第二章电力系统各元件的特性和数学模型答案原大题出处第五道.pdf

第二章第二章 电力系统各元件的特性和数学模型 一、思考题一、思考题 1. 什么是发电机的“运行极限图（功率圆图） ”？ 答： 发电机运行极限图如上图所示。 以 O 为原点， 纵、 横轴分别代表发电机组的额定有功、 无功功率所确定平面。OB 的长度代表发电机的额定视在功率。 （1）定子绕组温升约束。该约束体现为以 O 点为圆心、以 OB 为半径所作的圆弧 S。 （2）励磁绕组温升约束。该约束体现为以 O点为圆心、以 OB 为半径所作的圆弧 F。 （3）原动机功率约束。该约束体现为与横轴平行的直线 BC。 （4）其他约束。发生在发电机以超前功率因数运行的场合。以线 T 示意。 2. 什么是发电机“进相运行”？ 答：减少发电机励磁电流，使发电机电势减小，功率因数角就变为超前的，发电机负荷 电流产生助磁电枢反应，发电机向系统输送有功功率，但吸收无功功率，这种运行状态 称为进相运行。 3. 什么是变压器的铜耗和铁耗？ 答： 1）电流流过变压器绕组时，由于绕组电阻的原因会发热而导致损耗，因为绕组大 多数是铜材料制成的，故称“铜耗”，也称“铜损”。 2）铁耗是发电机铁心和端部铁件的损耗。由磁滞损耗、二是涡流损耗、三是剩余损 耗三部分构成。 4. 为什么说变压器的铜耗是可变损耗？铁耗是不变损耗？ 答： 铜耗主要是指变压器初级和次级的线圈损耗， 跟线圈的电阻以及流经线圈的电流大 小有关，其中流经线圈的电流变动很大，因此铜耗可变。 铁耗主要是指变压器的磁滞损耗，由磁滞损耗、二是涡流损耗、三是剩余损耗三部 分构成。磁滞损耗固定不变，涡流损耗是只随 U 变化，剩余损耗可以忽略不计。正常 情况下，U 变动不大，则铁损耗不变。 5. 升压三绕组变压器三个绕组由内到外的排列顺序是：中、低、高；降压三绕组变压器三 个绕组由内到外的排列顺序是：低、中、高，为什么？ 答： 1） 升压变压器： 中压绕组最靠近铁芯， 低压绕组居中， 电能从低压流向中压和高压侧， 低-中，低-高短路阻抗分布均匀。 2）降压变压器：低压绕组最靠近铁芯，中压绕组居中，电能从高压流向中压和低压， 应该高压居中，但由于考虑绝缘，分接开关的处理的原因，高压只能在最外层。从短路 阻抗的大小来说，中，低压绕组无论哪个排在最里面都可以，但从绝缘处理的角度，低 压排在最里面更好。 6. 采用扩径导线或分裂导线的主要目的是什么？ 答：减少电晕损耗和线路电抗。 7. 220kV 和 500kV 线路上每串绝缘子的片数一般为多少？ 答：220kV 不得少于 13 片。 500kV 不得少于 25 片。 8. 铝线和铜线的电阻率是多少？ 答：铝线的电阻率为 31.5 mm2/km。 铝线的电阻率为 18.8 mm2/km。 9. 架空输电线为什么要换位？何谓“完全换位”？ 答：架空输电线的换位是为了减少三相参数的不平衡。 所谓“完全换位”是指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于不同的位置， 完成一次完整的循环。 10. 架空输电线路的电抗一般为 0.40 /km左右。 11. 架空输电线路的电纳一般为 2.8510-6 S/km 左右。 12. 正常的架空输电线路的电导一般为 0 S/km左右。 13. 架空线路与电缆线路在电气参数上主要有哪些差别？ 答： 1）电缆线路的电阻略大于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。 2）电缆线路的电纳往往远大于具有相同截面积架空线路的电纳。 14. 什么是电晕？ 答： 电晕现象是强电场作用下导线周围空气的电离现象。 是由于导线表面的电场强度超 过了某一临界值，以致空气中的离子具备了足够的动能，使不带电分子离子化，导致空 气部分导电。 15. 输电线路的阻抗和导纳与哪些电气现象有关？ 答： 电阻反映线路通过电流时产生有功功率损失的效应； 电抗反映载流导线周围产生磁场效应； 电导反映线路带电时绝缘介质中产生泄露电流及电晕损耗； 电纳反映带电导线周围的电场效应。 16. 三相导线等间距水平排列时，边相导线和中间相导线哪个更容易发生电晕现象？ 答：中间相。 17. 