电力系统分析第三版于永源杨绮雯著中国电力出版.docx

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电力系统分析第三版于永源杨绮雯著中国电力出版

Chapter一

1-1、电力系统和电力网的含义是什么？

答：

电力系统指生产、变换、输送、分配电能的设备如发电机、变压器、输配电线路等，

使用电能的设备如电动机、电炉、电灯等，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。

一般电力系统就是由发电设备、输电设备、配电设备及用电设备所组成的统一体。

电力系统中，由各种电压等级的电力线路及升降压变压器等变换、输送、分配电能设备所组成的部分称电力网络。

1-2、电力系统接线图分为哪两种？

有什么区别？

答：

电力系统接线图分为地理接线图和电气接线图。

地理接线图是按比例显示该系统中各发电厂和变电所的相对地理位置，反映各条电力线

路按一定比例的路径，以及它们相互间的联络。

因此，由地理接线图可获得对该系统的宏观印象。

但由于地理接线图上难以表示各主要电机、电器之间的联系，对该系统的进一步了解。

还需阅读其电气接线图。

电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电力元件之间的电气接线。

但电气接线图上难以反映各发电厂、变电所的相对位置，所以阅读电气接线图时，又常需参考地理接线图。

1-3、对电力系统运行的基本要什么？

答：

对电力系统运行通常有如下三点基本要求:

1）保证可靠地持续供电；

2）保证良好的电能质量；

3）保证系统运行的经济性。

1-4、电力系统的额定电压是如何确定的？

系统各元件的额定电压是多少？

什么叫电力线路的平均额定电压？

答：

各部分电压等级之所以不同，是因三相功率S和线电压U、线电流I之间的关系为

S=3UI。

当输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，导线等截流部分的截面积愈小，

投资愈小；但电压愈高，对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也愈大。

综合考虑这些因素，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。

但从设备制造角度考虑，为保证生产的系列性，又不应任意确定线路电压。

另外，规定的标准电压等级过多也不利于电力工业的发展。

考虑到现有的实际情况和进一步的发展，我国国家标准规定了标准电压，即为额定电压。

各元件的额定电压：

1、各用电设备的额定电压取与线路额定电压相等，使所有用电设备能在接近它们的额定电压下运行；

2、发电机的额定电压为线路额定电压的105%；

3、升压变压器一次侧额定电压与发电机的额定电压相同，二次侧的额定电压为线路额定电压的110%；

4、降压变压器一次侧取与线路额定电压相等，二次侧的额定电压为线路额定电压的

110%或105%。

电力线路的平均额定电压：

是约定的、较线路额定电压高5%的电压系列。

1-5、系统不同电压等级的适用围怎样？

答：

3KV只限于工业企业部采用；500、330、220KV多用于大电力系统的主干线；110KV既用于大城市或大工业企业部网络，也广泛用于农村网络；10KV则是最常用的更低一级的配电电压；只有负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑6KV配电的方案。

1-6、电力系统负荷曲线有哪些？

什么是年持续负荷曲线和最大负荷利用小时数？

有何用处？

答：

电力系统负荷曲线：

1）按负荷种类分为有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线；

2）按时间段长短分为日负荷曲线和年负荷曲线；

3）按计量地点分为个别用户、电力线路、变电所及至整个系统的负荷曲线。

年持续负荷曲线：

一年中系统负荷按其数值大小及其持续时间顺序由大到小排列而

成。

最大负荷利用小时数Tmax：

如果负荷始终等于最大负荷Pmax，则经过Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年耗电量W，即：

8760

W∫

pdt

Tmax

==

Pmax

0

Pmax

Tmax的大小反映了负荷随时间变化波动的幅度大小，Tmax大则表示负荷波动小，Tmax小表示负荷波动大。

1-7、某一负荷的年持续负荷曲线如图所示，试求最大负荷利用小时。

P（MW）

100

60

30

0

200050008760t（h）

解：

A年=2000×100+（5000−2000）×60+（8760−5000）

×30

=492800（

Mw.）h

Tmax

=A年Pmax

=492800=492（8h）

100

1-8、电力系统中性点的接地方式有哪些？

它们各有什么特点？

我国电力系统中性点接地情况如何?

