电力系统问答题

1.电力系统的组成有哪些？

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。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。

2.电力变压器的主要作用是什么？

主要作用是变换电压，以利于功率的传输。在同一段线路上,传送相同的功率, 电压经升压变压器升压后，线路传输的电流减小,可以减少线路损耗，提高送电经济性，达到远距离送电的目的，而降压则能满足各级使用电压的用户需要。

3. 短路故障的原因是什么？

（1）雷击等各种形式的过电压以及绝缘材料的自然老化，或遭受机械损伤，致使载流导体的绝缘被损坏；

（2）不可预计的自然损坏，例如架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；

（3）自然的污秽加重降低绝缘能力；（4）运行人员违反安全操作规程而误操作，例如线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。

4. 短路故障的后果是什么？

（1）短路将产生从电源到短路故障点巨大的短路电流，可达正常负荷电流的几倍到几十倍。短路电流在电气设备的导体间产生很大的电动力，将导致导体变形、扭曲或损坏。短路电流通过导体产生的热量而使其温度急剧上升，将导致设备因发热而损坏。

（2）短路将引起系统电压的突然大幅度下降。系统中异步电动机将因转矩下降而减速或停转。

（3）短路将引起系统中功率分布的突然变化。导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统稳定性

（4）不对称短路电流产生不平衡交变磁场。对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。

5. 短路计算的目的是什么？

（1）为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据；

（2）为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；

（3）为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可

靠的依据。

7. 进行不对称故障分析的步骤是什么？

Step1：根据短路类型列写边界条件方程；

Step2：将边界条件方程中各相分量用相应的序分量代替，并简化；

Step3：根据简化后的边界条件方程组成复合序网；

Step4：根据复合序网求解电压电流的各序分量；

Step5：将电压电流的各序分量进行合成即可得到电压电流的各相分量。

8.电力系统三相短路时，各相短路电流非周期分量是否相同？为什么？

不相同。因为非周期分量中的直流分量是为了保持定子各绕组磁链守恒产生的。而短路前后各绕组周期分量的瞬时值之差三相都不相等，故非周期分量的起始值三相也不相等。

9.用短路电流计算曲线进行计算时，负荷怎样考虑？

负荷忽略不计。因为在计算曲线绘制的时候已经考虑了负荷的影响。计算曲线制作时，取故障前发动机额定满载运行，50%的负荷接于发电厂的高压母线，其余的负荷功率经输电线送到短路点以外，因此在短路电流曲线进行计算时，不能再重复考虑负荷的影响。

10.试从物理概念分析为何三相输电线的相间距离越大，正序电抗也越大。

三相输电线的正序电抗由自感和互感两部分之和，其中一相电流和其他两相电流不同相，产生的互感起减磁作用，当相间 距离增大时，互感减磁作用减弱，正序电抗增大。

11.试从物理概念分析为何单回输电线的零序电抗小于双回输电线一回等效的零序电抗。

平行架设的双回线路都通过零序电流时，在一回线路中与一相导线交链的磁通不仅有与另外两相零序电流产生的互感磁通，还有另一回路三相零序电流产生的互感磁通，且都通过大地形成回路。零序电流大小方向相同，因此互感磁通起增磁作用。具体而言，设每条线路各相自阻抗为zs，相间互阻抗为zm，两条线路间的等值互阻抗为Z(0)，则单回输电线的零序阻抗为Z(0)=zs+2zm，双回输电线的零序阻抗'Z(0)=Z(0)+Z(0)。

12.有架空地线的输电线的正序电抗（ 等 ）于无架空地线的输电线的正序电抗，有架空地线的输电线的零序电抗（小 ）于无架空地线的输电线的零序电抗

13.试分析为何无阻尼绕组同步发电机暂态电势Eq在短路瞬间保持不变？这一点有何实用价值？

无阻尼同步发电机由于其Eq与励磁绕组交链的磁链f成正比，而f在运行状态发生突变瞬间守恒，故Eq在运行状态发生突变瞬间也守恒。对于无阻尼绕组的发电机利用这一点，可以从突变前瞬间的稳态中算出它的数值并且直接应用于突变后瞬间的计算中。

14.Park变换有何物理意义（即为什么要进行Park变换）？

Park变换从物理上看其实是参照系的变换。通过Park变换，观察者的视角从静止的定子转移到了转动的转子上。从转子上看定子绕组，定子的静止三相绕组被三个定子等效绕组dd绕组、qq绕组、00绕组所代替，其中dd绕组、qq绕组分别以d轴、q轴为轴线，随转子同步运动，00绕组轴线在转子转动轴方向（与d轴、q轴垂直）。由于定子等效绕组和转子诸绕组间不存在相对运动，故定子等效绕组的自感、等效绕组间的互感、定子等效绕组和转子绕组间的互感都不随定子、转子间的相对位置的变化而变化，即不随α变化，不随时间变化。这样Park磁链方程与Park电压方程联列时得常系数微分方程便于求解。

