电力系统稳态分析复习思考题.doc

1、第一章： 1、电力系统、电力网 答：电力系统是由 发电机、变压器、输配电线路和用电设备 按一定规律连接起来所组成的用于电能生产、变换输送分配和消费的系统。 电力网是由 变压器和输配电线路 组成的用于电能变换和输送分配的网络。 2、我国电力系统主要发电厂类型 答： 我国电力系统主要发电厂有火力发电厂、水电厂和核电厂。其中火电厂所占比例最大，其次为水电厂和核电厂。 3、对电能生产的基本要求 答：对电能生产的基本要求有保证供电的可靠性、良好的电能质量和运行的经济性。 4、电力系统负荷的分类及各类负荷对供电可靠性的 要求 答：电力系统负荷按照供电中断或减少所造成的危害的大小可以分为三级（三类） 一级负

2、荷（ I 类负荷）：指供电中断将造成设备损坏、人员伤亡、社会秩序混乱、人民生活受到很大影响并较长时间不能恢复、政治影响大的用户的用电设备。一级负荷在任何情况下都不允许停电； 二级负荷（ II 类负荷）：指供电中断或减少，将造成大量产品产量和质量下降、人民生活受到影响的用户的用电设备。二级负荷应尽可可能不停电； 三级负荷（ III 类负荷）：除一级和二级负荷外的负荷，三级负荷可以停电。 5、衡量电能质量的技术指标 答：衡量电能质量 的技术指标主要有 电压偏移、频率偏移和电压波形 。 6、 联合电力系统及其优越性 答： 通过联络线路将几个地方电力系统连接起来所形成的电力系统称为联合电力系统。联合电

3、力系统可以合理利用能源、减少系统备用容量、装设高效率的大容量机组，提高电力系统运行的经济性；系统间相互支援可以提高系统的供电可靠性； 系统容量越大抗干扰能力越强 ，可以减小系统受到干扰（负荷变化）时的频率波动和电压波动，提高电能质量。 7、电力系统的额定电压和平均额定电压 答：电力系统额定电压由国家综合应用和电器设备生产制造两方面的因素制定。（详见P9 表 1-1） 根据表 1-1 的规定， 属于同一电压等级的不同设备其额定电压并不完全相同 ，近似计算时可以认为同一电压等级的电气设备具有相同的额定电压，此额定电压就是平均额定电压。具体数值如下表所示 电压等级（ kV） 3 6 10 35 11

4、0 220 500 平均额定电压 (kV) 3.15 6.3 10.5 37 115 230 525 8、标出下图所示电力系统中发电机、变压器的额定电压（线路额定电压已标在图中） 答：上述电力系统中发电机、变压器的额定电压如下： G： 10.5KV ； T1： 10.5/242KV ； T2： 220/121/38.5KV ； T3： 35/6.3KV 9、电力系统接线图 答：电力系统接线图分为电气接线图和地理接线图两种。电气接线图表示电气设备之间的电气连接；地理接线图表示发电厂、变电站和电力用户之间的相对地理关系。 10、 电力系统接线方式 分类、特点及其适用场所 答：电力系统的接线方式分为

5、无备用接线方式和有备用接线方式两大类。 无备用接线方式指用户只能从一个方向获得电能的电力系统接线方式。包括单回路放射式、单回路干线 式、单回路链式。 有备用接线方式指用户可以从两个级以上方向获得电能的电力系统接线方式。包括双回路放射式、双回路干线式、双回路链式、两端供电式和环式。 无备用接线方式简单、投资小、运行维护方便，但供电可靠性差。适用于对供电可靠性要求较低的三级负荷的供电，在采取一定的提高供电可靠性的措施后（如采用成套配电设备、线路装设重合闸等）也可以用于对二级负荷的供电。 有备用接线方式电能质量号（环形接线在线路检修或事故时电能质量较差）、供电可靠性高，但投资大、保护装置复杂、运行维

6、护不如无备用接线方式方便不 方便。有备用接线用于对供电可靠性要求高的一级负荷和二级负荷的供电。 11、电力系统中性点及其运行方式分类 答：电力系统中星形接线的发电机和变压器的中性点称为电力系统的中性点。 电力系统中性点的运行方式分为直接接地、不接地和经阻抗接地（我国通常采用经消弧线圈接地）。 直接接地方式正常运行和发生故障时，各相对地电压不超过相电压，线路和电气设备的对地绝缘按承受相电压设计 ，可以降低电气设备和线路的绝缘投资，特别是在电压等级较高的情况下，效果尤为明显，但发生单相接地故障时，流过故障相的电流为 短路电流 ，需要切除电源，所 以 供电可靠性差 。直接接地方式用于 110kV 及

