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第六章电力变压器保护6．1判断题6．1．1变压器的差动是变压器的主保护，他们的作用不能完全替代。
（）答：对6．1．2变压器瓦斯保护的保护范围不如差动保护大，对电气故障的反应也比差动保护慢。
所以，差动保护可以取代瓦斯保护。
（）答：错6．1．3瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障，差动保护却不能，因此差动保护不能代替瓦斯保护。
（）答：对6．1．4当变压器发生少数绕组匝间短路时，匝间短路电流很大，因而变压器瓦斯保护和纵差保护均动作跳闸。
（）答：错6．1．5对三绕组变压器的差动保护各侧电流互感器的选择，应安各侧的实际容量来选择电流互感器的变比。
（）答：错6．1．6双绕组变压器差动保护的正确接线，应该是正常及外部故障时，高、低压侧二次电流相位相同，流入差动继电器差动线圈的电流为变压器高、低压侧二次电流之相量和。
（）答：错6．1．7变压器各侧电流互感器型号不同，变流器变比与计算值不同，变压器调压分接头不同，所以在变压器差动保护中会产生暂态不平衡电流。
（）答：错6．1．8相对于变压器的容量来说，大容量的变压器的励次涌流大于小容量变压器的励次涌流。
（）答：错6．1．9变压器励次涌流含有大量的高次谐波分量，并以二次谐波为主。
（）答：对6．1．10变压器采用比率制动式差动继电器主要是为了躲励次涌流和提高灵敏度。
（）答:错6．1．11从频域角度分析，波形对称原理差动继电器判据的动作条件，输入电流中的偶次谐波为制动量，相应基波及奇次谐波为动作量，因此躲励次涌流的特性比二次谐波制动的特性好。
（）答：对6．1．12谐波制动的变压器保护中设置差动速断元件的主要原因是为了提高差动保护的动作速度。
（）答：错6．1．13主接线为内桥或者3/2接线的电站，为了简化二次回路，可将高压侧两断路器的电流互感器二次并联后接入变压器比率制动式差动保护。
（）答：错6．1．14Ynd11电源变压器的YN绕组发生单相接地短路时，两侧电流相位相同。
（）答：错6．1．15在变压器差动保护范围以外改变一次电路的相序时，变压器差动保护用的电流互感器的二次接线也应随着做相应的变动。
第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整1、电力系统的主要无功电源。
2、调压方式及适用情况。
3、各种调压措施原理。
4、为什么在系统无功不足的情况下，不宜采取调整变压器分接头的办法来调压？5、如图所示，某降压变电所装设一台容量为20MV A 、电压为110/11kV 的变压器，要求变压器低压侧的偏移在大小负荷时分别不超过额定值的2.5%和7.5%，最大负荷为18MV A ，最小负荷为7MV A ，8.0cos =ϕ，变压器高压侧的电压在任何运行情况下均维持107.5kV ，变压器参数为：U k %=10.5, P k =163kW ，激磁影响不计。
试选择变压器的分接头。
6、某变电所装有二台变压器2×SFL 1—10000、110/10.5，如图所示。
10kV 侧的最大负荷为15+j11.25MV A ，接入补偿电容器-j11.25MV AR ；最小负荷为6+j4.5MV A ，电容器退出，并切除一台变压器。
已知一台变压器的阻抗为Z =9.2+j127Ω,高压母线最大负荷和最小负荷时的电压分别为106.09kV 和110.87kV 。
要求10kV 侧母线为顺调压，试选择变压器的分接头。
（变压器参数为110kV 侧的）7、如图所示，一个地区变电所，由双回110kV 输电线供电，变电所装二台容量均为31.5MV A 的分接头为：110±４×2.5%/11kV 的变压器，已知双母线电抗L X =14.6Ω，两台主变压器的电抗Ω=2.20T X （已折算至110kV 侧），变电所低压侧母线上的电压折至高压侧时，在最大负荷时U 2max =100.5kV ，最小负荷时为U 2min =107.5kV 。
试求：⑴并联电容时，容量和变比的选择怎样配合？并联调相机时，容量和变比的选择怎样配合？⑵当变电所低压侧母线要求为最大负荷时5.10max 2=′U kV ，最小负荷时10min 2=′U kV ，求为保证调压要求所需的最小同步调相机容量Q C 。
第六章 思考题及习题答案6-1 电力系统中的无功功率电源有哪些？各有什么特点？答：电力系统的无功功率电源有同步发电机、同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器和静止无功发生器等。
同步发电机是最基本的无功功率电源，在额定状态下运行时其发出无功功率为N GN GN S Q ϕsin =，当功率因数变化时，其发出的无功也随之变化，但不能超越P -Q 极限图的范围。
同步调相机是只能发无功功率的发电机，过励磁运行时，向系统供给感性无功功率，起无功电源的作用；欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率，起无功负荷的作用。
欠励磁运行时的容量只有过励磁运行时容量的50％~65％。
