电力系统复习

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第一章电力系统等值电路

1、电力系统和电力网络的基本组成是什么？

电力系统是由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器，电力

线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电灯等耗能的设备，以及检测、保护、控

制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。

电力系统中，由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备所组成的部分常称为电

力网络。

2、描述一个电力系统的基本参量有：总装机容量、年发电量、最大负荷、额定频率和最高

电压等级，结线图则由地理结线图和电气结线图。

电力系统运行基本要求：保证可靠持续供电、保证良好的电能质量、保证系统运行的经济

性。

3、电力变压器的主要作用是什么？主要类型有哪些？

主要作用是变换电压，以利于功率的传输。在同一段线路上，传送相同的功率，电压经升压

变压器升压后，线路传输的电流减小，可以减少线路损耗，提高送电经济性，达到远距离送

电的目的，而降压则能满足各级使用电压的用户需要。

主要类型：（1）按相数分：

1）单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。

2）三相变压器：用于三相系统的升、降电压。

（2）按冷却方式分：

1）干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。

2）油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

⑷按绕组形式分：

1）双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级0

2）三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

3）自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

4、架空线路和电缆线路各自有什么特点？架空线采用分裂导线有何好处？

架空线路是由导线、避雷针、杆塔、绝缘子和金具等构成；由于架空线采用多股导线，为

增加机械强度，采用钢芯铝线，外部铝线作为主要载流部分；线路电压超过220KV时，为

减小电晕损耗或线路电抗，采用扩径导线或分裂导线；为了减小三相参数不平衡，架空线

的三相导线需要换位，在中性点直接接地的电力系统中，长度超过lOOkW的架空线都应换

位。

电缆线路比架空线造价高，检修麻烦.优点是不用杆塔，占地小，供电可.靠，对人身较安

全，不易受破坏等。

5、影响输电线路电抗、电纳、电阻、电导大小的主要因素是什么？

电阻取决F导线电阻率和导线截面积；电导取决于沿绝缘子串的泄露和电晕；电抗取

决于导线周围磁场分布；电纳取决于导线周围的电场分布。

电力线路一般采用怎样的等值电路来表示？集中参数如何计算？

7、所谓自然功率，是指负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率波阻抗为纯电阻，自

然阻抗为纯有功功率。输送功率等于自然功率时，线路末端电压接近始端电压；输送功率

大于自然功率时，线路末端电压低于始端电压；输送功率小于自然功率时，线路末端电压

高于始端电压。

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8、中等长度线指长度在100-300km的架空线路和不超过100km的电缆线路，超过则称为

