电力系统概论答案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。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、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／Δ)或D，y(Δ/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５％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，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Π型等值电路。答案：①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：)/(1703.01855.311KMSr线路每公里电抗为：)/(4089.00157.05.95000lg1445.00157.0lg1445.01KMrDxge线路每公里电纳为：)/(107855.2105.95000lg58.710lg58.76661KMSrDbge2章思考题与习题②双回线路的参数为：11641110.17031008.515()22110.408910020.445()22111222.7855101002.785510()222RrlXxlBblS③线路的型等值电路2.2某变电所有一台SFL1-31500/110型的双绕组变压器，ΔPS=91kW，US%=10.5，ΔP0=10.05kW，I0%=0.8,试求变压器的参数并作出其等值电路。答案：①变压器的电阻为)(1097.110315001109110322322NNSTSUPR②变压器的电抗为：)(3333.4010315001105.1010%22NNSTSUUX③变压器的电导为：)(108678.0101105.1010632320SUPGNT④变压器的电纳为：)(100826.210110315008.010%552520SUSIBNNT⑤变压器导纳中的功率损耗为：)(2525.10315001008.05.10100%0000KVAjjSIjPQjPN⑥变压器的等值电路如下：2.4某变电所有一台SFSL1-8000／110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：①计算各绕组的电阻：对短路损耗进行归算，即)(1284)()(76)(1084)(32223232313121222121kWPSSPPkWPPkWPSSPPSNNSSSSSNNSS计算各绕组的短路损耗)(48)10812876(21)(21)(80)76128108(21)(21)(28)12876108(21)(21213231331322123231211kWPPPPkWPPPPkWPPPPSSSSSSSSSSSS计算各绕组的电阻)(08.91080001104810)(13.151080001108010)(29.51080001102810322322333223222232232211NNSTNNSTNNSTSUPRSUPRSUPR②计算各绕组的电抗各绕组的短路电压百分数为3.7)2.8168.6(21%)%%(21%3231211SSSSUUUU7.8)8.6162.8(21%)%%(21%5.0)162.88.6(21%)%%(21%21313233132212SSSSSSSSUUUUUUUU计算各绕组的电抗)(59.1311080001107.810%)(056.71080001105.010%)(41.1101080001103.710%223322222211NNSTNNSTNNSTSUUXSUUXSUUX)(1074.1101102110632320SUPGNT)(1095.51011080009.010%652520SUSIBNNT661.74105.9510()TTGjBjS)(722180001009.021100%0000KVAjjSIjPQjPN③计算变压器的导纳及其功率损耗（空载损耗）则④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=0.17Ω／km,x1=0.409Ω／km,b1=2.82×10-6S/km。如果要维持线路末端电压U2=118∠0°kV，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