電力工程基礎(chǔ)（其次版）孫麗華主編

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1-1什么是電力系統(tǒng)？建立聯(lián)合電力系統(tǒng)有哪些好處？

答：電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、輸配電線路和電力用戶組成的整體。建立聯(lián)合電力系統(tǒng)的優(yōu)點是：可以減少系統(tǒng)的總裝機容量；可以減少系統(tǒng)的備用容量；可以提高供電的可靠性；可以安裝大容量的機組；可以合理利用動力資源，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

1-2電能生產(chǎn)的主要特點是什么？對電力系統(tǒng)有哪些要求？

答：電能生產(chǎn)的主要特點是：電能不能大量存儲；過渡過程十分短暫；與國民經(jīng)濟各部門和人民日常生活的關(guān)系極為密切。

對電力系統(tǒng)的基本要求是：保證供電的可靠性；保證良好的電能質(zhì)量；為用戶提供充足的電能；提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

1-3我國規(guī)定的三相交流電網(wǎng)額定壓等級有哪些？用電設(shè)備、發(fā)電機、變壓器的額定電壓與同級電網(wǎng)的額定電壓之間有什么關(guān)系？為什么？

答：我國規(guī)定的三相交流電網(wǎng)額定壓等級，低壓有0.22/0.127kV、0.38/0.22kV和0.66/0.38kV；高壓有3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV和750kV。

用電設(shè)備的額定電壓規(guī)定與同級電網(wǎng)的額定電壓一致；發(fā)電機的額定電壓應(yīng)比同級電網(wǎng)額定電壓高5%；變壓器一次繞組的額定電壓，對于降壓變壓器，應(yīng)等于電網(wǎng)的額定電壓，對于升壓變壓器，應(yīng)等于發(fā)電機的額定電壓；變壓器二次繞的額定電壓，當(dāng)二次側(cè)供電線路較長時，應(yīng)比電網(wǎng)額定電壓高10%，當(dāng)變壓器二次側(cè)供電線路較短時，應(yīng)比同級電網(wǎng)額定電壓高5%。

1-4衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有哪些？簡述它們對電力系統(tǒng)的主要影響。

答：衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有：頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、高次諧波（波形畸變率）、三相不平衡度及暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓。

對電力系統(tǒng)的主要影響（略）。

1-5什么叫小電流接地系統(tǒng)？什么叫大電流接地系統(tǒng)？小電流接地系統(tǒng)發(fā)生一相接地時，各相對地電壓如何變化？這時為何可以暫時繼續(xù)運行，但又不允許長期運行？

答：中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)；性點直接接地（或經(jīng)低電阻接地）的系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)。

在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓升高3倍。此時三相之間的線電壓依舊對稱，因此用戶的三相用電設(shè)備仍能照常運行，但是，發(fā)生單相接地后，其運行時間不能太長，以免在另一相又發(fā)生接地故障時形成兩相接地短路。

1-6消弧線圈的補償方式有幾種？一般采用哪種補償方式？為什么？

答：消弧線圈的補償方式有全補償、欠補償和過補償，一般都采用過補償方式。由于在過補償方式下，即使電網(wǎng)運行方式改變而切除部分線路時，也不會發(fā)展成為全補償方式，致使電網(wǎng)發(fā)生諧振。同時，由于消弧線圈有一定的裕度，即使今后電網(wǎng)發(fā)展，線路增多、對地電容增加后，原有消弧線圈仍可繼續(xù)使用。

1-7為什么我國規(guī)定110kV以上的高壓電網(wǎng)和380/220V的低壓電網(wǎng)要采用大電流接地系統(tǒng)？各有什么優(yōu)點？答：大電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時中性點電位仍為零，非故障相對地電壓不會升高，仍為相電壓，因此電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電網(wǎng)的相電壓考慮，故可以降低工程造價。所以我國110kV及以上的電力系統(tǒng)基本上都采用中性點直接接地的方式。而在380/220V系統(tǒng)中采用中性點直接接地方式，主要是考慮人身安全問題，一旦發(fā)生單相接地故障，可以迅速跳開自動開關(guān)或燒斷熔斷絲，將故障部分切除。

1-8試確定圖1-12所示供電系統(tǒng)中發(fā)電機和所有變壓器的額定電壓。

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圖1-12習(xí)題1-8附圖

答：發(fā)電機G：10.5kV；變壓器T1：10.5/242kV；變壓器T2：10/3.3kV；變壓器T3：220/38.5kV；變壓器T4：220/121/38.5kV；變壓器T5：35/6.6kV

1-9某10kV電網(wǎng)，架空線路總長度70km，電纜線路總長度為16km。試求此中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的接地電容電流，并判斷此系統(tǒng)的中性點需不需要改為經(jīng)消弧線圈接地。

答：由于IC?(loh?35lcab)UN350?(70?35?16)?10350?18A?30A

因此，不需要改為經(jīng)消弧線圈接地。

其次章

2-1電力負(fù)荷按重要程度分為哪幾級？各級負(fù)荷對供電電源有什么要求？

答：電力負(fù)荷按對供電可靠性的要求可分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷和三級負(fù)荷三類。一級負(fù)荷應(yīng)由兩個獨立電源供電；二級負(fù)荷應(yīng)由兩回線路供電；三級負(fù)荷對供電電源無特別要求。