15.有阻尼绕组的同步发电机机端发生三相短路，定子绕组中的短路电流周期分量可分为哪几个部分？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？

此时定子绕组中的周期分量可分为稳态强制分量和自由分量两部分，前者不衰减，后者又分为次暂态分量和暂态分量两部分衰减为零，次暂态分量以纵轴阻尼绕组的时间常数Td"衰减，暂态分量以励磁绕组的时间常数Td′衰减为零。

16．试述为什么要实行无功功率的就地平衡？（注意在叙述中引用相关公式做论据） 功率传输中产生的电压损耗为V='''PQPRQX(RjX)，在高压电网中，导线，功率损耗为2VV22

截面较大，多数情况下，线路电抗比电阻大，再加上变压器的电抗远大于其电阻，因此，远距离传送无功功率，会增大传输过程中的电网的电压降落和功率损耗。所以，从改善电压质量的降低网损的角度考虑，应该尽量实现无功功率的就地平衡。

17.试述为什么串联电容补偿可以提高电力系统稳定性。

设输电线路电抗为XL，线路加装串联电容后，线路的等值电抗为XLeq=XL—XC

18.电力系统短路后，就标幺值而言，越接近短路点，正序电压越（低 ），负序电压越（ 高 ），零序电压越（ 高 ）。

19.无阻尼绕组同步发电机暂态电势Eq′与（ 励磁 ）绕组交链的磁链成正比，它能在运行状态发生突变的瞬间（ 保持不变 ）。

20. 电力系统三相短路，冲击电流（即短路电流最大可能的瞬时值）记为 iim,有效值（短路电流最大可能

的有效值）记为Iim, 是否存在iim=2Iim？为什么？

不存在。iim指短路电流最大可能的瞬时值，出现在故障后0.01秒。Iim是短路后第一个周期内的短路电流瞬时值的均方根值，即有名值。由于短路电流包括周期分量和非周期分量，而非周期分量的瞬时值和

倍的关系，所以它们之间不存在iim

Iim的关系。

21. 试分析为何同步发电机次暂态电势Eq〞在短路瞬间保持不变？这一点有何实用价值？

同步发电机次暂态电势Eq〞与励磁绕组交链的磁链ψf和纵轴阻尼绕组交链的磁链ψD线性相关，因为磁链守恒，后两者在短路瞬间保持不变，所以Eq〞在短路瞬间也保持不变。利用这一点，可由短路前的稳态求得Eq〞的值，用于短路后暂态过程的计算中。

22.均一线组成的环网自然功率分布（ 等于）经济功率分布。

23. 大 ）于其额定的（有功 ）功率，否则其绕组会（ 过热 ）。

24.旋转备用用于（ 负荷 ）备用和部分（ 事故 ）备用。

25.电力系统频率的一次调整只能做到频率的（ 有 ）差调节。

26.两台发电机并列运行，容量分别为SN1、SN2，额定惯性时间常数分别为TJN1、TJN2，则两台机等值为一台机时，等值额定惯性时常数为TJN=（ TJN1SN1TJNS2N2 ） SN1SN2

27. 试述用牛拉法计算电力系统潮流时雅可比矩阵的特点。

用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算时，其雅可比矩阵的特点为：①雅可比矩阵的各元素在叠代过程中不断变化 ②雅可比矩阵为不对称矩阵 ③雅可比矩阵为稀疏矩阵。

28.为什么暂态稳定的简化计算中，发电机可采用简化的用Eˊ，Xd表示的数学模型？

由于阻尼绕组时间常数很小，可以不计阻尼绕组的作用。励磁绕组的磁链守衡，可以近似认为在暂态过程中，Eq保持不变，由于E和Eq差别不大，在实用计算中，进一步假定E恒定不变，发电机采用简化的用Eˊ，Xd模型表示。将公式中的Eq用E代替，用代替，在暂态过程中，Eq和E，和的变化规律相似。 ''''''''''''

29.我国的电压等级有哪些？简述对用电设备、发电及和变压器额定电压的规定。 (10分) 答：我国的电压等级有3KV,6KV,10KV,35KV,(60KV),110KV,(154KV),220KV,330KV,500KV等电压等级。用电设备额定电压与电力系统额定电压相同。考虑电网中有电压损耗，为了尽量使用电设备在额定电压下工作，发电机比电力系统额定电压高5%，变压器一次侧相当于用电设备，规定其额定电压与电力系统额定电压相同。二次侧相当于发电设备，考虑到变压器漏阻抗很大，其额定电压一般比电力系统额定点电压高10%。

