电力工程基础习题答案

1、第一章1-1什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？答：电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的整体。建立联合电力系统的 优点是：可以减少系统的总装机容量；可以减少系统的备用容量；可以提高供电的可靠性；可以安 装大容量的机组；可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。1-2电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。1-3我国规定的三相交流电网额定压等级有

2、哪些？用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系？为什么？答：我国规定的三相交流电网额定压等级，低压有0.22/0.127kV、0.38/0.22kV和0.66心38kV ;高压有 3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV 和 750 kV。用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同；发电机的额定电压应比同级电网额定电 压高5%;变压器一次绕组的额定电压，对于降压变压器，应等于电网的额定电压，对于升压变压 器，应等于发电机的额定电压；变压器二次绕的额定电压，当二次侧供电线路较长时，应比电网额 定

3、电压高10%，当变压器二次侧供电线路较短时，应比同级电网额定电压高5%。1-4衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。对电力系统的主要影响（略）。1-5什么叫小电流接地系统？什么叫大电流接地系统？小电流接地系统发生一相接地时，各相对地电压如何变化？这时为何可以暂时继续运行，但又不允许长期运行？答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。在小电流接地系统中发生单相接地时，故障

4、相对地电压为零，非故障相对地电压升高、_3一倍。此时三相之间的线电压仍然对称，因此用户的三相用电设备仍能照常运行，但是，发生单相接地后,其运行时间不能太长，以免在另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。1-6消弧线圈的补偿方式有几种？ 一般采用哪种补偿方式？为什么？答：消弧线圈的补偿方式有全补偿、欠补偿和过补偿，一般都采用过补偿方式。因为在过补偿 方式下，即使电网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电网发生谐 振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，即使今后电网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消 弧线圈仍可继续使用。1-7 为什么我国规定110kV以上的高压电网和 38

5、0/220V的低压电网要采用大电流接地系统？ 各有什么优点？答：大电流接地系统发生单相接地时中性点电位仍为零，非故障相对地电压不会升高，仍为相电压，因此电气设备的绝缘水平只需按电网的相电压考虑，故可以降低工程造价。所以我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。而在380/220V系统中采用中性点直接接地方式，主要是考虑人身安全问题，一旦发生单相接地故障，可以迅速跳开自动开关或烧断 熔断丝，将故障部分切除。1-8试确定图1-12所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。图1-12 习题1-8附图答：发电机 G : 10.5kV ;变压器T1 : 10.5/242kV ;变

6、压器T2 : 10/3.3kV ;变压器T3： 220/38.5kV ;变压器 T4 : 220/121/38.5kV ;变压器 T5 : 35/6.6 kV1-9 某10kV电网，架空线路总长度70km，电缆线路总长度为16km。试求此中性点不接地的电力系统发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。答：由于IC(loh 351 cab )U N350V018A 30A因此，不需要改为经消弧线圈接地。第二章2-1电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？答：电力负荷按对供电可靠性的要求可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三类。一级负荷应由两个

7、独立电源供电；二级负荷应由两回线路供电；三级负荷对供电电源无特殊要求。2-2何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。年最大负荷利用小时数 Tmax，是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大负荷Pmax持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，年负荷曲线越平坦，Tmax值越大，年负荷曲线越陡；Tmax值越小。因此，Tmax的大小说明了用户用电的性质，也说明了用户负荷曲线的大致趋势。平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。2-3什么叫计算负荷？确定计

8、算负荷的意义是什么？答：计算负荷是根据已知的用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。确定计算负荷时为正确选择供配电系统中的导线、电缆、开关电器、变压器等提供技术参数。2-4什么叫暂载率？反复短时工作制用电设备的设备容量如何确定？答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。对于吊车：是指统一换算到25%时的额定功率，其设备容量 Pe 2Pn .匚；对于电焊机：是指统一换算到100%时的额定功率，其设备容量Pe Pn N Sn COS N

9、 N2-5需要系数法和二项式系数法各有什么计算特点？各适用哪些场合？答：需要系数法计算较简单，应用较广泛，但计算结果往往偏小，适用于容量差别不大、设备台量较多的场合；二项式法考虑大容量用电设备对计算负荷的影响，主要适用于设备台数较少而容量差别悬殊较大的的场合。2-6什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？答：年最大负荷损耗小时数实际上也是一个假想时间，在此时间内，线路持续通过计算电流所产生的电能损耗，恰好与实际负荷电流全年在线路上产生的电能损耗相等。它与年最大负荷利用小时数Tmax和负荷的功率因数有关。2-7功率因数低的不良影响有哪些？如何提高企业的自然功率因数？答：功率因数低将会引起线路的