2-2何謂負(fù)荷曲線？試述年最大負(fù)荷利用小時數(shù)和負(fù)荷系數(shù)的物理意義。答：負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變動狀況的一種圖形。

年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax，是一個假想時間，在此時間內(nèi)，用戶以年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運行所消耗的電能恰好等于全年實際消耗的電能，年負(fù)荷曲線越平坦，Tmax值越大，年負(fù)荷曲線越陡；Tmax值越小。因此，Tmax的大小說明白用戶用電的性質(zhì)，也說明白用戶負(fù)荷曲線的大致趨勢。

平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值叫負(fù)荷系數(shù)，它是表征負(fù)荷變化規(guī)律的一個參數(shù)，其值愈大，說明負(fù)荷曲線愈平坦，負(fù)荷波動愈小。

2-3什么叫計算負(fù)荷？確定計算負(fù)荷的意義是什么？

答：計算負(fù)荷是根據(jù)已知的用電設(shè)備安裝容量確定的、用以按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電氣設(shè)備時所使用的一個假想負(fù)荷，計算負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)與實際變動負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。

確定計算負(fù)荷時為正確選擇供配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線、電纜、開關(guān)電器、變壓器等提供技術(shù)參數(shù)。2-4什么叫暫載率？反復(fù)短時工作制用電設(shè)備的設(shè)備容量如何確定？

答：暫載率是指設(shè)備工作時間與工作周期的百分比值。反復(fù)短時工作制用電設(shè)備的設(shè)備容量是指換算到統(tǒng)一暫載率下的額定功率。

對于吊車：是指統(tǒng)一換算到??25%時的額定功率，其設(shè)備容量Pe?2PN對于電焊機：是指統(tǒng)一換算到??100%時的額定功率，其設(shè)備容量Pe?PN

?N；

?N?SNcos?N?N

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2-5需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法各有什么計算特點？各適用哪些場合？

答：需要系數(shù)法計算較簡單，應(yīng)用較廣泛，但計算結(jié)果往往偏小，適用于容量區(qū)別不大、設(shè)備臺量較多的場合；二項式法考慮大容量用電設(shè)備對計算負(fù)荷的影響，主要適用于設(shè)備臺數(shù)較少而容量區(qū)別懸殊較大的的場合。

2-6什么叫最大負(fù)荷損耗小時？它與哪些因素有關(guān)？

答：年最大負(fù)荷損耗小時數(shù)實際上也是一個假想時間，在此時間內(nèi)，線路持續(xù)通過計算電流所產(chǎn)生的電能損耗，恰好與實際負(fù)荷電流全年在線路上產(chǎn)生的電能損耗相等。它與年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax和負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)。

2-7功率因數(shù)低的不良影響有哪些？如何提高企業(yè)的自然功率因數(shù)？

答：功率因數(shù)低將會引起線路的總電流增大，使供電網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和電能損耗增大；使供電網(wǎng)絡(luò)的電壓損失增大，影響負(fù)荷端的電壓質(zhì)量；使供配電設(shè)備的容量不能得到充分利用，降低了供電能力；使發(fā)電機的出力下降，發(fā)電設(shè)備效率降低，發(fā)電成本提高。

提高企業(yè)的自然功率因數(shù)的方法有：正確選用感應(yīng)電動機的型號和容量；限制感應(yīng)電動機的空載運行；提高感應(yīng)電動機的檢修質(zhì)量；合理使用變壓器；感應(yīng)電動機同步化運行。

2-8并聯(lián)電容器的補償方式有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？

答：并聯(lián)電容器的補償方式有高壓集中補償、低壓成組補償和分散就地補償（個別補償）。

高壓集中補償方式的投資較少，電容器組的利用率較高，能夠提高整個變電所的功率因數(shù)，但它的補償范圍小，只能補償6～10kV母線以前的線路上的無功功率，不能補償工業(yè)企業(yè)內(nèi)部配電線路的無功功率。

低壓成組補償方式的投資不大，運行維護便利，能夠減小車間變壓器的容量，降低電能損耗，其補償區(qū)大于高壓集中補償，能夠補償變電所低壓母線前的變壓器和所有有關(guān)高壓系統(tǒng)的無功功率。

分散就地補償方式的補償范圍最大，補償效果最好，能夠補償安裝地點以前的變壓器和所有高低壓線路的無功功率，但投資較大，且電容器組在被補償?shù)脑O(shè)備中止工作時也一并被切除，利用率較低。

2-9某工廠車間380V線路上接有冷加工機床50臺，共200kW；吊車3臺，共4.5kW（??15%）；通風(fēng)機8

臺，每臺3kW；電焊變壓器4臺，每臺22kVA（??65%，cos?N?0.5）；空壓機1臺，55kW。試確定該車間的計算負(fù)荷。

解：該車間的計算負(fù)荷如下表所示。

電力負(fù)荷計算表

序號12345設(shè)備容量/kW用電設(shè)備名稱臺數(shù)銘牌值冷加工機床吊車通風(fēng)機電焊變壓器空壓機小計負(fù)荷總計（K??0.9）503841662004.5248855換算值2003.52435.47550.160.150.80.350.850.50.50.80.350.81.731.730.752.680.75Kdcos?計算負(fù)荷tan?P30/kW320.52519.212.446.75110.87599.8Q30/kvar55.360.9114.433.2335.06138.96125.06S30/kVA160I30/A243.12-10有一條380V低壓干線，供電給30臺小批生產(chǎn)的冷加機床電動機，總?cè)萘繛?00kW，其中較大容量的電動機有10kW1臺，7kW3臺，4.5kW8臺。試分別用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法計算該干線的計算負(fù)荷。