7、以上电力系统以减小投资费用，但需要通过其他措施来保证供电可靠性（通常采取的措施为架空线路 架设避雷线、线路装设自动重合闸装置 ） 不接地运行方式在发生单相接地故障时接地点流过线路电容电流 ，只要该电流未超过规定值，接地点不会出现电弧，不会对电力系统造成危害，并且 单相接地故障时线电压仍保持对称 ，不影响用电设备的正常运行，按照规程规定在发生单相接地故障时可以继续运行12 小时，所以 供电可靠性高 。但 单相接地故障时非故障相电压升高为线电压，线路和电器设备的对地绝缘需要按承受线电 压设计 ，投资较大。不接地方式主要用在 35kV 及以下单线接地电容电流未超过规定值的电力系统。 中性点经消弧线圈

8、接地方式用于 35kV 及以下单相接地电容电流超过规定值的电力系统。 12、中性点经消弧线圈接地运行方式的工作原理和补偿方式 答：中性点解消弧线圈接地的工作原理可用下图说明。 由电流相量图可以看到，由于消弧线圈的补偿作用，有消弧线圈时流过接地点的电流ALA III = ,适当选择消弧线圈的参数就可以使 AI AI (无消弧线圈时流过接地点的电流 )，并小于规定值，使接地点不出现电弧。 消弧线圈的补偿方式分为欠补偿、全补偿和过补偿。全补偿可能引起系统谐振，是严禁采取的补偿方式，欠补偿在系统运行方式变化时，可能转换为全补偿，所以也不采用，通常采用的补偿方式为过补偿。 第二章： 1、关于电力系统分析

9、计算的规定 答：电力系统稳态分析时，电力系统可以视为三相对称系统，只需要对其中一项进行分析计算，所以电力系统的等值电路（数学模型）为 单相等值电路 。 等值电路中电路参数为相参 数；但习惯上所标电压为线电压、功率为三相总功率。 功率采用复功率 jQPUIS += *3 表示，实部为三相总有功功率，虚部为三相总无功功率。 2、同步发电机的运行原图及稳态计算数学模型 不懂 答：隐极式同步发电机的运行原图如下图所示： 降低功率因数运行时：其运行范围受额定励磁电流限制；提高功率因数运行时：其运行范围受原动机最大出力限制；进相运行时：其运行范围受系统并列运行稳定性限制；其最小出力受机组运行稳定限制（主要

10、是锅炉燃烧稳定性限制）。 稳态分析时同步发电机的数学模型有以 下几种： 发电机定出力运行（发电机母线为 PQ 节点）：用恒定功率表示，约束条件为maxmin UUU ； 发电机恒压运行（平衡节点）：用恒定电压 U 表示 ,约束条件为 maxmin PPP 、maxmin QQQ ； 发电机恒有功、恒电压大小运行（ PV 节点）：约束条件为 maxmin QQQ 。 3、变压器等值电路（数学模型）及参数计算 （ 1）已知某 110KV 双绕组变压器铭牌数据 为： 006 3 0 0 1 2 1 / 1 0 . 5 9 . 7 6 5 2 % 1 . 1 % 1 0 . 5N K KS K V A

11、 K V P K W P K W I U、 、 、 、 、= = = = = 计算变压器的参数（归算到 110KV）； 画出变压器的 形等值电路。 解： 计 算变压器参数（归算到 110KV） )(2.193.61211000521000 2222 = nnKT SUPR )(2 4 43.61 2 11 0 05.101 0 0% 22 = nnKT SUUx )(1067.01 2 111 0 0 076.91 0 0 0 62220 SUSPG nnT = )(107.4121 3.6100 1.1100 % 6220 SUSIB nnT = 变 压器 形等值电路 （ 2）已知三绕组变压

