电力系统工程复习题

电力系统工程复习题一、选择题1.电力系统的组成部分不包括以下哪一项？（）A.发电设备B.输电线路C.用户电器D.通信设备

答案：D

解析：电力系统由发电设备、输电线路、变电设备、配电设备和用电设备等组成，通信设备不属于电力系统的直接组成部分。

2.以下哪种发电方式属于可再生能源发电？（）A.火力发电B.水力发电C.核能发电D.天然气发电

答案：B

解析：水力发电利用水流的能量转化为电能，水是可再生资源，所以水力发电属于可再生能源发电。火力发电主要依靠煤炭等化石燃料，核能发电利用核燃料，天然气发电利用天然气，它们都不属于可再生能源发电。

3.电力系统中，将电压升高的设备是（）。A.发电机B.变压器C.电动机D.电抗器

答案：B

解析：变压器可以通过电磁感应原理改变电压，实现电压的升高或降低。发电机产生电能，电动机将电能转化为机械能，电抗器主要用于限制短路电流等，不用于升高电压。

4.我国电力系统的额定频率是（）Hz。A.45B.50C.55D.60

答案：B

解析：我国电力系统的额定频率规定为50Hz。

5.以下哪种短路类型的短路电流最大？（）A.三相短路B.两相短路C.单相短路D.两相接地短路

答案：A

解析：三相短路时，短路电流的大小取决于电源电压、系统阻抗等因素，在各种短路类型中，三相短路的短路电流通常是最大的。

6.电力系统潮流计算的目的不包括（）。A.确定系统的运行状态B.计算短路电流C.分析功率分布D.评估系统的电压水平

答案：B

解析：电力系统潮流计算主要用于确定系统各节点的电压、功率分布等运行状态，评估系统的电压水平，而计算短路电流不属于潮流计算的目的。

7.以下哪种调压措施属于改变无功功率分布调压？（）A.调节发电机励磁B.改变变压器变比C.并联电容器D.串联电容器

答案：A

解析：调节发电机励磁可以改变发电机发出的无功功率，从而改变无功功率在电力系统中的分布，达到调压的目的。改变变压器变比主要是改变电压比来调压，并联电容器和串联电容器主要是用于补偿无功功率和改善功率因数等，不属于改变无功功率分布调压。

