电力工程第3版鞠平部分习题答案

第1章绪论1.3习题解答I.习题提示与参考答案习题1-1．请自行收集一个实际电网的地理接线图，并且在图上标注发电、输配电和用电部分。答：略。习题1-2．请自行收集资料，给出我国容量最大的火电厂、水电厂、核电厂、风电场的名称及其容量。答：略。习题1-3．请自行收集资料，分析我国直流输电应用的实际场合。答：略。习题1-4．请自行收集资料，分析自己家乡所在电网的电压等级、发电厂类型、变电所类型。答：略。习题1-5．采用标幺制选取基准值时应遵循什么原则？为什么？电力系统分析中基准功率通常如何选取？基准电压又如何选取？答：基准值的选择，除要求基准值与有名值单位相同以外，原则上可以是任意的。但是，采用标幺值的目的就是为了简化计算和便于对计算结果进行分析。因此，选择基准值时应考虑达到这些目的。功率基准值的选择有三种方法：一是选择电力设备额定容量，即发电机的额定容量或变压器的额定容量；二是选择电力系统的总容量；三是考虑到计算的简单，又避免数值过大或过小，一般取100MV·A或1000MV·A为基准值。电压基准值的选择有两种方法：一是以电力设备或电力系统的额定电压作为基准值；二是以电力系统的“平均额定电压”作为基准值。习题1-6．如何选择幅值的基准值？幅值与有效值的标幺值之间有什么关系？答：幅值的基准值可以根据各物理量之间的关系式，由电压基准值推导而来。幅值与有效值的标幺值相等。习题1-7．系统接线如图1-1所示，如果已知变压器T1归算至121kV侧的阻抗为(2.95+j48.7)Ω，T2归算至110kV侧的阻抗为(4.48+j48.4)Ω，T3归算至35kV侧的阻抗为(1.127+j9.188)Ω，输电线路的参数已标于图中，试分别作出元件参数用有名值和标幺值表示的等值电路。图1-1教材题1-7图答：设T1和T2之间的线路为L12,设T2和T3之间的线路为L23。（1）有名值参数（精确计算，归算到110kV侧）ZT1=2.95+j48.7(Ω)ZT2=4.48+j48.4(Ω)ZT3=(1.127+j9.188)(110/38.5)2=9.2+j75(Ω)ZL12=10.5+j20.8(Ω)ZL23=(6.6+j8)(110/38.5)2=53.88+j65.31(Ω)原文：（2）标幺值参数（近似计算，归算到110kV侧把归算到110kV侧删去。）取SB=100MVA，UB=Uav把归算到110kV侧删去。修改为：（2）标幺值参数（近似计算）取SB=100MVA，UB=Uav习题1-8．简单电力结线如图1-2所示。试作出该系统的等效电路（不计电阻，导纳）。（1）所有参数归算到110kV侧。（2）所有参数归算到10kV侧。（3）选取SB=100MVA、UB=Uav时以标幺值表示的等效电路。图1-2教材题1-8图答：（1）所有参数归算至110kV侧，采用有名制精确计算：（2）所有参数归算至10kV侧时单位是Ω不是p.u.单位是Ω不是p.u.原文：修改为：等值电路（图中阻抗上方的数值为归算到110kV侧的结果，阻抗下方括号中的为归算到10kV侧的结果）：（3）选取SB=100MVA、UB=Uav时，以标幺值表示的等值电路DK计算有误DK计算有误原文：修改为：等值电路：II.补充习题与参考答案习题1-9．试计算图1-3所示系统的参数标幺值。图1-3电力系统接线图答：以下采用准确计算法中的扩散式。取220kV级的基准值为Sn=100MVA，Un=220kV，首先确定各电压等级的基准电压为则标幺值参数计算为第2章输电设备2.3习题解答I.习题提示与参考答案习题2-1．请自行收集资料，分析架空线路与电缆的特征及应用场合。答：略。习题2-2．请自行收集资料并注意观察架空线路的绝缘子的形式与线路电压的关系。答：略习题2-3．请自行收集资料并注意观察分裂导线，总结采用分裂导线的原因。答：略习题2-4．自2008年大雪以来，人们对输电线路除冰高度重视，并进行大量研究，请自行收集资料，总结近年来有哪些有效的除冰方法，并说明原理与特点。答：略习题2-5．请自行收集资料，分析直流输电的特点和我国直流输电的最新发展。答：略习题2-6．什么是钢芯铝绞线？什么是扩径钢芯铝绞线？什么是分裂导线？各有什么特点？答：钢芯铝绞线是由铝线和钢线绞合而成的，适用于架空输电线路用。它内部是钢“芯”，外部是用铝线通过绞合方式缠绕在钢芯周围；钢芯主要起增加强度的作用，铝绞线主要起传送电能的作用。扩径钢芯铝绞线是以满足技术条件的常规导线规格为基准，采取扩大导线外径技术，在保证电晕所要求的导线外径前提下，减少导线的铝截面，从而减少导线的总重量，减少铁塔荷载和结构重量，极大地降低线路造价。分裂导线是超高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式。即每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列，而且布置在正多边形的顶点上。普通分裂导线的分裂根数一般不超过4根，超高压输电线路的分裂导线数一般取3～4根。习题2-7．绝缘子的主要作用是什么？直线杆塔上悬挂绝缘子串中绝缘子数量与电压等级有什么的关系？答：高压电线连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体，它是为了增加爬电距离的，通常由玻璃或\t"/subview/24362/_blank"陶瓷制成,就叫绝缘子。各电压等级大致绝缘串子数量如下：电压等级串子个数35kV3110kV7220kV13330kV19500kV24习题2-8．观察电力电缆的结构，分析各部分的结构特征和作用。答：电力电缆的基本结构由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。线芯：线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。绝缘层：绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。屏蔽层：15kV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。保护层：保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。习题2-9．架空线路的电抗怎么计算，分裂导线对三相输电线路电抗有何影响？答：分裂导线减小三相输电线的电抗。习题2-10．在电力网计算中两绕组和三绕组变压器各有哪种等效电路？答：略。习题2-11．怎样利用电力变压器铭牌数据计算变压器等效电路的参数？答：请自行结合实际计算变压器等效电路参数。习题2-12．分别从整流和逆变两个工作状态分析直流输电系统的工作原理。答：电源由发电机中的交流发电机供给，经换流变压器将电压升高后接至整流器，由整流器将高压交流变为高压直流，经过直流输电线路输送到受端，再经过逆变器重新将直流变换成交流，并经变压器降压后供给用户使用。习题2-13．一条长度为100km，额定电压为110kV的双回路架空线路，导线型号为LGJ-185，水平排列，线间距离为4m，求线路参数，并画出等效电路。答：根据公式得，，。习题2-14．某220kV输电线路选用LGJ-80型号导线，直径为24.2mm，水平排列，线间距离为6m，试求线路单位长度的电阻、电抗和电纳，并验证是否发生电晕。答：，，。习题2-15．某330kV输电线路，采用LGJQ-300×2型双分裂导线，导线为水平排列并经过完全换位，线间距离为9m，分裂导线的间距为400mm，试计算每千米线路的电抗和电容值。答：，。习题2-16．某500kV输电线路，三相导线采用三角形布置并经过完全换位，导线间的水平距离为12.2m，垂直距离为8.4m，导线为LGJQ-600×2型双分裂导线，分裂导线间距为600mm，各相对地高度如图所示。试求：（1）线路每千米电抗和电容值。（2）计入大地影响后每相对地电容值。答：（1），。习题2-17．已知一台SSPSOL型三相三绕组自耦变压器，其容量比为300000/300000/150000kVA，=242kV，=121kV，=13.8kV，=950kW，=620kW，=123kW，=13.73，=11.9，=18.64，=0.5。试求以高压侧为基准的该变压器各基本参数（说明：凡带*号的值都是以低压侧绕组的容量为基准的值）。答：，，；，，，，习题2-18．某变电所装有一台型号为SFSL1—15000/110、容量比为100/100/100的三绕组变压器。试验数据为=120kW，=120kW，=95kW，=10.5，=17，=6.0，=22.7kW，=1.3，试求变压器的参数并作出等效电路。答：（1）电阻、、的计算各绕组的短路损耗为：计算结果和下标有误。计算结果和下标有误。原文：修改为：各绕组的电阻为：结果有误，用了上面的错误数据。结果有误，用了上面的错误数据。原文：修改为：（2）电抗、、的计算：各绕组的短路电压为：各绕组的电抗为：XT2为XT2为-2.0Ω，XT1XT3小数点保留有问题。原文：修改为：（3）电导和电纳的计算：小数点保留有误。小数点保留有误。原文：修改为：（4）变压器的空载损耗的计算：等值电路图略。修改为：答：（1）电阻、、的计算各绕组的短路损耗为：各绕组的电阻为：（2）电抗、、的计算：各绕组的短路电压为：各绕组的电抗为：（3）电导和电纳的计算：修改为：等值电路图:习题2-19．一台型号为OFSPSL-90000/220、额定电压为220kV/121kV/38.5kV，容量比为100/100/50的三相三绕组自耦变压器。实测数据为=333kW，=277kW，=265kW，=9.09，=16.45，=10.75，=59.0kW，=0.332，试求自耦变压器的参数并作出等效电路。答：提示：短路容量和短路电压均需先折合。折合容量：原文：修改为：所以各绕组短路损耗为：[所有P改为]各绕组电阻为：电压折合为：各绕组的短路电压为：各绕组的电抗为：Xt2少一个负号，应该为Xt2少一个负号，应该为-6.21Ω。原文：修改为：等值电路略。习题2-20．试分析高压直流输电的优、缺点与适用范围。答：优点：（1）线路造价低、年运行费用低；（2）不存在一般交流系统中稳定性问题；（3）能限制短路电流；（4）调节速度快，运行可靠；（5）没有充电电流，不需要并联电抗器补偿。缺点：（1）换流装置价格昂贵，换流站造价高；（2）消耗大量的无功功率；（3）产生谐波；（4）缺乏成熟的高压直流断路器。适用范围：（1）远距离大容量输电；（2）直流线路特别适合于海底或地下电缆输电；（3）交流系统的互连；（4）配合新能源发电，需要依靠直流输电来接入交流系统。习题2-21．什么叫“背靠背”直流输电方式，它适用于什么场合？答：“背靠背”直流输电简称BTB，这种方式特点是没有直流输电线路，一侧经整流后立即经逆变器与另一侧的交流系统相连，潮流可以反转，该方式主要用于大系统间的互连，用以限制短路电流及强化系统间的功率交换，以及联系两个不同频率或非同步运行的电力系统等。该方式目前在世界上的应用是较广泛的。II.补充习题与参考答案习题2-22．什么是电晕现象，它和输电线路的哪个参数有关？答：电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象；与架空线路的电导g有关。习题2-23．导线型号LGJ-300/40

