电力系统复习.docx

第一章 电力系统等值电路1、电力系统和电力网络的基本组成是什么？电力系统是由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器，电力线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电灯等耗能的设备，以及检测、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。电力系统中，由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备所组成的部分常称为电力网络。2、描述一个电力系统的基本参量有：总装机容量、年发电量、最大负荷、额定频率和最高电压等级，结线图则由地理结线图和电气结线图。电力系统运行基本要求：保证可靠持续供电、保证良好的电能质量、保证系统运行的经济性。3、电力变压器的主要作用是什么？主要类型有哪些？主要作用是变换电压，以利于功率的传输。在同一段线路上,传送相同的功率, 电压经升压变压器升压后，线路传输的电流减小,可以减少线路损耗，提高送电经济性，达到远距离送电的目的，而降压则能满足各级使用电压的用户需要。主要类型：(1)按相数分：1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。(2)按冷却方式分：1)干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。(4)按绕组形式分：1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。3)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。4、架空线路和电缆线路各自有什么特点？架空线采用分裂导线有何好处？架空线路是由导线、避雷针、杆塔、绝缘子和金具等构成；由于架空线采用多股导线，为增加机械强度，采用钢芯铝线，外部铝线作为主要载流部分；线路电压超过220KV时，为减小电晕损耗或线路电抗，采用扩径导线或分裂导线；为了减小三相参数不平衡，架空线的三相导线需要换位，在中性点直接接地的电力系统中，长度超过100kW的架空线都应换位。电缆线路比架空线造价高，检修麻烦。优点是不用杆塔，占地小，供电可靠，对人身较安全，不易受破坏等。5、影响输电线路电抗、电纳、电阻、电导大小的主要因素是什么？电阻取决于导线电阻率和导线截面积；电导取决于沿绝缘子串的泄露和电晕；电抗取决于导线周围磁场分布；电纳取决于导线周围的电场分布。6、 电力线路一般采用怎样的等值电路来表示？集中参数如何计算？7、所谓自然功率，是指负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率。波阻抗为纯电阻，自然阻抗为纯有功功率。输送功率等于自然功率时，线路末端电压接近始端电压；输送功率大于自然功率时，线路末端电压低于始端电压；输送功率小于自然功率时，线路末端电压高于始端电压。8、中等长度线指长度在100-300km的架空线路和不超过100km的电缆线路，超过则称为长线路，计算时必须考虑其分布参数特性。9、 直流输电与交流输电相比，有什么特点？一般认为架空线路超过600-800km，电缆线路超过40-60km直流输电较交流输电经济。高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基本上由两个换流站和直流输电线组成， 两个换流站与两端的交流系统相连接。另外，直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。(1)直流线路与交流输电相比较,直流输电具有如下优点:输送相同功率时，线路造价低；输送容量大、送电距离远，线路损耗小；不存在交流输电的稳定问题；能够充分利用线路走廊资源，适宜于海下输电；能够限制系统的短路电流；调节速度快，运行可靠；能够实现交流系统的异步连接；可方便的进行分期建设和增容建设，利于发挥投资效益。(2)与交流输电相比较,直流输电具有如下缺点:换流站设备较昂贵；换流装置要消耗大量的无功功率；换流器的过载能力较小，对直流运行不利；无适用的直流断路器；利用大地为回路带来一些技术问题；直流输电线路难以引出分支线路，绝大多数只能用于端对端送电。直流线路在遇到线路故障或隐患时（比如冰冻、山火等险情）可以降压运行，但是交流线路不行。因为居民用电、各种厂矿用电都是交流电，所以要通过换流站。10、电力系统的结构有何特点？比较有备用和无备用接线形式的主要区别？电力系统结构可以分为有备用和无备用结线两类。无备用结线包括单回路放射式、干线式和链式网络。主要优点在于简单、经济、运行方便，主要缺点是供电可靠性差。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。优点是可靠性和电能质量高，缺点是不够经济。11、为什么要规定电力系统的电压等级？我国主要的电压等级有哪些？电力系统各元件的额定电压是如何让确定的？当输送一定功率时，输电电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资越小；但电压越高，对绝缘的要求越高，塔杆、变压器、断路器等绝缘的投资也越大。