电力工程基础_第二版_孙丽华主编_课后习题答案

第一章

1-1 什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？

答：电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的整体。建立联合电力系统的优点是：可以减少系统的总装机容量；可以减少系统的备用容量；可以提高供电的可靠性；可以安装大容量的机组；可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。

1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？

答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。

对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。

1-3 我国规定的三相交流电网额定压等级有哪些？用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系？为什么？

答：我国规定的三相交流电网额定压等级，低压有0.22/0.127 kV、0.38/0.22 kV和0.66/0.38kV；高压有3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV和750 kV。

用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同；发电机的额定电压应比同级电网额定电压高5%；变压器一次绕组的额定电压，对于降压变压器，应等于电网的额定电压，对于升压变压器，应等于发电机的额定电压；变压器二次绕的额定电压，当二次侧供电线路较长时，应比电网额定电压高10%，当变压器二次侧供电线路较短时，应比同级电网额定电压高5%。

1-4 衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。

答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。

对电力系统的主要影响（略）。

1-5 什么叫小电流接地系统？什么叫大电流接地系统？小电流接地系统发生一相接地时，各相对地电压如何变化？这时为何可以暂时继续运行，但又不允许长期运行？

答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。

在小电流接地系统中发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高倍。此时三相之间的线电压仍然对称，因此用户的三相用电设备仍能照常运行，但是，发生单相接地后，其运行时间不能太长，以免在另一相又发生接地故障时形成两相接地短路。

1-6 消弧线圈的补偿方式有几种？一般采用哪种补偿方式？为什么？

答：消弧线圈的补偿方式有全补偿、欠补偿和过补偿，一般都采用过补偿方式。因为在过补偿方式下，即使电网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，致使电网发生谐振。同时，由于消弧线圈有一定的裕度，即使今后电网发展，线路增多、对地电容增加后，原有消弧线圈仍可继续使用。

1-7 为什么我国规定110kV以上的高压电网和380/220V的低压电网要采用大电流接地系统？各有什么优点？

答：大电流接地系统发生单相接地时中性点电位仍为零，非故障相对地电压不会升高，仍为相电压，因此电气设备的绝缘水平只需按电网的相电压考虑，故可以降低工程造价。所以我国110kV及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。而在380/220V系统中采用中性点直接接地方式，主要是考虑人身安全问题，一旦发生单相接地故障，可以迅速跳开自动开关或烧断熔断丝，将故障部分切除。

1-8 试确定图1-12所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。

图1-12 习题1-8附图

答：发电机G：10.5kV；变压器T1：10.5/242kV；变压器T2：10/3.3kV；变压器T3：220/38.5kV；变压器T4：220/121/38.5kV；变压器T5：35/6.6 kV

1-9 某10kV电网，架空线路总长度70km，电缆线路总长度为16km。试求此中性点不接地的电力系统发生单相接地时的接地电容电流，并判断此系统的中性点需不需要改为经消弧线圈接地。

答：由于IC

(loh35lcab)UN(703516)10

18A30A

350350

因此，不需要改为经消弧线圈接地。

第二章

2-1 电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？

答：电力负荷按对供电可靠性的要求可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷三类。一级负荷应由两个独立电源供电；二级负荷应由两回线路供电；三级负荷对供电电源无特殊要求。

2-2 何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。

年最大负荷利用小时数Tmax，是一个假想时间，在此时间内，用户以年最大负荷Pmax持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，年负荷曲线越平坦，年负荷曲线越陡；Tmax值越大，Tmax值越小。因此，Tmax的大小说明了用户用电的性质，也说明了用户负荷曲线的大致趋势。

平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。

2-3 什么叫计算负荷？确定计算负荷的意义是什么？

答：计算负荷是根据已知的用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，计算负荷产生的热效应与实际变动负荷产生的热效应相等。

确定计算负荷时为正确选择供配电系统中的导线、电缆、开关电器、变压器等提供技术参数。 2-4 什么叫暂载率？反复短时工作制用电设备的设备容量如何确定？

答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。

对于吊车：是指统一换算到25%时的额定功率，其设备容量Pe2PNN；

对于电焊机：是指统一换算到100%时的额定功率，其设备容量PePNNSNcosNN 2-5 需要系数法和二项式系数法各有什么计算特点？各适用哪些场合？

答：需要系数法计算较简单，应用较广泛，但计算结果往往偏小，适用于容量差别不大、设备台量较多的场合；二项式法考虑大容量用电设备对计算负荷的影响，主要适用于设备台数较少而容量差别悬殊较大的的场合。

2-6 什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？

答：年最大负荷损耗小时数实际上也是一个假想时间，在此时间内，线路持续通过计算电流所产生的电能损耗，恰好与实际负荷电流全年在线路上产生的电能损耗相等。它与年最大负荷利用小时数Tmax和负荷的功率因数有关。

2-7 功率因数低的不良影响有哪些？如何提高企业的自然功率因数？

答：功率因数低将会引起线路的总电流增大，使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大；使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量；使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力；使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。

提高企业的自然功率因数的方法有：正确选用感应电动机的型号和容量；限制感应电动机的空载运行；提高感应电动机的检修质量；合理使用变压器；感应电动机同步化运行。

2-8 并联电容器的补偿方式有哪几种？各有什么优缺点？

答：并联电容器的补偿方式有高压集中补偿、低压成组补偿和分散就地补偿（个别补偿）。高压集中补偿方式的投资较少，电容器组的利用率较高，能够提高整个变电所的功率因数，但它的补偿范围小，只能补偿6～10kV母线以前的线路上的无功功率，不能补偿工业企业内部配电线路的无功功率。

低压成组补偿方式的投资不大，运行维护方便，能够减小车间变压器的容量，降低电能损耗，其补偿区大于高压集中补偿，能够补偿变电所低压母线前的变压器和所有有关高压系统的无功功率。

分散就地补偿方式的补偿范围最大，补偿效果最好，能够补偿安装地点以前的变压器和所有高低压线路的无功功率，但投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止工作时也一并被切除，利用率较低。

2-9 某工厂车间380V线路上接有冷加工机床50台，共200kW；吊车3台，共4.5kW（15%）；

通风机8台，每台3 kW；电焊变压器4台，每台22kVA（65%，cosN0.5）；空压机1台，55kW。试确定该车间的计算负荷。

解：该车间的计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表

2-10 有一条380V低压干线，供电给30台小批生产的冷加机床电动机，总容量为200kW，其中较大容量的电动机有10kW1台，7kW3台，4.5kW8台。试分别用需要系数法和二项式系数法计算该干线的计算负荷。

解：用需要系数法和二项式系数法所求计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表（需要系数法）

电力负荷计算表（二项式系数法）

2-11 有一条10kV高压线路供电给两台并列运行的S9—800/10（D,yn11接线）型电力变压器，

高压线路采用LJ—70铝绞线，水平等距离架设，线距为1m，长6km。变压器低压侧的计算负荷为900kW，cos0.8，Tmax5000h。试分别计算此高压线路和电力变压器的功率损耗和年电能损耗。解：（1）变压器的功率损耗和电能损耗

Q30(2)P0.8)675kvar 30(2)tan900tan(arccos

kVA S30(2)P30（2cos0.861125

变压器的负荷率为：

1125

0.703

2800

查附录表A-1可知，S9-800/10型（Dyn11）变压器的技术数据为：

P01.4kW，Pk7.5kW，I0%2.5，Uk%5

则两台变压器的功率损耗为：PT2(P0Pk)2(1.40.7037.5)10.2kW

QT2

SN800

(I0%2Uk%)2(2.50.70325)79.54kvar 100100

由Tmax5000h和cos0.8查图2-7得：3650h。因此，两台变压器的电能损耗为：

Wa2(P087602Pk)2(1.487600.70327.53650)5.16104kWh

（2）线路的功率损耗和电能损耗

变压器高压侧的计算负荷为：P.2910.2kW 30(1)P30(2)PT90010

Q30(1)Q30(2)QT67579.54754.54kvar

S30(1)

I30

.22754.5421182.28kVA S30(1)3UN



1182.28

68.26A

310

查附录表A-12可知，LJ-70铝绞线的r10.46Ω/km，Sav1.25m时x10.358Ω/km（实际上Sav1.26m），因此线路的功率损耗为：

23

P368.2620.46610338.58kW WL3I30RWL10

QWL3I30XWL103368.2620.358610330kvar

线路的电能损耗为：WaPkWh WL38.5836501.4110

2-12 某电力用户10kV母线的有功计算负荷为1200kW，自然功率因数为0.65，现要求提高到

0.90，试问需装设多少无功补偿容量？如果用BW10.5—40—1W型电容器，问需装设多少个？装设以后该厂的视在计算负荷为多少？比未装设时的视在计算负荷减少了多少？解：（1）需装设的BWF10.5-40-1W型并联电容器容量及个数

QC1200[tan(arccos0.65)tan(arccos0.9)]822kvar

n

QC822

20.55 取n21 qC40

则实际补偿容量为：QC2140840kvar

（2）无功补偿前后视在负荷的变化

补偿前：Q30Ptan(arccos0.65)1403kvar 30tan1200

S30

P3012001846kVA cos0.65

2P30(Q30QC)22(1403840)21325.5kVA

补偿后：S30

18461325补偿后视在负荷减少了：S30S30.5520.5kVA

2-13 某降压变电所装有一台Y,yn0联结的S9—800/10型电力变压器，其二次侧（380V）的有功计算负荷为520kW，无功计算负荷为430kvar，试求此变电所一次侧的计算负荷和功率因数。如果功率因数未达到0.9，问应在此变电所低压母线上装多大并联电容器容量才能达到要求？解：（1）变压器一次侧的计算负荷和功率因数

查附录表A-1可知，S9-800/10型（Yyn0）变压器的技术数据为：

P01.4kW，Pk7.5kW，I0%0.8，Uk%4.5

S30(2)

52024302674.76kVA

cos(2)

P30(2)S30(2)



520

0.77

674.76



则变压器的功率损耗为：

674.76

0.843 800

kW PTP0Pk1.40.8437.56.73

QT

SN800

(I0%2Uk%)(0.80.84324.5)32kvar 100100

变压器高压侧的计算负荷为：

P.73kW 30(1)P30(2)PT5206.73526Q30(1)Q30(2)QT43032462kvar

S30(1)526.7324622700.6kVA

cos(1)

P30(1)S30(1)



526.73

0.75

700.6

（2）确定无功补偿容量。由于要求变压器高压侧的功率因数cos(1)≥0.9，在变压器低压侧

2)0.92，则低压侧需装设的补偿容量为：进行补偿时，取低压侧补偿后的功率因数cos(

QC520[tan(arccos0.77)tan(arccos0.92)]209.4kvar

取QC210kvar

第三章

3-1 试比较架空线路和电缆线路的优缺点。

答：架空线路与电缆线路相比，具有投资少、易于维修和建设工期短等优点，但容易遭受雷击和风雨等自然灾害的侵袭，且它需要占用大片土地作出线走廊，有时会影响交通、建筑和市容等；电缆线路具有运行可靠、不易受外力和自然环境的影响、不占地面空间和不影响市容等优点，但投资大、建设工期长、维修不便。

3-2 架空线路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：架空线路主要由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等部件组成。导线的作用是传输电能；避雷线的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击；杆塔的作用是支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离；绝缘子的作用是使导线与杆塔之间保持绝缘；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。

3-3 什么叫电压降落？什么叫电压损失？

答：电压降落是指线路始末端电压的相量差；电压损失是指线路始末端电压的代数差。 3-4 导线截面选择的基本原则是什么？

答：输配电线路导线截面的选择应满足以下基本原则：发热条件、电压损失条件、机械强度条件、经济条件和电晕条件。

3-5 什么是“经济截面”？如何按经济电流密度来选择导线和电缆截面？

答：使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面，称为经济截面。

按经济电流密度选择导线截面时，先按AecI30jec求出经济截面，然后选择与Aec最接近而又偏小一点的标准截面，这样可节省初投资和有色金属消耗量。

3-6 有一条110kV的双回架空线路，长度为100km，导线型号为LGJ—150，计算外径为16.72mm，水平排列，相间距离为4m，试计算线路参数并作出其π型等效电路。解： r1





31.5

0.21/km2 150

R

r1l0.2110010.5 22

16.72

8.36mm 2

s5040

x10.1445lgav0.0157r0.1445lg0.015710.42/km

r8.36

Xx1l0.4210021

sav1.2645.04m5040mm，r

ZRjX10.521

b1

7.587.581061062.73106S/km s5040

lglgav

8.36r

B2b1l22.731061005.46104S

YjBj5.46104S

j2.73104S 2

对应的等效电路如右图所示。

3-7 某变电所装有一台S9—3150/35型的三相双绕组变压器，额定电压为35/10.5 kV，试求变压器的阻抗及导纳参数，并作出其等效电路。

解：查附录表A-2可知，S9-3150/35型变压器的技术数据为：

P03.8kW，Pk24.3kW，I0%0.7，Uk%7

10UNUk%103527

XT27.2

SN3150

(3j27.2)

GT

P03.83101033.1106S 22

UN35

(3.1j18)106S

BT

I0%SN0.73150555

10101.810S 22

UN35

对应的等效电路如右图所示。

3-8 某变电所装有一台SFSZ9—40000/110型、容量比为100/100/100的三绕组变压器，试求变压器等效电路中各支路的电抗（归算到110kV侧）。

解：查附录表A-4可知，SFSZ9-40000/110型变压器的技术数据为：

Uk12%10.5，Uk23%6.5，Uk31%17.5，则

k1%

10.517.56.510.75 2

Uk2%

10.56.517.50.5 21

Uk3%6.517.5107.56.75

10Uk1%UN1010.751102

∴ XT132.5

40000SN

10Uk2%UN10(0.5)1102

XT21.5 （取0Ω）

40000SN2

10Uk3%UN106.751102

XT320.4

40000SN

3-9 某10kV线路如图3-25所示，已知导线型号为LJ—50，线间几何均距为1m，p1250kW，

p2400kW，p3300kW，全部用电设备的cos=0.8，试求该线路的电压损失。

解：cos0.8，tan0.75

p1=250 kW，q12500.75187.5kvar p2=400 kW，q24000.75300kvar p3=300 kW，q33000.75225kvar

