电力系统暂态分析

第一套

1、无限大功率电源的特点是什么？无限大功率电源供电情况下，发生三相短路时，短路电流中包含有哪些电流分

量，这些电流分量的变化规律是什么？

答：无限大功率电源的特点是频率恒定、端电压恒定；短路电流中包含有基频交流分量（周期分量）和非周期分量;

周期分量不衰减，而非周期分量从短路开始的起始值逐渐衰减到零。

2、中也点直接接地电力系统，发生概率最高的是那种短路？对电力系统并列运行暂态稳定性影响最大是那种短路

中性点直接接地电力系统发生概率最高的是单相接地短路；对电力系统并列运行暂态稳定性影响最大是三相短路。

3、输电线路装设重合闸装置为什么可以提高电力系统并列运行的暂态稳

纵向故障

纵向故障指电力系统断线故障（非全相运行），它包括一相断线和两相断线两种形式。

2、负序分量

是三相同频不对称正弦量的分量之一其特点是三相辐值相等频率相同、相位依次相差120。、相序为C-B-A—C。

3、转移阻抗

转移阻抗是在经网络等效变换消去除短路点和电源节点后，所得网形网络中电源节点与短路点之间的连接阻抗。

4、同步发电机并列运行的暂态稳定性答：同步发电机并列运行的暂态稳定性指受到大干扰作用后，发电机保持同

步运行的能力，能那么称为哲态稳定，不能那么称为暂态不稳定。

5、等面积定那么答：在暂态稳定的前提下，必有加速面积等于减速面积，这一定那么称为等面积定那么。输电线

路装设重合闸装置可以提高电力系统并列运行的暂态稳定性的原因是它增大了受扰运动过程中的最大减速面积。

4、提高和改善电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是什么？具体措施有那些（列出三种以上）？

答：提高和改善电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是缩短电气距离；具体措施有输电线路采用分裂导线、

输电线路串联电容器、改善电网结构、发电机装设先进的励磁调节装置、提高电力网的运行电压或电压等级等。

5、写出电力系统发生两相金属性短路时的边界条件方程，并画出其复合序网。

答：电力系统发生两相金属性短路（以BC两相短路为例）时的边界条件方程为：

，必⑴二一［例、、和⑴

2）'WD）=0U=Uf,g

其复合序网如下列图

6、在隐'极式发电机的原始磁链方程中，那些电感系数是常数？哪些是变化的？变化的原因是什么？

答：在隐极式发电机的原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转子绕组之间的互感系数、定子绕组的自感

系数、定子各绕组之间的互感系数均为常数；定子三相绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化的，变化的原

因是转子旋转时，定子绕组和转子绕组之间存在相对位置的周期性改变。

1、变压器中性点经小电阻接地可以提高接地短路情况下电力系统并列运行的智态稳定性。（J）

2、对称分量法不能用于非线性电力网的不对称短路分析。（V）

3、不管电力系统中性点采用什么样的运行方式，其零序等值电路都是一样的。（X）

4、在々⑴=々⑵=々（0）的情况下，三相短路与单相接地短路时故障相的短路电流相同，因此它们对于电力系统

并列运行暂态稳定性的影响也相同。（X）

5、输电线路采用单相重合闸与采用三相重合闸相比拟，单相重合闸更有利于提高单相接地短路情况下电力系统并

列运行的暂态稳定性。（V）

6、短路计算时，在任何情况下，变压器的正序励磁电抗和零序励磁电抗都可以视为无穷大。（X）

7、采用良导体架空地线的架空输电线路，其正序、负序和零序电抗都比采用铁磁导体架空地线的架空输（X）

8、接地短路时，发电机机端负序电压最高，短路点零序电压最高。（X）

9、在中性点不接地系统中，同一点发生两相金属性短路和两相金属性短路接地时，不仅两种情况下流过故障

点的短路电流大小相等，两种情况下短路点三相对地电压大小也相同。（X）

10、小干扰法不能用于电力系统暂态稳定性的分析。（V）

2、以下列图所示简单电力系统f点发生三相短路为例，作图说明快速切除故障提高同步发电机并列运行稳定性的

原

答：故障切除较慢和故障切除速度较快两种情况下的加速面积和最大减速面积如下列图所示，从图可以看到快速切

除故障一方面减小了加速面积，另一方面增大了最大减速面积，根据简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定性