这样，对应于一定输送功率和输送距离应该有一最合理的线路电压。额定电压等级有：3kW 6kW 10kW 35kW 60kW 110kW 220kW 330kW 500kW ，500kW通常用于区域电力系统的输电网络，220kW通常用于地方电力系统的输电网络，35kW及以下通常用于配电网络。发电机的额定电压为线路额定电压的105%；变压器一次侧电压等于用电设备额定电压（直接与发电机相连则为发电机额定电压），二次侧为线路额定电压的110%，漏感很小的、二次侧直接与用电设备相连的和电压特别高的变压器，其二次侧额定电压为线路额定电压的5%。11、 变压器的短路试验和空载试验是在什么条件下做的？如何让用这两个实验得到数据计算变压器等值电路中的参数？12、 衡量电力系统运行经济行的两个主要指标：煤耗率和网损率。13、什么是电力系统的负荷曲线？最大负荷利用小时数Tmax指的是什么？负荷曲线反应了某段时间内负荷随时间而变化的规律。年最大负荷利用小时数Tmax的含义是：如果负荷始终保持等于最大值Pmax时，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量W。14、何为电力系统的负荷特性（电压特性、频率特性）？负荷特性指负荷功率随端电压或者系统频率变化而变化的规律，因而有电压特性和频率特性之分。15、我国电力系统的中性点运行方式有哪些？各有什么特点？(1)直接接地：不接地和经消弧线圈接地3类。(2)直接接地：供电可靠性低，单相接地时，构成短路回路，接地电流大。(3)不接地：系统可靠性高，但是绝缘水平要求也高，单相接地不构成短路回路，但是非接地相电压升为相电压的3倍。(4)110kW以上系统直接接地，60kW一下系统中性点不接地。(5) 经消弧线圈接地:由于导线对地有电容，中性点不接地的系统单相接地时，短路点会有大的容性电流，装设消弧线圈后，接地点电流增加了感性电流分量，与容性分量相抵消，减小了接地点电流，使电弧易于自行熄灭，提高供电可靠性。中性点经消弧线圈接地又可分为过补偿和欠补偿。感性电流大于容性电流称为过补偿，容性电流大于感性电流称为欠补偿，一般采用过补偿。16、电力系统计算中，采用标幺制有什么好处？基准值如何选取？不同基准之下的标幺值如何让换算？标幺制具有计算结果清晰、便于迅速判断计算结果的正确性、可大量简化计算等优点。通常选用三相功率和线电压作为基准值，功率的基准值一般取系统总功率，电压基准值一般取参数和变量都将向其归算的该级额定电压。17、在电力系统等值电路参数计算中，如何精确计算？何为近似计算？适用场合怎样？在电力系统等值电路的参数计算中，若采用电力网或元件的额定电压进行计算，称为精确计算法；若采用各电压等级的平均额定电压进行计算，则称为近似计算法；在进行电力系统的稳态分析计算时，常采用精确计算法，而在电力系统短路计算时，常采用近似计算法。18、为什么110KV及以上的架空输电线路需要全线架设避雷线而35KV及以下架空输电线路不需全线架设避雷线？因为110KV及以上系统采用中性点直接接地的中性点运行方式，这种运行方式的优点是，正常运行情况下各相对地电压为相电压，系统发生单相接地短路故障时，非故障相对地电压仍为相电压，电气设备和输电线路的对地绝缘只要按承受相电压考虑，从而降低电气设备和输电线路的绝缘费用，提高电力系统运行的经济性；缺点是发生单相接地短路时需要切除故障线路，供电可靠性差。考虑到输电线路的单相接地绝大部分是由于雷击输电线路引起，全线路架设避雷线，就是为了减少雷击输电线路造成单相接地短路故障的机会，提高220KV电力系统的供电可靠性。 35KV及以下系统采用中性点不接地或经消弧线圈接地的中性点运行方式，即使雷击输电线路造成单相接地时，电力系统也可以继续运行，供电可靠性高，所以无需全线架设避雷线。19、什么叫电力系统分析计算的基本级？基本级如何选择？ 电力系统分析计算时，将系统参数归算到那一个电压等级，该电压等级就是分析计算的基本级。基本级可根据分析问题的方便与否进行选择，无特殊要求的情况下，通常选择系统中的最高电压级最为分析计算的基本级。20、在下图所示的电力系统中已知U=10kV，单相接地时流过接地点的电容电流为35A,如要把单相接地时流过接地点的电流补偿到20A，请计算所需消弧线圈的电感系数：根据消弧线圈应采用过补偿方式的要求可知单相接地时流过消弧线圈的电流为：第二章 电力系统潮流分布计算1在电力系统潮流计算中，负荷是怎样表示的？2输电线路的变压器的功率损耗如何计算？他们在个导纳支路上损耗的无功功率有什么不同？输电线路和变压器的功率损耗可以根据输电线路和变压器的等效电路，按照电路的基本关系，通过计算阻抗和导纳支路的功率损耗来进行，不同的是，线路导纳损耗的是容性无功功率，而变压器导纳支路损耗的是感性的无功功率。3输电线路和变压器阻抗元件上的电压降落如何计算？电压降落的大小主要由什么决定？电压降落的相位主要有什么决定？什么情况下会出现线路末端电压高于首段电压？电压降落是指变压器和输电线路始末两端电压的相量差，可按照电路原理进行计算，电压降落的大小主要决定于电压降落的纵分量U,相位主要决定于电压降落的横行分量U。因线路对地电纳吸收容性无功功率，即发出感性无功功率，线路轻载时，电纳中发出的感性无功功率可能大于电抗中吸收的感性无功功率，这时会出现线路末端电压高于首段电压。4电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整各自如何定义？