2025年电气考试简答题目及答案

2025年电气考试简答题目及答案1.简述电力系统潮流计算的主要步骤及各步骤的核心任务潮流计算是电力系统分析的基础，主要步骤包括：①原始数据收集与整理，需获取发电机额定功率、变压器变比及阻抗、输电线路电阻电抗及对地导纳、各节点负荷有功无功等参数；②网络建模，基于参数构建节点导纳矩阵，考虑变压器分接头影响时需引入非标准变比修正，线路充电电容以对地导纳形式计入；③确定节点类型，将系统节点分为PQ节点（负荷节点，给定P、Q）、PV节点（发电机节点，给定P、V）和平衡节点（通常为系统主电源，平衡功率及电压相位）；④选择计算方法，常用牛顿-拉夫逊法（收敛性好，适用于复杂系统）或PQ分解法（简化计算，适用于高压电网）；⑤设置初始值，一般PV节点电压设为额定值，PQ节点电压设为1.0标幺值，相角设为0；⑥迭代计算，通过修正方程更新节点电压和相角，直至各节点功率误差小于允许值；⑦结果校验，检查各节点电压是否在允许范围（如10kV母线电压偏差±7%）、线路潮流是否超过热稳定极限，必要时调整运行方式重新计算。2.同步发电机准同期并列需满足哪些条件？不满足时对系统和发电机可能造成哪些影响？准同期并列需满足四个条件：①发电机电压与系统电压幅值相等（偏差≤5%）；②频率相等（偏差≤0.2Hz）；③电压相位相同（相角差≤10°）；④相序一致（必须严格相同）。若幅值不等，并列瞬间会产生无功性质的冲击电流，差值越大电流越大，可能损坏定子绕组绝缘；频率不等时，发电机与系统间会出现拍振，导致有功功率周期性波动，严重时引发发电机失步；相位差过大会产生有功性质的冲击电流，其电磁力可能使转轴扭曲或绕组变形；相序不一致时，相当于发电机出口三相短路，会产生远超额定值的短路电流，瞬间烧毁发电机。实际操作中，通过同步表监测相位差变化率，当频率接近时利用自动准同期装置在相位差趋近于0时发出合闸指令。3.变压器差动保护中不平衡电流的主要来源有哪些？工程中通常采取哪些措施抑制？不平衡电流主要来源包括：①励磁涌流，变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，铁芯饱和导致励磁电流骤增（可达额定电流的6-8倍），且含有大量二次谐波；②变压器各侧绕组接线方式差异（如Yd11接线），导致两侧电流相位差30°；③各侧电流互感器（TA）变比不匹配，因标准TA变比无法完全对应变压器变比，产生稳态不平衡电流；④带负荷调压分接头调整，改变变压器变比后两侧电流比例失衡；⑤TA传变误差，因铁芯饱和或型号不同（如P级与TP级TA）导致二次电流畸变。抑制措施：①针对励磁涌流，采用二次谐波制动（当二次谐波含量＞15%时闭锁差动保护）或波形对称制动（比较差流正负半波对称性）；②对Yd11接线，将变压器Y侧TA接成三角形，d侧TA接成星形，补偿30°相位差；③设置平衡线圈或通过软件调整各侧电流系数（如比率制动差动保护中的平衡系数），补偿TA变比误差；④引入分接头位置补偿，根据实际分接头位置调整差动保护的平衡系数；⑤选用同型号、同变比的TA，且二次负载不超过TA额定容量，减少传变误差；⑥采用比率制动特性，使差动保护动作电流随外部短路电流增大而提高，避免区外故障时误动。4.解释绝缘子污闪的形成过程，并列举三种以上防治污闪的技术措施污闪是污秽绝缘子在潮湿条件下发生的沿面闪络，过程分为四阶段：①积污，大气中粉尘、盐雾等污染物在绝缘子表面沉积，形成污秽层（成分含可溶盐如NaCl、不可溶物如SiO₂）；②湿润，当空气湿度＞80%（如雾、露、毛毛雨），污秽层吸湿受潮，可溶盐溶解形成导电液膜；③局部放电，表面电阻降低后，绝缘子承受的电压在污秽层电阻上产生压降，导致强电场区（如高压端）出现电晕或滑闪放电，伴随臭氧提供和污秽层烧蚀；④闪络，局部放电发展为贯穿两极的电弧，电弧电阻远小于污秽层电阻，电流剧增形成稳定闪络。