《供电技术_第四版》课后题答案(河北工业大学电气工程学院)

第一章

1-4 电力系统中性点运行方式有哪几种？各自的特点是什么？

答：电力系统中性点运行方式有中性点有效接地系统（包括中性点直接接地系统）和中性点非有效接地系统（包括中性点不接地和中性点经消弧线圈或电阻接地）。

1）中性点不接地系统

特点：发生单相接地故障时，线电压不变，非故障相对地电压升高到原来相电压的√3倍，故障相电容电流增大到原来的3倍。

2）中性点经消弧线圈接地系统

特点：发生单相接地故障时，与中性点不接地系统一样，非故障相电压升高√3倍，三相导线之间的线电压仍然平衡。

3）中性点直接接地系统

特点：当发生一相对地绝缘破坏时，即构成单相接地故障，供电中断，可靠性降低。但由于中性点接地的钳位作用，非故障相对地电压不变。电气设备绝缘水平可按相电压考虑。在380/220V低压供电系统中，采用中性点直接接地可以减少中性点的电压偏差，同时防止一相接地时出现超过250V的危险电压。

1-5简述用户供电系统供电质量的主要指标及其对用户的影响

答：

决定用户供电质量的主要指标为电压、频率和可靠性。

影响：①当电压出现偏差时会对用电设备的良好运行产生影响；电压波动和闪变会使电动机转速脉动、电子仪器工作失常；出现高次谐波会干扰自动化装置和通信设备的正常工作；产生三相不对称电压会影响人身和设备安全。②频率偏差不仅影响用电设备的工作状态、产品的产量和质量，而且影响电力系统的稳定运行。③根据负荷等级来保证供电系统的可靠性。

1-6试分析中性点不接地系统发生单相接地后，系统的电压会发生什么变化？此时流经故障点的电流如何确定？

答：中性点不接地系统发生单相接地故障时，线间电压不变，而非故障相对地电压升高到原来相电压的√3倍，故障相电容电流增大到原来的3倍。

1-7中性点经消弧线圈接地系统中，消弧线圈对容性电流的补偿方式有哪几种？一般采用哪一种？为什么？

答：全补偿方式、欠补偿方式、过补偿方式

一般采用过补偿方式，在过补偿方式下，即使系统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，至使系统发生谐振。

第二章

2-1.什么是计算负荷？确定计算负荷的目的是什么？

计算负荷是用电设备的等效负荷，对于已运行的电力用户而言，计算负荷Pc就是该用户典型负荷曲线的半小时最大平均负荷P30.计算负荷是用户供电系统结构设计，供电线路截面选择，变压器数量和容量选择，电气设备额定参数选择等的依据。

2-2.计算负荷与实际负荷有何关系？有何区别？

电力用户的实际负荷并不等于用户中所有用电设备额定功率之和，用电设备在实际运行中对配电设备所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，将等效负荷称为计算负荷。

2-3. 什么是负荷曲线？负荷曲线在求计算负荷时有何作用？

电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线。求计算负荷的日负荷曲线时间间隔△t取30min。

通过对负荷曲线的分析，可以掌握负荷变化的规律，并从中获得一些对电气设计和运行有指导意义的统计参数。

2-4.什么是年最大负荷利用小时数Tmax？什么是年最大负荷损耗小时数τ？有何区别？Tmax是一个假想时间：电力负荷按照最大负荷Pmax持续运行Tmax时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能Wa。τ是线路输送相当于最大负荷Sc在t时间内产生的电能损耗恰好等于线路全年实际电能的损耗，称τ为年最大负荷损耗小时数。Tmax与τ是不同的概念。Tmax是指用电时间除了有效消耗也包括无效消耗的电能；τ是指用电时间仅为无效消耗的电能。

2-5 用户变电所位置选择的原则是什么？

答：1、总降压变电所或总配电所总降压变电所的位置应接近负荷中心，并适当靠近电源的进线方向，以便使有色金属的消耗量最少和线路功率及电能损耗最小。同时，还应考虑变电所周围的环境、进出线的方便和设备运输的方便。

2、10（6）KV变电所：10（6）KV变电所的位置应该深入到低压负荷的中心，但往往受到生产工艺和建筑的制约。考虑到运输的方便及进出线方式，10（6）KV变电所的位置主要有以下几种类型：

（1）独立变电所

（2）附设变电所

（3）箱式变电所

（4）地下变电所

2-6 变压器台数选择应考虑哪些因素？什么是明备用？什么是暗备用？

答：台数选择考虑因素：（1）供电可靠性要求

（2）负荷变化与经济运行

（3）集中负荷容量大小

明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用，此时两台变压器均按最大负荷时变压器负荷率均按100%考虑。

