2025年大学（电气工程及其自动化）电力系统自动化测试题及答案

2025年大学（电气工程及其自动化）电力系统自动化测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）答题要求：本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.电力系统自动化的主要目标不包括以下哪一项？A.提高供电可靠性B.提高电能质量C.降低发电成本D.增加电力系统容量2.以下哪种自动化装置不属于电力系统自动调节装置？A.调速器B.励磁调节器C.重合闸装置D.调压器3.电力系统频率的一次调整是由什么来完成的？A.发电机组的调速器B.电力系统的无功补偿装置C.变电站的变压器分接头D.电力系统的继电保护装置4.电力系统电压的二次调整是由什么来完成的？A.发电机组的励磁调节器B.变电站的调压器C.电力系统的无功补偿装置D.以上都是5.电力系统中，同步发电机并列运行的条件不包括以下哪一项？A.相序相同B.频率相等C.电压大小相等D.短路阻抗相等6.以下哪种并列方式属于电力系统的准同期并列？A.自同期并列B.非同期并列C.手动准同期并列D.以上都不是7.电力系统中，自动重合闸装置的作用不包括以下哪一项？A.提高供电可靠性B.纠正断路器误跳闸C.加速故障切除D.提高电力系统的稳定性8.以下哪种自动重合闸方式适用于双侧电源线路？A.三相一次重合闸B.单相重合闸C.综合重合闸D.以上都可以9.电力系统中，继电保护装置的基本要求不包括以下哪一项？A.选择性B.速动性C.灵敏性D.经济性10.以下哪种继电保护装置属于主保护？A.过电流保护B.过电压保护C.用户要求的电压合格率D.以上都不是11.电力系统中，距离保护的动作特性通常采用什么来表示？A.阻抗圆B.动作电流C.动作时间D.以上都不是12.电力系统中，零序电流保护的动作电流是根据什么来确定的？A.躲过被保护线路末端接地短路时可能出现的最大零序电流B.躲过被保护线路首端接地短路时可能出现的最大零序电流C.躲过正常运行时可能出现的最大不平衡电流D.以上都是13.电力系统中，自动低频减载装置的作用是在系统发生有功功率缺额时，自动切除部分负荷，以保证系统的频率不低于允许值。其动作顺序是怎样的？A.按负荷的重要程度依次切除B.随机切除C.先切除大容量负荷，后切除小容量负荷D.以上都不是14.电力系统中，电力市场的主体不包括以下哪一项？A.发电企业B.供电企业C.电力用户D.电力设备制造商15.以下哪种电力市场模式属于双边交易模式？A.单一购买模式B.趸售模式C.双边协商交易模式D.以上都不是16.电力系统中，负荷预测的方法不包括以下哪一项？A.时间序列法B.回归分析法C.神经网络法D.潮流计算法17.电力系统中，无功功率的平衡与哪些因素有关？A.发电机的无功出力B.变压器的无功损耗C.输电线路的无功损耗D.以上都是18.电力系统中，无功补偿装置不包括以下哪一项？A.并联电容器B.并联电抗器C.静止无功补偿器D.发电机19.电力系统中，电力系统稳定性分析的方法不包括以下哪一项？A.小干扰法B.暂态稳定分析法C.静态稳定分析法D.潮流计算法20.电力系统中，提高电力系统暂态稳定性的措施不包括以下哪一项？A.快速切除故障B.采用自动重合闸装置C.增加发电机的励磁电流D.降低输电线路的电阻第II卷（非选择题，共60分）（一）填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请将答案填写在相应的横线上。1.电力系统自动化主要包括______、______、______、______和______等方面。2.电力系统频率的一次调整是由______来完成的，二次调整是由______来完成的。3.电力系统中，同步发电机并列运行的条件是______、______、______和______。4.电力系统中，自动重合闸装置的动作时间应根据______和______来确定。5.电力系统中，继电保护装置的基本要求是______、______、______和______。（二）简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。请简要回答问题。1.简述电力系统自动化的主要内容。2.简述电力系统频率调整的方法。3.简述电力系统同步发电机并列运行的条件及并列方式。4.简述电力系统继电保护装置的基本要求。（三）计算题（共15分）答题要求：本大题共1小题，15分。请写出详细的计算过程和答案。某电力系统中，一台同步发电机的额定功率为100MW，额定电压为10.5kV，额定功率因数为0.85。已知该发电机的同步电抗为1.2Ω，暂态电抗为0.25Ω。当发电机在额定运行状态下发生三相短路时，求短路电流的周期分量有效值。（四）分析题（共15分）答题要求：本大题共1小题，15分。请根据给定的材料进行分析，并回答问题。材料：某电力系统在运行过程中，出现了电压波动较大的情况。经过检查发现，该系统中无功功率补偿装置的容量不足，导致系统无功功率不平衡。问题：1.请分析无功功率不平衡对电力系统电压的影响。2.针对该问题，应采取哪些措施来解决无功功率不平衡的问题？（五）设计题（共20分）答题要求：本大题共1小题，20分。请根据给定的条件进行设计，并回答问题。