2025年電工中級職業(yè)技能考試真題模擬卷：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性案例分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的基本方法及其主要步驟。在分析中通常需要考慮哪些主要因素？二、電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析的核心目的是什么？簡要說明影響小干擾穩(wěn)定性的主要因素有哪些，并解釋之。三、某電力系統(tǒng)在正常運行時，A、B兩發(fā)電廠通過一條輸電線路連接，線路阻抗為Z。若A廠發(fā)生短路故障，故障點的短路電流中非周期分量衰減時間常數(shù)Tf=0.1秒。已知故障前A、B兩廠功角差為10度，系統(tǒng)在故障后維持穩(wěn)定運行所需的極限功角差（對應(yīng)功角特性曲線頂點）為40度。請簡述如何利用等面積定則估算該系統(tǒng)在此故障下的暫態(tài)穩(wěn)定性裕度，并說明等面積定則的物理意義。四、在電力系統(tǒng)中，提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的方法有哪些？請列舉三種主要方法，并簡要說明其原理。五、什么是電力系統(tǒng)的N-1準則？請簡述其在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行中保證系統(tǒng)可靠性的作用。六、某地區(qū)電網(wǎng)在某統(tǒng)計期內(nèi)發(fā)生停電事故10次，其中用戶直接停電的總時間共計120小時。已知該地區(qū)共有用戶10000戶。請計算該地區(qū)電網(wǎng)的平均停電頻率（FAIFI）和平均停電持續(xù)時間（MAIFI），并簡要解釋這兩個指標的含義。七、電力系統(tǒng)中哪些因素會影響發(fā)電設(shè)備的可靠性？請至少列舉四種因素，并說明其對設(shè)備可靠性的影響。八、分析短路故障對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的影響。在保護配置和系統(tǒng)運行方面，應(yīng)采取哪些措施以減輕短路故障的負面影響？九、某電力系統(tǒng)在正常運行時，系統(tǒng)總負荷為5000MW，對應(yīng)的總阻抗為0.5Ω?，F(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生三相對稱短路故障，短路點的短路阻抗為0.1Ω。請估算故障瞬間系統(tǒng)電壓降的幅度，并簡要說明此電壓降對系統(tǒng)穩(wěn)定運行可能產(chǎn)生的影響。十、結(jié)合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的要求，論述在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計和運行維護中應(yīng)如何綜合考慮兩者之間的關(guān)系。試卷答案一、暫態(tài)穩(wěn)定性分析的基本方法通常采用分段計算法或數(shù)值計算法（如牛頓-拉夫遜法）。主要步驟包括：1）建立系統(tǒng)正常運行和故障后各階段的數(shù)學(xué)模型（通常用功角特性方程表示）；2）計算正常運行狀態(tài)下的運行點；3）計算故障后（預(yù)故障狀態(tài)和故障狀態(tài)）的運行點；4）計算故障消除后系統(tǒng)的運行點；5）通過聯(lián)立運行點和功角特性方程，求解系統(tǒng)功角隨時間的變化過程，判斷系統(tǒng)是否會出現(xiàn)功角發(fā)散（失步）。分析中主要需要考慮的因素有：系統(tǒng)故障前的運行方式、故障類型和地點、系統(tǒng)元件參數(shù)（特別是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和原動機調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)）、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)等。二、小干擾穩(wěn)定性分析的核心目的是判斷電力系統(tǒng)在受到小擾動后，能否自動恢復(fù)到原始運行狀態(tài)或新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。主要影響因素包括：系統(tǒng)各同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的相對角度、發(fā)電機的阻尼繞組提供的阻尼功率（阻尼系數(shù)）、同步轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的等效電抗、負荷特性（尤其是負荷的阻尼特性）等。其中，阻尼系數(shù)的大小直接影響系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定的能力，正阻尼有助于系統(tǒng)穩(wěn)定。三、利用等面積定則估算暫態(tài)穩(wěn)定性裕度：首先，在功角特性圖上繪出故障前（原運行點P0，功角δ0）和故障后（故障點Pf，功角δf）及故障消除后（極限點Pl，功角δl）的功角特性曲線。然后，計算在預(yù)故障狀態(tài)（功角δf）和故障后狀態(tài)（功角δl）之間所包圍的面積S1，以及在故障后狀態(tài)（功角δl）和極限狀態(tài)（功角δl）之間所包圍的面積S2。