《电气工程基础习题答案》陈慈萱-2003

1《电气工程基础》题解（第1章）1-1简述我国电力工业的现状和发展前景？答：建国以来我国的电力工业得到了飞速的发展，在电源建设、电网建设和电源结构建设等方面均取得了世人瞩目的成就。目前我国电力工业已进入“大机组”、“大电网”、“超高压”、“高自动化”的发展阶段。截至2000年，全国装机容量已达316GW，年发电量1.3*1012KW•h,均居世界第二位，成为一个电力大国。不过与发达国家相比仍有较大差距。主要体现在，我国电力工业的分布和发展还很不平衡，管理水平和技术水平都有待提高，人均占有电力也只有0.25KW。电力工业还需持续、稳步地发展。我国电力工业地发展方针是一方面优先开发水电、积极发展火电、稳步发展核电、因地制宜利用其他可再生能源发电，搞好水电的“西电东送”和火电的“北电南送”建设；另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开，实行竞价上网，建立竞争、开放、规范的电力市场。随着总装机容量为18200MW的三峡水电站的建成，将为我国的电力工业发展注入强大的活力和深远的影响。2009年三峡电站全部建成投产后，将会通过15回500KV交流输电线路和3回500KV直流双极输电线路，将其巨大的电能向周围的区域电网辐射，逐步建成以三峡电站为核心的全国联合电网。1-2电能生产的主要特点是什么？组成电力系统运行有何优点？答：电能生产主要有以下特点：⑴电能的生产和使用同时完成。在任一时刻，系统的发电量只能取决于同一时刻用户的用电量。因此，在系统中必须保持电能的生产、输送、和使用处于一种动态的平衡。⑵正常输电过程和故障过程都非常迅速。电能是以电磁波的形式传播的，所以不论是正常的输电过程还是发生故障的过程都极为迅速，因此，为了保证电力系统的正常运行，必须设置完善的自动控制和保护系统。⑶具有较强的地区性特点。电力系统的规模越来越大，其覆盖的地区也越来越广，各地区的自然资源情况存在较大差别，因此制定电力系统的发展和运行规划时必须充分考虑地区特点。2⑷与国民经济各部门关系密切。电能被广泛的应用于国民经济的各个部门和人们生活的各个方面，且整个社会对电能的依赖性也越来越强，电力供应不足和电力系统故障造成的停电，给国民经济造成的损失和对人们日常生活的影响也越来越严重。组成电力系统运行的优点有：⑴合理利用资源，提高系统运行的经济效益。在电力系统中，通过不同类型的火电厂、水电厂、核电厂之间的调节和互补，可以充分利用水力资源、降低煤耗，保证系统有充足的电能供应，提高电力系统运行的整体效益。⑵可以减小总负荷的峰值，充分利用系统的装机容量，减小备用容量。组成电力系统后，由于各个地区的负荷尖峰的相互交错，系统的最高负荷一定会比各地区的最高负荷之和要小，因此，系统的装机容量就可以得到充分利用。另一方面，组成系统后，由于系统中的所有发电机都并列运行，其负荷可以相互调节，各机组互为备用，所以整个系统实际所需的备用容量，要比按各个电厂孤立运行时所需的备用容量要小的多。⑶可以大大提高供电的可靠性和电能质量。组成电力系统后，由于在系统中是多个发电厂并列运行，个别机组发生故障时对系统电能质量的影响甚微；且故障机组退出运行后，它所带的负荷可由系统中其它运行的机组和备用机组分担，因此可大大提高供电的可靠性和电能质量。⑷可以采用高效率的大容量发电机组。运行经验表明，大容量发电机组的运行效率较高，而其单位容量的基建投资和运行费用均相对较低。组成大的电力系统后，由于有足够的备用容量可使大容量机组的运行无后顾之忧，可以充分发挥其效益，提高电力系统整体运行的经济性。1-3动力系统、电力系统及电力网各自由哪些部分组成？对电力系统的运行有何要求？答：动力系统是由带动发电机转动的动力部分、发电机、升压变电所、输电线路、降压变电所和负荷等环节构成的整体；电力系统是由发电机、电力网和负荷组成的统一体；电力网则是由各类降压变电所、输电线路和升压变电所组成的电能传输和分配的网络，对电力系统运行的基本要求有3⑴保证供电的安全可靠性。