10、总电流增大，使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大；使供 电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量；使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了 供电能力；使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。提高企业的自然功率因数的方法有：正确选用感应电动机的型号和容量；限制感应电动机的空 载运行；提高感应电动机的检修质量；合理使用变压器；感应电动机同步化运行。2-8并联电容器的补偿方式有哪几种？各有什么优缺点？答：并联电容器的补偿方式有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿(个别补偿)高压集中补偿方式的投资较少，电容器组的利用率较高，能够提高整个变电所的功率因数，但 它的补偿范围小，只能补偿

11、 610kV母线以前的线路上的无功功率，不能补偿工业企业内部配电 线路的无功功率。低压成组补偿方式的投资不大，运行维护方便，能够减小车间变压器的容量，降低电能损耗， 其补偿区大于高压集中补偿，能够补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功率。分散就地补偿方式的补偿范围最大，补偿效果最好，能够补偿安装地点以前的变压器和所有高 低压线路的无功功率，但投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止工作时也一并被切除，利用率 较低。2-9某工厂车间380V线路上接有冷加工机床 50台，共200kW;吊车3台，共4.5kW (15%)；通风机8台，每台3 kW;电焊变压器4台，每台22kVA (65

12、%，COS N 0.5)；空压机1台，55kW。试确定该车间的计算负荷。解：该车间的计算负荷如下表所示。电力负荷计算表序号用电设备名称台数设备容量/ kWKdCOStan计算负荷铭牌值换算值S3AkVI3C/A1冷加工机床502002000.160.51.733255.362吊车34.53.50.150.51.730.5250.913通风机824240.80.80.7519.214.44电焊变压器48835.470.350.352.6812.433.235空压机155550.850.80.7546.7535.06小计66110.875138.96负荷总计（K 0.9）99.8125.06160

13、243.12- 10 有一条380V低压干线，供电给 30台小批生产的冷加机床电动机，总容量为200kW,其中较大容量的电动机有10kW1台，7kW3台，4.5kW8台。试分别用需要系数法和二项式系数法计算该干线的计算负荷。解：用需要系数法和二项式系数法所求计算负荷如下表所示。电力负荷计算表（需要系数法）用电设备名称台数设备容量/ kWKdCOStan计算负荷SaAkVIac/A冷加工机床302000.160.51.733255.3663.9497.15电力负荷计算表（二项式系数法）用电设备名称设备 台数设备容量二项式系数cos takn计算负荷n/Xe 91.3A，因此满足发热条件要求。(3

14、)按机械强度进行校验：查表3-2知，10kV架空铝绞线的最小截面为25 mm2 Ish ；母线满足动稳定校的条件是c w al。4-9 什么叫短路电流的热效应？如何校验电器及母线的热稳定？短路发热的假想时间是什么 意思？如何计算？答：短路电流通过电气设备和导体时，会产生很高的温度，称为短路电流的热效应。一般电器满足热稳定的条件是It2t I 2tima ；母线满足热稳定的条件是k.maxk或A Amin。假想时间tima是指用稳态短路电流I来代替实际短路电流Ikt，在该时间内产生的热量与实际短路电流Ikt在短路时间tk内产生的热量Qk相等。假想时间包括周期分量假想时间tma,和非周期分量假想时

15、间两部分，即tima.np timatima p tima np。4-10某工厂变电所装有两台并列运行的S9-800（ Y,yn0接线）型变压器,其电源由地区变电站通过一条8km的10kV架空线路供给。已知地区变电站出口断路器的断流容量为500MVA，试用标幺制法求该厂变电所10kV高压侧和380V低压侧的三相短路电流I k、 i sh、I sh及三相短路容量Sk。解：（1）取 Sd 100 MVA， Ud1 10.5kV，Ud20.4kV，则Id1 Sd100 kAJ3U d173 10.55.5kA ，Sd,3Ud200 kA 144.3kA30.4（2）计算各元件电抗标幺值系统XsSd1

16、00Soc5000.2线路变压器X *1（3）ki点短路:XwlXt*XsSk0.4 810010.H2.9U k% Sd45100 SXwl*N 1000.2 2.95kA迪 5.6250.83.11.77kA3.12.55 Ik12.551.77kA4.51kA1.51 I k11.511.77kA2.67kAII k11.77kA/Sd 1100 1i shXd 11I sh3.114（4）k2点短路:*X s X wlXt0.222.9 曹 5.9125I d 2FT4-11 如图4-32所示网络,k点发生三相短路各元件的参数已标于图中，试用标幺值法计算时短路点的短路电流。24.4kA