条件：某变电站需要设计一套继电保护装置，用于保护一条10kV的输电线路。已知该线路的最大负荷电流为500A，线路的长度为10km，线路的短路电流为10kA。问题：1.请设计一套适合该线路的继电保护方案，包括保护装置的类型、动作电流、动作时间等参数的确定。2.简述该继电保护方案的工作原理和优点。答案：1.D2.C3.A4.D5.D6.C7.C8.C9.D10.C11.A12.D13.A14.D15.C16.D17.D18.D19.D20.D填空题答案：1.发电自动化、输电自动化、变电自动化、配电自动化、用电自动化2.发电机组的调速器、电力系统的调频装置3.相序相同、频率相等、电压大小相等（幅值相等、相位相同）、短路阻抗相等4.故障点的介质恢复时间、断路器的动作时间5.选择性、速动性、灵敏性、可靠性简答题答案：1.电力系统自动化主要包括发电自动化、输电自动化、变电自动化、配电自动化和用电自动化等方面。发电自动化包括自动发电控制、发电机组的自动并列等；输电自动化包括输电线路的自动监测、故障诊断等；变电自动化包括变电站的综合自动化等；配电自动化包括配电网的监测、控制等；用电自动化包括用户的负荷管理、智能电表等。2.电力系统频率调整的方法主要有一次调整和二次调整。一次调整是由发电机组的调速器来完成的，当系统频率发生变化时，调速器自动调整发电机的有功出力，使系统频率恢复到允许范围内。二次调整是由电力系统的调频装置来完成的，当系统负荷变化较大时，调频装置通过调整发电机的有功出力和无功出力，使系统频率和电压都保持在允许范围内。3.同步发电机并列运行的条件是相序相同、频率相等、电压大小相等（幅值相等、相位相同）、短路阻抗相等。并列方式主要有准同期并列和自同期并列。准同期并列是指发电机在并列前已励磁，当发电机的频率、电压、相位与系统侧接近相等时，合上并列断路器，将发电机并入系统。自同期并列是指发电机在未励磁的情况下，当发电机的转速接近系统转速时，合上并列断路器，然后立即给发电机加上励磁，使发电机拉入同步。4.继电保护装置的基本要求是选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性是指保护装置应能有选择地切除故障线路，而不影响非故障线路的正常运行。速动性是指保护装置应能快速切除故障，以减少故障对系统的影响。灵敏性是指保护装置应能对各种故障和不正常运行状态都有足够的反应能力。可靠性是指保护装置应能可靠地工作，在规定的条件下和规定的时间内，不应拒动或误动。计算题答案：首先计算发电机的额定电流：\(I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varphi_N}=\frac{100\times10^6}{\sqrt{3}\times10.5\times10^3\times0.85}\approx6057A\)短路电流的周期分量有效值为：\(I_{k(3)}=\frac{E_0}{X_d''}=\frac{U_N}{\sqrt{3}X_d''}=\frac{10.5\times10^3}{\sqrt{3}\times0.25}\approx24249A\)分析题答案：1.无功功率不平衡会导致电力系统电压波动较大。当无功功率不足时，系统电压会下降；当无功功率过剩时，系统电压会上升。无功功率不平衡还会影响电力系统的稳定性，导致系统振荡甚至失步。2.解决无功功率不平衡的问题可以采取以下措施：增加无功功率补偿装置的容量，如安装并联电容器、并联电抗器、静止无功补偿器等；合理调整发电机的无功出力，提高发电机的功率因数；优化电网的无功分布，采用无功优化算法，合理分配无功功率；加强对无功功率的监测和控制，采用无功自动控制装置，实时调整无功功率。设计题答案：1.对于该10kV输电线路，可采用三段式电流保护。-电流速断保护：动作电流\(I_{op1}=K_{rel}I_{k.max}\)，其中\(K_{rel}\)为可靠系数（取1.3-1.5），\(I_{k.max}\)为线路末端短路时的最大短路电流（已知为10kA），计算得\(I_{op1}=1.3\times10\times10^3=13000A\)。动作时间\(t_1=0\)。-限时电流速断保护：动作电流\(I_{op2}=K_{rel}I_{L.max}\)，\(K_{rel}\)为可靠系数（取1.1-1.2），\(I_{L.max}\)为线路最大负荷电流（已知为500A），计算得\(I_{op2}=1.2\times500=600A\)。动作时间\(t_2\)应与相邻线路的电流速断保护动作时间配合，取\(t_2=0.5s\)。-过电流保护：动作电流\(I_{op3}=K_{rel}\frac{I_{L.max}}{K_{re}}\)，\(K_{rel}\)为可靠系数（取1.2-1.3），\(K_{re}\)为返回系数（取0.85-0.95），计算得\(I_{op3}=1.2\times\frac{500}{0.85}\approx706A\)。动作时间\(t_3\)应与相邻线路的过电流保护动作时间配合，取\(t_3=1.5s\)。2.三段式电流保护的工作原理：-电流速断保护：当线路发生短路时，短路电流大于速断保护的动作电流，速断保护立即动作，切除靠近电源端的短路故障，以快速切断故障电流，保护设备。-限时电流速断保护：当速