这是对电力系统运行的最基本要求。从发电到输电以及配电，每个环节都必须保证安全可靠，不发生故障，以保证连续不断的为用户提供电能。为此，电力系统各部门应加强现代化管理，提高设备的运行和维护质量。⑵保证电能的良好质量。电力系统不仅要满足用户对电能的需要，而且还要保证电能的良好质量。频率、电压和波形是电能质量的三个基本指标，其额定值是电气设备设计的最佳运行条件。电力系统要保证这三个指标符合其额定值的规定。⑶保证电力系统运行的稳定性。电力系统在运行中不可避免地会发生短路事故，此时系统地负荷将发生突变。当电力系统地稳定性较差，或对事故处理不当时，会导致整个系统的全面瓦解。因此稳定问题是影响大型电力系统运行可靠性的一个重要因素。⑷保证运行人员和电气设备工作的安全。这是电力系统运行的基本原则，为此要求不断提高运行人员的技术水平和保持电气设备始终处于完好状态。⑸保证电力系统运行的经济性。电能成本的降低不仅会使各用电部门的成本降低，更重要的是节省了能量资源，因此会带来巨大的经济效益和长远的社会效益。综上所述，保证电力系统运行的稳定性，安全可靠地向用户提供充足、优质而又经济地电能，是人们对电力系统地基本要求，1-4试述电力系统的质量指标及达标的基本措施。答：频率、电压和波形是电能质量地三个基本指标。我国规定电力系统的额定频率为50HZ，大容量系统允许频率偏差＋0.2HZ，中小容量系统运行频率偏差＋0.5HZ；电压质量方面，35KV及以上的线路额定电压允许偏差＋5％，10KV线路额定电压运行偏差＋7％，380/220V线路额定电压运行偏差＋7％，；对于波形，电压波形为正玄形，10KV线路波形总畸变率不大于4％，380/220V线路电压波形总畸变率不大于＋5％。电力系统的负荷是不断变化的，系统的电压和频率必然会随之变动。这就要求调度必须时刻注视电压、频率变化情况和系统的有功和无功负荷平衡情况，随时通过自动装置快速、及时地调节发电机地励磁电流或原动力，停止或启动备用4电源及切除部分负荷等，使电力系统发出地有功和无功功率与负荷的无功和有功功率保持平衡，以保持系统额定电压和额定频率地平衡。波形质量问题主要由谐波污染引起，为保证波形质量就必须限制系统中电压，电流中地谐波成分，确保电能质量。1-5我国标准额定电压等级有哪些？发电机、变压器和电力网的额定电压的选用原则是什么？答：我国国家标准规定的额定电压等级为3，6，10，20，35，63，110，220，330，500，750KV，均指三相交流系统的线电压。由于发电机总是接在线路的首端，所以它的额定电压应比电网的额定电压高5％，用于补偿电网上的电压损失；变压器一次绕组的额定电压规定等于电网的额定电压，但是当变压器的一次绕组直接与发电机的出线端相连时，其一次绕组的额定电压应与发电机的额定电压相同；变压器的二次绕组的额定电压规定应比同级电网的额定电压高10％，当变压器的二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小时，则变压器二次绕组的额定电压可比同级电网的额定电压高5％；电网的额定电压，国家规定各级电网电压在用户处的电压偏差不得超过＋5％，故在运行中可允许线路首端的电压比额定电压高5％，而末端的电压比额定电压低5％。1-6试述火电厂、水电厂、核电厂的基本生产过程及其特点。答：火电厂通过固体、液体、气体燃料的化学能来生产电能。其生产过程如下：首先原煤由输煤皮带送入煤斗，通过磨煤机磨成煤粉，再由排粉风机将煤粉混同热空气经喷燃器送入锅炉的燃烧室燃烧，加热燃烧室四周水冷壁管中的水，使之变成蒸汽，此蒸汽再经过过热器变为高温高压的过热蒸汽经过蒸汽管道进入汽轮机，推动汽轮机的转子旋转，带动连轴的发电机发电。在汽轮机内做完功的蒸汽经凝汽器放出汽化热而凝结成水后，由凝结水泵送入低压加热器和除氧器加热和除氧，除氧后由水泵打入高压加热器加热，再经省煤器进一步提高温度后重新进入锅炉的水冷壁管中，如此重复，循环使用。火电厂的特点是：燃料需要量极大，同时还大量排放废气、粉尘和废渣，会对城市环境造成污染。水电厂利用河流所蕴藏的水能资源来发电。