供电技术习题及答案Word文件下载.docx
《供电技术习题及答案Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《供电技术习题及答案Word文件下载.docx（65页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2电力输送多采用高压，这样可以提高输送功率，加大输送距离。
换句活说，输送同样功率的电能在采用高压时，可相应减少输电线路中的电流，因而减少线路上的电能损失和电压损失，提高输电效率和供电质量。
同时，导线截面亦随电流的减小而减小，节省了有色金属。
所以，从发电厂发出的电能，除供给附近用户直接用电外，一般都经过升压变电所变换为高压电能，经远距离输送后，再经降压变电所变为低压电能，供用户使用。
3高压输电的电压随国民经济的需要和电力技术的发展而不断提高。
对于中短距离一般采用35kv输电；
对于长距离、大容量则采用110、330、500kV输电。
国内近年来已有数条750kV超高压输电线路投入使用。
用于1100kV、1500kV的超高压输电设备亦在试制中。
4矿山用电设备，由于功率、安全、制造工艺及经济性等原因，其额定电压多采用低压，如127、220、380、660、1140V等，只有大型设备，才采用6kV高压。
随着矿井10kV下井的研究和实现，额定电压为10kV的电气设备也已问世。
变、配电所的运行人员，应尽量保持供用电系统在额定电压或规定的电压范围内运行。
当线路电压高于额定值所规定的范围时，有的设备（如移相电容器将因过压而损坏；
有的设备（如变压器、电动机等将因磁饱和而引起激磁电流增加使总电流加大，造成设备过热损坏
或缩短使用寿命；
有的设备（如避雷器、熔断器等在动作时产生的电弧由于电压高、电压恢复速度快而难以熄灭。
电气设备在低于额定电压或规定的范围内运行时，照明负荷的照度及效率降低；
感应电动机输出功率降低，电流增加、温度升高，大大影响其使用寿命；
线路及变压器由于要输送同样的功率，电流必然增大，结果二者的损耗都增加，输送效率大大降低。
1-3提示：
从服务对象、电压等级、供电距离、供电容量等四方面考虑。
1-41．双回路供电系统
双回路属于有备用系统的结线，分双回路放射式和双回路干线式两种，其中双回路干线式因继电保护复杂，故障停电机会多而应用较少。
双回路放射式，就是从电源向各负荷分别引两条独立输电线的供电方式。
其优点是供电可靠性高，运行灵活，电压损失小；
缺点是线路总长度长，电源出线回路多，所用开关设备多，因而投资较大。
这种系统主要适用于大容量或孤立的一、二级负荷。
2．环形供电系统
环形也属于有备用系统的结线，它是一种从电源引出输电线，沿途串接各负荷点后又回到电源的供电方式。
由于是一个闭合的电网，故称为环形电网。
环形系统所用开关设备和线路长度都比双回路放射式少，每一负荷点均由两条线路供电，故供电可靠性较高。
环形电网若闭环运行，则过载能力强，电压损失小，但继电保护整定较复杂。
因此，环形电网一般采用开环运行方式，此时导线截面应按单回路供电选择，亦要考虑在电源附近段故障时担负全部环内负荷，故大大增加了有色金属的消耗量。
这种供电系统适用于若干彼此相距不远，容量相差不大，而都离电源较远的一、二级负荷。
3．单回路放射式供电系统
单回路放射式属无备用系统的结线，实际上就是以电源或变电所母线为中心，向各负荷点分别引出独立输电线的供电方式。
单回路放射式的主要优点是供电线路独立，出故障时互不影响，停电机会少，继电保护简单，动作时间短，便于实现自动化等占‘其缺点是电源出线回数较多，所需开关设备也多，因而投资较大。
另外，供电可靠性较低，使其应用受到很大限制。
这种供电系统适用于容量较大的分散性三级负荷和较次要的二级负荷。
4．单回路干线式供电系统
这种供电系统也属无备用系统，有直联型和串联型两种形式。
直联型干线式线路，就是从干线上直接接出分支线引入各负荷点的供电方式，如图1-1所示。
它的优点是电源出线少，能节省高、低压开关设备，使投资减少；
线路总长度短，造价较低，由于各负荷点的高峰用电期一般不同时，因而线路电压波动和电能损失都比较低。