长线路，计算时必须考虑其分布参数特性。

直流输电与交流输电相比，有什么特点？

一般认为架空线路超过600-800km,电缆线路超过40-60km直流输电较交流输电经济。

高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送

往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基本上由两个换流站和直流输电线组成，

两个换流站与两端的交流系统相连接。

另外，直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。

（1）直流线路与交流输电相比较，直流输电具有如下优点:①输送相同功率时，线路造价

低；②输送容量大、送电距离远，线路损耗小；③不存在交流输电的稳定问题；④能够

充分利用线路走廊资源，适宜于海下输电；⑤能够限制系统的短路电流；⑥调节速度快，

运行可靠；⑦能够实现交流系统的异步连接：⑧可方便的进行分期建设和增容建设，利

于发挥投资效益.（2）与交流输电相比较,直流输电具有如下缺点:①换流站设备较昂贵：（2）

换流装置要消耗大量的无功功率；③换流器的过载能力较小，对直流运行不利；④无适

用的直流断路器；⑤利用大地为回路带来一些技术问题；⑥直流输电线路难以引出分支

线路，绝大多数只能用于瑞对端送电。

直流线路在遇到线路故障或隐患时（比如冰冻、山火等险情）可以降压运行，但是交

流线路不行。因为居民用电、各种厂矿用电都是交流电，所以要通过换流站。

10、电力系统的结构有何特点？比较有备用和无备用接线形式的主要区别？

电力系统结构可以分为有备用和无备用结线两类。

无备用结线包括单回路放射式、干线式和链式网络。主要优点在于简单、经济、运行

方便，主要缺点是供电可靠性差。

有备用结线包括双回路放射式、干线式、链式以及环式和两端供电网络。优点是可靠

性和电能质量高，缺点是不够经济。

11、为什么要规定电力系统的电压等级？我国主要的电压等级有哪些？电力系统各元件的

额定电压是如何让确定的？

当输送一定功率时，输电电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资

越小；但电压越高，对绝缘的要求越高，塔杆、变压器、断路器等绝缘的投资也越大。这

样，对应于一定输送功率和输送距离应该有一最合理的线路电压。

额定电压等级有：3kW6kW10kW35kW60kWHOkW220kW330kW500kW,500kW通

常用于区域电力系统的输电网络，220kW通常用于地方电力系统的输电网络，35kW及以

下通常用于配电网络。

发电机的额定电压为线路额定电压的105%；变压器一次侧电压等于用电设备额定电压

（直接与发电机相连则为发电机额定电压），二次侧为线路额定电压的110%，漏感很小的、

二次侧直接与用电设备相连的和电压特别高的变压器，其二次侧额定电压为线路额定电压

的5%,

变压器的短路试验和空载试验是在什么条件下做的？如何让用这两个实验得到数据计算变

压器等值电路中的参数？

用抗"：变限一-抗zr可由如路试胶测得.试脸时.为便r测垃,般将低山绕州加接•在高

压依逐步加强至低压绕组电流为额定电流.读取此时高压制电压（一为其。额定电压比值的百分值）

和相力功功率（单位为kW）.园名称为灿路电压的门分值,一为必％,一齐称为知路相耗,记为A

/小.由卜电力受乐瑞激磁电波X）相对较小,从而切路损衽/似等J的定电流潦过变Ik那高低乐绕

纨时在也用上产生的损耗（俗称铜耗.虽然仃的变压器绕组用年或铠合金制造,但仍沿用此名）.J

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是利用•.相电路中仃名制&小的基本X系.<1

又因电力系统计算中功率以MW为单位,面试及数据A/y的单位为k\v.故

网电力变乐器的用抗以电抗为I，J是可近似认为妞路电Ik全部降J电抗I.即

v二5%5口%小

7

故.-100VJ/v-100sx

导纳"'：变压器导纳“可由空俵试验渊得.试脸时，为安全起见，•般将低压绕组接电源，高

压他空载,读取低压侧且床为额定值时的空骤电流（表为。额定电流比值的百分值）和FI有功功率

（碓位为kN）.前片称为空式电流的自分值.记为冷％:［若称为空我损耗.记为△〃）.

Ih丁空毂损耗近似等J变压器在额定电乐下电导"中的损耗（俗称铁耗）.即

lOOOCy

ih「空载电流几乎全部流经变压耦的电纳支路,即

，0%电£^生，100=与幺100

式中〃"V为额定和巾.压。从而

70%Sy

粽上所述.将两绕组变乐器的r型等俏电路及其参数计穹公式）总如下：

Mu；・5%%

T

1000sj，・r1000SN.

号与二处斗

鹏飞100衡量电力系统运行

经济行的两个主要指标：煤耗率和网损率。

13、什么是电力系统的负荷曲线？最大负荷利用小时数Tmax指的是什么？

负荷曲线反应了某段时间内负荷随时间而变化的规律。年最大负荷利用小时数Tmax的

含义是：如果负荷始终保持等于最大值Pmax时，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好

等于全年的实际耗电量W。

14、何为电力系统的负荷特性（电压特性、频率特性）？

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负荷特性指负荷功率随端电压或者系统频率变化而变化的规律，因而有电压特性和频率

特性之分。

15、我国电力系统的中性点运行方式有哪些？各有什么特点？

⑴直接接地：不接地和经消弧线圈接地3类。

(2)直接接地：供电可靠性低，单相接地时，构成短路回路，接地电流大。

(3)不接地：系统可靠性高，但是绝缘水平要求也高，单相接地不构成短路回路，但是非

接地相电压升为相电压的V3倍。

(4)110kW以上系统宜接接地，60kW一下系统中性点不接地。

(5)经消弧线圈接地:由于导线对地有电容，中性点不接地的系统单相接地时，短路点会

有大的容性电流，装设消弧线圈后，接地点电流增加了感性电流分量，与容性分量相抵

消，减小了接地点电流，使电弧易于自行熄灭，提底供电可靠性。中性点经消弧线圈接

地又可分为过补偿和欠补偿。感性电流大于容性电流称为过补偿，容性电流大于感性电

流称为欠补偿，一般采用过补偿.

