电力系统分析复习题

电力系统分析复习题

一、简答题

1、简述我国电力系统常用的电压等级有哪些？各用电设备额定电压是如何规

定的？

答：

6、10、35、（60）、60、654）、220、330、500kV和750kV,800kV,lOOOkVo

输电线路：

各用电设M的额定电压取与线路的额定电压相等，从而使所有用电设备在额定电

压的附近处运行。用电设备容许的电压偏移一般为5%,沿线电压降落一般为10%,

因而要求线路始端电压为额定值的1.05倍，并使末端电压不低于额定值的D.95

倍。

UN=（Ua+Ub）/2o

发电机：

发电机通常接于线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的1.05倍。

UGN=UN（1+5%）

变压器：

变压器一次侧额定电压取等同于用电设备额定电压，对于直接和发电机相联的变

压器，其一次侧额定电压等于发电机的额定电压即：

U]N=UGN=UN（1+5%）

变压器二次侧额定电压取比线路额定电压高5%,因变压器二次侧额定电压规定

为空载时的电压，而额定负荷下变压器内部电压降落约为5%。为使正常时变压

器二次侧电压较线路额定电压高5%,变压器二次侧额定电压取比线路额定电压

高10%。

2、按被测量名称分，现场常用的电气仪表有哪几种

答：有电压表、电流表、功率表、欧姆表、电能表、功率因数表、频率表、相序

表及万用表等。

3、电能质量的三个主要指标是什么？各有怎样的要求？

电压

电压偏移是指电网实际电压与额定电压之差（代数差）。

规定：用户端额定电压不应超过额定电压的：35KV级以上的用户为±5%：10KV

及以下用户为±7%；低压照明用户为±5%-10%。

频率

我国标准频率是50Hz,一般频率波动应在±0.5Hz以内，对于精密仪器系统频率

波动应在±0.2Hz以内。波形为正弦波，波形不能畸变。

4、简述电力系统标幺值的选定原则。

标么值：采用其实际值（有名单位值）与某一选定的值的比值表示：

在电气量中可先选定两个基准值，通常先选定基准功率SB和基准电压UB，在SB

和用选定后，基准电流IB和基准阻抗ZB也就随之而定，变压器原副边电压基

准值的比取与原副边额定值的比相等。一个系统中只有一个选定的基准功率。

5、简述采用标幺制的好处。

从变压器原幅边看表幺值为同一个值，简化等值电路，不需要进行参数的拧算，

采用表幺值计算时系统中基准电压一般在1左右，便于检查计算误差。

6、电压降落如何计算，减少电压降落应变化那些参数？

电压降落:即为该支路首末两端电压的相量差。

降低线路电阻、电抗参数，降低首末端功率，主要以降低无功功率为主。

7、什么是潮流，电力网络潮流计算的目的是什么？

潮流：在发电机母线上功率被注入网络，而在变（配）电站的母线上接入负荷，

其间，功率在网络中流动。对于这种流动的功率，电力生产部门称之为潮流。以

电力网络潮流、电压计算为主要内容的电力网络稳态行为特性计算的目的在于估

计对用户电力供应的质量以及为电力网运行的安全性与经济性评估提供基础数

据。

8、简述影响线路负载能力的因素。

主要有三点：

对于短电力线路，影响线路负载能力的因素主要是热极限；

对于中等长度电力线路，影响线路负载能力的因素主要是电压降落的限制；

对于远距离输电线路影响线路负载能力的因素主要是稳态稳定性的限制。

9、为什么进行电压的调整。

所有电力设备都是按在额定电压下运行效率最高，偏离额定电压导致效率降低，

电压过高会缩短白是枳灯的使用寿命，也会对设备的绝缘产生不利影响，电压过

低会增加异步电机的转差，产品出现废品，也使电机电流增人，引起发热损坏等。

10、简述电力系统电压的调整方法。

改变发电机端电压调压，改变变压器变比调压，改变电力网无功功率分布调压，

改变电力网的参数调压。

11、简述电力系统中负荷的种类及频率调整的方法？

（I）变动周期小于10s,变化幅度小，利用调速器，进行频率的一次调整

（2）变动周期在（10s,180s）,变化幅度较大，利用调频器，进行频率的

二次调整