电压降落是指变压器和输电线路始末两端电压的相量差(U1-U2)，是相量。电压损耗是指变压器和输电线路始末两端电压的数量差(U1-U2)，近似等于电压降落的纵分量。电压偏移是指线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差(U1-UN)或(U2-UN)。电压调整是指线路末端空载与负载时电压的数值差(U20-U2)。5运算功率是什么？运算负荷是什么？6辐射性网络潮流计算可以分为哪两种类型？分别怎样计算？一类已知同一点的电压和功率，其计算就是根据等效电路逐级推算功率损耗和电压降落；另一类是已知不同点的电压和功率，可采用迭代法进行计算。7什么是基本功率分布？什么是自然功率分布？什么是循环功率？什么是强制功率分布？什么是初步功率分布？什么是最终功率分布？什么是经济功率分布？自然功率分布：单位长度线路参数不等时的按阻抗分布功率。强制功率分布：附加串联加压器时会产生强制功率分布，使其与自然分布功率的叠加可达到理想值。循环功率：取决于两端电压的差值（相量）和环路总阻抗的功率。经济功率分布：在环状网络中使网络的功率损耗为最小的功率分布称作功率的经济分布。只有在环状网络中，每段线路的比值R/X都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布一致。8求初步功率分布的目的是什么？找出功率分点9为什么要找出功率分点？功率分点可以将闭环网分开成两个辐射网，然后，以功率分点为末端，对这两个辐射网分别用逐段推算法进行潮流计算。10变压器并联运行条件:并联运行的变压器必须具备以下三个条件：各变压器的原边额定电压要相等，各副边额定电压也要相等，即变比要相等；各变压器副边线电势对原边线电势的相位差应相等，即连接组要相同；各变压器的阻抗电压标么值应相等，短路阻抗角应相等。11简单闭环网路主要有哪两种类型？其潮流计算的主要步骤是什么？12平衡节点：配电网潮流一般只有一个电源点，该节点电压幅值和相角已知，是其他节点电压计算的参考点，待求的是该节点输入的有功和无功功率。PQ节点：一般配电网潮流计算中负荷节点已知负荷的有功和无功功率，待求节点的电压幅值和相角，这类节点为PQ节点。PV节点：配电网中有一些节点安装有并联电容器等无功电源，运行中希望这类节点的电压幅值保持在某一水平，在潮流计算中这样的节点已知负荷的有功和节点的电压幅值大小，待求节点的无功功率和电压相角，这类节点为PV节点。13功率自然分布时，有可能不满足安全、优质、经济供电的要求，这样，就提出了调整控制潮流或功率的问题。调整控制潮流的首段有3种，即串联电容、串联电抗、附加串联加压器。串联电容的作用是以容抗抵补线路的感抗，可起转移其他重载线段上流通功率的作用。串联电抗的作用与串联电容相反，主要在限流，可避免重载线段过载。附加串联加压器的作用在于产生一环流或者强制循环功率，使其与自然分布功率的叠加达到理想值。第三章 电力系统有功功率平衡及频率调整1电力系统进行有功功率平衡的目的？频率是衡量电能质量的重要指标，而频率域有功功率密切相关，有功功率不平衡，将会导致频率的变化。2有功功率负荷的变动分为三类：第一种变动幅度很小，周期短，负荷变动有很大偶然性；第二种变动负荷幅度较大，周期也较长；第三种变动幅度最大，周期也最长，基本可预测。3电力系统有功功率和频率调整大体分为3种：一次调频：由发电机组的调速器进行，针对第一种符合变动引起的频率偏移；二次调频：由发电机的调频器进行，针对第二种符合变动引起的频率偏移；三次调频：按最优化标准分配第三种有规律变动的负荷。4进行有功功率和频率的三次调整时根据根据有功功率日负荷曲线。编制负荷曲线时，网络损耗和厂用电是两个重要指标。网络损耗分两部分，一部分是变压器空载损耗，又称不便损耗，另一部分与负荷平方成正比，主要为变压器和线路的电阻损耗。5什么叫热备用和冷备用？为保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量应大于系统的发电负荷，系统电源容量大于发电机负荷的部分成为系统的备用容量。所谓热备用是指运转中的发电设备可能发出的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。6有功功率最有分配包括两部分：有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。有功功率电源最优组合指机组的合理开停，包括机组最优组合顺序，机组最优组合数量和机组最优开停时间。有功功率负荷的最优分配指系统的有功功率在各个发电设备和发电厂之间的合理分配。7有调节水库，丰水期，往往满负荷运行，调频主要有中温中压火电厂完成，枯水期，承担急剧变化的负荷，水库容量越大，调节功能越强。8发电设备输入与输出的关系，这关系称耗量特性，耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量和输出功率之比称比耗量，其倒数就是发电设备的效率。耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增率。9讨论有功功率负荷最有分配的目的在于：在供应同样大小负荷有功功率的前提下，单位时间内的能量消耗最少。10等耗量微增率准则：为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。