解：用需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法所求計算負(fù)荷如下表所示。

電力負(fù)荷計算表（需要系數(shù)法）

用電設(shè)備名稱臺數(shù)設(shè)備容量/kWKdcos?tan?計算負(fù)荷3

P30/kW冷加工機床302000.160.51.7332Q30/kvarS30/kVA55.3663.94I30/A97.15電力負(fù)荷計算表（二項式系數(shù)法）

設(shè)備用電設(shè)備名稱臺數(shù)n/x設(shè)備容量二項式系數(shù)b/ccos?計算負(fù)荷tan??P/kWe?P/kWxP30/kW0.51.7342.2Q30/kvar73S30/kVA84.32I30/A128.1冷加工機床

30/520035.50.14/0.42-11有一條10kV高壓線路供電給兩臺并列運行的S9—800/10（D,yn11接線）型電力變壓器，高壓線路采用

LJ—70鋁絞線，水平等距離架設(shè)，線距為1m，長6km。變壓器低壓側(cè)的計算負(fù)荷為900kW，cos??0.8，Tmax?5000h。試分別計算此高壓線路和電力變壓器的功率損耗和年電能損耗。

解：（1）變壓器的功率損耗和電能損耗

Q30(2)?P30(2)tan??900?tan(arccos0.8)?675kvar

S30(2)?P30（2）cos??9000.86?1125kVA

變壓器的負(fù)荷率為：??11252?800?0.703

查附錄表A-1可知，S9-800/10型（Dyn11）變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)為：

?P0?1.4kW，?Pk?7.5kW，I0%?2.5，Uk%?5

則兩臺變壓器的功率損耗為：?PT?2(?P0???Pk)?2?(1.4?0.70322?7.5)?10.2kW

?QT?2?SN100(I0%??Uk%)?2?2800100(2.5?0.7032?5)?79.54kvar

由Tmax?5000h和cos??0.8查圖2-7得：??3650h。因此，兩臺變壓器的電能損耗為：

Wa?2(?P0?8760???Pk?)?2?(1.4?8760?0.703（2）線路的功率損耗和電能損耗

22?7.5?3650)?5.16?10kWh

4變壓器高壓側(cè)的計算負(fù)荷為：P30(1)?P30(2)??PT?900?10.2?910.2kW

Q30(1)?Q30(2)??QT?675?79.54?754.54kvarS30(1)?910.2?754.54S30(1)3UN22?1182.28kVA

I30??1182.283?10?68.26A

查附錄表A-12可知，LJ-70鋁絞線的r1?0.46Ω/km，Sav?1.25m時x1?0.358Ω/km（實際上

4

，因此線路的功率損耗為：Sav?1.26m）

?PWL?3I30RWL?102?3?3?68.2622?0.46?6?10?3?68.262?3?38.58kW

?3?QWL?3I30XWL?10?3?0.358?6?105?30kvar

線路的電能損耗為：?Wa??PWL??38.58?3650?1.41?10kWh

2-12某電力用戶10kV母線的有功計算負(fù)荷為1200kW，自然功率因數(shù)為0.65，現(xiàn)要求提高到0.90，試問需裝

設(shè)多少無功補償容量？假使用BW10.5—40—1W型電容器，問需裝設(shè)多少個？裝設(shè)以后該廠的視在計算負(fù)荷為多少？比未裝設(shè)時的視在計算負(fù)荷減少了多少？

解：（1）需裝設(shè)的BWF10.5-40-1W型并聯(lián)電容器容量及個數(shù)

QC?1200?[tan(arccos0.65)?tan(arccos0.9)]?822kvar

QCqC82240n???20.55取n?21

則實際補償容量為：QC?21?40?840kvar

（2）無功補償前后視在負(fù)荷的變化

補償前：Q30?P30tan??1200?tan(arccos0.65)?1403kvar

S30?P30cos?2?12000.65A?1846kV

??補償后：S30P30?(Q30?QC)2?12023?(1403?840)2A?1325.5kV

??1846?1325.5?520.5kV補償后視在負(fù)荷減少了：S30?S30A

2-13某降壓變電所裝有一臺Y,yn0聯(lián)結(jié)的S9—800/10型電力變壓器，其二次側(cè)（380V）的有功計算負(fù)荷為520kW，無功計算負(fù)荷為430kvar，試求此變電所一次側(cè)的計算負(fù)荷和功率因數(shù)。假使功率因數(shù)未達到0.9，問應(yīng)在此變電所低壓母線上裝多大并聯(lián)電容器容量才能達到要求？解：（1）變壓器一次側(cè)的計算負(fù)荷和功率因數(shù)

查附錄表A-1可知，S9-800/10型（Yyn0）變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)為：