（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律，根据预测负荷,

在各机组间进行最优负荷分配，频率的三次调整

12、简述电力系统短路的种类和危害。种类：电力系统短路故障有时也称为横向

故障，因为它是相对相或相对地的故障，三相短路，单相短路，两相短路，两相

接地短路。

危害：

短路电流很大，引起导体及绝缘体的严重发热而殒坏。

导体、母线受到强大的电流动力，也可造成损坏。

短路致使电网电压突然降低，影响用电设备正常工作，最严重的后果是系统解列。

二、计算题

1、有一台121/10.5,容量为31500KVA的三相双绕组变压器，名牌给出的实验

数据为：△PK=2OOKW,PO=47KW,Uk%=10.5,Io%=2.7,试计算折算到一次侧

的「型变压器参数，画出等值电路。

解：

图1

2.有一台110/11,容量为20000KVA的三相双绕组变压器，名牌给出的实验数

据为：△PxSSKWTouZZKW,Uk%=10.5,Io%=O.8,试计算折算到一次侧的

「型变压器参数，画出等值电路C

解：计算变压器阻抗

1)串联电阻(归算到121kV高电压侧)

2)啊的坳「甘二受””=4.08。

子砺1000⑵)『

3a照J磁«.(飒=63,53Q

100SN20

图2

p22

=_y*l(尸=1.82x10“S

参数领效在回捶则

3集才优卡延屐解蛛用储灌？导线水平排列，相间距离为4m,导线型号为

LGJ-240,导线半径为r=10.8mm。试计算线路的电气参数，并作出口型等值电

路。

解：

每公里线路电组的计算：

r=P/S=31.5/240=0.1313(Q/km)

每公里电抗计算

导线水平排列时的几何均距为:

Dm=1.26D=1,26*4000=5040(mm)

电抗：

电纳：

全线路参数为：

R=rl=O.1313*100=13.13(Q)

X=xl=0.401*l00=40.1(Q)

B=bl=2.84*10-6*l00=2.84*104(S)

B/2=j1.42*1(尸

Z=13.13+j40.17J27J2

产邛能淄偏中品_---->-----►

(a)n型等值电路(b)T型等值电由一「

4.设500kM残监看茹中导线结构!

使用LGJ-4*300分裂导线1直径为24.2mm,

分裂间距450mm。三相水平排列，相间距离为13m,如图所示|设线路长600km,

试作该线路的等值电路。(a)不考虑线路分布参数特性;(b)精确考虑线路

分布参数特性。

解：

先计算该线路每千米的电阻、电抗、电导、电纳

r=P/S=31.5/4*240=0.02625(Q/km)

导线水平排列时的几何均距为：

Dm=1.26D=1.26*13000=16380(mm)

分裂导线的等值半径出

31•口d}i=V12.1X450X450X>/2X450=198.7(mm)

电抗为

Dm0.0157,163800.0157.，。/打”、

x=0.14451g—+-----=0n.14451g-----+------=0n.28Q11(L2/Kin)

reqn198.74

分裂导线单位长度电纳为

7SR758

b=——xlO'6—xlO^=3.956xIO6s/km

..163o0

g77电*

5(mi=0.9,m2=1.0,b=l,计算临界电压

先计算km,

^=l+2(/2-l)-sin-=l+2(4-l)—sin-=1.114。

d44504

于是，电晕临界相电压为

U=49.3/w,^^r—ig-^=49.3x0.9xl.0xl.0xl.21x—1g=369.4kV

"—1.114019.87

边相，1.06*369.4=391.5kV,中间相，0.96+369.4=354.6kV

设线路的实际运行相电压为U=5%=3031kV,则由UvUcr可知，线珞不

发生电晕，取g=Oc

(a)不考虑线路分布参数特性时

R=rl=0.02625*600=15.75(。)

X=xl=0.281*600=168.6(Q)

B=bl=3.956*10-6*600=2.374*103(S)

B/2=1.187*10-3(S)