暗备用：两台变压器同时运行，正常情况下每台变压器各承担负荷的50%，每台变压器宜按全部最大负荷的70%选择。

2-7 变压器容量选择应考虑哪些因素？

答：1、变压器的容量需要满足在计算负荷下，变压器能够长期可靠运行

对单台变压器满足条件：SNT>SC SNT：单台变压器的额定容量；Sc：计算负荷对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件：

SNT1+ SNT2>= s c SNT1、SNT2：分别为并列运行的两台变压器的额定容量；

SNT1>= sc1+ sc2 Sc1、Sc2：分别为负荷Sc中一级和二级负荷的容量。

SNT2>= sc1+ sc2

2、为了适应工厂发展和调整的需要，变压器容量应留有15～25％裕量。

3、满足变压器经济运行条件

2-8 什么是变电所的电气主接线？对变电所主接线的基本要求是什么？

答：电气主接线表示电能从电源分配给用电设备的主要电路,它包括电气设备与连接关系.。

基本要求是安全、可靠、灵活、经济

2-9.用户供电系统高压配电网的接线方式有哪几种？请从可靠性、经济性、灵活性等方面分析其优缺点？

接线方式可靠性经济性灵活性

放射式供电可靠性高，故障后

影响范围小，继电保护

装置简单且易于整定配电线路和高压开关

柜数量多，投资大

运行简单，切换操作

方便，便于实现自动

化

树干式可靠性差，线路故障范

围影响大回路少，投资小，结

构简单

结构简单

环式可靠性高适中运行方式灵活

2-10.简述高压断路器和高压隔离开关在电力系统中的作用与区别

高压断路器是供电系统中最重要的开关之一，线路正常时，用来通断负荷电流，线路故障时，在保护装置的作用下用来切断巨大的短路电流，具有良好的灭弧装置和较强能力。高压隔离开关没有灭弧装置，其灭弧能力很小，仅当电气设备停电检修时，用来隔离电源，造成一个明显的断开点，以保证检验人员的安全。

2-11我国10（6）kV配电变压器常用哪两种联结组？在3次谐波比较突出的场合，宜采用哪种联结组？

答：常用Yyn0和Dyn11联结组。

在3次谐波比较突出的场合，宜采用Dyn11联结组。（零序过电流保护灵敏度高和抑制零序谐波）

2-12 电流互感器和电压互感器各有哪些功能？电流互感器工作时二次侧为什么不能开路？答：电流互感器：将主回路中的大电流变换为小电流信号，供计量和继电保护用。

电压互感器：将高电压变换为低电压，供计量和继电保护用。

使用中二次侧不允许开路，以避免产生高压对操作者造成伤害。

2-14 在供电系统中提高功率因数的措施有哪些？

1、提高用户自然功率因数

2、无功补偿：1）就地补偿2）集中补偿：分组集中补偿，高压集中补偿，低压集中补偿。2-15 在供电系统中，无功功率补偿的方式有哪几种？各种补偿方式有何特点？

无功补偿方式分为就地补偿和集中补偿。

就地补偿可以最大限度减少系统中流过的无功功率，使整个供电线路的功率及能量损耗、送电线路的导线截面、开关设备和变压器容量都相应减少或降低，单从补偿效果来看，这是最好的补偿方式。

集中补偿和就地补偿相比，所需的电容器总容量较少，即电容器的利用率较高，但其补偿效果稍差。

第三章

3-1,什么是大容量电源供电系统？该系统发生短路时其电流该如何变化？

答：无限大容量电源是指内阻抗为零的电源，不论输出的电流如何变动，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压维持不变。

系统发生短路时，短路电流的全电流瞬时值由周期分量和非周期分量合成，经过0.01s短路电流的幅值达到冲击电流值，非周期分量衰减至零，暂态过程结束，短路进入稳态，稳态电流只含短路周期分量。

3-2，说明短路全电流、短路电流的周期分量、短路电流的非周期分量、短路冲击电流、短路稳态电流、短路容量的物理含义。

答：短路全电流：指短路时电流的瞬时值，它是由短路电流的周期分量与短路电流的非周期分量组成。

短路电流的周期分量：指短路全电流的稳态部分，只要短路持续，电源电压维持恒定，这部分则保持不变。

短路电流的非周期分量：指短路全电流的暂态部分，经一段时间后很快衰减至零。

短路冲击电流：指短路全电流达到幅值。

短路稳态电流：当非周期分量衰减结束，余下的周期分量就是短路稳态电流。

短路容量：发生短路的回路中的功率。

3-3.在短路计算中，为什么要采用平均电压？平均电压与电网额定电压有何区别？

答：

在短路电流的计算中，普遍采用近似计算的标幺值法，取系统各级的平均额定电压为相应的基准电压，即U B=Uav，而且认为每一元件的额定电压就等于其相应的平均额定电压。

