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农村电力网作业题答案
东北农业大学网络教育学院
农村电力网作业题
(一)
一、回到下列问题(40分)
1.衡量电能质量的指标是什么?
答:
衡量电能质量的指标是电压、频率和波形。
2.架空输电线路由哪些部分组成?
答:
架空输电线路包括导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具。
3.三相导线的位置不对称时会产生什么后果?
如何改善?
答:
三相导线布置的位置不对称,则各相的电感值就不会相等,当通过相同的电流时,各相的压将不相等,将引起三项电压的不平衡。
此外,还会对周围通讯线路造成干扰。
改善措施是进行导线换位。
4.什么是电晕?
它的后果是什么?
避免电晕现象的有效措施施什么?
答:
电晕是一种气体放电现象,是当导线表面电场强度达到或超过某一数值时,导线周围的空气分子游离而产生的。
主要后果是消耗有功功率,而且产生噪声,干扰通讯线路。
避免电晕现象应设法降低导线表面的电场强度值,一般采用分裂导线或扩径导线。
5.电力网的损耗由哪几部分组成?
答:
电力网的损耗主要体现在输电线路和变压器上。
6.降低线损的措施由那些?
答:
降低发电机和变压器的损耗标准,改变电力网的功率分布,提高负荷的功率因数,提高电网电压运行水平,实现变压器的经济运行,实现整个系统的有功、无功经济分配。
7.我国现行的电压等级有那些?
试列出具体值?
答:
3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV。
8.电力系统的调压措施有那些?
答:
改变发电机端电压调压,改变变压器分接头调压,改变电力网无功功率分布调压,改变输电线路参数调压。
9.什么是时电力系统的短路?
有哪几种类型?
答:
电力系统短路是指相与相之间或相与地之间的不正常接触。
有三相短路、单相接地短路、两相短路、两相接地短路。
10.什么是标幺制?
有何特点?
答:
标幺制就是把各种物理量用标幺值来表示的一种方法,标幺值为实际值和基准值之比。
采用标幺值时,
可使计算简化。
二、计算题(60分)
1•试计算SFL1—20000/110型双绕组变压器归算到高压侧的参数,并画出它的等值电路。
变压器铭牌给出该变比为110/11、Sn=20MVA、Pk=135kW、P°=22kW、Uk%=10.5、1。
%=0.8。
解由短路损耗Pk=135kW可求得变压器电阻为
=4.08(")
PkUN1351102
1000SN_1000202
由短路电压百分值Uk%可求得变压器电抗为
由空载损耗P°=22kW可求得变压器励磁支路的电导为
p22
Gt022=1.8210-(S)
1000UN10001102
由空载电流百分值10%可求得变压器励磁支路的电纳为
I0%Sn
0.820
100UN
~1001102
=1.32210-(S)
于是等值电路如图2-2所示。
L—lit
'U
S;=Si+AS!
=15p496+i9,661MVA
△Qyi二-jl.lx10-+xllO2^-jL.331MVar(1分)
§!
=Si-t-^Q?
j=15+496+j8,33MVA(1分)
⑵令0=116^>KV
*△Qt*=修+jgW砂紙VA
(i分〕
(1分)
R+js)=0.496+j0,992NIVA
首2=U)AUZ-j5IIz=Ik-(卩喪&3+j日寫$耳)=109,997-j3678=110.
