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文档简介
1、电力工程基础学习指导及 习题解答 200611 合肥工大电气工程系 0002 班 第一章 电力工程基础 一、重点和难点 1火力发电厂、 水力发电厂以及核电站的能量转换过程, 以及它们在生产成本、 生产效率、厂用电率和机组启停速度方面的区别。 2现代电力系统的概念(了解反映电力系统常用的基本参数) ;变电所的分类。 3负荷的分级和供电要求。 4电力系统的质量指标。 5电力系统的接线方式。 6我国交流电力网和电气设备的额定电压发电机、变压器、输电线路的 额定电压的确定。 7电压等级的选择尤其是供电电压的选择。 二、作业 1确定图中(略)所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。 分析:作业中需要
2、注意的问题包括 电力系统中的电压除非特别说明一般指的都是线电压。因此变压器的变比一 般都是线电压和线电压之比,单位 kV 。 对于某些电压等级国家规定的其 1.05 倍的电网额定电压往往取的是整数值, 如 380 1.05 400V ,以后的短路电流计算中常用的 35kV 和 110kV 电压等级的 平均额定电压分别是 37kV 和 115kV。 如果同时标出相电压和线电压其形式如: 220/380V,即 220V 为相电压, 380V 为线电压。 答案:发电机的额定电压为 10.5kV,即电网额定电压的 1.05 倍;变压器 T1 的额 定电压为 10.5/38.5kV;变压器 T2 的额定
3、电压为 35/6.6kV;变压器 T3 的额定电 压为 10/0.4kV ; 、课外学习 合肥工大电气工程系 0002 班 1电力与国民经济发展之间的关系。 能源弹性系数; 电力弹性系数 2查找火力发电厂生产过程的详细资料并了解其能量的转换原理以及锅炉、汽 轮机和发电机的基本结构、 生产过程,并了解整个发电厂的组成。 2我国核电站的情况。 2了解现代新型发电形式以及目前的情况和发展前景。 3了解世界各国电压等级的频率的情况, 寻找电压等级确定的规律。 4查找各级负荷的实例并分析它们的供电情况。 5查找电力系统可靠性的概念、指标以及目前各国电力系统可靠性的情况。 6我国电力网络的现状以及各地电压
4、等级的分布。 世界和我国的最高电压等级 7世界和我国电力市场的改革情况及其进展。 8高压、低压的划分。 9工质? 合肥工大电气工程系 0002 班 第二章 电力网的参数计算和等值电路 一、重点和难点 1换位的概念和方法。 2不同电压等级绝缘子串的数目。 3架空线路的等值电路及其参数的计算。 4双绕组、普通三绕组以及自耦变压器的等值电路及其参数的计算。 5导线的选择计算,注意其选择条件和校验项目。 6标么制。 二、作业 1书上的 2.1。 分析: 这一题需要注意的是双回架空输电线路,在求其等值电路时,对其参数的处 理相当于是两个参数完全相同的回路的并联,因此阻抗要除 2,导纳要乘 2。 只有 6
5、0kV 以下线路才不需要验算电晕临界电压, 而本题为 110kV 的线路, 查 P34页表 2.2不需要计算电晕的导线最小直径可以发现 110kV 电压等级的线路不 需要计算电晕的导线最小型号是 LGJ 50,而本题的导线型号是 LGJ185,远 远大于最小要求,故可以不用计算此线路的电导。 题目中给出的导线间几何均距是 5m,即 D ge5m,不需要再进行计算了。 合肥工大电气工程系 0002 班 计算单位长度的电阻时用的导线截面是其标称截面(即 185)而不是其实际 截面,由于它们的不同所造成的计算误差已经在 的取值中考虑进去了。 线路每公里电阻为: 31.5 r1 S 3118.55 0
6、.1 7 03 ( / KM ) 答案: 先求一条线路单位长度的参数 线路每公里电抗为: 0.1445lg D r 0.0157 0.1445 lg 5000 0.0157 0.4089 9.5 x1 ge ( /KM ) 线路每公里电纳为: 7.58 6 b110 6 1Dge lg r 7.58 10 6 2.7855 10 6 5000 lg 9.5 (S/KM ) 双回线路的参数为: 11 Rr1l0.1703 100 8.515 ( ) 22 11 Xx1l0.4089 100 20.445 ( ) 22 11 16 4 B2b1l2 2.7855 10 6 100 2.7855 1
7、0 4 (S) 22 1 2 线路的 型等值电路为:(略) 2书上的 2.2 分析: 题目中变压器的型号应该为 SFL1 31500/110,其中 31500 表示的是变压器 的额定容量是 31500kW,110 代表变压器的高压侧额定电压是 110kV。 变压器的等值电路中的激磁支路在近似计算中也可以用其空载功率损耗来表 示是因为变压器实际运行时的电压与变压器的额定电压很接近, 因此其导纳支路 的功率损耗就近似等于变压器的空载损耗; 用功率损耗来表示变压器的导纳支路 便于以后的潮流计算。 合肥工大电气工程系 0002 班 所有公式中的 UN 可以取高压侧的电压,也可以取低压侧的电压,视计算需