图3-25 习题3-9附图

查附录表A-12得：LJ-50型铝导线的 r10.64/km，x10.355/km，则

U

i1

piRiqiXi



r1piLix1qiLi

i1

0.64(25014001.83003)0.355(187.513001.82253)

0.6418700.3551402.5169.47V

10

对应的电压损失百分数为

U%

U169.47

1001001.69%

10000UN

[r1piLix1qiLi] 或U%2

10UNi1i1

1[0.64(25014001.83003)0.355(187.513001.82253)] 21010

=1.69%

3-10 一条10kV线路向两个用户供电，允许电压损失为5%，环境温度为30℃，其他参数如图3-26所示，若用相同截面的LJ型架空线路，试按允许电压损失选择其导线截面，并按发热条件和机械强度进行校验。

解：（1）按允许电压损失选择导线截面：

设x1=0.4Ω/km，则 Ual510103V500V 100

0.460043009Ur204V 10

UaUalUr500204296V

A80045009mm281.29mm2 0.03210296

图3-26 习题3-10附图

选LJ-95型铝绞线。

（2）按发热条件进行校验：Pp1p28005001300kW

Qq1q2600300900 kvar

SP2Q2290021581kVA

I30S

UN158131091.3A

查附录表A-8和A-10得，35℃时LJ-95导线的允许载流量为KIal0.88325286A＞91.3A，因此满足发热条件要求。

（3）按机械强度进行校验：查表3-2知，10kV架空铝绞线的最小截面为25 mm2＜95mm2，故满足机械强度条件。

3-11 某110架空线路，输送功率为20MW，功率因数为0.85，年最大负荷利用小时数为5500h，试按经济电流密度选择其LGJ型钢芯铝绞线的导线截面。

解：线路的计算电流为

I30P30

UNcos20000

31100.85 123.5A

由表3-3，查得jec0.9A/mm2，因此，导线的经济截面为

Aec

选LGJ-120型钢芯铝绞线。 123.5137.2mm2 0.9

第四章

4-1 什么叫短路？短路的类型有哪几种？短路对电力系统有哪些危害？

答：短路是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。短路的类型有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。

短路对电力系统的危害有：短路电流的热效应可使设备因过热而损坏甚至烧毁；短路电流的力效应可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；影响电气设备的正常运行，造成产品报废甚至设备损坏；会导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性；不对称接地短路所产生的不平衡电流会对邻近的平行线路电磁干扰。

4-2 什么叫标幺值？在短路电流计算中，各物理量的标幺值是如何计算的？

答：某一物理量的标幺值，等于它的实际值与所选定的基准值的比值。

在短路电流计算中，常取基准容量Sd=100MVA，基准电压用各级线路的平均额定电压，即UdUav，则基准电流IdSd2Sd。 3Ud，基准电抗XdUd

4-3 什么叫无限大容量系统？它有什么特征？

答：无限容量系统亦称无限大功率电源，是指系统的容量为无限大，内阻抗为零。它是一个相对概念，真正的无限大功率电源是不存在的。

特征：在电源外部发生短路时，电源母线上的电压基本不变，即认为它是一个恒压源。当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%～10%时，就可以认为该电源是无限大功率电源。

4-4 什么叫短路冲击电流ish、短路次暂态电流I和短路稳态电流I？在无限大容量系统中，它们与短路电流周期分量有效值有什么关系？

答：短路冲击电流ish是指在最严重短路情况下三相短路电流的最大瞬时值；短路次暂态电流I是指短路瞬间（t0s）时三相短路电流周期分量的有效值；短路稳态电流I是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流。在无限大容量系统中，有ish2KshIp和IIIp。

4-5 如何计算电力系统各元件的正序、负序和零序电抗？变压器的零序电抗与哪些因素有关？

、Xq和Xd答：发电机的正序电抗包括稳态时的同步电抗Xd、Xq，暂态过程中的Xd、Xq。

负序电抗与故障类型有关，零序电抗和电机结构有关，查教材表4-2；变压器的负序电抗与正序电抗相等，零序电抗与变压器的铁心结构及三相绕组的接线方式等因素有关；线路的负序电抗和正序电抗相等，零序电抗却与正序电抗相差较大，查教材表4-3。

4-6 什么叫复合序网？各种简单不对称短路的复合序网是什么？

答：所谓复合序网，是指根据边界条件所确定的短路点各序量之间的关系，由各序网络互相连接起来所构成的网络。

单相接地短路的复合序网是由正序网、负序网和零序网串联而成的；两相短路的复合序网是由正序网和负序网并联而成的；两相接地短路的复合序网是由正序网、负序网和零序网并联而成的。

4-7 何谓正序等效定则？如何应用它来计算各种不对称短路？

(n)答：在简单不对称短路的情况下，短路点的正序电流与在短路点每一相中接入附加电抗X而(n)发生三相短路的电流相等，即Ia1Ea1

X1(n)X，这就是正序等效定则。

(n)(n)(n)各种不对称故障时短路电流的绝对值Ik为： Ikm(n)Ia1

(n)附加电抗X和比例系数m(n)可查教材表4-4。

4-8 什么叫短路电流的力效应？如何校验电器及母线的动稳定？

答：短路电流通过电气设备和导体时，会产生很大的电动力，称为短路电流的力效应。

一般电器满足动稳定的条件是imax≥ish或Imax ≥Ish；母线满足动稳定校的条件是c≤al。 4-9 什么叫短路电流的热效应？如何校验电器及母线的热稳定？短路发热的假想时间是什么意思？如何计算？

答：短路电流通过电气设备和导体时，会产生很高的温度，称为短路电流的热效应。

2一般电器满足热稳定的条件是It2t≥I tima；母线满足热稳定的条件是k.max≥k或A＞Amin。

假想时间tima是指用稳态短路电流I来代替实际短路电流Ikt，在该时间内产生的热量与实际短路电流Ikt在短路时间tk内产生的热量Qk相等。假想时间包括周期分量假想时间tima.p和非周期分量假想时间两部分，即tima.nptimatimaptimanp。

4-10 某工厂变电所装有两台并列运行的S9-800（Y,yn0接线）型变压器，其电源由地区变电站通过一条8km的10kV架空线路供给。已知地区变电站出口断路器的断流容量为500MVA，试用

标幺制法求该厂变电所10kV高压侧和380V低压侧的三相短路电流Ik、ish、Ish及三相短路容量Sk。

解：（1）取Sd100MVA， Ud110.5kV，Ud20.4kV，则

d1S

U100I100

d2Sd

d1310.5kA5.5kA，U

d20.4kA144.3kA

（2）计算各元件电抗标幺值

系统 X*d

SS

S1000.2

oc500

线路 X*Sd

WLx1lU20.48100.522.9

av10

变压器 X*Uk%Sd

T100S4.5100

.85.625

N1000

（3）k1点短路： X***

1XSXWL0.22.93.1

IId1

X*5.5k1.1kA1.77kA

13

ish2.55Ik12.551.77kA4.51kA

Ish1.51Ik11.511.77kA2.67kA

IIk11.77kA SSd

kX*1001MVA32.26MVA

13.

（4）k**2点短路： X*

2XSXX*

20.22.95.625

WL25.9125

Ik2Id2

X*144.35.9125kA24.4kA

2

ish1.84Ik21.8424.4kA44.9kA

Ish1.09Ik21.0924.4kA26.6kA

IIk224.4kA

Sk2Sd100MVA16.9MVA *X25.9125

4-11 如图4-32所示网络，各元件的参数已标于图中，试用标幺值法计算k点发生三相短路时短路点的短路电流。

图4-32 习题4-11附图

解：（1）取Sd100MVA，UdUav，则各元件电抗标幺值为

线路 XWLx1l*Sd1000.4500.151 22Uav115

*变压器 XTUk%Sd10.51000.525 100SN10020

22XL%SdUNL41006电抗器 X 1.1642100SNLUd10060.36.3*

XX*

*WL*XT0.525*XL0.1511.1641.5775 22

IkSd

Ud1*X1kA5.81kA 1.577536.3100

4-12 在图4-33所示电力系统中，所有发电机均为汽轮发电机。各元件的参数如下：发电机

0.13，发电机G3容量为50MVA，Xd0.125；变压器T1、G1、G2容量均为31.25MVA，Xd

T2每台容量为31.5MVA，Uk%10.5，变压器T3容量为50MVA，Uk%10.5；线路WL的长度为50km，单位长度电抗为0.4Ω/km，电压为110kV级，试用运算曲线法计算10kV电压级的k点发生短路时0s 和0.2s时的短路电流。

图4-33 习题4-12附图

解：（1）作等效电路取Sd100MVA，UdUav，则各元件电抗标幺值为

发电机G1、G2 X**100

1X20.1331.250.416

变压器T1、T2 X**100

3X40.10531.50.333

发电机G3 X*100

50.125500.25

变压器T3 X*100

60.105500.21

线路WL X*100

70.45011520.151

作等值电路如下图所示。

（2）化简网络，求各电源到短路点的转移电抗

X***

8X1X30.4160.3330.749

*X***

95X6X70.250.210.1510.611

将X***

4、X8、X9作变换得：

0.3330.7491.49 0.611

0.3330.611*X110.3330.6111.216 0.749*X100.3330.749

因此，各发电机对短路点的转移电抗分别为

**G1支路 X1kX101.49

**G2支路 X2kX20.416

**G3支路 X3 kX111.216

（3）求各电源的计算电抗

31.250.466 100

31.25*Xc0.4160.13 2100

50*Xc1.2160.608 3100*Xc11.49

（4）查计算曲线数字表，并用差值法求短路电流周期分量标幺值

*对汽轮发电机G1，Xc，查附录表B-1可得 10.467

***当Xc 2.302，I00.46时 I0.21.95

***当Xc 2.203，I00.48时 I0.21.879

*因此，当Xc时，t0s和t0.2s时的短路电流电流周期分量标幺值分别为 10.467

*I02.203

*I0.22.3022.2030.480.4662.27 0.480.461.951.8790.480.4661.93 1.8790.480.46

*同理，对汽轮发电机G2，Xc，查附录表B-1可得t0s和t0.2s时的短路电流电流20.13

周期分量标幺值分别为

*I07.718

*I0.28.9637.7180.140.138.34 0.140.125.224.8780.140.135.05 4.8780.140.12

*对汽轮发电机G3，Xc查附录表B-1可得t0s和t0.2s时的短路电流电流周期30.608，

分量标幺值分别为

*I01.61

*I0.21.7481.610.650.6081.726 0.650.61.5391.4310.650.6081.522 1.4310.650.6

（5）计算短路电流有名值

归算到短路点的各电源的额定电流为

G1、G2支路 IN

G3支路 IN31.25310.550

310.5kA1.72kA kA2.75kA

因此，t0s和t0.2s时的短路电流电流周期分量有名值分别为

I01.722.272kA1.728.34kA2.751.726kA23kA

I0.21.721.93kA1.725.05kA2.751.522kA16.2kA

70135V，U8010V，U85175V，4-13 已知某一不平衡的三相系统的UBAC

试求其正序、负序及零序电压。

解：

2j120UU1 a a1eA1A112j2401 eUA21 a aUB33U1 1 111UA0C ej240ej120180ej1036.86ej8.27j135j346.13 70e62.6e85ej17529.96ej128.04

4-14 某10kV母线三相水平平放，型号LMY-608mm2，已知II21kA，母线跨距1000mm，相间距250mm，跨距数大于2，短路持续时间为2.5s，系统为无穷大，试校验此母线的动稳定度和热稳定度。

解：（1）热稳定校验： timatk2.5s

查表4-6得，铝母线的热稳定系数C87A/mm2，因此最小允许截面为

AminI

Ctima21103872.5mm2381.65mm2

母线的实际截面积A=60×8mm2 =480 mm2＞Amin，所以热稳定满足要求。

（2）动稳定校验： ish2.5521kA53.55kA 由sb250602.792，故取K≈1。 bh608

则母线受到的最大电动力为

2Fmax3ishl107353.55103

s211000107N1986.7N 250

母线的弯曲力矩为：MFmaxl1986.71N·m198.67N·m 1010

b2h0.0620.0083母线的截面系数为：Wm48107m3 66

母线的计算应力为：cM198.6774.1410 Pa Pa W48107

铝母线排的最大允许应力 al6.9107Pa＞c，所以动稳定满足要求。

第五章

5-1 熄灭电弧的条件是什么？开关电器中常用的灭弧方法有哪些？

答：灭弧的条件是去游离率大于游离率。开关电器中常用的灭弧方法有速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧分细灭弧法、狭缝灭弧法、采用多断口灭弧法和采用新型介质灭弧法等。

5-2 高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关各有哪些功能？

答：高压断路器不仅能通断正常负荷电流，而且能切断一定的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障；高压隔离开关的主要功能是隔离高压电源，保证人身和设备检修安全，同时还具有倒闸操作和通断小电流的功能；高压负荷开关可以通断一定的负荷电流和过负荷电流，有隔离开关的作用，但不能断开短路电流。

5-3 倒闸操作的基本要求是什么？

答：倒闸操作的基本要求是：合闸送电时，先合上隔离开关，再合上断路器；跳闸断电时，先断开断路器，再断开隔离开关。

5-4 低压断路器有哪些功能？按结构型式可分为哪两大类？

答：低压断路器既能带负荷通断电路，又能在线路发生短路、过负荷、低电压（或失压）等故障时自动跳闸。低压断路器按结构型式分，有塑料外壳式和万能式两大类。

5-5 熔断器的主要功能是什么？什么是“限流”式熔断器？

答：熔断器的主要功能是对电路及其设备进行短路或过负荷保护。“限流”式熔断器是指熔断器的灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧。