答：

接地方式通常分为两大类：

1）大接地电流系统，即直接接地；

2）小接地电流系统，即不接地和经消弧线圈接地。

特点：

电力系统最常见的故障是单相接地，对中性点直接接地系统来说当出现单相接

地时，出现了除中性点外的另一个接地点，构成了短路回路，所以接地相电流即短路电流数值也就很大，为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，从而降低了供电可靠性。

不接地系统供电可靠性高，但对绝缘水平的要求也高。

因这种系统中单相接地时，不构成短路回路，接地相电流不大，不必切除接地相，但这时非接地相的接地电压却升高为相电压的

3倍。

目前在我国，110KV及以上的系统采用中性点直接接地，35KV及以下的系统中性点不接地。

1-9、中性点不接地单相接地时，各相对地电压有什么变化？

怎样计算单相接地电流？

答：

1）假设C相接地，则C相电流为0。

此时相量图如图一。

由图可知，故障相电压变为0，非故障相得对地电压变为线电压，即为原来的3倍。

2）则相量图为图二。

由图可知，∑Ic=3Ica=

流为非故障时电容对地电流的3倍。

3Ia=3Ia。

即故障时单相接地电

1-10、消弧线圈的工作原理是什么？

电力系统一般采用哪种补偿方式？

为什么？

答：

工作原理：

在小接地电流系统的中性点处装设消弧线圈，其实就是电感线圈，接地点接地相电流中增加了一个感性分量，它和原来接地点的电流即线路两非故障相的对地电容电流之和恰方向相反，数值相抵消，从而减小了接地点的电流，使电弧易于自行熄灭，提高了供电可靠性。

电力系统中一般采取过补偿，因为全补偿和欠补偿易被击穿。

当IL=∑IC时称为全补偿，系统中会产生谐振过电压，这是不允许的；当IL＞∑IC

时称为过补偿，这是系统运行中经常使用的补偿方式；当IL＜∑IC时称为欠补偿，一般

也不采用，以防止再切除线路或系统频率下降时使∑IC减少可能出现全补偿而出现谐振过电压。

Chapter二

2-1、架空电力线路由哪些部分组成？

它们的作用如何？

架空电力线路的杆塔由哪些形式？

答：

架空电力线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等构成。

作用：

1）导线：

传输电能；

2）避雷线：

将雷电流引入以保护电力线路免受雷击；

3）杆塔：

支持导线和避雷线，保持导线与导线、导线与避雷线、导线与的安全距离；

4）金具：

支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。

杆塔的型式：

直线杆，耐杆，终端杆，转角杆等。

2-2、在电力系统计算时，导线材料的电阻率ρ为什么略大于它们的直流电阻率？

答：

原因：

1）交流电的集肤效应使得电阻上升；

2）输电线路为多股绞线，其每股长度略大于导线长度；

3）计算中采用的标称截面积略大于实际截面积。

2-3、分裂导线的作用是什么？

分裂数为多少合适?

为什么？

答：

分裂导线的作用：

为了减少电晕损耗，应设法降低导线表面电场强度值，实践证明采用每相导体分裂为几根子导体的分裂导线结构可降低导线表面电场强度值，因此分裂导线成为目前国外超高压输电线路上广为采用的导线型式。

分裂数为2~4合适。

因为分裂的根数愈多，电抗下降也愈多，但分裂根数超过3-4根时，电抗的下降已逐渐减缓。

而导线与金具的结构、线路架设与运行等却随着分裂根数的增加而大为复杂，目前导线的分裂根数一般不超过4根

2-4、电力线路的等值电路是怎样表示的？

答：

1）短线路，是指长度不超过100km的架空线路，线路电压为35KV及以下时，电纳可略。

等值电路如图一。

2）中等长度线路，是指长度在100~300km之间的架空线路和不超过100km的电缆线路。

这种线路的等值电路有T型和π型等值电路，如图二。

3）长线路，是指长度超过300km的架空线路和超过100km的电缆线路。

这种线路的等值电路要考虑它们的分布参数特性，如图三。

2-5、什么叫自然功率？

答：

自然功率也称波阻抗负荷。

是指负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率。

2-6、什么叫变压器的短路试验和空载试验，从这两个试验可确定变压器哪些参数？

答：

1）短路试验：

低压侧短路，在高压侧加电压使绕组通过的电流达额定值，测出高压侧

PU2

所加电压值和回路所消耗的有功功率PK。

可确定的参数：

绕组电阻RT=

KN，绕组电抗

S

2

N

X=U

%U2

KN。

N

T100S

2）空载试验：

低压侧开路，高压侧加额定电压，测出变压器的空载电流I0和空载损

耗P0。

可确定的参数：

励磁电导G

=P0

，励磁电纳B

=I0

%SN。

U

N

T2T

N

100U2

2-7、双绕组和三绕组变压器一般以什么样的等值电路表示？

双绕组变压器与电力线路的等值电路有何异同？

答：

1）双绕组变压器的等值电路：

三绕组变压器的等值电路：

2）同——都有一串联的阻抗Z=R+jX和并联的导纳Y=G+jB。

异——双绕组变压器的励磁回路的等值导纳并联在变压器绕组等值阻抗的首端；线路的总导纳一半并联在线路的等值阻抗的首端，一半并联在末端；线路的G≈0;双绕组变压器的并联电纳是感性因此BT前是“－”号，线路的并联电纳是容性的，因此BL前是“+”号。

