电力系统分析(孙宏斌)第四章习题答案及作业分析_1

电力系统分析部分习题答案(参考)稳态部分第一章 电力系统的基本概念1-2 (1)各个元件的额定电压 G ：10.5kVT ：10.5/121kV ，10.5kV/399V , 110/38.5/11(10.5)kV,35/6.6(6.3)kV (2) a)发电机和变压器的额定电压G:10.5kV T 1:10.5/121kV T 2:10.5/38.5kV T 3:35/11(10.5)kV b)变压器的实际变比T-1：121(1+2.5%)/10.5 T-2:110/38.5 T3:35(1-5%)/11(10.5)(3) G:10.5kV T 1:10.5/242kV T 2:220/121/38.5kV T 3:35/6.3kV T 4:220/38.5kV T 5:10.5/3.15kV D 1:3kV D 2:6kV第二章 电力网络元件的参数和等值电路2-2-1解：R T =P k *U N 2/(1000S N 2)=100*1102/(1000*31.52)=2.4389(Ω) X T =U k %*U N 2/(100S N )=10.5*1102/(100*31.5)=40.33(Ω) G T =P 0/(1000U N 2)=86/(1000*1102)=7.1074*10-6(s)B T =I 0%*S N /(100U N 2)=2.7*31.5/(100*1102)=7.0289*10-5(s) 等值电路为：2-2-3 解：R T(100)=P kmax *U N 2/(2000S N 2)=163*1102/(2000*202)=2.4654(Ω) R T(50)= 2R T(100) =2*2.4654=4.9307(Ω)U K1%=1/2*( U K1-2%+ U K1-3%- U K2-3%)=1/2*(10.5+17-6)=10.75 U K2%=1/2*( U K1-2%+ U K2-3%- U K1-3%)=1/2*(10.5+6-17)=-0.25 U K3%=1/2*( U K1-3%+ U K2-3%- U K1-2%)=1/2*(17+6-10.5)=6.25 X T1=U k1%*U N 2/(100S N )=10.75*1102/(100*20)=65.0375(Ω)X T2=U k2%*U N 2/(100S N )=-0.25*1102/(100*20)=-1.5125(Ω) X T3=U k3%*U N 2/(100S N )=6.25*1102/(100*20)=37.8135(Ω)G T =P 0/(1000U N 2)=75/(1000*1102)=6.1983*10-6(s)B T =I 0%*S N /(100U N 2)=3.3*20/(100*1102)=5.4545*10-5(s)2-2-5解：P k13=4P ’k13=4*52=208kW P k23=4P ’k23=4*47=188kW P k1= (P k12+P k13- P k23)/2=(152.8+208-188)/2=86.4kW P k2= (P k12+P k23- P k13)/2=(152.8+188-208)/2=66.4kW P k3= (P k23+P k13- P k12)/2=(188+208-152.8)/2=121.6kW R T1=P k1*U N 2/(1000S N 2)=86.4*1212/(1000*202)=3.16(Ω) R T2=P k2*U N 2/(1000S N 2)=66.4*1212/(1000*202)=2.43(Ω) R T3=P k3*U N 2/(1000S N 2)=121.6*1212/(1000*202)=4.45(Ω) U K1%=1/2*( U K1-2%+ U K1-3%- U K2-3%)=1/2*(10.5+18-6.5)=11 U K2%=1/2*( U K1-2%+ U K2-3%- U K1-3%)=1/2*(10.5+6.5-18)=-0.5 U K3%=1/2*( U K1-3%+ U K2-3%- U K1-2%)=1/2*(18+6.5-10.5)=7 X T1=U k1%*U N 2/(100S N )=11*1212/(100*20)=80.53(Ω) X T2=U k2%*U N 2/(100S N )=-0.5*1212/(100*20)=-3.66(Ω) X T3=U k3%*U N 2/(100S N )=7*1212/(100*20)=51.24(Ω) G T =P 0/(1000U N 2)=75/(1000*1212)=5.123*10-6(s)B T =I 0%*S N /(100U N 2)=4.1*20/(100*1212)=5.60*10-5(s) 2-1-2 解：（a ）ρ=31.5Ω.mm 2/kM S=150 mm 2 r1=ρ/S=0.21Ω/kM D m =68mm .50398*4*4D D D 33bc ac ab == r=17.0/2=8.5mmx1=0.1445lg(D m /r)+0.0157=0.4164Ω/kM b1=7.58/lg(D m /r)*10-6=2.7335*10-6s/kM (b)因为为双回输电线路R=r1*l/2=0.21*100/2=10.5(Ω) X=x1*l/2=0.4164*100/2=20.8198(Ω) B/2=2*b1*l/2=2*2.7335*10-6*100/2=2.734*10-4 (S) (c) Q=U 2*B=1102*2.734*10-4*2=2*3.308=6.616Mvar 2-1-6解：因为为分裂导线r1=ρ/S=31.5/(2*300)=0.0525Ω/kMΩD m =0794m .1016*8*8D D D 33bc ac ab == 5691mm .70400*12.45d *r r 12eq ===x1=0.1445lg(D m /r eq )+0.0157/2=0.3192Ω/kM b1=7.58/lg(D m /r eq )*10-6=3.5177*10-6s/kM R=r1*l=0.0525*300=15.75(Ω) X=x1*l=0.3192*300=95.7665(Ω) B/2=b1*l/2=0.5277*10-3 (S) 2-4-1解：G ：S N =P N /cos φN =50/0.85=58.8235MV AXd ”=0.15*10.52/58.8235*(242/10.5)2=149.3382(Ω) T: R T =P k *U N 2/(1000S N 2)=300*2422/(1000*602)=4.8803(Ω) X T =U k %*U N 2/(100S N )=12.5*2422/(100*60)=122.0083(Ω) G T =P 0/(1000U N 2)=90/(1000*2422)=1.5368*10-6(s) B T =I 0%*S N /(100U N 2)=2*60/(100*2422)=2.049*10-5(s)L :R=r1*l=0.08*200=16(Ω) X=x1*l=0.406*200=81.2(Ω)B/2=b1*l/2=2.81*10-6*200/2=2.81*10-4 (S) 2-4-3解：X 线路=x1*l=0.4*70=28(Ω)U B =110kV ,S B =20MV A,且变压器的变比为110/6.6kV ，所以： X T*=U k %/100*(U N 2/S N )/（U B 2/S B ）=0.105 X T*/2=0.0525 X 线路*=28/（1102/20）=0.0463X R*=2121.020/6.6/3.0*3/6*04.0S U /I 3U *100%X 2B 26.B6NNR ==）（）（）（ 因为为双回线X 电缆*=1/2*x1*l/（U B 2/S B ）=1/2*0.08*2.5/(6.62/20)=0.0918/2=0.0459R 电缆*=1/2*ρ/S *l/（U B 2/S B ）=1/2*18.8/70*2.5/(6.62/20)=0.3083/2=0.15415第三章 简单电力系统的分析和计算3-1-1解：首先求出线路的参数：D=6.5m D m =1895m .813*5.6*5.6D D D 33bc ac ab == 查表得单位线路参数：r1=0.079Ω/kM x1=0.412Ω/kM b1=2.77*10-6S/kM 线路的等值电路为π型等值电路R=r1*l=0.079*230=18.17Ω X=x1*l=94.76Ω B/2=3.1855*10-4S 进行潮流计算：P 2=120MW cos φ=0.92 ⇒Q 2=51.1198MVar线路末端的注入功率： Q 2l =1/2*U 22*B=3.1855*10-4*2092=13.9146MVar S 2’=S 2-Q 2l =120+j51.1198-j13.9146=120+j37.2052 MV A 线路阻抗支路的功率损耗：ΔS Z =（P 2’2+Q 2’2）/U 22*(R+jX)=6.5658+j34.2417 MV A S 1’=S 2’+ΔS Z =126.5658+j71.4469 MV A 求线路上的首端电压：173kV .j513.236U R Q X P j U X Q R P U U j U U U 2'2'22'2'222221+=-+++=+∆+=δ U 1=241.7788kV 线路首端注入电容功率：Q1l=1/2* U 12*B=18.6215Mvar线路首端功率：S 1=S 1’-Q1l=126.5658+j52.8255 MV A 3-1-2解：末端注入功率：Q 2l =1/2*U 22*B=5.5*10-4*2202=26.62Mvar 设末端功率因数为cos φ2，则有：S 2’=S 2-Q 2l =P 2+jQ 2-jQ 2l =220+j(Q 2-Q 2l )=220+j(Q2-26.62)=P 2’+jQ 2’2'2'22'2'222221U R Q X P j U X Q R P U U j U U U -+++=+∆+=δ 22'2'222'2'22222221)U R Q X P ()U X Q R P U ()U ()U (U U -+++=+∆+=δ解得Q 2’=95.2162，所以Q 2=121.8362Mvar 8748.0Q P /P cos 22222=+=ϕ 3-1-14解： 线路参数为：R=r1*l=0.82*2=1.64Ω X=x1*l=0.38*2=0.76Ω 忽略电压降落横分量有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⨯+≤⨯≤+%10*)R U )cos /(P P (R U )cos /(P U %10U X Q R P 22222222222N222ϕϕ 将R ，X, cos φ,U N 带入得561MW .1P 561MW .1P 629MW.1P 222≤⎩⎨⎧⇒≤≤ 当P 2=1.561MW 时，10%p%9.58%U U X Q R P %U N222=∆=+=∆3-1-15解：Ω=⇒⎪⎩⎪⎨⎧=====≤+ 1.5R 600kW P 3kV,U U ,X R ,0Q U %10U XQ R P 22N 2N222 342.86kW P 8.0cos ,X R U %10U X Q R P '2N 2'22'≤⇒⎪⎩⎪⎨⎧==≤+ϕ 3-1-17解1(a)首先求出系统的等值电路，计算各个元件的参数LGJ-185： D=4m ， 0397m .52*4D 3m ==，查表得：r1=0.17Ω/kMx1=0.409Ω/kM b1=2.79*10-6S/kM因为为双回线，有：R=r1*l/2=100*0.17/2=8.5Ω, X=x1*l/2=0.409*100/2=40.9/2Ω B=2*b1*l=2*2.79*100*10-6=2*2.79*10-4S计算变压器的参数：查表得：P k =190kW,P 0=31.05kW,Uk%=10.5,I 0%=0.7 归算至高压侧的阻抗和导纳参数为：X T =40.3333Ω，R T =2.317Ω，G T =2.5661*10-6S ，B T =1.8223*10-5S 因为两台变压器并列运行，所以并列运行后的参数为X ’T = X T /2= 40.3333/2Ω，R T =2.317/2Ω，G T =2*2.5661*10-6S ，B T =2*1.8223*10-5S 又因为：P2=40MW, 8.0cos 2=ϕ，所以Q 2=30MVar 系统的等值电路为：变压器低压侧U 21=10.5kV ,归算到高压侧为U 2=k*U 21=110/11*10.5=105kV (1)j7.3515kV111.2032 j7.3515kV2032.6105U R Q X P j U X Q R P U U j U U U 2'T 2'T 22'T 2'T 222222'+=++=-+++=+∆+=δ U ’2=111.446kV变压器损耗：AyTmaxyTmax 'T 'T 2'2yT ZTmaxZTmax 'T 'T 222222ZT Q j P 4527MV A .j00637.0)jB G (U S ~Q j P j4.5729MV A 2627.0)jX R (U Q P S ~∆+∆=+=+=∆∆+∆=+=++=∆（或者用下式计算变压器的损耗441MVA.j00621.0)31.5*0.007*j 03105.0(*2)jQ P (2S ~j4.1667MVA0.239431.5)*10010.5j (0.19*)5.31*2(3040*2)jQ P ()2S S (2S ~yT yT yT 222kT kT 2N ZT +=+=+=∆+=++=+=∆）线路注入功率： 4652MV ar .3446.111*10*79.2U *B *2/1Q 242'22l -=-=-=- 所以5604MVA .j313264.40jQ S ~S ~S ~S ~2l yT ZT 2'1+=+∆+∆+=线路的首端电压j12.918kV119.72 j5.5667kV 5183.8UU RQ X P jU XQ R P U U j U U U 2'2'*'1'12'*'1'12'l l 2'1+=++=-+++=+∆+= δU 1=120.4165kV线路上的阻抗损耗和首端线路电容注入功率0455MVar.4120.4165*10*79.2U *B *2/1Q Q j P j4.3167MVA 7946.1)jX