0冏/ 3.网K点发生两相短路接地,求K点短路电流值。 ioMVA H比―匹二 解: 取耳二60MVA '©—-V— Oq%*■! 帕巧叫 =^2=0.32 XLO=3x0.0906=0.272 XT=0.105x^^0.2 Q,372x0.2 0.572 =0J3 XS=0.32+(0.32#10J3)=0.412- _().32xOJ3._ (0,32i-0,13)2 ,tLkT=0? 412=2^424 X2.424 =3.74KA 农村电力网作业题 (二) 一、回到下列问题(60分) 1.对电力系统运行的基本要求是什么? 答: 最大限度地满足用户用电的需要,保证供电的可靠性;保证良好的电能质量;保证电力系统运行的经济性。 2.架空线路有哪些部分组成? 答: 架空输电线路包括导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具。 3.导线类型有哪些? 答: 导线按材料有铜线、铝线、钢线,按结构形式有单股导线、多股导线、钢芯铝绞线,按机械强度有普通型、轻型、加强型。 4.杆塔分几种类型? 答: 杆塔分五种类型: 直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆、特种杆。 5.某一架空线路的绝缘子链个数为8,试估计该线路的电压等级? 答: 110kV。 6.在近似计算中,输电线路的电抗X1取多少? b1取多少? -6 答: Xi取0.4Q/kM;bl取3X10-S/kM。 7.我国电力系统所采用的中性点接地方式主要有那几种? 答: 中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地、中性点不接地。 8.电力系统的调压措施有那些? 农村电网调压主要采用什么方式? 答: 改变发电机端电压调压,改变变压器分接头调压,改变电力网无功功率分布调压,改变输电线路参数调压。 农村电网主要靠改变变压器分接头调压,改变电力网无功功率分布调压。 9.选择导线截面积时应考虑那些因素? 答: 选择导线时应考虑技术条件和经济条件,技术条件包括电晕、机械强度、热稳定及电压损耗。 经济条件包括成本和运行维护。 10.当突然短路时大约经过多长时间会出现冲击电流? 冲击电流约为短路电流的多少倍? 答: 当突然短路时大约经过0.01秒会出现冲击电流,冲击电流约为短路电流的(2.55~2.7)倍。 11.电力系统的短路有哪几种类型? 有何危害? 答: 电力系统短路是指相与相之间或相与地之间的不正常接触。 有三相短路、单相接地短路、两相短路、两相接地短路。 短路电流可能达到该回路电流的几倍、几十倍甚至几百倍,使导线严重发热,造成造成导体熔化和绝缘损坏,同时巨大的短路电流还将产生很大的电动力,可能使导体变形或损坏。 短路电流可能使电网电压降低,严重时可能造成电压崩溃,造成大面积停电。 短路时产生的高温电弧,可能损坏故障元件本身,也可能烧坏周围设备。 短路时可能使发电机的稳定性破坏,引起保护装置的误动作及大量甩负荷。 不对称短路会产生负序和零序分量。 不对称短路时会使非故障相电压升高。 12.什么样的电源可以认为是无限大功率电源? 答: 系统功率为无穷大,系统阻抗约为零,系统母线电压恒定。 间距离为4m,求线路的参数并画出等值电路图。 (15分) 二、一条长度为100km,额定电压为110kV的双回路架空输电线,导线型号为LGJ—185,水平排列,线 解LGJ—185型号导线,查表得: 半径「=d二! 9=9.5mm=0.95cm 22 线路每千米的电阻 (可由附录表2中查得): 0.17「】/km S 线路每千米的电抗 X1=0.1445©直0.01r 3 4424=5.04m=504(cm) 504小 刘=0.1445lg0.0157=0.409("/km) 0.95 Dm 7.587.5810 b110 Dmlg-r 双回线路的电阻、电抗和电纳为 线路每千米的电纳 _6 2.7910((S/km),504 lg 0.95 cA0.17100 R18.45(」) 22 洛10.409汉100小 X120.45(门) 22 B=2b1l=22.7910』100=55810°(S) 电晕临界电压 取mi=i、m2=1(晴天),: =1 504 Ucr=49.31110.95lg127.61(kV) 0.95 中间一相导线的临界电压为Ucr=0.96127.61=122.51kV,因为Ucr>U(工作电压),所以,线路在晴天 不会发生电晕。 