电力系统问答题.doc

1. 电力系统的组成有哪些？由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。2.电力变压器的主要作用是什么？主要作用是变换电压，以利于功率的传输。在同一段线路上,传送相同的功率, 电压经升压变压器升压后，线路传输的电流减小,可以减少线路损耗，提高送电经济性，达到远距离送电的目的，而降压则能满足各级使用电压的用户需要。3.短路故障的原因是什么？（1） 雷击等各种形式的过电压以及绝缘材料的自然老化，或遭受机械损伤，致使载流导体的绝缘被损坏；（2）不可预计的自然损坏，例如架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；（3）自然的污秽加重降低绝缘能力；（4）运行人员违反安全操作规程而误操作，例如线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。4.短路故障的后果是什么？（1）短路将产生从电源到短路故障点巨大的短路电流，可达正常负荷电流的几倍到几十倍。短路电流在电气设备的导体间产生很大的电动力，将导致导体变形、扭曲或损坏。短路电流通过导体产生的热量而使其温度急剧上升，将导致设备因发热而损坏。（2）短路将引起系统电压的突然大幅度下降。系统中异步电动机将因转矩下降而减速或停转。（3）短路将引起系统中功率分布的突然变化。导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统稳定性（4）不对称短路电流产生不平衡交变磁场。对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。5.短路计算的目的是什么？（1）为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据；（2）为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；（3）为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。7.进行不对称故障分析的步骤是什么？Step1：根据短路类型列写边界条件方程；Step2：将边界条件方程中各相分量用相应的序分量代替，并简化；Step3：根据简化后的边界条件方程组成复合序网；Step4：根据复合序网求解电压电流的各序分量；Step5：将电压电流的各序分量进行合成即可得到电压电流的各相分量。8. 电力系统三相短路时，各相短路电流非周期分量是否相同？为什么？不相同。因为非周期分量中的直流分量是为了保持定子各绕组磁链守恒产生的。而短路前后各绕组周期分量的瞬时值之差三相都不相等，故非周期分量的起始值三相也不相等。9. 用短路电流计算曲线进行计算时，负荷怎样考虑？负荷忽略不计。因为在计算曲线绘制的时候已经考虑了负荷的影响。计算曲线制作时，取故障前发动机额定满载运行，50%的负荷接于发电厂的高压母线，其余的负荷功率经输电线送到短路点以外，因此在短路电流曲线进行计算时，不能再重复考虑负荷的影响。10.试从物理概念分析为何三相输电线的相间距离越大，正序电抗也越大。 三相输电线的正序电抗由自感和互感两部分之和，其中一相电流和其他两相电流不同相，产生的互感起减磁作用，当相间 距离增大时，互感减磁作用减弱，正序电抗增大。11.试从物理概念分析为何单回输电线的零序电抗小于双回输电线一回等效的零序电抗。 平行架设的双回线路都通过零序电流时，在一回线路中与一相导线交链的磁通不仅有与另外两相零序电流产生的互感磁通，还有另一回路三相零序电流产生的互感磁通，且都通过大地形成回路。零序电流大小方向相同，因此互感磁通起增磁作用。具体而言，设每条线路各相自阻抗为，相间互阻抗为，两条线路间的等值互阻抗为，则单回输电线的零序阻抗为=+2，双回输电线的零序阻抗=+。12.有架空地线的输电线的正序电抗（ 等 ）于无架空地线的输电线的正序电抗，有架空地线的输电线的零序电抗（小 ）于无架空地线的输电线的零序电抗13.试分析为何无阻尼绕组同步发电机暂态电势在短路瞬间保持不变？这一点有何实用价值？无阻尼同步发电机由于其与励磁绕组交链的磁链成正比，而在运行状态发生突变瞬间守恒，故在运行状态发生突变瞬间也守恒。对于无阻尼绕组的发电机利用这一点，可以从突变前瞬间的稳态中算出它的数值并且直接应用于突变后瞬间的计算中。14.Park变换有何物理意义（即为什么要进行Park变换）？Park变换从物理上看其实是参照系的变换。通过Park变换，观察者的视角从静止的定子转移到了转动的转子上。从转子上看定子绕组，定子的静止三相绕组被三个定子等效绕组dd绕组、qq绕组、00绕组所代替，其中dd绕组、qq绕组分别以d轴、q轴为轴线，随转子同步运动，00绕组轴线在转子转动轴方向（与d轴、q轴垂直）。由于定子等效绕组和转子诸绕组间不存在相对运动，故定子等效绕组的自感、等效绕组间的互感、定子等效绕组和转子绕组间的互感都不随定子、转子间的相对位置的变化而变化，即不随变化，不随时间变化。这样Park磁链方程与Park电压方程联列时得常系数微分方程便于求解。15.有阻尼绕组的同步发电机机端发生三相短路，定子绕组中的短路电流周期分量可分为哪几个部分？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？此时定子绕组中的周期分量可分为稳态强制分量和自由分量两部分，前者不衰减，后者又分为次暂态分量和暂态分量两部分衰减为零，次暂态分量以纵轴阻尼绕组的时间常数Td衰减，暂态分量以励磁绕组的时间常数Td衰减为零。16试述为什么要实行无功功率的就地平衡？