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1、电力系统分析习题集 第一章: 第一章:电力系统的基本概念 一、主要知识点 1、 电力系统的组成及各组成部分的作用; 2、 电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求; 3、 电力系统的接线方式及特点; 4、 电力系统的额定电压及适用范围; 5、 中性点运行方式及特点; 6、 联合电力系统及其优越性。 二、解题指导 例题 1 标出下图所示电力系统中发电机、变压器的额定电压。 (图中已标出线路的额定电压) 答:上述电力系统中发电机、变压器的额定电压如下: 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/
2、6.3KV : : : : 例题 2 为什么 110KV 及以上的架空输电线路需要全线架设避雷线而 35KV 及以下架空输电线路不需全 线架设避雷线? 答: : 因为 110KV 及以上系统采用中性点直接接地的中性点运行方式,这种运行方式的优点是:正 及以上系统采用中性点直接接地的中性点运行方式,这种运行方式的优点是: 常运行情况下各相对地电压为相电压,系统发生单相接地短路故障时, 常运行情况下各相对地电压为相电压,系统发生单相接地短路故障时,非故障相对地电压仍为相电 压,电气设备和输电线路的对地绝缘只要按承受相电压考虑,从而降低电气设备和输电线路的绝缘 电气设备和输电线路的对地绝缘只要按承受
3、相电压考虑, 费用, 提高电力系统运行的经济性; 缺点是发生单相接地短路时需要切除故障线路, 供电可靠性差。 费用, 提高电力系统运行的经济性; 缺点是发生单相接地短路时需要切除故障线路, 供电可靠性差 考虑到输电线路的单相接地绝大部分是由于雷击输电线路引起,全线路架设避雷线, 考虑到输电线路的单相接地绝大部分是由于雷击输电线路引起,全线路架设避雷线,就是为了减少 避雷线 雷击输电线路造成单相接地短路故障的机会, 电力系统的供电可靠性。 雷击输电线路造成单相接地短路故障的机会,提高 220KV 电力系统的供电可靠性。 35KV 及以下系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地的中性点运行方式,即使雷
4、击输电 及以下系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地的中性点运行方式,线路造成单相接地时,电力系统也可以继续运行,供电可靠性高,所以无需全线架设避雷线。 线路造成单相接地时,电力系统也可以继续运行,供电可靠性高,所以无需全线架设避雷线。 例题 3 在下图所示的电力系统中已知 U = 10 KV ,3C 0U = 35 A ,如要把单相接地时流过接地点的 电流补偿到 20A,请计算所需消弧线圈的电感系数。 1 解: 单相接地故障时的相量图如下: 单相接地故障时的相量图如下: 根据消弧线圈应采用过补偿方式的要求,可知单相接地时流过消弧线圈的电流应为: IL = U L = 20 + 35 = 55(
5、 A) 则: L= U I L = 10 55 3 314 1000 = 0.334( H ) 答:所需消弧线圈的电感系数为 0.334(H)。 。 三、思考题与习题 1、电力系统由哪些主要部分组成?各部分的作用是什么? 2、电能生产的主要特点有哪些? 3、对电力系统运行的基本要求是什么? 4、电力系统中负荷的分类(I、II、III 类负荷)是根据什么原则进行的?各类负荷对供电可靠 性的要求是什么? 5、衡量电能质量的主要技术指标有哪些? 6、电力系统的接线方式有哪两种类型?各种接线方式的主要特点是什么? 7、 电力系统的额定电压是如何确定的?我国规定的电力系统额定电压等级有哪些?各种电压等
