武汉大学电气工程基础2009-2010年度第一学期试卷B

第 1 页 共 11 页 武武 汉大学汉大学 2009 2010 学年度第学年度第一一学期学期 电气工程基础电气工程基础 试卷 试卷 B 学号 1 姓名 院 系 分数 所有题目都作在答题纸上 所有题目都作在答题纸上 一 判断改错题 每小题一 判断改错题 每小题 1 分 共分 共 10 分 分 1 长江三峡 刘家峡 丹江口等水电厂均属于坝后式水电厂 对 2 畸变波形的周期电流的有效值与所含各次谐波电流的有效值及其相位有关 错 与所含各次谐波电流的有效值及其相位有关 改为 所含各次谐波电流的有效值有关 与相 位无关 3 为避免由三相架空线路参数不等而引起的三相电流不对称 规程规定凡线路长度超过 50km 时 导线必须换位 错 50km 改为 100km 4 内桥接线方式适用于线路较短 主变需要经常切除 且有穿越功率的情况 错 内桥 改为 外桥 或 线路较短 主变需要经常切除 且有穿越功率的情况 改为 线路 较长 主变不易经常切除的情况 5 系统频率的下降 会使异步电动机和变压器的励磁电流变小 无功损耗增加 给电力系 统无功平衡和电压调整增加困难 错 励磁电流变小 改为 励磁电流变大 6 负荷加上电力网的功率损耗称为电力系统的发电负荷 错 发电负荷 改为 供电负荷 7 闭式网中的功率按阻抗成反比分布时 其功率损耗为最小 称这种功率分布为经济分布 错 按阻抗成反比 改为 按电阻成反比 8 在短路电流实用计算中 查找发电机计算曲线得到的是归算到统一基准下的短路电流周 第 2 页 共 11 页 期分量的幅值 错 统一基准下 改为 发电机额定容量下 幅值 改为 有效值 9 若三相电源不对称则负序和零序等值网络的等值电源电势都不为零 错 都不为零 改为 有一个可能为零 10 简单电力系统发生短路故障时 提高继电保护和断路器的动作时间可以将原来不稳定 的系统变为稳定系统 对 二 填空题 每小题二 填空题 每小题 1 分 共分 共 10 分 分 1 若某电网额定电压为 10kV 则接入该电网的用电设备的额定电压为 kV 发电机的额定 电压为 kV 10 10 5 2 如两相直接接地短路特殊相的正序电流的有效值为 I 则故障电流可能的最小有效值为 1 5 3 负荷率和负荷系数值越小 表明负荷波动越 发电机的利用率越 大 差 4 为了实现开断和关合 断路器必须具有下述三个组成部分 操作和传动部分 开断部分 绝缘部分 5 发电厂和变电所的电气设备可分为运行 检修和 三种状态 将设备由一种状态改变为 另一种状态的操作称为 备用 倒闸操作 6 电磁环网中的环路电势 可根据等值电路空载状态下任意处的 来确定 开环电压 7 系统频率调整时 当二次调频增发的功率与负荷增量相等时 可以实现 无差调频 8 短路电流最大可能的瞬时值称为 对于恒定电势源供电系统三相短路 其值大约在短 路后 时刻出现 短路冲击电流 0 01 秒 第 3 页 共 11 页 9 变压器的零序电抗与变压器的 以及中性点的工作方式有关 铁芯结构 绕组的连接方式 10 输出有功功率为 0 9 励磁电势为 1 1 的发电机通过阻值为 1 05 的连接电抗接入电压为 1 的无 穷大系统 则该系统的静态稳定储备系数为 16 4 三 名词解释 每小题三 名词解释 每小题 3 分 共分 共 15 分 分 1 发电机组的单位调节功率 发电机组输出有功功率的大小随频率变化关系曲线的斜率称为发电机组的单位调节功率 2 等微增率准则 电力系统中的各发电机组按相等的耗量微增率运行 从而使得总的能源消耗最小 运行最经济 3 输入阻抗 在所有电压电势均相等时 短路点的输入阻抗为其自导纳的倒数 其值等于短路点对其余所有电源 节点的转移阻抗的并联值 4 正序等效定则 简单不对称短路时 短路点正序电流分量的大小与在短路点每一相中串接一附加阻抗 并在其后面 发生三相短路时的电流相等 5 电力系统暂态稳定 电力系统在正常工作的情况下 受到一个较大的扰动后 能从原来的运行状态过渡到新的运行状态 并能在新的运行状态下稳定工作 四 简答题 每小题四 简答题 每小题 5 分 共分 共 20 分 分 1 试写出用幂函数式表示的负荷静态模型 并指出各参数的含义 答 负荷静态特性的幂函数形式表示为 其中 P Q 分别为与实际电压和频率相对应的有功功率 无功功率 UN为额定电压 PN QN分 别为与额定电压相对应的有功功率 无功功率 分别为负荷有功功率和无功功率的电压特 性系数 