8、要 而定。当取高压侧的电压时参数是归算到高压侧的值, 当取低压侧的电压时参数 是归算到低压侧的值。 注意公式中各物理量的单位。 书上的公式功率和电压都是 k 级的,实际的工程 中设备的容量一般都是按 M 级的,因此请同学把 SN 的单位为 MW 时的变压器 的参数计算公式列出。 22 答案:变压器的电阻为: RT PSU2 N 103 91 1102 10 3 1.1097 ( ) TSN231500 2 变压器的电抗为: XT US%UN SN 10 2 10.5 1102 31500 10 40.3333 () 变压器的电导为:GT UPN20 10 3 11100.52 10 3 0.8
9、678 10 6 (S) 变压器的电纳为: BT I0 %SN UN2 10 5 0.8 31500 1102 10 5 2.0826 10 5 (S) 压器导纳中的功率损耗为: I % 0.8 P0 j Q0P0 j I100%0 SN 10.5 j 100.80 31500 10.5 j252 (KVA) 变压器的等值电路如下: (略) 3书上的 2.4 分析: 注意三绕组变压器有两种类型,即普通三绕组变压器和自耦变压器。 对于普通三绕组变压器的容量比不相同时, 一般制造厂家提供的短路损耗必须先 按变压器的额定容量进行折算,然后再按容量比为 100/100/100 的三绕组变压器 计算方法
10、计算各个绕组的电阻; 而厂家提供的短路电压百分比一般都已折算到与 变压器的额定容量相对应, 因而不管变压器各绕组的容量比如何, 都可直接应用 合肥工大电气工程系 0002 班 100/100/100 的三绕组变压器计算方法计算各个绕组的电抗。对于自耦变压器一 般其低压侧绕组的容量总小于其额定容量, 而且制造厂提供的短路损耗和短路电 压百分数都是未经折算的,因此需要对它们分别进行折算。 注意公式的单位。 对三绕组变压器电抗的计算中可能会出现排列在中间的绕组的电抗为一个负 值,这是因为内外侧绕组的互感作用超过了中间绕组的自感作用, 从而使其等值 电抗为一负值。 在画变压器的等值电路时,其激磁支路既
11、可以用导纳表示也可以用变压器的 空载损耗表示, 在等值电路中只需画出其中任一种形式即可, 不能两种表示法同 时出现在同一个等值电路图中。 答案: 计算各绕组的电阻: 对短路损耗进行归算,即 S2 PS1 2PS1 2 ( N )2 4 PS1 2 108 (kW) SN 2 PS1 3PS1 3 76 (kW) S2 PS2 3 PS2 3 (SN )2 4 PS2 3 128 (kW) SN2 计算各绕组的短路损耗 11 PS1( PS1 2PS1 3PS2 3)(108 76 128) 28 22 11 PS2( PS1 2PS2 3PS1 3)(108 128 76) 80 22 1 P
12、S3( PS1 3 S3 2 S1 3 PS2 3 1 PS1 2)(76 128 108) 48 S1 2 2 (kW) (kW) (kW) 计算各绕组的电阻 RT1 PS1 SN2 U N 103 28 1102 103 5.29 2 80002 () RT2 PS2 U N 103 SN2 2 80 110 103 15.13 2 80002 () RT3 2 PS3 U N2 SN2 10 2 48 1102 2 103 9.08 80002 () 计算各绕组的电抗 XT2 22 U S2% U N20.5 1102 10 8000 SN 10 7.56 0 ( ) XT3 US3%
13、U N2 10 8.7 1102 8000 SN 10 131.59 () 合肥工大电气工程系 0002 班 各绕组的短路电压百分数为 11 US1%(US12% US13% US2 3%)(6.8 16 8.2) 7.3 11 U S2%(U S1 2 % U S2 3% U S1 3%)(6.8 8.2 16) 0.5 22 11 US3%(US23% US13% US1 2%)(8.2 16 6.8) 8.7 22 计算各绕组的电抗 22 U S1 % U N27.3 1102 XT1 S1 N 10 10 110.41 ( ) SN 8000 计算变压器的导纳及其功率损耗(空载损耗)
14、(S) GTP20 10 3 212 10 3 1.74 10 6 T U N21102 BT I0U%N2SN 105 0.911802000 105 5.95 106 (S) 则 GT jBT 1.74 10 6 j5.95 10 6 (S) P0 j Q0P0 j I0%SN 21 j 0.9 8000 21 j72 (KVA) 100 100 变压器的等值电路(略) 4P592.10 分析: 导线的选择可以采用发热条件或经济电流密度进行选择,然后校验电 压、机械强度、电晕、热稳定和动稳定等。一般对于年负荷利用小时数大,传输 容量大,长度在 20m 以上的导体,其截面一般按经济电流密度选
15、择。一般架空 线路 110kV 及以上的需要校验电晕放电以及无线电干扰等,而 110kV 以下的需 要校验电压损耗和功率损耗, 对于大跨越的线路需要校验机械条件。 对于电缆由 于动稳定由厂家保证故只需进行热稳定校验, 而硬母线则需要进行热稳定和动稳 合肥工大电气工程系 0002 班 定的校验。 按导体长期发热允许电流选择导体时,其公式为: Imax KI N,et 式中, I max 为导体所在回路的最大持续工作电流; K 是与环境温度合海拔高度有 关的修正系数; IN,et 为 025时的导体长期发热允许电流。 环境温度与 25当相差较大时: K aall 0 其中: al 为导体长期发热允
