电力系统概论答案1.ppt

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1、第1章 思考题与习题,1.3火电厂、水电厂及核电厂的能量转换过程是怎样的?简述它们的生产过程。,能量转换：把燃料（煤）中含有的化学能转变为电能的过程：化学能热能动能电能 。 生产过程：输送带将原煤送入煤斗，为了提高煤的燃烧效率，将煤斗中的原煤送入磨煤机磨成煤粉，然后由排粉机将煤粉随同热空气经喷燃器送入锅炉燃烧室内燃烧。燃烧时产生的热量使燃烧室四周冷水壁管中的水变成蒸汽，此蒸汽再通过过热器进一步吸收烟气的热量而变为高压高温的过热蒸汽，过热蒸汽经过主蒸汽管道进入汽轮机，该蒸汽在喷管里膨胀而高速冲动汽轮机的转子旋转，将热能变成了机械能，汽轮机带动联轴的发电机发电，机械能就变成了电能。将在汽轮机中作了

2、功的蒸汽，送往冷凝器凝结成水，经除氧器除氧、加热器加热后，由给水泵送进省煤器预热、重新送回锅炉，完成了水的重复使用。,水力发电能量转换:水势能动能电能 通过压力水管，将水引入水轮机，推动水轮机转子旋转，水轮机带动发电机发电。将机械能变成了电能。水流对水轮机作功后，经尾水管排往下游。 核能发电的能量转换过程是：核裂变能热能机械能电能。 核能发电过程与火力发电的过程相似，但其热能不是由燃料的化学能产生，而是利用置于反应堆中核燃料发生核裂变时释放出的能量而得到的。,1.4何谓电力系统?为什么要组成电力系统?,电力系统就是由各种电压的输配电线路，将发电厂、变电所和用户连接成一个整体，能完成发电、输电、

3、变电、配电直到用电这样一个全过程。 由于用电的负荷中心在城市、大工业中心，而发电厂一般建在水力、热力资源的产地，例如丰富的水力资源集中在水流落差较大的偏僻地区，煤、石油、天然气等的矿区距离负荷中心也很远。因此，为了能满足不断增长的用电需要，保证用电质量，就要在这些一次能源产地建立很大规模的火电厂、水电站，再通过输电线路，将电能送往负荷中心。这与建于大城市周围的发电厂相比，不仅节省了大量的燃料运输费用，而且也杜绝了因燃料燃烧时对城市的污染。 为了能大容量、高质量、远距离地输送电能，还必须建设高压输电线路及相应的升压、降压变电所(或称变电站)，才能将电能供用户使用。因此要组成电力系统。,1.5电能

4、生产有什么特点?对电力系统有什么基本要求?,特点: 电能不能大量的存贮 电力系统的过渡度过程非常短暂 与各行业和人民生活密切相关 基本要求: 提供充足的电能 保证安全可靠的供电 保证良好的电能质量 良好的经济性 环保问题,1.6 电力系统主要的质量指标有哪几项?如何保证电力系统的质量指标达到要求?,电能的质量指标主要有电压、频率、波形 。,为了减小电压偏移，采取的主要措施有：合理地减少系统的阻抗，减少系统的变压级数，增大导线或电缆的截面积，尽量保持系统三相负荷平衡，高压线深入负荷中心、多回路并联供电等方法，以降低系统阻抗，减少电压损失。另外，变压器可采用经济运行方式，既可以减少电能损耗，又调节

5、了电压；对用户而言，可以采用有载或无载调压变压器，直接对电压进行调整。对那些功率因数低，带有冲性负荷的线路，采用无功功率补偿装置，以降低线路电流，达到减少电压偏移的目的。 抑制或减少电压波动、闪变的主要措施有：采用合理的接线方式，对负荷变化剧烈的大型设备，采用专用线或专用变压器供电，提高供电电压，减少电压损失，增大供电容量，减少系统阻抗，增加系统的短路容量等方法，对抑制电网的电压波动和闪变能起到良好的效果。在系统运行时，也可以在电压波动严重时减少、甚至切除引起电压波动的负荷。为了减少无功功率冲击引起的电压闪变，国内外普遍采用一种静止无功功率补偿装置(SVC)进行无功功率补偿,1.6 电力系统主