Uav=1.05UN

3-4 什麽叫短路电流的力效应？为什麽要用短路冲击电流来计算？

答：（1）短路电流的力效应：三相载流导体水平敷设在同一平面上，三相短路电流流过各相导体时，根据两平行导体间同相电流力相吸，异相电流力相斥的原理，中间相受力最大。

（2）根据可知短路时情况最糟，影响最大，所以用短

路冲击电流来计算；

3-5 什麽叫短路电流的热效应？为什麽要用短路稳态电流来计算？

答：（1）在线路发生短路时，强大的短路电流将产生很大的热量。工程上，可近似地认为导体在短路时间内是与周围介质绝热的。短路电流产生的热量不向外扩散，全部转化为载流导体的温升；

（2）由于短路全电流的有效值在整个短路过程中非常数，特别是发电机端短路，变化比较复杂，为了便于计算，工程上以短路稳态分量有效值代替短路全电流的有效值；

3-6 短路电流作用的假想时间是什麽含义？该假想时间应如何确定？

答：

短路电流作用的假想时间是指稳态短路电流在假想时间内产生的热量等于实际短路电流在在实际短路时间内产生的热量。

短路电流的假想时间t j等于短路电流周期分量作用的假想时间t jz加上短路电流非周期分量作用的假想时间t jfi。而周期分量的假想时间tjz与短路电流的持续时间t相同，也就是保护装置的动作时间tb和断路器切断电路的实际动作时间t QF之和。t j=t jz+t jfi=t b+t QF+0.05s

3-9.电流互感器和电压互感器各如何选择和校验？

答：

电流互感器：应根据二次设备对互感器的精度等级要求以及安装地点的电网额定电压与长期通过的最大负荷电流来选，并按短路条件校验其动、热稳定性。

电流互感器的额电电压应大于或等于安装地点的电网额定电压。

电流互感器一次侧的额定电流应大于或等于线路最大工作电流的1.2~1.5倍。

电流互感器的测量精度与它的二次侧所接的负荷大小有关，即与它接入的阻抗Z2大小有关。电流互感器的动、热稳定校验可按下式进行。

Kd≥ish（3）/√2IN1.TA IN1.TA为电流互感器一次侧额定电流；

(Kt*IN1.TA)2*t≥I∞2tj Kt为产品给定的热稳定倍数；tj：产品目录给出的热稳定时间。校验短路冲击电流通过它一次绕组时在出线瓷帽处出现的应力F是否低于绝缘瓷帽上给定的最大允许应力Fal。即Fal≥F=0.5*1.732*ish（3）2*l/a*10-7 0.5未考虑互感器所受的外部冲击力在其绝缘瓷帽与间距为l的两绝缘子之间的分布系数。

电压互感器：由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路条件上的动稳定和热稳定校验。电压互感器的选择项目如下：

其额定电压要与供电电网的额定电压相同。

合适的类型：户内型、户外型。

应根据TV（电压互感器）的测量精度要求来确定二次侧允许接入的负荷。

第四章

4—1 什么是继电保护装置？供电系统对继电保护有哪些要求？

答：

继电保护装置是一种能反映供电系统中电气元件（电力线路、变压器、母线、用电设备等）发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。继电保护装置由测量比较、逻辑判断、执行输出三部分组成。

继电保护一般应满足可靠性、灵敏性、选择性和速动性4个基本要求。

4—2 什么是过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数？如果过电流继电器的返回系数过低，会出现什么问题？

答：

动作电流是指能使继电器动作的最小电流，它是可以根据要求在一定的范围内调整的，用Iop表示。

返回电流是指能使继电器返回到原先状态的最大电流，用Ire表示。

返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数kre，可表示为：kre=Ire/Iop 返回系数过低可能导致动作后输出状态不稳定、不可靠。

4—3什么是电流互感器的10%误差曲线？它有什么用途？

答：

所谓电流互感器的10%误差曲线，是指互感器的电流误差为10%时一次电流对其额定电流的倍数k=I1/I1.TA与二次侧负荷阻抗Z2的关系曲线。

通常是按电流互感器接入位置的最大三相短路电流来确定其Ik（3）/ I1.TA值，从相应型号互感器的10%曲线中找出横坐标上允许的阻抗欧姆数，使接入二次侧的总阻抗不超过此Z2值，则互感器的电流误差保证在10%以内。