5-6 避雷器有何功能？有哪些常见的结构型式？各适用于哪些场合？

答：避雷器用于防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护

设备的绝缘。避雷器按结构型式分，有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物避雷器等。其中，保护间隙和管型避雷器一般用于户外输电线路的防雷保护，阀型避雷器和金属氧化物避雷器主要用于变配电所的进线防雷电波侵入保护。

5-7 Dyn11接线配电变压器和Yyn0接线配电变压器相比较有哪些优点？

答：Dyn11接线变压器能有效地抑制3的整数倍高次谐波电流的影响；Dyn11接线变压器的零序电抗比Yyn0接线变压器小得多，更有利于低压侧单相接地短路故障的切除；Dyn11接线变压器承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0接线的变压器大。

5-8 什么是电流互感器的误差？电流互感器的常用接线方式有哪几种？

答：电流互感器的误差包括电流误差（比值差）和相位误差（角差）。电流误差fi是二次电流

与I的相角差。的测量值乘以额定变流比Ki与一次电流数值差的百分数；相位差i是I21

电流互感器常用的接线方式有一相式接线、两相不完全星形接线、两相电流差接线和三相完全星形接线。

5-9 什么是电压互感器的误差？电压互感器的常用接线方式有哪几种？

答：电压互感器的误差吧包括电压误差（比值差）和相位误差（角差）。比值差fu是二次电压

与U的相角差。的测量值乘以额定变压比Ku与一次电压数值差的百分数；相位差u是U21

5-10 什么是高压开关柜的“五防”？固定式开关柜和手车式开关柜各有哪些优缺点？

答：①防止误跳、误合断路器；②防止带负荷分、合隔离开关；③防止带电挂接地线；④防止带地线合闸；⑤防止误入带电间隔。

固定式开关柜具有价格低，内部空间大，运行维护方便等优点，但体积较大；手车式开关柜具有灵活性好、检修安全、供电可靠性高、安装紧凑和占地面积小等优点，但价格较贵。

5-11 对电气主接线的基本要求是什么？电气主接线有哪些基本形式？各有什么优缺点？答：对电气主接线的基本要求是安全、可靠、灵活、经济。电气主接线的基本形式有线路-变压器单元接线、单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁路母线接线、双母线接线、桥式接线等。

线路-变压器单元接线的优点是接线简单，所用电气设备少，配电装置简单，节约投资。缺点是该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所要全部停电，供电可靠性都不高，只可供三级负荷。

单母线接线的优点是接线简单、使用设备少、操作方便、投资少、便于扩建。缺点是当母线及母线隔离开关故障或检修时，必须断开全部电源，造成整个配电装置停电；当检修一回路的断路器时，该回路要停电。

单母线分段接线既保留了单母线接线简单、经济、方便等优点，又在一定程度上提高了供电的

可靠性。但仍不能克服某一回路断路器检修时，该回路要长时间停电的显著缺点，同时这种接线在一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电。

单母线加旁路母线接线解决了出线断路器检修时的停电问题，但其缺点是需要增加一组母线、专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备，使配电装置复杂，投资增大，且隔离开关要用来操作，增加了误操作的可能性。

双母线接线具有以下优点：①轮换检修母线而不致中断供电；②检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电；③工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电；④检修任一回路断路器时，可用母联断路器来代替，不致于使该回路的供电长期中断。

但双母线接线也存在以下缺点：①在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用，容易误操作；②工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电；③使用的隔离开关数目多，配电装置结构复杂，占地面积较大，投资较高。

桥形接线中四个回路只有三个断路器，投资小，接线简单，供电的可靠性和灵活性较高，适用于向一、二类负荷供电。

5-12 电气设备选择的一般原则是什么？如何校验电气设备的动稳定和热稳定？

答：电气设备选择的一般原则是：按正常工作条件选择额定电流和额定电压，按短路情况进行校验动稳定校验和热稳定。

电气设备满足动稳定的条件是imax≥ish或Imax ≥Ish；满足热稳定的条件是It2t≥Itima。

5-13 某10/0.4kV车间变电所，总计算负荷为980kVA，其中一、二类负荷700 kVA。试初步选择该车间变电所变压器的台数和容量。

解：因为有一、二类负荷，所以应选两台变压器。变压器容量应同时满足以下两个条件：

ST0.7S300.7980686kVA 且STS30(III)700kVA

查附录表A-1，选两台10/0.4kV、S9—800 kVA的变压器。

5-14 某厂的有功计算负荷为3000kW，功率因数为0.92，该厂6kV进线上拟安装一台SN10-10型断路器，其主保护动作时间为1.2s，断路器分闸时间为0.2s，其6kV母线上的IkI20kA，试选择该断路器的规格。解： IW.max

P303UNcos



3000

313.8A

360.92

timatktprtoc1.20.21.4s ish2.55Ik2.552051kA

SkUavIk6.320218MVA SocSNoc

500300MVA UN10

查附录表A-15，选择SN10—10II/1000型断路器，设备具体参数及计算数据见下表。

高压断路器选择表

5-15 试选择图5-63中10kV馈线上的电流互感器。已知该线路的最大工作电流为70A，线路上的短路电流为Ik4.6 kA，继电保护动作时间为2 s，断路器分闸时间为0.2s，电流互感器二次回路采用2.5mm2的铜心塑料线，互感器与测量仪表相距4m.。

解：（1）准确度校验：查附录表A-25，电流互感器二次侧的负荷统计见下表：

电流互感器二次侧负荷统计表

图5-63 习题5-4附图

由上表知，其最大负荷为1.45VA。取Rtou=0.1Ω，则满足准确度等级的连接导线电阻为

RWL

SN2SiIN2Rtou

IN2

101.45520.1

0.242 2

则连接导线（铜线）的截面为

A

lc4

0.54mm2 RWL530.242

按最小允许截面取1.5 mm2的铜线。

（2）动稳定校验： ish2.55Ik2.554.6511.73kA

2KesIN121600.122.6kAish11.73kA

满足动稳定要求。

（3）热稳定校验： timatktprtQF20.22.2s

tIN1)2t(900.1)2181kA2sItima4.622.246.55kA2s

满足热稳定要求。

5-16 某一降压变电所内装有两台双绕组变压器，该变电所有两回35kV电源进线，6回10kV出线，低压侧拟采用单母线分段接线，试画出当高压侧分别采用内桥接线、外桥接线和单母线分段接线时，该变电所的电气主接线单线图。

解：变电所的电气主接线单线图分别为：

第六章

6-1 在电力系统中继电保护的任务是什么？对继电保护的基本要求是什么？

答：继电保护装置的任务是：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使其损坏程度尽可能减小，并最大限度地保证非故障部分迅速恢复正常运行；能对电气元件的不正常运行状态做出反应，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号、减负荷或延时跳闸。

对继电保护的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

6-2 什么是继电保护的接线系数？星形、不完全星形和两相电流差接线方式的接线系数有何不同？

答：在继电保护回路中，流入继电器中的电流与对应电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数。

星形接线和不完全星形接线方式无论发生何种相间短路，其接线系数都等于1，两相电流差接线在正常运行或三相短路时的接线系数为，A、C两相短路时的接线系数为2，A、B或B、C两相短路时的接线系数为1。

6-3 什么叫过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数？

答：能使电流继电器产生动作的最小电流，称为继电器的动作电流；能使电流继电器返回到原始位置的最大电流，称为继电器的返回电流；同一继电器的返回电流与动作电流的比值，称为电流继电器的返回系数。

6-4 过电流保护装置的动作电流和动作时间应如何整定？如何提高过电流保护的灵敏度？答：过电流保护装置的动作电流必须满足以下两个条件：保护装置的动作电流必须躲过线路上的最大负荷电流；保护装置在外部故障切除后应可靠返回到原始位置。

当过电流保护的灵敏度不满足要求时，可采用低电压闭锁的过电流保护来提高其灵敏度。 6-5 什么叫三段式电流保护？各段的保护范围和动作时限是如何进行配合的？

答：由无时限电流速断保护（称作第Ⅰ段）、带时限电流速断保护（称作第Ⅱ段）和定时限过电流保护（称作第Ⅲ段）配合构成整套保护，称为三段式过电流保护。

第I段只能保护本线路（WL1）的一部分，保护范围为l1，动作时间t1为继电器的固有动作时间；第II段不仅能保护本线路（WL1）的全长，而且向下一级相邻线路（WL2）延伸了一段，保



护范围为l1，动作时限与下级线路Ⅰ段保护配合，即t1第III段不仅能保护本线路（WL1）t2t；

和相邻线路（WL2）的全长，而且延伸到再下一级线路（WL3）一部分，保护范围为l1，动作时

限按阶梯原则整定，即t1t2t。

6-6 功率方向继电器的作用是什么？写出比幅式和比相式功率方向继电器的动作方程，并说明这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系。

答：功率方向继电器的作用是判断功率的方向。对于正方向的故障，其功率为正值，功率方向继电器动作；对于反方向的故障，其功率为负值，功率方向继电器不动作。

CKKI U相位比较式功率方向继电器的动作方程为：–90°≤arg≤90° （其中：DCIK）UK，D＞B（其中：AKI幅值比较式功率方向继电器的动作方程为：AIKKUUK，

KIBIKKUUK）

这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系是：

CDA

DCB

6-7 什么叫功率方向继电器的90°接线？

答：功率方向继电器的90°接线方式，是指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向继电器的电流超前电压90°的接线。

6-8 大接地电流系统中发生接地故障时有哪些特点？

答：故障点的零序电压最高，离故障点越远，零序电压越低，变压器中性点接地处的零序电压为0；零序电流的分布与中性点接地的位置和数目有关；故障点的零序功率最大。

6-9 零序功率方向继电器的电压为什么反极性接入？它有动作死区吗？为什么？

答：功率方向继电器只反应被保护线路正方向接地短路时的零序功率方向。按规定的电流、电

超前3U约90°压正方向，当被保护线路发生接地短路时，3I～110°，这时继电器应正确动作，并00

应工作在最灵敏的条件下，亦即继电器的最大灵敏角为–90°～–110°。而当前，在电力系统中实际使滞后于按正用的零序功率方向继电器都是把最大灵敏角制成70º～85º，即当从其正极性输入的3I0

70º极性端子输入的3U～85º时，继电器最灵敏。为此在使用零序功率方向继电器时，若以正极性0

端接入继电器电流线圈的极性端，则必须以负极性端接入继电器电压线圈的极性端，这时接入继电

滞后U3I，U3U，此时I70º器的电流和电压分别为：I，即Ks70，这就保证KK0K0K

了正方向发生接地故障时继电器工作在最灵敏的状态下。

6-10 距离保护的基本原理是什么？由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定是否动作

，它接近于额定电压，测量到的一种保护装置。系统正常工作时，保护安装处测量到的电压为UwIZ基本上是负荷阻抗，其值较大。当系统短路时，保护安，则比值U的电流为负荷电流IwLLL，测量到的电流为短路电流IIZ为保护安装处，则比值U装处测量到的电压为残余电压Ukkkkk

至短路点之间的阻抗，也称为短路阻抗，其值较小。因此，利用电压和电流的比值，不但能清楚地判断系统的正常工作状态和短路状态，还能反映短路点到保护安装处的距离。

距离保护装置一般由起动元件、测量元件和时间元件三部分组成。起动元件的作用是在被保护线路发生短路时立即起动保护装置；测量元件的作用是用来测量短路点到保护安装处的距离，并判断短路故障的方向；时间元件的作用是用来建立距离保护第II、III段的动作时限，以获得其所需要的动作时限特性。

6-11 变压器差动保护产生不平衡电流的原因是什么？如何减小不平衡电流？

答：产生不平衡电流的原因有：由变压器两侧绕组接线不同而产生的不平衡电流；由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流；由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；由带负荷调整变压器的分接头而产生的不平衡电流；由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流。

减小不平衡电流的措施有：将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形；采用具有速饱和铁心的差动继电器；整定计算时引入同型系数等。

6-12 微机保护装置的硬件构成分为几部分？各部分的作用是什么？

答：微机保护装置的硬件构成可分为六部分，即数据采集部分、微型计算机部分、输入输出接口部分、通信接口部分、人机接口部分和电源部分。

数据采集系统的任务是将模拟量输入量准确地转换为所需的数字量；微型计算机系统是微机保护装置的核心，主要由微处理器、程序存储器、数据存储器、接口芯片及定时器等组成；输入输出接口是微机保护与外部设备的联系部分；通信接口是实现变电站综合自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准的通信接口电路；人机接口部分主要包括显示、键盘、各种面板开关、打印与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等；供电电源工作的可靠性是确保直接影响着微机保护装置的可靠性，通常采用逆变稳压电源。

6-13 微机保护有哪些算法？各种算法的特点是什么？

答：微机保护中采用的算法很多，但可归纳为两类。一类是根据输入电气量的若干采样点通过一定的数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与整定值进行比较；另一类算法是不计算具体量值，而是根据若干采样点值与整定值相结合，直接建立保护动作方程来判断是否在保护动作区内。常用的第一类算法有两点乘积算法、半周积分算法、傅氏算法、最小二乘方算法、微分方程算法等；常用的第二类算法有负序分量算法、继电器特性算法、相电流突变算法等。