6、要的质量指标有哪几项?如何保证电力系统的质量指标达到要求?,用户的用电频率质量，是由电力系统保证的。在系统运行时，要求整个系统任一瞬间保持频率一致。要达到频率的质量指标，首先应做到电源与负荷间的有功功率平衡。发生频率偏差时，可采用调频装置调频，当供用电有功负荷不平衡时，可以切除一些次要负荷，保持有功功率平衡，以维持频率的稳定。,对高次谐波电流或电压抑制的主要措施有：限制接入系统的变流设备及交流调压设备的容量，提高供电电压或单独供电等。在技术上可以采取增加整流器的相数，对整流变压器采用Y，d(Y)或D，y(/Y)接线，装设分流的无源滤波器，消除或吸收一些次数的高次谐波，避免这些高次谐波电流流入到

7、电力系统中去。对大型的非线性设备，还可以装设静止无功补偿装置(SVC)，以吸收其产生的无功功率。近年来，国内外正在研制有源交流滤波装置(即谐波抵消装置)，该装置工作时，首先测定谐波频谱，再将一定幅值的直流电流，利用PWM的控制方式，产生与谐波源相反的高次谐波电流，提供给负荷，抵消高次谐波，但保留基波电流供负荷使用。,1.7国家规定并颁布的额定电压等级有哪些?用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系?为什么?,3KV、6KV、10KV、35KV、60KV、110KV、220KV、330KV、500KV、750KV。 用电设备的额定电压取与线路额定电压相等，使所有用电设

8、备能在接近它们的额定电压下运行。 发电机往往接在线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的105%。 变压器一次侧接电源，相当于用电设备，变压器一次侧额定电压应等于用电设备额定电压。 变压器二次侧额定电压应较线路额定电压高10%（二次侧相当于发电机；内部阻抗约有的电压降）。只有漏抗很小时，二次侧直接与用电设备相联或电压特别高的变压器，其二次侧额定电压才可能较线路额定电压仅高5%。,1.9电力系统的接线方式有哪几种?它们各有什么特点?,电力网接线方式：开式（或无备用）和闭式接线方式。 负荷只能由一条线路从一个方向取用电能的网络就是开式网络，例如放射式、干线式、链式等。 该接线方式简单，投资少

9、，运维方便；但供电可靠性低，电能质量较差。 若每一个负荷都能由双回路或多电源取得电能的网络就是闭网接线，例如双回路的放射式、干线式、链式，双端供电、环网等接线。 该接线复杂，投资多，运维复杂；但供电可靠性高，电能质量较好。,补充1：电力系统部分接线如图： 试确定发电机及各变压器高低压绕组的额定电压； 各变压器的额定变比。,答：发电机的额定电压为10.5kV，即电网额定电压的1.05倍； 变压器T1的额定电压为10.5/242kV； 变压器T2的额定电压为220/121/38.5kV； 变压器T3的额定电压为350/6.6kV；,补充2：,要求报告一份：要求了解整个发电厂的组成，查找火力发电厂生

10、产过程的详细资料并了解其能量的转换原理以及锅炉、汽轮机和发电机的基本结构以及生产过程。 评定：给出了发电厂组成、生产过程、能量的转换原理以及锅炉、汽轮机和发电机的基本结构的为A(90-100),少一个内容成绩递减； 报告内容完全相同的给C(70-75),2.1有一110kV的双回架空线路，长度为100km，导线型号为LGJ185，线间几何均距为5m，试计算线路参数并作出其型等值电路。,答案： 先求一条线路单位长度的参数 线路每公里电阻为： 线路每公里电抗为：,线路每公里电抗为：,线路每公里电纳为：,2章思考题与习题, 双回线路的参数为：, 线路的 型等值电路,2.2某变电所有一台SFL1-31

