供電技術習題及答案

1、第一章 供電系統(tǒng)習題（各題后括號中的“*”，“”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種形式） 1-1 簡述供電可靠性的含義，作用及衡量標準。（*）1-2 什么叫電氣設備的額定電壓？電力系統(tǒng)為什么要采用多種電壓等級？電氣設備在高于或低于其額定電壓下工作會出現(xiàn)什么問題？（*）1-3 試分析電力系統(tǒng)與供電系統(tǒng)，輸電與配電之間的差別。（）1-4 簡述雙回路與環(huán)形供電系統(tǒng)，放射式與干線式供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點及其應用范圍。 1-5 什么叫橋式結線？試述各種橋式結線的優(yōu)缺點及其應用范圍。（*） 1-6 確定供電系統(tǒng)時，應考慮哪些主要因素? 為什么? (1-7 電力系統(tǒng)中性點接地方式有哪幾種類型? 各有何特點?

2、 （*） 1-8 在消弧線圈接地系統(tǒng)中，為什么三相線路對地分布電容不對稱，或出現(xiàn)一相斷線時，就可能出現(xiàn)消弧線圈與分布電容的串聯(lián)諧振? 為什么一旦系統(tǒng)出現(xiàn)這種串聯(lián)諧振，變壓器的中性點就可能出現(xiàn)高電位? （*）思考題選答1-1 所謂供電可靠性，就是供電系統(tǒng)及其設備、元件等在規(guī)定的運行條件下和預期工作壽命階段，能滿意地完成其設計功能的概率。一般用每年用戶不停電時問的概率值(從零到1 或百分值(0100 來衡量一個供電系統(tǒng)或設備的可靠性?？煽啃允枪╇娤到y(tǒng)的一項重要指標，也是電力負荷分級的基本依據(jù)。在設計供電系統(tǒng)時就要根據(jù)負荷對供電可靠性的要求程度，合理地選擇供電電源和確定供電方案。另外，通過對一個實際

3、供電系統(tǒng)可靠性的研究和分析，可以對系統(tǒng)的改進甚至對主要設備的設計制造提供充分的依據(jù)。1-2 所謂額定電壓，就是使發(fā)電機、變壓器等電氣設備在正常運行時獲得最佳經(jīng)濟效果的電壓。額定電壓是電氣設備在設計、制造和使用中的重要參數(shù)。在電氣工程中，電力網(wǎng)的額定電壓應與電氣設備的額定電壓相對應，并且已經(jīng)標準化，系列化。電力系統(tǒng)采用多種電壓等級是基于以下四種情況；2 電力輸送多采用高壓，這樣可以提高輸送功率，加大輸送距離。換句活說，輸送同樣功率的電能在采用高壓時，可相應減少輸電線路中的電流，因而減少線路上的電能損失和電壓損失，提高輸電效率和供電質量。同時，導線截面亦隨電流的減小而減小，節(jié)省了有色金屬。所以，從

4、發(fā)電廠發(fā)出的電能，除供給附近用戶直接用電外，一般都經(jīng)過升壓變電所變換為高壓電能，經(jīng)遠距離輸送后，再經(jīng)降壓變電所變?yōu)榈蛪弘娔?，供用戶使用? 高壓輸電的電壓隨國民經(jīng)濟的需要和電力技術的發(fā)展而不斷提高。對于中短距離一般采用35kv 輸電；對于長距離、大容量則采用110、330、500kV 輸電。國內近年來已有數(shù)條750kV 超高壓輸電線路投入使用。用于1100kV 、1500kV 的超高壓輸電設備亦在試制中。4 礦山用電設備，由于功率、安全、制造工藝及經(jīng)濟性等原因，其額定電壓多采用低壓，如127、220、380、660、1140V 等，只有大型設備，才采用6 kV 高壓。隨著礦井10kV 下井的研

5、究和實現(xiàn)，額定電壓為10kV 的電氣設備也已問世。變、配電所的運行人員，應盡量保持供用電系統(tǒng)在額定電壓或規(guī)定的電壓范圍內運行。當線路電壓高于額定值所規(guī)定的范圍時，有的設備(如移相電容器 將因過壓而損壞；有的設備(如變壓器、電動機等 將因磁飽和而引起激磁電流增加使總電流加大，造成設備過熱損壞或縮短使用壽命；有的設備(如避雷器、熔斷器等 在動作時產(chǎn)生的電弧由于電壓高、電壓恢復速度快而難以熄滅。電氣設備在低于額定電壓或規(guī)定的范圍內運行時，照明負荷的照度及效率降低；感應電動機輸出功率降低，電流增加、溫度升高，大大影響其使用壽命；線路及變壓器由于要輸送同樣的功率，電流必然增大，結果二者的損耗都增加，輸送

6、效率大大降低。1-3 提示：從服務對象、電壓等級、供電距離、供電容量等四方面考慮。 1-4 1雙回路供電系統(tǒng)雙回路屬于有備用系統(tǒng)的結線，分雙回路放射式和雙回路干線式兩種，其中雙回路干線式因繼電保護復雜，故障停電機會多而應用較少。雙回路放射式，就是從電源向各負荷分別引兩條獨立輸電線的供電方式。其優(yōu)點是供電可靠性高，運行靈活，電壓損失??；缺點是線路總長度長，電源出線回路多，所用開關設備多，因而投資較大。這種系統(tǒng)主要適用于大容量或孤立的一、二級負荷。2環(huán)形供電系統(tǒng)環(huán)形也屬于有備用系統(tǒng)的結線，它是一種從電源引出輸電線，沿途串接各負荷點后又回到電源的供電方式。由于是一個閉合的電網(wǎng)，故稱為環(huán)形電網(wǎng)。環(huán)形系

7、統(tǒng)所用開關設備和線路長度都比雙回路放射式少，每一負荷點均由兩條線路供電，故供電可靠性較高。環(huán)形電網(wǎng)若閉環(huán)運行，則過載能力強，電壓損失小，但繼電保護整定較復雜。因此，環(huán)形電網(wǎng)一般采用開環(huán)運行方式，此時導線截面應按單回路供電選擇，亦要考慮在電源附近段故障時擔負全部環(huán)內負荷，故大大增加了有色金屬的消耗量。這種供電系統(tǒng)適用于若干彼此相距不遠，容量相差不大，而都離電源較遠的一、二級負荷。3單回路放射式供電系統(tǒng)單回路放射式屬無備用系統(tǒng)的結線，實際上就是以電源或變電所母線為中心，向各負荷點分別引出獨立輸電線的供電方式。單回路放射式的主要優(yōu)點是供電線路獨立，出故障時互不影響，停電機會少，繼電保護簡單，動作時間