R (U Q P S ~2411l ZTm axZlm ax '22'21'21Zl -=-=-=∆+∆=+=++=∆-线路首端功率8325MVA .j3142.121jQ S ~S ~S ~1l Zl 1''1+=+∆+= （2）查表得3150max =τ121MW .27946.10637.02627.0P P P P yTmax Zlmax ZTmax Tmax =++=∆+∆+∆=∆全年总的电能损耗为：6824.5MW.h543.9965653.0827.5050 8760*0.06213150*1.79463150*0.2627 8760*P 3150*P 3150*P W yT Zlmax ZTmax =++=++=∆+∆+∆=∆2.当负荷变为原来的0.5倍和0.25倍时，变压器为单台变压器运行，线路仍为双回线运行，则等值电路为按上述过程计算得：当max 25P .0P =时4133MW .0P 0319.0P 1313.0P Zl yT ZT =∆=∆=∆，， 5765MW .0P 0.5pmax =∆ 当max 225P .0P =时0919MW .0P 03.0P 0328.0P Zl yT ZT =∆=∆=∆，， 1547MW .0P 0.25pmax =∆0MW.h.6975 6000-8760*P 20006000*P 2000*P W 0.25pmax 0.5plmax max =∆+-∆+∆=∆）（）（3-2-3解：等值电路图从左向右编号分别为1，2，3，4，则有： 变压器2的功率损耗为：0021.j0(-j0.0162)*12.03.0Z U S S ~222T232N 2B23B23-=+==∆（第2个变压器的第3个绕组） 0066.j0j0.131*11.02.0Z U S S ~222TB222N 2B22B22=+==∆ 3045.j05.0Z U S S ~S ~S ~S ~S ~TB222N 2B22B23B22B22B23'B2+==∆+∆++=34222TB212N'2B2B2l S ~092.j0j0.268*13045.05.0Z U S S ~∆==+==∆ 则节点3的运算负荷为： j0.2780.5j0.118-j0.0923045.j05.0S ~S ~S ~S ~30B21'B23+=++=∆+∆+= 变压器1的功率损耗：016.j0j0.32*11.02.0Z U S S ~222TB12N 2B1Bl =+==∆j0.00510098.j0j0.156)(0.0298*1278.05.0Z U S S ~222232N2323+=++==∆ 129.j0j0.118)-(-j0.011*1Y U S ~20*2N 20-===∆316.j07098.0S ~S ~S ~S ~S ~S ~Bl Bl 202332+=+∆+∆+∆+=j0.00850016.j0j0.014)(0.026*1316.07098.0Z U S S ~222122N 2212+=++==∆3245.j07114.0S ~S ~S ~122A '+=∆+=011.j0(-j0.011)*1Y U S ~10*2N 10-===∆3135.j07114.0S ~S ~S ~S ~10122A +=∆+∆+=然后由以上计算所得的功率和已知的o A01.1U ∠= 计算各点的电压：（以下电压的计算也可以不考虑横分量）kV435.00943.1 j0.0083kV 0057.0U UR Q X P j UX Q R P U U j U U U o 1A12'A 12'A A12'A 12'A 1l2l212-∠=--=-++-=-∆-= δ同理可以计算kV 3.59062.1 j0.0583kV 0339.0U U j U U U o 2B1B12B1-∠=--=-∆-= δkV 3.99037.1 j0.0638kV 0601.0U U j U U U o 2232323-∠=--=-∆-= δ kV 11.69992.0 j0.129kV 1023.0U U j U U U o 3343434-∠=--=-∆-= δ kV 11.38994.0 j0.0048kV 0032.0U U j U U U o 4B3B34B3-∠=++=-∆-= δ kV 12.97012.1U j U U U o B2B24B2-∠=-∆-=δ 同理：然后算出各点的有名值kV 3.59887.40k *U *U U kV 435.075.240 U o B1N *B1B1o 2-∠==-∠= kV 3.9914.228U o 3-∠= kV 11.38586.68k *U *U U o B13N *B3B3-∠== kV 12.97626.10k *U *U U o B12N *B2B2-∠==3-2-6解：因为求初步功率分布，只需计算两端电源供给负荷的功率即可。