两点乘积算法所和半周积分算法的运算量较小，所用的数据窗长度分别为1/4周期和1/2周期，但只能用于提供给算法的原始数据为纯正弦函数的理想采样值，且必须和数字滤波器配合使用；傅氏算法用于输入量为周期函数，该算法具有较强的滤波作用，所用的数据窗较长，为一个基波周期；最小二乘方算法用于输入量为随机函数，该算法的精度高，滤波性能好，但计算时间长；微分方程算法可以不必滤除非周期分量，只要求低通滤波，因而算法的总时窗较短，且不受电网频率变化的影响。需要指出，微分方程算法只能用于计算阻抗，因此多用于线路保护中，而傅氏算法、最小二乘方算法还常应用于元件保护、后备电流电压保护以及一些相序分量组成的保护中。

6-14 提高微机保护可靠性的措施有哪些？

答：微机保护的可靠性主要是抗干扰问题。防止干扰进入微机保护装置的主要措施有：接地的处理，屏蔽与隔离，滤波、退耦和旁路，对供电电源的要求，合理地分配和布置插件；抑制窜入干扰影响的软硬件措施有：采样数据的干扰辩识，出口密码校核，复算校核，程序出轨的自恢复；装置故障的自检包括：CPU的检测，RAM的检测，EPROM的检测，数据采集系统的检测，出口通道的检测和成组功能的检测。

(3)6-15 已知两相电流差接线的过电流保护在三相短路时的一次动作电流为Iop，灵敏系数为

(3)KS

(3)Ik

(3)，试证明： Iop

（1）当AB或BC两相短路时，

(2)Iop



(3)Iop，

(2)

(2)Ik(3)

； (2)0.5KS

Iop

(2)

（2）当AC两相短路时，Iop

(3)2）(3)

Iop，K（。 KSS2

解：三相短路时，Kw3，继电器的动作电流为：Iop.K

Kw(3)3(3)

IopIopKiKi

（1）当AB或BC两相短路时，Kw1，继电器的动作电流为：Iop.K

Kw(2)1(2)

IopIop KiKi

由

(3)1(2)(2)(3)

IopIop得： IopIop KiKi

(2)

k(2)op

(2)而Ik

(3)I(2)

Ik ∴ KS2I

(3)

Ik(3)

Ik(3) 0.5KS(3)(3)

2Iop3Iop

（2）当AC两相短路时，Kw2，继电器的动作电流为：Iop.K

Kw(2)2(2)

IopIop KiKi

由

3(3)(3)2(2)(2)

Iop IopIop得： Iop2KiKi

(2)

∴ KS

(2)k(2)op

(3)

Ik(3)

Ik(3) (3)KSIop(3)

Iop2

6-16 某前、后两级反时限过电流保护都采用两相两继电器接线和GL—15型过电流继电器。后一级继电器的动作电流为5A，10倍动作电流的动作时限为0.5秒，电流互感器变比50/5A，前一

(3)

级继电器的动作电流也为5A，电流互感器变比75/5A，末端三相短路电流Ik450A，试整定前

一级过电流保护10倍动作电流的动作时限。

解：设供电系统如下：

k点短路时KA2中的电流为： Ik(2)

Kw(2)Ki(2)

(2)IkIop(2)

Ik

45045A 50/5

(2)对KA2 的动作电流倍数为： n2Ik



9 5

0.51s 由n29和KA2的整定时间t20.5s可得KA2的实际动作时间为：t2

t2t0.510.71.21s 所以KA2的实际动作时间为：t1

k点短路时KA2中的电流为：Ik(1)

Kw(1)Ki(1)

Ik

(1)Ik

45030A 75/5

6 5

(1)对KA1 的动作电流倍数为：n1则Ik

Iop(1)



1.21s，查曲线得KA1的10倍动作时间为：t1由n16和t1

1.1s

6-17 如图6-72所示35kV系统中，已知A母线处发生三相短路时的最大短路电流为5.25kA，最小短路电流为2.5kA，线路AB、BC的长度分别为50km和40km，单位长度电抗取0.4Ω/km。试求：（1）保护1的电流I段的整定值及最小保护范围；

（2）保护1的电流II段的定值及灵敏系数。

图6-72 习题6-17附图

解：XS.max

Uav3IkA.min



3732.5

8.54，XS.min

UavIkA.max



3735.25

4.07

(3)（1）线路AB末端的最大三相短路电流Ik为 .B.max

(3)

Ik.B.max

Uav

(XS.minXAB)



37(4.070.450)

kA0.887kA



取Krel1.3，则保护1的电流I段动作电流为

(3)

IopkA1.153kA .1KrelIk.B.max1.30.887



灵敏度校验：由Iop.1

UavUav3

得： 

22(Xxl)3(XS.maxx1lmin)S.max1min

x1lmin

Uav37

X8.547.5 S.max

21.1532Iop.1

∴

lminxl7.5

1min100%37.5%＞20% lABx1lAB0.450

(3)

（2）线路BC末端的最大三相短路电流Ik为 .C.max

(3)

Ik.C.max

Uav

3(XS.minXABXBC)



(4.070.4500.440)

kA0.533kA

保护2的电流I段动作电流为

(3)

IopkA .2KrelIk.C.max1.30.5330.693



取Krel1.1，则保护1的电流II段动作电流为



IopkA0.762kA .1KrelIop.21.10.693

(2)

灵敏度校验：线路AB末端的最小两相短路电流Ik为 .B.min

(2)

Ik.B.max

Uav337

kA0.648kA 23(XS.maxXAB)2(8.540.450)

)

Ik(20.648.B.min

∴ KS0.85＜1.3 

0.762Iop.1

灵敏度不满足要求，可与保护2的电流II段相配合，计算从略。

6-18 如图6-73所示中，35kV单侧电源辐射形线路WL1的保护方案拟定为三段式电流保护。已知保护采用两相不完全星形接线，线路WL1的最大负荷电流为174A，电流互感器变比为300/5，在最大及最小运行方式下各点短路电流见表6-3。WL2的定时限过电流保护动作时间为1.5s，试对WL1的三段式电流保护进行整定计算。

表6-3 图6-73中各点短路电流值

图6-73 习题6-18附图

解：（1）第I段：取Krel1.3，则

(3) IopkA1.7kA .1KrelIk21.31.31

Iop.KKw1Iop.11700A28.33A Ki300/5

2)Ik(12.28Ksmin1.342 1.7Iop.1

(3)（2）第II段： IopkA .2KrelIk3max1.30.52kA0.676

取Krel1.1，则

IopkA0.744kA .1KrelIop.21.10.676

Iop.KKw1Iop.1744A12.4A Ki300/5

 t1t2t0.5s

)Ik(21.152min Ks1.551.3 0.744Iop.1

（3）第III段：取Kre0.85，Krel1.2，Kst1.5，则

Iop.1KrelKst1.21.5IL.max174A368.47A Kre0.85

Iop.KKw1Iop.1368.47A6.14A Ki300/5

t1t2t1.50.52s

)Ik(21.15103

2min近后备： Ks3.121.5 368.47Iop.1

)Ik(20.49103

3min远后备： Ks1.331.2 368.47Iop.1

6-19 有一台S9-6300/35型电力变压器，Yd11接线，额定电压为35/10.5kV，试选择两侧电流互感器的接线方式和变比，并求出正常运行时差动保护回路中的不平衡电流。

解：变压器两侧的额定电流分别为

I16300

35103.9A， I16300

10.534.64A

两侧电流互感器的计算变比为

Ki103.9180346.4， Ki 555

根据电流互感器的标准变比，选择两侧电流互感器的实际变比为

Ki

两侧电流互感器的二次电流为 20040040， Ki80 55

I2346.4103.94.33A 4.5A， I28040

因此，正常运行时流入差动保护回路中的不平衡电流为：

IdsqI2I24.54.330.17A

也可列表进行计算：

由上表知，正常运行时流入差动保护回路中的不平衡电流为：

IdsqI2I24.54.330.17A

6-20 试选择降压变压器差动保护的有关参数。已知SN16000kVA，35（1±2×2.5%）/11kV，Yd11接线，Uk%8；35 kV母线短路电流Ik1.max

电流Ik2.max

(3)(3)3)3.57kA，Ik(1.min2.14kA；10 kV母线短路)5.87kA，Ik(3.2min4.47kA，10kV侧IL.max1000A。

解：（1）计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定各侧互感器的二次额定电流，计算结果见下表：

取二次额定电流大的11kV侧为基本侧。（2）按下列三条件确定差动保护10kV侧的一次动作电流

① 躲过变压器的励磁涌流，即

IopKrelIN2T1.3839.781091.7A

② 躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即

(3)IopKrelIdsq.maxKrel(KnpKsamfiUfb)Ik2.max

1.3(110.10.050.05)5.87103152.26A

③ 躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流，即

IopKrelILmax1.310001300A

取Iop1526.2A，则差动继电器的动作电流值为

Iop.KKw1Iop1526.27.63A Ki200

（3）确定基本侧差动线圈的匝数：NdcAN0607.86 Iop7.63

取Ndset7匝，则继电器实际动作电流为Iop.K60/78.57A，保护装置实际一次动作电流为

IopKi200Iop.K8.571714A Kw1

(4）确定非基本侧平衡线圈匝数

3.8(Nb.c7)4.27

Nb.c

取平衡线圈匝数Nb.set1匝。

（5）校验相对误差fb： fb4.2770.74 3.8Nb.cNb.set0.7410.03360.05 Nb.cNd.set0.747

说明以上选择结果有效，无需重新计算。

（6）校验保护灵敏度

KSI(2)

k2.min

Iop4.4710322.262 1714

6-21 某企业总降压变电所装有一台35/10.5kV、2500kVA的变压器，已知变压器一次侧母线

(3)(3)（35kV侧）的最大、最小三相短路电流分别为Ik1.max1.42kA 和Ik1.min1.3kA ，二次侧母线

(3)(3)（10kV侧）的最大、最小三相短路电流分别为Ik2.max1.49kA和Ik2.min1.45kA，保护采用两相

两继电器接线，电流互感器变比为75/5，变电所10kV出线过流保护动作时间为1s，试对该变压器的定时限过电流保护和电流速断保护进行整定计算。

解： INT

（1）过电流保护： SN3UN250033541.24A

IopKrelKst1.21.5INT41.24A87.33A Kre0.85

Kw1Iop87.33A5.82A Ki75/5

t10.51.5s Iop.K

)(

22Ik.minKSIop10.51.451034.08＞1.5 87.33

（2）速断保护：

)3(

23IopKrelIk.max1.31.491010.5549.69 37

Iop.KKw1Iop549.69A36.65A Ki75/5

(2)Ik1.3103

1.minKS2.05＞2 Iop2549.69

第七章

7-1 什么叫操作电源？对操作电源的要求是什么？变电所常用操作电源有哪几种类型？各有什么特点？

答：操作电源是用来对断路器的分、合闸回路，继电保护装置以及其他信号回路供电的电源。操作电源应能保证在正常情况和事故情况下不间断供电，当电网发生故障时，能保证继电保护和断路器可靠地动作，以及当断路器合闸时有足够的容量。

变电所常用操作电源分为直流和交流两大类。

直流操作电源可分为由蓄电池供电的直流操作电源和由硅整流器供电的直流操作电源两种。由蓄电池供电的直流操作电源是一种与电力系统运行方式无关的独立电源系统，在发电厂和变电所发生故障甚至交流电压完全消失的情况下，仍能可靠工作，供电可靠性高，但运行维护工作量较大，使用寿命较短，价格较贵，并需要许多辅助设备，主要应用于发电厂和大型变电所，而在中小型变电所中多采用硅整流型直流操作电源。

交流操作电源具有投资小、接线简单可靠、运行维护方便等优点，但它不适用于较复杂的继电保护、自动装置及其他器二次回路等，广泛用于中小型变电所中采用手动操作或弹簧储能操作及继电保护采用交流操作的场合。

7-2 断路器的控制回路应满足哪些基本要求？为什么要采用防跳装置？跳跃闭锁继电器如何起到防跳作用？

答：断路器的控制回路应满足以下基本要求：①断路器既能在远方由控制开关进行手动跳、合闸，又能在继电保护和自动装置作用下自动跳、合闸；②断路器操作机构的跳、合闸线圈是短时通

电设计制造的，当断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈；③控制回路应有指示断路器跳闸与合闸的位置信号，而且能够区分自动跳闸或合闸与手动跳闸或合闸的位置信号；④应有防止断路器多次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置；⑤应有指示断路器控制回路完好性的监视信号；⑥在满足以上基本要求的前提下，应力求简单、可靠。

装设防跳装置的目的是为了防止指运行人员手动合闸于故障线路上时断路器出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。

防跳继电器有两个线圈，电流线圈为起动线圈，接在跳闸线圈YR之前；电压线圈为自保持线圈，通过自身的常开触点KLB1-2接入合闸回路。若控制开关手柄在“合闸”位置，恰好此时断路器合闸于永久故障线路线路上，断路器QF自动跳闸，同时防跳继电器KLB（I）起动，触点KLB1-2闭合，使KLB（U）线圈带电，起自保持作用。这样，可使触点KLB3-4始终处于断开位置，合闸接触器线圈KO不会再次起动，从而使断路器QF不会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象，保证了断路器不会因跳跃而损坏。

7-3 变电所信号装置按用途可分为哪几种？各有什么作用？

答：变电所中的信号装置按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。

断路器位置信号用来指示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮表示断路器处于合闸位置；绿灯亮表示断路器处于跳闸位置。事故信号用来指示断路器事故跳闸时的状态，包括灯光信号（绿灯闪光）和音响信号（蜂鸣器）。预告信号用来指示运行设备出现不正常运行时的报警信号，该信号是区别于事故信号的音响信号（电铃），同时有光字牌显示故障性质和地点。

