電力系統(tǒng)分析試題及答案

1、一、簡(jiǎn)答題1簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)和動(dòng)力系統(tǒng)這幾個(gè)概念的聯(lián)系和區(qū)別。2電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)和要求分別是什么？3什么是短路故障？不對(duì)稱故障有哪些種類？4短路故障的后果是什么？5什么情況下可認(rèn)為電源為無(wú)限大功率電源？它的特點(diǎn)是什么？6電壓偏移的定義是什么？7當(dāng)變壓器帶有一定負(fù)荷時(shí)，在其中要產(chǎn)生哪些功率損耗？空載時(shí)有無(wú)損耗？為什么？8電力線路的正序電抗和負(fù)序電抗是否相等？二、計(jì)算題1有一回電壓等級(jí)為 110kV，長(zhǎng)為100km的輸電線路，電阻 r 1=0.21 Q /km，電抗xi=0.415 Q /km,電納b1=2.84 x 10-S/km,末端接一臺(tái)容量為 31.5MVA的降壓變壓器， 變比為11

2、0/11kV。 如圖1所示。變壓器參數(shù)為 P= 190kW U%=10.5, Fb = 31.05kW, |。= 0.7。當(dāng)A點(diǎn)實(shí)際電 壓為115kV時(shí)，求A C二點(diǎn)間的電壓損耗及 B點(diǎn)和C點(diǎn)的實(shí)際電壓。A100km2如圖2所示網(wǎng)絡(luò)，求短路沖擊電流、短路電流SFL1-31500/110 ko -4110/11kV10.5kV200MVA115/38.5kVUk%=10.5L=50km2 X3.2MVAX1=0.4O/km 35/10.5kVUk%=73系統(tǒng)如圖3所示。d點(diǎn)發(fā)生三相短路，變壓器 T2空載。求：（1）求用標(biāo)幺值表示的等值網(wǎng)絡(luò)；（2）短路處起始次暫態(tài)電流和短路容量；（3）計(jì)算短路沖擊

3、電流；（4）若電源容量為無(wú)限大，試計(jì)算短路沖擊電流。1200km0.4Q /km（每回）31.5MVA Ud%=10.5Ed =1.0810.5/121 kV110/10.5 kV電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)中，有名制和標(biāo)么制分別表示什么含義？采用標(biāo)么值計(jì)算有什么優(yōu)點(diǎn)? 不對(duì)稱短路有哪些短路形式？30MVA31.5MVA線路并聯(lián)電容會(huì)增大還是變小0.5試畫出雙繞組變壓器等值電路。5試畫出電力線路等值電路。6電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有哪些？各有什么特點(diǎn)？7我國(guó)的電壓等級(jí)有哪些？簡(jiǎn)述對(duì)用電設(shè)備、發(fā)電及和變壓器額定電壓的規(guī)定。8試分別說(shuō)明電壓損耗和電壓降落的概念。二、計(jì)算題1有一回電壓等級(jí)為 110kV,長(zhǎng)為20

4、0km的輸電線路，電阻ri=o.i q /km,電抗xi=0.4 Q /km , 電納6=2.84 x 10-6S/km，試畫出其等值電路并計(jì)算電力線路等值阻抗及對(duì)地導(dǎo)納。2試標(biāo)出如圖1所示G、T1、T2、T3、T4、M等各元件的額定電壓。3 10kVG10kV T1*值|電U1110kV2所示，已知末10.圖2圖1 T2T3 6kVL始-端35kV1+j3 Q4某電力系統(tǒng)如圖 3所示，f處發(fā)生不對(duì)稱接地故障2kV試畫出正序元件的序參數(shù)用相應(yīng)的符號(hào)表示，如用Xl1表示線路正序電抗）2+ j1MVAT4和零序等值電路（各fG-1B-1、簡(jiǎn)答題G1I圖3lB-2G-21使用分裂導(dǎo)線有什么好處？ 2

