第一章 供电系统习题与答案.

第一章 供电系统 习题

（各题后括号中的“*”，“∆”和“+”分别表示解答，提示和不给答案三种形式） 1-1 简述供电可靠性的含义，作用及衡量标准。（*）

1-2 什么叫电气设备的额定电压？电力系统为什么要采用多种电压等级？电气设备在高于或低于其额定电压下工作会出现什么问题？（*）

1-3 试分析电力系统与供电系统，输电与配电之间的差别。（∆）

1-4 简述双回路与环形供电系统，放射式与干线式供电系统的优缺点及其应用范围。 1-5 什么叫桥式结线？试述各种桥式结线的优缺点及其应用范围。（*） 1-6 确定供电系统时，应考虑哪些主要因素? 为什么? (△

1-7 电力系统中性点接地方式有哪几种类型? 各有何特点? （*）

1-8 在消弧线圈接地系统中，为什么三相线路对地分布电容不对称，或出现一相断线时，就可能出现消弧线圈与分布电容的串联谐振? 为什么一旦系统出现这种串联谐振，变压器的中性点就可能出现高电位? （*）

思考题选答

1-1 所谓供电可靠性，就是供电系统及其设备、元件等在规定的运行条件下和预期工作寿命阶段，能满意地完成其设计功能的概率。一般用每年用户不停电时问的概率值(从零到

1 或百分值(0～100％ 来衡量一个供电系统或设备的可靠性。

可靠性是供电系统的一项重要指标，也是电力负荷分级的基本依据。在设计供电系统时就要根据负荷对供电可靠性的要求程度，合理地选择供电电源和确定供电

方案。另外，通过对一个实际供电系统可靠性的研究和分析，可以对系统的改进甚至对主要设备的设计制造提供充分的依据。

1-2 所谓额定电压，就是使发电机、变压器等电气设备在正常运行时获得最佳经济效果的电压。额定电压是电气设备在设计、制造和使用中的重要参数。在电气工程中，电力网的额定电压应与电气设备的额定电压相对应，并且已经标准化，系列化。 电力系统采用多种电压等级是基于以下四种情况；

1 目前，我国发电机的额定电压为6.3 、10.5或15.75kV (少数大容量发电机为24kV 等。

2 电力输送多采用高压，这样可以提高输送功率，加大输送距离。换句活说，输送同样功率的电能在采用高压时，可相应减少输电线路中的电流，因而减少线路上的电能损失和电压损失，提高输电效率和供电质量。同时，导线截面亦随电流的减小而减小，节省了有色金属。所以，从发电厂发出的电能，除供给附近用户直接用电外，一般都经过升压变电所变换为高压电能，经远距离输送后，再经降压变电所变为低压电能，供用户使用。

3 高压输电的电压随国民经济的需要和电力技术的发展而不断提高。对于中短距离一般采用35kv 输电；对于长距离、大容量则采用110、330、500kV 输电。国内近年来已有数条750kV 超高压输电线路投入使用。用于1100kV 、1500kV 的超高压输电设备亦在试制中。

4 矿山用电设备，由于功率、安全、制造工艺及经济性等原因，其额定电压多采用低压，如127、220、380、660、1140V 等，只有大型设备，才采用6 kV 高压。随着矿井10kV 下井的研究和实现，额定电压为10kV 的电气设备也已问世。

变、配电所的运行人员，应尽量保持供用电系统在额定电压或规定的电压范围内运行。当线路电压高于额定值所规定的范围时，有的设备(如移相电容器 将因过压而损坏；有的设备(如变压器、电动机等 将因磁饱和而引起激磁电流增加使总电流加大，造成设备过热损坏

或缩短使用寿命；有的设备(如避雷器、熔断器等 在动作时产生的电弧由于电压高、电压恢复速度快而难以熄灭。

电气设备在低于额定电压或规定的范围内运行时，照明负荷的照度及效率降低；感应电动机输出功率降低，电流增加、温度升高，大大影响其使用寿命；线路及变压器由于要输送同样的功率，电流必然增大，结果二者的损耗都增加，输送效率大大降低。