水电厂分为堤坝式和引水式等，其中以堤坝式水电厂应用最为普遍。以堤坝式为例，水电厂的生产过程为：拦河坝将上游水位提高，形成水库，水库的水在高落差的作用下经压力水管高速进入5螺旋形涡壳推动水轮机旋转，水轮机的转子带动同轴发电机旋转发电。与火电厂相比，水电厂的生产过程相对简单，水能成本低廉，无污染，水电厂易于实现自动化控制和管理，能适应负荷的急剧变化，调峰能力强，且水电厂的兴建还可以同时解决防洪、灌溉、航运等多方面的问题，从而实现江河的综合利用。但是水电建设也存在投资大、建设工期长、受季节水量变化影响较大等缺点，且建设水电的过程中还会涉及到淹没农田、移民、破坏自然和人文景观以及生态平衡等一系列问题，都需要统筹考虑、合理解决。核电厂利用核能发电，核能发电的过程和火力发电过程类似，只是其热能是利用置于核反应堆中的核燃料在发生核裂变时释放出的能量而得到的。核电厂的主要优点是可以大量节省煤、石油等燃料。《电气工程基础》题解（第2章）2-1某电力系统的日负荷曲线如图2-10所示。试作如下计算：⑴系统的日平均负荷avP；⑵负荷率mk和最小负荷系数；⑶峰谷差。解：（1）系统的日平均负荷avP8111(70250480210042424248029041204702)85davkkkAPPTMW（2）负荷率mk和最小负荷系数6max120()PMWmax850.708120avmPKPminmax500.42120PP（3）峰谷差min50()PMWmaxmin1205070()PPPMW2-2何谓负荷特性？负荷特性如何分类？答：电力系统综合负荷取用的功率一般要随系统运行参数（主要试电压U或频率f）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。负荷特性有静态特性和动态特性之分。2-3何谓谐波含量、谐波总崎变率和谐波含有率？答：谐波含量是指各次谐波平方和的开方，分为谐波电压含量和谐波电流含量。谐波电压含量可表示为22HnnUU谐波电流含量可表示为22HnnII谐波总崎变率是指谐波含量与基波分量的比值的百分数称为谐波总崎变率，用THD表示。由此可得：电压总崎变率为1100%HUUTHDU电流总崎变率为1100%HIITHDI2-4电力系统中有哪些主要谐波源？答：根据负荷特点，电力系统的谐波源大致可分为下面两类。⑴含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。⑵整流和换流电子器件所形成的谐波源。2-5电力系统中的谐波可以造成哪些危害？7答：电力系统中的谐波会对电网产生严重污染，影响电能质量，增加能量损耗，甚至危害电气设备和电力系统的安全运行。主要危害有：⑴谐波可使旋转电机附加损耗增加、出力降低，绝缘老化加速。谐波电流与基波磁场间的相互作用引起的振荡力矩严重时能使发电机产生机械共振，使汽轮机叶片疲劳损坏。当谐波电流在三相感应电动机内产生的附加旋转磁场与基波旋转磁场相反时，将降低电动机的效率，使电动机过热。在直流电机中，谐波处附加发热外，还会引起换相恶化和噪声。⑵谐波电流流入变压器时，将因集肤效应和邻近效应，在变压器绕组中引附加铜耗。谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加。3次谐波及其倍数的谐波在变压器三角形接法的绕组中形成的环流会使变压器绕组过热。此外，谐波还会使变压器的噪声增大，使绝缘材料中的电场强度增大，缩短变压器的使用寿命。⑶谐波电压作用在对频率敏感（频率越高，电抗越降低）的电容元件上，例如电容器和电缆等，会使之严重过电流，导致发热，介质老化，甚至损坏。⑷高次谐波电流流过串联电抗器时，会在串联电抗器上形成过高的压降，使电抗器的匝间绝缘受损。⑸谐波电流流过输电线（包括电缆）时，输电线的电阻会因集肤效应而增大，加大了线路的损耗。谐波电压的存在可能使导线的对地电压和相间电压增大，使线路的绝缘受到影响，或使线路的电晕问题变得严重起来。⑹谐波电压和谐波电流将对电工仪表的测量正确度产生影