,...的条件可知，快速切除故障可以提高同步发

GTiL112

无限大系统电机并列运行的暂态稳定性。

图中：4一正常运行情况下发电机的

功角特性；P〃一故障情况下发电机的功角特性;

匕,一故障切除后发电机的功角特性；第一套

1、画出下列图所示甩力系统f点发生接地短路时的零序等值电路。答：电力系统的零序等值电路如下列图

3.卜列图所示简单电力系统f点发生三相短路时的实际

切除角为50°,请判断此系统能否保持暂态稳定。以发电机额定容量为基准的各元件的电抗和系统电压标幺值为：

.=1.8、xri=xT2—0.25xL=0.5^U=1.0>正常运行时尸=0.8、cos。=0.8,

不考虑发电机励磁调节装置的作用，即认为发电机的空载电动势为常数。

解：1）利用同步发电机的正常运行状态计算发电机的空载电动势

取系统电压作为参考相量，那么电压降落的纵分量为AU=%产.=爷&;电压降落的横分量为

死二空泮二等.电压相量图如下:

根据相量图可得:等）F等）

将Q=Pxfg0=O.6、U=1.0>Xg=X」+XR+X//2+X/2=2.55代入上式得:

2）计算同步发电机在各种运行状态下的功角特性

况下：X吐=8、用/=0故障切除后：

正常运行时

P.=^sin325x1sinJ=L275sinJ：故障情E..U3.25x1

Pn.=---sin5=------sinJ=1.161sin^

XJr乙2.55X腌2.8

3）计算极限切除角将瓦二sin7（聋）二sin一】（，短）=0.678（弧度）、

6,,=3.14-sin（-^-）=3.14-sin（-^-）=2.38代入

P〃IM1•⑹

S—（吊3a+P〃IMcos6h-PIlMCOS心）

°cm=vOS（-----------------------------------得：

尸HIM一尸〃M

4）稳定性分析由于实际的故障切除用小于极限切除角，所以系统能保持暂态稳定。

第一套

1、写出正序增广网络中，短路点串入的附加阻抗X△在各种金属性短路故障情况下的表达式。

XE⑵Xx(o)

三相短路：XA=O；单相接地短路：XA=XE（2）+XE（O）；两相短路：XA=XX（2）两相短路接地：X=

AXg(2)+Xg(o)

2、提高电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是什么？具体措施有那些？

答：提高电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是缩短“电气距离”，具体的措施有：

1）采用分裂导线2）线路串联电力电容器；3）采用先进的励磁调节装置；4）提高输电线路的电压等级;

5）改善系统结构和选择适当的系统运行方式；

3、简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是什么？

简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是受扰运动中加速面积小于最大减速面积。

4、写出电力系统中f点发生B相金属性接地的边界条件方程，并画出具复合序网。

答：1）电力系统中f点发生B相金属性接地的边界条件方程为：

。由⑴+U曲⑵+U独(3)=0、'加⑴=/四⑵='Jb(O)