8.电力系统稳定性不包括以下哪种类型？（）A.功角稳定性B.电压稳定性C.频率稳定性D.电流稳定性

答案：D

解析：电力系统稳定性主要包括功角稳定性、电压稳定性和频率稳定性，电流稳定性不属于电力系统稳定性的类型。

9.以下哪种元件属于电力系统一次设备？（）A.继电器B.控制开关C.电流互感器D.电力电缆

答案：D

解析：电力电缆是用于传输电能的设备，属于一次设备。继电器、控制开关属于二次设备中的控制和保护设备，电流互感器是用于测量电流等的二次设备元件。

10.电力系统中性点接地方式中，中性点不接地系统发生单相接地时，以下说法正确的是（）。A.接地电流很大B.三相线电压不对称C.三相线电压仍对称D.故障相电流为零

答案：C

解析：中性点不接地系统发生单相接地时，接地电流很小，三相线电压仍能保持对称，故障相接地电流为系统的电容电流。

二、填空题1.电力系统的运行特点包括（）、（）和（）。

答案：整体性、连续性、快速性

解析：电力系统是一个整体，各个部分相互关联，运行具有连续性，且电力的生产、传输和使用速度极快。

2.常见的发电方式有（）、（）、（）、（）等。

答案：火力发电、水力发电、风力发电、核能发电

解析：这是几种常见的发电方式，此外还有太阳能发电、生物质能发电等。

3.电力系统的中性点接地方式主要有（）、（）和（）。

答案：中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地、中性点不接地

解析：不同的中性点接地方式对电力系统的运行有不同影响。

4.短路的类型有（）、（）、（）、（）。

答案：三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路

解析：短路是电力系统中较为严重的故障形式，不同类型短路的故障特征和危害程度有所不同。

5.电力系统潮流计算的基本方程包括（）和（）。

答案：节点电压方程、功率方程

解析：通过求解这些方程可以得到电力系统各节点的电压和功率分布情况。

6.提高电力系统功率因数的方法有（）、（）。

答案：合理选择设备、并联电容器

解析：合理选择设备可减少无功损耗，并联电容器能直接补偿无功功率，从而提高功率因数。

7.电力系统稳定性分析中，功角稳定性可分为（）、（）和（）。

答案：静态稳定、暂态稳定、动态稳定

解析：不同的功角稳定类型反映了电力系统在不同运行状态下的稳定性情况。

8.电力系统的二次设备主要包括（）、（）、（）等。

答案：测量仪表、继电保护装置、控制和信号设备

解析：二次设备用于监测、控制和保护一次设备，保障电力系统的安全可靠运行。

9.输电线路的参数有（）、（）、（）、（）。

答案：电阻、电感、电容、电导

解析：这些参数会影响输电线路的电压降落、功率损耗等运行特性。

10.变压器的损耗包括（）和（）。

答案：铁损耗、铜损耗

解析：铁损耗与变压器铁芯的材质和工作磁通有关，铜损耗与绕组中的电流有关。

三、简答题1.简述电力系统的定义和组成部分。电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它包括发电设备（如各类发电厂的发电机）、输电线路（用于将电能从发电厂输送到远方）、变电设备（如变压器，改变电压等级）、配电设备（将电能分配到各个用户）以及用电设备（如工业、商业和居民用电的各种电器）等部分。这些部分相互连接、相互作用，共同实现电能的生产、传输、分配和使用，以满足社会对电力的需求。

2.说明火力发电的基本原理和主要设备。火力发电的基本原理是利用燃料（如煤炭、石油、天然气等）在锅炉中燃烧，将化学能转化为热能，产生高温高压蒸汽。蒸汽推动汽轮机旋转，将热能转化为机械能。汽轮机带动发电机旋转，通过电磁感应原理将机械能转化为电能。主要设备包括锅炉（用于燃烧燃料产生蒸汽）、汽轮机（将蒸汽的能量转化为机械能）、发电机（将机械能转化为电能），此外还有燃料输送系统、给水系统、通风系统、除尘脱硫脱硝设备等辅助设备，以保障发电过程的正常运行和环境保护要求。

3.简述电力系统中性点接地方式的优缺点及适用范围。中性点直接接地：优点：发生单相接地时，接地电流大，能使继电保护迅速动作切除故障，保障设备和人员安全，降低设备绝缘水平要求。缺点：故障时短路电流大，对设备和线路的动热稳定性要求高，可能造成停电范围扩大。适用范围：适用于110kV及以上电压等级的系统，以提高系统的安全性和可靠性。中性点经消弧线圈接地：优点：当发生单相接地时，能减少接地电流，避免形成稳定电弧，防止电弧过电压，提高供电可靠性。缺点：系统运行较复杂，投资较大。适用范围：适用于635kV的系统，特别是电容电流较大的系统。中性点不接地：优点：发生单相接地时，三相线电压仍能保持对称，可维持一定时间运行，提高供电可靠性。缺点：接地电流小，故障不易发现，长期运行可能发展成相间短路。适用范围：适用于310kV的系统，电容电流较小的情况。

4.什么是短路？短路有哪些危害？短路是指电力系统中相与相之间或相与地之间通过电弧或其他较小阻抗而形成的一种非正常连接。短路的危害主要有以下几点：短路电流会使电气设备发热，可能损坏设备绝缘，甚至引发火灾。短路电流产生的电动力会损坏电气设备的机械结构。短路会引起系统电压大幅下降，影响用户正常用电，甚至导致部分用户停电。短路时会造成电力系统功率分布严重不平衡，破坏系统的稳定运行，可能引发大面积停电事故。

5.简述电力系统潮流计算的基本步骤。电力系统潮流计算的基本步骤如下：确定电力系统的网络结构，包括各节点之间的连接关系以及线路和变压器等元件的参数。设定节点类型，如PQ节点（已知注入功率和电压幅值，待求电压相位）、PV节点（已知注入功率和电压相位，待求电压幅值）、平衡节点（已知电压幅值和相位，用于平衡系统功率）。建立节点电压方程或功率方程，通常采用复数形式表示电压和功率。选择合适的潮流计算方法，如牛顿拉夫逊法、高斯赛德尔法等。给定初始值，一般可根据经验或系统的额定值设定各节点的电压初始值。通过迭代计算求解方程，不断更新节点电压和功率，直到满足收敛条件（如节点电压和功率的变化量小于规定的误差值）。计算结果分析，得到各节点的电压、功率分布以及线路的功率损耗等，评估系统的运行状态。

