《供电技术(第5版)》习题及其参考答案

供电技术（第5版）习题及其参考答案

第一章 绪论

1-1 试述电力系统的组成及各部分的作用。

答：电力系统由发电、输电、配电和用电等四部分组成，各部分之间通过不同电压等级的电力线路连接成为一个整体。

发电是将一次能源转换成电能的过程。根据一次能源的不同，分为使用煤油气的火力发电厂、使用水位势能的水力发电站和使用核能的核电站，此外，还有使用分布式能源的风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。

输电是指电能的高压大功率输送，将电能从各个发电站输送到配电中心。由于发电和配用电的电压等级较低，故输电环节还包括中间升压和降压用的变电站。

配电是指将电能从配电中心分配到各电力用户或下级变配电所。变电所通过配电变压器为不同用户提供合适的供电电压等级。

用电是指电力用户接收和使用电能来做功或从事生产和生活活动。

1-2 用户供电系统中常用的额定电压等级有哪些？试述各种电气设备额定电压存在差别的原因。

答：电力用户供电系统中常用的额定电压等级有110kV、35kV、10kV、6kV、3kV、380/220V，电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素决定的。电力系统的主要电气设备有发电机、变压器、电网（线路）和用电设备，考虑到电气设备本身和线路上的电压损失，同一电压等级下各类设备的额定电压稍有不同。一般而言，用电设备的额定电压等同于电网的额定电压，发电机的额定电压高于电网额定电压5%，变压器一次侧额定电压等于电网额定电压或高于电网额定电压5%，而变压器二次侧额定电压则高于电网额定电压5%或10%。

1-3 统一规定各种电气设备的额定电压有什么意义？

答：电压等级是否合理直接影响到供电系统设计在技术和经济上的合理性。合理地规范标准，有利于电网的规范化管理、电气设备的标准化设计制造以及设备互换使用。

1-4 如下图所示的电力系统，标出变压器一、二次侧和发电机的额定电压。

题1-4图

答：额定电压选择如下：

（1）发电机的额定电压高于电网额定电压5%，故为10.5kV。

（2）变压器T1：一次侧与发电机母线直接相接，故为10.5kV；二次侧为低压，直接接用电设备，仅考虑到变压器本身的电压损失，故为0.4kV。

（3）变压器T2：一次侧与发电机母线直接相接，故为10.5kV；二次侧为输电电压，接长距离输电线路，考虑到变压器本身和线路的两级电压损失，故为121kV。

（3）变压器T3：一次侧与输电线路相接，故为110kV；二次侧为高压配电电压输出，可能接长距离输电线路，考虑到变压器本身和线路的两级电压损失，故分别为38.5kV和11kV。

1-5 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：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，故障相接地电流增大到正常对地电容电流的 3倍。

2）中性点经消弧线圈接地系统：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，但故障相接地电流会得到一定补偿而减小。

3）中性点直接接地系统：当发生一相接地时，即构成单相短路故障，保护动作使得供电中断，可靠性降低。但由于中性点接地的箝位作用，非故障相对地电压保持不变。电气设备绝缘水平可按相电压考虑。

1-6 试分析中性点不接地系统中发生单相接地故障后，该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，流经故障点的电流达到故障相正常对地电容电流的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：有全补偿方式、欠补偿方式、过补偿方式等三种。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导致系统发生谐振。

1-8 简述用户供电系统的主要特点。

答：（1）电力用户供电系统是电力系统的终端。（2）电力用户供电系统的供电电压一般在 110KV及以下。（3）用户供电系统一般由国家电网供电，条件许可也可建立自备发电站。

1-9 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。主要影响表现为：（1）电压偏差会影响用电设备的良好运行状态和用电功率；电压波动和闪变会使电动机转速脉动、电子仪器工作失常；电压谐波会干扰自动化装置和通信设备的正常工作；三相电压不平衡会影响人身和设备安全等。（2）频率偏差不仅影响用电设备的工作状态（如电机转速）和产品质

量，也会影响电力系统的稳定运行。（3）不能保证可靠供电直接影响到工业生产的连续性和人民生活的质量。

1-10 简述电力系统中有功功率平衡和无功功率平衡的方式方法。

答：在电力系统中，有功功率平衡是靠平衡电源（即起平衡作用的发电机）来实现的，发电机会根据电网频率的变化来自动调节输入功率以便达到电网有功功率的动态再平衡。无功功率的平衡首先是通过电网中各级无功补偿装置（如并联电容器、静止无功发生器等）来实现的，剩余无功功率通过发电机来平衡。发电机根据电网电压的高低自动调节发电机的励磁来维持电网的无功功率平衡。

第二章 用户供电系统的设计

2-1 什么是计算负荷?确定计算负荷的目的是什么?

