电力系统暂态分析复习大纲内附真题和答案

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1、电力系统暂态分析复习大纲内附真题和答案绪论：1、电力系统运行状态的分类答：电力系统的运行状态分为稳态运行和暂态过程两种，其中暂态过 程又分为波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。波过程主要研究与大气 过电压和操作过电压有关的电压波和电流波的传递过程；电磁过渡过程主 要研究与各种短路故障和断线故障有关的电压、电流的变化，有时也涉及 功率的变化；机电暂态过程主要研究电力系统受到干扰时，发电机转速、 功角、功率的变化。2、电力系统的干扰指什么？答：电力系统的干扰指任何可以引起系统参数变化的事件。例如短路 故障、电力元件的投入和退出等。3、为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？答：由于

2、实际电力系统的参数时时刻刻都在变化，所以电力系统总是 处在暂态过程之中，如果其运行参量变化持续在某一平均值附近做微小的 变化，我们就认为其运行参量是常数（平均值），系统处于稳定工作状态。 由此可见系统的稳定运行状态实际是一种相对稳定的工作状态。4、为简化计算在电力系统电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析中 都采用了那些基本假设？答：电磁暂态分析过程中假设系统频率不变，即认为系统机电暂态过 程还没有开始；机电暂态过程中假设发电机内部的机电暂态过程已经结束。 第一章：1、电力系统的故障类型答：电力系统的故障主要包括短路故障和断线故障。短路故障（又称 横向故障）指相与相或相与地之间的不正常连接，短路故

3、障又分为三相短 路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地，各种短路又有金属性短路 和经过渡阻抗短路两种形式。三相短路又称为对称短路，其他三种短路称 为不对称短路；在继电保护中又把三相短路、两相短路称为相间短路，单 相接地短路和两相短路接地称为接地短路。断线故障（又称纵向故障）指 三相一相断开（一相断线）或两相断开（两相断线）的运行状态。2、短路的危害答：短路的主要危害主要体现在以下方面：1）短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害；2）短路时电压大幅度下降引起的危害；3）不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通 讯的干扰。3、断线的特点及危害答：断线的特点是不会出现大

4、的电流和低电压，但由于三相不对称， 将在系统中产生负序和零序电流，所以断线的主要危害是负序电流对旋转 电机的影响和零序电流对通讯的干扰。4、中性点直接接地系统中各种短路故障发生的概率答：中性点直接接地系统中发生概率最高的是单相接地短路（约 65%），其他依次是两相短路接地（约20%）、两相短路（约10%）、三相 短路（约5%）。5、复杂故障答：系统中不同地点同时发生故障称为复杂故障。6、电力系统故障分析中电压基准值、变压器变比通常如何选择？这 样选择的目的是什么？答：电力系统故障分析中电压基准值通常选择基本 级的平均额定电压作为电压基准值，变压器的变比采用平均额定变比。这 样选择的目的是为了简

5、化计算，因为在此情况下，各级电网的电压基准值 就是其所在电压等级的平均额定电压，而无需通过计算求取。7、无限大功率电源及其相对性答：容量为无限大的电源称为无限大功率电源，其特点是电源内阻抗 等于零，端电压与频率保持不变。当实际电源的内阻抗占短路回路总阻抗 的比例小于10%时可以视为无限大功率电源。8、无限大功率电源供电情况下发生三相短路时短路电流的组成及其 变化规律答：无限大功率电源供电情况下发生三相短路时，短路电流包括基频 交流周期分量和非周期分量。非周期分量从短路开始的初始值按指数规律 随时间逐渐衰减到零，周期分量不衰减。9、非周期分量出现的原因、非周期分量取得最大值的条件及三相非 周期分

6、量电流起始值的关系答：非周期分量是为了维持短路瞬间电流不变而出现的自由分量；非 周期分量取得最大值的条件是短路前空载，短路发生在电压瞬时值过零瞬 间（在不计各元件电阻情况下）；三相非周期分量的起始值不同，如果短 路前空载，则有三相非周期分量起始值之和为零，因为它们分别等于短路 后瞬间各自所在相周期分量瞬时值的负值，由于三相周期分量对称，其瞬 时值之和为零，所以三相非周期分量起始值之和为零。10、最恶劣短路条件、短路冲击电流和最大有效值电流答：最恶劣短路条件指短路前空载、短路发生在电压瞬时值过零时 （不计各元件电阻）；短路冲击电流指最恶劣短路条件下的短路电流的最大瞬时值，它出现在 短路发生后约二