线路的等值电路如图2-1所示。 4IJvw,_O o- 三、有一台降压变压器如图所示,其归算至高压侧的参数为4.93+j63.525Q,已知变压器母线在任何方 式下均维持电压为107.5KV,其低压侧母线要求顺调压,若采用静电电容器作为补偿设备,试选择变压器分接头和无功补偿设备容量。 解: f心T场 =d卡? 战4 「.⑴Umax=1O7,5--X迪霍尹鉉竺=98.7KV Dmin'二l07.5-34」±^l"? ¥=102.%KV(3分) 107,5 (2)按最小负荷时无补偿■烤况来选择变压器分接头■ IV=102.96x1^—^105.35^选用110-2.5%,即107.25/UKV(2分) 接疑大负荷时调压要茨确宦Qc容虽 Qc二x(10,25「9&7xx-1.952(3分) ⑶验算: 最木负荷时补绘设备全靜投入 bimuc=107,5-—4.93+x63■迈=射^KV ll1 107.5 U.^=99.85x諾'矛=10.24F7V电压偏稼⑷需谒™*100%=0.1% 最小负荷时=102.96x11/107.25=10.56ICV 电压偏移=100%=1,8%(3分) 10.75 农村电力网作业题(三) 、(25分) 降压变压器及其等值电路如图所示。 归算至高压侧的阻抗为RT+jXT=2.44+j40Q。 已知在最大和最小 负荷时通过变压器的功率分别为Smax=28+j14MVA和Smin=10+j6MVA,高压侧的电压分别为 Ulmax=110kV和Ulmin=113kV。 要求低压母线的电压变化不超过6.0~6.6kV的范围,试选择分接头。 - HO+2X2.5V6.3kV 3L5MVA 解: 先计算最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗 110 .-■: VTmin2.44640kV=2.34kV : VTmax=282.441440kV=5.7kV 2ma=6kV和V2min=6.6kV,则可得 113 假定变压器在最大负荷和最小负荷运行时低侧的电压分别取为V V1tmax二110—5.763kV=109.4kV 6.0 V1tmin=113-2.3463kV=105.6kV 6.6 取算术平均值 匕护=: 109.4105.6kV/2=107.5kV 选最接近的分接头V1t=107.25kV。 接所选分接头校验低压母线的实际电压。 、6.3 V2max=(110-5.7〃kV=6.13kV>6kV 107.25 f、6.3,、,,、, V2min二113-2.34kV=6.5kV: : 6.6kV 107.25 可见所选分接头是能满足调压要求的。 二、(25分) 三个火电厂并联运行,各电厂的燃料特性及功率约束条件如下 2 F1=4+0.3Pg1+0.0007PG1t/h,100MW^Pg1<200MW 2 F2=3+0.32Pg2+0.0004PG2t/h,120MW^Pg2<250MW 2 F3=3.5+0.3PG3+0.00045PG3t/h,150MW^Pg3<300MW 当总负荷为400MW寸,问负荷如何分配最为经济? 解: 1、按所给耗量特性可得各厂的微增耗量特性为 1dFr=0.30.0014FG1, dFG1 dPG2 =0.320.0008FG2 /,30.3亠0.0009Pg3 dPG3 令入1=入2=入3,可解出 Pgi=14.290.572Pg2=0.643Pg3,Pg3=22.220.889Pg2 2、总负荷为400MW,即Pg! FG2•FG3=400。 将Pg1和Pg3都用PG2表示,可得 2.461Pg2=363.49 于是,Pg2^147.7MW,FG^14.290.572FG2=14.290.572147.7MW=98・77MW 由于Pgi已低于下限,故应取PG1=100MW.剩余的负荷功率300MW,应在电厂2和电厂3之间重新分配。 Pg2Pg3=300 将PG3用PG2表示,便得 PG2+22.22+0.88电=300 由此可解出: PG2=147.05MW和FG3=300-147.05MW=152.95MW,都在限值内。 、(25分) 如图所示系统,变压器的容量为20兆伏安,额定电压为110/38.5千伏。 