2-8、什么叫三绕组变压器的最大短路损耗？

答：

指两个100%容量绕组中流过额定电流，另一个100%或50%容量绕组空载时的有功损耗。

2-9、对于升压型和降压型的变压器，如果所给出的其他原始数据均相同，它们的参数相同吗？

如何理解变压器的参数具有电压级的概念？

答：

不同。

因为对升压型和降压型的三绕组变压器来说，其绕组排列方式不同。

升压型的从铁芯至绕组最外层的排列顺序是中压绕组、低压绕组、高压绕组，由于高中压绕组相隔最远，二者间漏抗最大；降压型的从铁芯至绕组最外层的排列顺序是低压绕组、中压绕组、高压绕组，高低压绕组间漏抗最大。

绕组间漏抗不同，则XT就不同。

当变压器参数计算公式中代入不同电压级的额定电压则得出归算到不同电压级下的参数。

2-10、发电机的等值电路有几种形式？

它们等效吗？

发电机电抗的百分数XG%的含义是什么？

答：

一般有两种形式，一是以电压源和串联电抗表示的等值电路，一是以电流源和并联电抗表示的等值电路。

两者之间完全等效。

发电机电抗的百分数XG%实际上是在XG上通过额定电流时产生的电压降与额定电压的比值的百分值。

其计算公式是：

XG（%）=

3INXG×100

UN

2-11、电力系统负荷有几种表示方式？

它们之间有什么关系？

答：

电力系统负荷有两种表示方法：

阻抗和导纳，它们相互等值。

2-12、组成电力系统等值网络的基本条件是什么？

答：

标么值的折算和电压级的归算即求出的电力系统各元件参数。

2-13、什么是有名制？

什么是标幺制？

标幺制有什么特点？

基准值如何选取？

答：

有名制：

进行电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算。

标幺制：

进行电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等的相对值进行运算。

标幺制的特点：

线电压和相电压的标幺值数值相等，三相功率和单相功率的标幺值数

值相等。

计算结果清晰，便于迅速判断计算结果的正确性，可大量简化计算等。

基准值的选取：

1）基准值的单位应与有名值的单位相同。

2）阻抗、导纳、电压、电流、功率等五个基准值之间应符合电路关系。

2-14、电力系统元件参数以标幺值表示时，是否可以组成电力系统等值网络？

计算元件标幺值的两种算法，其结果是否相同，为什么？

答：

元件参数以标幺值表示时可以组成电力系统等值网络。

计算元件参数标幺值的两种算法1是按变压器实际变比计算，2是按平均额定电压之

比计算。

结果有差异，按变压器实际变比计算得出的标幺值是所谓精确值，按平均额定电压

之比计算得出的标幺值是近似值，通常用在短路计算中。

2-15、什么叫变压器的额定变比，实际变比，平均额定电压之比？

在归算中如何应用？

答：

额定变比是把变压器的变比看成额定电压之比，实际变比是把变压器的变比看成变压器的实际电压之比，平均额定电压之比是看成变压器的平均额定电压之比。

根据对计算结果精度的要求在归算中选用不同的变比。

2-16、电力系统接线图如下图所示，图中标明了各级电力线路的额定电压（KV），试求：

1）发电机和变压器各绕组的额定电压，并标在图中；

2）设变压器T1工作于+5%抽头，T2、T5工作于主抽头（T5为发电厂的厂用变压器），

T3工作于-2.5%抽头，T4工作于-5%抽头，求个变压器的实际变比；

3）求各段电力线路的平均额定电压，并标于图中。

解：

（1）如上图。

242（1+5%）

24.2

K=

（2）1

=

10.5

K2（1−2）=

220

121

=1.82

K2（1−3）

=220=5.71

38.5

K=110（1−2.5%）=9.75

311

K=35（1−5%）=5.04

46.6

K5=

10

3.15

=3.17

Ul1=220×（1+5%）=231KVUl2=110×（1+5%）=115.5KV

（3）

Ul3

=35×（1+5%）=36.75KV

Ul4=10×（1+5%）=10.5KV

Ul5

=6×（1+5%）=6.3KV

Ul6=3×（1+5%）=3.15KV

2-17.某一回110kv架空电力线路,长度为60km,导线型号LGJ-120,导线计算外径为15.2mm,三相导线水平排列,两相邻导线三相间的距离为4m,试计算该电力线路的参数,并作等效电路。

ρ

解:

r1=s

=31.5=0.2625（Ωkm）

120

r=15.2=7.6（mm）2

m

D=3

4000×4000×2×4000=5039.7（mm）

X=0.1445lgDm

1r

+0.0157=0.1445lg5039.7+0.0157=0.423（Ω/km）

7.6

b1=

7.58

lgDm

r

×10

−6=7.58

lg5039.7

7.6

×10

−6

=2.69×10

−6（s）

g1=0.