可作等值电路如图4(a)(b)所示。

(b)精确考虑线路分布参数特性时

先求取Zc，//

求取

于是可作等值电路如图

图着甥逐韵值电路2=13.72^157.80

特性时(b

Y/2=j].87*]0,3:Y/23=M守].23*/。3±y/2

比较三种等值电路可见，对于远距离输电线蹄，若不考虑其分布参数，将给

计算结果带来相当大的误差，电阻误差大于10%，电抗次之，电纳更次之。

5.一台220/121/10.5kV,120MVA,容量比100/100/50的Yo/Yo/△三相三绕组变

压器（升压型），Io%=O,9,Po=123.1kW,短路损耗和短路电压百分数见下表。

试计算励磁支路的导纳，各绕组电阻和等值漏抗，各参数归算到中压侧。

高压•中压高压-低压中压•低压

短路损耗660256227未归算到SN

（kW）

短路电压（％）24.714.78.8已归算

解：

高中低压侧分别编号为1、2、3侧

1）励磁支路导纳计算：

2）各绕组电阻计算：

从而

3）各绕组等值漏抗计算：

于是2

说旅।%UN15.3121

=18.67

7氐压绕南抗呈嬲负桎9

由于变压器属降压结构，使得II算得到短路电

压百般为鲂撒但邦不我尔啜和帆箱组具有容性漏抗。三绕组变压器中压绕

组或低崖绕缈©加电抗为的值瞰府兄现女近似计算时可取为零。

6.一台三相与麟日升压型》自藕变压器220/121/10.5kV,120MVA,容量比

100/1脐，5斤畸的太『扁』）?@,二口色茄kW,短路损耗和短路电压百分数见下

表。N

高压-中压高压-低压中压•低压

短路损耗430228.8280.3未归算到SN

（kW）

短路电压（％）12.811.817.58已归算

试计算

（1）励磁支路的导纳，各绕组电阻和等值漏抗，各参数归算到中压侧。

（2）变压器某一运行方式，高雅侧向中压侧输送功率

Pi+jQ产108+jl5.4MVA,低压侧向中压侧输送功率

P3+jQ3=6+j42.3MVA,中压侧输出功率P2+jQ2=101.8+j40.2MVA,试

检查变压器是否过载。

解：高中低压侧分别编号为1、2、3侧,该变压器额定容量SN=120MVA,

低压绕组额定容量SN=0.5SN=60MVA,自藕部分变比ki2=242/12l=2,效益系数

k产1-1/2=05公共绕组额定容量SN=0.5SN=60MVAO

变压器参数计算：

励磁支路导纳：

各绕组电阻：

各绕组短路损耗计算，

从而

各绕组等值漏抗：

于是

图5

等值电路如图5。与同电压等级同容量的三绕组变压器相比，自藕变压器自

藕部分电阻为Rl+R2=0.1139+0.323=0.437,电抗,Xl+X2=4.28+11.33=15.61,±

例三绕组变压器Rl+R2=0.671,电抗，Xl+X2=30.14。可见，采用自藕变压器电

阻和漏抗分别减小了34.9%和48.2%o

（3）负载检查

高压侧负载

公共绕组负载

变压器三侧均未过载，公共绕组过载约15%o

7.电力线路长80km,线路采用LGJ/20导线，其参数为Zi=21.6+j33C,

Bi/2=l.l*104S,线路额定电压为110KV,末端接有一台容量为20MVA、变比为

110/38.5KV的降压变压器,折算到变压器高压侧的变压器参数为：ZT=4.93+j63.5

C,YT=（4.95-J49.5）*10-6S,变压器低压侧负荷为15+jll.25MVA,正常运行时要

求线路始端电压Ui为U7.26KV。试画出网络等，直电路，计算该输电网的潮流、

电压分布（有名值、标幺值均可）。

图6

解：由已知条件绘制网络等值电路为

图7

先设全网各节点电压为线路额定电压，求潮流分布（由末端向始端推算功率损耗

及功率分布）。

1）从末端向始端推算各元件的功率损耗和全网功率分布而不计算各节点电压。

变压器功率损耗：

线路末端导纳支路功率损耗：

线路阻抗支路末端功率：

线路阻抗损耗：

线路首端导纳支路功率损耗：

首端功率：

2）待求得首端功率后，由给定的首端电压，根据网络功率分布从首端至末端推

算各元件的电压损耗和各节点电压，不再重新计算全网的功率分布。

8.某电力网电气接线如图8所示，个元件参数如下表，其中变压器T2高压侧接

在25%分接头运行，其他变压器接在主接头运行，35kV和10kV线路的并联导

纳略去不计，图中的负荷均用三相功率表示。试绘制电力网的等值电路，取220kV

级为基本级。

电力线路技术参数

线路长度（km）电压（kV）电阻（Q电抗（Q电纳（S；km）

/km）/km）

1-1（架空线1502200.0800.4062.81*105

路）

1・2（架空线601100.1050.3832.98*1()£

路）

1-3（电缆线3100.4500.080

路）

1-4（架空线15350.170().38()

