电力系统稳态分析复习思考题

1、第一章：1、电力系统、电力网答：电力系统是由 发电机、变压器、输配电线路和用电设备 按一定规律连接起来所组成的用于电能生产、变换输送分配和消费的系统。电力网是由 变压器和输配电线路组成的用于电能变换和输送分配的网络。2、我国电力系统主要发电厂类型答： 我国电力系统主要发电厂有火力发电厂、水电厂和核电厂。其中火电厂所占比例最大，其次为水电厂和核电厂。3、对电能生产的基本要求答：对电能生产的基本要求有保证供电的可靠性、良好的电能质量和运行的经济性。4、电力系统负荷的分类及各类负荷对供电可靠性的要求答：电力系统负荷按照供电中断或减少所造成的危害的大小可以分为三级（三类）一级负荷（ I 类负荷）：指供

2、电中断将造成设备损坏、人员伤亡、社会秩序混乱、人民生活受到很大影响并较长时间不能恢复、 政治影响大的用户的用电设备。 一级负荷在任何情况下都不允许停电；二级负荷（ II 类负荷）：指供电中断或减少，将造成大量产品产量和质量下降、人民生活受到影响的用户的用电设备。二级负荷应尽可可能不停电；三级负荷（ III 类负荷）：除一级和二级负荷外的负荷，三级负荷可以停电。5、衡量电能质量的技术指标答：衡量电能质量的技术指标主要有电压偏移、频率偏移和电压波形。6、联合电力系统及其优越性答：通过联络线路将几个地方电力系统连接起来所形成的电力系统称为联合电力系统。联合电力系统可以合理利用能源、减少系统备用容量、

3、装设高效率的大容量机组，提高电力系统运行的经济性； 系统间相互支援可以提高系统的供电可靠性； 系统容量越大抗干扰能力越强 ，可以减小系统受到干扰（负荷变化）时的频率波动和电压波动，提高电能质量。7、电力系统的额定电压和平均额定电压答：电力系统额定电压由国家综合应用和电器设备生产制造两方面的因素制定。（详见P9 表 1-1）根据表1-1 的规定， 属于同一电压等级的不同设备其额定电压并不完全相同，近似计算时可以认为同一电压等级的电气设备具有相同的额定电压，此额定电压就是平均额定电压。具体数值如下表所示电压等级（ kV ）361035110220500平均额定电压 (kV)3.156.310.53

4、71152305258、标出下图所示电力系统中发电机、变压器的额定电压（线路额定电压已标在图中）答：上述电力系统中发电机、变压器的额定电压如下：G： 10.5KV；T1： 10.5/242KV； T2： 220/121/38.5KV； T3 ： 35/6.3KV9、电力系统接线图答：电力系统接线图分为电气接线图和地理接线图两种。电气接线图表示电气设备之间的电气连接；地理接线图表示发电厂、变电站和电力用户之间的相对地理关系。10、电力系统接线方式分类、特点及其适用场所答：电力系统的接线方式分为无备用接线方式和有备用接线方式两大类。无备用接线方式指用户只能从一个方向获得电能的电力系统接线方式。包括

5、单回路放射式、单回路干线式、单回路链式。有备用接线方式指用户可以从两个级以上方向获得电能的电力系统接线方式。包括双回路放射式、双回路干线式、双回路链式、两端供电式和环式。无备用接线方式简单、投资小、运行维护方便，但供电可靠性差。适用于对供电可靠性要求较低的三级负荷的供电，在采取一定的提高供电可靠性的措施后（如采用成套配电设备、线路装设重合闸等）也可以用于对二级负荷的供电。有备用接线方式电能质量号（环形接线在线路检修或事故时电能质量较差）、供电可靠性高，但投资大、 保护装置复杂、运行维护不如无备用接线方式方便不方便。有备用接线用于对供电可靠性要求高的一级负荷和二级负荷的供电。11、电力系统中性点