6、级的适用范围怎样? 8、电力系统中各元件的额定电压为多少?什么叫电力系统的平均额定电压? 9、 什么叫电力系统的中性点?电力系统中性点的运行方式有哪些?它们各有什么特点?我国电 力系统中性点的运行方式如何? 10、如何提高中性点直接接地电力系统的供电可靠性? 11、消弧线圈的工作原理是什么?电力系统中为什么一般采用过补偿方式? 12、联合电力系统的优越性有哪些? 2 第二章 电力系统元件参数和等值电路 一、知识要点 1、 电力线路的结构、参数及等值电路 1.1 架空线路的结构及参数 1.1.1 架空线路的结构 架空线路由导线、杆塔、绝缘子、金具和避雷线(中性点直接接地系统)构成。 1.1.2
7、架空输电线路的参数: 电阻是反映导线对电流阻碍作用的参数,输电线路的电阻按下式计算, r1 = S (? / Km) 2 式 中 为 计 算 导 线 电 阻 所 采 用 的 电 阻 率 , 铝 导 线 取 31.5? ? mm / km , 铜 导 线 取 18.8? ? mm 2 / km ,其值略小于导线材料的直流电阻率; S 导线的标称截面(mm2) 。 电抗是反映感应电动势对电流的阻碍作用的参数,各种类型输电线路的电抗按下式计算。 单回输电线路(对称排列或经完整换位) x1 = 2f ( 4.6 lg : Dm + 0.5? r ) 10 ? 4 (? / km) r 式中:r 为导线
8、的计算半径(cm 或 mm) ;r 为导线材料的相对导磁系数,对于非铁磁物质铝和铜 f (Hz) Dm 为三相导线之间的几何平均距离 ; (与计算半径同单位) 当 f=50Hz 。 r1; 为交流电的频率 时 , 铜 导 线 或 铝 导 线 的 电 抗 计 算 公 式 为 x1 = 0.1445 lg Dm + 0.0157(? / km) , 近 似 计 算 时 取 r x1 = 0.4(? / km) 。 同杆(塔)双回输电线路,一般不计两回路之间的相互影响。 分裂导线输电线路: x1 = 0.1445 lg Dm + 0.0157 / n(? / km) req n 式中 req 为分裂
9、导线的等值半径,其值按式 req = r d1i 确定;n 为分裂导线的分裂根数。 i =2 n 电纳是反映输电线路的对地电容和线间电容的参数, 单 回 输 电 线 路 ( 对 称 排 列 或 经 完 整 换 位 ): C1 = 0.0241 10 ?6 ( F / km) ; D lg m r b1 = 7.58 10 ?6 ( S / km) Dm lg r 3 分裂导线线路: b1 = 7.58 10 ?6 ( S / km) D lg m req 电导是反映输电线路的泄漏损耗和电晕损耗的参数,泄漏损耗一般可以忽略不计,从而输电线 路的电导主要由电晕损耗决定。 电晕发生的条件为线路运行时
10、的实际电压 U 高于电晕临界电压 Ucr,单回导线电晕临界相电压 按下式计算 U cr = 44.388mr (1 + 2.94 10 ?3 p 273 + t 0.298 r ) lg Dm ( KV ) r = 分裂导线线路的电晕临界相电压按下式计算 U cr = 44.388mr (1 + 0.298 r 1 + r d ) n lg Dm ( KV ) req 式中,m 为导线表面光滑系数,对于表面光滑的单根导线 m=1.0,对于绞线 m=0.9; 为空气 相对密度;p 为大气压力;t 为空气温度(0C) 。对于晴天,一般取 1.0; 为与分裂导线数有关 的常数;r、Dm、req 的意
11、义同前所述,单位为 cm。 60KV 以下线路不会出现电晕现象,110KV 及以上线路以晴朗天气下不发生电晕为设计原则,所以 一般情况下,线路电导 b1=0;当电晕发生时,电晕损耗和线路电导按下式计算 g1 = ?Pg U2 10 ?3 ( S / km) 式中, ?Pg 为实测三相电力输电线路电晕损耗的总有功功率(KW/km) ;U 为电力线路运行的 线电压(kV) 。 1.2 电缆线路的结构与参数 1.2.1 电缆线路的结构(略)1.2.2 电线路的参数 电缆参数也有电阻、电抗、电纳和电导四个,所不同的是电缆线路的电导反映的是绝缘介质的 介质损耗。 电缆线路的参数计算较为复杂,一般从手册查