中各字母和数字代表什么？答：×1×2

×3

×4

×5

—×6/×7×2×3：表示材料，其中：L

表示铝、G

表示钢、T

表示铜、HL

表示铝合金；×4：J

表示多股线；×5：J

表示加强型，Q

表示轻型；×6：主要载流部分额定截面积；×7：钢线部分额定截面积LGJ—300/40

表示载流额定截面积为300、钢线额定截面积为40

的普通钢芯铝线。第3章电力负荷3.3习题解答I.习题提示与参考答案习题3-1．请自行收集资料，总结某个变电站负荷功率曲线的特点。答：略。习题3-2．请自行收集资料，分析某个变电站负荷的电气特性模型。答：略。习题3-3．某负荷由R、C串联而成，推导其有功功率的静态和动态特性模型。答：静态模型：，动态模型：习题3-4．试证明教材中的式（3-7）~式（3-9）。答：（1）证明式（3-7）我国以及IEEE的幂函数模型基本形式如下：静态特征系数，指当负荷的功率、电压及频率均取相对值时，功率对电压及频率的变化率。为有功电压特征系数；为有功频率特征系数；为无功电压特征系数；为无功频率特征系数。对幂函数模型中第一个等式求关于、的导数得令，得同理可得显然、、和与静态特征系数、、和相等。从而式（3-7）得证。（2）证明式（3-8）我国以及IEEE的多项式模型基本形式如下：式中各项系数满足对多项式模型求关于、的导数并令，得：从而式（3-8）得证。（3）证明式（3-9）：将式（3-7）围绕进行泰勒级数展开，忽略高于二阶的高次项，可近似获得ZIP模型与多项式模型比较可得：，，，，从而式（3-9）得证。II.补充习题与参考答案习题3-5．某系统典型日负荷曲线如图3-1所示，试计算：日平均负荷以及峰谷差。图3-1日负荷曲线答：（1）日平均负荷峰谷差第4章同步发电机4.3习题解答I.习题提示与参考答案习题4-1.请自行收集资料，分析同步发电机坐标系下动态方程的阶次。答：略。习题4-2.请自行收集资料，分析同步发电机几个电抗的取值范围。答：略。习题4-3.求下列情况的，与例4-1一起，总结规律。（1）（2）答：（1）（2）规律总结：当abc是三相正序对称时，而且ωs=ωr=ω即电速度等于机速度时，经park变换，dq分量恒定，0分量为零；当abc是三相负序对称时，而且ωs=ωr=ω即电速度等于机速度时，经park变换，dq分量频率是原来的两倍，0分量为零；当abc是三相相同时，dq分量为零，0分量即为原量。习题4-4.已知发电机参数如下：，，，，，忽略电阻；稳态运行条件为，，。试求各电动势。答：对于凸极机：（1）计算稳态电动势①先求②计算电压、电流分量③计算（2）计算暂态电动势（3）计算次暂态电动势习题4-5.忽略发电机电阻，试证明与之间满足关系式答：根据电压方程，忽略发电机电阻，可得：由电压方程得：又因为所以从而得到：习题4-6.试证明如下关系式：答：由教材图4-8可知，转子q轴超前端电压（即图中向量F）的夹角为，端电压（即图中向量F）超前d轴的夹角为，两个夹角之和为q轴超前d轴的夹角即，所以：由教材式（4-6a）可知，由教材式（4-7a）可知，所以：II.补充习题与参考答案习题4-7．已知发电机参数：，，负载电压，电流，试计算空载电动势，并做相量图。答：（1）对于凸极机，先求（2）计算电流分量（3）计算空载电动势对应的相量图如下所示：第5章开关设备类5.3习题解答I.习题提示与参考答案习题5-1．请自行搜集资料，分析电力系统电弧的危害及灭弧的方法。答：电力系统电弧的危害：一是电弧的存在使电路不能断开；二是电弧的高温可能烧坏触头或破坏触头附近的绝缘材料；三是电弧不能熄灭将使触头周围的空气迅速膨胀形成巨大的爆炸力，炸坏开关自身并严重影响周围其他设备运行，这是最危险的后果。灭弧方法：（1）用液体或气体吹弧；（2）采用多断口熄弧；（3）利用真空灭弧；（4）利用特殊介质灭弧；（5）快速拉长电弧；（6）采用特殊金属材料作为灭弧触头；（7）采用并联电阻；（8）其他措施。习题5-2．断路器既是电力系统中最重要的开关类设备，又是保护类设备，请自行搜集资料，分析断路器的工作原理以及断路器的最近发展。答：断路器的工作原理是：当短路时，大电流产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作，电流越大，动作时间越短。断路器有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。习题5-3．在校学生往往缺少工程背景，请自行搜集各种断路器的图片资料，从外形方面比较其相互区别以及与电压互感器、电流互感器的区别。答：略习题5-4．电弧是一种什么现象？具有什么特征？它对电力系统有哪些危害？答：电弧是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。在机械式开关开断电路过程中，当两触头间电压高于10~20V，电流大于80~100mA时，就会在动、静触头间产生电弧。触头间电弧的产生在开断或接通电路过程中是不可避免的，其强度与开断回路的电压高低、电流大小有关，电压越高，开断电流越大，则电弧燃烧越强烈。电弧的形成依赖于强电场发射及碰撞游离，电弧的维持主要依赖于热游离。如不采取措施，强烈的电弧将会带来严重后果：一是电弧的存在使电路不能断开；二是电弧的高温可能烧坏触头或破坏触头附近的绝缘材料；三是电弧不能熄灭将使触头周围的空气迅速膨胀形成巨大的爆炸力，炸坏开关自身并严重影响周围其他设备运行，这是最危险的后果。习题5-5．高压断路器有哪些功能，常见的有哪些种类？答：高压断路器在电网中的功能主要有两方面：其一是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路；其二是保护作用，当系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证电力系统中无故障部分的继续运行。常见的种类有油断路器（少油和多油）、压缩空气断路器、六氟化硫（SF6）断路器、真空断路器等。习题5-6．高压真空断路器有何结构特点？有哪些类型？答：真空断路器主要包含三大部分:真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其他部件。真空灭弧室按照开关型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空灭弧室、中间封接杯状纵磁场小型化真空灭弧室、内封接式玻璃泡灭弧室。操作机构按照断路器型式不同，采用的操作机构不同。常用的操作机构有弹簧操作机构、CD10电磁操作机构、CD17电磁操作机构、CT19弹簧储能操作机构、CT8弹簧储能操作机构。习题5-7．SF6断路器有何结构特点？有哪些类型？SF6断路器的优点有哪些？答：SF6断路器结构按照对地绝缘方式不同分为以下两种类型：（1）落地罐式。