（注意在叙述中引用相关公式做论据）功率传输中产生的电压损耗为，功率损耗为，在高压电网中，导线截面较大，多数情况下，线路电抗比电阻大，再加上变压器的电抗远大于其电阻，因此，远距离传送无功功率，会增大传输过程中的电网的电压降落和功率损耗。所以，从改善电压质量的降低网损的角度考虑，应该尽量实现无功功率的就地平衡。17.试述为什么串联电容补偿可以提高电力系统稳定性。 设输电线路电抗为，线路加装串联电容后，线路的等值电抗为=,系统的总电抗减小，简单电力系统的功率极限=相应增加，其运行稳定度也相应提高。18. 电力系统短路后，就标幺值而言，越接近短路点，正序电压越（低 ），负序电压越（ 高 ），零序电压越（ 高 ）。19. 无阻尼绕组同步发电机暂态电势Eq与（ 励磁 ）绕组交链的磁链成正比，它能在运行状态发生突变的瞬间（ 保持不变 ）。20. 电力系统三相短路，冲击电流（即短路电流最大可能的瞬时值）记为 ,有效值（短路电流最大可能的有效值）记为, 是否存在=2？为什么？不存在。指短路电流最大可能的瞬时值，出现在故障后0.01秒。是短路后第一个周期内的短路电流瞬时值的均方根值，即有名值。由于短路电流包括周期分量和非周期分量，而非周期分量的瞬时值和有名值之间不存在倍的关系，所以它们之间不存在=的关系。21. 试分析为何同步发电机次暂态电势Eq在短路瞬间保持不变？这一点有何实用价值？ 同步发电机次暂态电势Eq与励磁绕组交链的磁链f和纵轴阻尼绕组交链的磁链D线性相关，因为磁链守恒，后两者在短路瞬间保持不变，所以Eq在短路瞬间也保持不变。利用这一点，可由短路前的稳态求得Eq的值，用于短路后暂态过程的计算中。22. 均一线组成的环网自然功率分布（ 等于）经济功率分布。23. 当同步发电机发出的无功功率大于其额定的无功功率时，其有功功率一定要（ 大 ）于其额定的（有功 ）功率，否则其绕组会（ 过热 ）。24. 旋转备用用于（ 负荷 ）备用和部分（ 事故 ）备用。25. 电力系统频率的一次调整只能做到频率的（ 有 ）差调节。26. 两台发电机并列运行，容量分别为SN1、SN2，额定惯性时间常数分别为TJN1、TJN2，则两台机等值为一台机时，等值额定惯性时常数为=（ ）27. 试述用牛拉法计算电力系统潮流时雅可比矩阵的特点。用牛顿拉夫逊法进行潮流计算时，其雅可比矩阵的特点为：雅可比矩阵的各元素在叠代过程中不断变化 雅可比矩阵为不对称矩阵 雅可比矩阵为稀疏矩阵。28. 为什么暂态稳定的简化计算中，发电机可采用简化的用E，表示的数学模型？由于阻尼绕组时间常数很小，可以不计阻尼绕组的作用。励磁绕组的磁链守衡，可以近似认为在暂态过程中，保持不变，由于和差别不大，在实用计算中，进一步假定恒定不变，发电机采用简化的用E，模型表示。将公式中的用代替，用代替，在暂态过程中，和，和的变化规律相似。29. 我国的电压等级有哪些？简述对用电设备、发电及和变压器额定电压的规定。 (10分) 答：我国的电压等级有3KV,6KV,10KV,35KV,(60KV),110KV,(154KV),220KV,330KV,500KV等电压等级。用电设备额定电压与电力系统额定电压相同。考虑电网中有电压损耗，为了尽量使用电设备在额定电压下工作，发电机比电力系统额定电压高5%，变压器一次侧相当于用电设备，规定其额定电压与电力系统额定电压相同。二次侧相当于发电设备，考虑到变压器漏阻抗很大，其额定电压一般比电力系统额定点电压高10%。30. 电力系统中性点接地方式有哪些？各有什么特点？ (10分)答：电力系统中性点接地方式分两种方式。小电流接地方式：单相短路接地时故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，三相之间的线电压仍然对称，用户约三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。大电流接地方式：发生单相接地故障即引起断路器跳闸，中断供电；因此，供电可靠性不如小电路接地方式。发生单相接地故障时，非故障相对地电压仍为相电压，电气设备的绝缘水平只相电压考虑，可以降低工程造价。31.电力系统等值网络中，有名制和标么制分别表示什么含义？(10分)答：电力系统等值网络中，有名制表示系统所有参数和变量都以有名单位表示。 标么制表示系统所有参数和变量都以与它们同名基准值相对的标么制表示，因此没有单位。32.采用标么值计算有什么优点？(10分)答：采用标么值计算有以下优点：（1）易于比较各元件的特性与参数；（2）方便评估电压质量，判断计算的正确性；（3）能够简化计算公式。33.什么是自然功率？当远距离交流输电线路输送自然功率时，会有什么有趣的现象？(10分) 答：自然功率为忽略电力线路电阻和对地电导时，末端接阻抗大小等于波阻抗时电力线路传输的功率。当远距离交流输电线路输送自然功率时，有以下特点：（1）电力线路各点电压和电流同相位；（2）电力线路各点电压大小相等，电力线路各点电流大小相等34电压降落、电压损耗、电压偏移的定义有所不同答：网络元件电压降落是指元件首末端两点电压的相量差，即；把两点间电压绝对值之差称为电压损耗，用表示，；电压偏移是指网络中某点的实际电压同网络该处的额定电压之差，可以用KV表示，也可以用额定电压的百分数表示。若某点的实际电压为V，该处的额定电压为，则用百分数表示的电压偏移为 电压偏移（%）35.电压降落公式的分析为什么有功跟功角的密切联系;无功与电压有密切联系答：从电压降落的公式可见，不论从元件的哪一端计算，电压降落的纵、横分量计算公式的结构都是一样的，元件两端的电压幅值差主要由电压降落的纵分量决定，电压的相角差则由横分量确定。