16、许最高温度,一般规定裸导线正常运行时的容许温 度为 70; 为安装地的实际环境温度。 一般取所在地的最热月平均最高温度 答案: 由题意可知通过线路的电流为: P 3U cos 300000 3 220 0.85 926.23 (A) 则单回输电线路的电流为: I I 463.12 (A) 2 由Tmax =6000查表 2.5可得 J=0.96A/mm2 所以,每回路每相导线的截面积为: S I 463.12 482.42 J 0.96 (mm2) 从导线的容许载流表可以查得 LGJQ-500 型导线,其最大载流量为 945A, 这样既使一回路断线,另一回路仍然可以承担全部的负荷电流 由于所选
17、导线得截面远大于电晕、 机械强度所容许得最小截面, 故均满足要 求。由此可见,选择 LGJQ-500 型导线是合理的。 三、课外学习 1用图片搜索查查各种类型杆塔的具体形状(或结构特点) 2查查看架空线路的造价和电缆线路的造价究竟有多大的差别。 合肥工大电气工程系 0002 班 3查查电缆的敷设方法。 4什么是集肤效应、邻近效应? 5考虑线路的分布参数特性后,输电线路的等值电路和等值参数是什么样的? 6分裂导线的等值参数相对于不分列的导线有什么样的变化?使用分裂导线有 什么优点 ? 7硬导体的热稳定和动稳定校验如何进行? 8110kV 以下线路如何进行电压损耗和功率损耗校验? 9什么样的导体需
18、要进行共振校验,如何进行? 10变压器的空载实验和短路实验条件。 11自耦变压器的结构特点和优点。 12什么是理想变压器,选用带理想变压器的等值电路进行计算有什么优点? 13标么值计算的优点。 三相电路使用标么值后具有什么样的特点? 第三章 电力系统稳态分析 一、重点和难点 1电力系统各元件上的电压降落和功率损耗。 2电压降落、电压损耗、 电压偏移以及电压调整的联系和区别。 3电能损耗的计算。 4节点注入功率、运算负荷以及运算功率的计算。 5开式电力网的功率分布与电压计算。常见两种类型,一是已知同一端端电压 和功率求另一端的电压和功率; 另一种是已知一端电压和另一端功率求其它未知 的电压和功率
19、。(有名制和标么制多种计算方法) 6地方电力网的功率分布和电压计算。注意其简化的条件。 7具有均匀分布负荷的开式地方电力网的最大电压损耗计算。 10 合肥工大电气工程系 0002 班 8计算机法潮流计算时节点的分类。 9采用需要系数法进行负荷统计。 10无功功率补偿。 11电力系统的中性点运行方式。 二、作业 1P163:3.4 分析: 本题首先要分清电压降落、电压损耗和电压偏移的区别。电压降落是 线路(或其它元件)始末两端的相量差( U1 U2)或dU ,即电压降落是相量 U1 U2 U j U 而电压损耗指的是线路始末两端的数值差 (U1 U 2 )。常用百分数表示: 电压损耗 U1 U
20、2 100 电压偏移指的是始端或末端电压与线路额定电压的数值差(U1 UN 或 U2 U N )。常用百分数表示: 始端电压偏移 末端电压偏移 U1 U N UN U2 U N 100 100 另外书上还提到的电压调整指的是线路末端空载与负载时电压的数值差 U20 U 2 )。当不计线路对地导纳时, U 20 U 1 ,电压调整在数值上等于电压损 耗。电压调整也常用百分数表示: 电压调整 U 20 U 2 100 20 题目中的第二问和第三问实际上是用来说明线路电压的变化主要是受到无功 功率的影响,这可以从电压降落的纵分量的表达式上看出来: 11 合肥工大电气工程系 0002 班 U2 P2R
21、 Q2 X 对于电压等级比较高的线路, 一般有 R X,即Q2X 的大小决定了 U 2的大小, 而 U 2 的大小直接影响网络电压损耗的大小, 所以为了维持网络的电压在规定的 范围内变化, 必须设法减少网络上无功功率的输送, 即无功功率一般要求就地平 衡,所以在电力工程基础的课程设计中对于供配电系统来说, 当用户的功率因数 不满足系统的规定的时候,必须进行无功功率补偿。 当 U20 时, Q2 0,即感性无功是从电压高的一端向电压低的一端输送。 同理可知容性无功是从电压低的一端向电压高的一端输送。 当线路空载时, 只有 线路末端导纳支路的电容功率通过线路阻抗, 从而会导致线路末端电压高于首端
22、电压的情况出现,这种现象称为费兰地效应(俗称电容效应) 。在远距离交流输 电线路中这种现象尤为明显。 另外对于电压降落的横分量 U2 P2X Q2R ,同理可以分析其主要是由传 2 U 2 输有功功率而产生的。它主要与高压电力网络首末端电压间的相位差有关,即 sin U2 U1 即相位差 主要由电力网环节的有功功率决定的,当 sin 0 时, P2 为正值,表 明有功功率是从电压超前端向电压滞后端输送, 或者说高压电力网首末端电压存 在的相位差是传输有功功率的条件。 对于功率损耗和电压降落的公式需要牢记的一点就是公式中的功率和电压一 定是同一点的功率和电压。 由于已知的是末端电压和末端功率,所
