电力系统分析试题库(附答案解析)

电力系统分析试题库(附答案解析)一、选择题1.电力系统的额定电压是指（）。A.相电压B.线电压C.发电设备的额定电压D.用电设备的额定电压答案：B解析：电力系统的额定电压通常指的是线电压。相电压是指三相电路中每相的电压，而电力系统的额定电压是为了便于电力设备的标准化和统一化，规定的线电压值。发电设备的额定电压一般比电力系统额定电压高5%，用电设备的额定电压与电力系统额定电压相等。所以本题选B。2.下列关于电力系统中性点接地方式的说法，错误的是（）。A.中性点直接接地系统发生单相接地时，非故障相电压不变B.中性点不接地系统发生单相接地时，线电压不变C.中性点经消弧线圈接地系统适用于35kV及以下系统D.中性点直接接地系统供电可靠性比中性点不接地系统高答案：D解析：中性点直接接地系统发生单相接地时，故障相直接与地相连，非故障相电压不变，A选项正确；中性点不接地系统发生单相接地时，线电压仍然保持对称不变，B选项正确；中性点经消弧线圈接地系统适用于35kV及以下系统，可补偿接地电容电流，C选项正确；中性点不接地系统在发生单相接地时，允许继续运行一段时间，供电可靠性比中性点直接接地系统高，D选项错误。所以本题选D。3.采用分裂导线的目的是（）。A.减小导线电阻B.增大导线电容C.减小电晕损耗和线路电抗D.提高输电能力答案：C解析：分裂导线是将每相导线分成若干根，相互间保持一定距离。采用分裂导线可以减小导线周围的电场强度，从而减小电晕损耗。同时，分裂导线可以增大导线的等效半径，减小线路电抗。分裂导线对导线电阻影响较小，虽然会增大电容，但这不是主要目的，提高输电能力是减小电晕损耗和线路电抗带来的结果。所以本题选C。4.电力系统潮流计算中，PQ节点的待求量是（）。A.节点电压大小和相角B.节点有功功率和无功功率C.节点电压大小和无功功率D.节点电压相角和有功功率答案：A解析：在电力系统潮流计算中，PQ节点给定节点的有功功率P和无功功率Q，待求量是节点电压大小U和相角δ。PV节点给定节点的有功功率P和电压大小U，待求量是无功功率Q和电压相角δ。平衡节点给定节点电压大小和相角，待求量是有功功率P和无功功率Q。所以本题选A。5.电力系统发生短路故障时，短路电流的非周期分量主要是为了（）。A.维持磁链不变B.维持电流不变C.维持电压不变D.维持功率不变答案：A解析：根据磁链守恒定律，在短路瞬间，电感中的磁链不能突变。短路电流的非周期分量就是为了维持短路瞬间电感中的磁链不变而产生的。它是一个按指数规律衰减的直流分量，随着时间的推移逐渐衰减为零。所以本题选A。二、判断题1.电力系统的频率主要取决于系统中的有功功率平衡。（）答案：正确解析：电力系统的频率与系统中的有功功率平衡密切相关。当系统中的有功功率过剩时，发电机的转速会升高，频率上升；当有功功率不足时，发电机的转速会下降，频率降低。通过调节发电机的有功功率输出，可以维持系统频率的稳定。所以该说法正确。2.变压器的变比等于一次侧绕组匝数与二次侧绕组匝数之比。（）答案：正确解析：变压器的变比定义就是一次侧绕组匝数与二次侧绕组匝数之比。根据变压器的工作原理，一次侧和二次侧的电压之比等于匝数之比，即$U_1/U_2=N_1/N_2$，其中$U_1$、$U_2$分别为一次侧和二次侧电压，$N_1$、$N_2$分别为一次侧和二次侧绕组匝数。所以该说法正确。3.电力系统的无功功率平衡不影响系统的电压质量。（）答案：错误解析：电力系统的无功功率平衡对系统的电压质量有重要影响。当系统中的无功功率不足时，电压会下降；当无功功率过剩时，电压会升高。通过合理配置无功补偿设备，如电容器、电抗器等，可以调节系统的无功功率，维持系统电压的稳定。所以该说法错误。4.短路电流计算中，采用标幺制的主要优点是计算结果清晰，便于比较。（）答案：正确解析：标幺制是一种相对单位制，在短路电流计算中，采用标幺制可以将不同电压等级、不同容量的电气设备参数转化为统一的标幺值，使计算过程简化，计算结果清晰，便于不同设备之间的参数比较和计算结果的分析。