这种断路器的总体结构与多油断路器相似，它把触头和灭弧室装在充有SF6气体并接地的金属罐中，触头与罐壁间的绝缘采用环氧支持绝缘子，引出线靠绝缘瓷套管引出。这种结构便于安装电流互感器，抗振性能好，但系列性能差。（2）瓷柱式。瓷柱式断路器的灭弧室可布置成T形或Y形，220kVSF6断路器随着开断电流增大，制成单断口断路器可以布置成单柱式，灭弧室位于高电位，靠支柱绝缘瓷套对地绝缘。SF6断路器的优点：（1）开断容量大，SF6断路器的开断电流目前已达40～63kA，最大电流达到80kA。（2）电器寿命长，修检周期可长达10～20年。（3）开断性能好，不仅开断短路性能好，而且具有开断空载长线路和空载变压器不重燃，过电压低等优点。（4）灭弧室断口耐压高，目前已达到单断口245kV、50kA的水平，因此断路器的结构简单、紧凑、占地面积小。（5）安全，无火灾和爆炸危险。习题5-8．高压隔离开关有哪些功能？它为什么不能带负荷操作？答：高压隔离开关的功能主要有：（1）隔离电源。将需要检修的线路或电气设备与带电的电网隔离，形成安全的电气设备检修断口，建立可靠的绝缘回路，以保证检修人员及设备的安全。（2）倒闸操作。在双母线的电路中，可利用隔离开关将设备或线路从一组母线切换到另一组母线，实现运行方式的改变。（3）接通和断开小电流电路。高压隔离开关由于没有灭弧装置，所以一般只能用来关合和开断有电压无负荷的线路，而不能用来开断负荷电流和短路电流，需要与断路器配合使用，由断路器来完成带负荷线路的关合、开断任务。习题5-9．高压隔离开关运行维护应注意哪些项目？预防隔离开关事故的技术措施有哪些？答：接通电路时，先合上断路器两侧的隔离开关，再合断路器；切断电路时，先断开断路器，再拉开两侧的隔离开关。严禁在未断开断路器的情况下，拉合隔离开关。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙等闭锁装置。习题5-10．高压负荷开关有什么结构特点？其基本原理是什么？答：负荷开关种类很多，按结构可分为油负荷开关、真空负荷开关、六氟化硫（SF6）负荷开关、产气式负荷开关、压气型负荷开关。以真空负荷开关为例简要介绍其基本原理，真空负荷开关完全采用了真空开关管的灭弧优点以及相应的操作机构，由于负荷开关不具备开断短路电流的能力，故它在结构上较简单，适用于电流小、动作频繁的场合。真空负荷开关的主要特点是无明显电弧、不会发生火灾及爆炸事故、可靠性好、使用寿命长、几乎不需要维护、体积小、重量轻，可用于各种成套配电装置，尤其是城网中的箱式变电站、环网等设施中，有很多优点。习题5-11．高压熔断器的主要功能是什么？其工作性能主要用哪些特性和参数来表征？答：熔断器串联在电路中，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断，切断故障电路，使电气设备免遭损坏，并维持电力系统其余部分的正常工作。其工作性能主要用熔断器的保护特性（也称安秒特性）、熔断器的额定电压、熔断器的额定电流、熔体的额定电流以及熔断器的开断电流来表征。习题5-12．什么是熔断器的安秒特性？答：熔体融化时间的长短，取决于熔体熔点的高低和所通过的电流大小。熔体材料的熔点越高，熔体融化就越慢，熔断时间就越长。熔体熔断电流和熔断时间之间呈现反时限特性，即电流越大，熔断时间就越短，其关系曲线称为熔断器的保护特性，也称安秒特性。习题5-13．使用一般熔断器时，额定电流如何选择？答：高压熔断器额定电流的选择包括熔管额定电流和熔体额定电流的选择，其中熔管额定电流应按大于或等于熔体额定电流选择。习题5-14．隔离器、刀开关的主要功能和选用原则是什么？答：隔离器是低压电器中结构比较简单，应用十分广泛的一类手动操作电器。其主要作用是将电路和电源隔离，以保障检修人员的安全，有时也用于直接起动笼型异步电动机。刀开关俗称闸刀开关，是一种带有动触头（触刀），在闭合位置与底座上的静触头（刀座）相契合（或分离）的一种开关。主要用于各种配电设备和供电线路，可作为非频繁地接通和分断容量不太大的低压供电线路之用。当能满足隔离功能要求时，刀开关也可用来隔离电源。隔离器在电源切除后，能将电路中所有电流通路都切断，并保持有效的隔离距离（又称电气间隙），可以保障检修人员的安全。它属于一种特殊结构的刀开关，通常有手动操作和电动操作两种结构。隔离器一般属于无载通断电器，只能接通或分断母线、连接线和短电缆等分布电容电流和电压互感器或分压器的电流等，但有一定的载流能力。习题5-15．接触器主要有什么用途？其工作原理是什么?答：接触器可用于远距离频繁地接通和分断交直流主电路和大容量控制电路，具有动作快、控制容量大、使用安全方便、能频繁操作和远距离操作等优点，主要用于控制交直流电动机，也可用于控制小型发电机、电热装置、电焊机和电容器组等设备，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。接触器的工作原理是：接触器电磁机构的线圈通电后，在铁心中产生磁通，在动、静铁心气隙出产生吸力，使动、静铁心闭合，主触头在动铁心的带动下也闭合，于是接通了电路。与此同时，动铁心还带动辅助触头动作，使常开触头闭合，使常闭触头打开。当线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在释放弹簧作用下打开，主、辅触头又恢复到原来状态。II.补充习题与参考答案习题5-16.影响去游离的因素有哪些？答：（1）电弧温度：电弧是由热游离维持的，降低温度就可以减弱热游离，减少新的带电质点的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。（2）介质的特性：电弧燃烧时所在介质的特性在很大程度上决定了电弧中去游离的强度，这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电弧就容易熄灭。（3）气体介质的压力：气体介质的压力对电弧去游离的影响很大。因为，气体的压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用就越强，电弧就越容易熄灭。（4）触头材料：当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。除了上述因素外，去游离还受电场电压、交流直流等因素的影响。习题5-17．带有接地刀闸的隔离开关有什么作用？答：按照“安规”的规定，电气设备检修时，必须进行接地，一般情况是挂“接地线”。有些地方挂地线不方便，有些地方经常挂接地线也不方便，且挂接的地线无法和电气设备进行连锁，常会误操作，出现“带地线送电”的恶性事故，于是就将临时挂接的地线改为固定安装的接地刀闸。带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先断开隔离开关后，再合上接地刀闸，先断开接地刀闸后，再合上隔离开关的操作顺序。