11发电机组原动机或电源频率特性的斜率为：KG=-PG/f，称为发电机的单位调节功率。发电机的单位调节功率标志了随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。综合负荷的静态频率特性的斜率：KL=PL/f，称为负荷的单位调节功率，负荷的单位调节功率标志了随频率的升降负荷消耗功率增加或减小的多寡。12一次调频过程：发电机组原动机的频率特性和负荷频率特性的交点就是系统的原始运行点，设在原始运行点运行时负荷突然增加，即负荷频率特性突然向上移动，由于负荷突增是发电机组功率不能随之变动，机组将减速，系统频率将下降。而在系统频率下降的同时，发电机组的功率将因它的调速器的一次调整作用而增大，负荷的功率将因它本身的调节效应而减少。前者沿原动机的频率特性向上增加，后者沿负荷的频率特性向下减少，经过一个衰减的震荡过程，抵达一个平衡点。13系统单位调节功率KS= KG+ KL，标志了系统复核人增加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多寡。14二次调频：系统频率在一次调整的基础上进行二次调整，就是在负荷变动引起频率下降月初允许范围时，操作调频器，增加发动机组发出的功率，是发电机组频率特性向上移动。当发电机组如数增发的负荷功率的原始增量是，则f为零，即实现无差调节。15 两系统互联为一个联合系统。正常运行时，联络线无交换功率流通。两系统容量分别为1500MW和1000MW；系统A的单位调节功率(标幺值)K*GA=25，K*LA=1.5，系统B的单位调节功率K*GA=20，K*LA=1.3，设A系统负荷增加100MW，试求频率变化和联络线交换功率：(1)A、B两系统机组都参加一次调频(2) A、B两系统机组都不参加一次调频(3) B系统机组不参加一次调频(4) A系统机组不参加一次调频。第四章 电力系统无功功率平衡及电压调整1无功功率负荷系统总负荷的成分-昼夜间各不相同。白昼，工业用电比重大；傍晚，生活用电比重增加，而二者功率因数不同。如果白昼和傍晚的有功功率负荷的峰值约略相等，白昼无功功率负荷的峰值将大于傍晚；反之，如果白昼有功功率负荷的峰值小于傍晚，白昼和傍晚的无功功率负荷约略相等。2变压器中的无功功率损耗变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。励磁支路损耗百分值基本上等于空载电流Io的百分值；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压UK的百分值。3电力线路上的无功功率损耗两部分并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。通过110kV及以下线路输送的功率玩玩大于自然功率；通过500kV线路输送的功率大致等于自然功率。4无功功率电源发电机、电容器、调相机、静止补偿器、静止调相机、并联电抗器。电压调节效应为正：调相机、TCR型静止补偿器、SR型静止补偿器。电压调节效应为负：电容器、TSR型静止补偿器。5无功功率的平衡进行无功功率平衡计算的前题应该是系统的电压水平正常，如果不能在正常电压水平下保证无功功率的平衡，系统的电能质量就不能保证。6无功功率电压最优分布：等网损微增率准则优化无功功率电源分布的目的在于降低网络的有功功率损耗。等约束条件：无功功率平衡。7无功功率负荷最优补偿：最优网损微增率准则(1)所谓无功功率负荷的最优补偿是指最优补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和最优补偿顺序的选择等问题.(2)最优网损微增率也称无功功率经济当量。等网损微增率是无功电源最优分布的准则，而最优网损微增率或无功功率经济当量则是衡量无功负荷最优补偿的准则。8限制电压波动的措施：由大电容变电所以专用母线或线路单独向这类负荷供电；在电压波动的地点与电源之前设置串联电容器（作用：抵偿线路等感抗，限制电压波动幅度）；在附近设置调相机（作用：供给波动负荷以波动的无功功率），并在其供电线路上串联电抗器（作用：类似于发电厂或变电所的出线电抗器，起维持公共母线电压的作用）；在供电线路上设置静止补偿器（几乎可以完全消除电压波动，效果最好）。9电压中枢点：指某些能够反映系统电压水平的主要发电厂或者枢纽变电所母线。电力系统的电压调整问题也就转化为保证各电压中枢点的电压偏移不越出给定范围的问题。10逆调压：高峰负荷时供电线路电压损耗大，因而将中枢点供电电压适当升高以抵偿电压损耗的压降；低估负荷时供电线路电压损耗小，因而将中枢点供电电压适当降低，完全有可能满足负荷对电压质量的要求。这种高峰负荷时升高电压、低谷负荷时降低电压的中枢点电压调整方式称逆调压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点采取这种调压方式。11顺调压：与逆调压相对，对供电线路不长、负荷变动不大的中枢点，允许采取顺调压。所谓顺调压，就是高峰负荷时允许中枢点电压略低；低谷时，允许中枢点电压略高。13常调压：在任何负荷下都保持中枢点电压为一基本不变的数值。14调压措施：(1)改变发电机端电压调压：如供电线路不很长、线路上电压损耗不很大，一般就借调节发电机励磁、改变其母线电压，使之实现逆调压以满足负荷对电压质量的要求。