30.电力系统中性点接地方式有哪些？各有什么特点？ (10分)

答：电力系统中性点接地方式分两种方式。

小电流接地方式：单相短路接地时故障相对地电压降为零；非故障相对地电压升高为线电压，三相之间的线电压仍然对称，用户约三相用电设备仍能照常运行，但允许继续运行的时间不能超过2h。

大电流接地方式：发生单相接地故障即引起断路器跳闸，中断供电；因此，供电可靠性不如小电路接地方式。发生单相接地故障时，非故障相对地电压仍为相电压，电气设备的绝缘水平只相电压考虑，可以降低工程造价。

31. 电力系统等值网络中，有名制和标么制分别表示什么含义？(10分)答：电力系统等值网络中，有名制表示系统所有参数和变量都以有名单位表示。 标么制表示系统所有参数和变量

都以与它们同名基准值相对的标么制表示，因此没有单位。

32.采用标么值计算有什么优点？(10分)答：采用标么值计算有以下优点：（1）易于比较各元件的特性与参数；（2）方便评估电压质量，判断计算的正确性；（3）能够简化计算公式。

33.什么是自然功率？当远距离交流输电线路输送自然功率时，会有什么有趣的现象？(10分) 答：自然功率为忽略电力线路电阻和对地电导时，末端接阻抗大小等于波阻抗

时电力线路传输的功率。

当远距离交流输电线路输送自然功率时，有以下特点：

（1）电力线路各点电压和电流同相位；

（2）电力线路各点电压大小相等，电力线路各点电流大小相等

34电压降落、电压损耗、电压偏移的定义有所不同

V(RjX)I；把两点间电答：网络元件电压降落是指元件首末端两点电压的相量差，即V12

压绝对值之差称为电压损耗，用V表示，VV1V2；电压偏移是指网络中某点的实际电压同网络该处的额定电压之差，可以用KV表示，也可以用额定电压的百分数表示。若某点的实际电压为V，该处的额定电压为VN，则用百分数表示的电压偏移为 电压偏移（%）VVN100 VN

35.电压降落公式的分析﹝为什么有功跟功角的密切联系;无功与电压有密切联系﹞

答：从电压降落的公式可见，不论从元件的哪一端计算，电压降落的纵、横分量计算公式的结构都是一样的，元件两端的电压幅值差主要由电压降落的纵分量决定，电压的相角差则由横分量确定。高压输电线的参数中，电抗要比电阻大得多，作为极端情况，令R=0，便得VQX/V，VPX/V，上式说明，在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生，电压降落的横分量则因传送有功功率产生。换句话说，元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件，存在电压相角差则是传送有功功率的条件。

36输电线路何时作为无功电源、何时作为无功负荷

答：35KV及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这种线路都是消耗无功功率的；110KV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路成为无功负载，当传输功率较小（小于自然功率）时，电纳中生产的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外，还有多余，这时线路就成为无功电源。（1800：无功电源；1800，无功负荷）

37什么是循环功率的定义

答：由两端电压不等而产生的功率叫循环功率，它与负荷无关，当两电源点电压相等时，循环功率为零。

38.功率自然分布和经济分布的慨念

答：功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的，这种分布称为功率的自然分布。功率在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小，这种功率分布为经济分布。

.潮流方程的表达式﹝式11-25﹞

YV答：PijQiVn ,iijj (i1,2,....

i1n

40潮流方程中节点的分类和相对应的定义

答：分为PQ节点、PV节点和平衡节点三类。

PQ节点的有功功率P和无功功率Q是给定的，节点电压(V,)是待求量。电力系统中的绝大多数

节点属于这一类型。

PV节点的有功功率P和电压幅值V是给定的，节点的无功功率Q和电压的相位是待求量。一般是选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为PV节点。在电力系统中，这一类节点的数目很少。

平衡节点：网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡，故称之为平衡节点。平衡节点只有一个，它的电压幅值和相位已给定，而其有功功率和无功功率是待求量。

41潮流方程中平衡节点存在的必要性﹝潮流计算前有功网损未知,且电网中节点电源的相角须有参考轴﹞

答：在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此，网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定，这个节点承担了系统的有功功率平衡，故称之为平衡节点。另外必须选定一个节点，指定其电压相位为零，作为计算各节点电压相位的参考，这个节点称为基准节点。为了计算上的方便，常将平衡节点和基准节点选为同一个节点。

