武汉大学2009—2010学年度第二学期《电气工程基础（下）》试卷（A ）学号 姓名 院（系） 分数 （全部答案写在答题纸上）1 判断正误（10分，每小题1分）（1）在对远距离交流输电线路进行分析计算时，应采用分布参数和波动方程。
（√）（2）在三段式过电流保护中，一段与二段合起来称作主保护。
（√）（3）纵差动保护是由比较被保护元件两侧的电流的相位构成。
（×）（4）电力系统中，电压互感器饱和过电压只发生在系统轻载运行的情况下。
（×）（5）切除有负载的变压器比切除空载变压器更容易产生过电压。
（×）（6）在方向继电器中，规定的功率正方向是功率从母线流向线路。
（√）（7）控制回路不属于二次回路。
（×）（8）低频减负荷时，特殊级动作，基本级一定动作。
（√）（9）同步发电机以自同期方式并列时，冲击电流较大，会对系统有较大扰动。
（√）（10）在电力系统的正常状态下，可以实现电力系统的经济运行。
（√）2 名词解释（10分，第（1），（2）题3分，第（3）题4分）（1） 自然功率cZ U P 21n ，称为自然功率，在传输功率等于自然功率条件下，线路任意点的电压均与首、末端电压相等。
（2） 潜供电流在具有单相重合闸的线路中，当故障相被切除以后，通过健全相对故障相的静电和电磁耦合，在接地电弧通道中仍将流过不大的感应电流，称为潜供电流。
（3） 操作电源在发电厂和变电所中，对开关电器的远距离操作、信号设备、测量设备、继电保护和自动控制装置、事故照明、直流油泵及交流不停电装置等用电，都需有专门的供电电源，这种电源称为操作电源。
3 简答题（30分，每题6分）（1） 什么是电流保护的接线方式？常用的有哪两种？各有什么优缺点？答：电流保护的接线方式，是指电流保护中电流继电器线圈与电流互感器二次绕组之间的连接方式。
目前常用的有两种：三相星形接线和两相星形接线。
当小电流接地电网中发生不同地点的两点接地短路时，若为并行线路上的两点接地，若采用两相星形接线，则保护有2/3机会只切除一条线路，从而提高了供电的可靠性，这是两相星形接线的优点。
缺点是，当中性点不直接接地电网中发生不同地点的两点接地短路时，若为串联线路上的两点接地，若采用两相星形接线，则保护有1/3机会l误跳，扩大了停电范围，作为降压变压器和相邻线路保护的后备保护时，会出使靠近电源的线路1现灵敏度不能满足要求的情况在大电流接地电网中发生单相接地故障时，两相星形接线有一相无法反映故障。
三相星形接线的优缺点与两相星形接线正好相反。
（2）电力系统的频率下降会引起那些事故？自动控制系统应采用那些措施恢复频率？答：频率下降到46Hz左右时，会使火电厂的有功出力降低，从而使系统频率进一步下降，造成频率崩溃，系统瓦解，形成大面积停电。
因此，当系统频率大幅度下降时，自动控制系统应采取措施，迅速恢复频率。
这些措施包括:（1）迅速启用电力系统中的旋转备用。
（2）迅速启动和投入备用发电机组（主要是水力发电机组，采用低频自启动）。
（3）自动按频率减负荷，切除部分用户负荷。
（4）自动解列，将系统解列成几个小系统运行。
（3）电力系统调度自动化有哪些主要功能？答：电力系统调度自动化的功能包括：1）电力系统监视与控制2）电力系统安全分析3）电力系统经济调度4) 自动发电控制（4）消除电压互感器饱和过电压的措施有哪些？答：1）在中性点不接地的电网中，可在零序回路中增加阻尼（开口三角绕组接灯泡）或躲开谐振条件，包括选用励磁特性好的电磁式电压互感器或只使用电容式电压互感器，回路加电感，当空母线带PT合闸时可适当增加空线，减少系统中接地的PT台数等；2）保证系统三相对地阻抗的对称性，避免中性点位移。
（5）什么是SCADA系统，它的主要功能是什么？答：SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统是电力系统调度自动控制系统，具有对电力系统运行状态的监视（包括信息的收集、处理和显示），远距离的开关操作，自动发电控制及经济运行，以及制表、记录和统计等功能。
它可将电网中各发电厂和变电所的有关数据集中显示到模拟盘上，使整个电力系统运行状态展现在调度员面前，及时将开关变化和数值越限报告给调度员4识图题（20分）（1）下图是高压断路器的控制回路，请说明本地手动合闸时的相关回路，并叙述各元件的动作顺序（包括操作前、操作中、操作后的状态）。
答：相关回路为(+W)―S―SA合―KCFV2―K3―QF2―YC―（-W）。
