刘天琪电力系统分析理论 答案完整版

V2 min
=
(110 +
4.72) ×10.5 121
=
9.96kV
所选分接头不能满足调压要求，但不严重。
5-9 、 有 一 台 降 压 变 压 ， SN=20MVA, VN=110±2×2.5%/11kV ，
△Ps=163kW,Vs%=10.5。变压器低压母线最大负荷为 18MVA，cosφ=0.8; 最小负 荷为 7MVA，cosφ=0.7。已知变压器高压母线在任何方式下维持电压为 107.5kV， 如果变压器低压侧要求顺调压，试选择变压器的分接头。
5-2、电力系统中无功负荷和无功功率损耗主要指什么？ 答：电力系统的无功负荷分为感性与容性两类，感性无功负荷用于建立变压
器、电动机以及所有电磁元件的磁场，容性无功负荷用于建立电容器等元件的电 场，感性无功与容性无功可以相互补偿。电力系统的无功负荷主要是指以滞后的 功率因数运行的用电设备所吸收的感性无功功率，其中主要是异步电动机。一般 情况下，系统综合负荷的功率因数大致为 0.6～0.9。综合负荷的功率因数愈低， 负荷所吸收的无功功率也愈多。
且没有必要。然而，选择一些有集中负荷的母线作为电压中枢点，运行人员监视 中枢点电压，将中枢点电压控制在允许的电压偏移范围以内。只要这些中枢点的 电压质量满足要求，系统中其它各处的电压质量也基本上满足要求。
简单一句话概况为：通过对中枢点电压控制实现电网电压调整。 电力系统的电压调整可以采用以下措施：
5-8、图 5-8 所示为一升压变压器，其额定容量为 31.5MVA，变比为 10.5 /121± 2× 2.5% ，归算到高压侧的阻抗 ZT = (3 + j48)Ω ，通过变压器的功率 Smax = (24 + j16)MVA,Smin = (13 + j10)MVA 。高压侧调压要求 Vmax = 120kV, Vmin = 110kV, 发电机电压的可能调整范围为 10~11kV，试选择变压器分接头。
5-4、电力系统中电压中枢点一般选在何处？电压中枢点的调压方式有哪几种？
哪一种方式容易实现？那一种不容易实现？ 答：一般可选择下列母线作为电压中枢点： A. 大型发电厂的高压母线; B. 枢纽变电所的二次母线; C. 有大量地方性负荷的发电厂母线。 中枢点调压方式：逆调压、顺调压、常调压。 逆调压时，要求最大负荷时将中枢点电压升高至105%VN ，最小负荷是将其 下降为VN 。 顺调压时，最大负荷时允许中枢点电压低一些，但不得低于电力线路额定电 压的102.5% ，最小负荷时允许中输电电压高一些，但不得高于电力线路额定 电压的107.5% 。 常调压时，在任何负荷下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，一般比电
− 1) × 100%
=
−2.2%
所以选分接头为-2.5%，即 V1t = 34.125kV
按所选分接头校验低压母线的实际电压
V2 max
= (V1 max
−
ΔVt
max
)
×
V2N V1t
=
(36
−
2.2888) ×
10.5 34.125
= 10.3726 kV > 10.25 kV
电压偏移 =
10.3726 10
5-7、35kV 电力网如题图 5-7 所示。已知：线路长 20km，r1=0.2Ω/km，x1=0.35Ω/km； 变压器归算到高压侧的阻抗 ZT =1.6+j9.0Ω，变比为：35±2×2.5%/10.5；最大负
荷 SLDmax=4.8+j3.0 MVA，最小负荷 SLDmin= 2.6+j1.8 MVA，调压要求是最大负荷 时不低于 10.25kV，最小负荷不高于 10.75kV。若线路首端电压维持 36kV 不变， 试选变压器分接头。
力线路额定电压高 (2 ~ 5)%VN 。
5-5、电力系统调压的基本原理是什么？电力系统有哪几种主要调压措施？当电
力系统无功不负时，是否可以只通过改变变压器的变比？为什么？ 答：基本原理： 由于电力系统的结构复杂，用电设备数据极大，电力系统
运行部门对网络中各母线电压及用电设备的端电压进行监视和调整是不可能，而
答：变压器低压侧要求顺调压，10kV 母线电压在最大负荷时不低于 10.25kV， 最小负荷时不高于 10.75kV。
(1) 计算系统的参数 高压侧额定电压为 110kV，变压器高压侧的参数如下：
题 5-7 图 答：(1)计算网络参数 输电线路参数：ZL =(0.2+j0.35)×20=4+j7 Ω 总阻抗：Z=ZL+ZT=5.6+j16Ω 等值电路图为：