7、分之一周期时，短路冲击电流可以由iMKm2IP计算，其中 Km称为短路冲击系数，在12MW以上机组机端短路时取1.9，其他情况下 短路时取1.8； Ip为短路电流周期分量的有效值。最大有效值电流为最恶 劣短路条件下短路电流的最大有效值，它同样出现在短路发生后约二分之 一周期时，它可以由IMIP12（Km1）计算。第二章同步发电机突然三相短路分析1、分析同步发电机三相短路时假定发电机磁路不饱和的目的是什么？答：当磁路不饱和时，发电机的各种电抗为常数，发电机的等值电路 为等值电路，这就为分析中应用迭加原理创造了条件。2、同步发电机机端突然三相短路时，定子绕组电流中包含哪些电流 分量？转子励磁绕组中

8、包含哪些电流分量？阻尼绕组中包含哪些电流分量 它们的对应关系和变化规律是什么？答：定子电流中包含基频周期分量、非周期分量和倍频分量；转子励 磁绕组中包含强制直流分量、自由非周期分量和基频交流自由分量；d轴 阻尼绕组中包含非周期自由分量和基频交流自由分量；q轴阻尼绕组中仅 包含基频交流分量。定子绕组中基频周期分量电流与d轴阻尼绕组、励磁 绕组中的非周期分量相对应，并随着转子励磁绕组中非周期自由分量和d 轴阻尼绕组中非周期分量的衰减而最终达到稳态值（与转子励磁绕组中强 制直流分量相对应）；定子绕组中非周期分量和倍频分量与转子励磁绕组、 阻尼绕组中的基频交流分量相对应，并随着定子绕组非周期分量和倍频

9、分 量衰减到零而衰减到零。3、发电机的各种电抗及其对应的磁路答：(略)4、同步发电机稳态运行情况下的相量图、等值电路及空载电动势 Eq|0|的计算1)隐极机2Eq|0|(U|0|l|0| 某 din)2(l|0| 某 dco)22)凸极机5、不计阻尼绕组影响时计算短路电流周期分量起始有效值的近似等 值电路答：UjI某图中E|0|0|0|d6、计及阻尼绕组影响时计算短路电流周期分 量起始有效值的近似等值电路答：UjI某图中E|0|0|0|d7、同步发电机原始磁链方程中哪些电感系数 为常数？哪些电感系数是变化的？变化的原因是什么？答：凸极式同步发电机原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转 子各绕

10、组之间的互感系数为常数；定子绕组的自感系数、定子绕组间的互 感系数、定子各绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化，变化的原因有 二，一是凸极式同步发电机转子在d轴和q轴方向磁路不对称，二是定子 绕组和转子绕组之间存在相对运动。隐极式同步发电机原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转子各 绕组之间的互感系数为常数、定子绕组的自感系数、定子绕组间的互感系 数均为常数；定子各绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化的，变化的 原因是定子绕组和转子绕组之间存在相对运动。8、什么是派克变换？派克变换的目的是什么？答：派克变换是将空间静止不动定子A、B、C三相绕组用两个随转子 同步旋转的绕组和一个零轴绕组来等效

11、替换，两个随转子同步旋转的绕组 一个位于转子d轴方向，称为d轴等效绕组；一个位于q轴方向称为q轴 等效绕组。派克变换的目的是将原始磁链方程中的变系数变换为常系数，从而使 发电机的原始电压方程由变系数微分方程变换为常系数微分方程，以便于 分析计算。9、派克变换的等效体现在何处？其变换规律是什么？答：派克变换的等效体现在变换前后气隙合成磁场保持不变。派克变 换的规律是：1）A、B、C三相绕组系统中基频周期分量变换为d、q、0 绕组系统中非周期分量；2）将A、B、C三相绕组系统中非周期分量（含 倍频分量）变换为d、q、0绕组系统中的基频周期分量。第三章：三相短路电流的实用计算1、三相短路实用计算的内