6、及其运行方式分类答：电力系统中星形接线的发电机和变压器的中性点称为电力系统的中性点。电力系统中性点的运行方式分为直接接地、不接地和经阻抗接地（我国通常采用经消弧线圈接地）。直接接地方式正常运行和发生故障时，各相对地电压不超过相电压，线路和电气设备的对地绝缘按承受相电压设计 ，可以降低电气设备和线路的绝缘投资， 特别是在电压等级较高的情况下，效果尤为明显，但发生单相接地故障时，流过故障相的电流为 短路电流 ，需要切除电源，所以供电可靠性差。直接接地方式用于110kV 及以上电力系统以减小投资费用，但需要通过其他措施来保证供电可靠性（通常采取的措施为架空线路架设避雷线、 线路装设自动重合闸装置）不

7、接地运行方式在发生单相接地故障时接地点流过线路电容电流，只要该电流未超过规定值， 接地点不会出现电弧， 不会对电力系统造成危害， 并且 单相接地故障时线电压仍保持对称 ，不影响用电设备的正常运行，按照规程规定在发生单相接地故障时可以继续运行12 小时，所以 供电可靠性高。但单相接地故障时非故障相电压升高为线电压，线路和电器设备的对地绝缘需要按承受线电压设计，投资较大。不接地方式主要用在35kV 及以下单线接地电容电流未超过规定值的电力系统。中性点经消弧线圈接地方式用于35kV及以下单相接地电容电流超过规定值的电力系统。12、中性点经消弧线圈接地运行方式的工作原理和补偿方式答：中性点解消弧线圈接

8、地的工作原理可用下图说明。由电流相量图可以看到，由于消弧线圈的补偿作用，有消弧线圈时流过接地点的电流I A ,适当选择消弧线圈的参数就可以使)，IA=ILI A < I A (无消弧线圈时流过接地点的电流并小于规定值，使接地点不出现电弧。消弧线圈的补偿方式分为欠补偿、全补偿和过补偿。全补偿可能引起系统谐振，是严禁采取的补偿方式， 欠补偿在系统运行方式变化时，可能转换为全补偿，所以也不采用，通常采用的补偿方式为过补偿。第二章：1、关于电力系统分析计算的规定答：电力系统稳态分析时，电力系统可以视为三相对称系统，只需要对其中一项进行分析计算，所以电力系统的等值电路（数学模型）为单相等值电路 。

9、等值电路中电路参数为相参数；但习惯上所标电压为线电压、功率为三相总功率。功率采用复功率S =*3 I U = P + jQ 表示，实部为三相总有功功率，虚部为三相总无功功率。2、同步发电机的运行原图及稳态计算数学模型不懂答：隐极式同步发电机的运行原图如下图所示：降低功率因数运行时：其运行范围受额定励磁电流限制；提高功率因数运行时：范围受原动机最大出力限制；进相运行时： 其运行范围受系统并列运行稳定性限制；出力受机组运行稳定限制（主要是锅炉燃烧稳定性限制）。稳态分析时同步发电机的数学模型有以下几种：发电机定出力运行（发电机母线为PQ 节点）：用恒定功率表示，约束条件为其运行其最小U min<

10、; U <U max ；发电机恒压运行（平衡节点）：用恒定电压U表示, 约束条件为PminPPmax、QminQ Qmax；发电机恒有功、恒电压大小运行（PV 节点）：约束条件为Qmin Q Qmax 。3、变压器等值电路（数学模型）及参数计算（ 1）已知某110KV 双绕组变压器铭牌数据为：SN =6300 KVA、121/10.5 KV、n P0 = 9.76 KW 、n PK = 52KW、 I 0 % =1.1、 U K % =10.5 计算变压器的参数（归算到110KV ）； 画出变压器的形等值电路。解：110KV ） 计算变压器参数（归算到RT =PKU n2521212&#