防治措施：①定期清扫，通过人工或机器人清除绝缘子表面污秽（周期一般1-3年）；②涂覆防污闪涂料，如室温硫化硅橡胶（RTV），其憎水性使水分在表面形成孤立水滴而非连续液膜，降低表面电导；③更换防污型绝缘子，如大爬距瓷绝缘子（爬电比距≥31mm/kV）或复合绝缘子（硅橡胶伞裙，憎水迁移性好）；④采用增爬裙，在原有绝缘子上加装硅橡胶伞裙，增加爬电距离；⑤加强监测，通过在线监测装置（如泄漏电流传感器、红外热像仪）实时评估绝缘子污秽程度，及时预警。5.说明PWM控制技术的基本原理，对比传统相控整流，PWM整流在电能质量改善方面有哪些优势？PWM（脉宽调制）控制的核心是通过高频开关动作，将直流电压调制成一系列等幅不等宽的脉冲波，其面积与目标正弦波面积相等（面积等效原理）。以电压型PWM整流为例，通过控制IGBT的通断，使交流侧输入电流跟踪给定正弦波，实现单位功率因数运行。与传统相控整流（晶闸管相位控制）相比，PWM整流的优势：①输入电流正弦化，相控整流因晶闸管延迟触发产生大量低次谐波（如5、7次），总谐波畸变率（THD）可达30%-50%；而PWM整流通过高频调制（开关频率10-20kHz），谐波主要集中在开关频率附近，经滤波器后THD可降至5%以下；②功率因数可控，相控整流在深控时（触发角大）功率因数低（如触发角90°时约0.5），而PWM整流可实现单位功率因数（甚至超前/滞后无功补偿）；③能量双向流动，相控整流为单向整流，PWM整流器通过四象限运行，可实现再生制动时的能量回馈（如电动汽车充电/放电）；④直流电压稳定，相控整流输出电压受电网波动影响大，PWM整流通过闭环控制可维持直流电压恒定（如±1%波动），适用于高精度电源场景。6.电力系统发生三相短路时，短路电流周期分量和非周期分量的衰减特性有何不同？影响其衰减的主要因素是什么？三相短路时，短路电流由周期分量（工频正弦波）和非周期分量（直流偏移量）组成。周期分量的幅值在暂态过程中逐渐衰减，最终达到稳态值；非周期分量则按指数规律衰减至零。具体差异：①周期分量衰减由发电机的暂态和次暂态电抗决定，其时间常数T'd（暂态时间常数，约0.5-2s）和T''d（次暂态时间常数，约0.02-0.05s），初始幅值由次暂态电抗X''d决定，经T''d后衰减为暂态电抗X'd对应的幅值，再经T'd衰减至稳态电抗X'd对应的稳态值；②非周期分量衰减由电路的时间常数Ta决定（Ta=L/R，L为系统电感，R为系统电阻），一般为0.05-0.2s，因电阻耗能导致直流分量逐渐消失。影响衰减的主要因素：①发电机参数，X''d、X'd越小，周期分量初始幅值越大；T'd、T''d越大，衰减越慢；②系统阻抗，短路点越靠近电源（如发电机出口），L/R越大，Ta越大，非周期分量衰减越慢；③短路类型，三相短路时三相对称，非周期分量仅与初始合闸相位有关；单相接地短路时非周期分量可能更复杂，但衰减规律类似。7.异步电动机软启动装置的核心功能是什么？常用的软启动方式有哪几种？分别说明其工作原理软启动装置的核心功能是降低电动机启动电流（传统直接启动电流为5-8倍额定电流），减小对电网的冲击，同时平滑提升转速，避免机械转矩突变损坏传动系统。常用方式及原理：①晶闸管调压软启动，在电动机定子回路串入三相反并联晶闸管，通过控制晶闸管触发角α（0°-180°），逐步增加电动机端电压（U=Uₘsinα/2），使启动电流从设定值（如2-4倍Iₙ）逐渐上升，直至全压运行；②磁控软启动，利用饱和电抗器的电抗随励磁电流变化的特性，通过调节直流励磁电流改变电抗器阻抗，实现电动机端电压平滑上升；③变频软启动，采用变频器将电源频率从0逐渐升至50Hz，电动机端电压随频率按V/F曲线（如恒磁通控制）提升，启动电流可限制在1.5倍Iₙ以内，同时实现精确调速；④液阻软启动，在电动机转子回路（绕线式电机）串入液体电阻箱，通过极板移动改变电解液电阻，使启动电流和转矩平滑增加，适用于大功率电机（如轧钢机、破碎机）。8.简述距离保护的基本构成及各元件的作用，分析其在多电源复杂电网中的适应性距离保护由启动元件、方向元件、测量元件和时间元件构成。