5、我國(guó)的電壓等級(jí)有哪些？簡(jiǎn)述對(duì)用Nl設(shè)備、發(fā)電及和變壓器額定電壓的規(guī)定。 3電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)中，有名制和標(biāo)么制分別表示什么含義？ 4什么是自然功率？當(dāng)遠(yuǎn)距離交流輸電線路輸送自然功率時(shí)，會(huì)有什么有趣的現(xiàn)象?5試解釋高壓電力線路在空載時(shí)的末端電壓升高現(xiàn)象。6對(duì)簡(jiǎn)單開式網(wǎng)絡(luò)，潮流計(jì)算的內(nèi)容及步驟是什么？ 7什么情況下可認(rèn)為系統(tǒng)為無(wú)限大功率系統(tǒng)？它的特點(diǎn)是什么？8進(jìn)行不對(duì)稱故障分析的步驟是什么？二、計(jì)算題61輸電線路單位長(zhǎng)電阻 1=0.03 Q/km,正序電抗X1=0.4 Q /km,正序電納 6=2.84 x 10-S/km,線路長(zhǎng)度為300km,試計(jì)算電路參數(shù)。2 一臺(tái)向10kV網(wǎng)絡(luò)供電的 SFL-

6、31500/110型降壓變壓器，其技術(shù)參數(shù)為：電壓110kV/11kV ,Ps=180kW Fb=31 kW, US%=10.5% I o%=0.8。試計(jì)算歸算到高壓側(cè)的參數(shù)。3如圖4所示系統(tǒng)，k點(diǎn)發(fā)生a相單相接地短路，已知Ea1 丁 = j1 , Z仃=j0.4 , Z2f = j0.5 ,Z0 = j0.25 ,以上均為標(biāo)么值。求短路點(diǎn)a相發(fā)生單相接地短路時(shí)的各相電流、電壓。圖4一、簡(jiǎn)單題1電力線路和變壓器組成的網(wǎng)絡(luò)稱為電力網(wǎng)；電力網(wǎng) +發(fā)電機(jī)+負(fù)荷=電力系統(tǒng)；電力系統(tǒng) + 動(dòng)力部分=動(dòng)力系統(tǒng)。(2)2特點(diǎn)：（1）電能不能大量存儲(chǔ)：電能的生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用必須同時(shí)進(jìn)行；過(guò)渡過(guò)程十

7、分短暫：要求自動(dòng)化控制程度高；（3）對(duì)社會(huì)生活、政治和國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響巨大。要求：（1）保證安全可靠持續(xù)供電；（2）保證必要的電能質(zhì)量；（3）保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì)性。3短路故障：電力系統(tǒng)中正常運(yùn)行情況以外的相和相之間或相和地之間發(fā)生通路的情況。不 對(duì)稱故障有兩相接地短路、單相接地短路、兩相短路3種。4（ 1）短路將產(chǎn)生從電源到短路故障點(diǎn)巨大的短路電流，可達(dá)正常負(fù)荷電流的幾倍到幾十倍。短路電流在電氣設(shè)備的導(dǎo)體間產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，將導(dǎo)致導(dǎo)體變形、扭曲或損壞。短路電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量而使其溫度急劇上升，將導(dǎo)致設(shè)備因發(fā)熱而損壞。（2）短路將引起系統(tǒng)電壓的突然大幅度下降。系統(tǒng)中異步電動(dòng)機(jī)將因轉(zhuǎn)矩下降而