23、以可以同时从线路的末端向首端计算 出线路上的功率分布和电压分布。 答案: 求输电线路的等值参数并画出等值电路 12 合肥工大电气工程系 0002 班 11 Rr1l0.17 80 6.8 ( ) 2 1 2 11 Xx1l0.409 80 16.36 ( ) 22 11 16 4 B2b1l2 2.82 10 6 80 2.256 10 4 (S) 221 2 等值电路:(略) 线路末端导纳支路上的无功 1 24 2 QC2BU 22 2.256 10 4 11823.141(M var) 则S2P2 jQ2 jQC2 25 j10j 3.14125 j6.859(MVA) 阻抗上的电压降落
24、纵分量 U2 P2R Q2 X U2 25 6.8 6.859 16.36 118 (kV) 横分量 U 2 P2 X Q2R U2 25 16.36 6.859 6.8 118 3.07 (kV) 则 U1U2 U2 2 U22118 2.39 2 3.072 120.43 (kV) 阻抗上的功率损耗 SZ P2 2 Q22 (R jX ) 22 252 6.8592 1182 (6.8 j16.36) 0.33 j0.79 (MVA) 路首端导纳支路上的功率损耗 1 QC1BU12 2.256 10 4 120.432 3.272 (M var) 则线路首端的功率为 S1 S1 jQC1
25、S2 SZ jQC1 25 j6.859 0.33 j0.79 j 3.272 25.33 j4.377 (MVA) 线路上的电压损耗 U1 U 2 120.43 118 2.43 (kV) U% U1 U 2 100 2.43 100 2.2 U N 110 13 合肥工大电气工程系 0002 班 线路上的电压偏移 U 1% 1 N 100 120.43 110 100 9.48 1 U N 110 U2 U N 118 110 U 2 % 2 N 100 100 7.27 2 U N 110 线路末端负荷有功增加 5MW,则 S30j10 MVA S2 P2 jQ2 jQC2 30 j10
26、 j 3.141 30 j6.859 (MVA) 纵分量 U2 P2RU2Q2X 30 6.8 6.859 16.36 2.68 (kV) 118 横分量 U2 P2XU2Q2R 30 16.36 6.859 6.8 3.76 (kV) 118 则 U1 U2 U2 2 U22118 2.68 2 3.762 120.74 120.43 U1 120.74 120.43 0.31 (kV) (kV) 线路末端负荷无功增加 5Mvar,则 S25j15 MVA S2 P2 jQ2 jQC2 25 j15 j3.141 25 j11.859 (MVA) 纵分量 U2 P2R Q2 X U2 30
27、6.8 11.859 16.36 118 (kV) 横分量 U 2 P2X Q2R 30 16.36 11.859 6.8 2.78 (kV) 2 U 2 118 则 U1 U 2 U2 2 U22118 3.08 2 2.782 121.11 120.43 (kV) U1 121.11 120.43 0.68 (kV) 分析和可见, 负荷无功的改变对线路电压损耗的影响要比有功大的多, 因此 进行无功功率补偿是改善系统电压的有效措施。 2P163:3.5 分析: 题目已知的是首端的电压和末端的功率,要求首端的功率和末端的电 压。对于这种情况, 精确的计算是要求进行迭代求解, 但在电力系统的工程
28、计算 中,由于在正常运行情况下系统的电压总是在额定电压附近运行, 所以可以首先 14 合肥工大电气工程系 0002 班 假定网络上各节点的电压为额定电压, 根据末端功率和额定电压向首端推导网络 的功率分布,然后再根据首端的已知电压和求出的首端功率向末端推导网络的电 压分布,计算结果一般都满足工程上的计算精度的要求。 在计算中一定要注意输电线路的导纳支路的电纳的数值为正,其功率为容性 无功功率,即表现为负值; 而变压器的激磁支路的电纳的数值为负, 其上的无功 功率为感性无功功率,即数值为正。 采用有名值进行潮流计算时, 首先要把网络参数全部归算到同一电压等级下, 计算结果得到的电压的数值也都是归
29、算到这一电压级下的数值, 如需要得到网络 各处的实际电压,必须按照变压器的变比把各电压再归算回各元件所处的电压级 下。 注意运算负荷的概念。 变压器参数的计算公式和第二章作业中使用的公式有区别是因为公式中变压 器容量的单位不一样,本题公式中变压器容量单位取的是 MVA 。 变压器激磁支路上的功率损耗有两种求法,一是可以利用空载损耗的数据进 行计算,二是根据我们推导出来的变压器激磁支路的功率损耗公式进行计算, 在 本题的条件下计算结果是相同的, 但当变压器的实际电压偏离额定电压较远时两 式的计算结果存在着误差。 当使用变压器的短路实验数据计算变压器阻抗支路上的功率损耗时,公式如 下: STPT
30、j QT PS U2N2 S222 jUS%UN2 S222PS (S2)2 jUS%SN(S2)2 1000SN2 U 22100SN U 221000 SN100 N SN 其中 S2 为变压器的实际负载。 通过计算可以发现变压器中的无功功率损耗远大于有功功率损耗 答案: 求网络各元件归算到 110kV 电压级下的参数,并画出等值电路图 Rl r1l 0.21 40 8.4 ( ) 线路: Xl x1l 0.416 40 16.64 ( ) 11 16 5 Blb1l2.74 10 6 40 5.48 10 5 (S) 2 l 2 1 2 15 合肥工大电气工程系 0002 班 变压器:
31、RT 2 PSUN2 2 1000SN2 190 11022.32 ( ) 2 1000 31.52 XT 2 US%U N2 100SN 2 10.5 1102 40.33 100 31.5 () GT P0 31 BT 1000U N2 I 0%SN 100U N2 1000 1102 2.56 10 6 (S) 10 5 0.7 31.52 18.22 10 6 100 1102 (S) 等值电路如下(图中元件参数略) S3 变压器上的功率损耗 SZT P3Q3 (RTjXT ) U32 252 152 2 (2.32 j 40.33) 0.163 j2.833 (MVA) 则 S2 P
32、3 jQ3SZT 25 j15 0.163 j 2.833 25.163 j17.833 (MVA) SYT GTUN2 jBTU N2 2.56 106 1102 j18.22 10 6 1102 0.031 j0.22 (MVA) 求输电线路末端的功率 12 QC22BlU N 5.48 10 5 1102 0.663 (M var) S2 S2 SYT jQC2 25.163 j17.833 0.031 j0.22 j0.663 25.194 j17.39 (MVA) 求输电线路首端功率 SZl P22 Q22 UN2 (RljX l) 25.1942 17.392 1102 (8.4
33、j16.64) 0.65 j1.29 (MVA) 16 合肥工大电气工程系 0002 班 S1P2jQ2 SZl25.194 j17.390.65 j1.29 25.844 j18.68 (MVA) 1 2 5 2 QC1 BlUN2 5.48 105 1102 0.663 (M var) S1P1jQ1jQC125.844 j18.68j 0.663 25.844 j18.017 (MVA) 根据首端实际电压和首端功率向末端推导电压分布 线路上的电压降落: 纵分量 U l P1Rl Q1 Xl25.844 8.4 18.68 16.64 U1120 (kV) 横分量 Ul P1XlU1Q1R
34、l 25.844 16.64 18.68 8.4 2.28 120 (kV) 线路末端的电压为: 则 U2 U1 Ul 2 Ul2120 4.4 2 2.282 115.62 (kV) 线路上的电压损耗为: Ul% U1UNU2 100 120 111015.62 100 3.98 变压器上的电压降落为: 纵分量 UT P2RT Q2X T U2 25.163 2.32 17.833 40.33 115.62 (kV) 横分量 U T P2XT Q2RT U2 25.163 40.33 17.833 8.4 2.32 2.32 115.62 8.42 (kV) 变压器低压侧电压为: U3 U2
35、 UT 2 UT2115.62 6.73 2 8.422 109.22 (kV) 变压器上的电压损耗为: UT% U 2 U3 100 115.62 109.22 100 5.82 T U N 110 17 合肥工大电气工程系 0002 班 则变压器低压侧的实际电压为: 11 109.22 10.922 (kV) 110 末端电压偏移为: U3% U 3 UN 10.922 11 100 100 0.709 11 3P165:3.26 分析: 要注意区分负荷消耗的电能 (耗电量) 和网络的电能损耗之间的区别 负荷的耗电量 W 是某一段时间内由负荷所消耗的电能(从网络所取用的电能) 总和。而网络
36、的电能损耗 A 指的是在一段时间能由于功率传输(为负荷供电) 在网络各元件上所产生的损耗造成的电能消耗量。 APmax max max 其中: PC 是统计出的计算负荷,或系统全年的最大负荷; 8760 Pdt Tmax是最大负荷利用小时数 Tmax Pmax 是电网带最大负荷是网络上的有功功率损耗; max 是最大负荷损耗时间 max A Pmax 2 8760 S 3 8760 2 0 U2 R 103dt8760 S2dt S2 Sma2x R 10 3 U2 Smax 由Tmax和cos 查P143的表 3.10可得到 max ,其中cos 是指的是负荷的功率 因数。 当表 3.10
37、中没有和负荷的功率因数完全对应的一列时, 可采用线性插值获得 对应的 max。 Tmax无完全对应的一行时,也可这样处理。 注意在求线路上的有功功率损耗时公式中的电压和功率必须是同一点的数 值。由于本题没有给出线路首端或者末端实际电压, 所以在进行功率分布计算时 18 合肥工大电气工程系 0002 班 只能用额定电压代替线路末端的实际电压。 答案: 网络元件参数计算 Rl r1l 0.17 100 17 ( ) 线路的参数为: Xl x1l 0.4 100 40 ( ) 1 1 16 4 Blb1l2.8 10 6 100 1.4 10 4 2 l 2 1 2 负荷的功率因数为 cos P 3
38、0 0.83 S(302 202 ) 由Tm ax 5000h 和cos0. 83查表可得 m ax 3540h。 线路全年的电能损耗为 1 2 4 2 QC2BlU N2 1.4 10 4 1102 1.694 (M var) S P jQ jQC2 30 j20 j1.694 30 j18.306 (MVA) APmax P2 Q 2 max U 2 max 22 302 18.3062 2 1102 17 3540 6142.88 (MWh) 课外学习: 1电力网负荷的常见表示法及其应用场合。 2熟悉电路中关于视在功率、复功率、电压相量、电流相量以及阻抗之间的关 系式。 3若已知的网络首
