断路器处于不正常状态（如操作机构气压或液压 低） 不能实现自动重合闸时， 或某些保护动作不允许自动合闸时， 应将自动重合闸装置闭锁。40 6、民用建筑配电系统中，应如何考虑采用的保护方案？ 答：一般民用建筑配电系统的高压侧为 10kV 小接地系统，低压侧为 380V/220V 中性点 直接接地系统。用电设备一般为 380V 动力设备（也包括少部分低压动力设备，如电加热设 备）和 220V 照明设备（也包括部分 36V 安全电压的照明设备） 。此外，一些明用建筑配电系 统中还有少量的大型动力设备使用高压（3kV 或 6kV）电动机，这部分设备数量虽然很少， 但负荷的性质很重要，一般为一级或二级负荷，且设备很贵重，也需要进行保护。民用建筑 配电系统中，对于不同的变配电设备应采用不同的保护，主要有： （1）供电线路：过载保护、短路保护、单相接地保护、雷电过电压保护、操作过电压 保护等。 （2）变压器：过载保护、内部短路保护、接线端子短路、雷电过电压保护等。 （3）各种用电负荷：过载保护、各种短路保护等。 同样，民用建筑配电系统的继电保护也要满足选择性、灵敏性、可靠性以及灵活性的要 求。 二、分析题 1、画出三段式电流保护归总式原理图，并说明各段保护的构成以及采用的接线方式。 答：保护原理如图 7-1 所示。在原理图中，各保护元件线圈与触点作为一个整体出现，图 7-1 保护原理 通过各元件的连接关系说明保护的动作原理。图中： 电流 I 段：无时限电流速断保护，包括图中的电流继电器 KA1、KA2，中间继电器 KM 和 信号继电器 KS1，采用两相两继电器不完全星形接线方式，KA1、KA2 电流取自 A、C 两相的 电流互感器二次侧；电流 II 段：限（延）时电流速断保护，包括图中的电流继电器 KA3、41 KA4，时间继电器 KT1 和信号继电器 KS2，采用两相两继电器不完全星形接线方式，KA3、KA4 电流取自 A、C 两相的电流互感器二次侧；电流 III 段：定时限过电流保护，包括图中的电 流继电器 KA5、KA6、KA7，时间继电器 KT2 和信号继电器 KS3，采用两相三继电器接线方式， KA5、KA6 电流取自 A、C 两相的电流互感器二次侧，KA7 电流为 A、C 两相的电流互感器二次 侧电流之和，等价于引入了 B 相电流，当用于 Y/d 接线变压器原后备时，可以提高保护的灵 敏度。 2、 7-2 所示中性点不接地系统， 图 画出在线路 L3 的 k 点发生单相金属性接地时电容电 流的分布，并指出电压、电流有哪些特点？图 7-2中性点不接地系统答：此时，电容电流的分布如图所示： 电压、电流特点：故障相电压为零，非故障相对地电压升高为线电压；同一电压级的全电网 均出现相同的零序电压，大小等于相电压；故障相电容电流为零，非故障相对地电容电流增 大 3 倍，使电网出现零序电流；非故障线路保护安装处零序电流为本线路电容电流，故障 线路保护安装处零序电流为所有非故障线路电容电流总和； 故障点接地电流为所有线路 （包 括故障以及非故障）对地电容电流之和；故障线路与非故障线路零序电流大小不同，方向相 反。 3、图 7-3 所示网络接线，装设方向过电流保护，动作时限级差取 0.5s，分析说明哪些 保护需要装设方向元件。42 图 7-2网络接线示意答:此类问题考虑时，首先，按照已装设了方向元件，取网络末端最靠近负荷处短路， 计算此时各保护的动作时间，同方向按照阶梯原则计算，全部计算完之后，每个保护动作时 间取计算中的大者；其次考虑方向元件装设，对于背靠背（同一母线上，通过短路电流方向 相异）的保护，若是二者动作时间相同，则均需装设方向元件，若是不等，则只需对小时限 保护装设方向元件。t t t t t t 首先， 计算保护的动作时限：1 = 3.0s ， 2 = 2.5s ， 3 = 1.5s ， 4 = 1.5s ， 5 = 2.5s ， 6 = 1.0s ， t 7 = 3.0s ， t 8 = 3.5s ， t10 = 2.5s ；可见需要装设方向元件的是保护保护 2、3、4、6、7 应加方向元件。 4、图 7-4 所示为相间短路保护中功率方向继电器的接线，判别其否为 90°接线方式， 并指出错误接线。图 7-4 相间短路保护中功率方向继电器的接线43 答：按照 90°接线方式的定义（当 cos ? = 1 时，引入继电器的电流与引入继电器电压相 差为 90°， 超前） KP1、 ， KP3 接线是错误的； KP2 虽然上理论上接线正确 （引入为 I b 和 U ca ） ， 但为防止接线错误，不宜采用。 5、 确定图 7-5 所示网络中各断路器相间短路及接地短路的定时限过电流保护动作时限, 时限级差取 0.5s，并对两类保护进行评判。? ?图 7-5网络接线示意答：对于相间短路的过电流保护，确定各保护的动作时间为： t1 = 4.0s ， t 3 = 3.5s ，t 4 = 3.0s ， t 5 = 2.5s ， t 6 = 1.5s ；对于接地短路的过电流保护，确定各保护的动作时间为： t 6.0 = 0s ， t 5.0 = 1.0s ， t 4.0 = 1.5s ， t 3.0 = 3.5s ， t 2.0 = 3.0s 。可以看出，由于零序网一般小于正序网，同一位置处，相间短路过流保护的动作时限一般高于接地短路过流保护的动作时间， 因此，零序电流保护相比于全电流保护具有接线简单、灵敏度高、动作迅速和保护区稳定等 一系列优点。三、计算题 1、如图 7-6 所示网络接线，试求保护 1 的无时限电流速断保护的动作电流并进行灵敏I 度校验。 图中所示电压为电网额定电压， 单位长度线路阻抗为 0.4? / km ， 可靠系数 K rel = 1.3 。如果线路长度加减少到 50km、25km，重复上述计算，分析计算结果，得出结论。