其缺点是由于前段线路公用，增加了故障停电机会，因而供电可靠性低，为了有选择地切除线路故障，继电保护的动作时间也就逐级增加，从而延长了故障存在的时间。
这种系统一般只适用于一定数量的若干个成直线分布的三级负荷。
串联型干线式线路采用的联接方法是：
干线经隔离开关联于负荷1的母线上，再由负荷1的母线经隔离开关引出，再经隔离开关联于负荷2的母线上„„，余类推，如图1-2所示。
这种线路实际上是直联式的改进型式。
这样改进后可以缩小故障停电的范围，提高供电系统的可靠性。
故障检修时可利用隔离开关的操作使故障点前的各负荷点不至于长时间停电。
它的缺点是增加了开关设备，而且故障不易寻找，其应用范围基本上同直联型。
图1-1直联型干线式线路图1-2串联型干线式线路
1-5对于具有两回电源进线，两台降压变压器的矿井终端总降压变电所可采用桥式结线。
它实质上是用一座由一台断路器和两台隔离开关横联跨接的“桥”，来联接两个35～110kV“线路一一变压器组”的高压侧，从而用较少的断路器组成一个可靠性较高的，操作灵活的双回路变、配电系统。
桥式结线根据跨接桥横联位置的不同，可分为内桥、外桥和全桥三种。
1．内桥结线
这种接线的跨接桥靠近变压器侧，桥断路器装在线路断路器之内，变压器回路仅装隔离开关，由三台断路器构成“”形，故称为内桥。
内桥结线提高了变电所供电的可靠性，倒换线路操作方便，设备投资与占地面积较少，缺点是倒换变压器和扩建成全桥不如外桥方便，故适用于进线距离长，线路故障多，变压器切换少，高压侧无穿越功率的终端变电所。
2．外桥结线
这种接线的跨接桥靠近线路侧，桥断路器装在变压器断路器之外，进线回路仅装隔离开关，由三台断路器构成“”形，故称外桥。
外桥结线倒换变压器操作方便，易于过渡到全桥结线，且投资少，其运行的灵活性与供电的可靠性和内桥结线类似；
它的缺点是倒换线路不方便，故适用于进线距离短，主变压器需经常切换的矿井终端变电所。
3．全桥结线
这种结线，跨接桥居中，进线回路与变匿器回路均装有断路器，由五台断路器构成“H”形，故称为全桥。
全桥结线适应性强，供电可靠性高，操作方便，运行灵活，并易于发展成单母线分段的中间变电所；
它的缺点是设备多，投资大，变电所占地面积大，故适用于负荷较大，对供电要求较高的大型矿井终端变电所。
1-6提示：
应考虑电源条件、运行方式、负荷性质与分布、矿井产量、瓦斯含量及涌水量等因素。
1-7电力系统中性点接地方式分为中性点直接接地（又称大电流接地系统和中性点不接地或经消弧线圈接地（又称小电流接地系统两种接地方式，各接地方式的特点如下：
1．中性点直接接地系统
这种系统的优点是：
当发生单相接地时，非故障两相的电压不升高，由于接地电流非常大，不会发生间歇性电弧，同时内部过电压倍数较小，因而可以降低对线路绝缘水平的要求。
由于单相接地就是单相短路，短路电流较大，保护装置迅速而可靠地动作，缩短了故障存在的时间。
缺点是：
因短路电流大，开关及电气设备有时要选用较大的容量或规格。
当发生短路时若未能及时切除，会严重影响整个系统的稳定性，而且对通讯的干扰强烈，故常用于110kV及以上的电网。
对于380V低压电网，由于用户需要380V和220V两种电压等原因，故也采用中性点直接接地系统。
2．中性点不接地系统
这种系统在正常工作时供电变压器的中性点，不接地。
对于短距离低压输电线，它的对地电容较小，发生接地故障时入地电流较小，对通讯线的干扰也较小，瞬时性接地故障往
往能自动消除；
对于长距离高压输电线，由于线路对地电容较大，单相接地电容电流较大时（6kV系统达30A，35kV系统大于10A，接地处容易发生间歇性电弧，在电网中引起高频振荡产生过电压，使电网对地绝缘较低处发生接地短路故障，因而对接地电流值有一定的限制规定。
中性点绝缘系统的缺点是：
当发生单相接地时，
无故障两相的对地电压升为相电压的（即升为线电压，危及相间绝缘，易造成两相接地短路，当单相接地电容电流较大时，易产生间歇性电弧接地过电压，而且内部过电压的倍数也较高。
这冲系统的优点是：
一相接地时，接地电流小，保护装置不动作，电网还可以继续运行一段时间，待作好准备后故障线路再停电。