12、器型号为 SFSL1-15000/110,容量比为 100/100/100，短路电压为 17(%)31 kU 、 6(%)23 kU 、 5.10(%)12 kU ，短路损耗为 KWPK 12031 、KWPK 12012 、 KWPK 9523 ， 空 载 损 耗 为 KWP 7.220 ，短路电流3.1(%)0 I 。试求归算至高压侧的变压器参数，并绘制其等值电路。 解： 1）变压器参数计算 电阻计算 KWPPPPKKKK 5.72)95120120(21)(21 2312311 KWPPPP KKKK 5.47)1 2 0951 2 0(21)(21 1323122 KWPPPP KKK

13、K 5.47)1 2 0951 2 0(21)(21 1223313 )(899.3151101000 5.721000 2 22211 nnKT SUPR )(5 5 4.2151 1 01 0 0 05.471 0 0 0 2 22222 nnKT SUPR )(554.2151101000 5.471000 222233 nnKT SUPR 电抗计算 25.6)5.10617(21( % ) ( % )( % )21( % )025.0)1765.10(21( % ) ( % )( % )21( % )75.10)6175.10(21( % ) ( % )( % )21( % )1223

14、31331231222331121KKKKKKKKKKKKUUUUUUUUUUUU)(72.86151 0 0 1 1 075.101 0 0( % ) 2211 nnKT SUUX )(42.50151 0 0 1 1 025.61 0 0( % )(01 0 0( % )2233222nnKTnnKTSUUXSUUX 电纳、电导计算 )(10611.1110100 153.1100 ( %) 6220 SU SIB n nT )(108 7 6.11 1 01 0 0 0 7.221 0 0 0 6220 SUPG nT 2）变压器等值电路 （ 3）已知自耦变压器型号为 OSFPSL-12

15、0000/220，容量比为 100/100/50，额定电压为220/121/11KV，变压器特性数据为：短路电压为 1.33(%)31 kU 、 6.21(%)23 kU 、35.9(%)12 kU （说明短路电压已归算到变压器额定容量之下）， KWPK 36631 、KWPK 45512 、 KWPK 34623 ，空 载损耗 为 KWP 25.730 ，短路电流346.0(%)0 I 。试求归算至高压侧的变压器参数，并绘制其等值电路。 解： 1）变压器参数计算 电阻计算 KWKWPP KK 146436644 3131 = 、 KWPP KK 4551212 、 KWKWPP KK 1 3

16、 8 43 4 644 2323 KWPPPP KKKK 5.267)1384455146421()(21 2312311 KWPPPP KKKK 5.187)14641384455(21)(21 1323122 KWPPPP KKKK 5.1 1 9 6)4 5 51 3 8 41 4 6 4(21)(21 1223313 )(8 9 9.01 2 02 2 01 0 0 05.2 6 71 0 0 0 222211 nnKT SUPR )(63.01 2 02 2 01 0 0 05.1 8 71 0 0 0 222222 nnKT SUPR )(02.41 2 02 2 01 0 0 0

17、 5.1 1 9 61 0 0 0 222233 nnKT SUPR 电抗计算 6 7 5.22)35.96.211.33(21( % ) ( % )( % )21( % )00 7 5.1)1.336.2135.9(21( % ) ( % )( % )21( % )4 2 5.10)6.211.3335.9(21( % ) ( % )( % )21( % )122331331231222331121KKKKKKKKKKKKUUUUUUUUUUUU)(4 8 8.911 2 01 0 02 2 06 7 5.221 0 0( % )(01 0 0( % )(0 4 4.421 2 01 0 0

18、2 2 04 2 5.101 0 0( % )22332222211nnKTnnKTnnKTSUUXSUUXSUUX 电纳、电导计算 )(10578.8220100 120346.0100 ( %) 6220 SU SIB n nT )(10513.12201000 25.731000 6220 SUPG nT 2） 变压器等值电路 说明：精确计算时，电压采用额定电压；近似计算时电压采用平均额定电压。 4、输电线路的等值电路 （ 1）输电线路的参数有哪些？各反映什么物 理现象？ 答：输电线路的参数有电阻、电抗（电感）、电纳（电容）和电导。 电阻 反映电流的热效应；电抗 反映电流的磁场效应；电纳