2）复合序网如下：

5、采用重合闸可以提高电力系统并列运行的暂态稳定性，以下列图所示的简单电力系统中f点发生单相接地短路

为例，作图说明其工作原理。

答：正常运行、单相接地短路、故障线路切除后和重合闸成功后发电机的功角特性分别如下列图中曲线I、H、IH

和W所示。无重合闸时的情况如图A；有重合闸时的情况如图B。

由图可以看到有重合闸与无重

合闸相比最大减速面积增大了屋fg/h,

电力系统暂态稳定的条件可知，采用重合闸

装置可以提高电力系统并列运行的暂态稳

定性。

图A无重合闸时图B有重合闸时四、作图题（9分）

画出下列图所示电力系统f点发生金属

性接地短路时的零序等值电路。

第二套

五、计算题（每题8分，共16分）

1、用单位电流法计算下列图所示网络中各电源与短路点之间的转移阻抗。（图中各元件参数为标幺值）

解：在下列图中设电流人=1,那么

〃=八+乙=11、Ef=Uh+lfXJ0.5=；4+；5.5=J9.5

九=2*=2、I+g”也+-4、心枭=8

30-

由此可得：二与=^^=/9.5、工2/=廿二^^=J4.75、x3f=-v^-=^^=J1.1875

/11122，3X

2、系统接线如下列图所示，设在一回线路始端突然发生三相短路，原动机机械功率耳=1.5,双叵线运行时系统的

功角特性为5=3sinS,切除一回线路后系统的功角特性为6〃=2sinK。试求极限切除角今,”？(15分)

解：作出正常运行、故障时和故障线路切除后的功角特性曲线如下：

由正常运行状态求得：

品=sin-1旦=sin'1=sin-1—=30°=0.5233(弧度)根据故障切除后的功角特性

曲线可得：

Pl.MP1,M3

1-1

8h=180°-sin--^―=180°-sin—=131.4°=2.2922(弧度)

P”I.M2

e_-1PT。1一2)+P[”也COSd一P〃MCOSb°

那么极限切除角_pTp

rHI.Mrll.M

1.5x(2.2922-0.5233)+2cos131.4°-0

=48.29°

2-0第二套

第三套

1、分析电力系统机电暂态过程时，通常认为电磁暂态过程已经结束，即不再考虑发电机内部的电磁暂态过程。(V)

2、短路冲击电流出现在短路发生后约半个周期。(V)

3、不管发电机的各个绕组是由超导体还是非超导体构成，短路电流中的非周期分量都将逐渐衰减到零。(X)

4、当发电机定子绕组之间的互感系数为常数时，发电机为隐极机。(V)

5、ABC三相系统中的非周期分量变换到dqO系统中为基频交流分量。(V)

6、电力系统发生不对称短路时，不仅短路点三相参数不对称电力系统其他局部三相参数也将成为三相不对称的(X)

7、不管架空输电线路是否假设避雷线，其负序电抗都是一样的。(V)

8、电力系统发生不对称接地短路时故障处三相电压不对称分解出的零序电压是电力系统中出现零序电流原因(V)

9、小干扰法既可用于电力系统静态稳定性的分析，也可用于电力系统暂态稳定性的分析。(X)

10、线珞串联电容器可以提高电力系统并列运行的静态稳定性。(V)

1、计算12MW以上机组机端短路冲击电流时，短路电流冲击系数应取(B)。A、2；B、19；C、1.8。

2、发电机三相电压为：〃“=U〃rsin(tyf+a)、ub=Umsin((y/+-120°),uc=UIHsin(cot+a+120°),如将

短路发生时刻作为时间的起点(，=0〕，当短路前.空载、短路I可路阻抗角为80°〔感性〕时，B相知路电流中非周

期分量取得最大值的条件是1B)。A、a=0°：B、cr=110°；C、6Z=-110°o

3、具有阻尼绕组的凸极式同步发电机，机端发生三相短路时，电磁暂态过程中定子绕组中存在(A)。

A、基频交流分量、倍频分量和非周期分量；

B、基频交流分量和非周期分量；C、非周期分量和倍频分量。

4、中性点直接接地系统中发生不对称短路时，故障处短路电流中(C

A、一定存在零序分量B、一定不存在零序分量

C、可能存在，也可能不存在零序分量应根据不对称短路类型确定。

5、在中性点直接接地的电力系统中，如电力系统某点不对称短路时的正序电抗、负序电抗和零序电抗的关系为

2v(0)=2Z£(1)=2Z£(2),那么该点发生单相接地短路、两相短路、两相短路接地和三相短路时，按故障处正序电

压从大到小的故障排列顺序是(C

A、两相短路接地、单相接地短路、两相短路、三相短路B、单相接地短路、两相短路接地、两相短路、三相短路;