6.提高电力系统电压质量的措施有哪些？提高电力系统电压质量的措施主要有以下几种：调节发电机励磁：通过改变发电机励磁电流，调整发电机发出的无功功率，从而改变系统的无功功率分布，实现调压。改变变压器变比：根据系统电压变化情况，适当调整变压器的分接头位置，改变变压器变比，使二次侧电压符合要求。并联无功补偿装置：如并联电容器、静止无功补偿器等，增加系统的无功功率供应，提高功率因数，改善电压质量。串联补偿装置：在线路上串联电容器，补偿线路电抗，减少电压降落，提高末端电压。合理调整负荷分布：通过优化电网运行方式，使负荷尽量均匀分布，避免局部地区负荷过重导致电压过低。

7.简述电力系统静态稳定性的概念和判据。电力系统静态稳定性是指电力系统在正常运行状态下，受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。静态稳定性的判据通常基于系统的功角特性。对于简单电力系统，当发电机输出的电磁功率随功角的变化曲线在工作点处的斜率大于零，即\(\frac{dP_{E}}{d\delta}>0\)时，系统是静态稳定的；当\(\frac{dP_{E}}{d\delta}<0\)时，系统是静态不稳定的；当\(\frac{dP_{E}}{d\delta}=0\)时，系统处于临界稳定状态。在实际电力系统分析中，还需要考虑更多的因素，如网络结构、负荷特性等，通过更复杂的分析方法来判断系统的静态稳定性。

8.电力系统继电保护装置的基本要求是什么？电力系统继电保护装置的基本要求包括：选择性：当电力系统发生故障时，继电保护装置应能有选择地切除故障元件，使停电范围尽量缩小，保证非故障部分继续运行。速动性：快速切除故障可以减少设备损坏程度，降低对电力系统稳定运行的影响，提高供电可靠性。灵敏性：继电保护装置对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力要足够灵敏，能可靠动作。可靠性：保护装置应能可靠工作，在规定的条件下和规定的时间内，不发生误动作和拒动作。

四、计算题1.已知某简单电力系统，发电机参数为：\(S_{N}=100MVA\)，\(U_{N}=10.5kV\)，\(x_{d}=1.2\)。变压器参数为：\(S_{NT}=100MVA\)，\(U_{1N}/U_{2N}=10.5/121kV\)，\(U_{k}=10.5\%\)。线路参数为：\(r_{L}=10\Omega\)，\(x_{L}=50\Omega\)。负荷功率为\(P_{L}=40MW\)，\(Q_{L}=30Mvar\)，设负荷端电压\(U_{2}=115kV\)。试计算：发电机的输出功率\(P_{G}\)和功率因数\(\cos\varphi_{G}\)。变压器的电压降落。解：首先计算负荷阻抗\(Z_{L}\)：\(Z_{L}=\frac{U_{2}^{2}}{P_{L}+jQ_{L}}=\frac{115^{2}}{40+j30}=\frac{13225}{40+j30}\)将其分母有理化得：\(Z_{L}=\frac{13225(40j30)}{(40+j30)(40j30)}=\frac{13225(40j30)}{40^{2}+30^{2}}=(211.6j158.7)\Omega\)计算变压器归算到高压侧的参数：\(x_{T}=U_{k}\frac{U_{N}^{2}}{S_{NT}}=0.105\times\frac{121^{2}}{100}=15.53\Omega\)计算线路阻抗：\(Z_{L}^{\prime}=r_{L}+jx_{L}=10+j50\Omega\)计算从电源到负荷的总阻抗\(Z\)：\(Z=Z_{L}^{\prime}+x_{T}=10+j50+j15.53=(10+j65.53)\Omega\)计算电流\(I\)：\(I=\frac{P_{L}+jQ_{L}}{U_{2}}=\frac{40+j30}{115}=(0.348+j0.261)kA\)计算发电机的输出功率\(P_{G}\)：\(P_{G}=P_{L}+I^{2}r_{L}=40+(0.348^{2}+0.261^{2})\times10\approx40+2.07=42.07MW\)计算发电机的无功功率\(Q_{G}\)：\(Q_{G}=Q_{L}+I^{2}x_{L}=30+(0.348^{2}+0.261^{2})\times50\approx30+10.35=40.35Mvar\)计算发电机的功率因数\(\cos\varphi_{G}\)：\(\cos\varphi_{G}=\frac{P_{G}}{\sqrt{P_{G}^{2}+Q_{G}^{2}}}=\frac{42.07}{\sqrt{42.07^{2}+40.35^{2}}}\approx0.79\)计算变压器的电压降落：\(\DeltaU=\frac{PR+QX}{U_{2}}=\frac{40\times10+30\times65.53}{115}\approx20.35kV\)\(\deltaU=\frac{PXQ