电力系统继电保护与自动监测装置

1、第一章概论1、简述电力系统运行的特点及要求。答：特点分析：（1）电能不能大量贮存。对整个系统而言，任一时刻发出的功率与消耗功率相等；（2）电力系统电磁暂态过程非常短暂。电力设备的动作、电能输送以及运行 状态的切换过渡过程都是非常短促的， 基本上都是瞬间完成，以毫秒及微秒为单 位；（3）电力系统重要性。国民经济、日常生活密切相关；工业生产是电力大用户。运行要求：安全、可靠、优质、高效。2、简述电力系统中电压分级的原因。答：由于S ，3UI，当输送功率S 一定时，U越高，I越小，导线等载流部分的 截面积越小，投资也就越小；但电压越高，对于设备绝缘要求也就越高，变压器、 杆塔、断路器等设备的绝缘投资

2、也就越大。 综合考虑上述因素，对于一定的输送 功率和输送距离总会有一最为合理的线路电压，此时最为经济。从制造角度考虑， 为保证生产的系列性和相互兼容性，为统一标准，国家出台法规对电力系统的额 定电压进行分级。3、简述电力系统中性点不接地运行方式下，发生单相接地故障时的特点。答：（1）中性点不接地，发生单相接地故障时特征：a. 经故障相流入故障点的电流为正常时本电压等级每相对地总电容电流的3倍；b. 中性点对地电压升高为相电压；c. 非故障相的对地电压升高为线电压；d. 线电压与正常时的相同，依然对称；（2）中性点经消弧线圈接地，发生单相接地故障时特征：a. 中性点对地电压升高为相电压；b. 非

3、故障相的对地电压升高为线电压；c. 线电压与正常时的相同，依然对称；d. 消弧线圈有消减小了接地电流，允许在单相接地故障时继续运行（2小时）， 在此时间内查找故障。4、简述根据用户对供电可靠性的要求不同，电力系统负荷分为级及各自保证供 电可靠性的措施。答：根据用户对供电可靠性的要求不同，分为一级负荷、二级负荷和三级负荷; 一级负荷应由两个独立电源供电。二级负荷应由两回线路供电，供电变压器亦应有两台。三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。1L2TLnVYJ21)llOkV35kV1T5、已知图示系统中线路的额定电压，求发电机和变压器的额定电压。解：G : U n.g1.05Un

4、.3l 1.05 6kV6.3kV1T : U1N.1TU n.g 6.3kVU 2N.1T1.1Un.1L 1.1 110kV121kVki6.32T : Uin.2T121Un.1l 110kVU 2N.2T1.1Un.2l 1.1 35kV38.5kVk211038.5第二章电力负荷的计算6kV1、阐述年最大负荷及最大负荷利用小时数的意义。答：年最大负荷：全年中最大工作班内，半小时平均功率的最大值；年最大负荷利用小时数Tmax为假想时间，用户以全年最大负荷持续工作运行 Tmax 小时所消耗的电能等于全年实际消耗的电能。 用电负荷的均衡性的标志，越大越 均衡；2、阐述计算负荷的意义。答：计

5、算负荷为等效负荷，即按此负荷持续运行所产生的热效应， 与按照实际变 动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。3、简述需要系数法及二项式法确定计算负荷时，各自的使用场合。答；需要系数法主要适用于设备台数较多、总容量够大、没有特殊的大型用电设 备的场合；二项式法更适用于容量差别悬殊的用电设备的负荷计算。4、阐述尖峰电流的含义，其与计算电流的区别。答：尖峰电流1 pk 单台或者多台设备持续12 S的短时最大负荷电流，主要是由 于大容量电动机的起动、电压波动等原因造成的。与计算电流的区别：计算电流一一半小时平均电流的最大值；来源于计算负荷；尖峰电流一一持续12 S的短时最大负荷电流，尖峰电流比计算电流大

6、得多。5、简述提高功率因数的主要方法。答：提高自然功率因数 合理选择电动机的规格、型号 防止电动机空载运行 保证电动机的检修质量 合理选择变压器的容量 交流接触器的节电运行（2）人工补偿功率因数 并联电容器人工补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿6已知某机修车间的金属切削机床组，有电压为380V的电动机30台，其总的设备容量为120kW试求其计算负荷。解 查表中的“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，可得Kd=0.160.2（取 0.18 计算），cos =0.5，tg =1.73。根据公式（2-19）得： Pc=KdPe=0.18X 120=21.6kWQc=Pctg =21.6 x 1.

7、73=37.37kvarSc=Pc/cos =21.6/0.5=43.2kVA7、一机修车间的380V线路上，接有金属切削机床电动机 20台共50kW其中较 大容量电动机有7.5kW2台，4kW2台，2.2kW8台；另接通风机2台共2.4kW;电 阻炉1台2kW试求计算负荷（设同时系数 KE p、KEq均为0.9 ）。解查表可得冷加工电动机：Kd仁0.2, cos 1=0.5，tg 1=1.73Pc1= Kd1Pe1=0.2 x 50=10kWQc1=Pc1tg 仁 10x 1.73=17.3kvar通风机：Kd2=0.8，cos 2=0.8，tg 2=0.75Pc2= Kd2Pe2=0.8

8、x 2.4=1.92kWQc2=Pc2tg 2=1.92 x 0.75=1.44kvar电阻炉：因只1台，故其计算负荷等于设备容量Pc3=Pe3=2kWQc3=0Pt =心f 工热=% 迪 4 1 % + ) = 12.51Q厂恳网另 q = 0.3x(17.3+ 1.44+ a) = l(5Uvar+ 16= 21 02JtK4乞 _ 21.0273 x 038引94A8、试用二项式法来确定上题目中的计算负荷解求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx(1) 金属切削机床电动机组查表，取 b仁0.14, c仁0.4 , x仁5, cos 1=0.5 , tg 仁 1.73 , x=5, 则(b