4-4 电流互感器在供电系统中常用的接线方式有哪些？各种接线方式有何特点？

答：

全星形联结方式：利用三个电流互感器串接三个电流继电器而成，Kkx=Ik/ITA.2=1，Kkx为接线系数，这种结线方式对各种故障都起作用，当短路电流相同时，对所有故障都同样灵敏，对相间短路动作可靠，至少有两个继电器动作。主要用于高压大电流接地系统，以及大型变压器、电动机的差动保护、相间保护和单相接地保护。

非全星形联结法：广泛应用在中性点不接地系统中。因为这种联结对单相接地的误动作率低。

差接法：应用于中性点不接地系统的变压器、电动机及线路的相间保护。

4—5简要说明定时限过电流保护装置和反时限过流保护装置的组成特点、整定方法。

答：定时限过电流保护装置：组成特点：它是由电流继电器1KA和2KA、时间继电器KT和信号继电器KS组成。整定方法：为了实现过电流保护的动作选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原则进行整定。即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐级增大，且每套保护的动作时间是恒定不变的，与短路电流的大小无关。定时限过电流保护通常用在线路和母线保护上

反时限过电流保护装置：组成特点：带有瞬时动作元件的反时限电流继电器，其本身带有时限并有动作指示掉牌信号，所以回路不需要接时间继电器和信号继电器。整定方法：根据已知的保护装置I的继电器动作电流Iop.kI和动作时限，选择相应的电流继电器的动作特性曲线。

根据线路l1首端k1点三相短路时流经保护装置I继电器的电流I k1（3）‘，用下式计算出保护装

置I的继电器动作电流倍数n1: n1=I k1(3)’/I op.k I

根据k1点短路时流经保护装置II继电器的电流I k1(3)“，用下式求出保护装置II此时的动作电流倍

数n2: n2=I K1(3)”/I op.kII

当k1点短路时，保护装置II也将起动，为了满足保护装置动作的选择性，保护装置所需的动作时限t2应比保护装置I的动作时限大一个时限△t,即t2=t1+△t

4—6电流速断保护为什么会出现保护“死区”？

答：由于可靠系数kk的引入，使得速断保护的动作电流大于被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护线路全长而有一段死区。

4-9 在中性点非有效接地系统中发生单相接地故障时，通常采取哪些保护措施？

答：（1）绝缘监测装置，

（2）零序电流保护。

4-10 试说明变压器可能发生哪些故障和不正常工作状态，应装设哪些保护？

答：变压器的故障分为内部故障和外部故障。内部故障主要有：绕组的相间短路、匝间短路和单相接地。外部故障有：套管及其引出线的相间短路、单相接地故障。

变压器的不正常工作状态有：外部短路或过负荷引起的过电流，风扇故障或油面降低引起的冷却能力下降等。这些都会使绕组和铁心过热。此外，对中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路是有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器绝缘。

对于电力变压器的常见故障及异常运行状态，一般应装设下列保护：

(1) 差动保护或电流速断保护：反应变压器的内、外部故障，瞬时动作于跳闸。

(2) 瓦斯保护：反应变压器的内部故障或油面降低，瞬时动作于信号或跳闸。

(3) 过电流保护：反应变压器外部短路引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备。

(4) 过负荷保护：反应过载而引起的过电流，一般作用于信号。

(5) 温度保护：反应变压器油、绕组温度升高或冷却系统的故障，动作于信号或跳闸。4-11 作图分析变压器差动保护的基本原理，分析其产生不平衡电流的原因及抑制措施？

变压器一、二次绕组接线方式的不同而引起的不平衡电流。

措施：将变压器一次侧的电流互感器连接成三角形而变压器二次侧连接成星形。

电流互感器的实际变比与计算变比不同而引起的不平衡电流

措施：通过平衡线圈或简单计算来补偿。

变压器两侧电流互感器的型号不同而引起的不平衡电流

措施：通过提高保护动作电流来躲过。

有载调压变压器分接头的改变而引起的不平衡电流

措施：躲过采用分接头调压而造成的不平衡电流。

变压器励磁电流产生的不平衡电流

措施：采用具有速饱和铁心的中间变流器，采用二次谐波或间断角的办法鉴别励磁涌流和故障电流。

4-12 在Yd11接线的变压器上构成差动保护时，如何进行相位补偿？变压器两侧电流互感器的电流比应该如何选择？

在差动回路中也存在一个由相位差引起的不平衡电流。为了消除这一不平衡电流，（1）一般将变压器一次侧的电流互感器连接成三角形，而变压器二次侧连接成星形，使得两侧电流互感器的二次电流的相位相同（2）同时电流互感器的电流还应满足：√3*INT1/KTA.△=INT2/KTA.Y。