8、減速或停 轉(zhuǎn)。（3）短路將引起系統(tǒng)中功率分布的突然變化。導(dǎo)致并列運(yùn)行的發(fā)電廠失去同步，破壞系統(tǒng) 穩(wěn)定性。（4 ）不對(duì)稱短路電流產(chǎn)生不平衡交變磁場(chǎng)。對(duì)周圍的通信網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)系 統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。5當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過(guò)短路回路總阻抗的10%寸，就可以近似認(rèn)為此電源為無(wú)限大功率電源。無(wú)限大功率電源的內(nèi)阻抗為零，端電壓保持恒定。6電壓偏移為節(jié)點(diǎn)電壓的實(shí)際值和額定值之差。7有功功率損耗和無(wú)功功率損耗?？蛰d時(shí)有損耗，因?yàn)榭蛰d時(shí)變壓器勵(lì)磁支路仍消耗有功功 率和無(wú)功功率。8電力線路的正序和負(fù)序電抗相等。因?yàn)殡娏€路是靜止元件，無(wú)論通過(guò)正序電流還是負(fù)序電流都構(gòu)成三相對(duì)稱分量，由此得到的阻抗也

9、應(yīng)相等。二、計(jì)算題1解：（1）求等值電路乙=丨（jx1） =100 （0.21j0.415） =21j41.5Pk U1；K 一 2 1000 S塑竺=2.321000 31.5X _Uk%U；N100 SN二匹述=40a100 31.5Gm話1宀器b57 gBm= 07 31.5 =仁82 x：10_5S2 2100 U1N 100110（2）計(jì)算C點(diǎn)電壓設(shè)節(jié)點(diǎn)B、C為額定電壓，則Zt的功率損耗為p2 +Q2222 +132SZ C 2 C (RT +jXT (2.32+ j40.3) = 0.125+j2.18MVAU c110y .屯=22 j13 0.125 j2.18 = 22.12

10、5 j15.18MVA：Sm =YmU； =(2.57 10-6 j1.82 10 冷 1102 =0.031 j0.22MVASA 二 SC 忌=22.125 j15.18 0.031 j0.22 =22.156 j15.40MVA煌，Pa2 Qa222 1562 +15 4022 (R +jXJ =(21 +j41.5) = 1.264+ j2.50MVAU B1102SA =SA感 =22.156 j15.40 1.264 j2.50 = 23.42 j17.90MVA所以有-U ABPaR QAXl23.42 21 17.90 41.510.74kVUa115UB =U A - Uab

11、 =115-10.74 =104.26kVBCPcRt QcXt = 22125 232 1518 4。3= 6.37kVUB104.26Uc 二UB - ：UAb =104.26 -6.37 =97.9kV2解：(1)用標(biāo)幺值表示的等值網(wǎng)絡(luò)(取Sb =100MVA，用平均額定電壓進(jìn)行計(jì)算)，把以自身容量為基準(zhǔn)的標(biāo)么值化為以全網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一容量基準(zhǔn)的標(biāo)么值100XT1 =0.1050.052520000Xl =50 0.42 =1.463721100Xt2 0.071.09323.2回路總電抗為X - XT1 Xl XT2 =0.0525 1.46 1.093 =2.606短路電流Ed1I d0 3

12、84X2.606有名值為Id 7384 _SB = 0.384 100=2.11kAV3UB亦0.5短路容量為& 二色 型 38.4MVAX 三 2.606短路沖擊電流，取 KCh=1.8ich 、2Kchld 二.2 1.8 2.1仁5.37kA3解：，把以自身容量為基準(zhǔn)的標(biāo)么值化為以全網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一容量基準(zhǔn)的標(biāo)么值XdJ0.22 100 =0.73330100XT1 =0.1050.33331.5100Xt2 =0.1050.33331.5100X| =200 0.4 廠0.605 l1152回路總電抗為X - Xd XT1 Xl XT2 =0.733 0.333 0.333 0.605 =2.