C、单相接地短路、两相短路、两相短路接地、三相短路。

6、中性点不接地系统中，同一点发生两相短路和两相短路接地两种故障情况下，故障相电流的大小关系为(A)。

A、相等；B、两相短路时的电流大于两相短路接地时的电流；

C、两相短路接地时的电流大于两相短路时的电流。

7、电力系统中，f点发生两相经过渡阻抗Zf短路时，正序增广网络中附加阻抗2小为(B)。

、工⑵工(、7+7.、7+7

AZ+20}+Z$\B乙X(2)丁，,C乙E(0)丁乙/。

8、电力系统两相断线时的复合序网在形式上与(A)的复合序网相同。

A、单相金属性接地短路；B、两相金属性短路；C、两相短路金属性接地。

9、电力系统的暂态稳定性是指电力系统在受到［B)作用时的稳定性。

A、小干扰；B、大干扰；C、大干扰或小干扰。

10、切除双回输电线路中的一回，对电力系统的影响是(B

A、只会降低电力系统并列运行的静态稳定性，不会影响电力系统并列运行的暂态稳定性；

B、既会降低电力系统并列运行的静态稳定性，也会降低电力系统并列运行的暂态稳定性；

C、既不会降低电力系统并列运行的静态稳定性，也不会影响电力系统并列运行的暂态稳定性。

第三套

1、无限大功率电源的特点是什么？在什么情况下可以将实际电源视为无限大功率电源？

答：无限大功率电源的特点是：①电源的电压和频率保持不变；②电源的内阻抗为零。

当实际电源的内阻抗占短路回路总阻抗的比例小于10%时，就可以将实际电源视为无限大功率电源。

2、对于下列图所示的电力系统，当同步发电机的阻尼系数小于。时，系统将以何种形式失去程定？

受到干扰后，系统将发生自发振荡而使系统失去稳定。

3、变压器三角形侧发生a、b两相短路时，星形侧哪相的短路电流最大？简要说明其原因。

答：变压器星形侧B相电流最大。(1分)