计算线路的参数时，在什么情况下需要考虑分布参数特性？ 答：长度超过 300km的架空线路和超过 100km的电缆线路需要考虑分布参数特性。 18. 什么是“平均额定电压”？它是如何规定的？ 答: 平均额定电压即各电压等级额定电压的平均值，约定的、较线路额定电压约高 5% 的电压系列。下表列出对应我国电网额定电压的平均额定电压值。 （单位：kV） 电网额定电压 3 6 10 35 110 220 330 500 平均额定电压 3.15 6.3 10.5 37 115 230 345 525 19. 标么制与有名制有何区别？ 答：标么值= 有名值 基准值 1）标么值是相对值，而有名值是绝对值。 2）标么值无单位，而有名值有单位。 20. 在等值电路中，线路的对地支路是容性的，变压器的对地支路是感性的，为什么？ 答：变压器等值中，B 的产生是励磁电感，对铁芯产生激磁作用。 线路对地支路时容性的取决于导线周围的电场分布。 21. 什么是线路的“充电功率”？它对线路输送容量及系统运行有何影响？ 答:线路太长时，会有对地电容。由线路的对地电容电流所产生的无功功率，称为线路 的充电功率。 电力线路空载或者轻载的时候电压会高于电源电压。 因为导线间及对地存 在电容，当线路带有电压时该电容会产生充电功率（容性） ，所以电力线路空载或者轻 载的时候电压会高于电源电压。 22. 什么是负荷特性？它有什么涵义？ 答:负荷特性是指电力负荷从电力系统的电源吸取的有功功率和无功功率随负荷端 点的电压及系统频率变化而改变的规律。 23. 什么是负荷曲线？日负荷曲线和年负荷曲线各有何用处？ 答：负荷曲线是指电力系统中各类电力负荷随时间变化的曲线。 日负荷曲线：制定各发电厂发电负荷计划的依据。 年负荷曲线：用于制定发电设备的检修计划。 24. 电力系统为什么要进行负荷预测？ 答： 电力系统负荷预测是电力系统调度、 用电、 计划和规划等管理部门的重要工作之一。 准确的负荷预测， 有利于经济合理的安排电网内部发电机组的启停， 保持电网运行的安 全稳定性，减少不必要的旋转储备容量；有利于用电管理，合理的安排电网运行方式和 机组检修计划，保证社会的正常生产和生活;有利于节煤、节油和降低发电成本，提高 电力系统的经济效益和社会效益；同时，也有利于制定合理的电源建设规划、决定未来 新发电机组的安装及装机容量的大小、 时间和地点， 有利于合理的安排电网的增容和改 建、决定电网的建设和发展。 25. 日负荷曲线上如果有很大的“峰谷差”会对系统有何影响？有何办法减小它？ 答：电网很大的“峰谷差”会带来危害，一方面浪费了大量的电力投资，增加了发、供 电成本， 另一方面发电机组的频繁启停或压负荷运行造成能源和电力资源的浪费， 并对 电网的安全稳定运行带来威胁。因此实施电力需求侧管理，合理调整负荷，优化用电方 式，避峰、错峰用电，削峰填谷是一项成本低、收效快的有效措施。 二、计算题二、计算题 1. 计算线路参数并做出其型等值电路。已知线路型号为 LGJ-400，2r=22mm，长度为 130km，导线排列方式如图 1 所示。 图 1 图 2 解：由题意知kmmmmmrd/5 .31,222 2 mmDDDDmmr cabcabm 4930456,11 3 3 单位长度的电阻km s r/07875. 0 400 5 .31 1 单位长度的电抗km r D x m /399. 00157. 0lg1445. 0 1 单位长度的电纳kmS r D b m /1086. 210lg58. 7 66 1 集中参数 S B SlbB lxX lrR 4 46 1 1 1 1086. 1 2 1072. 31301086. 2 9 .51130399. 0 2 .1013007875. 0 等值电路如图： 2. 计算线路参数并做出其型等值电路。已知线路型号为 LGJ-2002，2r=17mm，长度 为 150km，11导线排列方式如图 2 所示。 解：由题意知kmmmmmrd/5 .31,172 2 mmDDDDmmr cabcabm 504044422,5 . 8 3 3 单位长度的电阻km s r/07875. 0 2200 5 .31 1 等效半径mmrdreq291005 . 