12、取或通过试验确定。 1.3 电力线路的等值电路 短线路:短线路指长度不超过 100km、电压不超过 60kV 的架空输电线路;或电压 10KV 以下 的电缆线路,短线路的等值电路用集中参数电路表示,并忽略导纳支路的影响。 中等长度线路:中等长度线路指长度在 100km300km 的架空线路;或长度不超过 100km 的电 4 缆线路,中等长度线路的等值电路也可忽略分布参数的影响,而用集中参数电路表示,其形式有 形和 形两种,电力系统分析采用 形等值电路。 长线路:长线路指长度超过 300km 的架空线路和长度超过 100km 的电缆线路,对于长线路必须 考虑分布参数的影响,电力系统分析中长线路
13、的等值电路采用修正集中参数 形等值电路。 图中 Z = R + jX = r1l + jx1l 、 Y = G + jB = g 1l + jb1l 、 Z = R + jX = k r r1l + jk x x1l 、 Y = G + jB = k g g 1l + jk b b1l ,修正系数 k ? 2、变压器的等值电路和参数 2.1 双绕组变压器 图中 2 PK U N RT = 3 2 (?) 10 S N 2 U K (%)U N (? ) 10 2 S N XT = GT = P0 (S ) 2 10 3 U N I 0 (%) S N (S ) 2 10 2 U N BT =
14、2.2 三绕组变压器 5 2.2.1 电阻 RT1、RT2、RT3 的计算 RT1、RT2、RT3 为归算到同一电压等级的三个绕组电阻。对于容量比为 100/100/100 的三绕组变 压器按下式计算 PK 1 = PK 2 PK 3 1 ( PK 12 + PK 31 ? PK 23 ) 2 1 = ( PK 23 + PK 12 ? PK 31 ) 2 1 = ( PK 31 + PK 23 ? PK 12 ) 2 2 PK 1U N (? ) 2 10 3 S N 2 PK 2U N ( ?) 2 10 3 S N RT 1 = RT 2 = RT 3 2 PK 3U N = 3 2 (
15、 ?) 10 S N 对于容量比不为 100/100/100 的三绕组变压器, 需要将短路试验所得的短路损耗先归算到变压器 的额定容量之下,然后再利用上面的公式计算各绕组的短路损耗和电阻,例如对于容量比为 100/100/50 的三绕组变压器由于绕组 1、3 和绕组 2、3 的短路试验是在 50SN 下进行的,可以按下 式计算变压器在额定容量下的短路损耗 PK (3?1) = PK (3?1) ( SN 2 S ) = PK (3?1) ( N ) 2 = 4 PK ( 3?1) SN3 0.5S N SN 2 S ) = PK ( 2?3) ( N ) 2 = 4 PK ( 2?3) SN3
16、 0.5S N PK ( 2?3) = PK ( 2?3) ( 2.2.2 电抗 XT1、XT2、XT3 的计算 XT1、XT2、XT3 是归算到同一电压等级的三个绕组的等效漏电抗,由于三绕组变压器铭牌和手册 给出的短路电压都已归算到变压器的额定容量之下,所以不管变压器的容量比是否为 100/100/100, 其电抗豆都可以按下式计算 1 U K 1 (%) = U K (1? 2 ) (%) + U K (3?1) (%) ? U K ( 2?3) (%)2 1 U K 2 (%) = U K ( 2?3) (%) + U K (1? 2) (%) ? U K (3?1) (%) 2 1 U K 3 (%) = U K (3?1) (%) + U K ( 2?3) (%) ? U K (1? 2) (%) 2 X T1 = 2 U K 1 (%)U N (? ) 10 2 S N 2 U K 2 (%