第6章高压绝缘与保护控制6.3习题解答I.习题提示与参考答案习题6-1．请自行收集资料，总结电力系统EMS的构成。答：略。习题6-2．请自行收集资料，分析采用WAMS的优点。答：略。习题6-3．请自行搜集材料，分析电流互感器、电压互感器的精度与哪些因素有关，怎样提高互感器的精度？答：略。系统6-4．请自行搜集材料分析，如果电流互感器线性度不高，会产生怎样的误差？从电流互感器本身怎样提高线性度？从互感器之外，怎样减小互感器非线性误差对测量精度的影响？答：略。习题6-5．避雷（针、线、器）的作用是什么？其保护范围指的是什么？答：避雷针与避雷线是防止直接雷击的设备，其主要是将雷吸引到自身，使雷电流导入地中，保护了电气设备及建筑物免遭雷击。保护范围是指被保护物在此空间内可遭受雷击的概率在可接受值之内。避雷器通过与被保护的电气设备并联连接，保护了电气设备免遭入侵雷电波损坏。习题6-6．为什么定时限过电流保护的灵敏度、动作时间需要同时逐级配合，而电流速断的灵敏度不需要逐级配合？答：因为定时限过电流保护不仅应能保护本线路全长，而且也能保护相邻下一线路的全长，起到后备保护的作用——近后备和远后备，所以需要同时逐级配合；而电流速断保护只需要保护本线路的一部分，所以不需要与下级的配合。习题6-7．说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏性和速动性？答：参见教材图6-12所示，电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠保护2限时电流速断的动作时间与保护1电流速断的动作时间的配合来保证保护动作的选择性，比晚一个时间级差；依靠保护2限时电流速断的动作电流与动作延时的整定来保证保护动作的灵敏性，通常用二段灵敏度系数衡量，如不满足要求时，可减小动作电流，同时延长动作延时（即与下一级限时电流速断配合），达到提高灵敏度的目的；电流速断和限时电流速断仅反应于短路电流幅值增大而动作，且，或，可以保证保护动作的速动性。习题6-8．如图6-2所示的网络中，流过保护1、2、3的最大负荷电流分别为400、500、550A，、，，、，试计算：（1）保护4的过电流定值；（2）保护4的过电流定值不变，保护1所在元件故障被切除，当返回系数低于何值时会造成保护4误动？（3）时，保护4的灵敏系数为，当时，保护4的灵敏系统降低到多少？图6-2教材题6-8图答：（1）过电流保护4的最大负荷电流为保护4的过电流定值为时限为（2）故障切除后，流过保护4的最大负荷电流为在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流为这个电流必须小于保护4的返回电流，否则1.5s后保护4将误切除。相应地要求从而，即当返回系数低于0.535时，会造成保护误动。3）保护4的灵敏度系数为与成正比，当下降时灵敏度系数下降。新的灵敏度系数为习题6-9．在双侧电源供电的网络中，方向性电流保护利用了短路时电气量什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题？答：功率的方向。通过在电流保护可能发生失去选择性的线路保护上，再附加一个元件（或保护判别功能），使在判别功率方向为正时，开放电流保护，使保护在检测到故障发生时正确动作；而在判别功率方向为负时，闭锁电流保护，使电流保护虽然检测到故障发生，但被闭锁而不动作。习题6-10．纵联保护的最基本原理的实质性内容是什么？答：纵联保护最基本原理的实质是将线路一侧电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同时比较、联合工作，即在线路两侧之间发生纵向的联系。习题6-11．电力变压器有哪几种保护方式是不可缺少的？答：略。习题6-12．变压器纵差动保护或电流速断保护的配置原则是什么？答：一般情况下，对已设置了纵差动保护的变压器，再安装定时限过电流保护（原理与线路保护Ⅲ段相同），作为变压器的后备保护。对不设置纵差动保护的变压器，则配置电流速断保护为变压器的主保护，配置定时限过电流保护作为后备保护。此外，为了保证在任何情况下都能快速切除故障，对于大型变压器，应装设双重纵差动保护。习题6-13．距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成的？答：电压与电流的比值。距离保护利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反映故障点到保护安装处的距离而工作。习题6-14．在单侧电源线路上，过渡电阻对距离保护的影响是什么？答：略。习题6-15．在双侧电源的线路上，保护测量到的过渡电阻为什么会呈现容性或感性？答：略。习题6-16．中性点非直接接地电网中，接地短路的特点及保护方式是什么？答：略。习题6-17．中性点经消弧线圈接地电网中，单相接地短路的特点及补偿方式是什么？答：略。习题6-18．发电机失磁对系统和发电机本身有什么影响？答：略。习题6-19．发电机励磁回路为什么要装设一点接地和两点接地保护？答：略。习题6-20．电网有几种运行状态？各状态分别具有什么特点？答：电力系统的各种运行状态及其特点是：1）正常状态。在此状态下，负荷约束条件和运行约束条件同时得到满足。正常状态又分为2种情况：如承受一个合理的预想事故扰动后，仍不违反上述两组约束条件，称该系统处于安全状态；如果在一个合理的预想事故扰动后，不能完全满足上述两组的约束条件，则称该系统处于警戒状态。2）紧急状态。在此状态下，运行约束条件不能完全满足。紧急状态可以是静态的，此时系统某些参数超过允许范围，如某些设备过负荷、某些节点电压过低等，但这些参数仍能暂时维持不变，电力网一般仍能保持其完整性。紧急状态也可以是暂态的，此时系统某些参数不仅超出允许范围，而且在不断发展变化，如功角不断增大、频率或电压不断下降等，电力网结构也难以保持完整性。3）恢复状态。在此状态下，系统参数一般尚能符合运行约束条件，但可能已损失部分负荷或电网某些部分已解列。通过紧急处理后，系统运行状态虽然不再继续恶化，但正常状态尚未确立。习题6-21．什么是互感器？互感器与一、二次系统如何连接？答：互感器分为电流互感器和电压互感器。它们将一次侧的高电压、大电流变成二次侧标准的低电压和小电流，分别用以向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈等供电，供测量、监视、控制及继电保护使用，使二次电路能正确反映一次系统的正常运行和故障情况。它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络器件，同时也是隔离器件。电流互感器的一次绕组串联接入一次电路，二次绕组与负载（电流表、功率表的电流线圈等）串联。电压互感器一次绕组并接与一次系统，二次侧各仪表亦为并联关系。习题6-22．电流互感器的作用有哪些？电压互感器的作用有哪些？答：电流互感器的作用是将一次侧的大电流转化为二次侧0~5A的小电流供测量仪表使用。电压互感器的作用是将一次侧的高电压按比例变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量。仪表装置使用。同时，电流互感器和电压互感器可以将一次侧的高电压、大电流与电气工作人员隔离。习题6-23．电流互感器和电压互感器的工作原理是怎样的？答：略。习题6-24．运行中电流互感器二次侧为什么不允许开路？如何防止运行中的电流互感器二次侧开路？答：运行中的电流互感器二次电路不允许开路，否则会在开路的两端产生高电压危及人身设备安全，或使电流互感器严重发热。运行中当需要检修、校验二次仪表时，必须先将电流互感器二次绕组或回路短接，再进行拆卸操作，二次设备修好后，应先将所接仪表接入，而后再拆二次绕组的短接导线。习题6-25．电流互感器的接线方式有哪些？什么是电流互感器的极性？