8、短，便于實現(xiàn)自動化等占其缺點是電源出線回數(shù)較多，所需開關設備也多，因而投資較大。另外，供電可靠性較低，使其應用受到很大限制。這種供電系統(tǒng)適用于容量較大的分散性三級負荷和較次要的二級負荷。4單回路干線式供電系統(tǒng)這種供電系統(tǒng)也屬無備用系統(tǒng)，有直聯(lián)型和串聯(lián)型兩種形式。直聯(lián)型干線式線路，就是從干線上直接接出分支線引入各負荷點的供電方式，如圖1-1所示。它的優(yōu)點是電源出線少，能節(jié)省高、低壓開關設備，使投資減少；線路總長度短，造價較低，由于各負荷點的高峰用電期一般不同時，因而線路電壓波動和電能損失都比較低。其缺點是由于前段線路公用，增加了故障停電機會，因而供電可靠性低，為了有選擇地切除線路故障，繼電保護的

9、動作時間也就逐級增加，從而延長了故障存在的時間。這種系統(tǒng)一般只適用于一定數(shù)量的若干個成直線分布的三級負荷。串聯(lián)型干線式線路采用的聯(lián)接方法是：干線經(jīng)隔離開關聯(lián)于負荷1的母線上，再由負荷1的母線經(jīng)隔離開關引出，再經(jīng)隔離開關聯(lián)于負荷2的母線上，余類推，如圖1-2所示。這種線路實際上是直聯(lián)式的改進型式。這樣改進后可以縮小故障停電的范圍，提高供電系統(tǒng)的可靠性。故障檢修時可利用隔離開關的操作使故障點前的各負荷點不至于長時間停電。它的缺點是增加了開關設備，而且故障不易尋找，其應用范圍基本上同直聯(lián)型。 圖1-1 直聯(lián)型干線式線路 圖1-2 串聯(lián)型干線式線路1-5 對于具有兩回電源進線，兩臺降壓變壓器的礦井終端

10、總降壓變電所可采用橋式結線。它實質上是用一座由一臺斷路器和兩臺隔離開關橫聯(lián)跨接的“橋”，來聯(lián)接兩個35110kV “線路一一變壓器組”的高壓側，從而用較少的斷路器組成一個可靠性較高的，操作靈活的雙回路變、配電系統(tǒng)。橋式結線根據(jù)跨接橋橫聯(lián)位置的不同，可分為內橋、外橋和全橋三種。 1內橋結線這種接線的跨接橋靠近變壓器側，橋斷路器裝在線路斷路器之內，變壓器回路僅裝隔離開關，由三臺斷路器構成“”形，故稱為內橋。內橋結線提高了變電所供電的可靠性，倒換線路操作方便，設備投資與占地面積較少，缺點是倒換變壓器和擴建成全橋不如外橋方便，故適用于進線距離長，線路故障多，變壓器切換少，高壓側無穿越功率的終端變電所。

11、 2外橋結線這種接線的跨接橋靠近線路側，橋斷路器裝在變壓器斷路器之外，進線回路僅裝隔離開關，由三臺斷路器構成“”形，故稱外橋。外橋結線倒換變壓器操作方便，易于過渡到全橋結線，且投資少，其運行的靈活性與供電的可靠性和內橋結線類似；它的缺點是倒換線路不方便，故適用于進線距離短，主變壓器需經(jīng)常切換的礦井終端變電所。3全橋結線這種結線，跨接橋居中，進線回路與變匿器回路均裝有斷路器，由五臺斷路器構成“H ”形，故稱為全橋。全橋結線適應性強，供電可靠性高，操作方便，運行靈活，并易于發(fā)展成單母線分段的中間變電所；它的缺點是設備多，投資大，變電所占地面積大，故適用于負荷較大，對供電要求較高的大型礦井終端變電所

12、。1-6 提示：應考慮電源條件、運行方式、負荷性質與分布、礦井產(chǎn)量、瓦斯含量及涌水量等因素。1-7 電力系統(tǒng)中性點接地方式分為中性點直接接地(又稱大電流接地系統(tǒng) 和中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地(又稱小電流接地系統(tǒng) 兩種接地方式，各接地方式的特點如下：1中性點直接接地系統(tǒng)這種系統(tǒng)的優(yōu)點是：當發(fā)生單相接地時，非故障兩相的電壓不升高，由于接地電流非常大，不會發(fā)生間歇性電弧，同時內部過電壓倍數(shù)較小，因而可以降低對線路絕緣水平的要求。由于單相接地就是單相短路，短路電流較大，保護裝置迅速而可靠地動作，縮短了故障存在的時間。缺點是：因短路電流大，開關及電氣設備有時要選用較大的容量或規(guī)格。當發(fā)生短路時若未能及

13、時切除，會嚴重影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且對通訊的干擾強烈，故常用于110kV 及以上的電網(wǎng)。對于380V 低壓電網(wǎng)，由于用戶需要380V 和220V 兩種電壓等原因，故也采用中性點直接接地系統(tǒng)。2中性點不接地系統(tǒng)這種系統(tǒng)在正常工作時供電變壓器的中性點，不接地。對于短距離低壓輸電線，它的對地電容較小，發(fā)生接地故障時入地電流較小，對通訊線的干擾也較小，瞬時性接地故障往往能自動消除；對于長距離高壓輸電線，由于線路對地電容較大，單相接地電容電流較大時(6kV系統(tǒng)達30A ，35kV 系統(tǒng)大于10A ，接地處容易發(fā)生間歇性電弧，在電網(wǎng)中引起高頻振蕩產(chǎn)生過電壓，使電網(wǎng)對地絕緣較低處發(fā)生接地短路故障，因而對