图 7-6网络接线示意解：AB 线路长 75km 时，保护 1 的无时限电流速断保护动作电流为：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 ×1.5586 = 2.0262(kA) 12.6 + 0.4 × 7544 灵敏度校验考虑最小保护范围：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3 E ph 2II op .1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 18.8) = 31.93% 0.4 × 75 2 × 2.0262AB 线路长 50km 时，保护 1 的无时限电流速断保护动作电流为：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 × 2.0367 = 2.6477(kA) 12.6 + 0.4 × 50灵敏度校验考虑最小保护范围：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3 E phI 2 I op.1? X max ) =1 3 ×115 / 3 ( ? 18.8) = 14.58% 0.4 × 50 2 × 2.6477AB 线路长 25km 时，保护 1 的无时限电流速断保护动作电流为：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 × 2.9379 = 3.8193(kA) 12.6 + 0.4 × 25灵敏度校验考虑最小保护范围：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3 E phI 2 I op.1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 18.8) = ?37.45% ，由于长度不可能为 0.4 × 25 2 × 3.8193负值，此时已经没有最小保护范围 l p. min (%) = 0 结论： 当系统运行方式确定时， 无时限电流速断保护的动作电流以及保护范围与线路长 度有关，线路越短，无时限电流速断保护的保护范围越小，甚至失去。 2、如图 7-7 所示网络接线，线路装设阶段式电流保护，试对保护 1 的无时限以及延时 电流速断保护进行整定计算。 图中所示电压为电网额定电压， 单位长度线路阻抗为 0.4? / km ，I II 可靠系数 K rel = 1.3 ， K rel = 1.1 ，时限级差 ?t = 0.5s 。图 7-7 网络接线示意 解：保护 1 的无时限电流速断保护： 1）动作电流，按照躲过被保护线路末端发生短路的最大短路电流的原则进行整定：(3 I I 一次侧： I op1 = K rel I kB). max = 1.3 ×115 / 3 = 1.3 × 3.7941 = 4.9323(kA) 5.5 + 0.4 × 30I 继电器侧： I op1.r =4.9323 × 1000 = 41.1025( A) 600 / 545 2）动作时限，只需考虑继电器本身固有的时延：t1I ≈ 0s3）保护灵敏度校验。计算最小保护范围，判别灵敏度是否满足要求：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3E ph 2II op .1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 6.7) = 41.31% & 15 ~ 20% ， 可见， 灵敏 0.4 × 30 2 × 4.9323度满足要求。 保护 1 的延时电流速断保护： （1）动作电流，按照与相邻线路的无时限电流速断保护配合的原则进行整定： 一II II I I op1 = K rel I op 2 = 1.1× (1.3 ×次侧：115 / 3 ) = 1.1× (1.3 × 1.2411) = 1.1×1.6134 = 1.7747(kA) 5.5 + 0.4 × (30 + 90)II 继电器侧： I op1.r =1.7747 × 1000 = 14.7892( A) 600 / 5（2）动作时限： 按照与相邻 I 段配合的原则考虑： t1II = t 2I + ?t = 0 + 0.5 = 0.5s （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：k s. min =) I k( .2B. minIII op1=) 3 I k(3B. min .2III op1=3 115 / 3 × = 1.73 & 1.5 2 ×1. + 0.4 × 30可见，灵敏度满足要求。3、如图 7-8 所示网络接线，AB、BC、BD 线路上均装设三段式电流保护,变压器装设差 动保护。图中所示电压为电网额定电压，单位长度线路阻抗为 0.4? / km 。已知可靠系数I II III K rel = 1.25 ， K rel = 1.15 ， K rel = 1.15 ，自起动系数 K ss = 1.5 ，返回系数 K re = 0.85 ，时限级差?t = 0.5s ，其它参数如图示。变压器阻抗值为归算至 115kV 的有名值。试对 AB 线路保护 1的三段式电流保护进行整定。图 7-8 网络接线示意 解：46 （一）无时限电流速断保护。 （1）动作电流，按照躲过被保护线路末端发生短路的最大短路电流的原则进行整定：(3 I I I op1 = K rel I kB). max = 1.25 ×115 / 3 = 1.25 × 1.7945 = 2.2431(kA) 13 + 0.4 × 60（2）动作时限，只需考虑继电器本身固有的时延：t1I ≈ 0s3）保护灵敏度校验。