7-4 直流系统绝缘监察的目的是什么？交流系统绝缘监察的目的是什么？

答：直流系统的绝缘监察的目的是用来监视直流系统是否存在接地隐患；交流系统的绝缘监察的目的是用来监视小电流接地系统是否有单相接地故障。

7-5 什么叫自动重合闸？对自动重合闸的基本要求是什么？自动重合闸与继电保护的配合方式有几种？

答：自动重合闸装置（ARD）是在线路发生短路故障时，断路器跳闸后进行的重新合闸，它能提高线路供电的可靠性，主要用于架空线路。

三相一次自动重合闸装置应满足以下基本要求：①除遥控变电所外，应采用控制开关手柄位置与断路器位置“不对应原则”启动ARD，即ARD的起动条件为“SA在‘合闸后’位置，而QF在‘跳闸’位置”；②手动跳闸时不应重合，即当运行人员手动或遥控跳开断路器QF时，ARD不应起动；③手动合闸于故障线路不重合，即当手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，ARD不应动作；④ARD只能动作一次，以避免将断路器多次重合到永久性故障上去；⑤ARD

动作后应能自动复归，准备再次动作；⑥ARD的动作时间应尽可能短，以减少临时停电时间，一般为0.5～1.5s；⑦ARD应能实现重合闸“后加速”或“前加速”，以便与继电保护配合。

自动重合闸与继电保护的配合方式有前加速保护方式和后加速保护方式两种。

7-6 备用电源自动投入装置的作用是什么？有哪些基本要求？

答：备用电源自动投入装置的作用是当工作电源不论任何原因发生故障时，自动、快速地将备用电源投入，从而保证重要负荷的不间断供电，提高供电的可靠性。

备用电源自动投入装置应满足以下基本要求：①工作电源不论任何原因断开（如工作电源故障或被错误断开等），备用电源应能自动投入；②必须在工作电源确已断开，而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；③APD的动作时间应尽可能短，以利于电动机的自起动；④APD只能动作一次，以免将备用电源重复投入到永久性故障上去；⑤当电压互感器的二次回路断线时，APD 不应误动作；⑥若备用电源容量不足，应在APD 动作的同时切除一部分次要负荷。

7-7 什么是变电站综合自动化？实现变电站综合自动化的优点是什么？

答：变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。

实现变电站综合自动化的优点是：在线运行的可靠性高；供电质量高；占地面积小；变电站运行管理的自动化水平高。

7-8 变电站综合自动化的基本特征有哪些？

答：变电站综合自动化的基本特征有：功能综合化；结构分层、分布化；操作监视屏幕化；通信局域网络化；运行管理智能自动化。

7-9 简述变电站综合自动化系统的基本功能。

答：变电站综合自动化系统主要分为微机监控和微机保护两大系统。微机监控系统主要是应用微机控制技术，替代现行的人工监控方式，实现运行调度的自动化和微机化；而微机保护系统则是应用微机控制技术，替代传统的机电型和电子型模拟式继电保护装置，以获得更好的工作特性和更高的技术指标。此外，变电站综合自动化系统还有远动系统功能，电压、无功综合控制系统功能，小电流接地选线功能，低频减载功能和备用电源自投功能等。

7-10 变电站综合自动化的结构形式有哪几种？各有什么特点？

答：变电站综合自动化系统的结构形式可分为集中式、分布集中式和分层分散式。集中式综合自动化系统具有结构紧凑，体积小，占地面积小，造价低等特点，但运行可靠性较差，组态不灵活；

分布集中式集中了分布式的全部优点，节省了大量控制电缆，减少了主控室的占地面积，可靠性高，组态灵活，检修方便；分层分散模块化结构具有软件相对简单、调试维修方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点。

第八章

8-1 配电自动化系统（DAS）包括哪些内容？各部分的功能是什么？

答：配电网自动化系统（DAS）包括配电SCADA系统、地理信息系统（GIS）和需方管理（DSM）三个部分。配电SCADA系统的功能是对配电网的数据进行采集与监控，包括配网进线监控、配电变电站自动化、馈线自动化和配变巡检及无功补偿四个部分；GIS系统的功能是将配电网设备的地理位置与一些属性数据库结合，以便操作和管理人员更加直观地进行配电网的动态分析和运行管理，包括设备管理、用户信息系统、SCADA功能及故障信息显示等；DSM系统的功能是对电力的供需双方对用电市场进行管理，以达到提高供电可靠性，减少能源消耗及供需双方费用支出的目的，包括负荷监控与管理、远方抄表与计费自动化两个方面。

8-2 配电自动化对通信系统的要求有哪些？

答：配电自动化对通信系统的要求是：通信的可靠性；双向通信的要求；通信速率的要求；通信不受停电的影响；通信系统建设费用；使用和维护的方便性；可扩充性。

8-3 配电载波通信主要由哪些设备构成？有哪些特点？

答：配电载波通信用到的主要设备有：在主变电站安装的多路载波机（称主站设备）、在线路各测控对象处安放的配电线载波机（称从站设备）和高频通道。

配电载波通信的最大优点是电通到哪里通信就能到哪里，与电网建设同步，具有通道可靠性高、投资少、见效快、组网灵活方便、运行维护成本低等优点。

8-4 光纤通信有哪些特点？简述光纤通信系统的组成及各部分的作用。

答：光纤通信与其他通信方式相比，具有传输频带宽、通信容量大、传输速率高、传输损耗小、

误码率低、可靠性高、不受电磁干扰、组网灵活方便等优点。

光纤通信系统由电端机、光端机、中继器和光缆组成。电端机完成对所需传输或接收信号的处理；光端机的发送端内含有光源，它完成将电信号转换为光信号，并输入光纤传输至远方；光端机的接收端内含有光检测器，它完成将来自光纤的光信号还原成电信号，并输入到电端机的接收端；中继器完成将经过长距离传输后被衰减和畸变了的光信号放大、整形和再生成一定强度后，继续送向远方。

8-5 馈线自动化有哪两种实现方式？比较它们的实现方法和优缺点。

答：馈线自动化有当地控制方式和远方控制方式两种实现方式。当地控制方式是依靠智能配电开关设备（重合器和分段器等）间的相互配合来实现故障区域自动隔离和健全区域自动恢复供电的功能；远方控制方式是通过通信网络及配电子站把户外分段开关处的柱上FTU和配电网控制中心的SCADA计算机系统连接起来，由计算机系统完成故障定位，然后以遥控方式隔离故障区域，恢复非故障区域供电。

当地控制方式具有结构简单，建设费用低，不需要建设通信网络，不存在电源提取问题等优点，但它具有以下缺点：只在线路发生故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因而不能优化运行方式；调整运行方式后，需要重新到现场修改元件整定值；恢复健全区段供电时，无法采取安全和最佳措施；需要经过多次重合，对设备的冲击大。

远方控制方式具有以下优点：在故障时隔离故障区域，正常时监控配网运行，可以优化运行方式，实现安全经济运行；适应灵活的运行方式；恢复健全区段供电时，可以采取安全和最佳措施；可以和GIS、MIS等联网，实现全局信息化。但它具有结构复杂，建设费用高，需要建设通信网络，存在电源提取问题等缺点。

8-6 重合器的结构性能与断路器有何不同？什么是重合器的时间—电流特性曲线？有几种？答：重合器是一种自身具有控制及保护功能的开关设备。它能进行故障电流检测和按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作，并在动作后能自动复位或闭锁。

重合器可以代替变电站的出线断路器，其功能是：当线路发生故障后，重合器通过检测确认为故障电流时将自动跳闸，并按预先整定的动作顺序及时间间隔进行若干次合、分循环操作。如果重合成功，线路恢复供电，则自动终止后续动作，并经一段延时后恢复到初始的整定状态，为下一次故障做好准备；如果重合器完成预先整定的重合次数后仍重合失败，则自动进行闭锁，不再重合，保持在分闸状态。待故障排除后，只有通过手动复位才能解除闭锁。

重合器的时间—电流特性曲线是指重合器的开断时间与开断电流之间的关系曲线。重合器一般有两种时间—电流特性曲线，一种为快速动作时间—电流特性曲线，一般只有一条；另一种为慢速

动作时间—电流特性曲线，可以有多条。

8-7 分段器按判断故障方式的不同，可分哪两类？比较两种分段器的功能特点、动作原理及适用场合。

答：分段器按判断故障方式的不同，可分为过流脉冲计数型分段器和电压—时间型分段器两类。过流脉冲计数型分段器又称自动分段器，它是以检测线路电流来判断故障并进行分合闸操作的。它通常与电源侧的重合器或断路器配合使用。它不能用来开断短路电流，但它具有在一段时间内记忆前级开关设备开断故障电流动作次数的能力。当线路发生故障时，电源侧保护开关切断故障电流，分段器的记数装置开始记数，当达到预定的记忆次数后，在前级的重合器或断路器跳开故障线路的瞬间，过流脉冲计数型分段器自动跳开，使故障线路与系统隔离。若前级开关设备未达到预定的动作次数，过流脉冲计数型分段器不分断，并会在一定的复位时间后清零而恢复到预先整定的初始状态，为下一次故障做好准备。

电压—时间型分段器又称自动配电开关或重合分段器，它是凭借加电压或失电压的时间长短来控制其动作的，失电压后分闸，加电压后合闸或闭锁。

电压—时间型分段器有两套功能：一套功能应用于处于常闭状态的分段开关，主要用于辐射状网中；另一套功能应用于处于常开状态的分段开关，主要用于环状网中。这两套功能可以利用故障检测器底部的操作手柄相互切换。

8-8 馈线远方终端（FTU）有哪几部分组成？各部分在设计时应考虑哪些问题？

答：馈线远方终端单元（FTU）由核心模块远方终端控制器、充电器、蓄电池、机箱外壳以及各种附件组成。

远方终端控制器作为整个FTU的核心模块需完成FTU的主要功能，一般由高性能的嵌入式CPU或DSP来完成，考虑到工作环境，设计时应选用工业级芯片；充电器完成交流降压、整流及隔离，蓄电池充放电管理，多电源自动投切，蓄电池容量监视等功能，可以采用专用集成电路来完成，亦可采用合适的单片机来完成；蓄电池是作为FTU所有供电电源的后备电源，电压可选DC24V或DC48V，容量至少应在7Ah（24V）以上；机箱外壳宜采用耐腐蚀的材料做成，最好采用不锈钢材料；各种附件包括远方控制闭锁开关、分合闸按钮、跳合位置指示灯、接线端子排、航空接插件、空气开关、除湿和加热器等。

8-9 地理信息系统（GIS）的主要功能有哪些？

答：GIS的主要功能有：数据的输入与编辑整理；数据的存储与管理；数据的检索与查询；数据的分析与处理；数据的输出。

8-10 配电图资地理信息系统（AM/FM/GIS）有哪些特点？在配电网中有哪些具体应用？

答：配电图资地理信息系统有以下功能：拓扑网络着色；自动动态连接；小区分割管理；AutoCAD双向接口；跳闸事件报告；能接入第三方软件。

在配电网中的实际应用包括离线方面的应用、在线方面的应用和客户呼叫服务系统中的应用。 8-11 远程自动抄表系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：远程自动抄表系统由电能表、采集终端/采集模块、集中抄表器、信道和后台主站系统构成。电能表是电能计量装置的核心；采集终端用于采集多个用户电能表电能量信息，并经处理后通过信道传送到系统上一级（中继器或集中器）；采集模块用于采集单个用户电能表电能量信息，并将它处理后通过信道传送到系统上一级（中继器或集中器）；集中器用于收集各采集终端或采集模块（或多功能电能表）的数据，并进行处理储存，并能和主站或手持式抄表器进行数据交换；信道用于信号（数据）的传输；后台主站系统通过信道对集中器中的信息采集，并进行处理和管理。

第九章

9-1 什么叫过电压？过电压有哪些类型？各是怎样产生的？

答：电力系统在运行中，由于雷击、误操作、故障、谐振等原因引起的电气设备电压高于其额定工作电压的现象称为过电压。过电压分为内部过电压和外部过电压两大类。

内部过电压又分为操作过电压和谐振过电压。对于因开关操作、负荷剧变、系统故障等原因而引起的过电压，称为操作过电压；对于系统中因电感、电容等参数在特殊情况下发生谐振而引起的过电压，称为谐振过电压。外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引起的过电压。

9-2 什么叫接闪器？其主要功能是什么？避雷针、避雷线和避雷网（带）各用在什么场合？答：接闪器又称受雷装置，是接受雷电流的金属导体，常用的有避雷针、避雷线和避雷网（带）三种类型。接闪器的功能是将雷电吸引到自身，并经引下线和接地装置将雷电流安全地泄入大地，从而保护附近的电力设备和建筑物免遭雷击。

避雷针主要用于保护发电厂、变电站及其他独立的建筑物；避雷线主要用于保护输电线路或建筑物的某些部位；避雷网主要用于保护重要建筑物或高山上的文物古迹等。

9-3 单支避雷针的保护范围如何计算？

答：（1）当避雷针高度h≤hr时：在距地面 hr处作一平行于地面的平行线；以避雷针的针尖为圆心、hr为半径作弧线，交于平行线的A、B两点；以A、B为圆心、hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切；避雷针在hx高度的XX平面上的保护半径为：rxh(2hrh)x(2hrhx)；避雷针在地面上的保护半径为：r0h(2hrh)。

（2）当避雷针高度h＞hr时：在避雷针上取高度为hr的一点代替避雷针的针尖作为圆心，其余的作法与h≤hr时相同。

9-4 变电所有哪些防雷措施？

答：变电所内的设备和建筑物必须有完善的直击雷防护装置，通常采用独立避雷针或避雷线；对于雷电侵入波的过电压保护是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线段保护。

9-5 什么叫接地？什么叫接地装置？电气上的“地”是什么意义？什么叫对地电压？什么叫接触电压和跨步电压？

答：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地体与接地线的总和，称为接地装置。

电气上的“地”是指在距接地体20m以外电位等于零的地方。电气设备的接地部分（如接地的外壳、接地体等）与零电位地之间的电位差，称为接地部分的对地电压。

当电气设备发生接地故障时，接地电流流过接地体向大地流散时，大地表面形成分布电位。人体触及的电气设备和大地上任意两点之间的电位差，称为接触电压；人在接地故障点附近行走时，两脚之间的电位差，称为跨步电压。