静电电容器只能向系统供给感性无功功率，其所供给的无功功率与所在节点电压的平方成正比，在系统发生故障而使电压降低时，其输出的无功功率反而减少。
因此电容器的无功功率调节性能较差，且无法实现输出的连续调节。
静止无功补偿器（SVC ）由静电电容器与电抗器并联组成。
电容器可发出感性无功功率，电抗器可吸收感性无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出或吸收的无功功率。
但SVC 的核心元件是电容器，因此仍存在系统电压降低、急需向系统供应无功功率时，其提供的感性无功功率反而减少的缺点。
静止无功发生器（SVG ）的主体部分是一个电压源型逆变器，通过控制逆变器的输出电压来实现无功功率的动态补偿。
与SVC 相比，其最重要的一个优点是在电压较低时仍可向系统注入较大的无功功率。
6-2 发电机的运行极限是如何确定的？答：同步发电机运行范围受以下因素限制：定子额定电流（额定视在功率）的限制；转子额定电流（空载电势）的限制；原动机出力（额定有功功率）的限制。
发电机运行极限图的具体绘制可参考教材图6-3。
6-3 什么叫电压中枢点？一般选在何处？答：在电力系统的众多节点中，通常选择一些主要的供电点加以监视和控制，如果这些节点的电压满足要求，则系统中大部分节点的电压基本上也能满足要求，这些主要的供电点称为电压中枢点。
[例6-1]设有三相对称电流θcos I i a =，)120cos( -=θI i b ，)120cos(+=θI i c ，t 'ωθθ+= 。
若d ，q 轴的旋转速度为ω，即t ωαα+= 。
试求三相电流的d ，q ，0轴分量。
解：利用变换式（6-30），可得])'()cos[()cos(t I I i d ωωθαθα-+-=-= ])'()sin[()sin(t I I i q ωωθαθα-+--=--=00=i现就'''0,,2ωωωωω===三种情况，将a ，b ，c 系统和d ，q ，0系统的电流列于表6-2。
[例6-2]已知同步发电机的参数为：X d =1.0，X q =0.6，85.0cos =ϕ。
试求在额定满载运行时的电势E q 和E Q 。
解：用标幺值计算，额定满载时V=1.0，I=1.0。
（1） 先计算E Q 。
由图6-15的向量图可得22)cos ()sin (ϕϕI X I X V E q q Q ++==41.1)85.06.0()53.06.01(22=⨯+⨯+（2） 确定QE •的相位。
向量QE •和V •间的相角差2153.06.0185.06.0arctansin cos arctan=⨯+⨯=+=ϕϕδI X V I X q q也可以直接计算QE •同I •的相位差)(ϕδ+ϕδ+= 5385.06.053.0arctancos sin arctan=+=+ϕϕV I X V q（3） 计算电流和电压的两个轴向分量8.053sin )sin(==+=I I I d ϕδ6.053cos )cos(==+= I I I q ϕδ36.021sin sin === V V V d δ93.021cos cos === V V V q δ（4） 计算空载电势q E 。
qE =QE +(dX -q X ) dI =1.41+(1-0.6)⨯0.8=1.73[例6-3] 就例6-2的同步发电机及所给运行条件，在给出'd X =0.3,试计算电势'q E 和'E 。
第六章电力变压器保护1．电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?答：变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。
变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。
变压器外部故障系指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地(通过外壳)短路，引出线之间发生的相间故障等。
变压器的不正常工作状态主要包括：由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。
为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，变压器一般应装设以下继电保护装置：(1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。
(2)防御变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护或电流速断保护。
(3)防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)后备的过电流保护(或复合电压起动的过电流保护、或负序过电流保护)。
(4)防御大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。
(5)防御变压器对称过负荷的过负荷保护。
(6)防御变压器过励磁的过励磁保护。