14、接地電流值有一定的限制規(guī)定。中性點絕緣系統(tǒng)的缺點是：當發(fā)生單相接地時， 無故障兩相的對地電壓升為相電壓的(即升為線電壓 ，危及相間絕緣，易造成兩相接地短路，當單相接地電容電流較大時，易產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓，而且內部過電壓的倍數(shù)也較高。這沖系統(tǒng)的優(yōu)點是：一相接地時，接地電流小，保護裝置不動作，電網(wǎng)還可以繼續(xù)運行一段時間，待作好準備后故障線路再停電。由于360kV 電網(wǎng)在供電系統(tǒng)中占的比重很大，如果采用接地系統(tǒng)，則一相接地就會導致停電，降低了供電的可靠性，故我國360kV 電網(wǎng)均采用中性點不接地系統(tǒng)。3中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)這種系統(tǒng)主要是利用消弧線圈(電抗器 的感性電流補償電網(wǎng)對地的電容電流

15、，可減小單相接地時接地點的電流，不產(chǎn)生電弧，避免發(fā)生電弧接地過電壓。完全補償?shù)臈l件是31/L C =，為了避免電網(wǎng)參數(shù)改變時產(chǎn)生串聯(lián)諧振，一般采取過補償運行。這種系統(tǒng)的缺點是：因要根據(jù)運行網(wǎng)路的長短決定消弧線圈投入的數(shù)量與地點，故系統(tǒng)運行較復雜，設備投資較大，實現(xiàn)選擇性接地保護困難。 1-8 如圖1-3所示，為變壓器中性點經(jīng)消弧線圈L 接地的供電系統(tǒng)。當三相線路對地分布電容不對稱或出現(xiàn)一相斷線時，線路參數(shù)不再是對稱的，因此負載中性點將發(fā)生位移，導致0點與'0點之間出現(xiàn)電位差。由于線路參數(shù)的變化使C 與L 的關系恰好符合公式1/0L C -=時，在電壓U OO ´的作用下，線路

16、對地回路將發(fā)生消弧線圈與對地分布電容的串聯(lián)諧振。回路一旦出現(xiàn)串聯(lián)諧振，由于總阻抗幾乎為零，故即使U OO ´的數(shù)值不大，回路中也會流過很大的電流0i ，0i流過消弧線圈L ，產(chǎn)生較大的壓降，使變壓器中性點0對地呈現(xiàn)高電位，極易損壞變壓器的對地絕緣。 圖1-3對地回路的串聯(lián)諧振示意圖第二章 負荷計算與功率因數(shù)計算習題（各題后括號中的“*”，“ ”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種形式） 2-1 目前電力負荷計算有哪幾種主要的計算方法? 簡述其特點及應用范圍。(* 2-2 企業(yè)的年耗電量與年電能損耗在計算上有何不同? 原因是什么?(*2-3 在變電所運行過程中，應采取哪些措施來降低

17、線路與變壓器的功率損耗?(* 2-4 一個變電所的運行方案，應根據(jù)哪些條件確定? 試舉例分析?(2-5 功率因數(shù)過高或過低對用戶各有何危害? 最佳補償方案應考慮什么條件? 2-6 提高功率因數(shù)有哪些方法? 其中人工補償有哪幾種類型? 各有何優(yōu)缺點?(*2-7 試分析采用電容器進行并聯(lián)補償和串聯(lián)補償?shù)奶攸c及用處，為什么在并聯(lián)補償中10kV 及以下線路的補償電容器組常按三角形接線?(*2-8 什么叫電力設備的經(jīng)濟運行? 什么叫無功功率經(jīng)濟當量? 怎樣確定兩臺變壓器的經(jīng)濟運行方案?(*2-9 某年產(chǎn)90萬噸原煤的煤礦，其供電設計所需的基本原始數(shù)據(jù)如下：礦年產(chǎn)量： 90萬噸； 服務年限： 75年； 礦

18、井沼氣等級：煤與沼氣突出礦井； 立井深度：0.36 km ； 凍土厚度： 0.35 m ； 礦井地面土質：一般黑土； 兩回35kV 架空電源線路長度：L 1L 26.5km ；兩回35kV 電源上級出線斷路器過流保護動作時間：t 1t 22.5s ；本所35kV 電源母線上最大運行方式下的系統(tǒng)電抗：X s.min 0.12 （S d 100MV A ）； 本所35kV 電源母線上最小運行方式下的系統(tǒng)電抗：X s.max 0.22 （S d 100MV A ）； 井下6kV 母線上允許短路容量：S al 100MV A ；電費收取辦法：兩部電價制，固定部分按最高負荷收費；本所35kV 母線上補償

19、后平均功率因數(shù)要求值：cos 35.a 0.9； 地區(qū)日最高氣溫： m 44 ； 最熱月室外最高氣溫月平均值：m. o42 ； 最熱月室內最高氣溫月平均值：m. i32 ； 最熱月土壤最高氣溫月平均值：m. s27 。全礦負荷統(tǒng)計分組及有關需用系數(shù)、功率因數(shù)等如表21所示。表21 全礦負荷統(tǒng)計分組表 注1：線路類型：C-電纜線路；k-架空線路。注2：電機型式：Y-繞線異步；X-鼠籠異步；D-直流；T-同步。試對該礦地面356kV 變電所初步設計中的負荷計算、主變壓器選擇、功率因數(shù)補償及供電系統(tǒng)擬定等各內容進行設計計算。思考題選答：2-1目前電力負荷計算的主要方法有需用系數(shù)法、單位產(chǎn)品電耗法、二

20、項式法和利用系數(shù)法等。電氣計算負荷ca P 一般采用的是在最大負荷班里出現(xiàn)的30分鐘時間間隔的電氣負荷最大平均值max P ，各種計算方法力圖使ca P 接近max P。因為30分鐘是從較小截面導體的允許發(fā)熱為前提所規(guī)定的，所以，即使是ca P 等于max P。時也可能比實際的負荷大。這說明30分鐘時間間隔的規(guī)定有待于進一步的改進。1需用系數(shù)法變電所各設備的實際負荷總容量總是小于其聯(lián)接設備(不包括備用 的額定總容量，二者的比值稱為需用系數(shù)，根據(jù)聯(lián)接于變電所的設備總容量及需用系數(shù)來計算變電所電氣負荷的方法稱需用系數(shù)法。其基本公式如下：c a d Ni P K P = kW (1 需用系數(shù)法是當前