17、上竺kA5.9125i sh1.84 Ik2 1.8424.4kA44.9kAI sh1.09 Ik2 1.0924.4kA26.6kAII k224.4kASk2)Sd2*1005.912MVA16.9MVA5图4-32 习题4-11附图解：（1）取Sd100 MVA，UXwlU线路0.4 50 11000.151变压器Uk% SdSnXtXl% Sd WQ100SnL U d210. 5 100100 10020T0.5256电抗器IkX wl41001.16436 0.36.3* Xt*Xl、0.1511.1641.5775Sd 13U d X100 136.31.577kA5.81kA

18、4-12 在图 4-33 所示电力系统中，所有发电机均为汽轮发电机。各元件的参数如下：发电机G1、G2容量均为31.25MVA , Xd 0.13，发电机 G3容量为50MVA , Xd 0.125 ；变压器T1、T2每台容量为 31.5MVA , Uk% 10.5，变压器 T3容量为50MVA, Uk% 10.5 ；线路 WL的长度为50km，单位长度电抗为 0.4 Q/km，电压为110kV级，试用运算曲线法计算10kV电压级的k点发生短路时Os和0.2s时的短路电流。图4-33习题4-12附图解：(1)作等效电路取Sd 100 MVA , Ud Uav，则各元件电抗标幺值为发电机G1、G

19、2X；X2 0.13 10031.250.416变压器T1、T2X3X4* 0.10510031.50.333发电机G3X50.125 100500.25变压器T3X60.105 10050 0.21线路WLX70.4 50 -10021150.151作等值电路如下图所示。(2)化简网络，求各电源到短路点的转移电抗X； X*1 X3*0.416 0.333 0.749X9 X? X6 X； 0.25 0.21 0.151 0.611将 x；、x8、x/作变换得:X10 0.333 0.7490.333 0.7491.49Xi*i 0.333 0.6110.6110.333 0.6110.749

20、1.216因此，各发电机对短路点的转移电抗分别为G1支路X1kX101.49G2支路X20.416G3支路X3kXu1.216(3)求各电源的计算电抗Xc*11.4931. 250.466100cX *20.41631.250.13100X *31.216 50 0.608100(4)查计算曲线数字表，并用差值法求短路电流周期分量标幺值c对汽轮发电机G1,X *10.467，查附*录表B-1可得*c 当X *0.46时I02.302，I 0.21.95当X*c0.48时*I02.203，I 0.21.879因此，当X *10.467*时，t0s和t0.2 s时的短路电流电流周期分量标幺值分别为

21、2 3022.20I 02.2030.480.4662.2730.480.46I 0.21.8791 951 8790.480.460.48 0.466 1.93同理，对汽轮发电机 G2, X *20.13，查附录表B-1可得t Os和t 0.2s时的短路电流电流周期分量标幺值分别为7.718对汽轮发电机G3,期分量标幺值分别为0.2X *3I 0.2(5)计算短路电流有名值G1、G2支路G3支路因此,4-13&Ua U02ii&10Ua1A04-1480.140.125.224.8780.140.123 ，查附录表E1.7481.6 100.650.61. 5391.4310.650.618

22、.9637.714.8780.141.611.431可得tI N0.140.130.130s和t8.345.050.2 s时的短路电流电流周0.6081.7260.650.6081.52231.25 kA 1.72kA3 10.55050 kA 2.75kA3 10.50 s和t 0.2 s时的短路电流电流周期分量有名值分别为I 01.72&10.21.72Ba1 12.272kA1.93kA&70&B135 V,，U&c1.72&1.728.34kA2.751.726kA 23kA5.05kA2.751.522kA16.2kA已知某一不平衡的三相系统的 j8.2736.86eej24080e

23、j8曾20 75 v，试求其正序60序及零序电压。 j175o.85j 128.0429.96eUa某10kV母线三相水平平放，型号LMY -60 8mm2,已知I I21 kA，母线跨距1000mm，相间距250mm，跨距数大于2,短路持续时间为 2.5s,系统为无穷大，试校验此母线的动稳定度和热稳定度。解：(1)热稳定校验:timatk2.5s2查表 4-6 得，铝母线的热稳定系数 C 87A s/mm2 ，因此最小允许截面为Amin21 10 、2T5mm 2872381.65mm母线的实际截面积A=60X 8mm2 =480 mm2 Amin , 所以热稳定满足要求。（2）动稳定校验：

24、ish2.55 21kA 53.55kA由 sb 250-60 2.79 2,故取K1。bh60irtrr mSV曰 T .,8则母线受到的最大电动力为Fmax3ish _10 7.353.55 1032 11000 710 7N 1986.7Ns250母线的弯曲力矩为MF maxl1986.71 N m 198.67s! -m1010母线的截面系数为Wb2hO.。6 0.008 m348 107m366母线的计算应力为:cM198.67Pa4.14 107PaW48 10 7铝母线排的最大允许应力al6.9 107Pa C ,所以动稳定满足要求。第五章5- 1熄灭电弧的条件是什么？开关电器中