S LD
(2) 计算最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗
ΔSmax
=
4.82 + 32 352
× (5.6 + j 16) = 0.1465 + j0.4185
MVA
ΔS min
=
2.62 + 1.82 352
× (5.6 + j16) =
0.0457 + j0.1306
MVA
为什么电压用 35kV？ S1 max = S LD max + ΔS max = 4.9465 + j3.4185 MVA
S1 min = S LD min + ΔS min = 2.6457 + j1.9306 MV
第五章
5-1、电压变化对用户有什么影响？电力系统中无功功率平衡与节点电压的关
系？ 答：电压变化对用户的影响：用电设备偏离额定电压必然导致效率下降，经
济性变差。电压过高会大大缩短照明灯的寿命，也会对设备的绝缘产生不利影响。 电压过低会引起发热，甚至损坏。系统电压崩溃。无功功率平衡与节点电压的关 系：当系统出现无功功率缺额时，系统各负载电压降下降；当系统出现无功功率 过剩时，系统负荷电压将上升。因为电力系统中每一元件都有可能产生电压降落， 所以电力系统中各点电压不相同，不可能同时将所有节点保持在额定电压。
功率因数角。
P
PGN
C
•
δ
•
EN
• ϕN
VN
j IN xd
0.75 0 .5
O
ϕN
A
QGN
Q
•
IN
隐极发电机额定运行相量图 图中，电压降相量 AC 的长度代表 I N xd ，正比于额定视在功率 SGN ，它在 P-Q 坐标纵轴上的投影正比于 PGN ，在横轴上的投影正比于 QGN ，相量 OC 的长度代 表空载电势 EN ，它正比于发电机的额定励磁电流。 当改变功率因数时，发电机可能发出的功率 P 和 Q 受到以下限制。 （1）受额定视在功率（定子额定电流）的限制。如图所示，以 A 为圆心， 以 AC 为半径的圆弧表示。
×Hale Waihona Puke Baidu10.5
=
34.5334
kV
V1t min
=
V1 min − ΔVt V2 min
min
V2N
=
36 − 1.2696 10.75
× 10.5
=
33.9227
kV
(3) 选择最接近的分接头并核验实际电压
取算术平均值
V1t ⋅av
=
34.5334 + 33.9227 2
= 34.2281
kV
选择变压器最接近的分接头：(34.2281 35
（1）调节发电机的励磁电流以改变发电机的端电压VG ； （2）通过适当选择变压器的变比 k 进行调压； （3）通过改变电力网络的无功功率 Q 分布进行调压； （4）通过改变输电线路参数 X 进行调压。 在系统无功功率不足的条件下，不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电 压。因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需的无 功功率也增大了，这就可能进一步扩大系统的无功缺额，从而导致整个系统的电 压水平更加下降。所以从全局来看，当系统无功不足时不宜采用改变变压器变比 进行调压。
×
48
=
4.72kV
最大负荷时发电机电压为 11kV，则分接头电压为
V1t max
=
(120 + 7) ×10.5 11
= 121.23kV
最小负荷时发电机电压为 10kV，则分接头电压为
V1t min
=
(110 +
4.72) ×10.5 10
= 120.456kV
(2) 选择最接近的分接头并核验实际电压
（2）受转子额定电流的限制。以 O 为圆心,以 OC 为半径的圆弧表示。 （3）受原动机出力（额定有功功率）限制，即图中水平线 PGN C 表示。 所以发电机的 P-Q 极限图如图中阴影所示。从图中可以看到发电机只有在额 定的电压、电流和功率因数下运行时（即运行点 C），视在功率才能达到额定值， 其容量得到充分利用。 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充裕时，可利用靠近负荷中心 的发电机降低功率因数运行，多发无功功率，从而提高系统的电压水平。但是发 电机的运行点不应越出 P-Q 极限曲线的范围。