21、通用的求計算負荷的方法，由于簡單易行，為設計人員普遍接受，礦山變電所的負荷計算均用此法。各類設備及設備組的需用系數(shù)來源于大量的實際測定組統(tǒng)計計算。但這種方法的缺點是把需用系數(shù)x K ，看作是一個與一組設備中設備的多少及設備容量懸殊情況都無關的固定值，這是不嚴格的。實際上，只有當設備臺數(shù)足夠多，總容量足夠大，又沒有特大型用電設備時，d K 的值才能趨向一個穩(wěn)定的數(shù)值。所以該法較適用于礦井變電所及大型車間變電所的負荷計算。2單位產(chǎn)品電耗法這是一種近似的估算法，在有已投產(chǎn)的性質相似、規(guī)模相等的礦井或企業(yè)作為參考時，它是一種簡單而實用的方法。在作初步設計，特別是方案估算時，使用起來比較方便。單位產(chǎn)品電

22、耗法的基本作法是已知礦井的年產(chǎn)量及單位產(chǎn)品電能消耗量，先用下式求出礦井年電能需要量n Wn W m = kW ·h (2再據(jù)最大負荷年利用小時丁max T (中型礦井max T =30005000h 用下式求出計算負荷的估計值max /ca n P W T = kW (3所謂最大負荷年利用小時，就是按最大負荷來輸送用戶全年實際消耗的電能所需要的時間。3二項式法需用系數(shù)法沒有考慮少數(shù)容量特別大的設備對計算負荷有較大的影響，因而在確定聯(lián)接設備臺數(shù)不太多的車間干線或支干線的計算負荷時，結果往往偏小。二項式法是用兩個系數(shù)來表征負荷變化的規(guī)律，把計算負荷看作由兩個分量組成，一個分量是平均負荷，

23、另一個分量是若干臺大型設備參與計算時對平均負荷造成的參差值，利用等效臺數(shù)來固定地反應大型設備的影響，但由于過份突出大型設備對電氣負荷的影響，故計算結果往往偏大。用二項式法確定計算負荷的基本公式如下：ca N X P b P cP =+， kW式中 N b P - 用電設備組的平均負荷，kW ；X cP 一表示該組中幾臺最大容量設備運行時的附加負荷，X P 為幾臺最大容量設備的總容量，kW ，b ，c- 二項式系數(shù)，可查表求得。目前二項式法還缺乏充分的理論根據(jù)，在對某些臺數(shù)和容量范圍的設備進行計算時，有可能得出一些矛盾的結論。二項式系數(shù)是機械部門根據(jù)實際測定，統(tǒng)計而總結出來的，因而僅限予機械行業(yè)

24、。需要指出，采用二項式法計算時，應注意將計算范圍內的所有用電設備統(tǒng)一分組，不應逐級計算后再代數(shù)相加，并且計算的最后結果不再乘以最大負荷同時系數(shù)max si K 。因為由二項式法求得的計算負荷是總平均負荷與最大一組附加負荷之和，它與需用系數(shù)法的各用電設備組半小時最大平均負荷的代數(shù)和占30P 的概念不同。4. 利用系數(shù)法利用系數(shù)法以概率論為理論基礎，分析所有用電設備在工作時的功率迭加曲線得到的參數(shù)為依據(jù)，找出g P 。與平均負荷的關p P 系，通過利用系數(shù)最l K 大利用系數(shù)m K 。來確定計算負荷。其基本公式如下：ca m l Ni P K K P = kW (5利用系數(shù)法的計算結果比較接近實際

25、負荷，但計算方法較復雜，而且l K 、m K 的數(shù)據(jù)目前如較為缺乏，因而應用不廣。綜上所述，在電氣負荷計算這一領域內，還有大量的工作要做，在如何使計算負荷比較接近實際負荷和平均最大負荷的時間間隔規(guī)定合理化等問題上，還有待于提出一些新的方法和見解。2-2 企業(yè)的年耗電量與年電能損耗是兩個不同的物理量。年電能損耗是指一年內沒有用予生產(chǎn)而損耗在設備(主要是線路和變壓器 中的電能，年耗電量是企業(yè)在一年內所消耗的電能，它包括用于生產(chǎn)的電能和年電能損耗兩項。二者的計算公式如下：max p ca A P T =822210cos pl ca ca N R A P P U -= 28760pT o k A P

26、 P =+p A -企業(yè)年電能消耗量，kW ·h ；pl A -線路年電能損耗，kW ·h ；pT A -對應予ca P 時的變壓器年損耗，kW ·h ；ca P -對應于ca P 對的線路損耗，kW ；-最大負荷損耗小時，其含義是t 若供電線路的負荷總是維持ca P 及cos 不變，則它在小對內的電能損耗正好等予實際負荷在8760小時內的電能損耗，h ；o P -變壓器等效空載損耗(考慮無功經(jīng)濟當量g K ， kW ；k P -變壓器等效短路損耗，kW 。o o q o P P K Q =+（4）k k q k P P K Q =+（5）由上可見年耗電量是由計算

27、負荷乘以年最大負荷利用小時求得，而年電能損耗是線路 與變壓器的年電能損耗之和，其實質是用對應于ca P 的損耗乘以而求得。顯然與max T 和cos av 有關，因為它們都是從一個負荷曲線推導出來的。在實際應用中給出與max T 的關系曲線，從該曲線中根據(jù)max T 和cos av 的值就可以查出相應的值。2-31三相供電線路的有功功率損耗和無功功率損耗分別為223210ca ca NP Q P X U -+=，kW (1 223210ca ca NP Q Q R U -+=，kvar (2 由以上兩式可知，欲降低線路與變壓器的功率損耗，就必須減少線路的電阻，電抗和變電所的無功計算負荷。在系統(tǒng)

28、已經(jīng)運行的條件下，可采取以下措施。1 在開關斷流容量允許的情況下，對于一路使用一路備用的雙回供電線路，可改為兩路同時使用。這樣可使線路的電阻，電抗降為原來的一半，因而大大減少了線路的功率損耗。2 當負荷功率因數(shù)較低時及時增投補償電容器組，這樣可大大減小變電所的無功計 算負荷，同樣使線路損耗減少。2變壓器的功率損耗包括空載損耗(鐵損 和短路損耗(銅損 兩部分鐵損是由于主磁通在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗和無功損耗。由于變壓器的主磁通只與外加電壓有關，而與負荷電流無關，因此當變壓器在系統(tǒng)中運行時，外加電壓基本不變，故鐵損為一常數(shù)，在運行中沒有辦法降低其數(shù)值。銅損是負荷電流在變壓器繞組中產(chǎn)生的有功損耗

