电力工程基础 孙丽华 答案

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。

1-4 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）。

1-7 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 kV
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
2-12 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 kvar
55.2040
822
===
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 kvar
184665
.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：5.5205.1325184630
30=-='-S S kV A
2-13 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。

如果功率因数未达到0.9，问应在此变电所低压母线上装多大并联电容器容量才能达到要求？ 解：（1）变压器一次侧的计算负荷和功率因数
查附录表A-1可知，S9-800/10型（Yyn0）变压器的技术数据为：
4.10=∆P kW ，
5.7=∆k P kW ，8.0%0=I ，5.4%=k U
76.67443052022)2(30=+=
S kV A
77.076
.674520
cos )
2(30)2(30)2(==
=
S P ϕ
843.0800
76
.674==
β 则变压器的功率损耗为：
73.65.7843.04.1220=⨯+=∆+∆=∆k T P P P βkW
32)5.4843.08.0(100
800
%)%(100220=⨯+=+=
∆k N T U I S Q βkvar 变压器高压侧的计算负荷为：
73.52673.6520)2(30)1(30=+=∆+=T P P P kW 46232430)2(30)1(30=+=∆+=T Q Q Q kvar
6.70046273.52622)1(30=+=S kV A
75.06
.70073
.526cos )
1(30)1(30)1(==
=
S P ϕ
（2）确定无功补偿容量。

由于要求变压器高压侧的功率因数)1(cos ϕ≥0.9，在变压器低压侧
进行补偿时，取低压侧补偿后的功率因数92.0cos )2(
='ϕ，则低压侧需装设的补偿容量为： 4.209)]92.0tan(arccos )77.0s [tan(arcco 520=-⨯=C Q kvar
取210=C Q kvar
第三章
3-7 某变电所装有一台S9—3150/35型的三相双绕组变压器，额定电压为35/10.5 kV ，试求变压器的阻抗及导纳参数，并作出其等效电路。

解：查附录表A-2可知，S9-3150/35型变压器的技术数据为：
8.30=∆P kW ，3.24=∆k P kW ，7.0%0=I ，7%=k U
Ω=⨯⨯==2.273150
7
3510%1022
N k N T S U U X
S U P G N T 632
320101.31035
8.310---⨯=⨯=⨯∆=
S U S I B N N T 5
52
520108.11035
31507.010%---⨯=⨯⨯=⨯=
对应的等效电路如右图所示。

3-10 一条10kV 线路向两个用户供电，允许电压损失为5%，环境温度为30℃，其他参数如图3-26所示，若用相同截面的LJ 型架空线路，试按允许电压损失选择其导线截面，并按发热条件和机械强度进行校验。

解：（1）按允许电压损失选择导线截面： 设1x =0.4Ω/km ，则 V 500V 1010100
5
3=⨯⨯=
∆al U ()V 20410
930046004.0=⨯+⨯⨯=∆r U
296204500=-=∆-∆=∆r al a U U U V 22mm 29.81mm 296
10032.09
5004800=⨯⨯⨯+⨯=
A
选LJ-95型铝绞线。

（2）按发热条件进行校验：130050080021=+=+=p p P
kW
90030060021=+=+=q q Q kvar
图3-26 习题3-10附图
Ω
+)2.273(j S
j 610)181.3(-⨯-
158190013002222=+=+=Q P S kV A
3.9110
31581330=⨯==
N
U S I A
查附录表A-8和A-10得，35℃时LJ-95导线的允许载流量为28632588.0=⨯=al I K θA ＞91.3A ，因此满足发热条件要求。

（3）按机械强度进行校验：查表3-2知，10kV 架空铝绞线的最小截面为25 mm 2＜95mm 2，故满足机械强度条件。

第四章
4-1 什么叫短路？短路的类型有哪几种？短路对电力系统有哪些危害？
答：短路是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。

短路的类型有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。

短路对电力系统的危害有：短路电流的热效应可使设备因过热而损坏甚至烧毁；短路电流的力效应可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；影响电气设备的正常运行，造成产品报废甚至设备损坏；会导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性；不对称接地短路所产生的不平衡电流会对邻近的平行线路电磁干扰。

4-10 某工厂变电所装有两台并列运行的S9-800（Y ,yn0接线）型变压器，其电源由地区变电站通过一条8km 的10kV 架空线路供给。

已知地区变电站出口断路器的断流容量为500MV A ，试用标幺制法求该厂变电所10kV 高压侧和380V 低压侧的三相短路电流k I 、sh i 、sh I 及三相短路容量k S 。