根據(jù)等面積定則，若S1=S2，則系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。暫態(tài)穩(wěn)定性裕度通常用極限功角δl與故障前功角δ0之差（即δl-δ0）或極限功率Pmax與原運行功率P0之差（即Pmax-P0）來表示。等面積定則的物理意義是：故障后原動能（對應(yīng)S1）與故障后因功率差產(chǎn)生的減速面積（對應(yīng)S1）相等時，系統(tǒng)在達到極限功角時剛好耗盡動能而維持穩(wěn)定運行。四、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的方法主要有：1）縮短“電氣距離”：通過采用更高電壓等級的輸電線路（降低線路電抗）或采用串聯(lián)電容器補償、同步補償機（SVC/STATCOM）等來減小系統(tǒng)等效電抗；2）增加線路輸電功率的功率極限：采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置（特別是能快速響應(yīng)的AVR）和調(diào)速器，增大發(fā)電機的同步功率特性，提高靜態(tài)穩(wěn)定極限；3）采用中間同步調(diào)相機或同步電動機：它們可以提供或吸收無功功率，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，從而提高穩(wěn)定性。五、電力系統(tǒng)的N-1準則是指在一個N個元件（如發(fā)電機、變壓器、線路等）的電力系統(tǒng)中，任意一個元件發(fā)生故障退出運行時，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定運行并繼續(xù)向負荷供電，且不引起負荷削減或必須立即切除其他元件以保證安全。N-1準則是在滿足預(yù)定的可靠性目標（如頻率和電壓在規(guī)定范圍內(nèi)）的前提下，對電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計（確定系統(tǒng)配置和容量）和運行方式提出的要求，是保障電力系統(tǒng)安全可靠運行的基本準則。六、平均停電頻率（FAIFI）=總停電次數(shù)/統(tǒng)計期內(nèi)的總用戶數(shù)=10次/10000戶=0.001次/戶。平均停電持續(xù)時間（MAIFI）=總停電時間/總停電次數(shù)=120小時/10次=12小時/次。FAIFI表示平均每戶用戶在統(tǒng)計期內(nèi)直接經(jīng)歷停電的次數(shù)。MAIFI表示每發(fā)生一次直接停電，平均持續(xù)的時間。七、影響發(fā)電設(shè)備可靠性的因素包括：1）設(shè)備本身的設(shè)計質(zhì)量和制造工藝水平；2）設(shè)備運行維護水平，包括日常巡檢、定期檢修、故障處理能力等；3）設(shè)備的運行環(huán)境，如溫度、濕度、振動、腐蝕等；4）運行負荷水平和操作方式；5）備品備件的充足性和可獲取性。八、短路故障對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為：故障點電壓驟降、系統(tǒng)內(nèi)電磁功率瞬間變化導(dǎo)致發(fā)電機功角急劇擺動，可能引發(fā)暫態(tài)穩(wěn)定性或小干擾穩(wěn)定性問題，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)解列。對可靠性的影響主要表現(xiàn)為：可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、大面積用戶停電、需要較長時間恢復(fù)。保護配置和系統(tǒng)運行方面的措施包括：快速準確地切除故障點（通過繼電保護裝置）；采用自動重合閘裝置（對線路等故障）；配置備用電源和備用設(shè)備（如備用發(fā)電機、變壓器、線路）；采用提高系統(tǒng)運行電壓水平、減小系統(tǒng)阻抗等措施增強系統(tǒng)承受故障的能力。九、估算故障瞬間系統(tǒng)電壓降幅度：故障前系統(tǒng)總阻抗為0.5Ω，總負荷為5000MW。正常運行時系統(tǒng)電壓可近似認為為額定電壓UN（假設(shè)為1p.u.），則正常運行電流I0=P0/UN=5000MW/1p.u.=5000MVA。故障瞬間，短路電流Is=UN/Zf=1p.u./0.1Ω=10p.u.。系統(tǒng)電壓降ΔU≈Is*(總阻抗-短路阻抗)=10p.u.*(0.5Ω-0.1Ω)=10p.u.*0.4Ω=4p.u.。即故障瞬間系統(tǒng)電壓降為額定電壓的400%。如此大的電壓降可能導(dǎo)致發(fā)電機失磁、設(shè)備絕緣擊穿、保護誤動或拒動，嚴重威脅系統(tǒng)穩(wěn)定運行。十、在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計和運行維護中，穩(wěn)定性與可靠性是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。規(guī)劃階段需根據(jù)負荷增長、網(wǎng)絡(luò)擴展趨勢，合理確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備容量和備用水平，既要保證系統(tǒng)在正常運行和可預(yù)見的故障（符合N-1等準則）下具有足夠的穩(wěn)定性裕度，也要通過冗余配置、快速恢復(fù)措施等提高系統(tǒng)整體可靠性。設(shè)計階段需優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲，選擇合適