分别为负荷有功功率和无功功率的频率特性系数 2 简述开关电弧产生的原理 UU PQ fU NN N PP f f U U PP fU NN N QQ f f U U QQ ff PQ 第 4 页 共 11 页 答 开关电器处于导通状态时 其触头通常是靠弹簧压紧的 此时触头间的接触电阻很小 通过电 流时接触处的温度可保持在允许范围内 在电路开断过程中 随着触头弹簧压力的降低和接触电阻 的增大 触头的温度会升高 当触头刚分开形成断口时 触头间的距离很小 加在断口上的电源电 压将使断口间隙间出现很高的电场强度 此时工作在阴极状态的那一个触头表面的电子就会被电场 力拉出而成为自由电子 称为强电场发射 如果触头温度足够高 金属中的电子也会因动能增加 而从阴极表面逸出 称为热电子发射 这些自由电子将在电场的作用下向处于阳极的触头运动 在运动过程中 自由电子会受到加速并不断地与断口间气体介质中的中性质点 原子或分子 碰撞 如果自由电子在两次碰撞间积累起的动能超过中性质点 原子或分子 的游离能 则自由电子在和 中性质点碰撞时 就会使束缚在原子核外层轨道上的电子释放出来 形成新的自由电子和正离子 称为电场游离 这些游离出来的自由电子将和原有的自由电子一起向阳极运动 产生新的电场 游离 使断口间的自由电子和正离子数不断增加 自由电子和正离子的存在使断口间的气体介质具 备了导电性能 如果流经已处于游离状态的气体介质的电流足够大 气体介质的温度将急剧上升 气体质点的热运动速度也将随之增大 高速运动的中性质点相互碰撞时 也会使中性质点游离为自 由电子和正离子 称为热游离 当温度超过几千度 气体介质的导电性能主要靠热游离生成的等 离子体来维持时 就形成了电弧放电 3 如图 1 所示简单电力系统 发电机通过升压 降压变压器和输电线路向用户供电 已知发电机 运行电压为 变压器 T1 和 T2 的变比分别为和 高压线路额定电压为 归算到高压侧 G V 1 k 2 k N V 的网络参数为 负荷功率为 忽略线路充电功率 电压器励磁功率和网络功率损耗RjX PjQ 情况下 写出负荷端电压的表达式 并说明调整负荷端电压的措施 图 1 答 由题意可知 负荷端电压的表达式为 由上式可知 要调整负荷端的电压 可采用如下措施 1 调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压 G V 2 改变变压器的变比和 1 k 2 k 2121 k V QXPR kVkVkVV N GGi 第 5 页 共 11 页 3 改变功率分布 主要是 Q 使电压损耗 V 变化 PjQ 4 改变网络参数 主要是 X 使电压损耗 V 变化 RjX 4 简单电力系统三相电源及参数对称时 简述发生不对称短路故障时各序电压在网络中分布的特 点 答 简单电力系统发生不对称短路故障时 正序电压在电源处最高 随着与短路点的接近而降低 在短路点处降到最低值 负序电压和零序电压则在短路点处最高 随着与短路点距离的增加而降低 零序电压在变压器三角形出现处降到零值 而负序电压则在电源点处降到零值 五 作图题 每小题五 作图题 每小题 10 分 共分 共 20 分 分 1 某 220kV 系统的重要变电站 220kV 侧有 2 回进线 4 回出线 出线所带负荷均为 I II 类负荷 不允许停电检修出线断路器 应采用何种接线方式为好 画出接线图 并简要说明检修某一回出线 断路器时的倒闸操作顺序 答 应该采用双母带旁路的接线方式 如下图所示 假设 W1 工作 W2 备用 需要检修负荷 L1 的出线断路器 QF3 则倒闸操作顺序如下 1 QF2 继电保护时间整定为零 2 合 QS2 3 合 QS3 4 合 QF2 向旁母 W3 充电 3 5 分钟 再断开 QF2 5 合 QS7 6 合 QF2 7 断开 QF3 8 断开 QS6 9 断开 QS4 在 QF3 两端挂接工作地线 即可对 QF3 进行检修 而不影响 L1 供电 第 6 页 共 11 页 W1 W2 W3 L1L2L3L4 QF1 QF2QF3 QS1QS2QS4QS5 QS6 QS7 QS3 2 电力系统接线如下图 2 所示 f 点发生接地短路 试作出零序等值网络图 图中 1 18 为元件编 号 变压器 T1 为三相三柱式 123 T1 4 16 9 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 17 18 f M 图 2 答 零序网络图如下图所示 第 