29、和無功損耗，因而其大小與變壓器的負荷率有關。求變壓器功率損耗的公式如下：C （3） （4）式中 o Q 一一變壓器空載無功損耗；0%100o T I Q S = k Q 一一變壓器額定無功損耗%100d k T U Q S = 由公式(3、(4可以看出，在變壓器已經(jīng)運行的條件下，只有降低變壓器的負荷率才能顯著地減少其功率損耗。因此關鍵是設法降低變電所的運行負荷s S ，其方法有三：1 合理安排各組負荷的供電時間，壓低負荷曲線上的高峰負荷；2 人工補償功率因數(shù)，減少無功負荷，從而使總的s S 變?。? 按經(jīng)濟運行方案來投、切變壓器。2-4 提示：考慮電源條件、負荷性質，設備容量、繼電保護裝置、短

30、路容量對設備選擇的影響、電網(wǎng)電容電流、工人技術水平及運行經(jīng)濟指標等條件。2-5 功率因數(shù)是交流電路有功功率與視在功率的比值，用cos ，表示 功率因數(shù)過低對用戶有如下危害： 1 使電氣設備(如變壓器、發(fā)電機等 的容量不能充分利用。電氣設備都有一定的額定電壓和額定電流，在正常情況下是不允許超過的。根據(jù)功率表達式cos N N P I ，如果功率因數(shù)低了，則有功輸出也將隨之降低。反過來此時要想維持一定的有功輸出，則必然會導致電流的增大。2 增加礦內配電線路的功率損失。通過導線的電流由公式/cos P I I=決定。當線路電I 必 然增加，使功率損失(223/, 3P I R Q I X = 大大增

31、加。3 增加礦內配電線路的電壓損失。線路的電壓損失由公式( /N U PR QX U =+決定。功率因數(shù)變小時，通過線路的無功功率增加，于是線路電壓損失U 也增加。結果用電設 備的端電壓下降，有時甚至低于允許值，嚴重影響設備正常運行。特別是在用電高峰時期，功率因數(shù)偏低，會出現(xiàn)大面積地區(qū)的電壓降低，給生產(chǎn)帶來不良后果。功率因數(shù)過高(即產(chǎn)生過補償 對用戶有以下危害：1 增加補償裝置安裝處以前的輸、配電線路的功率損失。當出現(xiàn)過補償時，線路中產(chǎn)生超前電壓90度的電容電流，該電流與電阻電流合成后使總電流I 增加，故功率損失亦會增加。2 造成線路電壓超過規(guī)定值，甚至會使補償裝置處的電壓高于線路首端的電壓。

32、其相量圖如圖2-1所示。圖中I 超前2U 的角度為，IR 為線路電阻壓降，IX 為線路電抗壓降，由圖可以看出21|U U > 這說明，當出現(xiàn)過補償時，線路末端電壓有可能高于始端電壓，從而使用電設備所承受的電壓超過規(guī)定值。另外，由于補償電容的無功功率輸出與裝設處電壓的平方成正比，故母線電壓的提高又會使過補償?shù)某潭雀訃乐亍?cos . I ，. R I . 圖2-1過補償時的線路電壓相量圖電容補償?shù)淖罴逊桨缚煽紤]下列條件確定：1 使線路電能損失為最小。2 補償節(jié)電的經(jīng)濟性比較，一般功率因數(shù)越接近1，電容補償裝置的投資越大，而節(jié)電的相對收益越小。3 負荷的穩(wěn)定性。4 負荷的分布情況。5 補償

33、裝置的投運方式。2-6 提高功率因數(shù)的關鍵在于如何減少電力系統(tǒng)中各個部分所需用的無功功率，特別是減少負載從電網(wǎng)中取用的無功功率，使電網(wǎng)在輸送一定的有功功率時，盡量少輸送或不輸送無功功率。提高功率因數(shù)的方法可分為兩大類：1提高用電設備本身的功率因數(shù)。一般有以下五項措施；1）盡量采用鼠籠式異步電機。以為它結構緊密、氣隙小、漏磁少，因而本身的功率因數(shù)就比繞線式異步電動機高。2）避免電動機與變壓器的輕載運行。因此時有功功率小而激磁所用的無功功率不變，故cos 較低。所以，應力求電動機在接近額定負荷的條件下運行，變壓器的負荷率也不宜低于50。3）對不需調速的大型設備，盡量采用同步電動機。同步電動機的功率

34、因數(shù)可達到1，并且在過激磁的條件下，還可向電網(wǎng)輸送無功功率，減輕電網(wǎng)輸送無功功率的負擔因而提高了功率因數(shù)。礦井可使用同步電動機的設備有扇風機，空氣壓縮機等。4）繞線式異步電動機同步化運行。這一措施同樣可將功率因數(shù)提到1，但由于經(jīng)濟和維護問題使其推廣使用受到一定的限制。5 盡量采用高壓電動機。這樣可以省掉降壓變壓器，從而消除了該變壓器產(chǎn)生的無功損耗，一般變壓器的無功損耗約為有功損耗的五倍以上。礦井可用高壓電動機的設備有主排水泵、提升機、空氣壓縮機和扇風機等。2人工補償提高功率因數(shù)人工補償提高功率因數(shù)，這是一種使用供應無功功率的設備就地補償用電設備所需要的無功功率，來提高其功率因數(shù)的方法。當用戶在

35、采用了各種“自身提高”的措施后仍達不到規(guī)定的要求時，就要考慮增設人工補償裝置。人工補償法一般有四種類型。1 并聯(lián)移相電容器組。其原理主要是利用電容器產(chǎn)生的無功功率與電感負載的無功功率相互變換，從而減少負載向電網(wǎng)吸取無功功率，使得補償裝置處以前的電網(wǎng)無功負荷減少，即提高了整個負荷相對電源的功率因數(shù)。并聯(lián)電容補償法具有投資省、有功功率損耗小(每kvar 損耗約34 W、運行維護方便，故障范圍小、無振動與噪聲、安裝地點較靈活等優(yōu)點，因而為礦山地面變電所廣泛采用。目前多在6kV 母線上并聯(lián)電容器組進行所謂集中補償。電容補償?shù)娜秉c是只能有級調節(jié)而不能隨負荷無功功率需要量的變化進行連續(xù)平滑的自動調節(jié)。另外