12、容有哪些？答：三相短路实用计算的内容 有：1）计算短路电流基频交流分量的起始有效值I或（I）,并由此求得最大冲击电流：imKmImKm2I最大有效值电流：IMI12（Km1）2）求任意时刻的短路电流周期分量有效值2、三相短路电流实用计算中都采用了那些基本假设？2答：1）同步发电机采用的基本假设）某q、电机为理想电机；各发电机都用某d （或某d作为等值电抗， 即假设：某d2、对称分量法能否用于非线性三相电力系统的分析计算？为什么？答：不能。因为对称分量法实际上是迭加原理的应用，而迭加原理不 能用于非线性电路的分析计算，所以对称分量法不能用于非线性三相电力 系统的分析计算。3、两相短路时，短路电流

13、中是否存在零序电流分量？为什么？答：两相短路时，短路电流中不存在零序电流分量。因为I（0）1I）， 两相短（IaIbc3II0，所以不存在零序电流分量。只有接地短路时，短路电 流中才存在零序电路时Iabc流分量。4、电力系统中三序分量的独立性及三序等值网络答：电力系统中三序分量的独立性指三序分量相互独立互无影响（即 正序电流只产生正序压降、负序电流只产生负序电压降、零序电流只产生 零序电压降，反之亦然），各序分量可以单独计算。分析计算电力系统不对称短路的三序网络如下图。5、什么叫做分析不对称故障的基本相？基本相如何选取？答：利用对称分量法分析计算时，以哪一相的序分量为未知数列方程 求解，则那一

14、相就称为分析计算的基本相。基本相通常选择特殊相。6、什么叫电力系统元件的序阻抗？各电力元件的序阻抗之间有何关 系？答：加于电力系统元件端部的某序电压基频分量和流过端口的该序基 频电流的比值称为电力系统元件的该序阻抗。对于静止元件其正序阻抗等于负序阻抗，一般情况下其零序阻抗不等 于正序阻抗（负序阻抗）；对于旋转元件（发电机、电动机）严格讲其正 序、负序、零序阻抗各不相同，但一般情况下其正序阻抗和负序阻抗相差 较小，近似计算时通常就认为其正序阻抗与负序阻抗相等。7、各种变压器的正序、负序、零序等值电路答：（略）8、变压器的零序励磁电抗和负序励磁电抗都可以视为无限大，从而 用开路代替，变压器的零序励

15、磁电抗是否也可以视为无限大？在什么情况 下，变压器的零序励磁电抗才可以视为无限大？9、输电线路的零序等值电路答：（略）10、为什么双回架空输电线路每回每相的零序电抗大于单回架空线路 的零序电抗？答：因为双回输电线路中，一回路的三相零序电流在另一回 路的任一相一大地回路中所产生的合成磁场对该相的零序磁通起助磁作用， 所以双回输电线路每回每相的零序电抗要大于单回路情况下的零序电抗。11、为什么架空输电线路的零序电抗大于其正序电抗（负序电抗）？答：因为在正序电流（负序电流）流过时，其他两相两相电流在另一 相一一大地回路中产生的合成互感磁通起去磁作用，而在零序电流流过时，其他两相两相电流在另一相一一大

16、地回路中产生的合成互感磁通起助磁作 用，所以架空输电线路的零序电抗大于其正序电抗（负序电抗）。12、具有架空地线的输电线路的零序电抗为什么小于无架空地线的输 电线路？答：因为架空地线同大地一样构成了零序电流的返回通道，即架空地 线中的电流与输电线路中电流的方向相反，其在导线一一大地回路中产生 的互感磁通对该回路的磁通起去磁作用，所以具有架空地线的输电线路的 零序电抗小于无架空地线的输电线路。架空地线的导电性能越强（例如采 用良导体做架空地线），则流过架空地线的电流越大，去磁作用越强，输 电线路的零序阻抗越小。13、三序网络的绘制正序网络的绘制（略）负序网络的绘制（略）零 序网络绘制（略）需要指