(2)改变变压器变比调压：带分接头变压器（退出运行时才能改变）或者有载调压变压器或串联加压器。(3)借补偿设备调压：容器、调相机、静止补偿器、静止调相机。第五章 同步发电机基本方程及三相短路分析计算1什么是理想同步电机?（1）电机转子的结构上直轴和交轴完全对称；定子三相绕组完全对称，在空间互差120电角度。（2）定子电流在气隙中产生正弦分布的磁动势；转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦分布。（3）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感，即认为电机的定子和转子具有光滑的表面。2同步发电机基本方程为什么要进行派克变换？派克变换的物理意义是什么？原因：(1)转子的旋转使定、转子绕组间产生相对运动，致使定、转子绕组间的互感系数发生相应的周期性变化。(2)转子在磁路上只是分别对于d轴和q轴对称而不是任意对称的，转子的旋转也导致定子各绕组的自感和互感的周期性变化。变换后的电感系数都变为常数，可以假想dd绕组，qq绕组是固定在转子上的，相对转子静止。派克变换阵对定子自感矩阵起到了对角化的作用，并消去了其中的角度变量，Ld,Lq,L0 为其特征根。变换后定子和转子间的互感系数不对称，这是由于派克变换的矩阵不是正交矩阵。Ld为直轴同步电感系数，其值相当于当励磁绕组开路，定子合成磁势产生单纯直轴磁场时，任意一相定子绕组的自感系数。意义：派克变换将观察者的角度从静止的定子绕组转移到随转子一同旋转的转子绕组上，从而使得定子绕组自、互感，定、转子绕组间互感变成常数，大大简化了同步电机的原始方程。派克变换将a、b、c三相静止的绕组通过坐标变换等效为d轴dd绕组、q轴qq绕组，与转子一同旋转。3无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的？无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流中出现的分量包含：（a） 基频交流分量(含强制分量和自由分量)，基频自由分量的衰减时间常数为Td。（b）直流分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。（c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，无此量），其衰减时间常数为Ta。 转子电流中出现的分量包含：（a）直流分量(含强制分量和自由分量)，自由分量的衰减时间常数为Td。（b） 基频分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。 产生原因简要说明：(1) 三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应使得转子f绕组中磁链突然增大，f绕组为保持磁链守恒，将增加一个自由直流分量，并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子直流分量达到相对平衡（其中的自由分量要衰减为0）。( 2) 同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是由于d、 q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感应出基频交流分量。这些量均为自由分量，最后衰减为0。4有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量？其中哪些部分是衰减的？各按什么时间常数衰减？有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流和转子电流中出现的分量与无阻尼绕组的情况相同。衰减时间常数如下：(a)定子基频自由分量的衰减时间常数有3个：Td、 Td、 Tq，分别对应于f绕组、D绕组和Q绕组。(b)定子直流分量和倍频分量（自由分量），其衰减时间常数均为Ta。(c)转子自由直流分量的衰减时间常数为Td、 Td。(d)转子基频分量（自由分量），其衰减时间常数为Ta。产生原因说明：f绕组与无阻尼绕组的情况相同。另外增加了D绕组和Q绕组，这两个绕组中与f绕组类似，同样要产生直流分量和基频交流分量（f绕组与D绕组间要相互感应自由直流分量），但全部为自由分量，最后衰减为0。定子绕组中也有相应分量与之对应。5为什么要引入暂态电势Eq、Eq”、Ed”、E”？不计阻尼回路时，Eq为暂态电动势，它与励磁绕组磁链f有关，故在扰动前后瞬间不变，可用来计算短路后瞬间的基频交流分量。当计及阻尼回路时，Eq”为q轴次暂态电动势，由于其正比于f绕组磁链和D绕组磁链的线性组合，可用来计算短路后瞬间基频d轴次暂态电流初始值，Ed”为d轴次暂态电动势，用来计算基频q轴次暂态电流初始值，E=Ed”2+Eq”2。6同步发电机端三相短路,出现冲击电流的条件是什么？最恶劣短路条件下，短路电流的最大瞬时值称为短路冲击电流。在不计同步发电机定子绕组的电阻时，机端短路冲击电流出现的条件是短路前空载，短路发生在某相电压瞬时值过零时。7对称分量法能否应用于分析非线性电力系统的不对称短路？为什么？ 对称分量法不能用于分析非线性电力系统的的不对称短路。