电力工程基础(课后习题答案)

第一章1-1 什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？答：电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的整体。

建立联合电力系统的优点是：可以减少系统的总装机容量；可以减少系统的备用容量；可以提高供电的可靠性；可以安装大容量的机组；可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。

1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。

对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。

1-3 我国规定的三相交流电网额定压等级有哪些？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？答：我国规定的三相交流电网额定压等级，低压有0.22/0.127 kV、0.38/0.22 kV和0.66/0.38kV；高压有3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV和750 kV。

用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同；发电机的额定电压应比同级电网额定电压高5%；变压器一次绕组的额定电压，对于降压变压器，应等于电网的额定电压，对于升压变压器，应等于发电机的额定电压；变压器二次绕的额定电压，当二次侧供电线路较长时，应比电网额定电压高10%，当变压器二次侧供电线路较短时，应比同级电网额定电压高5%。

1-4 衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。

答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。

对电力系统的主要影响（略）。

1-5 什么叫小电流接地系统？什么叫大电流接地系统？小电流接地系统发生一相接地时，各相对地电压如何变化？这时为何可以暂时继续运行，但又不允许长期运行？答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。

在小电流接地系统中发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高3倍。

此时三相之间的线电压仍然对称，因此用户的三相用电设备仍能照常运行，但是，发生单相接地后，其运行时间不能太长，以免在另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。

1-6 消弧线圈的补偿方式有几种？一般采用哪种补偿方式？为什么？答：消弧线圈的补偿方式有全补偿、欠补偿和过补偿，一般都采用过补偿方式。

因为在过补偿方式下，即使电网运行方式改变而切除部分线路时，也不会发展成为全补偿方式，致使电网发生谐振。

同时，由于消弧线圈有一定的裕度，即使今后电网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈仍可继续使用。

1-7 为什么我国规定110kV 以上的高压电网和380/220V 的低压电网要采用大电流接地系统？各有什么优点？答：大电流接地系统发生单相接地时中性点电位仍为零，非故障相对地电压不会升高，仍为相电压，因此电气设备的绝缘水平只需按电网的相电压考虑，故可以降低工程造价。

所以我国110kV 及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。

而在380/220V 系统中采用中性点直接接地方式，主要是考虑人身安全问题，一旦发生单相接地故障，可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝，将故障部分切除。

1-8 试确定图1-12所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。

图1-12 习题1-8附图答：发电机G ：10.5kV ；变压器T1：10.5/242kV ；变压器T2：10/3.3kV ；变压器T3：220/38.5kV ；变压器T4：220/121/38.5kV ；变压器T5：35/6.6 kV1-9 某10kV 电网，架空线路总长度70km ，电缆线路总长度为16km 。

试求此中性点不接地的电力系统发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。

答：由于A A U l l I N cab oh C 301835010)163570(350)35(<=⨯⨯+=+=因此，不需要改为经消弧线圈接地。

第二章2-1 电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？答：电力负荷按对供电可靠性的要求可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三类。

一级负荷应由两个独立电源供电；二级负荷应由两回线路供电；三级负荷对供电电源无特殊要求。

2-2 何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。

答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。

年最大负荷利用小时数max T ，是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大负荷max P 持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，年负荷曲线越平坦，max T 值越大，年负荷曲线越陡；max T 值越小。

因此，max T 的大小说明了用户用电的性质，也说明了用户负荷曲线的大致趋势。

平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。

2-3 什么叫计算负荷？确定计算负荷的意义是什么？答：计算负荷是根据已知的用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。

确定计算负荷时为正确选择供配电系统中的导线、电缆、开关电器、变压器等提供技术参数。

2-4 什么叫暂载率？反复短时工作制用电设备的设备容量如何确定？答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。

反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。

对于吊车：是指统一换算到%25=ε时的额定功率，其设备容量N N e P P ε2=；对于电焊机：是指统一换算到%100=ε时的额定功率，其设备容量N N N N N e S P P εϕεcos == 2-5 需要系数法和二项式系数法各有什么计算特点？各适用哪些场合？答：需要系数法计算较简单，应用较广泛，但计算结果往往偏小，适用于容量差别不大、设备台量较多的场合；二项式法考虑大容量用电设备对计算负荷的影响，主要适用于设备台数较少而容量差别悬殊较大的的场合。

2-6 什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？答：年最大负荷损耗小时数实际上也是一个假想时间，在此时间内，线路持续通过计算电流所产生的电能损耗，恰好与实际负荷电流全年在线路上产生的电能损耗相等。

它与年最大负荷利用小时数max T 和负荷的功率因数有关。

2-7 功率因数低的不良影响有哪些？如何提高企业的自然功率因数？答：功率因数低将会引起线路的总电流增大，使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大；使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量；使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力；使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。

提高企业的自然功率因数的方法有：正确选用感应电动机的型号和容量；限制感应电动机的空载运行；提高感应电动机的检修质量；合理使用变压器；感应电动机同步化运行。

2-8 并联电容器的补偿方式有哪几种？各有什么优缺点？答：并联电容器的补偿方式有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿（个别补偿）。