1-3 提示：从服务对象、电压等级、供电距离、供电容量等四方面考虑。 1-4 1．双回路供电系统

双回路属于有备用系统的结线，分双回路放射式和双回路干线式两种，其中双回路干线式因继电保护复杂，故障停电机会多而应用较少。双回路放射式，就是从电源向各负荷分别引两条独立输电线的供电方式。其优点是供电可靠性高，运行灵活，电压损失小；缺点是线路总长度长，电源出线回路多，所用开关设备多，因而投资较大。这种系统主要适用于大容量或孤立的一、二级负荷。

2．环形供电系统

环形也属于有备用系统的结线，它是一种从电源引出输电线，沿途串接各负荷点后又回到电源的供电方式。由于是一个闭合的电网，故称为环形电网。环形系统所用开关设备和线路长度都比双回路放射式少，每一负荷点均由两条线路供电，故供电可靠性较高。环形电网若闭环运行，则过载能力强，电压损失小，但继电保护整定较复杂。因此，环形电网一般采用开环运行方式，此时导线截面应按单回路供电选择，亦要考虑在电源附近段故障时担负全部环内负荷，故大大增加了有色金属的消耗量。这种供电系统适用于若干彼此相距不远，容量相差不大，而都离电源较远的一、二级负荷。

3．单回路放射式供电系统

单回路放射式属无备用系统的结线，实际上就是以电源或变电所母线为中心，向各负荷点分别引出独立输电线的供电方式。单回路放射式的主要优点是供电线路独立，出故障时互不影响，停电机会少，继电保护简单，动作时间短，便于实现自动化等占‘其缺点是电源出线回数较多，所需开关设备也多，因而投资较大。另外，供电可靠性较低，使其应用受到很大限制。这种供电系统适用于容量较大的分散性三级负荷和较次要的二级负荷。

4．单回路干线式供电系统

这种供电系统也属无备用系统，有直联型和串联型两种形式。直联型干线式线路，就是从干线上直接接出分支线引入各负荷点的供电方式，如图1-1所示。它的优点是电源出线少，能节省高、低压开关设备，使投资减少；线路总长度短，造价较低，由于各负荷点的高峰用电期一般不同时，因而线路电压波动和电能损失都比较低。其缺点是由于前段线路公用，增加了故障停电机会，因而供电可靠性低，为了有选择地切除线路故障，继电保护的动作时间也就逐级增加，从而延长了故障存在的时间。这种系统一般只适用于一定数量的若干个成直线分布的三级负荷。

串联型干线式线路采用的联接方法是：干线经隔离开关联于负荷1的母线上，再由负荷1的母线经隔离开关引出，再经隔离开关联于负荷2的母线上„„，余类推，如图1-2所示。这种线路实际上是直联式的改进型式。这样改进后可以缩小故障停电的范围，提高供电系统的可靠性。故障检修时可利用隔离开关的操作使故障点前的各负荷点不至于长时间停电。它的缺点是增加了开关设备，而且故障不易寻找，其应用范围基本上同直联型。

图1-1 直联型干线式线路 图1-2 串联型干线式线路

1-5 对于具有两回电源进线，两台降压变压器的矿井终端总降压变电所可采用桥式结线。它实质上是用一座由一台断路器和两台隔离开关横联跨接的“桥”，来联接两个35～110kV “线路一一变压器组”的高压侧，从而用较少的断路器组成一个可靠性较高的，操作灵活的双回路变、配电系统。

桥式结线根据跨接桥横联位置的不同，可分为内桥、外桥和全桥三种。 1．内桥结线

这种接线的跨接桥靠近变压器侧，桥断路器装在线路断路器之内，变压器回路仅装隔离开关，由三台断路器构成“”形，故称为内桥。内桥结线提高了变电所供电的可靠性，倒换线路操作方便，设备投资与占地面积较少，缺点是倒换变压器和扩建成全桥不如外桥方便，故适用于进线距离长，线路故障多，变压器切换少，高压侧无穿越功率的终端变电所。

2．外桥结线

这种接线的跨接桥靠近线路侧，桥断路器装在变压器断路器之外，进线回路仅装隔离开关，由三台断路器构成“”形，故称外桥。外桥结线倒换变压器操作方便，易于过渡到全桥结线，且投资少，其运行的灵活性与供电的可靠性和内桥结线类似；它的缺点是倒换线路不方便，故适用于进线距离短，主变压器需经常切换的矿井终端变电所。