由于3～60kV电网在供电系统中占的比重很大，如果采用接地系统，则一相接地就会导致停电，降低了供电的可靠性，故我国3～60kV电网均采用中性点不接地系统。
3．中性点经消弧线圈接地系统
这种系统主要是利用消弧线圈（电抗器的感性电流补偿电网对地的电容电流，可减小单相接地时接地点的电流，不产生电弧，避免发生电弧接地过电压。
完全补偿的条件是31/LCωω=，为了避免电网参数改变时产生串联谐振，一般采取过补偿运行。
这种系统的缺点是：
因要根据运行网路的长短决定消弧线圈投入的数量与地点，故系统运行较复杂，设备投资较大，实现选择性接地保护困难。
1-8如图1-3所示，为变压器中性点经消弧线圈L接地的供电系统。
当三相线路对地分布电容不对称或出现一相断线时，线路参数不再是对称的，因此负载中性点将发生位移，导致0点与'
0点之间出现电位差。
由于线路参数的变化使C与L的关系恰好符合公式
1/0LCωω-=时，在电压UOO´
的作用下，线路对地回路将发生消弧线圈与对地分布电容的
串联谐振。
回路一旦出现串联谐振，由于总阻抗几乎为零，故即使UOO´
的数值不大，回路中也会流过很大的电流0i，0i
流过消弧线圈L，产生较大的压降，使变压器中性点0对地呈现高电位，极易损坏变压器的对地绝缘。
图1-3对地回路的串联谐振示意图
第二章负荷计算与功率因数计算
（各题后括号中的“*”，“”和“+”分别表示解答，提示和不给答案三种形式）2-1目前电力负荷计算有哪几种主要的计算方法?
简述其特点及应用范围。
（*2-2企业的年耗电量与年电能损耗在计算上有何不同?
原因是什么?
（*
2-3在变电所运行过程中，应采取哪些措施来降低线路与变压器的功率损耗?
（*2-4一个变电所的运行方案，应根据哪些条件确定?
试举例分析?
（△
2-5功率因数过高或过低对用户各有何危害?
最佳补偿方案应考虑什么条件?
2-6提高功率因数有哪些方法?
其中人工补偿有哪几种类型?
各有何优缺点?
2-7试分析采用电容器进行并联补偿和串联补偿的特点及用处，为什么在并联补偿中10kV及以下线路的补偿电容器组常按三角形接线?
2-8什么叫电力设备的经济运行?
什么叫无功功率经济当量?
怎样确定两台变压器的经济运行方案?
2-9某年产90万吨原煤的煤矿，其供电设计所需的基本原始数据如下：
矿年产量：
90万吨；
服务年限：
75年；
矿井沼气等级：
煤与沼气突出矿井；
立井深度：
0.36km；
冻土厚度：
0.35m；
矿井地面土质：
一般黑土；
两回35kV架空电源线路长度：
L1＝L2＝6.5km；
两回35kV电源上级出线断路器过流保护动作时间：
t1＝t2＝2.5s；
本所35kV电源母线上最大运行方式下的系统电抗：
Xs.min＝0.12（Sd＝100MVA）；
本所35kV电源母线上最小运行方式下的系统电抗：
Xs.max＝0.22（Sd＝100MVA）；
井下6kV母线上允许短路容量：
Sal＝100MVA；
电费收取办法：
两部电价制，固定部分按最高负荷收费；
本所35kV母线上补偿后平均功率因数要求值：
cosφ′35.a≥0.9；
地区日最高气温：
θm＝44℃；
最热月室外最高气温月平均值：
θm.o＝42℃；
最热月室内最高气温月平均值：
θm.i＝32℃；
最热月土壤最高气温月平均值：
θm.s＝27℃。
全矿负荷统计分组及有关需用系数、功率因数等如表2－1所示。
表2－1全矿负荷统计分组表
注1：
线路类型：
C--电缆线路；
k--架空线路。
注2：
电机型式：
Y--绕线异步；
X--鼠笼异步；
D--直流；
T--同步。
试对该矿地面35／6kV变电所初步设计中的负荷计算、主变压器选择、功率因数补偿及供电系统拟定等各内容进行设计计算。
思考题选答：
2-1目前电力负荷计算的主要方法有需用系数法、单位产品电耗法、二项式法和利用系数法等。
电气计算负荷caP一般采用的是在最大负荷班里出现的30分钟时间间隔的电气负荷最大平均值maxP，各种计算方法力图使caP接近maxP
。
因为30分钟是从较小截面导体的允许发热为前提所规定的，所以，即使是caP等于maxP
时也可能比实际的负荷大。