?P0?1.4kW，?Pk?7.5kW，I0%?0.8，Uk%?4.5

S30(2)?5202?4302A?674.76kV

cos?(2)?P30(2)S30(2)?520674.76?0.77

??則變壓器的功率損耗為：

674.76800?0.843

5

由

s?bb?h?250?6060?8?2.79?2，故取K≈1。

則母線受到的最大電動力為

Fmax?3ish2ls?10?7?3?53.55?10Fmaxl10?3?2?1?1000250?10?7N?1986.7N

母線的彎曲力矩為：M??1986.7?1102N·m?198.67N·m

母線的截面系數(shù)為：W?bh6MWal2?0.06?0.0086198.6748?107?7m3?48?107?7m

3母線的計算應(yīng)力為：?c?鋁母線排的最大允許應(yīng)力?第五章

?Pa?4.14?10Pa

?6.9?10Pa＞?c，所以動穩(wěn)定滿足要求。

5-1熄滅電弧的條件是什么？開關(guān)電器中常用的滅弧方法有哪些？

答：滅弧的條件是去游離率大于游離率。開關(guān)電器中常用的滅弧方法有速拉滅弧法、冷卻滅弧法、吹弧滅弧法、長弧切短滅弧法、粗弧分細(xì)滅弧法、狹縫滅弧法、采用多斷口滅弧法和采用新型介質(zhì)滅弧法等。

5-2高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)和高壓負(fù)荷開關(guān)各有哪些功能？

答：高壓斷路器不僅能通斷正常負(fù)荷電流，而且能切斷一定的短路電流，并能在保護裝置作用下自動跳閘，切除短路故障；高壓隔離開關(guān)的主要功能是隔離高壓電源，保證人身和設(shè)備檢修安全，同時還具有倒閘操作和通斷小電流的功能；高壓負(fù)荷開關(guān)可以通斷一定的負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，有隔離開關(guān)的作用，但不能斷開短路電流。

5-3倒閘操作的基本要求是什么？

答：倒閘操作的基本要求是：合閘送電時，先合上隔離開關(guān)，再合上斷路器；跳閘斷電時，先斷開斷路器，再斷開隔離開關(guān)。

5-4低壓斷路器有哪些功能？按結(jié)構(gòu)型式可分為哪兩大類？

答：低壓斷路器既能帶負(fù)荷通斷電路，又能在線路發(fā)生短路、過負(fù)荷、低電壓（或失壓）等故障時自動跳閘。低壓斷路器按結(jié)構(gòu)型式分，有塑料外殼式和萬能式兩大類。

5-5熔斷器的主要功能是什么？什么是“限流〞式熔斷器？

答：熔斷器的主要功能是對電路及其設(shè)備進行短路或過負(fù)荷保護?！跋蘖鳕暿饺蹟嗥魇侵溉蹟嗥鞯臏缁∧芰軓?，滅弧速度很快，能在短路電流未達到?jīng)_擊值以前完全熄滅電弧。

5-6避雷器有何功能？有哪些常見的結(jié)構(gòu)型式？各適用于哪些場合？

答：避雷器用于防止雷電產(chǎn)生的過電壓沿線路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護設(shè)備的絕緣。避雷器按結(jié)構(gòu)型式分，有保護間隙、管型避雷器、閥型避雷器和金屬氧化物避雷器等。其中，保護間隙和管型避雷器一般用于戶外輸電線路的防雷保護，閥型避雷器和金屬氧化物避雷器主要用于變配電所的進線防雷電波侵入保護。

5-7Dyn11接線配電變壓器和Yyn0接線配電變壓器相比較有哪些優(yōu)點？

答：Dyn11接線變壓器能有效地抑制3的整數(shù)倍高次諧波電流的影響；Dyn11接線變壓器的零序電抗比Yyn0接線變壓器小得多，更有利于低壓側(cè)單相接地短路故障的切除；Dyn11接線變壓器承受單相不平衡負(fù)荷的能力遠比Yyn0接線的變壓器大。

5-8什么是電流互感器的誤差？電流互感器的常用接線方式有哪幾種？

答：電流互感器的誤差包括電流誤差（比值差）和相位誤差（角差）。電流誤差fi是二次電流的測量值乘以額定

?的相角差。?與I變流比Ki與一次電流數(shù)值差的百分?jǐn)?shù)；相位差?i是?I?21電流互感器常用的接線方式有一相式接線、兩相不完全星形接線、兩相電流差接線和三相完全星形接線。

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5-9什么是電壓互感器的誤差？電壓互感器的常用接線方式有哪幾種？

答：電壓互感器的誤差吧包括電壓誤差（比值差）和相位誤差（角差）。比值差fu是二次電壓的測量值乘以額??與U?的相角差。定變壓比Ku與一次電壓數(shù)值差的百分?jǐn)?shù)；相位差?u是?U215-10什么是高壓開關(guān)柜的“五防〞？固定式開關(guān)柜和手車式開關(guān)柜各有哪些優(yōu)缺點？

答：①防止誤跳、誤合斷路器；②防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)；③防止帶電掛接地線；④防止帶地線合閘；⑤防止誤入帶電間隔。