AB两相短路时的各相电流序分量相量图如下，、

由图可以看到B相电流最大。

4、转移电抗与计算电抗有何异同？

答：相同点是：转移电抗和计算电抗都是网络经

去除电源点和短路点之外的所有节点后，连

点与电源点的电抗标幺值。不同的是：转移电抗是以统一的功率基准值5%为基准的电抗标幺值；计算电

抗是以电源的额定容量SN为基准的电抗标幺值。

5、为什么小干扰法不能用来分析电力系统的暂态稳定性？

小干扰法分析电力系统稳定性的原理是将描述电力系统受扰运动的非线性微分方程在原始运行点按泰勒级数展开,

并略去其中状态变量增量的平方项以上的高次项，将描述电力系统受扰运动的非线性微分方程简化为关于状态变量

增量的线性微分方程，然后通过求解咳线性微分方程，确定状态变量的变化规律(即确定电力系统的稳定性

从上面所述小干扰法分析电力系统稳定性的原理可知，只有电力系统所受干扰比拟小，反映电力系统运行状态的状

态变量的变化比拟小时，略去展开式中含有状态变量增量高次项的项才不会产生太大的误差。如果电力系统所

受的干扰比拟大，那么反映电力系统运行状态的状态变量的增量也比拟大，此时略去展开式中状态变量增量的

高次项将造成很大的计算误差,甚至得出错误的结果.所以小干扰法只能用于分析电力系统受到小干扰作用时，

电力系统状态变量的变化问题一即电力系统的静态稳定性问题，而不能用于分析电力系统受到大干扰时，电

力系统状态变量的变化问题一一即电力系统的暂态稳定性问题。

第三套

电力系统接线如下列图所示，请绘出图中/点发生单相接地短路时的零序等值电路。

点发生单相接地短路时

的零序等值电路如下：

2.电机的额定电压为10.5KV,

额定容量为100MW,额定功

率因数为0.85,电抗

=0.12。发电机空

载情况下机端突然发生三相

短路，试计算1)短路电流周期分量的起始有效值和稳态有效值。

(2)短路发生在发电机A相电压瞬时值过零时，定子三相绕组中非周期分量的起始值。

采用标幺制计算，取发电机额定电压为基准电压，发电机额定容量SN=3=I17.65MVA为基准容量，那么电

0.85

流基准值〃=/N=---------------=6.469(KA),发电机电抗标幺值为=2,刈=0.12。

y/3UNCOS(pN

(1)计算短路电流周期分量的起始有效值和稳态有效值因为短路前空载，所以发电机的空载电动势标幺值

石切第=UQi*=1，短路电流周期分量起始有效值1〃=隼x/月=-^―x6.469=53.908(K4)；短路电流

XU.1乙

周期分量稳态有效值〃=与幽X〃=〈X6.469=3.235(K4)。

xd2

(2)短路发生在发电机A相电压瞬时值过零时，定子三相绕组中非周期分量的起始值。

由于短路前空载，当短路发生在A相电压瞬时值过零时，定子A相绕组非周期分量的起始值为其周期分量起

始值的幅值，即|"aol=J5〃=J5x53.908=76(K4)；B、c两相的非周期分量起始值分别为

I心01=伪〃/2=38(欧)、I心0|二行/"/2=38(必)。

2、电力系统状态方程的特征方程为：下+4^+3^+84+10=0。此系统是静态稳定的还是不稳定的？如果不

稳定将以什么方式失去稳定？

根据特征方程做劳斯阵列如下：

1310根据劳斯判据可知,

48特征方程有一对实部为正的共扼复根,

110当系统受到小干扰作用时，

-32将周期振荡地失去稳定。

10

第三套

第四套

1、分析电力系统并列运行稳定性时，不必考虑负序电流分量的影响。”)

2、任何不对称短路情况下，短路电流中都包含有零序分量。(x)

3、发电机中性点经小电阻接地可以提高和改善电力系统两相短路和三相短路时并列运行的暂态稳定性。(x)

4、无限大电源供电情况下突然发生三相短路时，短路电流中的周期分量不衰减，非周期分量也不衰减。(x)

5、中性点直接接地系统中，发生几率最多且危害最大的是单相接地短路。(x)

6、一:相短路到达稳定状态时，短路电流中的非周期分量已衰减到零，不对称短路到达稳定状态时，短路电流中的

负序和零序分量也将衰减到零。(x)

7、短路电流在最恶劣短路情况下的最大瞬时值称为短路冲击电流。(V)

8、在不计发电机定子绕组电阻的情况下，机端短路时稳态短路电流为纯有功性质。(x)

9、三相系统中的基频交流分量变换到系统中仍为基频交流分量。(x)

10、不对称短路时，短路点负序电压最高，发电机机端正序电压最高。(V)

1、近似计算法中，变压器的变比应采用(C)。A、实际变比；B、额定变比；C、平均额定变比。

2、电力系统一相断线时的复合序网在形式上与(B)的复合序网相同。

A、单相接地短路；B、两相短路接地；C、两相短路。3、电力系统的复杂故障是指(C)o

A、横向故障；B、纵向故障；C、电力系统中不同地点同时发生不对称故障。4、如三相短路瞬间A相非周期

电流起始值为最大值，那么B、C两相非周期分量电流起始值(A)o

A、大小相等，均等于A相非周期分量的一半；B、大小相等，均等于零；C、大小不相等。5、下列图所示网络

中，f点发生三相短路时，关于短路点右侧网络中的电流正确的说法是(B)o

A、不存在电流；B、过渡过程中存在电流；C、电流始终存在。

6、同步发电机直轴电抗X；'"I、.三者之间的大小关系为(A)＜.