这说明30分钟时间间隔的规定有待于进一步的改进。
1．需用系数法
变电所各设备的实际负荷总容量总是小于其联接设备（不包括备用的额定总容量，二者的比值称为需用系数，根据联接于变电所的设备总容量及需用系数来计算变电所电气负荷的方法称需用系数法。
其基本公式如下：
cadN
iPKP=∑kW（1需用系数法是当前通用的求计算负荷的方法，由于简单易行，为设计人员普遍接受，矿山变电所的负荷计算均用此法。
各类设备及设备组的需用系数来源于大量的实际测定组统计计算。
但这种方法的缺点是把需用系数xK，看作是一个与一组设备中设备的多少及设备容量悬殊情况都无关的固定值，这是不严格的。
实际上，只有当设备台数足够多，总容量足够大，又没有特大型用电设备时，dK的值才能趋向一个稳定的数值。
所以该法较适用于矿井变电所及大型车间变电所的负荷计算。
2．单位产品电耗法
这是一种近似的估算法，在有已投产的性质相似、规模相等的矿井或企业作为参考时，它是一种简单而实用的方法。
在作初步设计，特别是方案估算时，使用起来比较方便。
单位产品电耗法的基本作法是已知矿井的年产量ｍ及单位产品电能消耗量ｗ，先用下式求出矿井年电能需要量nW
nWmω=kW·
h（2
再据最大负荷年利用小时丁maxT（中型矿井maxT=3000ｈ～5000h用下式求出计算负荷的估计值
max/canPWT=kW（3
所谓最大负荷年利用小时，就是按最大负荷来输送用户全年实际消耗的电能所需要的时间。
3．二项式法
需用系数法没有考虑少数容量特别大的设备对计算负荷有较大的影响，因而在确定联接设备台数不太多的车间干线或支干线的计算负荷时，结果往往偏小。
二项式法是用两个系数来表征负荷变化的规律，把计算负荷看作由两个分量组成，一个分量是平均负荷，另一个分量是若干台大型设备参与计算时对平均负荷造成的参差值，利用等效台数来固定地反应大型设备的影响，但由于过份突出大型设备对电气负荷的影响，故计算结果往往偏大。
用二项式法确定计算负荷的基本公式如下：
caNXPbPcP=∑+，kW
式中NbP∑-用电设备组的平均负荷，kW；
XcP一表示该组中几台最大容量设备运行时的附加负荷，XP为几台最大容量设备的总容量，kW，b，c-二项式系数，可查表求得。
目前二项式法还缺乏充分的理论根据，在对某些台数和容量范围的设备进行计算时，有可能得出一些矛盾的结论。
二项式系数是机械部门根据实际测定，统计而总结出来的，因而仅限予机械行业。
需要指出，采用二项式法计算时，应注意将计算范围内的所有用电设备统一分组，不应逐级计算后再代数相加，并且计算的最后结果不再乘以最大负荷同时系数maxsiK∙。
因为由二项式法求得的计算负荷是总平均负荷与最大一组附加负荷之和，它与需用系数法的各用电设备组半小时最大平均负荷的代数和占30P∑的概念不同。
4.利用系数法
利用系数法以概率论为理论基础，分析所有用电设备在工作时的功率迭加曲线得到的参数为依据，找出gP。
与平均负荷的关pP系，通过利用系数最lK大利用系数mK。
来确定计算负荷。
camlNiPKKP=∑kW（5
利用系数法的计算结果比较接近实际负荷，但计算方法较复杂，而且lK、mK的数据目前如较为缺乏，因而应用不广。
综上所述，在电气负荷计算这一领域内，还有大量的工作要做，在如何使计算负荷比较接近实际负荷和平均最大负荷的时间间隔规定合理化等问题上，还有待于提出一些新的方法和见解。
2-2企业的年耗电量与年电能损耗是两个不同的物理量。
年电能损耗是指一年内没有用予生产而损耗在设备（主要是线路和变压器中的电能，年耗电量是企业在一年内所消耗的电能，它包括用于生产的电能和年电能损耗两项。
二者的计算公式如下：
maxpcaAPT=∙
8
22210cosplcacaNRAPPUττϕ
-⨯∆==∆28760``pTokAPPβτ∆=∆+∆
pA--企业年电能消耗量，kW·
h；
plA∆--线路年电能损耗，kW·
pTA∆--对应予caP时的变压器年损耗，kW·
caP∆--对应于caP对的线路损耗，kW；
τ--最大负荷损耗小时，其含义是t若供电线路的负荷总是维持caP及cosϕ不变，则它在τ小对内的电能损耗正好等予实际负荷在8760小时内的电能损耗，h；