高压输电线的参数中，电抗要比电阻大得多，作为极端情况，令R=0，便得，上式说明，在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生，电压降落的横分量则因传送有功功率产生。换句话说，元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件，存在电压相角差则是传送有功功率的条件。36输电线路何时作为无功电源、何时作为无功负荷答：35KV及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这种线路都是消耗无功功率的；110KV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路成为无功负载，当传输功率较小（小于自然功率）时，电纳中生产的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外，还有多余，这时线路就成为无功电源。（：无功电源；，无功负荷）37什么是循环功率的定义答：由两端电压不等而产生的功率叫循环功率，它与负荷无关，当两电源点电压相等时，循环功率为零。38.功率自然分布和经济分布的慨念答：功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的，这种分布称为功率的自然分布。功率在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小，这种功率分布为经济分布。.潮流方程的表达式式11-25答： 40潮流方程中节点的分类和相对应的定义答：分为PQ节点、PV节点和平衡节点三类。PQ节点的有功功率P和无功功率Q是给定的，节点电压是待求量。电力系统中的绝大多数节点属于这一类型。PV节点的有功功率P和电压幅值V是给定的，节点的无功功率Q和电压的相位是待求量。一般是选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为PV节点。在电力系统中，这一类节点的数目很少。平衡节点：网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡，故称之为平衡节点。平衡节点只有一个，它的电压幅值和相位已给定，而其有功功率和无功功率是待求量。41潮流方程中平衡节点存在的必要性潮流计算前有功网损未知,且电网中节点电源的相角须有参考轴答：在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此，网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡，故称之为平衡节点。另外必须选定一个节点，指定其电压相位为零，作为计算各节点电压相位的参考，这个节点称为基准节点。为了计算上的方便，常将平衡节点和基准节点选为同一个节点。42.潮流计算的约束条件答：、所有节点电压必须满足（=1，2，n）；、所有电源节点的有功功率和无功功率必须满足；、某些节点之间电压的相位差应满足43.潮流方程的直角坐标和极坐标的表达式,了解节点和电压相量的表示形式,潮流方程存在不同的形式表达式：答：潮流方程的直角坐标节点电压： 导纳矩阵元素：极坐标的表达式：节点电压：节点功率方程： 式中，是两节点电压的相角差。44无功功率平衡的含义答：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令为电源供应的无功功率之和，为无功负荷之和，为网络无功功率损耗之和，为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式是：45.中枢点电压调压范的思路，三种调压方式答：思路：各个负荷点都允许电压有一定的偏移，计及由中枢点到负荷点的馈电线上的电压损耗，便可确定每个负荷点对中枢点电压的要求。如果能找到中枢点电压的一个允许变化范围，使得由该中枢点供电的所有负荷点的调压要求都能同时得到满足，那么，只要控制中枢点的电压在这个变化范围内就可以了。三种调压方式：1、逆调压；2、顺调压；3、常调压。46.常见的调压措施 四种答：1、调节励磁电流以改变发电机端电压；2、适当选择变压器的变比；3、改变线路的参数；4、改变无功功率的分布。47改变变压器变比的调压方法 例12-3 12-4答：对应额定电压的称为主接头，改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头。降压变压器分接头的选择：，高压侧分接头电压是：升压变压器分接头的选择：48利用无功补偿调压的原则和思路答：思路：合理的配置无功功率补偿容量，以改变电力网的无功潮流分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善用户处的电压质量。补偿设备为静电电容器：原则：在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。补偿设备为同步调相机：原则：调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷时按（0.50.65）额定容量欠励磁运行。49.有功负荷的三种分量已及它们的各调整方法答：三种分量：变化幅度很小，变化周期较短（一般为10S以内）的负荷分量；变化幅度较大，变化周期较长（一般为10S到3min ）的负荷分量；变化缓慢的持续变动负荷。调整方法：频率的一次调整（发电机组的调速器进行调整）；二次调整（调频器参与调整）；联合调整。50.频率调整和电压调整的关系或它们的调节顺序答：当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的。如果首