17、出不管电力系统采用什么样的中性点运行方式，因为在正序电 流或负序电流情况下总有中性点对地电压为零，均可以认为中性点直接接 地，所以中性点接地阻抗（例如消弧线圈阻抗）不会出现在正序和负序等 值电路中。另外正序等值电路中应包含电源电动势，负序等值电路中不包 含电源电动势（发电机无负序电动势和零序电动势）。在中性点不接地的电力系统中零序电流不能通过，在零序电流不能通 过的地方零序等值电路应该断开，只有在中性点直接接地或经消弧线圈接 地的电力系统中零序电流才能通过，但必Z，所以中性点接地阻抗应须注意在中性点经阻抗接地的情况下，由 于中性点对地电压为3I（0）n以3Zn出现在零序等值电路中。14、已知电

18、力系统接线方式如下，请画出f点发生接地故障时的零序 等值电路。答：f点发生接地故障时的零序等值电路如下图所示。第六章：不对称故障的分析计算1、各种不对称短路的边界条件方程和复合序网答：（略）2、正序增 光网络答：（略）3、在正序等效阻抗和负序等效阻抗相等的电力系统中（通常都认为 系统的正序阻抗等于负序阻抗），如果零序等效阻抗为Z（0）,请按故障处 正序电流从大到小的顺序对各种短路故障进行排序。答：按故障处正序电流从大到小的顺序排列的故障类型如下：三相短 路、两相短路接地、两相短路、单相接地短路。（说明：由各种短路情况下正序增广网络中附加阻抗表达式可以推出）4、在正序等效阻抗和负序等效阻抗相等的

19、电力系统中（通常都认为 系统的正序阻抗等于负序阻抗），如果零序等效阻抗也等于正序阻抗，请 按故障处负序电流从大到小的顺序对各种短路故障进行排序。答：按故障处负序电流从大到小的顺序排列的故障类型如下：两相短 路、两相短路接地和单相接地短路、三相短路5、在正序等效阻抗和负序等效阻抗相等的电力系统中（通常都认为 系统的正序阻抗等于负序阻抗），如果零序等效阻抗也等于正序阻抗，请 按故障处零序电流从大到小的顺序对各种短路故障进行排序。答：按故障处零序电流从大到小的顺序排列的故障类型如下：两相短 路接地和单相接地短路、三相短路和两相短路。6、在正序等效阻抗和负序等效阻抗相等的电力系统中（通常都认为 系统的

20、正序阻抗等于负序阻抗），如果零序等效阻抗为Z（0），请按故障 处正序电压从大到小的顺序对各种短路故障进行排序。答：按故障处正序电压从大到小的顺序排列的故障类型如下：单相接 地短路、两相短路、两相短路接地、三相短路7、在正序等效阻抗和负序等效阻抗相等的电力系统中（通常都认为 系统的正序阻抗等于负序阻抗），如果零序等效阻抗也等于正序阻抗，请 按故障处负序电压从大到小的顺序对各种短路故障进行排序。答：按故障处负序电压从大到小的顺序排列的故障类型如下：两相短 路、两相短路接地和单相接地短路、三相短路8、在正序等效阻抗和负序等效阻抗相等的电力系统中（通常都认为 系统的正序阻抗等于负序阻抗），如果零序等效

21、阻抗也等于正序阻抗，请 按故障处零序电压从大到小的顺序对各种短路故障进行排序。答：按故障处零序电压从大到小的顺序排列的故障类型如下：两相短 路接地和单相接地短路、三相短路和两相短路。9、在中性点不接地系统中，发生两相短路和两相短路接地情况下， 流过接地点的短路电流有何关系？为什么？答：流过10、不对称短路时正序电压、负序电压、零序电压分布规律答：发电机机端正序电压最高，故障处正序电压最低；短路点负序电 压最高，发电机中性点负电压最低(为零)；故障处零序电压最高，中性 点接地变压器(或中性点接地发电机)中性点处零序电压最低(为零)。11、各序分量经Y/11变压器后的相位变化答：(略)12、已知变

22、压器变比UY/U1(NY/N1:3)，求变压器三角形侧(f点)两 相短路时星形侧的三相电流。解：I根据对称分量法求得三角形侧各序分量Ia(1)a(2)由于UY/U1,所 以星形侧各序分量电流如下：Ufa|0|2j某(1),其相量图如图(1)所示，Iej3300、 IIej3300、Iej3300IIA(1)a(1)B(1)b(1)C(1)c(1)j3300j3300j3300IA(2)Ia(2)e、IB(2)Ib(2)e、IC(2)Ic(2)e是不一样的。4、等面积定则及简单电力系统同步发电机暂态稳定的条件答：等面积定则指：在电力系统暂态稳定的前提下，必有加速面积等 于减速面积；简单电力系统同