16、电力系统计算中，采用标幺制有什么好处？基准值如何选取？不同基准之下的标幺值

如何让换算？

标幺制具有计算结果清晰、便于迅速判断计算结果的正确性、可大量简化计算等优点，

通常选用三相功率和线电压作为基准值，功率的基准值一般取系统总功率，电压基准值一

般取参数和变量都将向其力算的该级额定电压。

17、在电力系统等值电路参数计算中，如何精确计算？何为近似计算？适用场合怎样？

在电力系统等值电路的参数计算中，若采用电力网或元件的额定电压进行计算，称为精确

计算法：若采用各电压等级的平均额定电压进行计算，则称为近似计算法：在进行电力系

统的稳态分析计算时，常采用精确计算法，而在电力系统短路计算时，常采用近似计算法。

18、为什么110KV及以上的架空输电线路需要全线架设避雷线而35KV及以下架空输电线

路不需全线架设避雷线？

因为110KV及以上系统采用中性点直接接地的中性点运行方式，这种运行方式的优点是，

正常运行情况卜各相对地电压为相电压，系统发生单相接地短路故障时，非故障相对地电

压仍为相电压，电气设备和输电线路的对地绝缘只要按承受和电压考虑，从而降低电气设

备和输电线路的绝缘费用，提高电力系统运行的经济性；缺点是发生单相接地短路时需要

切除故障线路，供电可靠性差。考虑到输电线路的单相接地绝大部分是由于雷击输电线路

引起，全线路架设避雷线，就是为了减少雷击输电线路造成单相接地短路故障的机会，提

高220KV电力系统的供电可靠性。35KV及以下系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地

的中性点运行方式，即使雷击输电线路造成单相接地时，电力系统也可以继续运行，供电

可靠性高，所以无需全线架设避雷线。

19、什么叫电力系统分析计算的基本级？基本级如何选择？

电力系统分析计算时，相系统参数归算到那•个电压等级，该电压等级就是分析计算的基

本级。基本级可根据分析问题的方便与否进行选择，无特殊要求的情况下，通常选择系统

中的最高电压级最为分析计算的基本级。

20、在下图所示的电力系统中已知U=10kV,单相接地时流过接地点的电容电流为35A,如要

把单相接地时流过接地点的电流补偿到20A,请计算所需消弧线圈的电感系数：

根据消弧线圈应采用过补偿方式的要求可知单相接地时流过消弧线圈的电流为：

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乙=204+354=554

八9二」°°°°=0.334,

coILJ3*314*55

第二章电力系统潮流分布计算

1在电力系统潮流计算中，负荷是怎样表示的？

2输电线路的变压器的功率损耗如何计算？他们在个导纳支路上损耗的无功功率有什么不

同？

输电线路和变压器的功率损耗可以根据输电线路和变压器的等效电路，按照电路的基本关

系，通过计算阻抗和导纳支路的功率损耗来进行，不同的是，线路导纳损耗的是容性无功

功率，而变压器导纳支路损耗的是感性的无功功率。

3输电线路和变压器阻抗元件上的电压降落如何计算？电压降落的大小主要由什么决定？

电压降落的相位主要有什么决定？什么情况下会出现线路末端电压高于首段电压？

电压降落是指变压器和输电线路始末两端电压的相量差，可按照电路原理进行计算，电压

降落的大小主要决定于电压降落的纵分量AU,相位.主要决定于电压降落的横行分量6U。因

线路对地电纳吸收容性无功功率，即发出感性无功功率，线路轻载时，电纳中发出的感性

无功功率可能大于电抗中吸收的感性无功功率，这时会出现线路末端电压高于首段电压。

4电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整各自如何定义？

电压降落是指变压器和输电线路始末两端电压的相量差(%-⑦)，是相量。

电压损耗是指变压器和输电线路始末两端电压的数量差(U1-U2),近似等于电压降落的

纵分量。

电压偏移是指线路始瑞或末端电压与线路额定电压的数值差(U1-UN)或(U2-UN)。

电压调整是指线路末瑞空载与负载时电压的数值差(U2O-U2)。

5运算功率是什么？运算负荷是什么？

6辐射性网络潮流计算可以分为哪两种类型？分别怎样计算？

一类已知同一点的电压和功率，其计算就是根据等效电路逐级推算功率损耗和电压降

落；

另一类是已知不同点的电压和功率，可采用迭代法进行计算。

7什么是基本功率分布？什么是自然功率分布？什么是循环功率？什么是强制功率分布？

什么是初步功率分布？什么是最终功率分布？什么是经济功率分布？

自然功率分布：单位长度线路参数不等时的按阻抗分布功率。

强制功率分布：附加串联加压器时会产生强制功率分布，使其与自然分布功率的叠加

可达到理想值。

循环功率：取决于两端电压的差值(相量)和环路总阻抗的功率。

经济功率分布：在环状网络中使网络的功率损耗为最小的功率分布称作功率的经济分

布。

只有在环状网络中，每段线路的比值R/X都相等的均一网络中，功率的自然分布才与

经济分布一致。

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8求初步功率分布的目的是什么？

找出功率分点

9为什么要找出功率分点？

功率分点可以将闭环网分开成两个辐射网，然后，以功率分点为末端，对这两个幅射

网分别用逐段推算法进行潮流计算。

10变压器并联运行条件：

并联运行的变压器必须具备以下三个条件：

各变压器的原边额定电压要相等，各副边额定电压也要相等，即变比要相等；

各变压器副边线电势对原边线电势的相位差应相等，即连接组要相同：

各变压器的阻抗电压标么值应相等，短路阻抗角应用等。

11简单闭环网路主要有哪两种类型？其潮流计算的主要步骤是什么？

两端供电网络潮流计算的主要步骤:

先计算网络中的功率分布.确定功率分点,然后按照已知首端电压和末端功

率的开式电力网的计算方法,计算这两个开式电力网的功率损耗和电乐降落.进

而得到所有节点的电压。在计算功率损耗时，网络中各点的未知电压可先用线路

的额定电压代替。

简单环形网络潮流计算的主要步骤：

按照两端供电网络潮流的计算方法，先计算网络中的功率分布，确定功率分

点,然后在功率分点处将网络解开,按照开式电力网的il算方法,计算这两个开

式电力网的功率损耗和电压降落,进而得到所有•节点的电压。行简单环形网络中

存在多个电源.点时,给定功率的电源*可以当做负荷节*处理,而把给定电张的

电源点都分为一，这样便得到心「个己供电白电H、的两端供电网络。12平衡节点:

配电网潮流一股只有一个电源点，该节点电压幅值和相足已知，是其他节点电压计算的参

考点，待求的是该节点输入的有功和无功功率。

PQ节点：一般配电网潮流计算中负荷节点已知负荷的有功和无功功率，待求节点的电压幅

值和相角，这类节点为PQ节点。

PV节点：配电网中有一些节点安装有并联电容器等无功电源，运行中希望这类节点的电压

幅值保持在某一水平，在剌流计算中这样的节点已知负荷的有功和节点的电压幅值大小，

待求节点的无功功率和电压相角，这类节点为PV节点。

13功率自然分布时，有可能不满足安全、优质、经济供电的要求，这样，就提出了调整控

制潮流或功率的问题。

调整控制潮流的首段有3种，即串联电容、串联电抗、附加串联加压器。

串联电容的作用是以容抗抵补线路的感抗，可起转移其他重载线段上流通功率的作用。

串联电抗的作用与串联电容相反，主要在限流，可避免重载线段过载。

附加串联加压器的作用在于产生一环流或者强制循环功率，使其与自然分布功率的叠加达

到理想值。

第三章电力系统有功功率平衡及频率调整

1电力系统进行有功功率平衡的目的？

频率是衡量电能质量的重要指标，而频率域有功功率密切相关，有功功率不平衡，将会导

致频率的变化。

2有功功率负荷的变动分为三类：

第一种变动幅度很小，周期短，负荷变动有很大偶然性；第二种变动负荷幅度较大，周期

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也较长；第三种变动幅度最大，周期也最长，基本可预测.

3电力系统有功功率和频率调整大体分为3种：

一次调频：由发电机组的调速器进行，针对第一种符合变动引起的频率偏移；

二次调频：由发电机的调频器进行，针对第二种符合变动引起的频率偏移；

三次调频：按最优化标准分配第三种有规律变动的负荷。

4进行有功功率和频率的三次调整时根据根据有功功率日负荷曲线。编制负荷曲线时，网

络损耗和厂用电是两个重要指标。网络损耗分两部分，一部分是变压器空载损耗，又称不

便损耗，另一部分与负荷平方成正比，主要为变压器和线路的电阻损耗。

5什么叫热备用和冷备用？

为保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量应大于系统的发电负荷，系统电源容量

大于发电机负荷的部分成为系统的备用容量。所谓热备用是指运转中的发电设备可能发出

的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。

6有功功率最有分配包括两部分：有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。

有功功率电源最优组合指机组的合理开停，包括机组最优组合顺序，机组最优组合数量和

机组最优开停时间。有功功率负荷的最优分配指系统的有功功率在各个发电设备和发电厂

之间的合理分配。

7有调节水库，丰水期，往往满负荷运行，调频主要有中温中压火电厂完成，枯水期，承

担急剧变化的负荷，水库容量越大，调节功能越迎。

8发电设备输入与输出的关系，这关系称耗量特性，耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐

标的比值，即单位时间内输入能量和输出功率之比称比耗量囚其倒数就是发电设备的效率

n。耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增率入。

9讨论有功功率负荷最有分配的目的在于：在供应同样大小负荷有功功率的前提下，单位

时间内的能量消耗最少。

10等耗量微增率准则：为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间

分配负荷。

11发电机组原动机或电源频率特性的斜率为：KG=-APG/Af,称为发电机的单位调节功率。

发电机的单位调节功率标忐了随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。

综合负荷的静态频率特性的斜率：KL=APL/Af,称为负荷的单位调节功率，负荷的单位调节

功率标志了随频率的升降负荷消耗功率增加或减小的多寡。

12一次调频过程：发电机组原动机的频率特性和负荷频率特性的交点就是系统的原始运行

点，设在原始运行点运行时负荷突然增加，即负荷频率特性突然向上移动，由于负荷突增

是发电机组功率不能随之变动，机组将减速，系统频率将下降。而在系统频率下降的同时，

发电机组的功率将因它的调速器的一次调整作用而增大，负荷的功率将因它本身的调节效

应而减少。前者沿原动机的频率特性向上增加，后者沿负荷的频率特性向下减少，经过一

个衰减的震荡过程，抵达一个平衡点。

13系统单位调节功率KS=KG+KL,标志了系统复核人增加或减少时，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寡。