`oP∆--变压器等效空载损耗（考虑无功经济当量gK，kW；
`kP∆--变压器等效短路损耗，kW。
`ooqoPPKQ∆=∆+∆（4）
`kkqkPPKQ∆=∆+∆（5）
由上可见年耗电量是由计算负荷乘以年最大负荷利用小时求得，而年电能损耗是线路与变压器的年电能损耗之和，其实质是用对应于caP的损耗乘以τ而求得。
显然τ与maxT和cosavϕ有关，因为它们都是从一个负荷曲线推导出来的。
在实际应用中给出τ与maxT的关系曲线，从该曲线中根据maxT和cosavϕ的值就可以查出相应的τ值。
2-3
1．三相供电线路的有功功率损耗和无功功率损耗分别为
2
3210cacaN
PQPXU-+∆=⨯，kW（12
PQQRU-+∆=⨯，kvar（2由以上两式可知，欲降低线路与变压器的功率损耗，就必须减少线路的电阻，电抗和变电所的无功计算负荷。
在系统已经运行的条件下，可采取以下措施。
1在开关断流容量允许的情况下，对于一路使用一路备用的双回供电线路，可改为两路
同时使用。
这样可使线路的电阻，电抗降为原来的一半，因而大大减少了线路的功率损耗。
2当负荷功率因数较低时及时增投补偿电容器组，这样可大大减小变电所的无功计算负荷，同样使线路损耗减少。
2．变压器的功率损耗包括空载损耗（铁损和短路损耗（铜损两部分
铁损是由于主磁通在变压器铁芯中产生的有功损耗和无功损耗。
由于变压器的主磁通只与外加电压有关，而与负荷电流无关，因此当变压器在系统中运行时，外加电压基本不变，故铁损为一常数，在运行中没有办法降低其数值。
铜损是负荷电流在变压器绕组中产生的有功损耗和无功损耗，因而其大小与变压器的负荷率β有关。
求变压器功率损耗的公式如下：
C（3）
（4）
式中oQ∆一一变压器空载无功损耗；
0%100oTIQS∆=kQ∆一一变压器额定无功损耗
%100
dkTUQS∆=由公式（3、（4可以看出，在变压器已经运行的条件下，只有降低变压器的负荷率β才能显著地减少其功率损耗。
因此关键是设法降低变电所的运行负荷sS，其方法有三：
1合理安排各组负荷的供电时间，压低负荷曲线上的高峰负荷；
2人工补偿功率因数，减少无功负荷，从而使总的sS变小；
3按经济运行方案来投、切变压器。
2-4提示：
考虑电源条件、负荷性质，设备容量、继电保护装置、短路容量对设备选择的影响、电网电容电流、工人技术水平及运行经济指标等条件。
2-5功率因数是交流电路有功功率与视在功率的比值，用cosϕ，表示．
功率因数过低对用户有如下危害：
1使电气设备（如变压器、发电机等的容量不能充分利用。
电气设备都有一定的额定电压和额定电流，在正常情况下是不允许超过的。
根据功率表达式cosNNPIϕ，如果功率因数低了，则有功输出也将随之降低。
反过来此时要想维持一定的有功输出，则必然会导致电流的增大。
2增加矿内配电线路的功率损失。
通过导线的电流由公式/cosPII
ϕ=决定。
当线路电
I必
然增加，使功率损失（223/,3PIRQIX∆=∆=大大增加。
3增加矿内配电线路的电压损失。
线路的电压损失由公式（/NUPRQXU∆=+决定。
功率因数变小时，通过线路的无功功率增加，于是线路电压损失U∆也增加。
结果用电设备的端电压下降，有时甚至低于允许值，严重影响设备正常运行。
特别是在用电高峰时期，功率因数偏低，会出现大面积地区的电压降低，给生产带来不良后果。
功率因数过高（即产生过补偿对用户有以下危害：
1增加补偿装置安装处以前的输、配电线路的功率损失。
当出现过补偿时，线路中产生超前电压90度的电容电流，该电流与电阻电流合成后使总电流I增加，故功率损失亦会增加。
2造成线路电压超过规定值，甚至会使补偿装置处的电压高于线路首端的电压。
其相量图如图2-1所示。
图中I超前2
U的角度为ϕ，IR为线路电阻压降，，IX为线路电抗压降，由图可以看出21
||||UU>
这说明，当出现过补偿时，线路末端电压有可能高于始端电压，从而使用电设备所承受的电压超过规定值。
另外，由于补偿电容的无功功率输出与装设处电压的平方成正比，故母线电压的提高又会使过补偿的程度更加严重。
cosϕ.I，
.RI.ϕ
图2-1过补
升级会员 