电能质量分析与控制 肖湘宁 第三章课后答案

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1、第三章 传统电能质量分析与改善措施 1什么是电压偏差电压偏差针对系统的什么运行方式成立 答供电系统在正常运行方式下某一节点的实际电压与系统标称电压之差对系统标称 电压的百分数成为该节点的电压偏差。数学表达式为 %100 N Nre U UU U 式中 U电压偏差 re U实际电压kV N U系统标称电压kV。 电压偏差针对系统在正常运行方式下成立。 2电压降及电压损失的定义什么试写出电压损失的近似表达式。 答电压降 . U为线路首末段电压的向量差数学表达式为 HZ UjU U QRPX j U QXPR jXRIUUU 22 . 1 . 1 )( 式中 1 . U 2 . U线路首末段的电压向

2、量值 Z U H U 电压降的纵分量和横分量。 电压损失为线路首末段电压的均方根之差 21 UUU 一般线路两端电压的相角差较小电压降横分量对电压损失的影响可以忽略不计 把电压降纵分量近似看作电压损失即U 2 U QXPR 3为什么说无功功率是引起电压偏差的主要原因 答因为在 110kV 及以上电压等级的输电线路中RX 由电压损耗的公式U 2 U QXPR 可知无功功率 Q 对电压损失的影响远大于有功功率 P 对电压损失的影响。所 以说无功功率是引起电压偏差的主要原因。 4电压偏差大对用电设备有什么危害对电力系统又有什么危害 答对于用电设备当电压偏离额定电压较大时用电设备的运行性能恶化不仅运行

3、 效率低 很可能会由于过电压或过电流而损坏。 对于白炽灯 当电压偏低时 光通量会减少 影响人们的视力当电压偏高时寿命会减少。对于电炉等发热设备发热量与电压的平方 成正比电压偏低设备的发热量急剧下降导致生产效率降低。对于异步电动机其偏磁 转矩与端电压的平方成正比电压过低时电动机滑差加大定子电流显著增加导致绕组 温度升高从而加速绝缘老化缩短电动机寿命电压过低时可能损坏电动机绝缘或由励 磁电流过大而过电流 同样会缩短电动机寿命。 电压偏差过大堆家用电器的使用效率和寿命 均会产生不良影响。 对于电力系统输送功率受功率稳定极限的限制线路的静态稳定功率极限近似与线路 电压平方成正比。系统的运行电压偏低输送

4、电线路的功率极限大幅度降低可能产生系统 频率不稳定的现象甚至导致电力系统频率崩溃造成系统解列。如果电力系统缺乏无功电 源可能产生系统电压不稳定现象导致电压崩溃。系统运行电压过高有可能使系统中各 种用电设备的绝缘受损使带铁心的设备饱和产生谐波并可能引发铁磁谐振。电压偏差 大还影响系统的经济运行 系统电压偏低将使电网的有功损耗、 无功损耗以及电压损失大大 增加电压偏高超高压电网的电晕损耗加大。所有这些都将使供电成本增加 5电压调节的方式有哪些各有什么特点适用性如何 答电压调节方有三种逆调压、顺调压和恒调压。 逆调压 逆调压是指中枢点电压在最大负荷时 提高中枢点电压以及补偿线路上增加的 电压损失在最

5、小负荷时下降为标称电压适合出线线路较长负荷变化规律大致相同且波 动较大的中枢点。 顺调压 顺调压是指最大负荷时适当降低中枢点电压 在最小负荷时适当增大中枢点电 压适合于出线线路不长负荷变化不大的中枢点。 恒调压恒调压是指无论负荷如何变化中枢点电压基本保持不变适用范围也在前两 者之间。 6调压手段有哪些各自的特点如何 答调压手段主要有 1用发电机调压。特点是以发电机母线作为电压中枢点不需附加投资简便、经济 适用于发电机母线直馈负荷的情况多采用逆调压方式。 2改变变压器变比调压。即采用改变变压器分接头来调压。采用无载调压变压器时改 变分接头需要停电所以不宜频繁操作往往只作季节性操作。适合于出线线路