36、，當通風不良，運行溫度過高或線路電壓超限時，電容器容易損壞。2 采用同步調相機。同步調相機實際上就是一個大容量的空載運行的同步電動機，其功率大都在5000kW 及以上，在過激磁時，它相當于一個無功發(fā)電機。其顯著的優(yōu)點是可以無級調節(jié)無功功率，但也有造價高、有功損耗大、需要專人維護等缺點。因而主要用于電力系統(tǒng)的大型樞紐變電所，來調整區(qū)域電網(wǎng)的功率因數(shù)和潮流分布。3 采用可控硅靜止無功補償器。這是一種性能較優(yōu)越的動態(tài)無功補償裝置，由移相電容器、飽和電抗器、可控硅勵磁調節(jié)器及濾波器等組成。其特點是將可控的飽和電抗器與移相電容器并聯(lián)作用，電容器可補償設備產(chǎn)生的沖擊無功功率的全部或大部。當無沖擊無功功率時

37、，則利用由飽和電抗器所構成的可調感性負載將電容器供給的過剩的無功吸收，從而使功率因數(shù)保持在要求的水平上。濾波器可以吸收沖擊負荷所產(chǎn)生的高次諧波，保證電壓質量。這種補償方式的優(yōu)點是動態(tài)補償反應迅速，損耗小，特別適合對功率因數(shù)變化劇烈的大型負荷進行單獨補償，如用于礦山提升機的大功率可控硅整流裝置供電的直流電動機拖動機組等。其缺點是投資較大，設備體積大，因而占地面積也較大。4 采用進相機改善功率因數(shù)。進相機叫轉子自激相位補償機，是一種新型的感性無功功率補償設備，只適用于對繞線式異步電動機進行單獨補償，電動機容量一般為951000kW 。進相機的外形與電動機相似，沒有定子及繞組，僅有和直流電動機相似的

38、電樞轉子，由單獨的、容量為1.14.5kW 左右的輔助異步電動機拖動。其補償原理如下：工作時進相機與繞線式異步電動機的轉子繞組串聯(lián)運行，主機轉子電線束流在進相機繞組上產(chǎn)生一個轉速為23000/n p =的旋轉磁場；進相機由輔助電動機拖動順著該旋轉磁場的方向旋轉，當進相機轉速2k n n >時，其電樞上產(chǎn)生相位超前于主機轉子電流090的感應電勢E k 迭加到主機轉子電勢2E 上，改變了主電動機轉子電流的相位，從而改變了主電動機定子電流的相位；調整k E 就可以使主電動機在cos 1=的條件下運行。這種補償方法的優(yōu)點是投資少，補償效果好而且徹底，還可以大大降低主電動機的負荷電流，因而節(jié)電效果

39、也很顯著，一般運行兩、三個月后就可以收回設置進相機的投資；其缺點是進相機本身是一旋轉機構，還要由一輔助電動機拖動，故增加了維護和檢修的負擔，另外它只適宜負荷變動不大的大容量繞線式電動機，故應用受到一定的限制。2-7 并聯(lián)補償是將電容器并聯(lián)在變電所的母線上。并聯(lián)補償?shù)闹饕康氖菫榱颂岣哂脩裟妇€上的功率因數(shù)，對以電容器裝設處母線引出的配電線直至用電設備均無補償收益，因母線后配電網(wǎng)路中流通的無功功率并沒有減少，只是無功功率的提供者不同罷了。并聯(lián)補償一般在礦井各級變、配電所作集中補償和單獨補償用。串聯(lián)補償主要用于電力輸電線路。將電容器與線路串聯(lián)，可以改變線路參數(shù)，從而減少線路的電壓損失，提高末端的電壓

40、水平，減少電網(wǎng)的功率損失和電能損失，提高輸送電能的能力。在并聯(lián)補償中，10kV 及以下線路的補償電容器組常按三角形接線，主要出于以下幾點原因：1 三角形接線可以防止電容器容量不對稱(如個別電容器的熔斷器熔斷 而出現(xiàn)的過電壓，電熔器對過電壓是最敏感的。若為星形接線，則由于中性點位移，使部分相欠電壓而部分相過電壓。更嚴重的是當發(fā)生單相接地時，其余兩相將升為線電壓(中性點不接地系統(tǒng) ，電容器將很容易損壞。2 三角形接線若發(fā)生一相斷線，只是使各相的補償容量有所減少，不致于嚴重不平衡；而星形接線若發(fā)生一相斷線，就使該相失去補償，嚴重影響電能質量。3 采用三角形接線可以充分發(fā)揮電容器的補償能力。電容器的補

41、償容量與加在其兩端的電壓有關，即22/N c Q UI U X CU =，kvar (1電容器采用三角形接法時，每相電容承受線電壓，而采用星形接法時，每相電容承受相電壓，所以有 2. (C Y Q C U = 2/3/3C CU Q =，kvar (2上式表明，具有相同電容量的三個單相電容器組，采用三角形接法時的補償容量是采用星形接法的3倍。因此，在電壓相符的情況下，應盡量采用三角形接法。2-81電力設備的經(jīng)濟運行使電力系統(tǒng)的有功損耗最小而獲得最佳經(jīng)濟效益的運行方式稱電力設備的經(jīng)濟運行。這里要注意兩個問題，一是要使整個電力系統(tǒng)的有功損耗為最小而不是單純考慮某一臺設備的損耗；二是設備的運行方式，

42、對于變壓器來說，就是分裂運行、還是并聯(lián)運行，單獨運行還是同時運行，或者是在多大負荷率下運行的問題。2無功功率經(jīng)濟當量電力系統(tǒng)的有功損耗，不僅與各用電設備的有功損耗有關，而且與它們的無功損耗也有關。因為設備所消耗的無功功率也要由電力系統(tǒng)供給，這使得電網(wǎng)線路在輸送一定的有功電流的同時，也要輸送一定的無功電流，結果總的視在電流就增大了，而線路有功損耗是用視在電流來計算的，即23t ca P I R =。所以，由于各設備無功損耗的存在，使電力系統(tǒng)的有功損耗增加了一定的數(shù)值。為了計算設備無功損耗所引起電力系統(tǒng)有功損耗的增加量而定義的換算系數(shù)稱無功功率經(jīng)濟當量，用q K 表示。它表示電力系統(tǒng)多輸送1kva