3．全桥结线

这种结线，跨接桥居中，进线回路与变匿器回路均装有断路器，由五台断路器构成“H ”形，故称为全桥。全桥结线适应性强，供电可靠性高，操作方便，运行灵活，并易于发展成单母线分段的中间变电所；它的缺点是设备多，投资大，变电所占地面积大，故适用于负荷较大，对供电要求较高的大型矿井终端变电所。

1-6 提示：应考虑电源条件、运行方式、负荷性质与分布、矿井产量、瓦斯含量及涌水量等因素。

1-7 电力系统中性点接地方式分为中性点直接接地(又称大电流接地系统 和中性点不接地或经消弧线圈接地(又称小电流接地系统 两种接地方式，各接地方式的特点如下：

1．中性点直接接地系统

这种系统的优点是：当发生单相接地时，非故障两相的电压不升高，由于接地电流非常大，不会发生间歇性电弧，同时内部过电压倍数较小，因而可以降低对线路绝缘水平的要求。由于单相接地就是单相短路，短路电流较大，保护装置迅速而可靠地动作，缩短了故障存在的时间。

缺点是：因短路电流大，开关及电气设备有时要选用较大的容量或规格。当发生短路时若未能及时切除，会严重影响整个系统的稳定性，而且对通讯的干扰强烈，故常用于110kV 及以上的电网。对于380V 低压电网，由于用户需要380V 和220V 两种电压等原因，故也采用中性点直接接地系统。

2．中性点不接地系统

这种系统在正常工作时供电变压器的中性点，不接地。对于短距离低压输电线，它的对地电容较小，发生接地故障时入地电流较小，对通讯线的干扰也较小，瞬时性接地故障往

往能自动消除；对于长距离高压输电线，由于线路对地电容较大，单相接地电容电流较大时(6kV系统达30A ，35kV 系统大于10A ，接地处容易发生间歇性电弧，在电网中引起高频振荡产生过电压，使电网对地绝缘较低处发生接地短路故障，因而对接地电流值有一定的限制规定。中性点绝缘系统的缺点是：当发生单相接地时，

无故障两相的对地电压升为相电压的(即升为线电压 ，危及相间绝缘，易造成两相接地短路，当单相接地电容电流较大时，易产生间歇性电弧接地过电压，而且

内部过电压的倍数也较高。这冲系统的优点是：一相接地时，接地电流小，保护装置不动作，电网还可以继续运行一段时间，待作好准备后故障线路再停电。由于3～60kV 电网在供电系统中占的比重很大，如果采用接地系统，则一相接地就会导致停电，降低了供电的可靠性，故我国3～60kV 电网均采用中性点不接地系统。

3．中性点经消弧线圈接地系统

这种系统主要是利用消弧线圈(电抗器 的感性电流补偿电网对地的电容电流，可减小单相接地时接地点的电流，不产生电弧，避免发生电弧接地过电压。完全补偿的条件是3ωL =1/ωC ，为了避免电网参数改变时产生串联谐振，一般采取过补偿运行。这种系统的缺点是：因要根据运行网路的长短决定消弧线圈投入的数量与地点，故系统运行较复杂，设备投资较大，实现选择性接地保护困难。

1-8 如图1-3所示，为变压器中性点经消弧线圈L 接地的供电系统。当三相线路对地分布电容不对称或出现一相断线时，线路参数不再是对称的，因此负载中性点将发生位移，导致0点与0点之间出现电位差。由于线路参数的变化使C 与L 的关系恰好符合公式'

ωL -1/ωC =0时，在电压U OO ´的作用下，线路对地回路将发生消弧线圈与对地分布电容的串联谐振。回路一旦出现串联谐振，由于总阻抗几乎为零，故即使U OO ´的数值不大，回路中也会流过很大的电流0，0流过消弧线圈L ，产生较大的压降，使变压器中性点0对地呈现高电位，极易损坏变压器的对地绝缘。

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图1-3对地回路的串联谐振示意图