6、不长、负荷 变化不大的电压调整。对于出线线路长、负荷变化大的电压调整必须采用有载调压变压器。 可以在带负荷的情况下随时改变分接头。有载调压变压器的分接头数比较多。注意装设有 载调压变压器的前提是系统无功功率电源充足。 3改变线路参数调压。 一种是减少线路的电阻 采用增加线路导线截面积的方法 适用于电阻大于电抗的低压 配电网而对于高压电网则作用不大。 第二是减少线路电抗主要采用分裂导线和串联电容器。 采用分裂导线可以显著降低线路电抗。 还可以减少输电线路电晕 减少输电线路对周边 环境的电磁污染有利于提高电力系统的稳定性和线路的输电能力。适合于 220kV 及以上 的电压等级输电线路的新建和改建。

7、 串联电容具有随负荷电流自由调整补偿电压的功能。 过补偿时 线路呈容性 欠补偿时 线路呈感性完全补偿时线路呈纯电阻性。串联电容补偿特别适用于电压波动频繁、负荷 功率因数低的场合。以调压为目的是串联电容器一般装设在单端电源供电的 110kV 及以 下电压等级的分支上。在低压配电线路中为了提高末端的电压采用过补偿。在超高压线 路上为了提高输电线路的输送能力和系统运行的稳定性采用欠补偿方式。串联电容器也 会带来一些新问题比如电机的自激变压器的铁磁谐振次同步振荡等。 7为什么要进行无功补偿无功补偿的原则是什么 答 因为系统中的无功损耗很大一部份是线路和变压器中的无功功率损耗。 由于高压线路 和变压器的

8、等值电抗远大于等值电阻 变压器的无功损耗也比有功损耗大得多 从而导致整 个系统的无功损耗大于有功损耗。 系统运行仅靠发电机提供的无功功率远不能满足需要 因 而要进行无功补偿。 无功补偿的原则是尽量做到分区、分层、分变电所进行补偿实现无功功率的就地平衡 并要留有足够的事故无功功率备用容量。 8电力系统的无功电源有哪些各有什么特点 答同步发电机系统中唯一的有功功率电源最基本的无功功率电源能吸收也能发出 无功功率。当进相运行时使机端电压低于标称电压发电机的静稳极限随机端电压降低而 降低 增大了系统静态不稳定的风险 因而发电机进相运行多用于超高压系统清在运行时吸 收系统多余无功功率。优点是调节速度快且

9、不需要额外投资。缺点是调节能力不大。 同步调相机 实质上是不带机械负载的同步电动机。 优点是对较高的电压下降调节速度 快输出无功量高起到电压支撑的作用缺点是有功损耗大维护复杂成本高损耗大。 电容器 只能输出无功功率。优点是有功损耗小、设计简单、 容量组合灵活、 安全可靠、 运行维护方便、投资省等缺点是补偿容量与电压平方成正比正反馈的电压调节特性不利 于系统的稳定电压下降较大使补偿能力反而不足。此外电容器分组投切的方式使调压不 连续 电抗器吸收无功功率的主要设备。由于长距离、高电压等级的线路上分布电容产生的 充电功率可能大于线路电抗消耗的无功功率。 使线路向系统输出无功功率 使线路的末端电 压升

10、高。 对系统的安全运行和用户的正常生产造成威胁 所以需要电抗器吸收多余的无功功 率。 静止无功补偿装置SVC和静止无功发生装置SVG 具有动态无功功率补偿的特性。 调压速度快调压平滑可实现分相无功补偿有功功率损耗也比较小。运行维护方便、可 靠性较高。但是设备价格高运行经验欠缺。目前主要安装在有无功冲击负荷的用户变电所 或系统中的枢纽变电所用来实现动态电压的控制。 9.什么是频率什么是频率偏差 答正弦量在单位时间内交变的次数称为频率。 电力系统正常运行条件下系统频率的实际值与标称值之差称为系统的频率偏差。 10. 产生频率偏差的根本原因是什么 答系统有功不平衡是产生频率偏差的根本原因。 11频率