路）

电力变压器技术参数

变压容量电压（kV）Uk%Pk(kW)Io%Po(kW)备注

器(MVA)

T118013.8/242138930.5175

T2120220/121/38.59.6(1-2)448(1-2)0.3589P<,

（自35(3-1)1652(3-1)Uk%

藕）23(2-3)1512(2-3)均已

归算

至额

定容

量

T363110/10.510.52800.6160

图8（a）系统图（b）等值电路

解：

电力网等值电路如图，各元件参数计算如下：

变压器T1参数（归算到220kV侧）

220kV线路1-1的参数

自藕变压器T2参数

从而

各绕组等值漏抗：

于是

实际变比

11OkV线路1-2的参数

变压器T3参数（归算到220kV侧）

10kV线路1-3的参数

35kV线路1-4的参数

9.一个单相双绕组变压器的额定值为20kVA,480/120V,50Hz。变压器的等效

漏阻抗归算到120V绕组侧（二次侧绕组），为4，=0.05/78.13。。采用变压

器额定值为基准值，确定归算到二次侧绕组和归算到一次侧绕组的标么漏阻抗。

解

由变压器额定值得SB,UBI和UB2的值为

SB=20kVA,UBI=480V,UBI=120V

用（3.3.4）,变压器12（）V侧的阻抗基值为

归算到二次侧标么漏阻抗为

Z.q2*=%=0O5N78.13=o39/78j3。(标么)

叫270.72

如果Zw归算到一次侧绕组，

变压器480V侧阻抗基值为

旦归算到一次侧绕组得标么漏阻抗为

Z卬干%=006gN7&13。=Z(标么)。

eq，

ZB111.52冲

因此当由二次侧绕组归算到一次侧绕组时能保持标么漏阻抗不变。通过定义

下式得以实现

10.三分区单相电路如图9(a)所示。工和T2连接三个分区，其额定值见图。分区

1的基值为30kVA和240V,画出标么电路并确定标么阻抗和标么源电压。其中

修改负载Z=0.96+j0.12,计算负荷电流的实际值和标么值。忽略变压器绕组电阻

和并联导纳支路。

解：首先确定每个分区的基值。整个网络S4e=30kVA,同时指定分区1的

UB1=240VO由变压器分隔的另两个分区，电压基值与变压器额定电压成比例有

所变化，即

分区2和3的基值阻抗为

分区3的基值电流为

图9(a)系统图

下一步，采用系统基值计算标么电路阻抗。因为S.=30kVA与变压器［的额

定容量相同，UBI=240V与分区1的变压器工的额定电压相同，工的标么漏电抗

与铭牌值相同，为X”=0.1(标么)。而对于变压器T?的标么漏电抗需要将基

值由铭牌额定转换为系统基值。代入O且UB2=480V,

230000

XT2,=(0.10)(―)(^)=0.1378(标么)

丁248020,000

另取UB3=120V

XT2.=(0.10)(")2(3"00°)=0.1378(标么)

丁212020,00()

结果相同。分区2的线路标么电抗为

vo

X=--=-----=0.2604(标么)

LZB27.68

分区3的负电标么阻抗为

(b)标么电路

可见每个分区的基准值、标么阻抗和电源电压标么值。负荷电流标么值由图

(b)计算得出：

实际负荷电流为

L=(〃)IB3=(0-425N-21.97」)(250)=106.25Z-21.97A

IL试计算多电压级电力网如图8的标幺值等值电路。

解设220kV级为基木级，取SB=100MVA,UB=220kV,利用第二种方法计算

各电压级的电压基准值

等值电路见图8(b)

变压器T1参数：

22()kV线路1-1的参数

自藕变压器T2参数

各绕组等值漏抗：

UOkV线路1-2的参数

变压器T3参数(归算到220kV侧)

10kV线路1-3的参数

35kV线路1-4的参数

12.电力网络如图9所示，参数与上题相同，试做出采用非标准变比变压器的电

力网等值电路。

图9(a)系统图(b)等值电路(c)含非标准变比变压器等值电路

解：

基准容量为SB=1()()MVA,计算220kV线路1-1的参数，该段电压基准值为

UB=220kV

自藕变压器T2参数

中压侧双绕组变压器等值电路参数

低压侧双绕组变压器等值电路参数

计算35kV线路1-4的参数，该段电压基准值为U