19、 反映电场效应；电导 反映输电线路的泄露损耗和电晕损耗。 电阻、电导为耗能参数；电抗、电纳为储能参数。 （ 2） 为什么要采用分裂导线？ 答：采用 分裂导线是为了减小线路的电抗 。 （ 3）输电线路进行全换位的目的是什么？ 答：输电线路进行 全换位的目的是使输电线路 各相 的参数（电抗、电纳）相等 。 （ 4）输电线路按长度分类方法 答：根据线路长度，线路可以分为短线路、中等长度线路和长线路。 短线路 线路长度小于 100km 的架空输电线路和电压不超过 10kV 的电缆线路； 中等长度线路 线路长度大于 100km，小于 300km 的架空输电线路； 长线路 长度大于 300km 的架空输电

20、线路。 （ 5）输电线路的等值电路 答：输电线路的电导一般可以忽略。 中等长度线路采用 形集中参数电路。短线路可以忽略电纳影响，用电阻与电抗串联的集中参数电路表示；长线路用修正后的 形集中参数电路表示。 （ 6） 已知 110KV 架空输电线路长度为 80km,三相导线平行布置，线间距离为 4m，导线型号为 LGJ 150，计算其参数并画出其等值电路。（ LGJ-150 导线计算外径为 17mm） 解： 由于线路为长度小于 100km 的短线路，线路的电纳和电导可以忽略不计，因而只需计算其电抗和电阻。 )(5426.1 mDm = 500（ cm） ，导线计算半径 )(5.8217 cmr =

21、 ,标称截面为)(150 2mmS = ，取导线的电阻率为 kmmm /.5.31 2= 。 )/(21.01 5 05.311 kmSr = )/(4 1 6.00 1 5 7.05.85 0 0lg1 4 4 5.01 kmx =+= 输电线路的总电阻和总电抗分别为： )(8.168021.01 = lrR 、 )(28.3380416.01 = lxX 输电线路的单相等值电路如图 （ 7）已知 220KV 同杆 双回 架空输电线路长度为 200km,三相导线平行布置，导线之间的距离为 6.0m，导线型号为 LGJ-300,求线路的集中参数，并画出其等值电路。（ LGJ-300 导线计算外

22、径 24.2mm） 解： 忽略双 回路之 间的 相互 影响 ， 则每 回线路 导线 之间 的几何 平均 距离为mDm 5.7626.1 = ， )(21.1242.2 cmr = ，标称截面为 )(300 2mmS = ，取导线的电阻率为 kmmm /.5.31 2= 。 则 单 位 长 度 线 路 的 电 抗 和 电 纳 分 别 为 )/(1 0 5.03 0 05.311 kmr =、)/(419.021.1750lg1445.01 kmx = 、 )/(1071.21021.1750lg58.7 661 kmSb =. 取 1= 、 9.0=m ，则输电线路的电晕临界相电压为： )(54

23、.171 KV= 大于线路的最高工作相电压 )(37.1333 05.1220 KV=，所以线路不会发生电晕现象，输电线路单位长度的电导 01=g 线路的集中参数为： )(5.102 200105.021 = lrR 、 )(9.412 2 0 04 1 9.021 = lxX 、 )(1084.1022 0 01071.22 461 SlbB = 、 021 = lgG 线路的等值电路为： （ 8）长度为 600Km 的 500KV 电力线路的结构如下： LGJ 4 400 分裂 导线，导线直径 28mm，分裂间距 450mm，三相导线水平排列，相间距离 13m，如下图所示。作出近似考虑电力

24、线路分布参数特性时的 形等值电路。（ LGJ-400 导线计算外径为 28mm） 解： 先计算电力线路每公里的电阻、电抗、电导和电纳。 )/(0 1 9 6 9.04004 5.311 kmSr = )(1 6 3 8 01 3 0 0 021 3 0 0 01 3 0 0 03 mmD m = )(1.2 0 64 5 024 5 04 5 01444 141312 mmddrdr eq = )/(279.040 1 5 7.01.2061 6 3 8 0lg1 4 4 5.00 1 5 7.0lg1 4 4 5.01 kmnrDx eq m )/(10989.3101.2061 6 3 8

25、 0lg58.710lg58.7 6661 kmSrDbeqm 计算电晕临界电压 crU 。取 24.4,4,0.1,9.0 nm ，则电晕临界电压为 eqmcr rDdrnrrmU lg1)2 9 8.01(3 8 8.44 21.17 5 0lg)0.121.1 2 9 8.01(21.10.19.03 8 8.44lg)2 9 8.01(3 8 8.44 +=+= rDrrmU mcr61.201 6 3 8lg45 4.124.41 4)0.14.1 2 9 8.01(4.10.19.03 8 8.44 )(1.470 KV 中间相电晕临界相电压为 )(6.44695.01.470 K