39、端的功率和首端电压求网络的末端功率和末端电压;已知网 络的末端电压和首端功率求网络的末端功率和首端电压。若已知网络末端的 电压和末端功率,且末端功率为 P jQ (即无功为容性无功,或功率因数是 超前的)时,推导首端的电压会有什么样的变化? 4直接根据变压器的铭牌参数(即空载和短路实验数据)来计算变压器的阻抗 支路和激磁支路的功率损耗。 5三绕组变压器的功率损耗计算。 6其它的计算网络电能损耗的方法。 7两端供电网络的潮流分布的计算。 19 合肥工大电气工程系 0002 班 中性点安装的保 8采用理想变压器模型的电力网潮流计算。 9计算机法潮流计算的数学模型。 10无功功率电源的种类及其特点。
40、 11其它求取计算负荷的方法,如二项式法。 12电力系统的电费收取制度。 13如何提高用电设备的自然功率因数。 14并联电容器作为无功补偿装置的接线方式、投切方式。 15实际电力系统关于中性点的接地要求, 中性点的绝缘方式, 护要求。 16当变压器的三角形接线侧需要经消弧线圈接地时如何安装? 17低压配电系统的中性点运行方式及其常用接线方式和适应场合。 18不同的导线如何根据颜色来区分? 20 合肥工大电气工程系 0002 班 第四章 电力系统短路 一、重点和难点 1电力系统短路的分类及各种短路类型的特点。 2电力系统短路的危害。 3电力系统短路计算的目的。 4工程上恒定电压源(无限大容量系统
41、)的近似条件。 5恒定电压源电路三相短路的暂态过程和短路电流的变化特点。 6短路冲击电流的条件及其计算;短路电流最大有效值的计算;短路功率的计 算;利用短路功率求电源的等值电抗。 7三相短路电流的实用计算。包括短路次暂态电流的计算;电力网络的化简; 转移电抗的求取; 应用运算曲线求任意时刻短路点的短路电流。 、作业 G1 1补充题 X1 G2 X2 G3 X3 G4 X4 A X6 C X5 B X7 X8 其中, G1 1.1, G2 1, G3 1.2, G4 1.05 X1 X 4 0.4, X2 X3 0.6 21 合肥工大电气工程系 0002 班 X6 X7 0.8, X5 0.7,
42、 X8 0.1 ,求各电源点对短路点的转移电抗和短路电 流的标么值。 分析: 求各电源点对短路点的转移电抗,实际上是对网络进行化简的过程, 化简的方法有很多种, 可以采用星网变换, 单位电流法以及利用网络的对称性 化简。从中选择一个最简单的方法可以大大的简化计算过程。 对于网络化简的过程参考电路中学习过的戴维南定律求等效电势和等效电抗 的思想。 通过观察所给的网络, 可以发现它是一个结构完全对称的网络, 因此可 以先利用网络的对称性化简然后再用星网或单位电流法变换化简; 或者直接采用 单位电流法化简;或采用多次星网变换化简;或者先对 X5、X6 及X7 进行星网 变化然后 X 再使用单位电流法
43、。下面就给出其中一种解法,其它方法同学们自 己试试,结果都是一样的。 0.7 0.8 答案: 先对X5、X6 及 X7进行星网变化 X9 X5 X6 0.24 X5 X6 X7 0.7 0.8 0.8 X5 X7 0.7 0.8 X10 0.24 X5 X6 X7 0.7 0.8 0.8 X6 X7 0.8 0.8 X11 0.28 X5 X6 X7 0.7 0.8 0.8 X12=X11+X8=0.28+0.1=0.38 X12 采用单位电流法,其它电源电势短接 ,在短路点加上 EK,使 X2 中通过单位电流, 即 I2 1,则: 22 合肥工大电气工程系 0002 班 U A I2 X 2
44、 0.6 I1 UA X1 0.6 1.5 0.4 I9 UC I1 I 2 1 1.5 2.5 UA I9 X 9 0.6 2.5 0.24 1.2 I10 I12 I9 2I 9 EK UC I12 X12 1.2 0.38 5 3.1 则各电源对短路点的转移电抗为: EK 3.1 I1 1.5 EK 3.1 I2 1 EK 3.1 I3 1.5 EK 3.1 I4 1 2.067 3.1 2.067 3.1 X3K X1K X2K X4K 则短路点的短路电流的标么值为: IK I1 I2 I 3 I4 E1E2E3 E4 X1KX2K X3K X 4K 1.11 1.2 1.05 1.7
45、5 2.067 3.1 3.1 2.067 接得到总的等值电势和等值电抗 (即等值电势对 f 点的转移电抗)。 答案: 方法一:星网变换 X5 X1 X3 X1 X3 0.67 0.25 0.67 0.25 5 1 3 0.53 X2 1.236 X6 X2 X3 X 2X3 0.53 0.25 0.53 0.25 0.978 X1 0.67 2P225:4.14 分析: 求解的关键仍然是网络变换,即求出网络对 f 点的等值电势和等值电 抗。可以先对 X1、X 2、X3 采用星网变换,然后再进行一次星网变换,即可求得 E2 ,化简过程就比较简单可以直 各电源点对 f 点的转移电抗。 或者首先合