R1=r1l=0.2625×60=15.75（Ω）

X1=x1l=0.423×60=25.38（Ω）

−6−4

则B1=b1l=2.69×10

×60=1.614×10

（s）

B1=0.807×10

2

−4

（s）

G1=0.

2-18.有一回220kv架空电力线路,采用型号为LGJ-2×185的双分裂导线,每一根导线的计算外径为19mm,三相导线的不等边三角形排列,线间距离D12=9m,D23=8.5m,D31=6.1m,分裂导线的分裂数n=2,分裂间距为d=400mm,试计算该电力线路的参数,并作其等值电路。

解：

r1

=ρ=

ns

31.5

2×185

=0.085（Ω/km）

req=

=219×400=61.64（mm）

2

m

D=3900×8500×6100

=7756.46（mm）

1

X=0.1445lgDm+0.0157=0,1445lg7756.46+0.0157=0.311（Ω/km）

reqn

61.642

b1=

7.58

D

−6

×10=

7.58×10

7756.46

−6

=3.61×10

−6

（s/km）

lgm

req

.

b1

lg

61.64

−6

=1.805×10

2

（s/km）

g1=0.

2-19.三相双绕组升压变压器的型号为SFL-40500/110,额定容量为40500KVA,额定电压为

121/10.5KV,Pk=234.4kw,Uk（%）=11,P0

=93.6kw,

I0（%）=2.315,求该变压器的参数,并作等值电路。

解:

`R

=PKUN

=234.4×10

×（10.5×103）2

=1.57×10−2（Ω）

2

3

S

N

T2（40500×103）2

2

X=UN（%）UN

11×（10.5×103）2

=

=0.3（Ω）

N

T100S

100×40500×103

3

P0

U

GT=2

N

=93.6×10

（10.5×103）2

=8.49×10−4（S）

3

I（%）S

B=0N

=2.315×40500×10

=8.5×10−3（S）

N

T100U2

100×（10.5×103）2

2-20.三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220,额定容量为

120000/120000/60000KVA,额定电压为220/121/11KV,PK（1−2）

=601KW,

PK（1−3）

=182.5KW,

PK（2−3）

=132.5KW,UK（1−2）（%）=14.85,UK（1−3）（%）=28.25,

UK（2−3）（%）=7.96,P0=135KW,I0（%）=0.663,求该变压器的参数,并作等值电路。

解:

I:

PK（1−2）

=601（KW）

P

'

K（1−3）

'

=4PK（1−3）

=730（KW）

PK（2−3）

=4PK（2−3）

=530（KW）

P=1（P

+P'

–P'

）=400.5（KW）

K12

K（1−2）

K（1−3）

K（2−3）

P=1（P

+P'

–P'

）=200.5（KW）

K22

K（1−2）

K（2−3）

K（1−3）

P=1（P'

+P'

−P）=329.5（KW）

K32

K（1−3）

K（2−3）

K（1−2）

2332

R=PK1UN1

=400.5×10

×（220×10）

=1.346（Ω）

S

T12

N

2

（12×104×103）2

332

R=PK2UN1

=200.5×10

×（220×10）

=0.674（Ω）

S

T22

N

2

（12×104×103）2

332

R=PK3UN1

=329.5×10

×（220

×10）

=1.107（Ω）

S

T32

N

（12×104×103）2

II：

UK（1−2）（%）=14.85,UK（1−3）（%）=28.25,UK（2−3）（%）=7.96

UK1

（%）=1（U

2

K（1−2）

（%）+U

K（1−3）

（%）−U

K（2−3）

（%））=17.57

UK2

UK3

（%）=1（U

2

（%）=1（U

2

K（1−2）

K（1−3）

（%）+U

（%）+U

K（2−3）

K（2−3）

（%）−U

（%）−U

K（1−3）

K（1−2）

（%））=−2.72

（%））=10.68

U（%）U2

X=K1N1

17.57×（220×103）2

=

=70.866（Ω）

N

T1100S

2

100×12×104×103

32

XT2

=UK2（%）UN1

100SN

=−2.72×（220×10）100×12×104×103

=−10.971（Ω）

U（%）U2

X=K3N1

10.68×（220×103）2

=

=43.076（Ω）

N

T3100S

100×12×104×103

III：

G

=P0=

135×103

=2.79×10−6（S）

U

N1

T2（220×103）2

43

IV：

BT

=I0（%）SN

N1

100U2

=0.663×12×10×10

100×（220×103）2

=1.644×10−5（S）

2-21．三相自耦三绕组降压变压器的型号OSSPSL-120000/220，额定容量为

120000/120000/60000KVA，额定电压220/121/38.5KV，

PK（1−2）

=417KW,PK（1−3）