答：计算负荷是用户供电系统设计所用的等效负荷，等效负荷对供电设备所产生的热效应等同于实际用电负荷所产生的最大热效应。对于已运行的电力用户而言，计算负荷就是该用户以半小时平均负荷为基础所绘制的典型负荷曲线上的最大负荷。对于设计中的电力用户而言，计算负荷就是依据已有类似负荷的统计运行规律、按照该用户的用电设备配置、经过计算得到的该用户的预计最大负荷。计算负荷是用户供电系统设计的基础，是供电方案确定、电气设备选型、导线截面选择、变压器数量和容量选择的依据。

2-2 计算负荷与实际负荷有何关系?有何区别?

答：计算负荷是用户供电系统设计时所用的预计会出现的最大负荷，实际负荷是用电负荷的实际值，计算负荷对供电设备所产生的热效应等同于实际用电负荷所产生的最大热效应。实际负荷是随时间和运行工况而变化的，实际负荷曲线中的半小时平均最大负荷通常与计算负荷也有偏差，这种偏差的大小反映了设计时负荷计算的准确程度。

2-3 什么是负荷曲线?负荷曲线在求计算负荷时有何作用?

答：电力负荷随时间变化的曲线称为负荷曲线，通常负荷曲线是按照半小时平均负荷绘制的。通过对负荷曲线的分析，可以掌握负荷变化的规律，并从中获得一些对供电系统设计和运行有指导意义的统计特征参数。

2-4 用户变电所位置选择的原则是什么?

答：用户变（配）电所分为总变（配）电所和车间（或台区）变（配）电所。总变电所或总配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电能损耗最小。10KV车间或台区变（配）电所的位置应该深入低压负荷中心，但在实际选择中往往受到生产工艺和建筑布局的制约。此外，还应综合考虑变电所的周围环境、进出线的方便性和设备运输的方便性。

2-5 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：变压器台数主要由以下因素决定：（1）供电可靠性要求；（2）计算负荷的大小；（3）负荷的变化规律与系统运行的经济性。

当变电所设计有两台变压器时，可以采用明备用或暗备用的工作方式。明备用就是一台变压器工作、另一台变压器停止运行作为备用；暗备用就是两台变压器同时运行，每台变压器各承担大约一半的负荷。

2-6 变压器容量选择应考虑哪些因素?

答：1、变压器容量应满足在计算负荷下变压器能够长期可靠运行的要求。对于单台变压器供电的场合，变压器的容量应大于计算负荷；对于双台等容量且互为暗备用的配电变压器，变压器总容量应大于计算负荷，且单台变压器容量不小于重要负荷（一级和二级负荷）的总容量。

2-7 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到用电设备的电流通路 ,它反映了供电系统所用的主要电气设备及其连接关系。对电气主接线的基本要求是：安全、可靠、灵活、经济。

2-8 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。

答：优缺点比较如下表：

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 馈线回路多，开关柜数量多，投资大 运行简单，操作方便，便于实现自动化

树干式 供电可靠性差，线路故障范围影响大 馈线回路少，投资小，结构简单 灵活性差

环式 供电可靠性高 适中 运行方式灵活

2-9 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。

答：高压断路器是供电系统中最重要的开关之一，具有良好的灭弧装置和较强的断流能力。线路正常时，用来通断负荷电流；线路故障时，在继电保护装置的作用下用来切断巨大的短路电流。

高压隔离开关没有灭弧装置，其灭弧能力很小，但具有明显的断开点。仅当电气设备停电检修时，断开隔离开关以便隔离电源，保证检修人员的安全。

2-10 我国10kV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，为3次零序谐波电流产生的磁通提供回路，抑制零序谐波电压。

2-11 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。使用过程中，电流互感器二次侧不允许开路，以避免二次侧出现高电压对操作者造成伤害，当二次侧不用时必须将其短接。

2-12 什么是操作电源？常用的直流操作电源有哪几种？各自有何特点？

答：变电所的控制、保护、信号及自动装置以及其他二次回路的工作电源称为操作电源。通常有交流操作电源和直流操作电源两种。直流操作电源不受供电系统运行情况的影响，工