9-6 什么叫工作接地？什么叫保护接地？按保护接地的方式不同，低压配电系统可分为哪几类？

答：工作接地是根据电力系统运行的需要，人为地将电力系统中性点或电气设备的某一部分进行接地；保护接地是为保证人身安全、防止触电事故，将电气设备的外露可导电部分（指正常不带电而在故障时可带电且易被触及的部分，如金属外壳和构架等）与地作良好的连接。

按保护接地的方式不同，低压配电系统可分为TN系统、TT系统和IT系统三类。

9-7 在TN系统为什么要进行重复接地？应在哪些地方进行重复接地？

答：在TN系统中采取重复接地，当发生PE线或PEN线断线，且在断线的后面又有设备发生一相碰壳时，可使接在断线后面所有设备外壳对地电压大大降低，从而危险程度也大大降低。

PE线或PEN线应在下列地方重复接地：架空线路末端及沿线每隔1 km处；电缆和架空线路引入车间或其他大型建筑物处。

9-8 如何降低土壤的电阻率？

答：当土壤电阻率较高时，可采用以下措施降低土壤的电阻率：采用外引式接地装置；深埋地极法；换土法；化学处理法。

9-9 什么叫感知电流、摆脱电流和致命电流？电流对人体的伤害程度与哪些因素有关？我国规定的安全电流是多少？

答：感知电流是指电流通过人体时可引起感觉的最小电流；摆脱电流是指人在触电后能够自行摆脱带电体的最大电流；室颤电流（致命电流）是指引起心室颤动的最小电流。

电流对人体的伤害程度与通过人体的电流大小、电流通过人体的持续时间、电流通过人体的路径、电流的种类等多种因素有关。

我国一般采用30mA（50Hz）作为安全电流值，但其触电时间不得超过1s，因此这安全电流值也称为30mA·s。

9-10 什么叫安全电压？我国规定的安全电压等级有哪些？各适用于什么环境？

答：安全电压是指不致使人直接致死或致残的电压。

我国规定的安全电压等级有42V、36V、24V、12V和6V。凡手提照明灯、在危险环境和特别危险环境中使用携带式电动工具，如无特殊安全结构或安全措施，应采用42V或36V的安全电压；金属容器内、隧道内、矿井内等工作地点狭窄、行动不便，以及周围有大面积接地导体的环境，应采用24V或12V的安全电压；水下作业等场所采用6V的安全电压。当电气设备采用24V以上安全电压时，必须采取防护直接接触带电体的保护措施。

9-11 试简述电流型漏电断路器的工作原理。

答：当被保护电路工作正常、没有发生漏电或触电时，通过零序电流互感器TAN一次侧的三相电流相量和等于零， TAN的铁心中没有磁通，其二次侧没有电流输出。当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，使通过TAN一次侧的三相电流的相量和不再为零，零序电流互感器中产生零序磁通，其二次侧就有电流输出，经放大器放大后，驱动低压断路器QF的脱扣线圈YR，使断路器QF自动跳闸，迅速切断被保护电路的电源，从而避免人员发生触电事故。

9-12 某厂有一座第二类防雷建筑物，高10m，其屋顶最远的一角距离60m高的烟囱50m。烟囱上装有一根2.5m高的避雷针。试验算此避雷针能否保护这座建筑物。

解：查表9-2得：二类防雷建筑物的滚球半径hr45m，而h60m2.5m62.5m，hx10m，在10m高水平面上避雷针的保护半径为

rx62.5(24562.5)(24510)13.18m50m

可见，该避雷针不能保护这座建筑物。

第一章

1-1 什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？

1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？

答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。

对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。

1-3 我国规定的三相交流电网额定压等级有哪些？用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系？为什么？

1-4 衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。

答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。

对电力系统的主要影响（略）。

答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。

1-6 消弧线圈的补偿方式有几种？一般采用哪种补偿方式？为什么？

1-7 为什么我国规定110kV以上的高压电网和380/220V的低压电网要采用大电流接地系统？各有什么优点？

1-8 试确定图1-12所示供电系统中发电机和所有变压器的额定电压。

图1-12 习题1-8附图

答：发电机G：10.5kV；变压器T1：10.5/242kV；变压器T2：10/3.3kV；变压器T3：220/38.5kV；变压器T4：220/121/38.5kV；变压器T5：35/6.6 kV

答：由于IC

(loh35lcab)UN(703516)10

18A30A

350350

因此，不需要改为经消弧线圈接地。

第二章

2-1 电力负荷按重要程度分为哪几级？各级负荷对供电电源有什么要求？

2-2 何谓负荷曲线？试述年最大负荷利用小时数和负荷系数的物理意义。答：负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。

平均负荷与最大负荷的比值叫负荷系数，它是表征负荷变化规律的一个参数，其值愈大，说明负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。

2-3 什么叫计算负荷？确定计算负荷的意义是什么？

答：暂载率是指设备工作时间与工作周期的百分比值。反复短时工作制用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。

对于吊车：是指统一换算到25%时的额定功率，其设备容量Pe2PNN；

对于电焊机：是指统一换算到100%时的额定功率，其设备容量PePNNSNcosNN 2-5 需要系数法和二项式系数法各有什么计算特点？各适用哪些场合？

2-6 什么叫最大负荷损耗小时？它与哪些因素有关？

2-7 功率因数低的不良影响有哪些？如何提高企业的自然功率因数？

2-8 并联电容器的补偿方式有哪几种？各有什么优缺点？

2-9 某工厂车间380V线路上接有冷加工机床50台，共200kW；吊车3台，共4.5kW（15%）；

通风机8台，每台3 kW；电焊变压器4台，每台22kVA（65%，cosN0.5）；空压机1台，55kW。试确定该车间的计算负荷。

解：该车间的计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表

解：用需要系数法和二项式系数法所求计算负荷如下表所示。

电力负荷计算表（需要系数法）

电力负荷计算表（二项式系数法）

2-11 有一条10kV高压线路供电给两台并列运行的S9—800/10（D,yn11接线）型电力变压器，

Q30(2)P0.8)675kvar 30(2)tan900tan(arccos

kVA S30(2)P30（2cos0.861125

变压器的负荷率为：

1125

0.703

2800

查附录表A-1可知，S9-800/10型（Dyn11）变压器的技术数据为：

P01.4kW，Pk7.5kW，I0%2.5，Uk%5

则两台变压器的功率损耗为：PT2(P0Pk)2(1.40.7037.5)10.2kW

QT2

SN800

(I0%2Uk%)2(2.50.70325)79.54kvar 100100

由Tmax5000h和cos0.8查图2-7得：3650h。因此，两台变压器的电能损耗为：

Wa2(P087602Pk)2(1.487600.70327.53650)5.16104kWh

（2）线路的功率损耗和电能损耗

变压器高压侧的计算负荷为：P.2910.2kW 30(1)P30(2)PT90010

Q30(1)Q30(2)QT67579.54754.54kvar

S30(1)

I30

.22754.5421182.28kVA S30(1)3UN



1182.28

68.26A

310

查附录表A-12可知，LJ-70铝绞线的r10.46Ω/km，Sav1.25m时x10.358Ω/km（实际上Sav1.26m），因此线路的功率损耗为：

23

P368.2620.46610338.58kW WL3I30RWL10

QWL3I30XWL103368.2620.358610330kvar

线路的电能损耗为：WaPkWh WL38.5836501.4110

2-12 某电力用户10kV母线的有功计算负荷为1200kW，自然功率因数为0.65，现要求提高到

QC1200[tan(arccos0.65)tan(arccos0.9)]822kvar

n

QC822

20.55 取n21 qC40

则实际补偿容量为：QC2140840kvar

（2）无功补偿前后视在负荷的变化

补偿前：Q30Ptan(arccos0.65)1403kvar 30tan1200

S30

P3012001846kVA cos0.65

2P30(Q30QC)22(1403840)21325.5kVA

补偿后：S30

18461325补偿后视在负荷减少了：S30S30.5520.5kVA

查附录表A-1可知，S9-800/10型（Yyn0）变压器的技术数据为：

P01.4kW，Pk7.5kW，I0%0.8，Uk%4.5

S30(2)

52024302674.76kVA

cos(2)

P30(2)S30(2)



520

0.77

674.76



则变压器的功率损耗为：

674.76

0.843 800

kW PTP0Pk1.40.8437.56.73

QT

SN800

(I0%2Uk%)(0.80.84324.5)32kvar 100100

变压器高压侧的计算负荷为：

P.73kW 30(1)P30(2)PT5206.73526Q30(1)Q30(2)QT43032462kvar

S30(1)526.7324622700.6kVA

cos(1)

P30(1)S30(1)



526.73

0.75

700.6

（2）确定无功补偿容量。由于要求变压器高压侧的功率因数cos(1)≥0.9，在变压器低压侧

2)0.92，则低压侧需装设的补偿容量为：进行补偿时，取低压侧补偿后的功率因数cos(

QC520[tan(arccos0.77)tan(arccos0.92)]209.4kvar

取QC210kvar

第三章

3-1 试比较架空线路和电缆线路的优缺点。

3-2 架空线路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

3-3 什么叫电压降落？什么叫电压损失？

答：电压降落是指线路始末端电压的相量差；电压损失是指线路始末端电压的代数差。 3-4 导线截面选择的基本原则是什么？

答：输配电线路导线截面的选择应满足以下基本原则：发热条件、电压损失条件、机械强度条件、经济条件和电晕条件。

3-5 什么是“经济截面”？如何按经济电流密度来选择导线和电缆截面？

答：使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面，称为经济截面。

按经济电流密度选择导线截面时，先按AecI30jec求出经济截面，然后选择与Aec最接近而又偏小一点的标准截面，这样可节省初投资和有色金属消耗量。





31.5

0.21/km2 150

R

r1l0.2110010.5 22

16.72

8.36mm 2

s5040

x10.1445lgav0.0157r0.1445lg0.015710.42/km

r8.36

Xx1l0.4210021

sav1.2645.04m5040mm，r

ZRjX10.521

b1

7.587.581061062.73106S/km s5040

lglgav

8.36r

B2b1l22.731061005.46104S

YjBj5.46104S

j2.73104S 2

对应的等效电路如右图所示。

3-7 某变电所装有一台S9—3150/35型的三相双绕组变压器，额定电压为35/10.5 kV，试求变压器的阻抗及导纳参数，并作出其等效电路。

解：查附录表A-2可知，S9-3150/35型变压器的技术数据为：

P03.8kW，Pk24.3kW，I0%0.7，Uk%7

10UNUk%103527

XT27.2

SN3150

(3j27.2)

GT

P03.83101033.1106S 22

UN35

(3.1j18)106S

BT

I0%SN0.73150555

10101.810S 22

UN35

对应的等效电路如右图所示。

3-8 某变电所装有一台SFSZ9—40000/110型、容量比为100/100/100的三绕组变压器，试求变压器等效电路中各支路的电抗（归算到110kV侧）。

解：查附录表A-4可知，SFSZ9-40000/110型变压器的技术数据为：

Uk12%10.5，Uk23%6.5，Uk31%17.5，则

k1%

10.517.56.510.75 2

Uk2%

10.56.517.50.5 21

Uk3%6.517.5107.56.75

10Uk1%UN1010.751102

∴ XT132.5

40000SN

10Uk2%UN10(0.5)1102

XT21.5 （取0Ω）

40000SN2

10Uk3%UN106.751102

XT320.4

40000SN

3-9 某10kV线路如图3-25所示，已知导线型号为LJ—50，线间几何均距为1m，p1250kW，

p2400kW，p3300kW，全部用电设备的cos=0.8，试求该线路的电压损失。

解：cos0.8，tan0.75

p1=250 kW，q12500.75187.5kvar p2=400 kW，q24000.75300kvar p3=300 kW，q33000.75225kvar

图3-25 习题3-9附图

查附录表A-12得：LJ-50型铝导线的 r10.64/km，x10.355/km，则

U

i1

piRiqiXi



r1piLix1qiLi

i1

0.64(25014001.83003)0.355(187.513001.82253)