电力网的无功损耗包括变压器和输电线路的无功损耗：变压器的无功功率损 耗在系统的无功需求中占有相当的比重，假设一台变压器的空载电流 I0(%)=2.5， 短路电压 Uk(%)=10.5。在额定功率下运行时，变压器无功功率损耗将达其额定容 量的 13％。一般电力系统从电源到用户需要经过好几级变压，因此，变压器中 的无功功率损耗的数值将是相当可观的。输电线路的无功功率损耗分为两部分， 其串联电抗中的无功功率损耗与通过线路的无功功率或电流的平方成正比，而其 并联电纳中发出的无功功率与电压平方成正比（可以看作无功电源）。输电线路 等值的无功消耗特性取决于输电线传输的无功功率与运行电压水平。当线路传输 功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率时，线路等值为消 耗无功功率；当传输无功功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功 功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等值为无功电源。
5-3、电力系统中无功功率电源有哪些？发电机的运行极限是如何确定的？ 答：电力系统中的无功电源，除了同步发电机外，还有静电电容器、同步调
相机静止无功补偿器。 发电机在额定状态下运行时，可发出的无功功率为 QGN = SGN sin ϕ N = PGN tan ϕ N 式中， SGN 、 PGN 、ϕN 分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定
V1t.av
=
1 2
× (121.23 +120.456)
= 120.843kV
选择最接近于计算值的实际分接头为V1t = 121kV（主抽头）。校验发电机
端电压是否满足实际要求：
最大负荷时发电机端实际电压为
V2 max
=
(120 + 7) ×10.5 121
= 11.02kV
最小负荷时发电机端实际电压为
题 5-8 图
答： (1) 计算最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗 最大负荷时变压器的电压降为
ΔVT max
=
Pmax R + Qmax X V1max
=
24 × 3 +16× 48 120
=
7kV
最小负荷时变压器的电压降为
ΔVT min
=
Pmin R + Qmin X V1min
=
13
×
3 +10 110
−
10
× 100%
=
3.726%
V2 min
= (V1 min
−
ΔVt
min
)
×
V2N V1t
=
(36
−
1.2696) ×
10.5 34.125
= 10.6863 kV < 10.75 kV
电压偏移 =
10.6863 10
−
10
× 100%
=
6.863%
最大负荷时不低于 10.25kV，最小负荷不高于 10.75kV，因此，所选分接头满 足调压要求。
ΔVt max
=
4.9465 × 5.6 + 3.4185 × 16 36
=
2.2888
kV
ΔVt min
=
2.6457 × 5.6 + 1.9306 × 16 36
= 1.2696
kV
为什么电压用 36kV？
V1t max
=
V1 max − ΔVt max V2 max
V2N
=
36
− 2.2888 10.25
5-6、试比较并联电容补偿和串联电容补偿的特点，及其在电力系统中的应用。 答：并联电容器：a.特点：是最经济最方便的补偿设备，但控制性能最差。
b.应用：分散安装在各用户处和一些降压变压所的 10KV 或 35KV 母线上使高低压 电力网（包括配电网）的电压损耗和功率损耗都得到减小，在高峰负荷时能提高 全网的电压水平，在负荷较低时，可以切除部分并联电容器，防止电压过高。 串联电容器：a.特点：串联电容器提升的末端电压的数值 QXc/V（即调压效果） 随无功负荷增大而增大，随无功负荷的减小而减小，恰与调压要求一致。但对负 荷功率因数字或导线截面小的线路，由于 PR/V 分量的比重大，串联补偿的调压 效果就很小。 b.应用：只用于 110KV 以下电压等级，长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路 上，220KV 以下电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，作用在于提高 运行稳定性和输电能力。