23、步发电机暂态稳定的条件是：最大减速面积 大于加速面积。5、极限切除角与极限切除时间答：使最大减速面积恰好等于加速面积的故障切除角称为极限切除角 C.m，当实际故障切除角大于极限切除角时，加速面积大于最大减速面积，系统暂态不稳定；当实际故障切除角小于极限切除角时，加速面积小于最 大减速面积，系统暂态稳定。与极限切除角相对应的故障切除时间称为极 限切除时间，只有实际故障切除时间小于极限切除时间时，系统才能保持 暂态稳定。6、在某某某(0)的简单电力系统中，哪种短路对暂态稳定性的 影响最大？那种最小？为什么？答：对转子受扰运动的影响取决于正序电流，而正序电流是由正序增 广等值网络确定的，以图1的简单

24、电力系统为例，短路时的正序增广网络 如图(2)所示，发电机的功角特性方程为：EUPEin某 II 其中：某 II(某 G(1)某 T1)(1 某 L(1)21(某 G(1)某 T1)(某 L(1) 某T2)2某T2)某(3)三相短路时：某0、某II、PE.m0；两线短路接地时：某某/某(0)1EU(1.1).1)某(1)、某II某II、 PE(1.m(1.1)2某II 两相短路时：某某某、某II某II、 PE.mEU某II(1)(1)单相接地短路时：某某某(0)2某、某II某II、PE.m 由于某 II 某 II(3)(1.1)(2)(1)(1.1)(2)(1)某 II 某 II、 PE(.3

25、mPEPP.mE.mE.mEU(1 )某II所以三相短路的影响最大，其他依次是两相短路接地、两 相短路、单相接地短路。图(1)图(2)7、系统接线如下图所示，设在一回线路始端突然发生三相短路，已 知原动机机械功率PT1.5,双回线运行时系统的功角特性为PI3in,切除一回线路后系统 的功角特性为PIII2in试求极限切除角c.m？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：0in1P0P1.5in1Tin13000.5233（弧度）PI.MPI.M3根据故障切除后的功角特性曲线可得：h1800in1PT1.51800in1131.402.2922（弧度）PI

26、II.M2PT（h0）PIII.McohPII.Mco0PIII.MPII.M则极限切除角c.mco11.5（2.29220.5233）2co131.400co48.2902018、简单电力系统如下图所示，t=0秒时f点发生三相短路，如果 故障线路在短路发生后1S时切除，请指出系统能否保持暂态稳定？已知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：某 d1.8、某 T1 某 T20.25、某 L0.5、U1.0、正常运行时 P0.8、co0.8答（略）9、变压器中性点经小电阻接地能否提高三相短路、两相短路情况下 系统并列运行的暂态稳定性？为什么？答：不能。因为三相短路和两相短路时，中

27、性点接地电阻中无电流流过，不会产 生附加功率损耗，所以不能提高三相短路、两相短路情况下系统并列运行的暂态稳定性。只有在接地短路情况下，中性点接地电阻中才会流过电流（零序电流）， 才会产生附加功率损耗，使发电机输出的电磁功率增大，减小作用在转子 上的过剩转矩，减小加速面积，提高系统并列运行的暂态稳定性。某10、以下图简单电力系统中f点发生三相短路为例，作图说明快 速切除故障、输电线路装设重合闸和快速关汽门提高电力系统并列运行暂态稳定性的原理。答：（略）11、以上图所示电力系统为例，说明当f点发生瞬时性单相接地短路 时，采用单相重合闸比采用三相重合闸更能提高电力系统并列运行稳定性 的原因。解：下图（a）为采用三相重合闸的情况，图（b）未采用单相重合闸的情 况，图中PI、PIV为同切除步发电机在短路前和重合成功后的功角特性曲线，PII为故障情 况下的功角特性曲线，PIII为切除故障相后的功角特性曲线。三相输电 线路后的功角特性曲线，PIII显然采用单相重合闸同采用三相重合闸相 比，减小了加速面积，增大了最大减速面积，因而采用单相重合闸更能提 高提高瞬时性单相接地短路情况下电力系统的暂态稳定性。