0.6418700.3551402.5169.47V

10

对应的电压损失百分数为

U%

U169.47

1001001.69%

10000UN

[r1piLix1qiLi] 或U%2

10UNi1i1

1[0.64(25014001.83003)0.355(187.513001.82253)] 21010

=1.69%

解：（1）按允许电压损失选择导线截面：

设x1=0.4Ω/km，则 Ual510103V500V 100

0.460043009Ur204V 10

UaUalUr500204296V

A80045009mm281.29mm2 0.03210296

图3-26 习题3-10附图

选LJ-95型铝绞线。

（2）按发热条件进行校验：Pp1p28005001300kW

Qq1q2600300900 kvar

SP2Q2290021581kVA

I30S

UN158131091.3A

查附录表A-8和A-10得，35℃时LJ-95导线的允许载流量为KIal0.88325286A＞91.3A，因此满足发热条件要求。

（3）按机械强度进行校验：查表3-2知，10kV架空铝绞线的最小截面为25 mm2＜95mm2，故满足机械强度条件。

3-11 某110架空线路，输送功率为20MW，功率因数为0.85，年最大负荷利用小时数为5500h，试按经济电流密度选择其LGJ型钢芯铝绞线的导线截面。

解：线路的计算电流为

I30P30

UNcos20000

31100.85 123.5A

由表3-3，查得jec0.9A/mm2，因此，导线的经济截面为

Aec

选LGJ-120型钢芯铝绞线。 123.5137.2mm2 0.9

第四章

4-1 什么叫短路？短路的类型有哪几种？短路对电力系统有哪些危害？

4-2 什么叫标幺值？在短路电流计算中，各物理量的标幺值是如何计算的？

答：某一物理量的标幺值，等于它的实际值与所选定的基准值的比值。

在短路电流计算中，常取基准容量Sd=100MVA，基准电压用各级线路的平均额定电压，即UdUav，则基准电流IdSd2Sd。 3Ud，基准电抗XdUd

4-3 什么叫无限大容量系统？它有什么特征？

答：无限容量系统亦称无限大功率电源，是指系统的容量为无限大，内阻抗为零。它是一个相对概念，真正的无限大功率电源是不存在的。

4-4 什么叫短路冲击电流ish、短路次暂态电流I和短路稳态电流I？在无限大容量系统中，它们与短路电流周期分量有效值有什么关系？

4-5 如何计算电力系统各元件的正序、负序和零序电抗？变压器的零序电抗与哪些因素有关？

、Xq和Xd答：发电机的正序电抗包括稳态时的同步电抗Xd、Xq，暂态过程中的Xd、Xq。

4-6 什么叫复合序网？各种简单不对称短路的复合序网是什么？

答：所谓复合序网，是指根据边界条件所确定的短路点各序量之间的关系，由各序网络互相连接起来所构成的网络。

4-7 何谓正序等效定则？如何应用它来计算各种不对称短路？

(n)答：在简单不对称短路的情况下，短路点的正序电流与在短路点每一相中接入附加电抗X而(n)发生三相短路的电流相等，即Ia1Ea1

X1(n)X，这就是正序等效定则。

(n)(n)(n)各种不对称故障时短路电流的绝对值Ik为： Ikm(n)Ia1

(n)附加电抗X和比例系数m(n)可查教材表4-4。

4-8 什么叫短路电流的力效应？如何校验电器及母线的动稳定？

答：短路电流通过电气设备和导体时，会产生很大的电动力，称为短路电流的力效应。

答：短路电流通过电气设备和导体时，会产生很高的温度，称为短路电流的热效应。

2一般电器满足热稳定的条件是It2t≥I tima；母线满足热稳定的条件是k.max≥k或A＞Amin。

标幺制法求该厂变电所10kV高压侧和380V低压侧的三相短路电流Ik、ish、Ish及三相短路容量Sk。

解：（1）取Sd100MVA， Ud110.5kV，Ud20.4kV，则

d1S

U100I100

d2Sd

d1310.5kA5.5kA，U

d20.4kA144.3kA

（2）计算各元件电抗标幺值

系统 X*d

SS

S1000.2

oc500

线路 X*Sd

WLx1lU20.48100.522.9

av10

变压器 X*Uk%Sd

T100S4.5100

.85.625

N1000

（3）k1点短路： X***

1XSXWL0.22.93.1

IId1

X*5.5k1.1kA1.77kA

13

ish2.55Ik12.551.77kA4.51kA

Ish1.51Ik11.511.77kA2.67kA

IIk11.77kA SSd

kX*1001MVA32.26MVA

13.

（4）k**2点短路： X*

2XSXX*

20.22.95.625

WL25.9125

Ik2Id2

X*144.35.9125kA24.4kA

2

ish1.84Ik21.8424.4kA44.9kA

Ish1.09Ik21.0924.4kA26.6kA

IIk224.4kA

Sk2Sd100MVA16.9MVA *X25.9125

4-11 如图4-32所示网络，各元件的参数已标于图中，试用标幺值法计算k点发生三相短路时短路点的短路电流。

图4-32 习题4-11附图

解：（1）取Sd100MVA，UdUav，则各元件电抗标幺值为

线路 XWLx1l*Sd1000.4500.151 22Uav115

*变压器 XTUk%Sd10.51000.525 100SN10020

22XL%SdUNL41006电抗器 X 1.1642100SNLUd10060.36.3*

XX*

*WL*XT0.525*XL0.1511.1641.5775 22

IkSd

Ud1*X1kA5.81kA 1.577536.3100

4-12 在图4-33所示电力系统中，所有发电机均为汽轮发电机。各元件的参数如下：发电机

0.13，发电机G3容量为50MVA，Xd0.125；变压器T1、G1、G2容量均为31.25MVA，Xd

图4-33 习题4-12附图

解：（1）作等效电路取Sd100MVA，UdUav，则各元件电抗标幺值为

发电机G1、G2 X**100

1X20.1331.250.416

变压器T1、T2 X**100

3X40.10531.50.333

发电机G3 X*100

50.125500.25

变压器T3 X*100

60.105500.21

线路WL X*100

70.45011520.151

作等值电路如下图所示。

（2）化简网络，求各电源到短路点的转移电抗

X***

8X1X30.4160.3330.749

*X***

95X6X70.250.210.1510.611

将X***

4、X8、X9作变换得：

0.3330.7491.49 0.611

0.3330.611*X110.3330.6111.216 0.749*X100.3330.749

因此，各发电机对短路点的转移电抗分别为

**G1支路 X1kX101.49

**G2支路 X2kX20.416

**G3支路 X3 kX111.216

（3）求各电源的计算电抗

31.250.466 100

31.25*Xc0.4160.13 2100

50*Xc1.2160.608 3100*Xc11.49

（4）查计算曲线数字表，并用差值法求短路电流周期分量标幺值

*对汽轮发电机G1，Xc，查附录表B-1可得 10.467

***当Xc 2.302，I00.46时 I0.21.95

***当Xc 2.203，I00.48时 I0.21.879

*因此，当Xc时，t0s和t0.2s时的短路电流电流周期分量标幺值分别为 10.467

*I02.203

*I0.22.3022.2030.480.4662.27 0.480.461.951.8790.480.4661.93 1.8790.480.46

*同理，对汽轮发电机G2，Xc，查附录表B-1可得t0s和t0.2s时的短路电流电流20.13

周期分量标幺值分别为

*I07.718

*I0.28.9637.7180.140.138.34 0.140.125.224.8780.140.135.05 4.8780.140.12

*对汽轮发电机G3，Xc查附录表B-1可得t0s和t0.2s时的短路电流电流周期30.608，

分量标幺值分别为

*I01.61

*I0.21.7481.610.650.6081.726 0.650.61.5391.4310.650.6081.522 1.4310.650.6

（5）计算短路电流有名值

归算到短路点的各电源的额定电流为

G1、G2支路 IN

G3支路 IN31.25310.550

310.5kA1.72kA kA2.75kA

因此，t0s和t0.2s时的短路电流电流周期分量有名值分别为

I01.722.272kA1.728.34kA2.751.726kA23kA

I0.21.721.93kA1.725.05kA2.751.522kA16.2kA

70135V，U8010V，U85175V，4-13 已知某一不平衡的三相系统的UBAC

试求其正序、负序及零序电压。

解：

解：（1）热稳定校验： timatk2.5s

查表4-6得，铝母线的热稳定系数C87A/mm2，因此最小允许截面为

AminI

Ctima21103872.5mm2381.65mm2

母线的实际截面积A=60×8mm2 =480 mm2＞Amin，所以热稳定满足要求。

（2）动稳定校验： ish2.5521kA53.55kA 由sb250602.792，故取K≈1。 bh608

则母线受到的最大电动力为

2Fmax3ishl107353.55103

s211000107N1986.7N 250

母线的弯曲力矩为：MFmaxl1986.71N·m198.67N·m 1010

b2h0.0620.0083母线的截面系数为：Wm48107m3 66

母线的计算应力为：cM198.6774.1410 Pa Pa W48107

铝母线排的最大允许应力 al6.9107Pa＞c，所以动稳定满足要求。

第五章

5-1 熄灭电弧的条件是什么？开关电器中常用的灭弧方法有哪些？

5-2 高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关各有哪些功能？

5-3 倒闸操作的基本要求是什么？

答：倒闸操作的基本要求是：合闸送电时，先合上隔离开关，再合上断路器；跳闸断电时，先断开断路器，再断开隔离开关。

5-4 低压断路器有哪些功能？按结构型式可分为哪两大类？

5-5 熔断器的主要功能是什么？什么是“限流”式熔断器？

5-6 避雷器有何功能？有哪些常见的结构型式？各适用于哪些场合？

答：避雷器用于防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护

5-7 Dyn11接线配电变压器和Yyn0接线配电变压器相比较有哪些优点？

5-8 什么是电流互感器的误差？电流互感器的常用接线方式有哪几种？

答：电流互感器的误差包括电流误差（比值差）和相位误差（角差）。电流误差fi是二次电流

与I的相角差。的测量值乘以额定变流比Ki与一次电流数值差的百分数；相位差i是I21

电流互感器常用的接线方式有一相式接线、两相不完全星形接线、两相电流差接线和三相完全星形接线。

5-9 什么是电压互感器的误差？电压互感器的常用接线方式有哪几种？

答：电压互感器的误差吧包括电压误差（比值差）和相位误差（角差）。比值差fu是二次电压

与U的相角差。的测量值乘以额定变压比Ku与一次电压数值差的百分数；相位差u是U21

5-10 什么是高压开关柜的“五防”？固定式开关柜和手车式开关柜各有哪些优缺点？

答：①防止误跳、误合断路器；②防止带负荷分、合隔离开关；③防止带电挂接地线；④防止带地线合闸；⑤防止误入带电间隔。

单母线分段接线既保留了单母线接线简单、经济、方便等优点，又在一定程度上提高了供电的

桥形接线中四个回路只有三个断路器，投资小，接线简单，供电的可靠性和灵活性较高，适用于向一、二类负荷供电。

5-12 电气设备选择的一般原则是什么？如何校验电气设备的动稳定和热稳定？

答：电气设备选择的一般原则是：按正常工作条件选择额定电流和额定电压，按短路情况进行校验动稳定校验和热稳定。

电气设备满足动稳定的条件是imax≥ish或Imax ≥Ish；满足热稳定的条件是It2t≥Itima。

5-13 某10/0.4kV车间变电所，总计算负荷为980kVA，其中一、二类负荷700 kVA。试初步选择该车间变电所变压器的台数和容量。

解：因为有一、二类负荷，所以应选两台变压器。变压器容量应同时满足以下两个条件：

ST0.7S300.7980686kVA 且STS30(III)700kVA

查附录表A-1，选两台10/0.4kV、S9—800 kVA的变压器。

P303UNcos



3000

313.8A

360.92

timatktprtoc1.20.21.4s ish2.55Ik2.552051kA

SkUavIk6.320218MVA SocSNoc

500300MVA UN10

查附录表A-15，选择SN10—10II/1000型断路器，设备具体参数及计算数据见下表。

高压断路器选择表

解：（1）准确度校验：查附录表A-25，电流互感器二次侧的负荷统计见下表：

电流互感器二次侧负荷统计表

图5-63 习题5-4附图

由上表知，其最大负荷为1.45VA。取Rtou=0.1Ω，则满足准确度等级的连接导线电阻为

RWL

SN2SiIN2Rtou

IN2

101.45520.1

0.242 2

则连接导线（铜线）的截面为

A

lc4

0.54mm2 RWL530.242

按最小允许截面取1.5 mm2的铜线。

（2）动稳定校验： ish2.55Ik2.554.6511.73kA

2KesIN121600.122.6kAish11.73kA

满足动稳定要求。

（3）热稳定校验： timatktprtQF20.22.2s

tIN1)2t(900.1)2181kA2sItima4.622.246.55kA2s

满足热稳定要求。

解：变电所的电气主接线单线图分别为：

第六章

6-1 在电力系统中继电保护的任务是什么？对继电保护的基本要求是什么？

对继电保护的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

6-2 什么是继电保护的接线系数？星形、不完全星形和两相电流差接线方式的接线系数有何不同？

答：在继电保护回路中，流入继电器中的电流与对应电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数。

6-3 什么叫过电流继电器的动作电流、返回电流和返回系数？



护范围为l1，动作时限与下级线路Ⅰ段保护配合，即t1第III段不仅能保护本线路（WL1）t2t；

和相邻线路（WL2）的全长，而且延伸到再下一级线路（WL3）一部分，保护范围为l1，动作时

限按阶梯原则整定，即t1t2t。

6-6 功率方向继电器的作用是什么？写出比幅式和比相式功率方向继电器的动作方程，并说明这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系。

KIBIKKUUK）

这两种比较原理的两组比较量之间的对应关系是：

CDA

DCB

6-7 什么叫功率方向继电器的90°接线？

答：功率方向继电器的90°接线方式，是指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向继电器的电流超前电压90°的接线。

6-8 大接地电流系统中发生接地故障时有哪些特点？

6-9 零序功率方向继电器的电压为什么反极性接入？它有动作死区吗？为什么？

答：功率方向继电器只反应被保护线路正方向接地短路时的零序功率方向。按规定的电流、电

超前3U约90°压正方向，当被保护线路发生接地短路时，3I～110°，这时继电器应正确动作，并00

70º极性端子输入的3U～85º时，继电器最灵敏。为此在使用零序功率方向继电器时，若以正极性0

端接入继电器电流线圈的极性端，则必须以负极性端接入继电器电压线圈的极性端，这时接入继电

滞后U3I，U3U，此时I70º器的电流和电压分别为：I，即Ks70，这就保证KK0K0K

了正方向发生接地故障时继电器工作在最灵敏的状态下。

6-10 距离保护的基本原理是什么？由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：距离保护是反应保护安装处至故障点的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定是否动作

6-11 变压器差动保护产生不平衡电流的原因是什么？如何减小不平衡电流？

6-12 微机保护装置的硬件构成分为几部分？各部分的作用是什么？

答：微机保护装置的硬件构成可分为六部分，即数据采集部分、微型计算机部分、输入输出接口部分、通信接口部分、人机接口部分和电源部分。

6-13 微机保护有哪些算法？各种算法的特点是什么？

6-14 提高微机保护可靠性的措施有哪些？

(3)6-15 已知两相电流差接线的过电流保护在三相短路时的一次动作电流为Iop，灵敏系数为

(3)KS

(3)Ik

(3)，试证明： Iop

（1）当AB或BC两相短路时，

(2)Iop



(3)Iop，

(2)