25、常用的灭弧方法有哪些？答：灭弧的条件是去游离率大于游离率。开关电器中常用的灭弧方法有速拉灭弧法、冷却灭弧 法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧分细灭弧法、狭缝灭弧法、采用多断口灭弧法和采用新型 介质灭弧法等。5-2高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关各有哪些功能？答：高压断路器不仅能通断正常负荷电流，而且能切断一定的短路电流，并能在保护装置作用 下自动跳闸，切除短路故障；高压隔离开关的主要功能是隔离高压电源，保证人身和设备检修安全, 同时还具有倒闸操作和通断小电流的功能；高压负荷开关可以通断一定的负荷电流和过负荷电流， 有隔离开关的作用，但不能断开短路电流。5-3倒闸操作的基本要求是什么？答

26、：倒闸操作的基本要求是：合闸送电时，先合上隔离开关，再合上断路器；跳闸断电时，先 断开断路器，再断开隔离开关。5-4低压断路器有哪些功能？按结构型式可分为哪两大类？答：低压断路器既能带负荷通断电路，又能在线路发生短路、过负荷、低电压（或失压）等故 障时自动跳闸。低压断路器按结构型式分，有塑料外壳式和万能式两大类。5-5 熔断器的主要功能是什么？什么是“限流”式熔断器？ 答：熔断器的主要功能是对电路及其设备进行短路或过负荷保护。“限流”式熔断器是指熔断 器的灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧。5-6 避雷器有何功能？有哪些常见的结构型式？各适用于哪些场合？ 答：

27、避雷器用于防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护 设备的绝缘。避雷器按结构型式分，有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物避雷器等。 其中，保护间隙和管型避雷器一般用于户外输电线路的防雷保护，阀型避雷器和金属氧化物避雷器 主要用于变配电所的进线防雷电波侵入保护。5-7 Dyn11 接线配电变压器和 Yyn0 接线配电变压器相比较有哪些优点？答： Dyn11 接线变压器能有效地抑制 3 的整数倍高次谐波电流的影响； Dyn11 接线变压器的零 序电抗比 Yyn0 接线变压器小得多，更有利于低压侧单相接地短路故障的切除； Dyn11 接线变压器 承受单相不平衡负

28、荷的能力远比 Yyn0 接线的变压器大。5-8 什么是电流互感器的误差？电流互感器的常用接线方式有哪几种？ 答：电流互感器的误差包括电流误差（比值差）和相位误差（角差） 。电流误差 fi 是二次电流 的测量值乘以额定变流比 Ki与一次电流数值差的百分数；相位差 j是 &2与&的相角差。电流互感器常用的接线方式有一相式接线、两相不完全星形接线、两相电流差接线和三相完全 星形接线。5-9 什么是电压互感器的误差？电压互感器的常用接线方式有哪几种？答：电压互感器的误差吧包括电压误差（比值差）和相位误差（角差）。比值差fu是二次电压的测量值乘以额定变压比 Ku与一次电压数值差的百分数；相位差u是U&与

29、U&勺相角差。5-10 什么是高压开关柜的“五防”？固定式开关柜和手车式开关柜各有哪些优缺点？答：防止误跳、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止 带地线合闸；防止误入带电间隔。固定式开关柜具有价格低，内部空间大，运行维护方便等优点，但体积较大；手车式开关柜具 有灵活性好、检修安全、供电可靠性高、安装紧凑和占地面积小等优点，但价格较贵。5-11 对电气主接线的基本要求是什么？电气主接线有哪些基本形式？各有什么优缺点？ 答：对电气主接线的基本要求是安全、可靠、灵活、经济。电气主接线的基本形式有线路-变 压器单元接线、单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁路母线接线、双母线接

30、线、桥式接线等。线路 -变压器单元接线的优点是接线简单，所用电气设备少，配电装置简单，节约投资。缺点 是该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所要全部停电，供电可靠性都不高，只可供三级负荷。单母线接线的优点是接线简单、使用设备少、操作方便、投资少、便于扩建。缺点是当母线及 母线隔离开关故障或检修时，必须断开全部电源，造成整个配电装置停电；当检修一回路的断路器 时，该回路要停电。单母线分段接线既保留了单母线接线简单、经济、方便等优点，又在一定程度上提高了供电的 可靠性。但仍不能克服某一回路断路器检修时，该回路要长时间停电的显著缺点，同时这种接线在 一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电。单母线加旁路母线接线解决了出线断路器检修时的停电问题，但其缺点是需要增加一组母线、 专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备，使配电装置复杂，投资增大，且隔离开关要用来操作， 增加了误操作的可能性。双母线接线具有以下优点：轮换检修母线而不致中断供电；检修任一回路的母线隔离开关 时仅使该回路停电；工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电；检 修任一回