26、V ，假设 500KV 线路运行相电压为)(1.3033/525 KV ，由 于 1.3036.446 ，输电线路在晴天条件下不会发生电晕现象，所以 01g 。 近似考虑输电线路参数分布特性 8 6 6.036 0 0109 8 9.32 7 9.0131 26211 = lbxk r 66 0 0)2 7 9.0 109 8 9.30 1 9 6 9.0109 8 9.32 7 9.0(16)(126262112111 = lx brbxk x934.0= 033.11260010989.3279.01121 26211 =+=+= lbxk b )(23.106 0 00 1 9 6 9.

27、08 6 6.01 =lrk r )(35.1 5 66 0 02 7 9.09 3 4.01 =lxk x )(10472.260010989.3033.1 361 Slbk b = )(102 3 6.1104 7 2.2212 331 Slbk b = 近似考虑输电线路参数分布特性的形等值电路如图所示 5、电力系统的等值电路 （ 1）什么是有名制等值电路？有名制等值电路参数计算时应注意哪些事项？ 答：等值电路中各电路参数（电阻、电抗、电导、电纳）和变量（电压、电流、功率）都是有单位的物理量，则等值电路称为有名制等值电路。 采用有名制等值电路进行计算时，所有参数和变量应为归算到同一电压等级

28、的数值。参数及变量归算时，如变压器变比采用实际变比则为精确计算；如变压器变比采用平均额定 变比则为近似计算。 （ 2）什么是标幺值等值电路？标幺值等值电路参数计算时应注意哪些事项？ 答：等值电路中各电路参数和变量都采用没有单位的相对值（标幺值），这种等值电路称为标幺值等值电路。 采用标幺值等值电路进行计算时，所参数和变量应为 统一基准值之下的标幺值 。参数标幺值的计算方法有两种途径，一是先把所有参数和变量有名值归算到基本级，再利用基本级的基准值求标幺值；二是利用基本级的基准值和变压器的变比求出各电压等级的基准值，然后对参数和变量（未归算）取标幺值。 参数和变量有名值归算或各电压等级基准值计算时

29、，如果变 压器变比取实际变比，则为精确计算；如采用变压器平均额定变比进行计算则为近似计算。 （ 3）基准值的取法 答：稳态分析时电力系统的参数与变量只有 5 个，它们分别是阻抗（电阻、电抗）、导纳（电纳、电导）、电压、电流、功率（视在功率、有功功率、无功功率）。由于电路的基本关系有三个（ UIS 3= 、 IZU 3= 、ZY 1=,所以选择基准值时只需要指定任意两个电气量的基准值，其他三个电气量的基准值可以由基本关系式导出，通 常任意给定电压与功率的基准值 BU 和 BS 。此时电流、阻抗、导纳的基准值分别为B2BB SUZ3 = 、BBB USI、 2BBBB USZ1Y =。 （ 4）

30、某电力系统，接线如图 所示，各元件的技术参数标示于图中，不计变压器电阻、导纳和输电线路导纳，画出其等值电路，并计算 不懂 按变压器额定变比归算到 220KV 侧的有名制参数 按变压器平均额定变比归算到 220KV 侧的有名制参数 按变压器额定变比确 定的标幺制参数 按变压器平均额定变比确定的标幺制参数 【 LGJQ-400 的单位长度参数为： )/(4 0 6.008.011 kmjjxr ； LGJ-120 的单位长度参数为： )/(4 0 8.027.011 kmjjxr ； SSPL-120000/220 的额定变比为 220/38.5KV、短路损耗 KWPK 5.932 、短路电压 1

31、4(%)KU ； SFPSL-63000/220 的额定变比220/121/11;短路损耗 KWPK 1.37721 、 KWPK 04.46013 、 KWPK 06.25232 ；短路电压 15.15(%)21 KU 、 8.25(%)13 KU 、 77.8(%)32 KU 】 解： 1）按变压器额定变比计算参数有名制 输电线路 220KV 架空线路： 线路 1l ： )(2.8116200)406.008.0( jjjXR 线路 2l ： )(9.6012150)406.008.0( jjjXR 线路 3l ： )(9.6012150)406.008.0( jjjXR 35KV 架空线路：