42.潮流计算的约束条件

答：①、所有节点电压必须满足ViminViVimax（i=1，2，…，n）；②、所有电源节点的有功功率

PGiminPGiPGimax和无功功率必须满足③、某些节点之间电压的相位差应满足ijij；QGiminQGiQGimax max

43.潮流方程的直角坐标和极坐标的表达式,了解节点和电压相量的表示形式,潮流方程存在不同的形式表达式：

答：潮流方程的直角坐标

ejf 导纳矩阵元素：YGjB 节点电压：Viiiijijij

nn

iei(GijejBijfj)fi(GijfjBijej)P

j1j1 nnQfii(GijejBijfj)ei(GijfjBijej)j1j1

极坐标的表达式：

VV(cosjsin) 节点电压：Viiiiii

nPiViVj(GijcosijBijsinij)

j1节点功率方程： 式中，ijij，是i,j两节点电压的相角差。 nQVV(GsinBcos)iijijijijijj1

44无功功率平衡的含义

答：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令QGC为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式是：QGCQLDQLQres

45.中枢点电压调压范的思路，三种调压方式

答：思路：各个负荷点都允许电压有一定的偏移，计及由中枢点到负荷点的馈电线上的电压损耗，便可确定每个负荷点对中枢点电压的要求。如果能找到中枢点电压的一个允许变化范围，使得由该中枢点供电的所有负荷点的调压要求都能同时得到满足，那么，只要控制中枢

点的电压在这个变化范围内就可以了。

三种调压方式：1、逆调压；2、顺调压；3、常调压。

46.常见的调压措施 四种

答：1、调节励磁电流以改变发电机端电压VG；2、适当选择变压器的变比；3、改变线路的参数；4、改变无功功率的分布。

47改变变压器变比的调压方法 例12-3 12-4

答：对应额定电压VN的称为主接头，改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头。 ①降压变压器分接头的选择：VT(PRTQXT)/V1，V2(V1VT)/k，kV1t/V2N， 高压侧分接头电压是：V1tV1VTV2N V2

V1VTV2N V2②升压变压器分接头的选择：V1t

48利用无功补偿调压的原则和思路

答：思路：合理的配置无功功率补偿容量，以改变电力网的无功潮流分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善用户处的电压质量。

①补偿设备为静电电容器：原则：在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。 ②补偿设备为同步调相机：原则：调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷 时按（0.5~0.65）额定容量欠励磁运行。

49.有功负荷的三种分量已及它们的各调整方法

答：三种分量：①变化幅度很小，变化周期较短（一般为10S以内）的负荷分量；②变化幅度较大，变化周期较长（一般为10S到3min ）的负荷分量；③变化缓慢的持续变动负荷。 调整方法：①频率的一次调整（发电机组的调速器进行调整）；②二次调整（调频器参与调整）；③联合调整。

50.频率调整和电压调整的关系或它们的调节顺序

答：当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的。如果首先去提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率更加下降，因而无助于改善系统的运行条件。

51.网损,网损率的慨念

答：所有送电、变电和配电环节所损耗的电量，称为电力网的损耗电量（或损耗能量）。在同一时间内，电力网损耗电量占供电量的百分比，称为电力网的损耗率，简称网损率或线损率。电力网损耗率电力网损耗电量100% 供电量

52.降低网损的技术措施

答：① 提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率；② 改善网络中的功率分布；③ 合理地确定电力网的运行电压水平；④ 组织变压器的经济运行；⑤ 对原有电网进行技术改造。

53..有功经济分配和无功经济分配的目标和原则

答：有功经济分配的目标和原则：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水、火电厂的负荷，使总燃料（煤）耗量为最小。无功经济分配的目标和原则：在有功负荷已确定的前提下，调整各无功电源之间的负荷分布，使有功网损达到最小。

54.电力系统稳定性,同步稳定性,电压稳定性的慨念

答：电力系统稳定性，通常是指电力系统受到微小的或大的扰动后，所有的同步电机能否继续保持同步运行的问题。

同步稳定性：人们把电力系统在运行中受到微小的或大的扰动之后能否继续保持系统中同步电机（最主要是同步发电机）的同步运行的问题，称为电力系统同步稳定性问题（也叫功角稳定性）。

电压稳定性：指电力系统各母线电压在正常和受干扰后的动态过程中被控制在额定电压的允许偏差范围内的能力（幅值和波形）。

55.转子运动方程的物理意义 dd2答：转子运动方程：JAJJ2MaMTMe，J为转动惯量(kgms2);A为角加速dtdt

度(rad/s)；MaMTMe为净加速转矩(kgm)，其中MT为原动机的转矩，Me为发电机的电磁转矩。：机械角位移（rad）；：机械角速度(rad/s)； 2

pp ：电气角；：电力角速度；：加速度。

pA

用表幺值表示的转子运动方程：

dd2d2JaJJ2J2pMa dtdtdt

J21d2N2Ma* 选择转矩基准值MBSB/N，上式两边除以MB便得SBNdt

发电机转子运动方程是研究电力系统稳定性的一个基本方程。