因为对称分量法实际上是把不对称短路时的电压、电流分解为正序分量、负序分量和零序分量，然后利用各序分量的相互独立性和叠加原理分别进行计算，然后再合成得到不对称短路时的各相电流和电压。即不对称分量法的理论基础之一是叠加原理，而叠加原理只适用于线性电路，所以不能用对称分量法分析非线性电力系统的不对称短路。8强行励磁起什么作用？强励动作后应注意什么问题？ 当发电机的端电压降到某一规定值时，强制励磁装置自动投入，发电机的励磁电源会自动迅速增加励磁电流，这种作用叫做强行励磁，发电机的端电压逐渐恢复，短路电流的周期分量的幅值逐渐增加，最终趋于稳定。强行励磁主要有以下几个方面的作用：（1）增加电力系统的稳定性（2）在短路切除后，能使电压迅速恢复（3）提高带时限的过流保护动作的可靠性（4）改善系统故障时电动机的自起动条件。强励动作后，如果不返回，磁场电阻长时间被短接，在发电机正常运行时，转子将承受很高的电压而受到损伤根据发电机运行状况，在保证正常运行的前提下，可以将不返回的强励装置切除。查明原因，排除故障后再投入运行。9同步发电机端三相短路,短路电流为什么会出现非周期分量？（1）短路电流暂态过程的突出特点就是产生非周期分量电流，产生的原因是由于短路回路中存在电感。（2）在发生突然短路的瞬间，根据楞次定律，短路电流不能突变。由于短路前的电流与短路后的周期分量电流一般不相等，为维持电流的连续性，将在短路回路中产生一自感电流来阻止短路电流的突变。（3）这个自感电流就是非周期分量，其初值大小与短路发生的时刻相关，即与电源电压的初相位有关。（4）短路电流的非周期分量是按指数规律衰减的，其衰减快慢取决于短路回路时间常数。一般非周期分量衰减很快，在0.2S后即衰减到初值的2%，在工程上即可认为已衰减结束。10什么是短路容量？短路点的额定电压UN与短路电流的周期分量IP所构成的视在功率，即计算短路容量的目的是选择开关设备时，用来校验其分断能力。11短路电流分析以a相为例，电压，线路电流，短路前回路阻抗角，k点发生短路后，忽略负载对短路电流的影响，其值可由短路回路的微分方程来确定。非齐次微分方程的解为：根据楞次定律可知，当发生三相短路的瞬间，电流不能突变，即短路后瞬间短路电流瞬时值（用i0+表示）与短路前瞬间负载电流值（用i0-表示）相等。把t=0带入短路前电流公式，得短路前瞬间电流的瞬时值为，把t=0带入短路后电流公式，得短路后瞬时电流值为，由得出：，非周期分量初始值。短路全电流瞬时值ik：短路电流最大可能的瞬时值为冲击电流。当短路回路的参数已知时，短路电流的周期分量的幅值就能确定，则短路电流最大瞬时值便由非周期分量初始值iap0的大小决定。短路电流出现最大值的条件：（1）短路前为空载，即t=0时，Im为零。（2）当-kl=90o时，iap0=Ipm，因高压电网中感抗LklRkl，有kl=arctan(Lkl/ Rkl)90o,这时，初相角=0o时，发生短路，即短路瞬间恰好发生在发电机电压过零点。短路冲击电流，在短路发生后约半个周期，即0.01s（设频率为50Hz）出现。即式中KM称为冲击系数，即冲击电流值相对于故障后周期电流幅值的倍数，计算中通常取为1.81.9。短路全电流有效值：在三相短路的暂态过程中，任一时刻t的短路电流有效值It，是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的方均根值。周期分量ip在计算周期内幅值恒定，t时刻的周期电流有效值为Ipm/2，非周期分量iap在以时间t为中心的一个周期内不变，因此其有效值等于瞬时值，即iap(t)。因此t时刻短路全电流的有效值为：It=(Ipm2)2+iap(t)2。12短路电流交流分量有效值（或最大值）变化的物理过程如下：短路瞬间，转子上阻尼绕组D和励磁绕组f均感生抵制定子直轴电枢反应磁通穿入的自由直流电流iD和if，迫使电枢反应磁通”ad走D和f的漏磁路径，磁导小，对应的定子回路等值电抗X”d小，电流I”大，此状态称为次暂态状态。由于D和f均有电阻，iD和if均要衰减，而其中iD很快衰减到很小，直轴电枢反应磁通可以穿入D，而仅受f的抵制仍走f的漏磁路径，此时磁导有所增加，即定子等值电抗Xd比X”d大，定子电流I比I”小，即所谓暂态状态。此后，随着if逐渐衰减至零，电枢反应磁通最终全部穿入直轴，此时，磁导最大，对应的电子电抗为Xd，定子电流为I，即为短路稳态状态。第六章 电力系统三相短路实用计算1电力系统短路故障的分类、危害以及短路计算的目的？所谓短路,是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。短路分类：三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其它几种短路均使三相回路不对称，故称为不对称短路，包括两相短路、单相接地短路和两相接地短路。电力系统的运行经验表明，单相短路接地占大多数。短路危害：（1）短路回路中的电流大大增加。其热效应会引起导体或其绝缘的损坏；同时电动力效应也可能使导体变形或损坏。（2）短路还会引起电网中电压降低，结果可能使部分用户的供电受到破坏，用电设备不能正常工作。（3）不对称短路所引起的不平衡电流，产生不平衡磁通，会在邻近的平行通信线路内感应出电动势，造成对通信系统的干扰，威胁人身和设备安全。（4）由于短路引起系统中功率分布的变化，发电机输出功率与输入功率不平衡，可能会引起并列运行的发电机失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。