8 12 9 .512 .10j Sj 4 1086. 1 Sj 4 1086. 1 单位长度的电抗km r D x eq m /33. 02/0157. 0lg1445. 0 1 单位长度的电纳kmS r D b eq m /1038. 310lg58. 7 66 1 集中参数 S B SlbB lxX lrR 4 46 1 1 1 10535. 2 2 1007. 51501038. 3 5 .4915033. 0 8 .1115007875. 0 3. 计算双绕组变压器的参数并做出其等值电路。已知容量为 31500kVA，额定电压为 121/10.5kV， k P=20kW，% k U=10.5， 0 P=10kW，% 0 I=0.5。 解：由题意知 3 . 0 5 .315 .311000 12112120 1000 2 2 N NK T S UP R 8 .48 5 .311000 1211215 .10 1000 2 N NK T S UU X S U P G N T 7 2 0 1083. 6 1211211000 10 1000 S U SI B N N T 5 2 1008. 1 121121100 5 .315 . 0 100 % 5 .498 .11j Sj 4 10535. 2 Sj 4 10535. 2 4. 三绕组变压器的容量为 120000/120000/60000kVA，额定电压为 220/121/11kV，短路损 耗为 )21( k P=130kW， )31( k P=135kW， )32( k P=125kW；短路电压为% )21( k U=18， % )31( k U=10，% )32( k U=7；空载损耗为 0 P=73kW；空载电流为% 0 I=3.5。试计算归 算到高压侧的变压器的参数并作出等值电路。 （实验数据未经归算） 解: 由题意得,归算于变压器额定容量 )21( k P=130kW, )31( k P= )31( 4 k P1354540kW, )32( k P= )32( 4 k P1254 500kW kW85500540130 2 1 2 1 3231211 kkkk PPPP kW45540500130 2 1 2 1 3121322 kkkk PPPP kW455130500540 2 1 2 1 2131323 kkkk PPPP 2857. 0 1201201000 22022085 1000 2 2 1 1 N Nk T S UP R 1513. 0 1201201000 22022045 1000 2 2 2 2 N Nk T S UP R 529. 1 1201201000 220220455 1000 2 2 3 3 N Nk T S UP R 3.0 8 .48j S 7 1083. 6 Sj 5 1008. 1 同理有% )21( k U=18，% )31( k U=20，% )32( k U=14 8%, 5%,12% 321 kkk UUU 40.48 120100 22012 100 % 2 2 1 1 N NK T S UU X 17.20 120100 2205 100 % 2 2 2 2 N NK T S UU X 27.32 120100 2208 100 % 2 2 3 3 N NK T S UU X S U P G N T 6 2 0 1051. 1 2202201000 73 1000 S U SI B N N T 5 2 1068. 8 220220100 1205 . 3 100 % 其等值电路 其中: SjjBGG jjXRZ jjXRZ jjXRZ TT TT TT TT 5 333 222 111 1068. 851. 1 27.32529. 1 17.20151. 0 40.48285. 0 5. 支路 12 中的阻抗为 Z，在其中加入一理想变压器，其变比分别如图所示。请作出它们 的等值电路。 1 2 3 G Z1 Z2 Z3 解:由（a）图可知 221 21 2 * 12 1 * 11 UZIUk I kI kIUS IUS ，有 Z U Z Uk I Z Uk Z Uk I 21 2 21 2 1 设 1、2 之间的电路可用型等值电路表示