解：（1）取100=d S MV A ， 5.101=d U kV ，4.02=d U kV ，则
kA 5.5kA 5
.10310031
1=⨯=
=
d d d U S I ，kA 3.144kA 4
.0310032
2=⨯=
=
d d d U S I
（2）计算各元件电抗标幺值
系统 2.0500
100
*
===
oc d S S S X 线路 9.25
.10100
84.02
21*
=⨯⨯==av d WL U S l
x X 变压器 625.58
.0100
1005.4100%*
=⨯==
N d k T S S U X
（3）k 1点短路： 1.39.22.0*
**1=+=+=∑WL S X X X
kA 77.1kA 1
.35
.5*
111===
∑X I I d k kA 51.4kA 77.155.255.21=⨯==k sh I i kA 67.2kA 77.151.151.11=⨯==k sh I I
kA 77.11==∞k I I
MV A 26.32MV A 1.3100
*
1
===
∑X S S d k （4）k 2点短路： 9125.52
625.59.22.02****
2
=++=++=∑T WL
S
X X
X X
kA 4.24kA 9125.53
.144*
2
22===
∑X I I d k kA 9.44kA 4.2484.184.12=⨯==k sh I i
kA 6.26kA 4.2409.109.12=⨯==k sh I I
kA 4.242==∞k I I
MV A 9.16MV A 9125.5100*
2
2===
∑X S S d k 4-11 如图4-32所示网络，各元件的参数已标于图中，试用标幺值法计算k 点发生三相短路时短路点的短路电流。

图4-32 习题4-11附图
解：（1）取100=d S MV A ，av d U U =，则各元件电抗标幺值为
线路 151.0115100
504.02
2
1*
=⨯⨯==av d WL U S l
x X 变压器 525.020
100
1005.10100%*
=⨯==
N d k T S S U X
电抗器 164.13.663.0631001004100%2
2
2
*
=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯==d NL NL d L L U U S S X X 5775.1164.12
525.0151.02****
=++=++=∑L T WL
X X X
X
kA 81.5kA 5775
.11
3.63100
1
3*=⨯
⨯==
∑X U S I d d k
4-14 某10kV 母线三相水平平放，型号LMY-60⨯8mm 2，已知21==''∞I I kA ，母线跨距1000mm ，相间距250mm ，跨距数大于2，短路持续时间为2.5s ，系统为无穷大，试校验此母线的动稳定度和热稳定度。

解：（1）热稳定校验： s 5.2==k ima t t
查表4-6得，铝母线的热稳定系数2/mm s A 87=C ，因此最小允许截面为
223min
m m 65.381m m 5.287
1021=⨯=
=∞
ima
t C
I
A
母线的实际截面积A =60×8mm 2 =480 mm 2＞min A ，所以热稳定满足要求。

（2）动稳定校验： 55.35kA 2155.2=⨯=sh i kA 由
279.28
6060
250>=+-=+-h b b s ，故取K ≈1。

则母线受到的最大电动力为
()
N 7.9861N 10250
1000
11055.53310372
372max =⨯⨯
⨯⨯⨯=⨯=--s
l
i F sh
母线的弯曲力矩为：10
1
7.198610max ⨯=
=
l F M N·m 67.198=N·m 母线的截面系数为：373
22m 1048m 6
008.006.06-⨯=⨯==h b W 母线的计算应力为：7
10
4867.198W M -⨯==
σc Pa 7
1014.4⨯=Pa 铝母线排的最大允许应力 Pa 109.67⨯=al σ＞c σ，所以动稳定满足要求。

第五章
5-11 对电气主接线的基本要求是什么？电气主接线有哪些基本形式？各有什么优缺点？ 答：对电气主接线的基本要求是安全、可靠、灵活、经济。

电气主接线的基本形式有线路-变压器单元接线、单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁路母线接线、双母线接线、桥式接线等。

线路-变压器单元接线的优点是接线简单，所用电气设备少，配电装置简单，节约投资。

缺点是该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所要全部停电，供电可靠性都不高，只可供三级负荷。

单母线接线的优点是接线简单、使用设备少、操作方便、投资少、便于扩建。

缺点是当母线及母线隔离开关故障或检修时，必须断开全部电源，造成整个配电装置停电；当检修一回路的断路器时，该回路要停电。

单母线分段接线既保留了单母线接线简单、经济、方便等优点，又在一定程度上提高了供电的可靠性。

但仍不能克服某一回路断路器检修时，该回路要长时间停电的显著缺点，同时这种接线在一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电。

单母线加旁路母线接线解决了出线断路器检修时的停电问题，但其缺点是需要增加一组母线、专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备，使配电装置复杂，投资增大，且隔离开关要用来操作，增加了误操作的可能性。

双母线接线具有以下优点：①轮换检修母线而不致中断供电；②检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电；③工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电；④检修任一回路断路器时，可用母联断路器来代替，不致于使该回路的供电长期中断。

但双母线接线也存在以下缺点：①在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用，容易误操作；②工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电；③使用的隔离开关数目多，配电装置结构复杂，占地面积较大，投资较高。