14二次调频：系统频率在一次调整的基础上进行二次调整，就是在负荷变动引起频率下降

月初允许范围时，操作调频器，增加发动机组发出的功率，是发电机组频率特性向上移动。

当发电机组如数增发的负荷功率的原始增量是，则Af为零，即实现无差调节。

15两系统互联为一个联合系统。正常运行时，联络线无交换功率流通。两系统容量分别为

1500MW和1000MW；系统A的单位调节功率(标幺值)K*GA=25,K*LA=1.5,系统B的单位

调节功率K*GA=20,K*LA=1.3,设A系统负荷增加I100MW,试求频率变化和联络线交换功

率：(1)A、B两系统机组都参加一次调频(2)A、B两系统机组都不参加一次调频(3)B系统机

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组不参加一次调频⑷A系统机组不参加一次调频。

四章电力系统无功功率平衡及

电压调整

1无功功率负荷

系统总负荷的成分一昼夜间各不相同。白昼，工业用电比重大；傍晚，生活用电比重增加，

而二者功率因数不同。如果白昼和傍晚的有功功率负荷的峰值约略相等，白昼无功功率负

荷的峰值将大于傍晚；反之，如果白昼有功功率负荷的峰值小于傍晚，白昼和傍晚的无功

功率负荷约略相等。

2变压器中的无功功率损耗

变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。励磁支路损耗百

分值基本上等于空载电流I。的百分值；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短

路电压UK的百分值。

3电力线路上的无功功率损耗

两部分一并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。

当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送

的有功功率小于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。通过llOkV及以下线路输送的功

率玩玩大于自然功率；通过500kV线路输送的功率大致等于自然功率。

4无功功率电源

发电机、电容器、调相机、静止补偿器、静止调相机、并联电抗器。

电压调节效应为正：调相机、TCR型静止补偿器、SR型静止补偿器。

电压调节效应为负：电容器、TSR型静止补偿器。

5无功功率的平衡

进行无功功率平衡计算的前题应该是系统的电压水平正常，如果不能在正常电压水平下保

证无功功率的平衡，系统的电能质量就不能保证。

6无功功率电压最优分布：等网损微增率准则

优化无功功率电源分布的目的在「降低网络的有功功率损耗。等约束条件：无功功率平衡。

7无功功率负荷最优补偿：最优网损微增率准则

⑴所谓无功功率负荷的最优补偿是指最优补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和最优补

偿顺序的选择等问题.

⑵最优网损微熠率也称无功功率经济当量。等网损微增率是无功电源最优分布的准则，而

最优网损微增率或无功功率经济当量则是衡量无功负荷最优补偿的准则。

8限制电压波动的措施：

由大电容变电所以专用母线或线路单独向这类负荷供电；在电压波动的地点与电源之前设

置串联电容器（作用：抵偿线路等感抗，限制电压波动幅度）；在附近设置调相机（作用：

供给波动负荷以波动的无功功率），并在其供电线路上串联电抗器（作用：类似于发电厂或

变电所的出线电抗器，起维持公共母线电压的作用）；在供电线路上设置静止补偿器（几乎

可以完全消除电压波动，效果最好）。

9电压中枢点：指某些能够反映系统电压水平的主要发电厂或者枢纽变电所母线。电力系

统的电压调整问题也就转化为保证各电压中枢点的电压偏移不越出给定范围的问题。

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10逆调压：高峰负荷时供电线路电压损耗大，因而将中枢点供电电压适当升高以抵偿电压