固定式開關(guān)柜具有價格低，內(nèi)部空間大，運行維護便利等優(yōu)點，但體積較大；手車式開關(guān)柜具有靈活性好、檢修安全、供電可靠性高、安裝緊湊和占地面積小等優(yōu)點，但價格較貴。

5-11對電氣主接線的基本要求是什么？電氣主接線有哪些基本形式？各有什么優(yōu)缺點？

答：對電氣主接線的基本要求是安全、可靠、靈活、經(jīng)濟。電氣主接線的基本形式有線路-變壓器單元接線、單母線接線、單母線分段接線、單母線帶旁路母線接線、雙母線接線、橋式接線等。

線路-變壓器單元接線的優(yōu)點是接線簡單，所用電氣設(shè)備少，配電裝置簡單，儉約投資。缺點是該單元中任一設(shè)備發(fā)生故障或檢修時，變電所要全部停電，供電可靠性都不高，只可供三級負(fù)荷。

單母線接線的優(yōu)點是接線簡單、使用設(shè)備少、操作便利、投資少、便于擴建。缺點是當(dāng)母線及母線隔離開關(guān)故障或檢修時，必需斷開全部電源，造成整個配電裝置停電；當(dāng)檢修一回路的斷路器時，該回路要停電。

單母線分段接線既保存了單母線接線簡單、經(jīng)濟、便利等優(yōu)點，又在一定程度上提高了供電的可靠性。但仍不能戰(zhàn)勝某一回路斷路器檢修時，該回路要長時間停電的顯著缺點，同時這種接線在一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線上的所有回路都要長時間停電。

單母線加旁路母線接線解決了出線斷路器檢修時的停電問題，但其缺點是需要增加一組母線、專用的旁路斷路器和旁路隔離開關(guān)等設(shè)備，使配電裝置繁雜，投資增大，且隔離開關(guān)要用來操作，增加了誤操作的可能性。

雙母線接線具有以下優(yōu)點：①輪換檢修母線而不致中斷供電；②檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時僅使該回路停電；③工作母線發(fā)生故障時，經(jīng)倒閘操作這一段停電時間后可迅速恢復(fù)供電；④檢修任一回路斷路器時，可用母聯(lián)斷路器來代替，不致于使該回路的供電長期中斷。

但雙母線接線也存在以下缺點：①在倒閘操作中隔離開關(guān)作為操作電器使用，簡單誤操作；②工作母線發(fā)生故障時會引起整個配電裝置短時停電；③使用的隔離開關(guān)數(shù)目多，配電裝置結(jié)構(gòu)繁雜，占地面積較大，投資較高。

橋形接線中四個回路只有三個斷路器，投資小，接線簡單，供電的可靠性和靈活性較高，適用于向一、二類負(fù)荷供電。

5-12電氣設(shè)備選擇的一般原則是什么？如何校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定？

答：電氣設(shè)備選擇的一般原則是：按正常工作條件選擇額定電流和額定電壓，按短路狀況進行校驗動穩(wěn)定校驗和熱穩(wěn)定。

電氣設(shè)備滿足動穩(wěn)定的條件是imax≥ish或Imax≥Ish；滿足熱穩(wěn)定的條件是Itt≥I?tima。

5-13某10/0.4kV車間變電所，總計算負(fù)荷為980kVA，其中一、二類負(fù)荷700kVA。試初步選擇該車間變電所變壓器的臺數(shù)和容量。

解：由于有一、二類負(fù)荷，所以應(yīng)選兩臺變壓器。變壓器容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件：

22ST?0.7S30?0.7?980?686kVA且ST?S30(I?II)?700kVA

查附錄表A-1，選兩臺10/0.4kV、S9—800kVA的變壓器。

5-14某廠的有功計算負(fù)荷為3000kW，功率因數(shù)為0.92，該廠6kV進線上擬安裝一臺SN10-10型斷路器，其主保護動作時間為1.2s，斷路器分閘時間為0.2s，其6kV母線上的Ik?I??20kA，試選擇該斷路器的規(guī)格。

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解：IW.max?P303UNcos??30003?6?0.92?313.8A

tima?tk?tpr?toc?1.2?0.2?1.4s

ish?2.55Ik?2.55?20?51kA

Sk?3UavIk?UUN3?6.3?20?218MVA

610Soc?SN?oc?500??300MVA

查附錄表A-15，選擇SN10—10II/1000型斷路器，設(shè)備具體參數(shù)及計算數(shù)據(jù)見下表。

高壓斷路器選擇表

安裝地點的電氣條件序號項目123數(shù)據(jù)6313.8218項目SN10—10II/1000101000300合格合格合格所選設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)論UW.max/kVIW.max/ASk/MVAUIN/kV/ANASoc/MV45

ish/kA25120?1.4imax/kA22Itt/（kA.s）80合格合格22I?tima/（kA.s）31.5?225-15試選擇圖5-63中10kV饋線上的電流互感器。已知該線路的最大工作電流為70A，線路上的短路電流為

Ik?4.6kA，繼電保護動作時間為2s，斷路器分閘時間為0.2s，電流互感器二次回路采用2.5mm2的銅心塑料線，互感器與測量儀表相距4m.。

解：（1）確鑿度校驗：查附錄表A-25，電流互感器二次側(cè)的負(fù)荷統(tǒng)計見下表：

電流互感器二次側(cè)負(fù)荷統(tǒng)計表儀表型式46L1-A46D1-WDS1總計二次線圈負(fù)荷（VA）A相0.350.60.51.45C相0.60.51.1圖5-63習(xí)題5-4附圖

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由上表知，其最大負(fù)荷為1.45VA。取Rtou=0.1Ω，則滿足確鑿度等級的連接導(dǎo)線電阻為

RWL?則連接導(dǎo)線（銅線）的截面為

SN2??Si?IN2RtouI2N22?10?1.45?5?0.1522?0.242?