桥形接线中四个回路只有三个断路器，投资小，接线简单，供电的可靠性和灵活性较高，适用于向一、二类负荷供电。

5-13 某10/0.4kV 车间变电所，总计算负荷为980kV A ，其中一、二类负荷700 kV A 。

试初步选择该车间变电所变压器的台数和容量。

解：因为有一、二类负荷，所以应选两台变压器。

变压器容量应同时满足以下两个条件：
6869807.07.030=⨯=≈S S T kV A 且700II)I (30=≥+S S T kV A
查附录表A-1，选两台10/0.4kV 、S9—800 kV A 的变压器。

5-16 某一降压变电所内装有两台双绕组变压器，该变电所有两回35kV电源进线，6回10kV 出线，低压侧拟采用单母线分段接线，试画出当高压侧分别采用内桥接线、外桥接线和单母线分段接线时，该变电所的电气主接线单线图。

解：变电所的电气主接线单线图分别为：
高压侧采用单母线分段接线高压侧采用内桥接线高压侧采用外桥接线
第六章
6-1 在电力系统中继电保护的任务是什么？对继电保护的基本要求是什么？
答：继电保护装置的任务是：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其损坏程度尽可能减小，并最大限度地保证非故障部分迅速恢复正常运行；能对电气元件的不正常运行状态做出反应，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号、减负荷或延时跳闸。

对继电保护的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

6-2 什么是继电保护的接线系数？星形、不完全星形和两相电流差接线方式的接线系数有何不同？
答：在继电保护回路中，流入继电器中的电流与对应电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数。

星形接线和不完全星形接线方式无论发生何种相间短路，其接线系数都等于1，两相电流差接线在正常运行或三相短路时的接线系数为3，A、C两相短路时的接线系数为2，A、B或B、C两相短路时的接线系数为1。

第七章
7-2 断路器的控制回路应满足哪些基本要求？为什么要采用防跳装置？跳跃闭锁继电器如何起到防跳作用？
答：断路器的控制回路应满足以下基本要求：①断路器既能在远方由控制开关进行手动跳、合闸，又能在继电保护和自动装置作用下自动跳、合闸；②断路器操作机构的跳、合闸线圈是短时通电设计制造的，当断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈；③控制回路应有指示断路器跳闸与合闸的位置信号，而且能够区分自动跳闸或合闸与手动跳闸或合闸的位置信号；④应有防止断路器多次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置；⑤应有指示断路器控制回路完好性的监视信号；⑥在满足以上基本要求的前提下，应力求简单、可靠。

装设防跳装置的目的是为了防止指运行人员手动合闸于故障线路上时断路器出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。

防跳继电器有两个线圈，电流线圈为起动线圈，接在跳闸线圈YR之前；电压线圈为自保持线圈，通过自身的常开触点KLB1-2接入合闸回路。

若控制开关手柄在“合闸”位置，恰好此时断路器合闸于永久故障线路线路上，断路器QF自动跳闸，同时防跳继电器KLB（I）起动，触点KLB1-2闭合，使KLB（U）线圈带电，起自保持作用。

这样，可使触点KLB3-4始终处于断开位置，合闸接触器线圈KO不会再次起动，从而使断路器QF不会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象，保证了断路器不会因跳跃而损坏。

第九章
9-6 什么叫工作接地？什么叫保护接地？按保护接地的方式不同，低压配电系统可分为哪几类？
答：工作接地是根据电力系统运行的需要，人为地将电力系统中性点或电气设备的某一部分进行接地；保护接地是为保证人身安全、防止触电事故，将电气设备的外露可导电部分（指正常不带电而在故障时可带电且易被触及的部分，如金属外壳和构架等）与地作良好的连接。

按保护接地的方式不同，低压配电系统可分为TN 系统、TT 系统和IT 系统三类。

9-7 在TN 系统为什么要进行重复接地？应在哪些地方进行重复接地？
答：在TN 系统中采取重复接地，当发生PE 线或PEN 线断线，且在断线的后面又有设备发生一相碰壳时，可使接在断线后面所有设备外壳对地电压大大降低，从而危险程度也大大降低。

PE 线或PEN 线应在下列地方重复接地：架空线路末端及沿线每隔1 km 处；电缆和架空线路引入车间或其他大型建筑物处。

9-12 某厂有一座第二类防雷建筑物，高10m ，其屋顶最远的一角距离60m 高的烟囱50m 。

烟囱上装有一根2.5m 高的避雷针。

试验算此避雷针能否保护这座建筑物。

解：查表9-2得：二类防雷建筑物的滚球半径m 45=r h ，而m 5.62m 5.2m 60=+=h ，m 10=x h ，在10m 高水平面上避雷针的保护半径为
50m m 18.13)10452(10)5.62452(5.62<=-⨯⨯--⨯⨯=x r
可见，该避雷针不能保护这座建筑物。