46、并 E1、 X5、X 6、 X m 、 X 4进行星网变换 23 合肥工大电气工程系 0002 班 X7 X5X 4( 1 X8 X9 X5 Xm X4 X6 1 1 1 1 X5 X4 X6 Xm 1 1 1 1 X5 X4 X6 Xm 1 1 X6X4( XmX4( 1 ) 0.2 1.236 0.2 1.236 0.2 1.236 1.792 0.978 2.4 ) 0.978 0.2 0.2 0.978 0.2 0.978 1.418 1.236 2.4 ) 2.4 0.2 0.2 2.4 0.2 2.4 3.479 1.236 0.978 即等值网络如下: E2 E1 X8 其中对
47、f 点的短路电流为: I E1 E2 1.44 1.54 1.890 X 7 X 8 1.792 1.418 或再一步化简求出短路点的等值电势和等值电抗 n Ei Ei i 1 Zi E1 E2 X7 X8 n1 1 i 1 Zi X7 11 X8 X 9 1.890 1.219 1.551 Zeqn 0.645 1.551 i 1 Zi 方法二:直接合并电源 E1 和 E2 Eeq1 E1X2 E2 X1 1.44 0.53 1.54 0.67 1.496 X1 X 2 0.67 0.53 Xeq1 X1 X 2 X1 0.67 0.53 0.296 X 2 0.67 0.53 X5 X e
48、q1 X 3 0.296 0.25 0.546 24 合肥工大电气工程系 0002 班 Eeq2 Eeq1X X5 X m 1.496 2.4 0.546 2.4 1.219 Xeq2 X5 X m 0.546 2.4 0.445 X 5 X m 0.546 2.4 X6 Xeq2 X4 0.445 0.2 0.645 即 Eeq 1.219, X eq 0.645 所以电源对 f 点提供的短路电流为 Eeq2 X6 1.219 0.645 1.890 3补充题:下图所示网络的 k 点发生短路。试求 I 和 G2母线上的残余电压。(G1 和 G2 型号相同,短路前都在额定状态下运行。 cos
49、0.8 ,图中元件的电抗都 分析: 图中电抗 X R指的是电抗器的电抗, 电抗有名值的计算公式为 XR XR%U R(N ) 1003 IR(N) 标么值为: X X R% U R(N)SB XR 100 3 I R(N) UB2 要求次暂态短路电流的初始值必须先把各电源对短路点的转移电抗求出。即 首先必须进行网络化简。 在网络化简时因为不需要求其它时间点上的短路电流数 值(即不需要查运算曲线) ,因此可以对电源进行合并而不必考虑它们离短路点 的远近和电源的特性。 但是如果要求采用运算曲线求短路电流则必须根据电源的 合并原则来考察电源是否能合并。 另外要想求次暂态短路电流必须要知道次暂态电势,
50、而电源的次暂态电势要 25 合肥工大电气工程系 0002 班 根据短路前系统的运行参数来求。 答案: 求G1和 G2的次暂态电势 根据题目条件,短路前发电机都在额定状态下运行,则 E1 E2 U 0 X dI 0 sin 1 0.14 1 0.6 1.084 网络化简 方法一:合并电源 X1X L XT 0.05 0.2 0.25 系统 S 和 G2 合并 eq1 U1X d E2X1 X1 X 2 1 0.14 1.084 0.25 1.054 0.14 0.25 eq1 X1 X d0.14 0.25 X1 Xd0.14 0.25 0.090 X 2 X eq1 X R 0.090 0.1
51、2 0.21 则短路点的次暂态短路电流的初始值为 I Eeq1 E1 1.054 1.084 12.762 X 2 X d 0.21 0.14 方法二:分别求各个电源点对短路点的转移电抗和次暂态电流 系统 S和 G2支路进行星网变换 X 2 X R0.25 0.12 X SK X 2 X R 2 R 0.25 0.12 0.584 SK 2 RXd0.14 XG K Xd XR Xd XR 0.14 0.12 0.14 0.12 0.327 G2Kd R X2 0.25 则短路点的次暂态短路电流的初始值为 U SE2 XSKXG2K E1 1 1.084 1.084 Xd 0.584 0.32
52、7 0.14 12.770 求 G2 母线上的残压 X2 0.12 1.054 0.602 0.21 或U XR (XUSSK XEG22K ) 0.12 (0.5184 10.038247) 0.603 26 合肥工大电气工程系 0002 班 4P226:4.17 分析: 对于系统类电源的参数,一般有四种给法,一是无穷大系统或恒定电 势源系统,其容量为无穷大,内电抗为 0,系统端电压为恒定值,一般给定为 1; 二是给出系统容量和系统电抗, 此种类型的系统和一般电源的处理方式一样; 三 是给定系统短路容量, 其系统电抗可以根据 Sd I d 1 的关系推导出系统的 Xd 电抗为 X d 1 S
53、B ;四是按照本题的方式给出的系统相接之变电所所装断路 d Sd Sd 器的最大切断功率, 此时断路器所切断的短路功率除了由系统提供的之外, 还包 括网络上其它电源提供的短路功率, 因此必须首先求出在此断路器安装处短路时 其它电源提供的短路功率才能得到系统的短路功率, 进而按照三的方法求出系统 电抗。 对于求任意时刻的短路点的短路电路要采用运算曲线,但是对于不只实际容 量为多大的系统电源来说, 如果其系统容量未知则只能求出其对短路点的转移电 抗而无法求出其计算电抗,因此无法求出对应的短路电流。本题就是这种情况, 即书上的题目实际无法求出 0.2S 的短路电流。当假定各电源的次暂态电势等于 1