11、215; 2=×2 =19.2()1000Sn10006.3U K %U n210.51212xT =100×=×=244()Sn1006.3GT =P0×Sn2=9.76× 12= 0.67 ×10 6(S)10002U n1000 121BT = I 0 % ×Sn2= 1.1 ×6.32= 4.7 ×10 6 (S)100U n100121 变压器形等值电路（ 2）已知三绕组变压器型号为SFSL1-15000/110, 容量比为 100/100/100 ，短路电压为Uk 31(%)17、Uk 23(

12、%)6 、 Uk12(%) 10.5，短路损耗为 P120KW 、K 31PK 12120KW 、PK 2395 KW，空载损耗为P0 22.7KW，短路电流I 0 (%)1.3。试求归算至高压侧的变压器参数，并绘制其等值电路。解：1）变压器参数计算电阻计算PK 11 (PK 31PK 12PK23)1 (12012095)72.5KW22PK 21PK 12PK 23PK13)195120)47.5KW(12022PK 31 (PK 31PK 23PK12)1 (12095120)47 .5KW2U n211022RT1PK 172.53.899()1000Sn21000152RT 2PK

13、2U n247.511022.554()1000Sn21000152PK 3U n247.511022.554( )RT 3Sn210001521000 电抗计算U K1 (%)1U K31(%)U K 23 (%)117 6)10.75U K12 (%)(10.522U K2(%)1 U K12 (%)U K23(%)U K 31 (%)1 (10.5617)0.25 022U K3(%)1U K31 (%)U K23(%)U K 12 (%)1 (17610.5)6.2522X T1UK1(%)U n210.75110286.72()100Sn10015X T 2UK2 (%)U n20(

14、 )100SnX T 3U K3 (%)U n26.25110250.42()100Sn10015 电纳、电导计算BTI 0 (%) Sn1.3151.611106( S)100U n21001102P022.76GT1000U n2100011021.87610(S)2）变压器等值电路（ 3）已知自耦变压器型号为OSFPSL-120000/220 ，容量比为100/100/50 ，额定电压为220/121/11KV ，变压器特性数据为：短路电压为U k 31 (%) 33.1 、 U k23 (%)21.6 、U k12 (%)9.35 （说明短路电压已归算到变压器额定容量之下）， PK31

15、366KW 、PK 12455KW 、PK 23346KW，空载损耗为P073.25KW，短路电流I0(%)0.346。试求归算至高压侧的变压器参数，并绘制其等值电路。解：1）变压器参数计算 电阻计算PK31 = 4PK 31 = 4×366KW =1464 KW 、PK 12PK 12455KW 、PK 234PK 234 346KW 1384KWPK 11 ( PK31PK 12PK23)( 1 1464 4551384)267.5KW22PK 21 ( PK12PK 23PK13)1 (45513841464)187.5KW22PK 31PK 31PK 23PK12)11384

16、455)1196.5KW(14642U n222022RT1PK 1267.50.899()1000Sn21000120 2RT 2PK 2U n2187.522020.63()1000Sn210001202RT 3PK 3U n21196.522024.02()1000Sn210001202 电抗计算U K1 (%)1 U K12 (%)U K31(%) U K 23 (%)1 (9.3533.121.6)10.42522U K2 (%)1 U K12 (%)U K23(%)U K 31 (%)1 (9.3521.633.1)1.075 022U K3(%)1U K23(%)U K 12 (

17、%)121.69.35)22.675U K 31 (%)(33.12U n222022X T1U K1(%)10.42542.044( )100Sn100120X T 2U K2 (%)U n20()100SnX T 3U K3 (%)U n222.675220 291.488()100Sn100120 电纳、电导计算BTI 0 (%) Sn0.3461208.578106(S)100U n2100220 2GTP073.251.51310 6 (S)1000U n2100022022） 变压器等值电路说明：精确计算时，电压采用额定电压；近似计算时电压采用平均额定电压。4、输电线路的等值电路（