2．变压器差动保护的不平衡电流是怎样产生的(包括稳态和暂态情况下的不平衡电流)?答：变压器差动保护的不平衡电流产生的原因如下。
1．稳态情况下的不平衡电流(1)由于变压器各侧电流互感器型号不同，即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同而引起的不平衡电流。
它必须满足电流互感器的10％误差曲线的要求。
(2)由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流。
(3)由于改变变压器调压分接头引起的不平衡电流。
2．暂态情况下的不平衡电流(1)由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁电流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。
第六章复习题一、选择题1、输电线路上消耗的无功功率为（）。
A．容性B．感性C．等于0 D．以上都有可能2、输电线路空载运行时，末端电压比首端电压（）。
A．低B．高C．相同D．不一定3、提高线路的额定电压等级，将有助于提高系统的（）A．稳定性B．参数对称性C．线性D．非线性4、某变压器铭牌上标示电压为220±3×2.5%，它共有（）个分接头。
A．3个； B. 4个； C. 6个； D. 7个4、一般双绕组变压器的分接头（）。
A．高、低压侧均没有B．位于低压侧C．高、低压侧均有D．位于高压侧5、三绕组变压器的分接头，一般装在（）A．高压和低压绕组B．高压和中压绕组C．中压和低压绕组D．三个绕组都装6、电压中枢点是指( )A．反映系统电压水平的主要发电厂母线B．反映系统电压水平的主要变电所母线C．A或B D．电机输出线7、在线路电压损耗小、负荷变动较小的场合，中枢点采用的调压方式通常为( )。
A．逆调压B．顺调压C．常调压D．任何一种8、高峰负荷时将中枢点电压升高，低谷负荷时将其降低的调压方式是（）A．顺调压B．逆调压C．常调压D．无法确定9、逆调压是指（）A．高峰负荷，将中枢点电压调高，低谷负荷时，将中枢点电压调低B．高峰负荷，将中枢点电压调低，低谷负荷时，将中枢点电压调高C．高峰负荷，低谷负荷时，将中枢点电压均调高D．高峰负荷，低谷负荷时，将中枢点电压均调低10、借改变发电机端电压调压的方式通常是( )。
A．逆调压B．顺调压C．常调压D．不确定11、电容器并联在系统中，它发出的无功功率与并联处的电压（）A．一次方成正比B．平方成正比C．三次方成正比D．无关12、.同步调相机可以向系统中( )A．发出感性无功B．吸收感性无功C．只能发出感性无功D．既可为A，也可为B 13、电力系统中无功过剩时，会造成（）。
A．频率上升B．频率下降C．电压上升D．电压下降14、系统中无功功率不足时，会造成（）。
6.电力变压器保护习题与思考题6.5 一台双绕组降压变压器的容量为15MVA,电压比为35KV±2×2.5%/6.6KV，Yd11接线，采用BCH—2型继电器。
求差动保护的动作电流。
已知：6.6KV外部短路的最大三相短路电流为9420A；35KV侧电流互感器变比为600/5， 6.6KV侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数取K rel=1.3。
答：变压器一、二次回路电流计算值见表1表1 变压器一、二次回路电流计算值由表1可以得出6.6KV侧的二次回路电流较大，因此确定6.6KV侧为基本侧。
（1）按躲过最大不平衡电流条件，有(0.1).maxI K f U K K Idz rel za np st k=∆+∆+（1）此处.maxI k应取最大运行方式下，6.6kV母线上三相短路电流，因此，9420.maxI Ak=；f za∆是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差，110.22f za∆===；U∆是由变压器分接头改变引起的相对误差，一般取为调整范围的一半，则0.05U∆=；K np为非周期分量系数，由于采用BCH—2型继电器，故取为1；K st为电流互感器同型系数，这里取1；K rel为可靠系数，由已知条件可知为1.3. 将上述值均代入式（6—3），可得 1.3(0.220.050.111)94204531()I Adz=⨯++⨯⨯⨯=（2）按躲过励磁涌流条件，有 1.3113121705.6()1I K K I Adz rel eμ==⨯⨯=式中，Kμ为励磁电流的最大倍数，由于选取BCH—2型继电器，故取1.（3）按躲过电流互感器二次回路断线的条件，有 1.313121705.6()1.maxI K I Adz rel==⨯=以第一条件为最大，故取4531()I Adz=6.6 为什么具有制动特性的差动继电器能够提高灵敏度？何谓最大制动比、最小工作电流、拐点电流？set I set I .res g .max res res I .RI答：由互感器变比不一致和互感器传变误差产生的不平衡电流的讨论可知，流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关。