参数如下: Zt=4.93•j63.5欧(归算到2侧),Zl=21.6•j33.0欧,Bl/2=1.110°西,变压器导纳支路功率为.■: Sty=60j600千伏安,低压侧负荷S^15jll.25兆伏安。 现要求低压侧电压为36千伏,求电源处 1L2t3 (a) 1的母线电压及输入的功率。 (b) U3=36110/38.5=102.86KV 变压器的电压损耗 2点的电压 U2=氏Ut=102.867.66=110.52KV(略去横分量) 变压器串联阻抗的功率损耗 •瓦--j丄U22Bl--j1.110-110.522-_j1.34Mvar 2 从线路串联阻抗中流出的功率 〜〜/ S2=S2+ASY2=(15.22+j13.96)+(—j1.34)=15.22+j12.62MVA线路电压损耗 Au_PR+Q2XL_15.22汉21.6+12.62汇33.0_674KV L-U2-110.52-. 1点的电压 U1二U2UL=110.526.74=117.26KV(略去横分量) 线路阻抗上的功率损耗 线路首端导纳功率 〜4 .Sy1=_j㊁U「Bl--j1.110-117.262-_j1.51Mvar 进入系统的功率 §=S2: S~LZ*SY1=(15.22-j12.62)(0.69-j1.06)^-j1.51)MVA =15.91j12.17MVA 四、(25分) 在题三图所示的电力系统中,三相短路发生在右点和f2点,系统对母线a处的短路功率为1000MVA, 母线a的电压为恒定值,试计算短路电流周期分量。 各元件参数如下: 线路L1: 40km,x=0.4Q/km。 变压器T: 30MVA,Vs%=10.5。 电抗器R: 6.3kV,0.3kA,X%=4。 电缆L2: 0.5km,x=0.08Q/km. 解: 取Sb=100M,Ub二Uav。 先计算第一种情况。 系统用一个无限大功率电源代表,它到母线a的电抗标幺值 各元件的电抗标幺值分别计算如下: 线路L*=0.440-100r=0.12 1152 变压器T: X2=0.105100=0.35 30 电抗器R: X3=0.041001.22 J3乂6.3X0.3 100 电缆L2: X4=0.080.52=0.1 6.3 在网络的6.3KV电压级的基准电流为Ib=—KA=9.16KA J3汉6.3 当人点短路时 Xf十Xs*X=0.10.120.35=0.57 短路电流为I=丄邑二916^=16.07KA X0.57 当f2点短路时 X^=XsX! X2X3X4=0.10.120.351.220.1=1.89 916 短路电流为I工一上KA=4.85KA 1.89 对于第二种情况,无限大功率电源直接接于母线a即Xs=0,所以在花点短路时 916 X「二X,X2=012035=047,1KA=19.49KA -0.47 在f2点短路时 X「卡X2X3X4=0.120.351.220.1=1.79,I二KA二5.12KA 12341.79 、有一回电压等级110kV,长为150km的输电线路,末端接一台容量为为110/11kV。 如图1所示,当A的实际电压。 (注: Pk=190kW, 农村电力网作业题(四) 31.5MVA的降压变压器,变比 点实际电压为115kV时,求A、C二点间的电压损耗及B点和C点 LGJ-15ft 150km Uk%=10.5,P0=31.05kW,1。 %=0.7)(20分) SFL1-31500/110, 110/llkV 2t^j]5MVA 题一图 解线路LGJ—150 17 =8.5(mm) ri=0.21(Q/km) D x1=0.1445lg-r 0.0157=0.1445lg 40000.0157=0.401(1】/km) 8.5 75866 R=0.21150=31.5(Q) X=0.401150=60.15(Q) 1B 2 变压器: Rt 1901102 2 100031.5 Xt _PkUN 1000SN Uk%uN10.51102 10031.52 =2.317(") Gt Bt 100SN p。 