短路计算目的：（1）选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。（2）合理的配置继电保护及自动装置，并正确整定其参数。（3）选择最佳的主接线方案。（4）进行电力系统暂态稳定的计算。（5）确定电力线路对邻近通信线路的干扰等。2无限大容量电源的含义是什么？所谓无限大容量电源是个相对概念，它是指电源距短路点的电气距离较远时，电源的额定容量远大于系统供给短路点的短路容量，在短路过程中可近似认为电源电压恒定不变。该类电源被称之为无限大容量电源。真正的无限大容量电源内阻抗为零，但实际应用中，常把内阻抗小于10%的电源作为无限大容量电源。在分析短路暂态过程中，对于无限大容量电源，可以不考虑电源内部的暂态过程，认为电源电压恒定不变。3 电力系统短路电流计算方法：（1）手工计算：优点是计算准确；缺点是工作量大。（2）查表计算：优点是可以直接查表得到短路电流，节约时间；缺点是不够准确。（3）计算机算法：优点是大型电力系统故障计算，尤其在高压电网短路计算中，使用简便；缺点是在小型电网计算时不够准确。第七章 电力系统不对称故障分析计算1什么是对称分量法？ABC分量与正序、负序、零序分量具有怎样的关系？对称分量法是分析电力系统三相不平衡的有效方法，其基本思想是把三相不平衡的电流、电压分解成三组对称的正序相量、负序相量和零序相量，这样就可把电力系统不平衡的问题转化成平衡问题进行处理。在三相电路中，对于任意一组不对称的三相相量（电压或电流），可以分解为三组三相对称的分量。电力系统的正序，负序，零序分量便是根据ABC三相的顺序来定的。正序：A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120度。负序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。零序：ABC三相相位相同，哪一相也不领先，也不落后。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了（有时只有其中的一种），因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知道系统的问题（特别是单相接地时的零序分量）。三相短路故障和正常运行时，系统里面是正序。单相接地故障时候，系统有正序、负序和零序分量。两相短路故障时候，系统有正序和负序分量。两相短路接地故障时，系统有正序、负序和零序分量。零序电流，必须以中线作为通道，且中线流过的电流等于一相零序电流的三倍。求零序分量：把三个向量相加求和。即A相不动，B相的原点平移到A相的顶端（箭头处），注意B相只是平移，不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量（些时是箭头对箭头），这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，这就是零序分量的幅值，方向与此向量是一样的。求正序分量：对原来三相向量图先作下面的处理，A相的不动，B相逆时针转120度，C相顺时针转120度，因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一，这就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。求负序分量：注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动，B相顺时针转120度，C相逆时针转120度，因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。2电力系统各元件序参数的基本概念如何？有什么特点？对于静止元件（架空线、电缆、变压器、电抗器等），正序阻抗和负序阻抗相等，零序阻抗与正、负序阻抗不同。对于旋转元件（发电机、电动机），各序电流分别通过时，将会引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转的方向相同的旋转磁场；负序电流产生于转子旋转方向相反的旋转磁场；零序电流产生的磁场和转子的位置无关。因此，旋转元件的正序、负序、零序阻抗互不相等。3正序等效定则在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量与在短路点各相中接入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。4附加阻抗三种不对称短路电流的正序分量和三相短路电流在形式上很相似，只是阻抗 为Z(1)+Z，Z为附加阻抗。在单相短路时附加阻抗为Z(2)和Z(0)（或Z(0)+3 Zf）的串联，两相短路时附加阻抗为Z(2)（或Z(2)+Zf），两相接地短路时附加阻抗为Z(2)和Z(0)（或Z(0)+3 Zf）的并联。5 电力系统不对称故障的边界条件是什么？电力系统不对称故障时各序电压电流所需满足的关系式称为电力系统不对称故障的边界条件。单相接地短路边界条件：两相短路的边界条件：两相接地短路的边界条件：6电力系统发生不对称故障时，何处的正序电压、负序电压、零序电压最高？何处最低？