A?lc?RWL?3?453?0.242?0.54mm2

按最小允許截面取1.5mm2的銅線。

（2）動穩(wěn)定校驗：ish?2.55Ik?2.55?4.6?511.73kA

2KesIN1?滿足動穩(wěn)定要求。

2?160?0.1?22.6kA?ish?11.73kA

（3）熱穩(wěn)定校驗：tima?tk?tpr?tQF?2?0.2?2.2s

(KtIN1)t?(90?0.1)?1?81kA滿足熱穩(wěn)定要求。

222?s?I?tima?4.6?2.2?46.55kA222?s

5-16某一降壓變電所內(nèi)裝有兩臺雙繞組變壓器，該變電所有兩回35kV電源進線，6回10kV出線，低壓側(cè)擬采用單母線分段接線，試畫出當(dāng)高壓側(cè)分別采用內(nèi)橋接線、外橋接線和單母線分段接線時，該變電所的電氣主接線單線圖。

解：變電所的電氣主接線單線圖分別為：

高壓側(cè)采用單母線分段接線第六章

高壓側(cè)采用內(nèi)橋接線

高壓側(cè)采用外橋接線

6-1在電力系統(tǒng)中繼電保護的任務(wù)是什么？對繼電保護的基本要求是什么？

答：繼電保護裝置的任務(wù)是：自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使其損壞程度盡可能減小，

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并最大限度地保證非故障部分迅速恢復(fù)正常運行；能對電氣元件的不正常運行狀態(tài)做出反應(yīng)，并根據(jù)運行維護的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出報警信號、減負(fù)荷或延時跳閘。

對繼電保護的基本要求是：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。

6-2什么是繼電保護的接線系數(shù)？星形、不完全星形和兩相電流差接線方式的接線系數(shù)有何不同？答：在繼電保護回路中，流入繼電器中的電流與對應(yīng)電流互感器的二次電流的比值，稱為接線系數(shù)。

星形接線和不完全星形接線方式無論發(fā)生何種相間短路，其接線系數(shù)都等于1，兩相電流差接線在正常運行或三相短路時的接線系數(shù)為

3，A、C兩相短路時的接線系數(shù)為2，A、B或B、C兩相短路時的接線系數(shù)為1。

6-3什么叫過電流繼電器的動作電流、返回電流和返回系數(shù)？

答：能使電流繼電器產(chǎn)生動作的最小電流，稱為繼電器的動作電流；能使電流繼電器返回到原始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流；同一繼電器的返回電流與動作電流的比值，稱為電流繼電器的返回系數(shù)。

6-4過電流保護裝置的動作電流和動作時間應(yīng)如何整定？如何提高過電流保護的靈敏度？

答：過電流保護裝置的動作電流必需滿足以下兩個條件：保護裝置的動作電流必需躲過線路上的最大負(fù)荷電流；保護裝置在外部故障切除后應(yīng)可靠返回到原始位置。

當(dāng)過電流保護的靈敏度不滿足要求時，可采用低電壓閉鎖的過電流保護來提高其靈敏度。6-5什么叫三段式電流保護？各段的保護范圍和動作時限是如何進行協(xié)同的？

答：由無時限電流速斷保護（稱作第Ⅰ段）、帶時限電流速斷保護（稱作第Ⅱ段）和定時限過電流保護（稱作第Ⅲ段）協(xié)同構(gòu)成整套保護，稱為三段式過電流保護。

第I段只能保護本線路（WL1）的一部分，保護范圍為l1?，動作時間t1?為繼電器的固有動作時間；第II段不僅能保護本線路（WL1）的全長，而且向下一級相鄰線路（WL2）延伸了一段，保護范圍為l1??，動作時限與下級線路

?Ⅰ段保護協(xié)同，即t1???t2??t；第III段不僅能保護本線路（WL1）和相鄰線路（WL2）的全長，而且延伸到再下

???一級線路（WL3）一部分，保護范圍為l1???，動作時限按階梯原則整定，即t1????t2??t。

6-6功率方向繼電器的作用是什么？寫出比幅式和比相式功率方向繼電器的動作方程，并說明這兩種比較原理的兩組比較量之間的對應(yīng)關(guān)系。

答：功率方向繼電器的作用是判斷功率的方向。對于正方向的故障，其功率為正值，功率方向繼電器動作；對于反方向的故障，其功率為負(fù)值，功率方向繼電器不動作。

?C??K??K?I??U?，D相位比較式功率方向繼電器的動作方程為：–90°≤arg≤90°（其中：CUKIK）?D??K?I??K?U?，??K?I??K?U?）?＞B?（其中：A幅值比較式功率方向繼電器的動作方程為：ABIKUKIKUK

??C??D??A?這兩種比較原理的兩組比較量之間的對應(yīng)關(guān)系是：?