计算最小保护范围，判别灵敏度是否满足要求：l p. min (%) = 1 X x ?l ( 3E phI 2 I op.1? X max ) =1 3 × 115 / 3 ( ? 18) = 31.8% & 15 ~ 20% ，可见，灵敏 0.4 × 60 2 × 2.2431度满足要求。 （二）延时电流速断保护。 （1）动作电流，按照与相邻线路的无时限电流速断保护配合的原则进行整定： 与 BC 线路配合，II II I I op1 = K rel I op 2 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 ×1.1649) = 1.15 × 1.4561 = 1.6745(kA) 13 + 0.4 × (60 + 50)与 BD 线路配合，II II I I op1 = K rel I op 6 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 ×1.2528) = 1.15 × 1.566 = 1.8009(kA) 13 + 0.4 × (60 + 40)II 取大者， I op1 = 1.8009(kA)（2）动作时限： 按照与相邻 I 段配合的原则考虑： t1II = t 6I + ?t = 0 + 0.5 = 0.5s （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：k s. min =) I k( .2B. minIII op1=) 3 I k(3B. min .2III op1=3 115 / 3 × = 0.76 & 1.5 2 ×1.8009 18 + 0.4 × 60可见，灵敏度不满足要求。重新整定电流 II 段。 （1）动作电流，考虑相邻线路与变压器构成线路变压器组，相邻线路无时限电流速断 保护整定时，短路点取在变压器末端。 与 BC 线路配合，47 II II I I op1 = K rel I op 2 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 × 0.4846) = 1.15 × 0.6058 = 0.6967(kA) 13 + 0.4 × (60 + 50 + 200)与 BD 线路配合，II II I I op1 = K rel I op 6 = 1.15 × (1.25 ×115 / 3 ) = 1.15 × (1.25 × 0.5876) = 1.15 × 0.7345 = 0.8447(kA) 13 + 0.4 × (60 + 40 + 150)II 取大者， I op1 = 0.8447(kA)（2）动作时限： 相邻元件保护为速断保护，故而 t1II = 0 + 0.5 = 0.5s （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：k s. min =) I k( .2B. min II I op1=) 3I k(3B. min . II 2 I op1=3 115 / 3 × = 1.62 & 1.5 2 × 0.8447 18 + 0.4 × 60可见，灵敏度满足要求。（三）定时限过电流保护。 （1）动作电流，按照保证被保护元件通过最大负荷电流时，过电流保护不误动，并且 在外部故障切除后能够可靠返回的原则整定：III I op1 = III K rel K ss 1.15 × 1.5 I L. max = × 200 = 405.88( A) K re 0.85（2）动作时限： 按照阶梯原则考虑， t1III = max{2.0 + 0.5 + 0.5 + 0.5，5 + 0.5 + 0.5 + 0.5} = 3.5s 1. （3）灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求： 近后备， k s. min =) I k( .2B. minIIII op1=) 3I k(3B. min .2III op1=3 115 / 3 × = 3.37 & 1.5 2 × 0.40588 18 + 0.4 × 60 3 115 / 3 × = 2.28 & 1.2 2 × 0.40588 18 + 0.4 × (60 + 50) 3 115 / 3 × = 2.44 & 1.2 2 × 0.40588 18 + 0.4 × (60 + 40)远后备（BC） k s. min = ，) I k( .2B. minIIII op1=) 3 I k(3C . min .2III op1=远后备（BD） k s. min = ，) I k( .2B. minIIII op1=) 3 I k( 3D. min .2III op1=可见，灵敏度能够要求。48 4、某大型给水泵高压电动机的参数为： U N = 6kV ， PN = 2000kW ， I N = 230 A ，自启 动系数 K S = 6 。已知，电动机端子处两相短路电流为 6000A，电动机自起动时间为 8s，拟 采用电磁型电流继电器， 按照不完全星形接线方式组成高压电动机的电流速断以及过负荷保 护，电流互感器变比为 400/5，整定上述保护的动作电流、动作时间并校验灵敏度。 解：对于电动机的电流速断保护： （1）动作电流。按照躲过电动机的最大起动电流原则考虑：I op.r = K rel 1.4 I ss = × (6 }
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