损耗的压降；低估负荷时供电线路电压损耗小，因而将中枢点供电电压适当降低，完全有

可能满足负荷对电压质量的要求。这种高峰负荷时升高电压、低谷负荷时降低电压的中枢

点电压调整方式称逆调压，供电线路较长、负荷变动较大的中枢点采取这种调压方式。

11顺调压：与逆调压相对，对供电线路不长、负荷变动不大的中枢点，允许采取顺调压。

所谓顺调压，就是高峰负荷时允许中枢点电压略低；低谷时，允许中枢点电压略高。

13常调压：在任何负荷下都保持中枢点电压为一基本不变的数值。

14调压措施：

⑴改变发电机端电压调压：如供电线路不很长、线路上电压损耗不很大，一般就借调节发

电机励磁、改变其母线电压，使之实现逆调压以满足负荷对电压质量的要求。

（2）改变变压器变比调压：带分接头变压器（退出运行时才能改变）或者有载调压变压器或

串联加压器。

⑶借补偿设备调压：容器、调相机、静止补偿器、静止调相机。

第五章同步发电机基本方程及三相短路分

析计算

1什么是理想同步电机？

（1）电机转子的结构上直轴和交轴完全对.称；定子三相绕组完全对称，在空间互差120电

角度。（2）定子电流在气隙中产生正弦分布的磁动势；转子绕组和定子绕组间的互感磁通

也在气隙中按正弦分布。匕）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感，即

认为电机的定子和转子具有光滑的表面。

2同步发电机基本方程为什么要进行派克变换？派克变换的物理意义是什么？

原因：（1）转子的旋转使定、转子绕组间产生相对运动，致使定、转子绕组间的互感系数发

生相应的周期性变化。（2）转子在磁路上只是分别对于d轴和q轴对称而不是任意对称的，

转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。①变换后的电感系数都变为常

数，可以假想dd绕组，绕组是固定在转子上的，相对转子静止。②派克变换阵对定子自

感矩阵起到了对角化的作用，并消去了其中的角度变量，Ld,Lq,L0为其特征根。③变换后

定子和转子间的互感系数不对称，这是由于派克变换的矩阵不是正交矩阵。④Ld为直轴同

步电感系数，其值相当于当励磁绕组开路，定子合成磁势产生单纯直轴磁场时，任意一相

定子绕组的自感系数。

意义：派克变换将观察者的角度从静止的定子绕组转移到随转子•同旋转的转子绕组.匕

从而使得定于绕组自、互感，定、转子绕组间互感变成常数，大大简化门可步电机的原始

方程。派克变换将a、b、c三相静止的绕组通过坐标变换等效为d轴dd绕组、q轴绕组，

与转子一同旋转。

3无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些

部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的？

无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时.，定子电流中出现的分量包含：

（a）基频交流分量（含强制分量和自由分量），基频自由分量的衰减时间常数为Td\（b）

直流分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。（c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，无

此量），其衰减时间常数为Ta。

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电力系统复习

转子电流中出现的分量包含：（a）直流分量（含强制分量和自由分量），自由分量的衰减时

间常数为Td\（b）基频分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。

产生原因简要说明：（1）三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢

反应使得转子f绕组中磁锥突然增大，f绕组为保持磁链守恒，将增加一个自由直流分量，

并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子直流分量达到相对平衡（其中的

自由分量要衰减为0）。（2）同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量〔脉

动是由于d、q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感应M

基频交流分量。这些量均为自由分量，最后哀减为0。

4有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些

部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？

有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流和转子电流中出现的分量与无阻尼绕组

的情况相同。衰减时间常数如下：（a）定子基频自由分量的衰减时间常数有3个：Td\Td〃、

Tq〃，分别对应于f绕组、D绕组和Q绕组。（b）定子直流分量和倍频分量（自由分量），其

衰减时间常数均为Ta。（c）转子自由直流分量的衰减时间常数为Td〃、Td\（d）转子基频分

量（自由分量），其衰减时间常数为Ta.

产生原因说明：f绕组与无阻尼绕组的情况相同。另外增加了D绕组和Q绕组，这两个绕

组中与f绕组类似，同样要产生直流分量和基频交流分量（f绕组与D绕组间要相互感应自

由直流分量），但全部为自由分量，最后衰减为0。定子绕组中也有相应分量与之对应，

5为什么要引入暂态电势Eq\Eq〃、Ed"、E"?

不计阻尼回路时，Eq，为暂态电动势，它与励磁绕组磁链Wf有关，故在扰动前后瞬间不变，

可用来计算短路后瞬间的基频交流分量。

当计及阻尼回路时，Eq〃为q轴次暂态电动势，由于其正比于Y绕组磁链和D绕组磁链的线

性组合，可用来计算短路后瞬间基频d轴次暂态电流初始值,Ed〃为d轴次暂态电动势，用

来计算基频q轴次暂态电流初始值，E7Ed〃2+Eq〃2.