???B?C?D??6-7什么叫功率方向繼電器的90°接線？

答：功率方向繼電器的90°接線方式，是指系統(tǒng)在三相對稱且功率因數(shù)為1的狀況下，接入功率方向繼電器的電流超前電壓90°的接線。

6-8大接地電流系統(tǒng)中發(fā)生接地故障時有哪些特點？

答：故障點的零序電壓最高，離故障點越遠，零序電壓越低，變壓器中性點接地處的零序電壓為0；零序電流的分布與中性點接地的位置和數(shù)目有關(guān)；故障點的零序功率最大。

6-9零序功率方向繼電器的電壓為什么反極性接入？它有動作死區(qū)嗎？為什么？

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答：功率方向繼電器只反應(yīng)被保護線路正方向接地短路時的零序功率方向。按規(guī)定的電流、電壓正方向，當(dāng)被

?約90°保護線路發(fā)生接地短路時，3I?0超前3U～110°，這時繼電器應(yīng)正確動作，并應(yīng)工作在最靈敏的條件下，亦即0繼電器的最大靈敏角為–90°～–110°。而當(dāng)前，在電力系統(tǒng)中實際使用的零序功率方向繼電器都是把最大靈敏角制成

?70o70o～85o，即當(dāng)從其正極性輸入的3I?0滯后于按正極性端子輸入的3U～85o時，繼電器最靈敏。為此在使用零序0功率方向繼電器時，若以正極性端接入繼電器電流線圈的極性端，則必需以負(fù)極性端接入繼電器電壓線圈的極性端，

?滯后U???3U?，此時I?70o這時接入繼電器的電流和電壓分別為：I?K?3I?0，U，即?K??s?70?，這就KK0K保證了正方向發(fā)生接地故障時繼電器工作在最靈敏的狀態(tài)下。

6-10距離保護的基本原理是什么？由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？

答：距離保護是反應(yīng)保護安裝處至故障點的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠近而確定是否動作的一種保護裝置。

?，它接近于額定電壓，測量到的電流為負(fù)荷電流I?，則比值系統(tǒng)正常工作時，保護安裝處測量到的電壓為UwL?，測量到的??基本上是負(fù)荷阻抗，其值較大。當(dāng)系統(tǒng)短路時，保護安裝處測量到的電壓為剩余電壓UUwIL?ZLk?I??Z為保護安裝處至短路點之間的阻抗，也稱為短路阻抗，其值較小。因此，電流為短路電流I?k，則比值Ukkk利用電壓和電流的比值，不但能明白地判斷系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)和短路狀態(tài)，還能反映短路點到保護安裝處的距離。

距離保護裝置一般由起動元件、測量元件和時間元件三部分組成。起動元件的作用是在被保護線路發(fā)生短路時馬上起動保護裝置；測量元件的作用是用來測量短路點到保護安裝處的距離，并判斷短路故障的方向；時間元件的作用是用來建立距離保護第II、III段的動作時限，以獲得其所需要的動作時限特性。

6-11變壓器差動保護產(chǎn)生不平衡電流的原因是什么？如何減小不平衡電流？

答：產(chǎn)生不平衡電流的原因有：由變壓器兩側(cè)繞組接線不同而產(chǎn)生的不平衡電流；由電流互感器計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流；由兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流；由帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流；由變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流。

減小不平衡電流的措施有：將變壓器星形側(cè)的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個電流互感器接成星形；采用具有速飽和鐵心的差動繼電器；整定計算時引入同型系數(shù)等。

6-12微機保護裝置的硬件構(gòu)成分為幾部分？各部分的作用是什么？

答：微機保護裝置的硬件構(gòu)成可分為六部分，即數(shù)據(jù)采集部分、微型計算機部分、輸入輸出接口部分、通信接口部分、人機接口部分和電源部分。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是將模擬量輸入量確鑿地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量；微型計算機系統(tǒng)是微機保護裝置的核心，主要由微處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、接口芯片及定時器等組成；輸入輸出接口是微機保護與外部設(shè)備的聯(lián)系部分；通信接口是實現(xiàn)變電站綜合自動化的必要條件，因此，每個保護裝置都帶有相對標(biāo)準(zhǔn)的通信接口電路；人機接口部分主要包括顯示、鍵盤、各種面板開關(guān)、打印與報警等，其主要功能用于調(diào)試、整定定值與變比等；供電電源工作的可靠性是確保直接影響著微機保護裝置的可靠性，尋常采用逆變穩(wěn)壓電源。

6-13微機保護有哪些算法？各種算法的特點是什么？

答：微機保護中采用的算法好多，但可歸納為兩類。一類是根據(jù)輸入電氣量的若干采樣點通過一定的數(shù)學(xué)式或方程式計算出保護所反映的量值，然后與整定值進行比較；另一類算法是不計算具體量值，而是根據(jù)若干采樣點值與整定值相結(jié)合，直接建立保護動作方程來判斷是否在保護動作區(qū)內(nèi)。常用的第一類算法有兩點乘積算法、半周積分算法、傅氏算法、最小二乘方算法、微分方程算法等；常用的其次類算法有負(fù)序分量算法、繼電器特性算法、相電流突變算法等。

