电力系统稳态分析学习指导-习题集-4430

第一部分 电力系统稳态分析 1 前言前言 高等工科各专业电类基础课程学习指导系列丛书是本着促进教学，提高教学质量和教 学效率，依据国家教育部教学指导委员会制定的相关课程的教学基本要求，并结合我 校教学实际和新疆大学电气工程学院主干课教学大纲（第四版） 的具体要求，以教 育部普通高等教育“九五”国家级重点教材和国家级面向世纪重点教材为背景，组织 多年从事教学工作的富有经验的教师编写而成。 本系列丛书之各科相互独立，自成体系。它提出了相关课程学习的基本要求，提炼了 基本概念，对重点、难点进行了罗列，并对典型问题进行了透彻细致的分析，做到了有概 念，有重点，有步骤，有分析。它将对课程的教与学起到积极的辅助作用，尤其适合当前 短时大流量摄取知识的需求。 本系列丛书适用于本科学生，特别是民族班学生。亦可作为高职、成人等其他层次学 生和工程技术人员学习理论知识的辅助教材。 本系列丛书之一，即电力系统分析学习指导与习题集 ，全书主要包括电力系统 稳态分析 、 电力系统暂态分析和电力系统分析习题集三部分内容，提出了电力 系统分析课程每章的基本内容要求和重点内容，并针对典型例题进行了详细的分析和解 答。本辅导教材和配套教材为 电力系统稳态分析 （东南大学 陈珩著） 、 电力系统暂 态分析 （西交大 李光琦著） 。 习题集内容包括电力系统稳态分析和暂态分析。 即： 电力系统正常运行的分析和计算； 电力系统运行状况的优化和调整；电力系统的故障分析和计算；电力系统的稳定性。所选 题目是本着概念性强具有典型性的原则进行精选，着重在于使学生消化基本概念加深理论 的理解和掌握分析计算的方法。 本指导与习题集的编写凝聚了许多人的辛勤汗水，编者在此一并表示衷心的感谢。 由于时间仓促，加之水品有限，不妥甚至有错之处再所难免，恳请读者批评指正。 电力系统分析学习指导与习题集 2 第一部分 电力系统稳态分析第一部分 电力系统稳态分析 第一章电力系统的基本概念第一章电力系统的基本概念 一、基本要求一、基本要求 掌握电力系统的组成和生产过程、电力系统运行的特点和基本要求；了解电力系统负 荷的构成；掌握电力系统结线方式、电力系统的电压等级、电力系统中性点运行方式。 二、重点内容二、重点内容 1、 电力系统运行的特点 电能具有易于转换、输送，便于实现自动化控制的优点；电能传输速度非常快；电能 在电网中不能大量储存，只能转化成其它能量达到储存的目的（如蓄电池） 。 2、 电力系统运行的基本要求是：可靠、优质、经济。 3、 电力系统结线方式 电力系统结线方式分为无备用和有备用结线两类。无备用结线包括单回路放射式、干 线式和链式网络，有备用结线包括双回路放射式、干线式、链式以及环式和两端供电 网络。 4、 电力系统的电压等级 国家标准规定的标准电压等级主要有： 3kV 、 6kV 、 10kV 、 35kV 、 110kV 、 220kV 、 330kV 、500kV、750kV 。 5、 电力系统中性点运行方式 中性点运行方式主要分为两类：中性点直接接地和不接地，其中中性点不接地还包含 中性点经消弧线圈接地。中性点直接接地系统称为大电流接地系统；中性点不接地系 统称为小电流接地系统。 综合考虑系统供电的可靠性以及设备绝缘费用的因素， 在我国 110kV 及以上电压等级 的系统采用中性点直接接地，35kV 及以下电压等级的系统采用中性点不接地或经消 弧线圈接地（35kV 及以下电压等级的系统当单相接地的容性电流较大时，中性点应 装设消弧线圈） 。 第一部分 电力系统稳态分析 3 三、例题分析三、例题分析 例 1-1:举例说明无备用结线和有备用结线的优缺点。 解: (1) 无备用结线：每一个负荷只能由一回线供电，因此供电可靠性差；其优点在于简 单、经济、运行方便。 图 1-1 无备用结线 图 1.1 中， 发电机额定容量为30MVA， 输出电压等级为10kV。 经过升压变压器 T-1， 将电压等级升高到 110kV。L-1 为 110kV 电压等级的高压输电线路，长度为 80km。T-2 是降压变压器，将电压等级由 110kV 降为 6kV。L-2 为 6kV 电压等级的输电线路。 电网中，A 和 B 为负荷点，都是由发电机 G 向它们供电。 (2) 有备用结线：每一个负荷都能由两回线供电，因此供电可靠性高；其缺点在于不 够经济。有备用结线中的环式结线和两端供电网络供电可靠性高，也较为经济，缺点在于 运行调度较复杂。 图 1-2 有备用结线 图 1.2 中，节点是电源节点，节点和节点是负荷节点。输电线路 L-1、L-2、L-3 构成了一个闭环。这是一个环式结线网络，负荷可以由线路 L-1 和线路 L-2 供电，负荷 可以由线路 L-2 和线路 L-3 供电。供电可靠性大大提高。 电力系统分析学习指导与习题集 4 第二章电力网络各元件的参数和等值电路第二章电力网络各元件的参数和等值电路 一、基本要求一、基本要求 掌握电力线路的结构；掌握电力线路的电阻、电抗、电导和电纳，电力线路的方程及 等值电路；掌握变压器的参数及等值电路，电力网络的等值电路；掌握标幺值的计算。 二、重点内容二、重点内容 1、电力线路的参数和等值电路 （1） 电阻L S R （2-1） 式中导线材料的电阻率；S导线的额定截面积；L导线长度。 （2） 电抗LxX 1 （2-2） 0157.0lg1445.0 1 r D x m （2-3） 式中x1导线单位长度电抗； Dm几何均距；r导线半径。 （3） 电纳LbB 1 （2-4） 6 1 10 lg 58.7 r D b m （2-5） 式中b1导线单位长度电纳。 （4） 电导G 0（2-6） 中等长度电力线路采用形等值电路，如图 2-1 所示。 1 U 2 U 1 S 2 S LL jXR 2 L B j 图2-1 电力线路的等值电路 2 L B j 第一部分 电力系统稳态分析 5 2、双绕组变压器的参数和等值电路 (1) 电阻 2 2 1000 N Nk T S UP R （2-7） 式中Pk变压器的短路损耗（kW） ； SN变压器额定容量（MVA） ； UN变压器额定电压（kV） 。 (2) 电抗 N Nk T S UU X 100 2 0 0 （2-8） 式中Uk%变压器的短路电压百分数。 (3) 电导 2 0 1000 N T U P G （2-9） 式中P0变压器的空载损耗（kW） 。 (4) 电纳 2 0 0 0 100 N N T U SI B（2-10） 式中I0%变压器的空载电流百分数。 变压器的等值电路有两种，即形等值电路和型等值电路。在电力系统计算中，通 常用形等值电路，如图 2-2 所示。 3、三绕组变压器的参数和等值电路 计算三绕组变压器参数的方法与计算双绕组变压器时没有本质区别，但由于三绕组变 压器各绕组的容量比有不同组合，各绕组在铁芯上的排列也有不同方式，计算时需注意。 三个绕组的容量比相同（100/100/100）时，三绕组变压器的参数计算和等值电路如下所 示；三个绕组的容量比不同（100/100/50、100/50/100）时，制造厂提供的短路损耗需要 归算，计算方法参看例 2-3。 （1） 电阻 先根据绕组间的短路损耗 Pk( 1-2 )、Pk( 1-3 )、Pk( 2-3 )求解各绕组的短路损耗 电力系统分析学习指导与习题集 6 2132313 3132212 3231211 2 1 2 1 2 1 kkkk kkkk kkkk PPPP PPPP PPPP （2-11） 然后计算各绕组电阻 2 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 2 1000 1000 1000 kN T N kN T N kN T N P U R S P U R S P U R S （2-12） （2）电抗 先由各绕组之间的短路电压百分数 Uk (1-2)%、Uk (1-3)%、Uk (2-3)% 求解各绕组的短路电 压百分数 % 2 1 % % 2 1 % % 2 1 % 2132313 3132212 3231211 kkkk kkkk kkkk UUUU UUUU UUUU （2-13） 然后求各绕组的电抗 2 1 1 2 2 2 2 3 3 % 100 % 100 % 100 kN T N kN T N kN T N UU X S UU X S UU X S （2-14） （3）电导、电纳 三绕组变压器导纳的计算与双绕组变压器相同。 三绕组变压器的等值电路如图 2-3 所示。 第一部分 电力系统稳态分析 7 1 R T G 图2-3 三绕组变压器等值电路 1 jX T jB 2 R 2 jX 3 R 3 jX 12 3 4、自耦变压器的参数和等值电路 计算自耦变压器的参数的方法与计算三绕组变压器时相同。自耦变压器三个绕组的容 量比不同时，制造厂提供的短路损耗、短路电压百分数都需要归算。 三、例题分析三、例题分析 例 2-1:一条 110kV 架空线路长 100km，导线为150LGJ，水平排列，导线间距为 4m。 （1）计算线路每公里参数，并将计算结果与查表结果相对照； （2）计算线路全长参数， 画出等值电路图； （3）线路产生的容性无功功率是多少？ 解： （1）方法一：用公式计算线路每公里参数： km S r/21 . 0 150 5 .31 0 mDm04 . 5 844 3 ，150LGJ导线的直径为 16.72mm（查表） km r D x m /417 . 0 0157 . 0 36 . 8 1004 . 5 lg1445. 00157 . 0 lg1445 . 0 3 0 66 6 0 7.58 107.58 10 2.73 10/ 5040 lglg 8.36 m bs km D r 方法二：查表得到线路每公里参数： kmr/21 . 0 0 ， 0 0.416/xkm， 6 0 2.74 10/bs km 由两种方法的结果可见：二者误差是很小的，工程中一般采用查表的方法。 （2）线路全长的参数： 0.21 10021R ， 0.416 10041.6X ， 电力系统分析学习指导与习题集 8 64 2.74 101002.74 10Bs 画出电力线路的等值电路： (3)线路产生的 224 1102.74 103.3 c QU BMVar 例 2-2:电力网络接线如图所示，计算网络参数并画出网络等值电路。 解： （1）计算线路参数（220kV 电压等级） 根据导线型号 LGJ400 ，Dm=6m 查表得出线路每公里长度r1、x1、b1，则 8 . 7100078. 0 L R； 6 .39100396. 0 L X； sBL 46 1091. 21001091. 2 ； sBL 4 1