电力系统分析课后习题解答第1章 绪论1—1答:能保证电气设备正常运行,且具有最佳技术指标和经济指标的电压，称为额定电压。

用电设备的额定电压和电网的额定电压相等.发电机的额定电压比所连接线路的额定电压高5％,用于补偿电网上的电压损失。

变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压。

当升压变压器与发电机直接相连时，一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同。

变压器二次绕组的额定电压一般比同级电网的额定电压高10%。

当变压器二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小（小于7％）时，二次绕组的额定电压可只比同级电网的额定电压高5%。

1-2答:一般情况下，输电线路的电压越高，可输送的容量（输电能力）就越大,输送的距离也越远。

因为输电电压高,线路损耗少，线路压降就小，就可以带动更大容量的电气设备。

在相同电压下，要输送较远的距离，则输送的容量就小，要输送较大的容量，则输送的距离就短。

当然，输送容量和距离还要取决于其它技术条件以及是否采取了补偿措施等. 1—3答：是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能,恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。

1-4解：(1）G:10。

5kV ；T-1:10。

5kV/242kV ；T-2:220kV/121kV ,220kV/38。

5kV;T —3：110kV/11kV; T —4:35kV/6.6kV;T —5:10.5kV/3。

3kV,（长线路) 10。

5kV/3.15kV （短线路）（2）T-1工作于+5%抽头：实际变比为10.5/242×（1+5%）=10。

5/254。

1，即K T —1=254。

1/10。

5=24。

2；T —2工作于主抽头：实际变比为K T-2（1-2）=220/121=1.818；K T —2(1—3）=220/38。

5=5.714; K T —2(2-3)=121/38。

5=3。

143；T —3工作于—2.5％抽头：实际变比为K T —3=110×（1—2.5％）/11=9。

电力系统分析目录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二章电力系统的元件参数及等值电路第三章简单电力系统的计算和分析第四章电力系统潮流的计算机算法第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整第二部分电力系统暂态分析第七章电力系统故障分析的基本知识第八章同步发电机突然三相短路分析第九章电力系统三相短路的实用计算第十章对称分量法及元件的各序参数和等值电路第十一章不对称故障的分析、计算第十二章电力系统各元件的机电特性第十三章电力系统静态稳定第十四章电力系统暂态稳定第十五章研究生入学考试试题附录第一部分电力系统稳态分析电力系统稳态分析，研究的内容分为两类，一类是电力系统稳态运行状况下的分析与潮流分布计算，另一类是电力系统稳态运行状况的优化和调整。

第一章电力系统的基本概念1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？1-2 为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？1-3 我国电网的电压等级有哪些？1-4 标出图1-4电力系统中各元件的额定电压。

1-5 请回答如图1－5所示电力系统中的二个问题：⑴ 发电机G 、变压器1T 2T 3T 4T 、三相电动机D 、单相电灯L 等各元件的额定电压。

⑵ 当变压器1T 在+2.5%抽头处工作，2T 在主抽头处工作，3T 在-2.5%抽头处工作时，求这些变压器的实际变比。

1-6 图1-6中已标明各级电网的电压等级。

试标出图中发电机和电动机的额定电压及变压器的额定变比。

1-7 电力系统结线如图1-7所示，电网各级电压示于图中。

试求：⑴发电机G 和变压器1T 、2T 、3T 高低压侧的额定电压。

⑵设变压器1T 工作于+2.5%抽头， 2T 工作于主抽头，3T 工作于-5%抽头，求这些变压器的实际变比。

习题1-4图1-8 比较两种接地方式的优缺点，分析其适用范围。

1-9 什么叫三相系统中性点位移？它在什么情况下发生？中性点不接地系统发生单相接地时，非故障相电压为什么增加3倍？1-10 若在变压器中性点经消弧线圈接地，消弧线圈的作用是什么？1-11 什么叫分裂导线、扩径导线？为什么要用这种导线？1-12 架空线为什么要换位？规程规定，架空线长于多少公里就应进行换位？1-13 架空线的电压在35kV 以上应该用悬式绝缘子，如采用X —4.5型绝缘子时，各种电压等级应使用多少片绝缘子？第二章 电力系统各元件的参数及等值网络2-1 一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ —150，水平排列，其线间距离为4m ，求此输电线路在40℃时的参数，并画出等值电路。

120
I2 = 0.434 ×
= 0.248kA 3 × 121
0.131 120
I3∆ =
×
= 0.475kA
3 3 × 11
中性点电流为：
In = 3 × I1 − I2 = −0.212kA 中性点电压为：
Un = 12.5 × In = −2.651kV
4-4 变压器的零序等效电路取决于哪些因数？架空线 路的三序参数相比较，何者更大？为何？ 答：变压器的零序漏抗与正序、负序漏抗相等，而零 序激磁电抗与变压器的铁心结构密切相关。零序等效 电路与外电路的连接有关，与变压器三相绕组连接形 式及中性点是否接地有关。架空线路是静止元件，它 的正序电抗等于负序电抗。由于三相架空线路中，各 相零序电流大小相等、相位相同，各相间互感磁通相 互加强，故零序电抗要大于正序电抗。
障时的正序、负序、零序等效电路； 解：正序： 负序：
零序：
零序电流：无通路，
I0 = 0
此时中性点电压为：
Un
= −E0
= −j 1
3
③合并序电流得到相电流
11
Ia
1
Ib = a2
Ic
a
1
a a2
1 1 1
I1
I2 0
=
I1 + I2 a2I1 + aI2 aI1 + a2I2
==
−6−j2 11
−6+j2 1
3
方法二：直接列回路方程求解。
Ea − Eb = j2Ia − j2Ib
220 120 x′I = 0.12 + 3 × 12.5 × 1 − 121 × 2202 = 0.044
(220 − 121) × 220 120