6同步发电机端三相短路，出现冲击电流的条件是什么？

最恶劣短路条件下，短路电流的最大瞬时值称为短路冲击电流。在不计同步发电机定子绕

组的电阻时，机端短路冲击电流出现的条件是短路前空载，短路发生在某相电压瞬时值过

零时。

7对称分量法能否应用于分析非线性电力系统的不对称短路？为什么？

对称分量法不能用于分析非线性电力系统的的不对称短路。因为对称分量法实际上是把不

对•称短路时的电压、电流分解为正序分吊、负序分廉和零序分量，然后利用各序分量的相

互独立性和叠加原理分别进行计算，然后再合成得到不对称短路时的各相电流和电压。即

不对称分量法的理论基础之一是叠加原理，而叠加原理只适用于线性电路，所以不能用对

称分量法分析非线性电力系统的不对称短路。

8强行励磁起什么作用？强励动作后应注意什么问题？

当发电机的端电压降到某一规定值时，强制励磁装置自动投入，发电机的励磁电源会自动

迅速增加励磁电流，这种作用叫做强行励磁，发电机的端电压逐渐恢复，短路电流的周期

分量的幅值逐渐增加，最终趋于稳定。

强行励磁主:要有以下几个方面的作用：（1）增加电力系统的稳定性（2）在短路切除后，能

使电压迅速恢复（3）提高带时限的过流保护动作的可靠性（4）改善系统故障时电动机的

自起动条件。

强励动作后，如果不返回，磁场电阻长时间被短接，在发电机正常运行时，转子将承受很

高的电压而受到损伤.根据发电机运行状况，在保证正常运行的前提下，可以将不返回的

强励装置切除。查明原因，排除故障后再投入运行。

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电力系统复习

9同步发电机端三相短路，短路电流为什么会出现非周期分量？

（1）短路电流暂态过程的突出特点就是产生非周期分量电流，产生的原因是由于短路回路

中存在电感。（2）在发生突然短路的瞬间，根据楞次定律，短路电流不能突变。由于短路

前的电流与短路后的周期分量电流一般不相等，为维持电流的连续性，将在短路回路中产

生一自感电流来阻止短路电流的突变。（3）这个自感电流就是非周期分量，其初值大小与

短路发生的时刻相关，即与电源电压的初相位有关。（4）短路电流的非周期分量是按指数

规律衰减的，其衰减快慢取决于短路回路时间常数。一股非周期分量衰减很快，在0.2S后

即哀减到初值的2%,在工程上即可认为已衰减结束。

10什么是短路容量？

短路点的额定电压UN与短路电流的周期分量IP所构成的视在功率，即凡

计算短路容量的目的是选择开关设备时，用来校验其分断能力。

11短路电流分析

以a相为例，电压心=3"sin（“/+a）,线路电流

Um

Im=

J(R'+4j2+02(£+£“)2

/=+a-(p)短路前回路阻抗角

奴1+£”)

(P=arctan

R+&/

k点发生短路后，忽略负载对短路电流的影响，其值可由短路回路的微分方程来确定。

Ua=Umsin("+a)=R/+L—

1ddt非齐次微分方程的解为:

4=—sin（＜yf+a-^y+ce"=/,皿sin（函+a-%J+ce7

ZJW

/=器=,―短路电流周期分量的幅值

Z”J即+（必）

%=arcian色处短路后回路的阻抗角

&

》短路回路的时间常数

c为积分常数，由初值条件决定根据楞次定律可知，当发生三相短路的瞬

间，电流不能突变，即短路后瞬间短路电流瞬时值（用Q+表示）与短路前瞬间负载电流值

（用iO-表示）相等。

把t=0带入短路前电流公式』=/msin（初+”8）,得短路前瞬间电流的瞬时值为

乙=bSin（〃+a-/）+ce〃=/sin（d+a-/）+ce,

把t=0带入短路后电流公式Zu,

得短路后瞬时电流值为4=/"n（"%）+c,由…得­1■：

c=/mSin（a-*）-〃如3-%）=阪，非周期分量初始值。短路全电流瞬时值ik：

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电力系统复习

I

i*=ksin3+a_仰）+[/Rn（a_e）-Gsin（a_%）kF=,p+%短路电流最大可能的瞬时值为

冲击电流。当短路回路的参数已知时，短路电流的周期分量的幅值就能确定，则短路电流

最大瞬时值便由非周期分量初始值iapO的大小决定。

%。=小皿々,）-["3-%）短路电流出现最大值的条件：

（1）短路前为空载，即t=0时，Im为零。（2）当a-4）ld=±90o时，iapO=±lpm,因高压电网

中感抗u）Lkl»Rkl,有＜|）kl=arctan（3Lkl/Rkl卜90o,这时,初相角a=0o时，发生短路,即短路瞬

间恰好发生在发电机电压过零点。

短路冲击电流，在短路发生后约半个周期，即0.01s（设频率为50Hz）出现。即

=//乙/。5=（l+e-。"/,儿式中胴称为冲击系数，即冲击电流值相对于故障

后周期电流幅值的倍数，计算中通常取为1.8~1.9,

短路全电流有效值：

在三相短路的暂态过程中，任一时刻t的短路电流有效值13是指以时刻t为中心的一个周

期内瞬时电流的方均根值，周期分量ip在计算周期内幅值恒定，t时刻的周期电流有效值

为lpm/我，非周期分量iap在以时间t为中心的一个周期内不变，因此其有效值等于瞬时

值，即

iap（t）o因此t时刻短路全电流的有效值为：辰」（修了+丽⑴2。

12短路电流交流分量有效值（或最大值）变化的物理过程如下：

短路瞬间，转子上阻尼绕组D和励磁绕组f均感生抵制定子直轴电枢反应磁通穿入的自由

直.流电流iDa和ifa,迫使电枢反应磁通巾"ad走D和f的漏磁路径，磁导小，对应的定子回

路等值电抗X"d小，电流1〃大，此状态称为次暂态状态。

由于D和f均有电阻，iDa和ifa均要衰减，而其中iDa很快衰减到很小，直轴电枢反应磁通

可以穿入D,而仅受f的抵制仍走f的漏磁路径，此时磁导有所增加，即定子等值电抗）Cd

比x"d大，定子电流r比I”小，即所谓哲态状态。

此后，随着ifa逐渐衰减至零，电枢反应磁通最终全部穿入直轴，此时，磁导最大，对应的

电子电抗为Xd,定子电流为18,即为短路稳态状态。

第六章电力系统三相短路实用计算

1电力系统短路故障的分类、危害以及短路计算的目的？

所谓短路,是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

短路分类：三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其它几种短路均使三相

回路不对称，故称为不对称短路，包括两相短路、单相接地短路和两相接地短路。电力系

统的运行经验表明，单相短路接地占大多数。

短路危害：（1）短路回路中的电流大大增加。其热效应会引起导体或其绝缘的损坏；同时

电动力效应也可能使导体变形或损坏。（2）短路还会引起电网中电压降低，结果可能使部

分用户的供电受到破坏，用电设备不能正常工作。（3）不对称短路所引起的不平衡电流，

产生不平衡磁通，会在邻近的平行通信线路内感应出电动势，造成对通信系统的干扰，威

胁人身和设备安全。（4）由于短路引起系统中功率分布的变化，发电机输出功率与输入功

率不平衡，可能会引起并列运行的发电机失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。

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电力系统复习

短路计算目的：（1）选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。（2）合理的配置继电

保护及自动装置，并正确整定其参数。（3）选择最佳的主接线方案。（4）进行电力系统暂

态稳定的计算。（5）确定电力线路对邻近通信线路的干扰等。

2无限大容量电源的含义是什么？

所谓无限大容量电源是个相对概念，它是指电源距短路点的电气距离较远时，电源的额定

容量远大于系统供给短路点的短路容量，在短路过程中可近似认为电源电压恒定不变。该

类电源被称之为无限大容量电源。真正的无限大容量电源内阻抗为零，但实际应用中，常

把内阻抗小于10%的电源作为无限大容量电源,在分析短路暂态过程中，对于无限大容量

电源，可以不考虑电源内部的智态过程，认为电源电压恒定不变。

3电力系统短路电流计算方法：

（1）手工计算：优点是F•算准确；缺点是工作量大。（2）查表计算：优点是可以直接查表

得到短路电流，节约时间；缺点是不够准确。（3）计算机算法：优点是大型电力系统故障

计算，尤其在高压电网短路计算中，使用简便；缺点是在小型电网计算时不够准确。

第七章电力系统不对称故障分析计算

1什么是对称分量法？ABC分量与正序、负序、零序分量具有怎样的关系？

对称分量法是分析电力系统三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不平衡的电流、

电压分解成三组对称的正序相量、负序相量和零序相量，这样就可把电力系统不平衡的问

题转化成平衡问题进行处理。在三相电路中，对于任意•组不对称的三相相量（电压或电

流），可以分解为三组三相对称的分量。电力系统的正序，负序，零序分量便是根据A3c

三相的顺序来定的。正序：A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120

度。负序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。零序：ABC

三相相位相同，哪一相也不领先，也不落后。

对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常

说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分

解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的•种），因此通过检测这两个不应正常

出现的分量，就可以知道系统的问题（特别是单相接地时的零序分量）。三相短路故障和正

常运行时，系统里面是正序。

单相接地故障时候，系统有正序、负序和零序分量。两相短路故障时候，系统有正序和负

序分量。两相短路接地故障时，系统有正序、负序和零序分量。零序电流，必须以中线作

为通道，且中线流过的电流等于一相零序电流的三倍。

求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头

处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原

点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅

值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。

求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理，A相的不动，B相逆时针转120度，C

相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，

这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就

得出了正序分量。

求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转

120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。

2电力系统各元件序参数的基本概念如何？有什么特点？

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电力系统复习

对于静止元件（架空线、电缆、变压器、电抗器等），正序阻抗和负序阻抗相等，零序

阻抗与正、负序阻抗不同。对于旋转元件（发电机、电动机），各序电流分别通过时，将会

引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转的方向相同的旋转磁场；负序电流产生于

转子旋转方向相反的旋转磁场；零序电流产生的磁场和转子的位置无关。因此，旋转元件

的正序、负序、零序阻抗互不相等。

3正序等效定则一在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量与在短路点各相中

接入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。

4附加阻抗一三种不对称短路电流的正序分量和三相短路电流在形式上很相似，只是阻抗

为ZW（1）+ZA,ZA为附加阻抗。在单相短路时附加阻抗为Z£（2）和在（0）（或Z£（0）+3Zf）的串

联,两相短路时附加阻抗为立⑵（或Z£（2）+Zf）,两相接地短路时附加阻抗为立（2）和立（0）

（或Z2（0）+3Zf）的并联。

5电力系统不对称故障的边界条件是什么？

电力系统不对称故障时各序电压电流所需满足的关系式称为电力系统不对称故障的边界条

件。

［必⑴十°,⑵=o

单相接地短路边界条件：⑵

两相短路的边界条件：儿）二叫⑴J'/⑵必⑴

%⑴=0/（2）=°/（0）

两相接地短路的边界条件：〔乙⑴+//⑵+/八。）=°

6电力系统发生不对称故障时，何处的正序电压、负序电压、零序电压最高？何处最低？

（1）越靠近电源正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值就越低。三相短路时，短

路点电压为零，系统其他个点电压降低最严重；两相短路接地时正序电压降低的情况仅次

于三相短路；单相接地时，正序电压值降低最小。

（2）越靠近短路点，负序和零序电压的有效值总是越高，这相当于在短路点有个负序和零

序的电源。越远离短路点，负序和零序电压数值就越低。在发电机中