首先将控制开关S旋至“就地”位置、遥控压板XB2打开，核对无误后，按下控制开关“SA合”，这时电路(+W)―S―SA合―KCFV2―K3―QF2―YC―（-W）接通，于是断路器合闸。
接着，断路器辅助触点*QF1闭合、触点QF2断开。
辅助触点QF2的断开切断了合闸回路的电源，可避免合闸线圈YC因常期通电而烧毁，辅助触点QF1的闭合，电路（+W）―K7―HR―QF1―YT―（-W）接通，于是红灯发光，表明断路器处于合闸状态，同时合闸位置继电器K7也励磁动作，发出合闸信息。
（2）试绘图分析铁磁谐振过电压的发展过程，并简述铁磁谐振过电压有哪些性质。
答：按电路定理，电感上电压与电容上电压之间的差值必定等于电源电压。
因此，当我们将电源电压由正常工作值E开始不断加大时，电路的工作点将沿曲线3自a点上升。
但当电源电压超过m点的值U0以后，工作点显然不是沿m-d段下降（因为后者意味着电源电压的下降），而将从m点突然跳到U值却n点，并沿n-e 段上升。
n点与m点相比较，其相应的电源电压虽然一样，但电容上的电压CU值也增大了。
即此时产生了过电压。
大得多。
同时电感上的电压L铁磁谐振过电压有以下特征：（1）铁磁谐振过电压产生的条件是CL ωω10>； （2）需要外界激发；（3）受电感非线性的限制，铁磁谐振过电压不会太高，但过电流会很大；（4）铁磁谐振可能自保持；（5）相位反倾现象；（6）有高频或分频谐振。
5计算题（30分，第一小题10分，第二小题20分）（1） 某电力系统的负荷额定功率P LDN =1600MW ，f N =50Hz ，K LD*=2.1，系统可能出现的最大功率缺额P la.max =232MW 。
系统机组出力不可调。
试求：1、无减负荷措施时系统频率会下降到多少。
2、若系统投入低频自动减负荷装置，在全部动作后希望系统频率恢复到f res =49.1Hz ，求低频自动减负荷装置的切除负荷总功率cut ΣP ⋅。
解：首先求出现最大功率缺额且无减负荷措施时系统频率稳态值∞f ，得23250 3.62521600f ∞∆=⋅=Hz 故有50 3.62546.375Hz f ∞=-=求得N res res N0.018f f f f *-∆== 即可求得ZDPJ 的切除负荷总功率Σcut ⋅P 为La max LD res LDN cut ΣLD res 232 2.10.0181600178.26MW 11 2.10.018P K f P P K f ⋅**⋅**-∆⋅-⨯⨯===-∆-⨯ （2）下图所示网络中，线路l 1、 l 2均装有三段式电流保护。
已知：I rel K =1.15，I I rel K =1.25，线路每公里正序电抗为 X 1=0.38Ω/km ，试求：保护1的电流I 、II 段的动作值I 1op I 、I I 1op I 、动作时限I 1t 、I I 1t 及电流I 段的最小保护范围l min %。
B3 X S.min =3.1Ω X S.max =6.2Ω115kV解：（１）先求电流Ⅰ段的整定值f max .min 3.287()3.1450.38P B s AB E I kA X X ===++⨯&(2)f min .max 2.468()22 6.2450.38P B s AB E I kA X X ==⨯=++⨯&(2)f min .max 1.247()C s AB BC I kA ===& =I 1p o I &I rel K m ax fB I &=1.15×3.287=3.780(kA)动作时限为：)(01s t =I最小保护范围 min l (%)=%100)23(1max S I 1OP AB ⨯-X I E X ϕ=1 6.2)450.38-⨯%100⨯ =52.70%>(10~20)% (2)求电流Ⅱ段的整定值：max .min 115/ 1.544()3.10.38(4560)P fC s AB BC E I kA X X X ===+++⨯+& 与线路BC 配合：=I I 1op I &I I rel K =I 2op I &=I I rel K I rel K m axf C I &=1.25×1.15×1.544=2.220(kA) 校验灵敏度：(2).min 11 2.468 1.1172.220fB op I K I II II ===<1.3～1.5， 不满足要求1t II =2t II +∆t=1(s)。