54、时,可以求出次暂态短路电流的起始值。 进而求出对应的短路容量。 本题可以采用如下的假设: 即认为系统的短路容量在 0S 和 0.2S时基本不变, 因此可以只考虑发电机 G 提供的短路容量的变化。 答案: 取SB 1000MVA ,U B U av 求网络各元件的参数并画出等值电路。 xG =0.48 27 合肥工大电气工程系 0002 班 如果短路不是发生在 K 点而是发生在 K1点,则系统 S和发电机 G 提供的短路电 流都要经过 K 1点,其中由发电机 G 提供的短路电流取决于如下的电抗 X X G XT X L1 0.48 0.417 0.605 1.502 短路时由 G 提供的短路功率
55、为 11 SGSB1000 665.779 (MVA) G X B 1.502 因为 SK1 1000MVA ,则由系统 S 提供的短路功率为 SS SK1 SG 1000 665.779 334.221 (MVA) 由此得到系统 S 的等值电抗至少为 SB 1000 SK1 334.221 2.992 作 K 点的短路计算 首先化简网络,求各电源点对短路点的转移电抗 X1 X S X L1 2.992 0.605 3.597 X2 XT X G 0.48 0.417 0.897 X3 X L2 0.302 星网变换,求各等值电源对短路点的转移电抗 X1X 33.597 0.302 X SK
56、X1 X 3 1 3 3.597 0.302 5.110 SK 1 3 X 20.897 X 2 X 30.897 0.302 XGK X 2 X 32 3 0.897 0.302 1.274 X1 3.597 则发电机 G 的计算电抗为 X jsXGK SGN SB 1.274 250 0.32 1000 查汽轮发电机的短路电流运算曲线表可得 I 3.368, I 0.2 2.646 则由发电机提供的 0S和 0.2S的短路功率为 28 合肥工大电气工程系 0002 班 SG3UavI3U avI I N 3.368 250 842 (MVA) SG0.23UavI 0.2 I0.2 SGN
57、 2.646 250 661.5 (MVA) 由系统 S 提供的短路功率为 SK SB 1000 195.695 (MVA) K X SK 5.110 因此 K 点短路时 0S和 0.2S的短路功率为 S SG SK 842 195.695 1037.695 (MVA) S0.2 SG0.2 SK 661.5 195.695 857.195 (MVA) 三、课后学习 1实际系统中短路类型发生的概率以及各种短路电流的大小关系 2楞次定律 3同步发电机的结构特点及其励磁系统 4同步发电机突然三相短路后定子电流和转子电流的分量及其变化情况 5戴维南定律 6短路电流运算曲线的制定过程 7什么情况下需要
58、修正运算曲线的结果,如何修正? 8叠加原理 9同步发电机的同步电抗、 暂态电抗以及次暂态电抗的物理意义 10同步发电机的电压方程和磁链方程 29 合肥工大电气工程系 0002 班 11同步发电机的电势相量图和等值电路图 (空载电势、暂态电势、 次暂态电势) 第五章 发电厂和变电站的一次系统 、重点和难点 1主接线的主要电气设备文字与图形符号 2单母线接线、单母分段接线、双母线接线、双母带旁路、单母带旁路以及单 母分段带旁路; 桥形接线(内桥和外桥)、单元接线。各种接线方式的优缺点、 适用范围和常出现的操作。 3断路器和隔离开关的作用、结构特点以及在主接线中的配置,停送电时的操 作顺序。 4选择
59、电器设备需要进行的短路电流计算的短路点的选择。 5各种高、低压开关电气的功能及其选择。 30 合肥工大电气工程系 0002 班 6电压互感器和电流互感器。 二、作业 1P272:5.4/5.6/5.13/5.19/5.21 2出线停送电操作顺序是: 答案: 停电操作顺序 拉开断路器 拉开线路侧隔离开关 拉开母线侧隔离开关 (最后在线路上可能来电的各端合接地开关) 送电操作顺序 (首先拉开线路各端接地隔离开关(或拆除接地线) ) 31 合肥工大电气工程系 0002 班 合上母线侧隔离开关 合上线路侧隔离开关 合上断路器 3双母带旁路接线检修出线断路器该回路不停电的操作顺序 答案: 假设母为工作母
60、线,母备用 QS2 QS6 QF1 QF2 QS3 QS4 QS7 QS8 QS9 QS10 合上 QS7; 合上 QS6; 合上 QF2; 合上 QS1; 断开 QF1; 拉开 QS2; 拉开 QS3; 4 轮流 检修两组母线的操作 QF3 答案:如上图所示,旁路断路器合母联短路器都处于断开状态, 母为工作母线, 母备用,现在需要检修工作母线,具体操作顺序如下: 合上 QS9; 合上 QS10; 合上 QF3; 合上 QS4; 断开 QS3; 32 合肥工大电气工程系 0002 班 断开 QF3 ; 断开 QS9; 断开 QS10; 现在变成了母为工作母线,母备用 三、课后学习 1多角形接线
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