什么是加极性和减极性？答：电流互感器的接线方式有：（1）一相式接线；（2）两相V形接线；（3）两相电流差接线；（4）三相星形接线。在电流互感器接线时，要注意其端子的极性，按照规定，我国互感器和变压器的绕组端子，均采用“减极性”标号法。所谓“减极性”标号法就是互感器按这种方法接线时，如果在一次绕组接上电压U1，二次绕组感应出电压U2。这时将一对同标志端短接，则在另一对同标志端之间测出的电压。用“减极性”法所确定的“同名端”，实际上就是“同极性端”，即在同一瞬间，两个同名端同为高电位或同为低电位。习题6-26．电压互感器的接线方式有哪些？答：电压互感器的接线方式有：（1）一台单相电压互感器接线；（2）V-V联结；（3）三相三柱式电压互感接成Yyn联结；（4）三相五柱式电压互感接成YyΔ联结；（5）三台单相三绕组电压互感器构成Y0Y0Δ联结。习题6-27．运行中的电压互感器二次侧为什么不允许短路？互感器的二次侧为什么必须接地？答：电压互感器二次侧所通过的电流由二次回路阻抗的大小来决定，当二次侧短路时，将产生很大的短路电流，会损坏电压互感器，因此，运行中的电压互感器二次绕组不允许短路。电压互感器要求二次侧有一点可靠接地，目的的为了防止互感器绝缘损坏，高电压窜入二次电路危及二次设备和人身的安全。II.补充习题与参考答案习题6-28.如图6-3所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为：图6-3简单电网示意图已知、、、、、、、、，线路阻抗，、，、、、、。（1）发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运行，请确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。（2）整定保护1、2和3的电流速断定值，并计算各自的最小保护范围。（3）整定保护2和3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要求（）。（4）整定保护1、2和3的过电流定值，假定母线E过电流保护动作时限为0.5s，校验保护1作近后备、保护2、3作远后备的灵敏度。答：，，，（1）经分析，最大运行方式即阻抗最小，则三台发电机及线路全部运行，由题意知G1，G2连接在同一母线，则其中“||”表示并联。同理，最小运行方式即阻抗最大，分析可知只有G1和L1运行，相应的（2）对于保护1等值电路图如下所示图6-4等值电路图母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护1的最大短路电流为相应的电流速断定值为最小保护范围计算式为即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。对于保护2等值图如上所示，母线D最大运行方式下发生三相短路流过保护2的最大短路电流为相应的电流速断定值为最小保护范围为即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。对于保护3等值图如上所示，母线C最大运行方式下发生三相短路流过保护3的最大短路电流为相应的速断定值为最小保护范围为即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行方式下可能没有保护区。（3）整定保护2的限时电流速断定值为线路末端（即D处）最小运行方式下发生两相短路的电流为所以2处保护的灵敏系数为即不满足的要求。同理保护3的限时电流速断定值为线路末端（即C处）最小运行方式下发生两相短路的电流为所以3处保护的灵敏系数为也不满足的要求。可见，由于运行方式变化太大，2、3两处的限时电流速断保护的灵敏度都远不能满足要求。（4）过电流整定值计算公式为所以可得同理在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的公式为所以所以由灵敏度公式知，保护1作为近后备的灵敏度为满足近后备保护灵敏度的要求。保护2作为远后备的灵敏度为满足做远后备保护灵敏度的要求。保护3作为远后备的灵敏度为满足作为远后备保护灵敏度的要求。保护的动作时间：，，第7章电力系统的潮流7.3习题解答I.习题提示与参考答案习题7-1.什么是电力系统潮流？为什么要进行潮流计算？答：略。习题7-2.在高压电网中，为什么电压降落的纵分量取决于无功功率？而电压降落的横分量取决于有功功率？答：电压降落的纵分量为，电压降落的横分量为，由于线路上电抗远大于线路电阻，上述两式中电阻影响较小（近似可忽略），所以电压降落的纵分量主要取决于无功功率Q的大小，而横分量取决于有功功率P的大小。习题7-3.电力系统的节点导纳矩阵有何特点？答：略。习题7-4.求解潮流方程的常用方法有哪些？牛顿-拉夫逊求解潮流方程的本质是什么？答：略。习题7-5.求解潮流方程时为什么要将系统的节点进行分类？一般分成哪几类？PV节点有何特点？答：略。习题7-6.平衡节点有何特点？那些节点可以作为平衡节点？为什么潮流计算时系统中必须设一个平衡节点？答：略。习题7-7.优化潮流与常规潮流有何区别？答：略。习题7-8.常规的电力系统潮流计算方法有哪些？各个方法的优缺点是什么？答：常规的电力系统潮流计算包括高斯-塞德尔算法、牛顿-拉夫逊算法和PQ分解法。高斯-赛德尔法计算速度慢、收敛性差，常用于为牛顿-拉夫逊法求初值；牛顿-拉夫逊算法收敛性好、迭代次数少。但初值要求高；P-Q分解法收敛速度快，但对不满足简化条件的网络可能发散，需要做一些改进。习题7-9.请针对IEEE算例，编制牛顿-拉夫逊潮流计算程序。答：略。习题7-10.请针对IEEE算例，编制PQ分解法计算程序，并与牛顿-拉夫逊法计算结果和计算时间进行分析。答：略。习题7-11.已知图7-4所示输电线路始端、末端电压分别为248kV、220kV，末端有功功率负荷为220MW，无功功率负荷为165Mvar。试求始端功率因数。图7-4题7-11图答：图7-5题7-11等效电路如图7-5所示，计算功率：的功率损耗：习题7-12.如图7-6所示，单回220kV架空输电线路长200km，线路每千米参数为，线路空载运行，末端电压为205kV，求线路始端电压。图7-6题7-12图答：X计算有误。X计算有误。原文：修改为：等值电路如图所示。电压横分量少一个负号。电压横分量少一个负号。图7-7题7-12图设原文：修改为：习题7-13.图7-8所示为一110kV输电线路，由A向B输送功率。试求：（1）当受端B的电压保持在110kV时，送端A的电压应是多少？并绘出相量图。（2）如果输电线路多输送5MW的有功功率，则A点电压如何变化？（3）如果输电线路多输送5Mvar的无功功率，则A点电压如何变化？图7-8题7-13图答：（1）原文：修改为：相量图略。（2）输电线路多输送5MW的有功功率（3）输电线路多输送5Mvar的无功功率习题7-14.图7-9所示为以额定电压为110kV的输电线路，采用LGJ-150型导线架设，线间几何平均距离为5m，线路长度为100km。已知线路末端负荷为（40+j30）MV•A，线路首端电压为115kV。试求正常运行时线路末端的电压。图7-9题7-14图答：查表得导线参数如下：导纳支路的无功损耗：等值电路图如图7-10所示：图7-10题7-14等效电路求得功率分布如下：计算电压如下：习题7-15.额定电压为110kV的辐射性电网各段阻抗及负荷如图7-11所示。已知电源A的电压为121kV，求网络的功率分布及各母线电压。图7-11题7-15图答：图7-12题7-15等效电路如图7-12所示，设，则：原文：已知，则：修改为：设全网各节点电压为110kV已知，则：习题7-16.有一110kV、100km的双回线路，向区域变电所供电，线路导线型号为LGJ-185，水平排列，线间距离为4m，变电所中装有两台31500kVA、额定电压为110kV/11kV的三相变压器，并列运行，负荷，变电所二次侧正常运行电压为10.5kV。