43、r 的無功功率時，將使電力系統(tǒng)中增加有功功率損耗的kW 數(shù)，其單位是kW kvar 。q K 的值與電力系統(tǒng)的容量，結構及計算點的具體位置等多種因素有關，對于工礦企業(yè)變、配電所0.20.1q K =，對由發(fā)電機直配的負荷0.020.04q K =；對經(jīng)兩級變壓的負荷0.050.07q K =，對經(jīng)三級以上變壓的負荷0.080.1q K =。3確定兩臺變壓器的經(jīng)濟運行方案礦井主變壓器是全礦的供電電源，因此搞好變壓器的經(jīng)濟運行對節(jié)約電能有很大的意義。我們先來考慮單臺變壓器的經(jīng)濟運行。變壓器即有有功損耗，又有無功損耗，這些損耗都要引起電力系統(tǒng)有功損耗的增加，但由于變壓器的有功損耗遠比無功損耗小，因此

44、在考慮電力系統(tǒng)有功損耗增量時，可以忽略變壓器有功損耗的影響。要確定變壓器經(jīng)濟運行的條件，可以采用數(shù)學分析中求極值的方法。將變壓器本身的有功損耗再加上變壓器的無功損耗在電力系統(tǒng)中引起的有功損耗增量，二者之和稱為變壓器有功損耗換算值，然后對電力系統(tǒng)單位容量負荷的有功損耗換算值求導數(shù)，并令導數(shù)為零，就可以得到變壓器的經(jīng)濟負荷。設某變壓器的負荷為s S ，則其有功損耗換算值為T q T P Q K Q =+22o k q o q k P P K Q K Q =+2( o q o k q k P K Q P K Q =+ (1式中一一變壓器的負荷率，. /s N T S S =。要使變壓器運行在經(jīng)濟負荷

45、下，就必須滿足負荷單位容量的有功損耗換算值/s P S 為最小的條件。令(/ 0s sd P S dS =，就可得到變壓器的經(jīng)濟負荷為. ec T N T S S = (2 變壓器的經(jīng)濟負荷與其額定容量之比稱為變壓器的經(jīng)濟負荷系數(shù)，即ec T K = (3 下面來確定兩臺變壓器的經(jīng)濟運行方案。設某礦地面變電所有兩臺同型號，同容量的主變壓器，變電所總負荷為s S 。所謂兩臺變壓器的經(jīng)濟運行方案，實際上就是求出其臨界負荷來確定在什么負荷條件下應該一臺運行，在什么負荷條件下應該兩臺同時運行。當一臺變壓器運行時，它承擔總負荷s S ，故由公式(1得其有功損耗換算值為2. ( s I o q o k q

46、 k N T S P P K Q P K Q S =+ 兩臺變壓器同時運行時，每臺承擔負荷約為/2s S ，而總的有功損耗換算值為此時一臺 換算值的兩倍，即2. /22( s o q o k q k N T S P P K Q P K Q S =+ (2. 12( 2s o q o k q k N T S P K Q P K Q S =+ 我們以s P S 和，為坐標可畫出兩條曲線，表示兩種情況下有功損耗換算值對總負荷s S 的關系。兩曲線的交點所對應的負荷就稱為兩變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷，用ec S 表示。當s ec S S S =<時，因s ec S S S =>，故宜于一臺運

47、行；當s ec S S S =>時，因P P <，故宜于兩臺同時運行。當s ij S S =，P P =，即2( s I h q k q be S P P K Q P K Q S =+ (212( 2s h q h q be S P K Q P K Q S =+ 由此可求得兩臺變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷為. ec N T S S = (4 對于幾臺與(n一1 臺同型同容變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷，同樣可以推導出其表達式為。. ec N T S S =(5 變壓器的經(jīng)濟運行方案，除與變壓器本身損耗有關外，還與兩部電價制的收費方式有很大的關系。目前我國實行的兩部電價制，實際上對用戶有兩種不

48、同的收費辦法，即固定電費有按最高負荷收費和按變壓器接用容量收費兩種。對于后一種收費辦法，實際變壓器的經(jīng)濟運行方案就有較大困難。因這種情況下，供電設計上常選用兩臺變壓器臺運行，一臺備用的運行方式，以減少固定電費支出。2-9 解題思路工礦企業(yè)負荷計算，首先需收集必要的負荷資料，按表2-9的格式做成負荷統(tǒng)計計算表，計算或查表求出各負荷的需用系數(shù)和功率因數(shù)（例題已給出），然后由低壓到高壓逐級計算各組負荷，在進行負荷歸總時，應計入各低壓變壓器的損耗，考慮組間同時系數(shù)后，就可求得礦井kV 母線上的總計算負荷，作為初選主變壓器臺數(shù)容量的主要依據(jù)功率因數(shù)的補償計算與主變壓器的容量、負荷率及運行方式密不可分，題

49、意是要求將35kV 母線的功率因數(shù)提高到0.9以上，故應將主變壓器的功率損耗也計入總的負荷中，在計算過程中將會存在估算與最后驗算的反復。擬定供電系統(tǒng)，主要是綜合考慮礦井負荷性質，主變壓器的臺數(shù)、容量及電源線的情況來決定礦井地面356kV 變電所的主接線方式。并繪制供電系統(tǒng)一次接線圖。本題可按以下八步求解。（一）計算各組負荷并填入表2-2中1114各欄。（二）選擇各低壓變壓器并計算其損耗。（三）計算6kV 母線上補償前的總負荷并初選主變壓器。（四）功率因數(shù)補償計算與電容器柜選擇。（五）主變壓器校驗及經(jīng)濟運行。（六）全礦電耗與噸煤電耗計算。（七）擬定并繪制礦井地面供電系統(tǒng)一次接線圖。（八）設計計算