①启动元件：通常为过电流继电器或低阻抗继电器，当系统发生故障时动作，开放保护出口回路，防止正常运行时误动；②方向元件：利用故障电压与电流的相位关系（如90°接线方式），判断故障是否在保护正方向（母线至线路方向），避免反方向故障时误动；③测量元件：计算故障点到保护安装处的阻抗（Z=U/I），与整定阻抗（Zset）比较，若Z≤Zset则判定为区内故障；④时间元件：根据保护安装处到故障点的距离（对应阻抗大小），设置阶梯式动作时限（如Ⅰ段0s，Ⅱ段0.5s，Ⅲ段1.5s），实现选择性跳闸。在多电源复杂电网中，距离保护的适应性体现在：①不受运行方式影响，测量阻抗反映故障点实际位置，而传统电流保护定值需随运行方式（如电源投退、线路投切）大幅调整；②能区分远近故障，通过多段式配合（Ⅰ段保护80%-85%线路，Ⅱ段延伸至下一线Ⅰ段，Ⅲ段作为后备），满足选择性要求；③对双电源线路（如环形电网），方向元件可正确判断故障方向，避免无方向电流保护的死区问题。但需注意，当电网存在分支电路（如T接线路）或助增/外汲电流时，测量阻抗可能出现误差（如助增电流使测量阻抗偏大，导致保护范围缩短），需通过分支系数修正整定阻抗。9.高电压试验中，测量冲击电压波形时，常用的测量系统由哪些部分组成？各部分的主要技术要求是什么？冲击电压测量系统通常由分压器、传输电缆和记录装置组成。①分压器：将高电压转换为低电压信号，分为电阻分压器（响应快，适用于雷电冲击）、电容分压器（低频特性好，适用于操作冲击）和阻容分压器（兼顾两者）。技术要求：分压比稳定（误差≤1%），频率响应宽（上升时间≤1ns，截断时间≤1μs），高压臂与低压臂对地电容匹配，避免波形畸变；②传输电缆：连接分压器低压臂与记录装置，常用同轴电缆（特性阻抗50Ω）。要求：长度尽量短（≤50m），屏蔽良好（减少电磁干扰），终端匹配（接50Ω负载，避免反射）；③记录装置：存储并显示电压波形，常用数字示波器（采样率≥100MS/s）或冲击记录仪。要求：输入阻抗与电缆匹配（50Ω或高阻），动态范围大（能捕获0-100%波形幅值），触发灵敏度可调（根据冲击电压幅值设置）。10.新能源发电（如风电、光伏）大规模接入对电力系统频率稳定带来哪些挑战？简述两种应对措施挑战主要体现在：①惯性支撑不足，传统同步发电机通过转子动能提供惯性（H≈2-5），而新能源机组（通过电力电子变换器并网）无直接机械惯性，系统总惯性降低，频率变化率（RoCoF）增大（如扰动后频率下降速率可达0.5-1Hz/s，远超传统系统的0.1-0.2Hz/s）；②有功出力随机波动，风电受风速变化、光伏受光照强度影响，出力预测误差大（短期预测误差可达10%-20%），导致系统净负荷（负荷-新能源出力）波动加剧，调频备用需求增加；③一次调频能力缺失，新能源机组通常运行在MPPT（最大功率点跟踪）模式，未预留有功备用，无法像同步机一样通过调速器自动响应频率变化。应对措施：①虚拟同步机（VSG）技术，通过控制算法模拟同步发电机的惯性和阻尼特性（如引入转子运动方程，P=P0+Kd(dΔf/dt)+KpΔf），使新能源机组提供虚拟惯性（H虚拟≈2-4）和一次调频能力；②储能系统协同控制，配置锂电池或飞轮储能（响应时间＜100ms），在频率偏差时快速充放电（如频率下降时释放储能，频率上升时吸收储能），平抑新能源出力波动，弥补惯性不足；③优化调度策略，增加旋转备用容量（如要求新能源电站预留10%-15%的有功备用），并利用需求侧响应（如可调节负荷、电动汽车充电）参与调频，扩大调频资源池。11.简述中性点不接地系统发生单相接地故障时的电气特征，说明其允许带故障运行的原因及运行中需注意的问题电气特征：①故障相电压降低（金属性接地时为0），非故障相电压升高至线电压（√3倍相电压）；②系统线电压保持对称，对负荷供电无影响；③接地电流为非故障相对地电容电流之和（Ic=√3UφωC0，Uφ为相电压，C0为每相对地电容），若为架空线路，Ic≤10A；电缆线路Ic≤30A时为小电流接地；④故障点电流滞后零序电压90°（容性电流特性），非故障线路零序电流为自身电容电流（方向与故障线路相反）。允许带故障运行的原因：小电流接地时，故障点电弧可自熄灭（电容电流小，电弧能量不足维持燃烧），系统可继续运行1-2小时，提高供电可靠性。