11、500/110型的双绕组变压器， PS=91kW，US%=10.5，P0=10.05kW，I0%=0.8,试求变压器的参数并作出其等值电路。,答案：变压器的电阻为, 变压器的电抗为：, 变压器的电导为：, 变压器的电纳为：,变压器导纳中的功率损耗为：, 变压器的等值电路如下：,2.4某变电所有一台SFSL1-8000110型、容量比为100/50/100的三绕组变压器，试求变压器的参数并作出其等值电路。,答案： 计算各绕组的电阻： 对短路损耗进行归算，即,计算各绕组的短路损耗,计算各绕组的电阻, 计算各绕组的电抗 各绕组的短路电压百分数为,计算各绕组的电抗, 计算变压器的导纳及其功率损耗（空载

12、损耗）,则, 变压器的等值电路 ：略,2.6某变电所装有两台并列运行的OSFPSL90000/220型自耦变压器，容量比为100/100/50，试求变压器的参数并作出其等值电路。,（2）短路电压百分数的折算,3.1什么是电压降落、电压损耗和电压偏移？ 电压降落是线路（或其它元件）始末两端的相量差 ;电压损耗指的是线路始末两端的数值差;电压偏移指的是始端或末端电压与线路额定电压的数值差 . 3.2何谓电力网环节？ 电力网等值电路中通过同一个电流的支路或单元成为环节。如图，有三个环节。,3章思考题与习题,3.4 有一额定电压为110kV的双回线路，如图所示。已知每回线路单位长度参数为r1=0.17

13、km, x1=0.409km,b1=2.8210-6S/km。如果要维持线路末端电压U2=1180kV，试求： （1） 线路首端电压U1及线路上的电压降落、电压损耗和首、末端的电压偏移； （2） 如果负荷的有功功率增加5MW，线路首端电压如何变化？ （3） 如果负荷的无功功率增加5Mvar，线路首端电压又将如何变化？,答案： 求输电线路的等值参数并画出等值电路,等值电路：, 线路末端导纳支路上的无功, 阻抗上的电压降落 纵分量,横分量,则, 阻抗上的功率损耗, 线路首端导纳支路上的功率损耗, 线路上的电压损耗, 线路上的电压偏移,2.、 线路末端负荷有功增加5MW，则S30j10 MVA,纵分

14、量,横分量,则,3、 线路末端负荷无功增加5Mvar，则S25j15 MVA,纵分量,横分量,则,分析可见，负荷无功的改变对线路电压损耗的影响要比有功大的多，因此进行无功功率补偿是改善系统电压的有效措施。,3.20什么叫电压中枢点？通常选什么母线作为电压中枢点？电压中枢点的调压方式有哪几种？ 答：对电力系统电压的监视、控制和调整一般只在某些选定的母线上实行。这些母线称为电压中枢点。 一般选择下列母线为电压中枢点： 区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线； 枢纽变电所的二次母线； 有一定地方负荷的发电机电压母线； 城市直降变电所的二次母线。这种通过对中枢点电压的控制来控制全系统电压的方式称为中枢点调

15、压。 根据电网和负荷的性质，中枢点电压的调整方式有顺调压、逆调压和恒调压三种。 3.21电力系统的调压措施有哪几种？ 答： 改变发电机的励磁电流，从而改变发电机的机端电压； 改变升、降压变压器的变比k1、k2； 改变网络无功功率Q的分布； 改变网络的参数R、 X,3.22在无功不足的系统中，为什么不宜采用改变变压器分接头来调压？,解：由负荷的电压特性分析可知，当改变变比提高用户端的电压后，用电设备从系统吸取的无功功率就相应增大，使得电力系统的无功缺额进一步增加，导致运行电压进一步下降。如此恶性循环下去，就会发生“电压崩溃”，造成系统大面积停电的严重事故。因此，在无功不足的电力系统中，首先应采用