50、選擇結果匯總。解（一）計算各組負荷與填表利用表28中811各列的數(shù)據(jù)和公式（219）, 分別算出各設備或設備組的P ca 、Q ca 、及S ca , 并填入表29中1214列。例如，對于主井提升機有P ca.1=K d1P N1=0.95×1000=950 kWQ ca.1=tanP ca . 1=0.62×950=589 kvarca.11118S = kVA 又如，對于扇風機1，由同步電動機拖動，表28中其cos 標出負值，其原因是：同步電動機當負荷率0.9，且在過勵磁的條件下，其功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，故為負值。此時同步電動機的無功補償率約為4060%，近

51、似計算取50%，故其補償能力可按下式計算：P ca.3=K d3P N3=0.88×800=704 kWQ ca.3= 0.5（P ca.3tan 3）=0.5×704×（0.46）=162 kvarca 3722S = kVA 同理可得其余各組數(shù)據(jù)見表2-2。在表2-2的合計欄中，合計有功負荷9591 kW 和無功負荷5357 kvar 是表中12列、13列的代數(shù)和，而視在負荷10986 kVA ，則是據(jù)上述兩個數(shù)值按公式(219 計算得出，視在容量的代數(shù)和無意義。 第三章 短路電流計算習 題（各題后括號中的“*”，“ ”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種

52、形式）3-1 解釋下列名詞：穿越性短路，兩相接地短路，暫態(tài)電流；次暫態(tài)電流；短路穩(wěn)態(tài)電流，零序電流。（*） 3-2 沖擊系數(shù)sh K (1.3sh K 1.8 為什么靠近電源處取大值? 遠離電源處取小值? (3-3 試推導出無限大電源容量系統(tǒng)短路電流瞬時值d i 的表達式即公式(2一1。(+ 3-4 什么叫有限電源容量與無限大電源容量? 為什么在計算短路電流時，要考慮電 源容量大小這一因素? (*3-5 為了簡化短路電流計算，有哪些基本假設? (+3-6 發(fā)生三相短路時，各相短路電流非周期分量之和等于零；各相全短路電流之和 也為零這兩種說法對不對? 為什么? (*3-7 在短路計算時，必須收集

53、哪些數(shù)據(jù)后才能進行? 計算短路電流有什么用處?(+3-8 用絕對值法計算短路電流適用于什么電網(wǎng)條件? 有何優(yōu)缺點? 短路回路中各元件的電抗值如何汁算? (+3-9 用相對值法計算短路電流有何優(yōu)點? 短路回路中各元件的相對電抗如何計算? (+ 3-10 在計算短路回路中各元件的相對電抗時，必須選取一個統(tǒng)一的基準容量，其大小可以任意選定，而其基準電壓必須采用該元件所在線路的平均電壓，不得任意選取，原因何在? (*3-11 什么叫轉移阻抗? 轉移阻抗可采用哪些方法進行計算? 試證明之。 (*3-12 什么叫正序電抗、負序電抗和零序電抗? 為什么正、負序電抗只在旋轉電機上才不相等? 而零序電抗在有零序

54、電流通過的線路上比正、負序電抗值大? (*3-13 什么叫最大運行方式、最小運行方式和正常運行方式? 在計算短路電流時應如何考慮? (+3-14 煤礦井下低壓電網(wǎng)兩相短路電流計算曲線考慮了哪些因素忽略了哪些因素? 為什么這些因素可以忽略? (+3-15 在什么情況下應考慮大容量高壓電動機對短路電流的影響? 在什么情況下可以不考慮? (*3-16 短路電流對電氣設備會產(chǎn)生哪些危害? 什么樣的設備應考慮其動穩(wěn)定? 什么祥的設注1：線路類注2：電機類型備應考慮其熱穩(wěn)定? (十3-17 什么叫短路電流作用的假想時間? 假想時間與哪些參數(shù)有關? (*3-18 在高壓電器的熱穩(wěn)定校驗中，如何確定假想時間i

55、 t ? (十 。3-19 某供電系統(tǒng)如圖3-1所示，電源容量為無限大。其余各元件參數(shù)如下：線路13, L L 為架空線，線路34, L L 電纜，1L =10km，2L =15km，3L =4L =1km，變壓器12, T T 參數(shù)相同，. T N S =10000kVA ，%k U =7.5；電抗器12, L L 參數(shù)相同，. L N U =6kV，. L N I =500A，%L X =3。求：1123, , k k k 點的短路參數(shù)(3, , k sh k I i S ;23k 點發(fā)生三相短路對兩段6kV 母線上的殘壓1U 和2U 。 S k 1=S k 2=圖3-1 習題3-19的供

56、電系統(tǒng)圖3-20 在圖3-2所示的供電系統(tǒng)中，設在k 點短路時電源6.3KV 母線電壓能維持不變。若要求k 點的短路沖擊電流不得超過40KA ，求允許并聯(lián)的電纜根數(shù)是多少？各線路參數(shù)相同，即電抗器：. 6L N U KV =，. 200L N I A =，%4L X =； 電纜：1.25, L km = 00.08/, x km = 00.37/r km =。 圖3-2 習題3-20的供電系統(tǒng)圖思考題選答3-11穿越性短路穿越性短路主要是針對線路控制開關而言，當控制一條線路的開關負荷側發(fā)生A 相接地短路，同時其電源側又發(fā)生B 相接地短路，此時形成的兩相接地短路故障將越出開關的控制范圍之外，即使

57、開關跳閘，故障并不能切除，只是改變了類型。另外，當不同線路的開關前后發(fā)生異相接地所形成的兩相接地短路，也具有這種特點。一般把單條或兩條線路的開關前后發(fā)生異相接地所形成的兩相接地短路稱為穿越性短路。 2兩相接地短路 兩相接地短路是指在中性點直接接地系統(tǒng)中兩相在不同地點與地短接，從而通過大地所形成的不對稱短路，其特點是線路中要產(chǎn)生零序電流。而兩相短路和中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生的兩相接地而造成的短路，由于沒有零序電流的通路，故沒有零序電流產(chǎn)生。 3暫態(tài)電流(瞬變電流 對于無限大電源容量系統(tǒng)，暫態(tài)電流是指短路瞬間(即0t =時 短路電流周期分量的有效值。由于在無限大電源容量系統(tǒng)中短路電流周期分量不衰減，故最大暫態(tài)電流就等