13、004（2 ）起始次暫態(tài)電流Ed X、0.733 0.333 0.333 0.605二 0.539有名值為Id =0.539SB=0.539100=2.96kAV3UB（3 匯 10.5短路容量為SbXXt1 Xi Xt21000.733 0.333 0.333 0.605二 49.9MVA(1) 用標(biāo)幺值表示的等值網(wǎng)絡(luò)(取 SB =100MVA，用平均額定電壓進(jìn)行計(jì)算)（3）短路沖擊電流，取Kch =1.8ich 二.2Kchlz 八2 1.8 2.96 =7.53kA(4) 若電源容量為無(wú)限大，則X =Xti Xi Xt2 =0.333 0.333 - 0.605 =1.2711IZ0.7

14、87X、有名值為lz =0.787 SB 0.787 =104.33kA優(yōu)b忌10.5ich 、2Kchlz = 一2 1.8 4.33=11.01kA、簡(jiǎn)答題1采用分裂導(dǎo)線后線路電感變小，線路電容變大。2有名制：各物理量均用有名值表示。標(biāo)么值：各物理量均用標(biāo)么值表示。 采用標(biāo)么值計(jì)算有以下優(yōu)點(diǎn)：（1 ）簡(jiǎn)化計(jì)算公式；（2）容易判斷計(jì)算的正確性；（3）容易進(jìn)行設(shè)備特性的比較；3不對(duì)稱短路有兩相短路、兩相接地短路和單相接地短路。4雙繞組變壓器等值電路（以下兩者皆可）5電力線路等值電路/211Y_Y2_ 26小電流接地方式：（1 ）單相接地后非故障相對(duì)地電壓升高為線電壓，故線路絕緣應(yīng)按線電壓來(lái)設(shè)計(jì)

15、；（2）單相接地后三相電壓仍對(duì)稱，負(fù)荷仍能繼續(xù)用電，供電可靠性較高。（3）適用于60kV及以下的低壓配電系統(tǒng)。大電流接地方式的特點(diǎn)：（1）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)需斷開故障設(shè)備，中斷用戶供電，影響供電的可靠性；（2 ）單相接地短路時(shí)短路電流很大，將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和熱效應(yīng)，可能造成故障范圍的 擴(kuò)大和損壞設(shè)備。（3 ）巨大的接地電流將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生較強(qiáng)的單項(xiàng)磁場(chǎng)，對(duì)附近的通信線路和信號(hào)回路產(chǎn) 生電磁干擾。（4 ）中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，接地相對(duì)地電壓為零，未接地相對(duì)地相電壓基本不變，仍接近于相電壓。這樣，設(shè)備和線路對(duì)地的絕緣可以按相電壓決定，降低造價(jià),電壓等級(jí)越高，其經(jīng)濟(jì)

16、效益越明顯。7 有 3kV, 6kV, 10kV, 35kV, （60kV），110kV,（ 154kV），220kV, 330kV, 500kV 等電壓等級(jí)。用 電設(shè)備額定電壓和電力系統(tǒng)額定電壓相同?？紤]電網(wǎng)中有電壓損耗，為了盡量使用電設(shè)備在額定電壓下工作，發(fā)電機(jī)比電力系統(tǒng)額定電壓高5%。變壓器一次側(cè)相當(dāng)于用電設(shè)備，規(guī)定其額定電壓和電力系統(tǒng)額定電壓相同，二次側(cè)相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備，考慮到變壓器漏阻抗很大， 其額定電壓一般比電力系統(tǒng)額定電壓高10%。8電壓損耗是兩節(jié)點(diǎn)的電壓大小之差。電壓降落是兩節(jié)點(diǎn)的電壓相量之差。兩者概念不同。1解:_Y2Z =(rjXi)L =(0.1j0.4) 200 =20j

17、80門Y,2 =%2 =( j2.84 10-6 200)/2 二 j2.84 10*S：U 嚴(yán) QX2 113U210.2=0.49kV2 G: 10.5kVT1: 10.5/121kVT2: 110/38.5/11kVT3:35/6.6kV3解：T4:10kV/420VM : 6kVU1 72：U=10.2 0.49 =10.69kV4 解:（c ）零序網(wǎng)絡(luò) 一、簡(jiǎn)答題 1使用分裂導(dǎo)線的好 低或消除電暈放電現(xiàn)2 有 3kV, 6kV, 10kV,（154kV），220kV,j 3Xn jX bi,o X|,ok0T處有減小線路阻抗和降 象。級(jí)。用電設(shè)備額定電壓和電力系統(tǒng)額定電壓相同?？紤]電