16、无功功率补偿装置补偿无功的缺额。,补充1,1.某电力系统的等值电路如图，各元件电抗标幺值和节点编号标于图中 ，试求 （1）节点导纳矩阵； （2）若直接连接线路3和5的线路（j0.4）退出运行后，新的节点导纳矩阵； （3）将2和3之间的线路切除，修改节点导纳矩阵。,注意：若本题给的参数是阻抗，则要转换为导纳,解：（1）按导纳计算 Y11=j0.5+j0.3=j0.8，Y22=j0.2，Y33=j0.2+j0.5+j0.15+j0.4=j1.25 Y44=j0.15+j0.25=j0.4,Y55=j1+j0.3+j0.4+j0.25=j1.95 Y13=-j0.5 Y15=-j0.3 Y23=-j

17、0.2 Y34=-j0.15 Y35=-j0.4 Y45=-j0.25 其余都是0,（2）Y33=j0.2+ +j0.15+j0.5=j0.85， Y55=j1.55， Y35= Y53=0,（3）如2-3节点线路切除，节点导纳矩阵如下： 消除了节点2，降阶为4*4，对（1）矩阵，消除了第2行第2列。 修改与2的节点连接的节点的自导纳：只有3节点和2节点连接 自导纳 ：Y33=j1.05 其余不变。,解：（1）按阻抗计算 Y11=1/j0.5+1/j0.3=-j5.333 Y22=1/j0.2=-j5 Y33=1/j0.2+1/j0.5+1/j0.15+1/j0.4=-j16.167 Y44=

18、1/j0.15+1/j0.25=-j10.667 Y55=1/j1+1/j0.3+1/j0.4+1/j0.25=-j10.833 Y13=-1/j0.5=j2 Y15=-1/j0.3=j3.333 Y23=-1/j0.2=j5 Y34=-1/j0.15=j6.667 Y35=-1/j0.4=j2.5 Y45=-1/j0.25=j4 其余都是0,（2） Y33=-j16.167-（1/j0.4）=-j13.167 Y55=-j10.833-（1/j0.4）=-j8.333 Y35= Y53= -1/j0.4+（1/j0.4）=0,3）如2-3节点线路切除，节点导纳矩阵如下： （消除了节点2，降阶

19、为4*4） 对（1）矩阵，消除了2行2列。 修改与2的节点连接的节点的自导纳：只有3节点和2节点连接 自导纳 Y33=-j16.167-（1/j0.2）=-j11.167 其余不变,或 时，该相将出现冲击电流。,4.1无限大电源突然三相短路后，出现冲击电流条件是什么?什么时刻出现可能冲击电流?冲击电流与基频分量短路电流的关系如何?最大有效值电流怎么计算?冲击电流和最大有效值电流有什么用途?,出现条件：短路前空载，短路回路阻抗角， 电压初相角,出现时刻：冲击电流在短路发生经过约半个周期时刻（当f为50Hz时，此时间约为0.01s）出现。,短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断流能力或耐力

20、强度。,短路冲击电流主要作用是校验电气设备的电动力稳定度（机械强度）,补充1.某供电系统如图所示。由厂10kV高压配电所通过一条长5km的10kV电缆（x10.38/km）供电己知电力系统出口处的短路容量为Sk=250MVA，试求工厂变电所10kV母线上k-1点短路的三相短路电流和短路容量;两台变压器并联运行、分列运行两种情况下低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。,uk%=4.5,解：画出相应的等值电路，如图所示；,短路等效电路图,（2）选取基准容量，一般取SB=100MVA ，UB1= 10.5kV,UB2= 0.4kV,得,（3）计算各元件的电抗标幺值,1） 电力系统的电抗标幺值：,3）电力变压器的电抗标幺值：,2）电力线路的电抗标幺值：,2）三相短路电流周期分量有效值：,3）各三相短路电流：,4) 三相短路容量：,（4）求k-1点的总电抗标幺值和短路电流和短路容量,1）总电抗标幺值：,2）三相短路电流周期分量有效值：,3）各三相短路电流：,4) 三相短路容量：,（5）求k-2点，并列运行的总电抗标幺值和短路电流和短路容量,1）总电抗标幺值：,2）三相短路电流周期分量有效值：,3）各三相短路电流：,4) 三相短路容量：,（6）求k-2点，分裂运行的总电抗标幺值和短路电流和短路容量,1）总电抗标幺值：,