试求：（1）输电线路始端功率；（2）线路及变压器中全年电能损耗。（注：变压器实验数据）答：（1）查表求线路及变压器参数，作等值电路如图所示。图7-13题7-16图线路LGJ-185：，查得，单回线双回线变压器一台原文：两台修改为：（2）潮流计算10.5kV运行电压折算到110kV侧中的损耗为原文：修改为：励磁支路中的损耗为原文：修改为：求线路末端的充电功率计算有误，需要全部重新计算。计算有误，需要全部重新计算。原文：修改为：原文：中的损耗为：+修改为：线路首端的充电功率为原文：修改为：首端线路注入功率为原文：修改为：求线路及变压器中全年的电能损耗：由，查得原文：修改为：习题7-17试形成如图7-14所示网络的节点导纳矩阵（各支路阻抗的标幺值已在图中给出）。图7-14题7-17图答：习题7-18.图7-15所示各支路参数为标幺值，试写出该网络的节点导纳矩阵。图7-15题7-18图答：则导纳矩阵为：习题7-19.已知理想变压器的电压比为及阻抗，试分析图7-16中4种情况的型等效电路。图7-16题7-19图答：分别如图7-17（a）、（b）、（c）、（d）所示：图7-17（a）题7-19等效电路（a）图7-17（b）题7-19等效电路（b）图7-17（c）题7-19等效电路（c）图7-17（d）题7-19等效电路（d）习题7-20试将具有图7-18所示的分接头电压比的变压器网络用形等效电路表示。图7-18题7-20图答：，，图7-19题7-20等效电路图（a）图7-20题7-20等效电路图（b）图7-21题7-20等效电路图（c）习题7-21.简单电力系统如图7-22所示，试用牛顿-拉夫逊法计算该系统的潮流。图7-22题7-21图原文：答：，，节点1流向节点3的功率，节点2流向节点3的功率。修改为：答：，，节点1流向节点3的功率，节点2流向节点3的功率。习题7-22.图7-23所示为简化系统，标幺阻抗参数均标于图中，节点1为平衡节点；节点2为PV节点，，最大无功功率为，节点3为PQ节点，。试用牛顿-拉夫逊法计算该系统的潮流。图7-23题7-22图答：（1）修改节点编号，将PQ节点3设置为节点1，PV节点2设置为节点2，平衡节点1设置为节点1。导纳矩阵为：（2）给定节点电压初值：（3）置，计算功率不平衡量：（4）形成修正方程式。雅可比矩阵的形式为经计算得到修正方程为（5）求解修正方程，得（6）进行修正，得循环上述（3）~（6）步求解至满足允许误差。习题7-23.直流网络接线如图7-24所示。试用牛顿-拉夫逊法迭代一次确定图中2、3两节点的电压。图7-24题7-23图答：（1）修改节点编号，将节点2设置为PQ节点，编号为1，节点3设置为PQ节点,编号为2，节点1设置为平衡节点,编号为3。原文：修改为：（2）给定节点电压初值：（3）置，计算功率不平衡量：（4）形成修正方程式。雅可比矩阵的形式为经计算得到修正方程为（5）求解修正方程，得（6）进行修正，得II.补充习题与参考答案习题7-24.某一额定电压为10kV的两端供电网，如图7-25所示。线路、和导线型号均为LJ-185，线路长度分别为10km，4km和3km，线路为2km长的LJ-70导线；各负荷点负荷如图所示。试求、时的初始功率分布，且找到电压最低点。（线路参数LJ-185：z=0.17+j0.38Ω/km；LJ-70：z=0.45+j0.4Ω/km）图7-2510kV两端供电网答：线路等值阻抗：求C点和D点的运算负荷，为：循环功率：计算有误，将58抄成了计算有误，将58抄成了580。后面都需要修改。验算：C点为功率分点，可推算出E点为电压最低点。进一步可求得E点电压：修改为：答：线路等值阻抗：求C点和D点的运算负荷，为：循环功率：由于网络ABCD为均一网络：C点为功率分点，可推算出E点为电压最低点。进一步可求得E点电压：习题7-25.如图7-26所示网络，变电所低压母线上的最大负荷为40MW，，。试求线路和变压器全年的电能损耗。线路和变压器的参数如下：线路（每回）：，，；变压器（每台）：，，，。图7-26题7-25输电系统及其等值电路答：最大负荷时变压器的绕组功率损耗为变压器的铁芯损耗为：线路末端充电功率：等值电路中流过线路等值阻抗的功率为：图7-27题7-25等值电路线路上的有功功率损耗：已知，，从表中查得，假定变压器全年投入运行，则变压器全年的电能损耗：线路全年的电能损耗：输电系统全年的总电能损耗：习题7-26.电力网络如图7-28所示。已知末端负荷，末端电压36kV，计算电网首端功率和电压。图7-28习题7-26图答：（1）选取110kV作为电压的基本级，计算网络参数，并画出等值电路，如图7-29所示（计算过程略）。图7-29习题7-26等效电路（2）计算潮流分布根据画出的电力网络等值电路可见：已知末端功率，将已知末端电压36kV归算到电压基本级，则有。本网为辐射形电网，并且已知末端的功率和电压，求潮流分布，因此采用逐段推算法进行计算。①计算变压器阻抗上的功率损耗则变压器阻抗始端功率②计算变压器阻抗上的电压损耗则变压器始端电压③计算变压器导纳上的功率损耗④计算线路末端导纳上的功率损耗则线路阻抗末端的功率⑤计算线路阻抗上的功率损耗⑥计算线路阻抗上的电压损耗则线路始端电压⑦计算线路始端导纳上的功率损耗则线路始端功率：习题7-27.如图7-30所示10kV三相配电线路。B点的负荷为3MW(cos=0.8感性)，线路末端C点负荷为1MW(cos=0.8感性)。AB间线路长2km，BC间线路长4km，线路的参数为：，，忽略电容，求线路的电压损耗。图7-30习题7-27图答：（1）计算电力网络参数（2）计算B点、C点的负荷B点：，C点：，（3）画出电网的等值电路，如图7-31所示图7-31习题7-27等效电路（4）计算线路BC上的电压损耗则B点电压（5）计算线路AB流过的功率（6）计算线路AB上的电压损耗计算有误，答案应为0.717-j0.056kV计算有误，答案应为0.717-j0.056kV原文：修改为：(7)计算整条线路上的电压损耗以上计算不计线路功率损耗。习题7-28.电力网络如图7-32所示。已知始端电压117kV，c点负荷，b点负荷，计算电网始端功率和末端电压。图7-32习题7-28图答：1.选取110kV作为电压的基本级，计算网络参数，并画出等值电路，如图7-33所示（计算过程略）。图7-33习题7-28等效电路2.计算潮流分布设电压为UN根据画出的电力网络等值电路可见：已知c点负荷，b点负荷，已知始端电压U1=117kV。本网为辐射形电网，并且已知末端功率和始端电压，求潮流分布，因此采用逐步渐近法进行计算。设电压为UN（1）先求功率分布：（2）再求电压分布：线路上的电压损耗点电压变压器上电压损耗b点电压线路上的电压损耗点电压b点实际电压:c点实际电压:习题7-29.电力网络接线如图7-34所示，写出节点导纳矩阵。图7-34习题7-29图答：电力网络中共有4个节点（接地点除外），则导纳矩阵是4×4阶方阵：第8章电力系统的频率I.习题提示与参考答案习题8-1.请收集实际系统的发电机和负荷的单位调节功率，估算负荷增加和切除时频率的偏移量。答：略。习题8-2.请调查某实际系统的调频电厂，并分析设置其为调频厂的理由。答：略。习题8-3.请收集资料，分析自动发电控制（AGC）的考核标准。答：略。习题8-4.为何电力系统存在频率偏差？电力系统是如何实现频率调制的？答：在电力系统中，要使得所有发电机组转速的恒定运行，必须使得系统总共的电源供给与负荷功率总需求（其中也有传输环节的电能损耗）平衡。由于电力系统中发电机组的出力和电力系统负荷每时每刻都在变化，当系统出现发电机组的有功功率和负荷的有功功率不平衡的情况时，系统频率便会因为发电机组和负荷的功率不平衡而出现变动，从而产生了频率偏差。电力系统负荷的变化引起系统频率的变动，而频率变动对系统中的用户会产生不利影响，所以必须保持频率在额定值50Hz±0.2Hz范围之内。