（1）越靠近电源正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值就越低。三相短路时，短路点电压为零，系统其他个点电压降低最严重；两相短路接地时正序电压降低的情况仅次于三相短路；单相接地时，正序电压值降低最小。（2）越靠近短路点，负序和零序电压的有效值总是越高，这相当于在短路点有个负序和零序的电源。越远离短路点，负序和零序电压数值就越低。在发电机中性点上负序电压为零。第八章 电力系统电磁功率特性1什么叫电力系统的运行稳定性？如何分类？主要研究内容是什么？运行稳定性：当电力系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，凭借本身的固有能力和控制设备的作用，在有限的一段时间内，恢复到原始运行状态或稳定到新的稳定运行状态。分类：（1）静态稳定：电力系统受到小干扰后，不发生非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力（2）暂态稳定：电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力（3）动态稳定：电力系统受到大的或小的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。2简单电力系统的功角的含义是什么？（1）表示同步电机电势E和端电压U的夹角，即表示系统的电磁关系。（2）表示各发电机转子间的相对位置，又称位置角。暂态过程中，功角随时间的变化时判断各发电机是否能够保持同步运行的依据。3负荷稳定性：负荷在正常运行中受到扰动后能保持某一转差下继续运行的能力。4电压稳定性：维持所有母线电压的能力。电压稳定性主要取决于系统负荷动态特性。5电压不稳定：当系统出现扰动、负荷增大或者系统变更后使得一些母线电压急剧下降或者向下漂移，并且运行人员和自动装置的控制已经无法终止这种电压衰落，从而使得系统的完整性遭到破坏，功率不能正常的传送给用户，则称此时系统的电压不稳定的。6电压崩溃：当负荷功率增加到一定限值时，节点电压发生不可控制的急剧下降。第九章 电力系统静态稳定性1、简单电力系统静态稳定判据是什么？简单系统，其静态稳定的判据为dPEd0，导数dPEd称为整步功率系数，其大小可以说明发电机维持同步运行的能力，即说明静态稳定的程度。当愈接近90度，其值愈小，稳定的程度愈低；当等于90度，是稳定与不稳定的分界点，称为静态稳定极限。2电力系统不应该在接近稳定极限的情况下运行，而应该保持一定的储备，其储备系数为KP：KP=PM-P0Po100%,PM为最大功率，P0为某一运行情况下的输出功率。系统正常运行情况下，KP应不小于15%20%；在事故后的运行方式下，KP应不小于10%。3提高电力系统静态稳定性的措施？发电机可能输送的功率极限越高则静态稳定性越高，减小发电机与系统之间的联系电抗就可以增加发电机的功率极限。（1）采用自动调节励磁装置。（2）减小元件的电抗。采用分裂导线提高线路预定额定电压等级采用串联电容补偿。（3）改善系统的结果和采用中间补偿设备。第十章 电力系统暂态稳定性1等面积准则0CPT-Pd=0mP-PTd，即当减速面积等于加速面积时，转子角速度恢复到同步速度，达到m并开始减小。2什么是极限切除角、极限切除时间？使最大减速面积恰好等于加速面积的故障切除角称为极限切除角，当实际故障切除角大于极限切除角时，加速面积小于最大减速面积，系统暂态不稳定；当实际故障切除角小于极限切除角时，加速面积大于最大减速面积，系统暂态稳定。与极限切除角相对应的切除故障时间称为极限切除时间，只有实际故障切除时间小于极限故障切除时间时，系统才能保证暂态稳定。3何为发电机转子摇摆曲线？有何作用？把暂态过程中功角变化计算出来并绘成曲线，这种曲线称为发电机转子摇摆曲线。 作用：根据发电机转子摇摆曲线可以判断发电机暂态稳定性，如果功角随时间不断增大（单调变化），则系统在所给定的扰动下不能保持暂态稳定；如果功角增大到某最大值后便开始减小，以后振荡逐渐衰减，则系统是稳定的。4如何应用分断计算法、改进欧拉法求解极限切除时间？分段计算法把时间分成一个个小段（又称计算步长），在每一个小短时 间内，把变加速度运动近似地看成等加速度来计算功角的变化。 改进欧拉法的算法为：对于一时间段，先计算时间段初变量的变化速度，得到时间段末变量的近似值，然后再计算时间段末变量的近似速度，最后，以时间段初的初始速度和时间段末的近似速度的平均值作为这个时间段的不变速度来求变量的增量，从而得到时间段末变量的修正量。5提高电力系统暂态稳定性的措施？ （1）快速切除故障和自动重合闸 快速切除故障减小了加速面积，增加了减速面积，提高了发电机之间并列运行的稳定性。 电力系统的故障特别是高压输电线路的故障大多是暂时的，采用自动重合闸装置，重合闸的成功率很高，可以提高系统暂态稳定性。（2）提高发电机输出的电磁功率 发电机装设强行励磁装置可以在发电机端电压低于85%90%额定电压时迅速而大幅度的增加励磁，从而提高发电机电动势，增加发电机输出的历次功率，增加发电机并列运行和负荷的暂态稳定性。发电机采用电气制动可以减少加速面积，是原来不能保证的暂态稳定得到保证。变压器中性点经小电阻接地可以增加一项固有功率，使故障时的电磁功率增大，减小加速面积。 （3）减小原动机输出的机械功率 减小原动机输出的机械功率可以增大减速面积，增加系统暂态稳定性。