(2)Ik(3)

； (2)0.5KS

Iop

(2)

（2）当AC两相短路时，Iop

(3)2）(3)

Iop，K（。 KSS2

解：三相短路时，Kw3，继电器的动作电流为：Iop.K

Kw(3)3(3)

IopIopKiKi

（1）当AB或BC两相短路时，Kw1，继电器的动作电流为：Iop.K

Kw(2)1(2)

IopIop KiKi

由

(3)1(2)(2)(3)

IopIop得： IopIop KiKi

(2)

k(2)op

(2)而Ik

(3)I(2)

Ik ∴ KS2I

(3)

Ik(3)

Ik(3) 0.5KS(3)(3)

2Iop3Iop

（2）当AC两相短路时，Kw2，继电器的动作电流为：Iop.K

Kw(2)2(2)

IopIop KiKi

由

3(3)(3)2(2)(2)

Iop IopIop得： Iop2KiKi

(2)

∴ KS

(2)k(2)op

(3)

Ik(3)

Ik(3) (3)KSIop(3)

Iop2

(3)

级继电器的动作电流也为5A，电流互感器变比75/5A，末端三相短路电流Ik450A，试整定前

一级过电流保护10倍动作电流的动作时限。

解：设供电系统如下：

k点短路时KA2中的电流为： Ik(2)

Kw(2)Ki(2)

(2)IkIop(2)

Ik

45045A 50/5

(2)对KA2 的动作电流倍数为： n2Ik



9 5

0.51s 由n29和KA2的整定时间t20.5s可得KA2的实际动作时间为：t2

t2t0.510.71.21s 所以KA2的实际动作时间为：t1

k点短路时KA2中的电流为：Ik(1)

Kw(1)Ki(1)

Ik

(1)Ik

45030A 75/5

6 5

(1)对KA1 的动作电流倍数为：n1则Ik

Iop(1)



1.21s，查曲线得KA1的10倍动作时间为：t1由n16和t1

1.1s

（2）保护1的电流II段的定值及灵敏系数。

图6-72 习题6-17附图

解：XS.max

Uav3IkA.min



3732.5

8.54，XS.min

UavIkA.max



3735.25

4.07

(3)（1）线路AB末端的最大三相短路电流Ik为 .B.max

(3)

Ik.B.max

Uav

(XS.minXAB)



37(4.070.450)

kA0.887kA



取Krel1.3，则保护1的电流I段动作电流为

(3)

IopkA1.153kA .1KrelIk.B.max1.30.887



灵敏度校验：由Iop.1

UavUav3

得： 

22(Xxl)3(XS.maxx1lmin)S.max1min

x1lmin

Uav37

X8.547.5 S.max

21.1532Iop.1

∴

lminxl7.5

1min100%37.5%＞20% lABx1lAB0.450

(3)

（2）线路BC末端的最大三相短路电流Ik为 .C.max

(3)

Ik.C.max

Uav

3(XS.minXABXBC)



(4.070.4500.440)

kA0.533kA

保护2的电流I段动作电流为

(3)

IopkA .2KrelIk.C.max1.30.5330.693



取Krel1.1，则保护1的电流II段动作电流为



IopkA0.762kA .1KrelIop.21.10.693

(2)

灵敏度校验：线路AB末端的最小两相短路电流Ik为 .B.min

(2)

Ik.B.max

Uav337

kA0.648kA 23(XS.maxXAB)2(8.540.450)

)

Ik(20.648.B.min

∴ KS0.85＜1.3 

0.762Iop.1

灵敏度不满足要求，可与保护2的电流II段相配合，计算从略。

表6-3 图6-73中各点短路电流值

图6-73 习题6-18附图

解：（1）第I段：取Krel1.3，则

(3) IopkA1.7kA .1KrelIk21.31.31

Iop.KKw1Iop.11700A28.33A Ki300/5

2)Ik(12.28Ksmin1.342 1.7Iop.1

(3)（2）第II段： IopkA .2KrelIk3max1.30.52kA0.676

取Krel1.1，则

IopkA0.744kA .1KrelIop.21.10.676

Iop.KKw1Iop.1744A12.4A Ki300/5

 t1t2t0.5s

)Ik(21.152min Ks1.551.3 0.744Iop.1

（3）第III段：取Kre0.85，Krel1.2，Kst1.5，则

Iop.1KrelKst1.21.5IL.max174A368.47A Kre0.85

Iop.KKw1Iop.1368.47A6.14A Ki300/5

t1t2t1.50.52s

)Ik(21.15103

2min近后备： Ks3.121.5 368.47Iop.1

)Ik(20.49103

3min远后备： Ks1.331.2 368.47Iop.1

解：变压器两侧的额定电流分别为

I16300

35103.9A， I16300

10.534.64A

两侧电流互感器的计算变比为

Ki103.9180346.4， Ki 555

根据电流互感器的标准变比，选择两侧电流互感器的实际变比为

Ki

两侧电流互感器的二次电流为 20040040， Ki80 55

I2346.4103.94.33A 4.5A， I28040

因此，正常运行时流入差动保护回路中的不平衡电流为：

IdsqI2I24.54.330.17A

也可列表进行计算：

由上表知，正常运行时流入差动保护回路中的不平衡电流为：

IdsqI2I24.54.330.17A

6-20 试选择降压变压器差动保护的有关参数。已知SN16000kVA，35（1±2×2.5%）/11kV，Yd11接线，Uk%8；35 kV母线短路电流Ik1.max

电流Ik2.max

(3)(3)3)3.57kA，Ik(1.min2.14kA；10 kV母线短路)5.87kA，Ik(3.2min4.47kA，10kV侧IL.max1000A。

解：（1）计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定各侧互感器的二次额定电流，计算结果见下表：

取二次额定电流大的11kV侧为基本侧。（2）按下列三条件确定差动保护10kV侧的一次动作电流

① 躲过变压器的励磁涌流，即

IopKrelIN2T1.3839.781091.7A

② 躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即

(3)IopKrelIdsq.maxKrel(KnpKsamfiUfb)Ik2.max

1.3(110.10.050.05)5.87103152.26A

③ 躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流，即

IopKrelILmax1.310001300A

取Iop1526.2A，则差动继电器的动作电流值为

Iop.KKw1Iop1526.27.63A Ki200

（3）确定基本侧差动线圈的匝数：NdcAN0607.86 Iop7.63

取Ndset7匝，则继电器实际动作电流为Iop.K60/78.57A，保护装置实际一次动作电流为

IopKi200Iop.K8.571714A Kw1

(4）确定非基本侧平衡线圈匝数

3.8(Nb.c7)4.27

Nb.c

取平衡线圈匝数Nb.set1匝。

（5）校验相对误差fb： fb4.2770.74 3.8Nb.cNb.set0.7410.03360.05 Nb.cNd.set0.747

说明以上选择结果有效，无需重新计算。

（6）校验保护灵敏度

KSI(2)

k2.min

Iop4.4710322.262 1714

6-21 某企业总降压变电所装有一台35/10.5kV、2500kVA的变压器，已知变压器一次侧母线

(3)(3)（35kV侧）的最大、最小三相短路电流分别为Ik1.max1.42kA 和Ik1.min1.3kA ，二次侧母线

(3)(3)（10kV侧）的最大、最小三相短路电流分别为Ik2.max1.49kA和Ik2.min1.45kA，保护采用两相

两继电器接线，电流互感器变比为75/5，变电所10kV出线过流保护动作时间为1s，试对该变压器的定时限过电流保护和电流速断保护进行整定计算。

解： INT

（1）过电流保护： SN3UN250033541.24A

IopKrelKst1.21.5INT41.24A87.33A Kre0.85

Kw1Iop87.33A5.82A Ki75/5

t10.51.5s Iop.K

)(

22Ik.minKSIop10.51.451034.08＞1.5 87.33

（2）速断保护：

)3(

23IopKrelIk.max1.31.491010.5549.69 37

Iop.KKw1Iop549.69A36.65A Ki75/5

(2)Ik1.3103

1.minKS2.05＞2 Iop2549.69

第七章

7-1 什么叫操作电源？对操作电源的要求是什么？变电所常用操作电源有哪几种类型？各有什么特点？

变电所常用操作电源分为直流和交流两大类。

7-2 断路器的控制回路应满足哪些基本要求？为什么要采用防跳装置？跳跃闭锁继电器如何起到防跳作用？

装设防跳装置的目的是为了防止指运行人员手动合闸于故障线路上时断路器出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。

7-3 变电所信号装置按用途可分为哪几种？各有什么作用？

答：变电所中的信号装置按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。

7-4 直流系统绝缘监察的目的是什么？交流系统绝缘监察的目的是什么？

答：直流系统的绝缘监察的目的是用来监视直流系统是否存在接地隐患；交流系统的绝缘监察的目的是用来监视小电流接地系统是否有单相接地故障。

7-5 什么叫自动重合闸？对自动重合闸的基本要求是什么？自动重合闸与继电保护的配合方式有几种？

答：自动重合闸装置（ARD）是在线路发生短路故障时，断路器跳闸后进行的重新合闸，它能提高线路供电的可靠性，主要用于架空线路。

自动重合闸与继电保护的配合方式有前加速保护方式和后加速保护方式两种。

7-6 备用电源自动投入装置的作用是什么？有哪些基本要求？

7-7 什么是变电站综合自动化？实现变电站综合自动化的优点是什么？

实现变电站综合自动化的优点是：在线运行的可靠性高；供电质量高；占地面积小；变电站运行管理的自动化水平高。

7-8 变电站综合自动化的基本特征有哪些？

答：变电站综合自动化的基本特征有：功能综合化；结构分层、分布化；操作监视屏幕化；通信局域网络化；运行管理智能自动化。

7-9 简述变电站综合自动化系统的基本功能。

7-10 变电站综合自动化的结构形式有哪几种？各有什么特点？

第八章

8-1 配电自动化系统（DAS）包括哪些内容？各部分的功能是什么？

8-2 配电自动化对通信系统的要求有哪些？

8-3 配电载波通信主要由哪些设备构成？有哪些特点？

8-4 光纤通信有哪些特点？简述光纤通信系统的组成及各部分的作用。

答：光纤通信与其他通信方式相比，具有传输频带宽、通信容量大、传输速率高、传输损耗小、

误码率低、可靠性高、不受电磁干扰、组网灵活方便等优点。

8-5 馈线自动化有哪两种实现方式？比较它们的实现方法和优缺点。

动作时间—电流特性曲线，可以有多条。

8-7 分段器按判断故障方式的不同，可分哪两类？比较两种分段器的功能特点、动作原理及适用场合。

电压—时间型分段器又称自动配电开关或重合分段器，它是凭借加电压或失电压的时间长短来控制其动作的，失电压后分闸，加电压后合闸或闭锁。

8-8 馈线远方终端（FTU）有哪几部分组成？各部分在设计时应考虑哪些问题？

答：馈线远方终端单元（FTU）由核心模块远方终端控制器、充电器、蓄电池、机箱外壳以及各种附件组成。

8-9 地理信息系统（GIS）的主要功能有哪些？

答：GIS的主要功能有：数据的输入与编辑整理；数据的存储与管理；数据的检索与查询；数据的分析与处理；数据的输出。

8-10 配电图资地理信息系统（AM/FM/GIS）有哪些特点？在配电网中有哪些具体应用？

答：配电图资地理信息系统有以下功能：拓扑网络着色；自动动态连接；小区分割管理；AutoCAD双向接口；跳闸事件报告；能接入第三方软件。

第九章

9-1 什么叫过电压？过电压有哪些类型？各是怎样产生的？

9-3 单支避雷针的保护范围如何计算？

（2）当避雷针高度h＞hr时：在避雷针上取高度为hr的一点代替避雷针的针尖作为圆心，其余的作法与h≤hr时相同。

9-4 变电所有哪些防雷措施？

9-5 什么叫接地？什么叫接地装置？电气上的“地”是什么意义？什么叫对地电压？什么叫接触电压和跨步电压？

答：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地体与接地线的总和，称为接地装置。

9-6 什么叫工作接地？什么叫保护接地？按保护接地的方式不同，低压配电系统可分为哪几类？

按保护接地的方式不同，低压配电系统可分为TN系统、TT系统和IT系统三类。

9-7 在TN系统为什么要进行重复接地？应在哪些地方进行重复接地？

PE线或PEN线应在下列地方重复接地：架空线路末端及沿线每隔1 km处；电缆和架空线路引入车间或其他大型建筑物处。

9-8 如何降低土壤的电阻率？

答：当土壤电阻率较高时，可采用以下措施降低土壤的电阻率：采用外引式接地装置；深埋地极法；换土法；化学处理法。

9-9 什么叫感知电流、摆脱电流和致命电流？电流对人体的伤害程度与哪些因素有关？我国规定的安全电流是多少？

电流对人体的伤害程度与通过人体的电流大小、电流通过人体的持续时间、电流通过人体的路径、电流的种类等多种因素有关。

我国一般采用30mA（50Hz）作为安全电流值，但其触电时间不得超过1s，因此这安全电流值也称为30mA·s。

9-10 什么叫安全电压？我国规定的安全电压等级有哪些？各适用于什么环境？

答：安全电压是指不致使人直接致死或致残的电压。

9-11 试简述电流型漏电断路器的工作原理。

解：查表9-2得：二类防雷建筑物的滚球半径hr45m，而h60m2.5m62.5m，hx10m，在10m高水平面上避雷针的保护半径为

rx62.5(24562.5)(24510)13.18m50m

可见，该避雷针不能保护这座建筑物。

电力工程基础_第二版_孙丽华主编_课后习题答案

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