对于负荷变化引起的系统频率的波动，系统采用“一次调整”、“二次调整”、“三次调整”进行调频。习题8-5.何谓电力系统的一次调频？何谓电力系统的二次调频？答：电力系统的总负荷根据变化规律可以分为以下三种：第一种是变化幅度很小、变化周期很短的负荷；第二种是变化幅度较大、变化周期较长的负荷；第三种是变化幅度很大、变化周期很长的负荷。（1）频率的一次调整针对第一种负荷变动所引起的频率偏移，由发电机组的调速器进行的频率调整称为频率的一次调整。频率的一次调整是在发电机的调速器和负荷自身调节特性的共同作用下完成的，只能做到有差调节。（2）频率的二次调整针对第二种负荷变动所引起的频率偏移，由发电机组的调频器进行的频率调整称为频率的二次调整。频率的二次调整是在发电机的调频器、调速器和负荷自身调节特性三者共同作用下完成的，能够达到无差调节。习题8-6.何谓调频电厂？调频电厂是如何选择的？答：负有二次调频任务的电厂称为调频厂。选择调频厂要考虑以下条件：（1）机组要有足够的调节能力及范围。（2）要有较快的调节能力。（3）运行经济。水轮发电机调节范围大，调节速度快，所以如果不是距离负荷中心很远，可选做调频厂。水电厂容量不足，或丰水期时，需要选火电厂为调频厂；根据以上原则，一般选择靠近负荷中心的装有中温、中压机组的火电厂为调频厂。习题8-7.什么是发电机组的单位调节功率？其物理含义是什么？答：称为发电机的单位调节功率，以MW/Hz或MW/（0.1Hz）为单位。发电机的单位调节功率标志了随频率的升降发电机组发出功率较少或增加的多少。这个单位调节功率和机组的调差系数互为倒数。习题8-8.什么是电力系统的单位调节功率？其大小对电力系统频率有何影响？答：电力系统的单位调节功率，其代表了系统负荷增加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。根据的大小，可以确定频率偏移范围内系统能承受的负荷变化量。习题8-9.3个电力系统联合运行如图8-2所示。单位调节功率分别为，，，当系统B负荷增加200MW时，三个系统都参加一次调频，且C系统部分机组参加二次调频增发70MW功率。求联合电力系统得频率的偏移。图8-2题8-9图答：根据题意得：，，，，，，，，，故：原文：修改为：习题8-10.A、B两系统并列运行，A系统负荷增大500MW时，B系统向A系统输送的交换功率为300MW，若这时将联络线切除，切除后A系统的频率为49Hz，B系统的频率为50Hz，试求：（1）A，B两系统的单位调节功率，；（2）A系统负荷增大750MW，联合系统的频率变化量。答：（1）设为负荷增大后联络线切除前系统频率，、分别为联络线切除后A、B系统频率，可得：联立①②式，得：由于书写有误。书写有误。原文：修改为：∆联立③④式，得（2）联合系统的频率变化量少一个负号：少一个负号原文：修改为：习题8-11.在如图8-3所示的A、B两机系统中，负荷为800MW时，系统频率为50Hz，若切除50MW负荷后，则系统的频率和发电机的出力各为多少？图8-3题8-11图答：A、B两台机单位调节功率分别为：负荷的单位调节功率为：频率变化量为：得频率为：由于则A、B机功率分别为：习题8-12.某系统有3台额定容量为100MW的发电机并列运行，其调差系数=0.02，=0.06，=0.05，其运行情况为：=60MW，=80MW，=100MW，取=1.5，=240MW，=100MW。问：（1）当系统负荷增加50MW时，系统的频率下降多少？（2）当系统负荷增加60MW时，系统的频率下降多少？（均不计频率调整器的作用）答：（1）由于机组三满载，故只有机组一、二参加一次调频，计算它们的单位调节功率和负荷的频率调节系数：计算发电机总的单位调节功率：则频率下降量为：（2）根据求得，即机组一是超过满载的，所以不能像上一问那样计算。机组一最大承担负荷对应的频率：余下的功率要依靠机组二与负荷的频率调节：原文：从而解出。修改为：从而解出习题8-13某电力系统各机组的调差系数=0.05，系统中最大容量的机组的额定容量为系统额定负荷的10%，该机组运行有15%的热备容量，而负荷在额定值上的最大波动达到5%时，系统的频率下降0.1Hz（设负荷的增长与频率无关），当系统中的最大机组因故障而解列时，系统的频率下降最多为多少？答：当系统负荷增加了额定值的5%时，系统频率也下降了0.1Hz，求出系统的单位调节功率：式中为系统的额定负荷容量。最大一台容量机的有功出力为，该机组因故障切除，相当于负荷增加了，该机组的单位调节功率为：此时，系统的单位调节功率是：相应的频率变化：即此时系统频率下降了0.1848Hz。习题8-14.系统A，当负荷增加250MW时，频率下降0.1Hz。系统B，当负荷增加400MW时，频率下降0.1Hz。系统A运行于49.85Hz，系统B运行于50Hz。如果用可不计损耗的联络线将两系统连接，问联络线传递的功率为多少？答：（1）首先计算A、B系统的单位调节功率：（2）设两系统联络后的频率为f，联络线上交换的功率为（功率的正方向由A到B）A系统：B系统：而所以有：从而解得：习题8-15.两台100MW的发电机组并列运行，发电机的调差系数分别是4%与5%，负荷为150MW。问：（1）两台机组如何分配负荷？（2）若两台机组平均带负荷，应如何处理？（3）哪台机组进行二次调频较合适（设两台机组空载时并车）？答：首先求出两台机组空载时的频率：两台机组的单位调节频率为：（1）假设负荷为150MW，两台机组出力分别是，系统运行频率为f，则有：联立求解，可得到：（2）当平均分配负荷时，，此时对应的两组机组频率不同，分别是，根据：求解得出：（3）要是系统运行质量更好，可使调差系数大的机组进行二次调整，使其运行在处。此时，该机组二次调整需要减少的功率。如果此时频率保持为50Hz，两机组均需进行二次调整。此时两机组经二次调整减少的功率为：II.补充习题与参考答案习题8-16.系统中发电机组的容量和它们的调差系数分别为：水轮机组：100MW/台7台,=2；汽轮机组：200MW/台4台，=3；50MW/台5台,=3；100MW/台8台，=3.5；其它容量汽轮机组等效为1500MW，=4。系统总负荷为3500MW，KL*=1.5。若全部机组都参加调频，当负荷增加1%时，试计算系统频率下降多少？答：先计算系统发电机的KG计算负荷的KL全部机组都参加调频时由于，可得：即全部机组都参加调频，当负荷增加1%时，频率将下降0.0129Hz。习题8-17.某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用；占总容量1/4的火电厂尚有10%备用容量，其单位调节功率为16.6；占总容量1/4的火电厂尚有20%备用容量，其单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调节效应系数。试求：（1）系统的单位调节功率，（2）负荷功率增加5%时的稳态频率f，（3）如频率容许降低0.2Hz，系统能够承担的负荷增量。答：（1）计算系统的单位调节功率令系统中发电机的总额定容量等于1，则全部发电机组的等值单位调节功率：系统负荷功率系统备用系数于是（2）系统负荷增加5%时的频率偏移为一次调整后的稳态频率为（3）频率降低0.2Hz，即，系统能够承担的负荷增量习题8-18.某发电厂装有三台发电机，参数见表8-1。若该电厂总负荷为500MW，负荷频率调节响应系数。表8-1例题8-3表发电机号额定容量/MW原始发电功率/MW/(MW/Hz)1125100552125100503300300150（1）若负荷波动－10％，求频率变化增量和各发电机输出功率。（2）若负荷波动＋10％，求频率变化增量和各发电机输出功率（发电机不能过载）。答：（1）若负荷波动－10％，则三组发电机均要参与调节可得，频率波动0.33％，f＝50.167Hz。发电机出力的变化，对1号发电机有从而。对2号发电机有从而。对3号发电机有从而。