所以该说法正确。5.电力系统的静态稳定性是指电力系统在受到小干扰后，能自动恢复到原来运行状态的能力。（）答案：正确解析：电力系统的静态稳定性是指电力系统在受到小干扰后，不发生非周期性失步，能自动恢复到原来运行状态的能力。它主要研究系统在小干扰下的运行特性，通过分析系统的功率特性和稳定性判据来判断系统的静态稳定性。所以该说法正确。三、简答题1.简述电力系统的组成及其各部分的作用。答：电力系统由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成。-发电环节：主要由各类发电厂构成，如火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂等。其作用是将自然界的一次能源（如煤炭、水能、风能、太阳能等）转化为电能。-输电环节：由输电线路和相关的输电设备组成。其作用是将发电厂发出的电能安全、高效地输送到远方的负荷中心。输电线路一般采用高压或超高压线路，以减少输电过程中的功率损耗。-变电环节：包括变电站和变压器等设备。其作用是改变电压等级，将输电电压降低到合适的配电电压，以便于向用户供电。同时，变电站还具有汇集和分配电能、控制电力流向等功能。-配电环节：由配电线路和配电设备组成。其作用是将变电环节送来的电能分配到各个用户。配电线路一般采用中低压线路，直接与用户相连。-用电环节：包括各类用电设备，如工业用电设备、商业用电设备、居民用电设备等。其作用是消耗电能，将电能转化为其他形式的能量，如机械能、热能、光能等，以满足生产和生活的需要。2.什么是电力系统的负荷曲线？负荷曲线有哪些类型？答：电力系统的负荷曲线是指电力系统中负荷随时间变化的曲线。它反映了电力系统负荷的变化规律，是电力系统规划、运行和调度的重要依据。负荷曲线的类型主要有以下几种：-日负荷曲线：表示一天24小时内负荷随时间的变化情况。日负荷曲线可以反映出一天内负荷的高峰和低谷时段，为电力系统的日调度提供依据。-月负荷曲线：表示一个月内每天的最大负荷或平均负荷随时间的变化情况。月负荷曲线可以反映出一个月内负荷的变化趋势，为电力系统的月调度和设备检修计划提供参考。-年负荷曲线：表示一年内每月的最大负荷或平均负荷随时间的变化情况。年负荷曲线可以反映出一年内负荷的季节性变化规律，为电力系统的年度规划和电源建设提供依据。-峰谷负荷曲线：将日负荷曲线分为高峰负荷时段、低谷负荷时段和腰荷时段，分别绘制出各时段的负荷曲线。峰谷负荷曲线可以直观地反映出负荷的峰谷差，为电力系统的调峰和电价政策制定提供参考。3.简述电力系统短路的原因、危害和类型。答：-短路的原因：-电气设备绝缘损坏：如设备长期运行导致绝缘老化、受潮、过电压等原因，使绝缘性能下降，造成短路。-外力破坏：如雷击、大风、地震等自然灾害，以及人为的误操作、施工破坏等，都可能导致电气设备或线路短路。-鸟兽跨越：鸟类、鼠类等小动物跨越裸露的电气设备或线路，可能造成短路。-短路的危害：-短路电流过大：短路时会产生很大的短路电流，可能会使电气设备过热、烧毁，甚至引发火灾。-电压下降：短路会导致系统电压急剧下降，影响用户的正常用电，甚至可能使一些设备无法正常运行。-破坏系统稳定性：严重的短路故障可能会导致电力系统失去稳定，引起系统振荡，甚至造成系统瓦解。-影响通信和电子设备：短路产生的电磁干扰可能会影响通信系统和电子设备的正常工作。-短路的类型：-三相短路：三相导体间直接短路，是最严重的短路类型，短路电流最大。-两相短路：两相导体间直接短路，短路电流较三相短路小。-单相接地短路：一相导体与地之间发生短路，在中性点直接接地系统中较为常见。-两相接地短路：两相导体同时与地发生短路。4.什么是电力系统的调压措施？常见的调压方法有哪些？答：电力系统的调压措施是指通过调节电力系统中的电压，使各节点的电压保持在允许的范围内，以保证电力系统的安全、稳定和经济运行。常见的调压方法有以下几种：-改变发电机端电压调压：通过调节发电机的励磁电流，可以改变发电机的端电压。