高压集中补偿方式的投资较少，电容器组的利用率较高，能够提高整个变电所的功率因数，但它的补偿范围小，只能补偿6～10kV 母线以前的线路上的无功功率，不能补偿工业企业内部配电线路的无功功率。

低压成组补偿方式的投资不大，运行维护方便，能够减小车间变压器的容量，降低电能损耗，其补偿区大于高压集中补偿，能够补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功率。

分散就地补偿方式的补偿范围最大，补偿效果最好，能够补偿安装地点以前的变压器和所有高低压线路的无功功率，但投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止工作时也一并被切除，利用率较低。

2-9 某工厂车间380V 线路上接有冷加工机床50台，共200kW ；吊车3台，共4.5kW （%15=ε）；通风机8台，每台3 kW ；电焊变压器4台，每台22kV A （%65=ε，5.0cos =N ϕ）；空压机1台，55kW 。

试确定该车间的计算负荷。

解：该车间的计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表2-10 有一条380V 低压干线，供电给30台小批生产的冷加机床电动机，总容量为200kW ，其中较大容量的电动机有10kW1台，7kW3台，4.5kW8台。

试分别用需要系数法和二项式系数法计算该干线的计算负荷。

解：用需要系数法和二项式系数法所求计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表（需要系数法）电力负荷计算表（二项式系数法）2-11 有一条10kV 高压线路供电给两台并列运行的S9—800/10（D,yn11接线）型电力变压器，高压线路采用LJ —70铝绞线，水平等距离架设，线距为1m ，长6km 。

变压器低压侧的计算负荷为900kW ，8.0cos =ϕ，5000max =T h 。

试分别计算此高压线路和电力变压器的功率损耗和年电能损耗。

解：（1） 变压器的功率损耗和电能损耗675)8.0tan(arccos 900tan )2(30)2(30=⨯==ϕP Q kvar112586.0900cos 230)2(30===ϕ）（P S kVA 变压器的负荷率为：703.080021125=⨯=β查附录表A-1可知，S9-800/10型（Dyn11）变压器的技术数据为：4.10=∆P kW ，5.7=∆k P kW ，5.2%0=I ，5%=k U则两台变压器的功率损耗为：2.10)5.7703.04.1(2)(2220=⨯+⨯=∆+∆=∆k T P P P βkW54.79)5703.05.2(1008002%)%(1002220=⨯+⨯=+⨯=∆k N T U I S Q βkvar 由5000max =T h 和8.0cos =ϕ查图2-7得：3650=τh 。

因此，两台变压器的电能损耗为：42201016.5)36505.7703.087604.1(2)8760(2⨯=⨯⨯+⨯⨯=∆+⨯∆=τβk a P P W kWh（2）线路的功率损耗和电能损耗变压器高压侧的计算负荷为：2.9102.10900)2(30)1(30=+=∆+=T P P P kW54.75454.79675)2(30)1(30=+=∆+=T Q Q Q kvar 28.118254.7542.91022)1(30=+=S kV A26.6810328.11823)1(3030=⨯==NU S I A查附录表A-12可知，LJ-70铝绞线的46.01=r Ω/km ，25.1=av S m 时358.01=x Ω/km （实际上26.1=av S m ），因此线路的功率损耗为： 58.3810646.026.683103323230=⨯⨯⨯⨯=⨯=∆--WL WL R I P kW30106358.026.683103323230=⨯⨯⨯⨯=⨯=∆--WL WL X I Q kvar线路的电能损耗为：51041.1365058.38⨯=⨯=∆=∆τWL a P W kWh2-12 某电力用户10kV 母线的有功计算负荷为1200kW ，自然功率因数为0.65，现要求提高到0.90，试问需装设多少无功补偿容量？如果用BW10.5—40—1W 型电容器，问需装设多少个？装设以后该厂的视在计算负荷为多少？比未装设时的视在计算负荷减少了多少？ 解：（1）需装设的BWF10.5-40-1W 型并联电容器容量及个数822)]9.0tan(arccos )65.0s [tan(arcco 1200=-⨯=C Q kvar55.2040822===C C q Q n 取21=n 则实际补偿容量为：8404021=⨯=C Q kvar（2） 无功补偿前后视在负荷的变化补偿前：1403)65.0tan(arccos 1200tan 3030=⨯==ϕP Q kvar184665.01200cos 3030===ϕP S kV A 补偿后：5.1325)8401403(1200)(2223023030=-+=-+='C Q Q P S kV A补偿后视在负荷减少了：5.5205.132518463030=-='-S S kV A2-13 某降压变电所装有一台Y,yn0联结的S9—800/10型电力变压器，其二次侧（380V ）的有功计算负荷为520kW ，无功计算负荷为430kvar ，试求此变电所一次侧的计算负荷和功率因数。