1000UN _31.05 ~10001102 =40.3(") =2.56610』(S) I0%Sn 100Un 二穿肾「8210飞 设Uc=110,,0° ■Ut =2°2317154°.3=5.92 110 ■■■Szt rt jPxT u2 202152 1102 2.317 202152 1102 40.3=0.12j2.08 •0丁=UB(GTjBT)=1102(2.566j18.2)10^=0.03j0.22 SB二Sc: SZT=(20j15)(0.12j2.08)=20.12j17.08 SB二Sc0=(20j15)(0.12j2.08)(0.03j0.22)=20.15j17.3 42 Sb=Sb: Syi2=20.15j17.3—j2.1310-110=20.15j14.72 22 二20.15+14.72l丄—l、*—丄c— -SZ12(31.5■j60.15)=1.62j3.10 110 .: Sy11二-j2.1310-1102二-j2.58 Sa二Sb.: Sz1「: Sy11=20.15j14.721.62j3.10-j2.58=21.77j15.24 由Sa和A点电压求各点电压及电损耗 Ub=.】(115-13.93)27.212=101.33(kV) 20.12汉2.317+17.08X40.3 .Ut7.25 101.33 Uc=(101.33-7.25)27.612=94.39(kV) .UAC=115-94.39=20.61(kV) 、简单输电系统如图2所示,变压器变比为110±2X2.5%/11kV,若不计变压器励磁支路及线路对地电 容,则线路和变压器的总阻抗Z=26+j130Q,节点A的电压为118kV,且维持不变,降压变电所低 压侧母线要求常调压,保持10.5kV电压。 若补偿设备为静电电容器试配合变压器分接头的选择确定 受端应设置的无功补偿容量。 (20分) 解计算补偿前最大、最小负荷时低压侧归算到高压侧的电压。 先计算功率损耗 首端功率为 SAmax=SmaxSmax=(20j15)(1.34j6.71)=21.34j21.71MVA Samin二SminLSmin=(10-j7.5)(0.34j1.68)=10.34j9.18MVA 因此,i节点电压为 Uimax=118-21・34262「71130=89.38(kV) 118 UiminW8V34SB他 =105.61(kV) (a)选择电容器容量。 先按最小负荷时电容器全部退出的条件选择变压器变比,为 Uii UtirUiminNL=105.61110.64(kV) Uimin10.5 于是可选择110kV电压的主抽头,即Uti=110kV,则变压器变比k=110/11=10。 2 1010.5 130 10.5晋 再按最大负荷时的要求,求无功补偿容量 =12.62(Mavr) 三、如图3所示网络中,A、B、C为三个等值电源,其中Sa=75MVA,Xa=0.380,Sb=535MVA,Xb=0.304。 C的容量和电抗不详,只知装设在母线4上的断路器QF的断开容量为3500MVA。 线路h、◎I3的长 度分别为10、5、25km,电抗均为0.4Q/km。 试计算在母线1三相直接短路时的起始次暂态电流和短路冲击电流。 (20分) 解: 取Sb=1000MVA,作系统的等值网络如图 首先确定电源C的等值电抗Xc。 如果短路不是发生在母线1,而是发生在母线4的断路器QF之后, 则电源A、B、C供给的短路电流都要通过QF,其中电源A、B供给的短路电流决定于如下的电抗 X*=[(5.07+0.151)//0.586]+0.242=0.754 短路瞬间,这两个电源供给的短路功率为 11 S'=I*SbSb1000=1326(MVA) X*0.754 断路器QF允许电源C供组的短路功率为3500-1326=2174(MVA) 由此可得电源C的等值电抗Xc至少为Xc*1=1000=0.46 S*2174 然后作母线1的短路计算。 这时整个网络对短路点的等值电抗为 Xe*={[(0.46+0.242)//0.586)+0.151]//0.507}+0.302=0.728 由此得到起始次暂态电流为 “1 I*1.373 0.728 以有名值表示则为 1000 I: =I*Ib=1.3736.89(kA) ^3x115 冲击电流的有名值为 iM=2.551=2.556.89=17.57(kA) 四、如图4所示的某三相系统中k点发生单相接地故障,已知j1, Z1^=j0.4,S=j0.5,Zos=j0.25,Zk=j0.35。 求a相经过阻抗Zk接地短路时短路点的各相电流、电压。 (20分) 解单相接地时复合
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