运行注意事项：①密切监视各相电压，若非故障相电压超过1.1倍线电压（如绝缘薄弱），需及时处理；②查找故障线路，通过零序电流方向（故障线路零序电流超前零序电压90°）或信号注入法（向系统注入低频信号，检测故障线路电流）定位；③禁止操作电压互感器，避免铁磁谐振过电压；④若接地电流超过允许值（如电缆线路Ic＞30A），需立即跳闸，防止电弧重燃引发相间短路。12.电力电子变换器中，IGBT与MOSFET在开关特性和应用场景上的主要区别是什么？举例说明各自典型应用开关特性差异：①导通压降，IGBT为双极型器件（由MOSFET驱动PNP晶体管），导通压降随电流增大而上升（约1.5-3V），MOSFET为单极型器件（多子导电），导通电阻Rds(on)与芯片面积成正比（小电流时Rds(on)小，压降约0.5-2V）；②开关速度，MOSFET无少数载流子存储效应，开关时间短（上升/下降时间＜50ns），适用于高频（＞100kHz）；IGBT存在拖尾电流（少数载流子复合），开关时间较长（约100-500ns），通常用于中低频（＜20kHz）；③耐压器件，IGBT耐压等级高（可达6500V），MOSFET受限于Rds(on)与耐压的平方关系（如1000VMOSFETRds(on)远大于同耐压IGBT），通常用于＜1500V场景。典型应用：①IGBT用于中高压、中功率场景，如电动汽车电机控制器（650V-1200V，20kHz）、光伏逆变器（1200V，10kHz）、高压直流输电换流阀（3300V-6500V，50Hz）；②MOSFET用于低压、高频场景，如开关电源（500kHz，100V-600V）、计算机服务器电源（LLC谐振变换器，200kHz，600V）、电动自行车控制器（80V-100V，50kHz）。13.简述微电网的定义及关键技术特征，分析其在提高供电可靠性方面的作用机制微电网是由分布式电源（DG，如光伏、风电）、储能装置（ESS，如电池、超级电容）、负荷（如敏感负荷、普通负荷）及监控保护装置组成的小型发配电系统，可独立运行（孤岛模式）或与大电网并网运行（联网模式）。关键技术特征：①多能互补，整合可再生能源与传统分布式电源（如燃气轮机），提升能源利用效率；②即插即用，分布式电源通过标准接口接入，支持快速投退；③协调控制，采用分层控制（就地控制、集中控制、优化控制）实现功率平衡与电压频率稳定；④黑启动能力，部分电源（如燃气轮机、储能）可作为主电源，在大电网停电时启动微电网。提高供电可靠性的机制：①孤岛运行，大电网故障时断开连接，由微电网内部电源维持重要负荷供电（如医院、数据中心）；②故障自愈，通过快速检测（如行波保护）和隔离故障（如固态断路器），缩小停电范围；③负荷分级控制，优先保障敏感负荷（如精密仪器），非重要负荷（如照明）可暂时切除；④储能支撑，在电源波动或负荷突增时，储能快速充放电平抑功率缺额，避免频率/电压越限。例如，某工业园区微电网配置1MW光伏、500kWh锂电池和200kW燃气轮机，大电网停电时，燃气轮机启动并带基荷，光伏和储能补充供电，保障园区90%负荷连续运行。14.说明发电机-变压器组单元接线的主要特点，对比扩大单元接线，分析其适用场景的差异单元接线指一台发电机与一台主变压器直接连接（中间无发电机电压母线），变压器高压侧接入电网。主要特点：①接线简单，减少发电机电压侧设备（如断路器、隔离开关），降低投资和占地；②可靠性高，发电机出口故障仅跳发电机和变压器，不影响其他机组；③厂用电需从主变压器低压侧引接（或设专用厂用变压器），若主变压器故障，厂用电需切换至备用电源；④经济性好，发电机电压侧无线路损耗，效率提升约0.5%-1%。扩大单元接线为两台发电机与一台主变压器连接（2×发电机-1×变压器），特点：①减少主变压器数量（如2台300MW机组共用1台600MVA变压器），降低高压侧设备投资；②共用主变压器时，若变压器故障，两台发电机同时解列，停电范围大；③厂用电可从两台发电机出口分别引接，提高厂用电可靠性。适用