11、偏差大对用电设备有什么危害对发电厂和电力系统又有什么危害 答对于用电设备产品质量没有保障降低劳动生产率使电子设备不能正常工作甚 至停止运行。 对于发电厂和电力系统降低发电机组效率严重时可能引发系统频率崩溃或电压崩溃 汽轮机在低频下运行时容易产生叶片共振 造成叶片疲劳损伤和断裂 处于低频率电力系统 中的异步电动机和变压器其主磁通会增加 励磁电流随之增大 系统所需无功功率大为增加 导致系统的电压水平降低 给系统电压调整带来困难 无功补偿用电容器的补偿容量和频率 成正比当频率下降时电容器的无功出力成比例降低此时电容器对电压的支撑作用受到 削弱不利系统的电压调整频率偏差大使感应电能表的计量误差加大。

12、12改善频率偏差的措施主要有哪些一次调频和二次调频有什么差别手动调频和自动 调频各有什么特点 答改善频率偏差的措施主要有一次调频和二次调频。 一次调频是指利用发电机组的调速器 对于变动幅度小、 变动周期短的频率偏差所做的调 整二次调频是指利用发电机组的调频器对于变动幅度达、变动周期长的频率偏差所做的 调整。 手动调频是由值班人员在调频厂根据系统频率偏差的大小 手动改变调速器的整定值 从 而改变发电机组出力使系统频率得以维持在规定范围内缺点是响应速度慢当调整幅度 大时不能满足频率质量要求自动调频利用自动发电控制装置即 AGC 实现具有经济调度、 调频和系统联络线对功率控制等功能。 13调频厂应具

13、备什么条件系统中哪些发电厂适宜担当调频厂 答调频厂应具备的条件是足够的可调容量和调整范围机组调整速度快调频输出的 功率满足系统安全稳定要求同时经济性好。 在枯水季节一般选择水电厂作为主调频厂效率较低的汽轮发电机组担任辅助调频机 组在丰水季节选择中温中压凝气式汽轮发电机组作为主调频机组高温高压凝气式汽轮 发电机组作为辅助调频机组。此外抽水蓄能机组也是理想的调频机组常配合核电机组使 用。 14频率调整和电压调整有什么不同 答 1全系统的频率相同而系统中各节点的电压却各不相同。 2 系统频率的质量主要由系统的有功功率平衡状况决定 而系统的电压质量则主要 由系统无功功率平衡状况决定。 3调整频率只有改

14、变发电机组原动机功率这唯一的措施。调整电压的措施却很多。 15频率调整与频率控制有什么不同 答频率调整是在系统正常运行方式下通过改变发电机的输出功率是系统的频率变动 保持在允许偏差范围内的过程。 频率控制是在系统费正常运行方式下 针对频率异常所采取 的调频措施。 16安装自动低频减载装置的目的是什么安装自动高频切机装置的目的又是什么 答自动低频减载装置是在系统出现事故引起系统频率降低到超出允许偏差值时切除负 荷采取的措施。 自动高频切机装置是在可能被解裂而导致功率过剩的地区装设按频率升高自 动切除发电机的装置。 17三相不对称与三相不平衡指什么为什么二者可以不加区别的使用 答三相不对称是指三相

15、电量电动势、电压或电流的数值不满足数值相等、频率相 同、相位互差 120 。同时三相不对称还表现为三相电量瞬时值之和不为零 三相不平衡是指在任意时刻三相瞬时总功率是时间的函数。 由于对于三相系统系统的不对称直接导致不平衡所以不对称三相系统和不平衡三相 系统在使用上不作严格区分。 18三相不平衡产生的原因主要有哪些何为供电环节的平衡用电环节不平衡产生的主 要原因有哪些 答电力系统的三相不平衡分为事故性不平衡和正常性不平衡。事故性不平衡又由系统 中各种非对称性故障引起如单相接地短路、两相接地短路或两相间短路等。正常性不平衡 由供电环节的不平衡和用电环节的不平衡引起。 电力系统是由发电、输电、配电和用电各个环节组成。其中供电环节指发电、 输电、 配电 由于其设计的元件通常具有良好的对称性 因此供电系统的不平衡主要来自于供电线路的不 平衡。当线路的阻抗和导纳分别相等时称该线路处于平衡状态。 用电环节的不平衡指系统中三相负荷不对称所引起的系统三相不平衡。 产生三相负荷不对 称的主要原因是单相大容量负荷在三相系统中的容量和电气位置分布不合理。 19三相不