这种方法简单方便，但调压范围有限，一般适用于发电机直接供电的小型电力系统。-改变变压器变比调压：通过改变变压器的分接头位置，可以改变变压器的变比，从而调节二次侧电压。这种方法适用于各种电压等级的变压器，是电力系统中常用的调压方法之一。-无功补偿调压：通过在电力系统中安装无功补偿设备，如电容器、电抗器等，可以调节系统的无功功率，从而改善电压质量。无功补偿设备可以安装在变电站、用户端等位置，根据系统的无功需求进行自动投切。-改变线路参数调压：通过改变线路的电阻、电抗等参数，可以调节线路的电压损耗，从而实现调压。例如，采用分裂导线可以减小线路电抗，提高线路的电压质量。但这种方法的投资较大，一般只在新建线路或改造线路时采用。四、计算题1.某三相输电线路，线电压为110kV，输送功率为50MW，功率因数为0.85，线路长度为100km，线路每公里的电阻为0.21Ω，电抗为0.4Ω。试求线路的电压损耗和功率损耗。解：首先，计算线路的电流：已知输送功率$P=50MW$，功率因数$\cos\varphi=0.85$，线电压$U=110kV$。根据公式$P=\sqrt{3}UI\cos\varphi$，可得电流$I=\frac{P}{\sqrt{3}U\cos\varphi}$$I=\frac{50\times10^6}{\sqrt{3}\times110\times10^3\times0.85}\approx303.9A$线路的总电阻$R=0.21\times100=21\Omega$，总电抗$X=0.4\times100=40\Omega$。线路的电压损耗$\DeltaU=\frac{PR+QX}{U}$，其中$Q=P\tan\varphi$，$\tan\varphi=\sqrt{\frac{1}{\cos^2\varphi}-1}=\sqrt{\frac{1}{0.85^2}-1}\approx0.62$，$Q=50\times0.62=31Mvar$。$\DeltaU=\frac{50\times10^6\times21+31\times10^6\times40}{110\times10^3}\approx19.55kV$线路的功率损耗$\DeltaP=\frac{I^2R}{10^6}=\frac{303.9^2\times21}{10^6}\approx1.92MW$$\DeltaQ=\frac{I^2X}{10^6}=\frac{303.9^2\times40}{10^6}\approx3.69Mvar$2.已知某电力系统的等值网络如图所示，各元件参数如下：发电机$G$：$S_{N}=100MVA$，$U_{N}=10.5kV$，$x_{d}^{\prime\prime}=0.2$；变压器$T$：$S_{N}=100MVA$，$U_{k}\%=10.5$；线路$L$：$l=50km$，$x=0.4\Omega/km$。取$S_{B}=100MVA$，$U_{B}=U_{av}$，试计算各元件的标幺值，并绘制等值电路。解：-计算基准值：取$S_{B}=100MVA$，$U_{B1}=10.5kV$（发电机侧），$U_{B2}=115kV$（线路和变压器高压侧）。-计算各元件标幺值：-发电机$G$：已知$S_{N}=100MVA$，$U_{N}=10.5kV$，$x_{d}^{\prime\prime}=0.2$，由于$S_{B}=S_{N}$，$U_{B}=U_{N}$，所以发电机的标幺值$x_{G}=x_{d}^{\prime\prime}=0.2$。-变压器$T$：已知$S_{N}=100MVA$，$U_{k}\%=10.5$，根据公式$x_{T}=\frac{U_{k}\%}{100}\times\frac{S_{B}}{S_{N}}$，可得$x_{T}=\frac{10.5}{100}\times\frac{100}{100}=0.105$。-线路$L$：线路每公里电抗$x=0.4\O