兩點乘積算法所和半周積分算法的運算量較小，所用的數(shù)據(jù)窗長度分別為1/4周期和1/2周期，但只能用于提供給算法的原始數(shù)據(jù)為純凈弦函數(shù)的理想采樣值，且必需和數(shù)字濾波器協(xié)同使用；傅氏算法用于輸入量為周期函數(shù)，該算法具有較強的濾波作用，所用的數(shù)據(jù)窗較長，為一個基波周期；最小二乘方算法用于輸入量為隨機函數(shù)，該算

21

法的精度高，濾波性能好，但計算時間長；微分方程算法可以不必濾除非周期分量，只要求低通濾波，因而算法的總時窗較短，且不受電網(wǎng)頻率變化的影響。需要指出，微分方程算法只能用于計算阻抗，因此多用于線路保護中，而傅氏算法、最小二乘方算法還常應(yīng)用于元件保護、后備電流電壓保護以及一些相序分量組成的保護中。

6-14提高微機保護可靠性的措施有哪些？

答：微機保護的可靠性主要是抗干擾問題。防止干擾進入微機保護裝置的主要措施有：接地的處理，屏蔽與隔離，濾波、退耦和旁路，對供電電源的要求，合理地分派和布置插件；抑制竄入干擾影響的軟硬件措施有：采樣數(shù)據(jù)的干擾辯識，出口密碼校核，復(fù)算校核，程序出軌的自恢復(fù)；裝置故障的自檢包括：CPU的檢測，RAM的檢測，EPROM的檢測，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測，出口通道的檢測和成組功能的檢測。

6-15

已知兩相電流差接線的過電流保護在三相短路時的一次動作電流為I(3)op，靈敏系數(shù)為K(3)S?IkI(3)(3)op，

試證明：

（1）當(dāng)AB或BC兩相短路時，

(2)Iop?(3)3Iop，K(2)S?IkI(2)(2)op?0.5K(3)S；

（2）當(dāng)AC兩相短路時，Iop?(2)322）(3)Iop，K（?KS。S(3)解：三相短路時，Kw?3，繼電器的動作電流為：Iop.K?KwKiIop?(3)3Ki(3)Iop

（1）當(dāng)AB或BC兩相短路時，Kw?1，

繼電器的動作電流為：Iop.K?KwKiIop?(2)1Ki(2)Iop

由

3KiIop?(3)1Ki(2)Iop得：Iop?(2)3Iop

(3)3而I(2)k?32I(3)k∴K(2)S?II(2)k(2)op?2(3)3IopIk(3)?Ik2I(3)(3)op?0.5KS(3)

（2）當(dāng)AC兩相短路時，Kw?2，KwKi2Ki32繼電器的動作電流為：Iop.K?Iop?(2)(2)Iop

由

3KiIop?(3)2Ki(2)Iop得：Iop?(2)Iop

(3)3∴K(2)S?II(2)k(2)op?232Ik(3)?Iop(3)Ik(3)(3)Iop?KS(3)

22

6-16某前、后兩級反時限過電流保護都采用兩相兩繼電器接線和GL—15型過電流繼電器。后一級繼電器的動作電流為5A，10倍動作電流的動作時限為0.5秒，電流互感器變比50/5A，前一級繼電器的動作電流也為5A，電流互感器變比75/5A，末端三相短路電流Ik解：設(shè)供電系統(tǒng)如下：

k點短路時

k(3)?450A，試整定前一級過電流保護10倍動作電流的動作時限。

~Ik?1KA175/5KA250/5KA2

中

的

電

流

為

：

?(2)?IkKw(2)Ki(2)50/5?450?45A

?(2)對KA2的動作電流倍數(shù)為：n?Ik2?(2)IkIop(2)?455?9

??0.51s由n2?9和KA2的整定時間t2?0.5s可得KA2的實際動作時間為：t2?所以KA2的實際動作時間為：t1???t?0.51?0.7?1.21s?t2k點短路時KA2中的電流為：Ik?(1)?Kw(1)Ki(1)Ik?175/5305?450?30A

?(1)對KA1的動作電流倍數(shù)為：n?則Ik1?(1)IkIop(1)??6

由n1?6和t1??1.21s，查曲線得KA1的10倍動作時間為：t1?1.1s

6-17如圖6-72所示35kV系統(tǒng)中，已知A母線處發(fā)生三相短路時的最大短路電流為5.25kA，最小短路電流為2.5kA，線路AB、BC的長度分別為50km和40km，單位長度電抗取0.4Ω/km。試求：（1）保護1的電流I段的整定值及最小保護范圍；

（2）保護1的電流II段的定值及靈敏系數(shù)。

圖6-72習(xí)題6-17附圖

解：XS.max?Uav3IkA.min?373?2.5?8.54?，XS.min?Uav3IkA.max?373?5.25?4.07?

（1）線路AB末端的最大三相短路電流Ik.B.max為

(3)Ik.B.max?(3)U3(XavS.min?XAB)?373(4.07?0.4?50)kA?0.887kA

取Krel?1.3，則保護1的電流I段動作電流為