18、 1）输电线路的参数有哪些？各反映什么物理现象？答：输电线路的参数有电阻、电抗（电感）、电纳（电容）和电导。电阻反映电流的热效应； 电抗反映电流的磁场效应； 电纳反映电场效应； 电导反映输电线路的泄露损耗和电晕损耗。电阻、电导为耗能参数；电抗、电纳为储能参数。（ 2）为什么要采用分裂导线？答：采用 分裂导线是为了减小线路的电抗。（ 3）输电线路进行全换位的目的是什么？答：输电线路进行全换位的目的是使输电线路各相 的参数（电抗、电纳）相等。（ 4）输电线路按长度分类方法答：根据线路长度，线路可以分为短线路、中等长度线路和长线路。短线路线路长度小于 100km 的架空输电线路和电压不超过 10kV

19、 的电缆线路；中等长度线路线路长度大于 100km ，小于 300km 的架空输电线路；长线路长度大于 300km 的架空输电线路。（ 5）输电线路的等值电路答：输电线路的电导一般可以忽略。中等长度线路采用形集中参数电路。 短线路可以忽略电纳影响， 用电阻与电抗串联的集中参数电路表示；长线路用修正后的形集中参数电路表示。（ 6）已知 110KV 架空输电线路长度为80km,三相导线平行布置，线间距离为4m，导线型号为 LGJ 150，计算其参数并画出其等值电路。（ LGJ-150 导线计算外径为17mm）解：由于线路为长度小于算其电抗和电阻。100km 的短线路，线路的电纳和电导可以忽略不计，

20、因而只需计D m=1.26 ×4 5(m) 500 （ cm）， 导 线 计 算 半 径r = 17=8.5(cm),标称截面为2S =150(mm2 ) ，取导线的电阻率为r1 = = 31.5 = 0.21(/ km)S150= 31.5.mm2 / km 。500x1 = 0.1445 lg+0.0157 = 0.416( / km)输电线路的总电阻和总电抗分别为：R = r1l = 0.21×80 =16.8() 、 X = x1l = 0.416 ×80 = 33.28()输电线路的单相等值电路如图（ 7）已知 220KV 同杆 双回 架空输电线路长度为

21、200km, 三相导线平行布置，导线之间的距离为6.0m，导线型号为LGJ-300, 求线路的集中参数，并画出其等值电路。（ LGJ-300线计算外径24.2mm ）解：导忽略双回路之间的相互影响，则每回线路导线之间的几何平均距离为Dm =1.26 ×6 7.5m ， r = 2.42 =1.21(cm) ，标称截面为S = 300(mm2 ) ，取导线的电阻率为 31.5.mm2/ km2。=则 单 位 长 度 线 路 的 电 抗 和 电 纳 分 别 为 r1 = 31.5 = 0.105(/ km)、300x1 = 0.1445 lg 750 = 0.419(/ km) 、 b1

22、= 7.58 ×10 6 =2.71×10 6 (S / km) .1.21750lg1.21取 =1、 m =0.9 ，则输电线路的电晕临界相电压为：0.298) lgDm =44.388×0.9×1.0×1.21×(1+0.298750U cr =44.388mr(1+r1.21×1.0) ×lgr1.21=171.54( KV )大于线路的最高工作相电压220 ×1.05 =133.37 (KV ) ，所以线路不会发生电晕现象，3输电线路单位长度的电导g1 = 0线路的集中参数为：R = r1 &#

23、215;l = 0.105×200=10.5() 、 X = x1 ×l= 0.419×200 =41.9() 、2222B = b1 ×l ×2 = 2.71×106 ×200 ×2 =10.84 ×10 4 (S) 、 G = g1 ×l ×2 = 0线路的等值电路为：（ 8）长度为 600Km 的 500KV 电力线路的结构如下： LGJ 4× 400 分裂导线，导线直径 28mm，分裂间距 450mm ，三相导线水平排列，相间距离13m，如下图所示。作出近似考虑电力线