（2）若负荷波动+10％，由于3号发电机已经满载，因此，只有1、2号发电机参与调节。可得，频率波动-0.67％，f＝(50-0.33)Hz=49.6750.167Hz。发电机出力的变化，对1号发电机有从而。对2号发电机有从而。第9章电力系统电压通过本章的学习，应掌握电力系统中无功功率负荷与电压的关系，理解电力系统的无功功率平衡；熟悉电力系统电压管理的要求和方法，掌握电力系统各种调压措施的原理、特点及计算方法；了解电力系统中谐波的概念、谐波的危害和抑制方法。9.1基本知识点1．主要的无功功率负荷异步电动机、变压器、输电线路。2.主要的无功功率电源发电机、调相机、电容器、静止无功补充装器（SVC）、静止无功发生器（SVG）。3.无功功率与电压的关系在高压电网中，线路的电抗远大于电阻，因而从线路电压降落的纵分量公式来看，系统节点电压的变动主要由无功功率变动所引起。4.电压偏移的标准参见教材9.1.3节。5.无功功率补偿的原则无功补偿应按分区平衡、分层补偿的原则配置，在系统规划中注意改善电网结构、减少变压级数和避免长距离输送无功功率。6.中枢点电压管理电力系统中的区域性水电或火电厂的母线、枢纽变电所的二次母线、有大量地方负荷的发电厂母线，通常称为“中枢点”。控制住这些中枢点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。中枢点的调压方式分为：逆调压、顺调压、常调压。7.电压调整的方法（1）发电机调压（2）变压器调压（3）并联补偿调压（4）串联补偿调压8.谐波的定义谐波被定义为一个信号量，该信号量的频率是实际系统频率的整数倍，奇数倍的称为奇次谐波，偶数倍的称为偶次谐波。非整数倍频率的称为分数谐波或间谐波。9．主要的谐波源及谐波的危害（1）主要的谐波源包括：发电机、电力变压器、整流装置、家用电器等，其中整流装置是电力系统中最主要的谐波源。（2）谐波的危害：产生电压波形畸变、降低电机性能并加速绝缘老化、可能产生谐波谐振、干扰自动控制装置、造成保护误动作、干扰通信线路、降低电气计量准确性等。10.抑制谐波的方法治理原则是限制谐波源注入谐波电流、限制谐波电压在允许的范围内。具体方法有：采用串联电抗器抑制谐波电流的放大、采用滤波器消谐、通过电能计量促进谐波治理、采用SVC消除高次谐波、电机采用变频启动等。9.2重点与难点1.变压器调压时分接头的选择由于普通双绕组变压器的分接头只能在停电的情况下改变，在正常的运行中无论负荷怎样变化只能有一个固定的分接头。因此，通常的做法是分别求出最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压：(9-1)然后取它们的平均值，最后选择一个与平均值最接近的分接头：(9-2)最后还要对所选分接头分别用最大负荷和最小负荷校验低压母线实际电压是否满足要求。采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷、最小负荷分别选择变压器分接头。2．并联补偿调压的电容容量确定当系统中无功电源不够充足时，就必须采用无功功率补偿调压，并联补偿设备有：电容器、调相机和静止补偿器。设供电点电压和负荷功率给定，为负荷端的电压,并联补偿容量，为并联补偿后的负荷端电压，参数均已归算到高压侧。可得(9-3)设补偿前后，供电点电压不变，并忽略并联补偿设备前后电压损耗的差，可得则(9-4)设线路上装有变压器，其变比为，则，将变比代入式(9-4)得 (9-5)式中，为补偿后变电所低压母线希望保持的电压。由上式可见，补偿容量不仅取决于调压要求，也取决于变压器变比。变比的选择原则为：既满足调压要求，又使无功补偿容量最小。电容器、调相机和静止补偿器容量选择的具体公式请参见建材。3.串联补充调压的容量确定在线路中串联电容器以补偿线路的感抗，可以起到调压作用。补偿前电压损耗为：(9-6)补偿后（串联了容抗）电压损耗变为(9-7)设线路始端电压恒定，则末端电压大小取决于电压损耗。补偿前后线路末端电压提高的数值为(9-8)则所需容抗为(9-9)通常串联电容补偿适合应用在线路负荷功率因数比较低、无功功率负荷大的场合。系统中称容抗与线路原来感抗的比值为补偿度，即(9-10)以调压为目的的串联补偿，一般补偿度取1或大于1，即为过补偿。9.3习题解答I.习题提示与参考答案习题9-1.请自行收集资料，分析针对某实际输电网和某实际配电网的无功补偿方法进行分析和比较。答：略。习题9-2.请自行收集资料，分别针对某实际输电网的电压中枢点配置及其调压方式进行比较。答：略。习题9-3.请自行收集资料，了解自动电压控制（AVC）的功能。答：略。习题9-4.为什么电力系统中存在电压偏移？我国目前规定的允许值是多少？答：略。习题9-5.为什么电力系统中无功功率对电压的影响较有功功率对电压的影响大？答：略。习题9-6.电力系统的无功电源有哪些？它们有什么特点？答：略。习题9-7.何谓电压中枢点？什么样的节点可以作为电压中枢点？答：略。习题9-8.电压调整的方法有哪些？它们各自有什么优缺点？答：略。习题9-9.无载调压变压器和有载调压变压器有何区别？它们各自适用什么场合？答：无载调压变压器必须在停电的情况下才能调节其高压绕组的分接头，从而改变变压器的变比以达到调节低压侧电压的目的。其调压范围较小，一般在±5%以内。一年中只能调节1-2次，电力系统广泛使用的变压器大多数是无载调压变压器。有载调压变压器具有专用的分接头切换开关，能够在不停电(带着负载)的情况下改变分接头位置进行调压。其调压范围较大，一般为15%以上甚至可达30%，并且可根据负荷大小的变化在一天中调节好几次，并且可进行自动调节。但有载调压变压器价格较贵，如果无功充足，凡采用普通变压器不能满足调压要求的场合，采用有载调压变压器后都能满足调压要求。习题9-10.电力系统运行时，如何保证电力系统各点电压的偏移在允许范围内？答：略。习题9-11.何谓电力系统中的谐波？它是如何产生的？答：略。习题9-12.何谓奇次谐波？何谓偶次谐波？答：略。习题9-13.谐波对电力系统有何危害？答：略。习题9-14.抑制电力系统谐波的方法有哪些？它们各自有什么特点？答：略。习题9-15.如图9-1所示，某降压变电所装设一台容量为20MVA、电压为110kV/11kV的变压器，要求变压器低压侧的电压偏移在最大负荷、最小负荷时分别不超过额定值的2.5%和7.5%，最大负荷为18MVA，最小负荷为7MV·A，cosφ=0.8，在任何情况下，变压器高压侧的电压保持107.5kV不变，变压器参数Uk=10.5%，Pk=163kW，不计励磁影响。试选择变压器的分接头。图9-1题9-15图答：求得变压器参数：画出如图9-2所示的等效电路：图9-2题9-15等效电路末端负荷为：根据调压要求，变压器低压侧电压应为：又变压器上的电压损耗为，则：求解得：又综上所述，应选分接头电压为的分接头。最大和最小负荷时，变压器低压侧的电压分别为：电压偏移分别为：故所选的分接头满足要求。习题9-16.如图9-3所示，某水电厂通过升压变压器与系统连接，最大负荷与最小负荷时高压母线的电压分别为112.09kV及115.45kV，要求最大负荷时低压母线的电压不低于10kV，最小负荷时低压母线的电压不高于11kV，试选择变压器分接头。图9-3题9-16图答：由题可知：，，因，则有原文：选择的变压器分接头为：121-2.5%，校验低压侧电压：最大负荷时最小负荷时修改为：选择的变压器分接头为：主抽头，校验低压侧电压：最大负荷时最小负荷时比较可知，所选择的分接头合适。习题9-17某变电所装有两台并联工作的降压变压器，电压为110±5×2.5%/11kV，每台变压器容量为31.5MVA，保证变电所二次母线电压偏移不超过额定电压±5%的逆调压，变压器能带负荷调分接头，试选择分接头。已知变电所二次母线的最大负荷为420MVA，cosφ=0.8，最小负荷为18MVA，cosφ=0.7。变电所的高压母线电压最大负荷时为