7 页 共 11 页 X3X4 0 3X17X2 X1 0 X5 3X18 X11 X12 X13 X14U0 O X16 0 X6 X15 XT2m 0 六 计算题 共六 计算题 共 25 分 分 1 某 35kV 电力网如下图 3 所示 已知 线路长 25km r1 0 33 km x1 0 385 km 变压器 归算到高压侧的阻抗 ZT 1 63 j12 2 变电所低压母线额定电压为 10kV 最大负荷 SLDmax 4 8 j3 2MVA 最小负荷为最大负荷的 50 调压要求顺调压 若线路首端电压维持 36kV 不变 试选变压器的分接头 10 分 最后计算结果精确到小数点后两位 10kV 35kV SLD 图 3 1 解 配电网忽略阻抗中的功率损耗和电压降落的横分量 线路电抗 625 9 25 8 jZL 总电抗为 825 2188 9 jZZZ TL 电压降落的纵分量分别为 kVVL257 3 36 825 212 388 9 8 4 max kVVL629 1 36 825 216 188 9 4 2 min 线路和变压器末端电压分别为 kVVL723 32257 3 36 max kVVL371 34629 1 36 min 顺调压分接头电压分别为 kVU U V V N L t 139 3511 025 110 723 32 2 max2 max max 第 8 页 共 11 页 kVU U V V N L t 171 3511 075 1 10 371 34 2 min2 min min kVV tav 156 35 171 35139 35 5 0 1 选最接近的标准分接头电压 kVU t 35135 01 校验 变压器低压侧的实际运行电压 291 1011 35 723 32 2 01 max max2 N t L U U V U 710 1011 35 371 34 2 01 min min2 N t L U U V U 变压器低压侧的电压偏移 5 2 91 2 100 10 10291 10 max2 m 5 7 10 7 100 10 1071 10 min2 m 符合要求 2 系统如图 4 所示 已知断路器 B1 闭合 变压器均为同一型号 发电机 G1 UN 10 5kV SN 62 5MVA X1 X2 0 125 1 02 1 E 0 发电机 G2 UN 10 5kV SN 62 5MVA X1 X2 0 125 1 00 2 E 0 变压器 SN 60MVA 110 10 5kV Uk 10 线路 L l 110km 每回路 x1 0 4 km x0 1 0 km 消弧线圈 XLG 10 取基准值 SB 60MVA 当 f 点发生 b 相单相直接接地短路时 试计算 Bav UU 1 做出复合序网络图 5 分 2 短路点 f 点短路电流有名值 5 分 3 N 点 c 相电压的有名值 5 分 最后计算结果精确到小数点后三位 第 9 页 共 11 页 30km f 1 G1 G2 T1 T2 T3 T4 B1 110km LG X N 图 4 1 1 参数标幺值计算 发电机 12 0 5 62 60125 0 G X 变压器 1 060 601 0 T X 线路 2 0115 604 0110 2 1 L X5 0115 1601110 2 0 L X 消弧线圈 045 0 115 6010 2 LG X 2 正序等值电路 Ua1 EG1 EG2 O E1 X1 Ia1 Ua1 12 0054 0 G X T X 1 0 1 190l X G X T X 1 30l X 345 01 012 0 j0 565 j0 274 0007 1 j0 185 I II 等值电势 0007 1 274 0 565 0 565 0 0 1274 0 02 1 1 E 185 0 274 0 565 0 274 0 565 0 1 jjX 2 负序等值电路 185 0 274 0 565 0 274 0 565 0 21 jjXX 3 零序等值电路 X2 Ia2 Ua2 j0 185 第 10 页 共 11 页 Ua1 O 136 0 T X 1 0 0 110l X T X 1 30l X 499 01 0 T X 1 0 T X 1 0 LG X3 135 0 0 80l X 363 0 j0 426 j0 236 4 复合序网 选 a 相为特殊相 E1 X1 Ia1 Ua1 X2 Ia2 Ua2 X0 Ia0