9、Pe 刀)1=0.14 x 50=7kW(cPx)1=0.4(7.5x 2+4X 2+2.2 x 1)=10.08kW(2) 通风机组查附录表 1,取 b2=0.65 , c2=0.25 , cos 2=0.8 , tg 2=0.75 , x2=1, 则(bPe 刀)2=0.65 x 2.4=1.56kW(cPx)2=0.25X 1.2=0.3kW(3) 电阻炉(bPe 刀)3=2kW(cPx)3=0显然，三组用电设备中，第一组的附加负荷(cPx)1最大，故总计算负荷为Pc=E( bPeE) i+ (cPx) 1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kWQc=E (bPe刀 tg )

10、i+ (cPx) 1tg 1=(7 x 1.73+1.56 x 0.75+0)+10.08 x 1.73=30.72kvarS + =+ 30.723 = 37.1AkA8、如某一工厂的计算负荷为2400kW平均功率因数为0.67。要使其平均功率因 数提高到0.9 (在10kV侧固定补偿)，问需要装设多大容量的并联电容器？如果 采用BWF-10.5-40-1型电容器，需装设多少个？解 tg av1=tg(arccos0.67)=1.1080tg av2=tg(arccos0.9)=0.4843Qcc=Pav ( tg av1 tg av2) =0.75 x 2400 x (1.1080-0.4

11、843)= 1122.66kvarn= Qcc /qcN=1122.66/40=28 个考虑三相均衡分配，应装设30个，每相10个，此时并联电容器的实际值 为30x 40=1200kvar，此时的实际平均功率因数为0.75x2400/(0i.75x 2400)f+(0.75 x 2400 20KW应计及其对冲击的影响250kW假设已经算出：380V母线上的短路电流为Ik3)347kA，iS3)63BkA ； 而接于380V母线的感应电动机额定电流为：I n.m 0.724kAv3 380V0.70.75由于丨n.m 0.01l k，故需要计入感应电动机反馈电流的影响。该电动机的反 馈电流冲击值

12、为：ish.M6.5 1 0.724kA 4.7kA因此母线在三相短路时所受的最大电动力为：F 1.73 (ish ish.M)2 丄 10 729 10 70.165310 ma1.73 (63.6 103 A 4.7 103A)24545N2 校验母线短路时的动稳定度 母线在F作用时的弯曲力矩为：-F(3)l4545N0.9m“M409N10 10.0 母线的截面系数为：b2h (0.1m)20.01mW1.6676 6故母线在三相短路时所受到的计算应力为：M409N m6 rC5 324.5 10 Pa 24.5MPaW 1.667 10 5m3该型号硬母线的允许应力为：al 70MPa

13、 c由此可见，该母线满足动稳定度的要求。5、图所示输电系统，在f点发生接地短路，试绘出各序网络，并计算各序组合 电抗X1、X2和X。已知系统各元件参数如下：发电机 G : 50MWV cos.8， Xd0.15， X2 O.18， E11.08x 22变压器T-1、T-2 : 60MVA VS%=10.5,中性点接地阻抗 n负荷线路 L： 50km x1.4 /km，Xo3x1v淞 f =,LD 丄解（1）各元件参数标幺值计算。选取基准功率Sb=100MVA和基准电压Vb Vav，计算各元件的各序电抗的标幺 值，计算结果标于各序网络图中。XG1 0.151000.241 Xg20.18100发

14、电机：50/0.850/0.810.5100X T1Xt20.175变压器T-1、T-2 :100600.288xn 22 1001.607中性点接地阻抗：3737 1.461 xlo 3负荷 LD XLD1 1.2 100 8 XLD20.35 1002.3331.4164.383XLi 50 0.4输电线路L：（2）制订各序网络正序和负序网络不包括中性点接地电抗和空载变压器 T-2，因此，正序和负序网 络中包括发电机 G变压器T-1、负荷LD以及输电线路L ,如图（”和（c） 所示。由于零序电流不流经发电机和负荷，因此，零序网络中只包括变压器T-1、T-2和输电线路L,如图（d）所示E,7

15、WZCH重合 一次，若瞬时故障重合成功，恢复正常供电；若是永久性故障，则在 1DL重合之 后，过电流保护将会按时限，有选择地将故障线路的断路器跳开。优点：快速切出故障，设备少。缺点：若和闸于永久性故障，再次切除故障的时间可能很长；装 ZCH的DL 动作次数多，若DL拒动，将扩大停电范围。主要用于35KV以下的网络。（2）重合闸后加速保护（简称“后加速”）采用这种方式时，每条线路上均装有选择性的保护和 ZCH如在线路上发生 故障，保护将有选择性的跳闸；若重合于永久性故障，则加速保护。第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸， 若是永久性故障，重合后 则加速保护动作，切除故障。例：C /123永久第一次短路时，保护1 II段动，ZCH重合，之后保护1瞬时动。优点：第一次跳闸时有选择性的，再次切除故障的时间加快，有利于系统并 联运行的稳定性。缺点：第一次动作时间可能带时限，当主保护拒动而后备保护进行保护时， 时间可能更长。应用场合：35KV以上的高压网络中。4、简述采用90度接线测量无功功率的方法。答：P U BC I A cos(90 ) U BCI A sinP2 UabLcos(90 )