r

A、x^<xd<xdiB、耳＞必＞/；

7、不同类型短路对电力系统并列运行暂态稳定性的影响也不一样，下述说法中正确的选项是(B)o

A、三相短路影响最大，以下依次是两相短路、单相接地短路、两相短路接地；

B、三相短路影响最大，以下依次是两相短路接地，两相短路、单相接地短路；

C、单相接地短路影响最大，以下依次是两相短路、两相短路接地、三相短路。

8、对于三个单相变压器组成的三相变压器组，不对称短路分析时，对励磁电抗的处理方法是IB)o

A、负序和正序励磁电抗可以视为无限大，零序励磁电抗般不能视为无限大；

B、负序、正序和零序励磁电抗均可以视为无限大。

C、负序、正序和零序励磁电抗都不可以视为无限大。

9、关于同杆双回架空输电线路，下面说法中正确的选项是(A)。

A、一般情况下可以忽略双回路对正序和负序电抗的影响，但对零序电抗的影响却不能忽略；

B、一般情况下双【可路对正序、负序和零序电抗的影响都可以忽略；

C、一般情况下双回路对正序、负序和零序电抗的影响都不可以忽略。

10、在下列图所示电力系统中，当f点(变压器三角形接线侧)发生A、B两相短路时，下述说法中正确的选项是

(C)O

Y/A-H

A、变压器星形侧三相导线中都有短路电流流过，其中A相电流

最大，为其他两相电流的两倍；B、变压器星形侧也只有A、B两相导线中有短路电流流过，且两相短路电流相等;

C、变压器星形侧三相导线中都有短路电流流过，其中B相电流最大，为其他两相电流的两倍；第四套

1、简达应用对称分量法计算不对称短路故障处短路电流的步骤。

答：应用对称法计算不对称短路故障处短路电流的步骤如下：

①绘制三序等值电路，计算三序等值电路参数；②对三序等值电路进行化简，得到三序等效网络（或三序电压

平衡方程）；③列故障处边界条件方程；④根据边界条件方程绘制复合序网，求取故障处根本相的三序电流分

量（或利用三序电压方程和边界条件方程求解故障处根本相三序电流分量）⑤利用对称分量法公式，根据故障处

根本相三序电流分量求故障处各相电流。2、在下列图所示的简单目力系统中，如果f点的“贝）＞”即）,

那么f点发生单相接地短路时的故障相电流大于该点发生三相短路时的电流，这是否意味着单相短路对电力系统暂

态稳定性的影响也大于三相短路？为什么？

S-HSH------——无网大系统

人小白

答:并不意味着单相短路对电力系统暂态稳定性的影响大于三相短路。因为影响电力系统暂态稳定性的是正序电流,

而非短路电流，而正序电流由下面正序增广网络确定

小型sinb

故障情况下，发电机的功角特性居

Xg=（同+号+/）+号+仝与红空

其中Z

X、=0,X=00,P=0

三相短珞时,nn

X口*4PN。

单相接地短路时，^20w

由此可知，尽管单线接地时故障处故障相电流大于三相短路电流，但对电力系统并列运行暂态稳定性的影响却小于

三相短珞。

3、写出电力系统中f点发生两相短路接地故障时的边界条件，并画出其复合序网。

答：以B、C两相短路为例，边界条件.__..._・为:

复合序网如下列图所示：/唐1）=―/应以/超。）二0、=LW）

J^Z(2)'担2)

/工⑴iX

1/

u*

第四套4、试比拟电力系统发

生各种金属性短路故障时，正序分量电流,⑴的大小关系s代表短路类型），并简要说明理由（分析时不计

电阻，并假定丫卬）=X&2）=丫1（0）。

5、快速关机可以提高电力系统并列运行的暂态稳定性，试以下列图为例作图说明其工作原理。

答：下面是无快速关进汽阀门和有快速关

进汽阀门两种情况下的功角特性曲线图，

无限大系统

由图可见快关进汽阀门增大了最