18、網(wǎng)中有電壓損耗，設(shè)備在額定電壓下工作，發(fā)電機(jī)比電力系統(tǒng)額定電壓高5%。變壓器規(guī)定其額定電壓和電力系統(tǒng)額定電壓相同， 大，其額定電壓一般比電力系統(tǒng)額定電壓高35kV,（60kV），110kV, 330kV, 500kV等電壓等 為了盡量使用電次側(cè)相當(dāng)于用電設(shè)備， 二次側(cè)相當(dāng)于發(fā)電設(shè)備，考慮到變壓器漏阻抗很 10%。3有名制：系統(tǒng)所有參數(shù)和變量都以有名單位表示。標(biāo)幺制：系統(tǒng)所有參數(shù)和變量都以和它們同名基準(zhǔn)值相對(duì)的標(biāo)幺值表示，因此沒(méi)有單位4自然功率為忽略電力線路電阻和對(duì)地電導(dǎo)時(shí)，末端接阻抗大小等于波阻抗時(shí)電力線路傳輸?shù)墓β省．?dāng)遠(yuǎn)距離交流輸電線路輸送自然功率時(shí)，有以下特點(diǎn)：（1）電力線路各點(diǎn)電壓和電流

19、同相位；（2）電力線路各點(diǎn)電壓大小相等，電力線路各點(diǎn)電流大小相等；5高壓電力線路在空載時(shí)，每段電力線路阻抗消耗的無(wú)功功率小于該段電力線路對(duì)地電容所產(chǎn)生的無(wú)功功率，從而每段都要產(chǎn)生無(wú)功功率，造成無(wú)功功率由末端向首端傳送。根據(jù)無(wú)功功率由電壓高的地方向電壓低的地方傳輸，推理可知，線路末端電壓高于首端電壓。6（ 1）對(duì)于給定同一端功率和電壓的情況：從給定功率和電壓的一端向另一端逐步推算。因計(jì)算簡(jiǎn)單，步驟不再給出。（2）對(duì)于給定不同端功率和電壓的情況（一般為首端電壓和末端功率）：Step1:除給定電壓的節(jié)點(diǎn)外，其他節(jié)點(diǎn)電壓均設(shè)為額定電壓；Step2：從末端向首端計(jì)算功率分布，這里只計(jì)算功率分布；Step

20、3：從首端向末端計(jì)算電壓分布，這里只計(jì)算電壓分布；Step4：將上次電壓分布初值（計(jì)算值）和新的計(jì)算值進(jìn)行比較，是否達(dá)到收斂條件，如未達(dá)到，返回Step2，否則，進(jìn)行下一步。Step 5:輸出各節(jié)點(diǎn)電壓大小和各支路功率。7當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過(guò)短路回路總阻抗的10%時(shí)，就可以近似認(rèn)為此電源為無(wú)限大功率電源。無(wú)限大功率電源的內(nèi)阻抗為零，端電壓保持恒定。8進(jìn)行不對(duì)稱故障分析的步驟是：Step1 :根據(jù)短路類型列寫邊界條件方程；Step2 :將邊界條件方程中各相分量用相應(yīng)的序分量代替，并簡(jiǎn)化；Step3 :根據(jù)簡(jiǎn)化后的邊界條件方程組成復(fù)合序網(wǎng)；Step4 :根據(jù)復(fù)合序網(wǎng)求解電壓電流的各序分量；Step5 :將電壓電流的各序分量進(jìn)行合成即可得到電壓電流的各相分量。二、計(jì)算題1解：2 2l300上kr =1 - 燒 F 0.4 2.84 10-0.966r 3 132 2 2r；300260.032kx 亠 6b1(x1 一1 ) = 12.84 10(0.4) = 0.983l2& i2xmx160.4=13000.4 2.84 10J =1.008512Z =krrjjkrx=0.966 0.03 300 j0.983