24、路分布参数特性时的形等值电路。（ LGJ-400 导线计算外径为28mm）解：先计算电力线路每公里的电阻、电抗、电导和电纳。r1 = =31.5= 0.01969( / km)S4 ×400Dm = 3 13000×13000×2×13000 =16380(mm)req = 4 rd 12d13d14 = 4 14 ×450 ×450 × 2 ×450 = 206.1(mm)x1Dm0.1445lgreqb17.5810 6Dmlgreq0.01570.1445lg 163800.01570.279( / km)n

25、206.147.581063.989 106( S / km)lg 16380206.1计算电晕临界电压 U cr 。取 m0.9,1.0, n 4,4.24 ，则电晕临界电压为U cr 44.388m r (10.298 )nlg D mrrreq1d0.2984163844.388 0.9 1.0 1.4 (1)4.241.4lg1.41.020.61145470.1( KV )中间相电晕临界相电压为470.10.95446.6( KV ) ，假设 500KV 线路运行相电压为525 /3 303.1(KV ) ，由于 446.6303.1，输电线路在晴天条件下不会发生电晕现象，所以 g1

26、0 。近似考虑输电线路参数分布特性l 26 6002kr =1x1b1 3=10.279 ×3.989 ×10× 3= 0.866kx =1(x1b1r12 b1l 2=1 (0.279×3.989 ×1060.019692×3.989×1066002x1)0.279) ×66=0.934l 26 6002kb =1+ x1b1 12=1+0.279×3.989 ×10× 12=1.033kr r1l = 0.866 ×0.01969 ×600 =10.23()kx

27、x1l =0.934 ×0.279 ×600 =156.35()kbb1l =1.033×3.989 ×10 6 ×600 = 2.472 ×10 3 (S)kbb1l = 1 ×2.472 ×10 3 =1.236 ×10 3 ( S)22近似考虑输电线路参数分布特性的形等值电路如图所示5、电力系统的等值电路（ 1）什么是有名制等值电路？有名制等值电路参数计算时应注意哪些事项？答：等值电路中各电路参数（电阻、电抗、电导、电纳）和变量（电压、电流、功率）都是有单位的物理量，则等值电路称为有名制等值电路。采

28、用有名制等值电路进行计算时，所有参数和变量应为归算到同一电压等级的数值。参数及变量归算时， 如变压器变比采用实际变比则为精确计算；如变压器变比采用平均额定变比则为近似计算。（ 2）什么是标幺值等值电路？标幺值等值电路参数计算时应注意哪些事项？答：等值电路中各电路参数和变量都采用没有单位的相对值（标幺值），这种等值电路称为标幺值等值电路。采用标幺值等值电路进行计算时，所参数和变量应为统一基准值之下的标幺值。参数标幺值的计算方法有两种途径，一是先把所有参数和变量有名值归算到基本级，再利用基本级的基准值求标幺值；二是利用基本级的基准值和变压器的变比求出各电压等级的基准值，然后对参数和变量（未归算）取

29、标幺值。参数和变量有名值归算或各电压等级基准值计算时，如果变压器变比取实际变比，则为精确计算；如采用变压器平均额定变比进行计算则为近似计算。（ 3）基准值的取法答：稳态分析时电力系统的参数与变量只有 5 个，它们分别是阻抗（电阻、电抗） 、导纳（电纳、电导） 、电压、电流、功率（视在功率、有功功率、无功功率） 。由于电路的基本关系有三个（ S= 3UI 、U = 3IZ 、Y=1,所以选择基准值时只需要指定任意两个电气Z量的基准值， 其他三个电气量的基准值可以由基本关系式导出，通常任意给定电压与功率的基准值 U B 和 SB 。此时电流、阻抗、导纳的基准值分别为IB= SB、ZB =UB2、3

30、U BSBYB= 1=SB2。Z BU B（ 4）某电力系统，接线如图所示，各元件的技术参数标示于图中，不计变压器电阻、导纳和输电线路导纳，画出其等值电路，并计算不懂按变压器额定变比归算到 220KV 侧的有名制参数按变压器平均额定变比归算到 220KV侧的有名制参数按变压器额定变比确定的标幺制参数按变压器平均额定变比确定的标幺制参数【 LGJQ-400 的单位长度参数为： r1jx 1 0.08j 0.406(/ km) ；LGJ-120 的单位长度参数为： r1jx10.27j 0.408( / km) ；SSPL-120000/220的额定变比为220/38.5KV 、短路损耗PK 93

31、2.5KW、短路电压 UK(%)14 ； SFPSL-63000/220的额定变比220/121/11;短路损耗PK1 2377.1KW 、 PK 3 1460.04KW 、 PK 2 3252.06 KW ；短路电压 U K1 2 (%)15.15、 U K3 1(%)25.8、 U K 2 3 (%)8.77 】解：1）按变压器额定变比计算参数有名制输电线路220KV架空线路：线路 l1 ： RjX(0.08j 0.406)20016j 81.2()线路 l2 ： RjX(0.08j 0.406)15012j 60.9()线路 l 3 ： RjX(0.08j 0.406)15012j 60

32、.9()35KV架空线路：线路 l4 ： R jX1j 0.408)405.4j 8.16()( 0.272( 220 )2归算到 220KV侧： RjX(5.4j 8.16)176.33j 266.45( )电缆线路 l 5 ： R jX (0.4538.5j 0.08)31.35j 0.24()归算到 220KV侧： RjX(1.35j 0.24)(220) 2540j 96( )11变压器变电站 B：归算到 220KV 侧的变压器参数为：RT1932.522021.56()210001202X T114220228.23()2100120变电站 C：变压器各绕组的短路损耗和短路电压为:P

33、K 11(377.1460.04252.06)292.54(KW )2PK 21(252.06377.1460.04)84.56(KW )2PK 11(252.06460.04 377.1)167.5( KW )2U K1(%)1(15.1525.88.77)16.092U K 2(%)1(8.7715.1525.8)0.9402U K3(%)1(25.88.77 15.15)9.712归算到 220KV 侧的变压器参数为：RT1292.5422023.57()1000632RT 284.5622021.03()1000632167.5220210006322.04()16.092202100

34、 630123.61()RT 3X T 1X T 2X T 129.7122074.60()2）按变压器平均额定变比计算参数有名制输电线路线路 l1 ： RjX16j 81.2()线路 l2 ： RjX12j 60.9()线路 l 3 ： RjX12j 60.9()线路 l4： Rj X(5.4j 8.16)(230) 2208.66j 315.31()37电缆线路 l 5 ： Rj X(1.35j 0.24)( 230 )2647.75j115.16()10.5变压器变电站 B：RT1932.5230 21.71()21000120 2X T114230230.86()2100120变电站

35、C：RT 1292.5423023.90()1000632RT 284.5623021.13()1000632RT 3167.5230 22.23()1000632X T 116.092302135.10()10063X T 20X T 19.71230281.53()100633）按变压器额定变比计算参数标幺制先将参数有名值按变压器额定变比归算到220KV侧，然后利用 220KV 侧基准值计算参数标幺制。取 220KV侧基准值 SB100MVA 、 U B220KV , 则 ZBU B22202484( ) 。SB100利用前面按变压器额定变比求得的归算到220KV 侧的参数有名制和选定的基准值，计算系统参数标幺值。线路 l1： R*jX *16j 81.20.033j 0.168484线路 l2： R*jX *12j 60.90.025j 0.126484线路 l 3： R*jX *12j 60.90.025j 0.12