2025年電力系統(tǒng)暫態(tài)分析題庫(kù)及答案一、選擇題1.電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流中包含的主要分量是（）。A.正序分量、負(fù)序分量、零序分量B.周期分量、非周期分量、倍頻分量C.有功分量、無(wú)功分量D.基頻分量、直流分量、二次諧波分量答案：B2.同步發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗X''d與暫態(tài)電抗X'd的關(guān)系是（）。A.X''d>X'dB.X''d<X'dC.X''d=X'dD.無(wú)固定關(guān)系答案：B3.若系統(tǒng)中某點(diǎn)發(fā)生單相接地短路，其復(fù)合序網(wǎng)的連接方式為（）。A.正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)B.正序、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)后與零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)C.正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)D.正序網(wǎng)絡(luò)與負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)答案：A4.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析中，等面積定則的物理意義是（）。A.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化等于加速面積與減速面積之差B.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化等于加速面積與減速面積之和C.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化等于加速面積與減速面積相等D.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化由電磁功率與機(jī)械功率的差值決定答案：A5.短路電流的沖擊系數(shù)Kimp與系統(tǒng)電壓等級(jí)和短路點(diǎn)離電源的距離有關(guān)，一般110kV系統(tǒng)中Kimp的取值范圍是（）。A.1.0~1.2B.1.2~1.4C.1.8~1.9D.2.0~2.2答案：C6.新能源機(jī)組（如雙饋風(fēng)電機(jī)組）接入后，對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)特性的主要影響是（）。A.增加系統(tǒng)慣性，提升暫態(tài)穩(wěn)定性B.降低系統(tǒng)等效電抗，減小短路電流C.引入電力電子控制環(huán)節(jié)，改變暫態(tài)過(guò)程特性D.提高系統(tǒng)電壓支撐能力，抑制暫態(tài)電壓波動(dòng)答案：C二、判斷題1.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過(guò)程主要研究發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)及功角變化，時(shí)間尺度為秒級(jí)。（）答案：×（電磁暫態(tài)研究電磁量的快速變化，時(shí)間尺度毫秒級(jí)；機(jī)電暫態(tài)研究轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，秒級(jí)）2.三相短路時(shí)，短路電流的非周期分量是由于電感電流不能突變產(chǎn)生的，其衰減時(shí)間常數(shù)與定子繞組電阻和電感有關(guān)。（）答案：√3.同步發(fā)電機(jī)在短路后，定子電流中的直流分量會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出基頻交流分量，該分量的衰減時(shí)間常數(shù)由轉(zhuǎn)子繞組的電阻和電感決定。（）答案：√4.提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施中，快速切除故障和自動(dòng)重合閘的作用原理相同，均是通過(guò)減少加速面積實(shí)現(xiàn)的。（）答案：×（快速切除故障減少加速面積；自動(dòng)重合閘通過(guò)恢復(fù)故障線路，增加減速面積）5.不對(duì)稱短路時(shí)，零序電流僅在零序網(wǎng)絡(luò)閉合的系統(tǒng)中存在，因此中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)無(wú)零序電流。（）答案：√三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)的主要區(qū)別。答案：電磁暫態(tài)過(guò)程是指由于電路參數(shù)突變（如短路、開關(guān)操作）引起的電磁量（電流、電壓）快速變化的過(guò)程，主要涉及電感、電容的能量轉(zhuǎn)換，時(shí)間尺度為毫秒級(jí)，忽略發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)；機(jī)電暫態(tài)過(guò)程是指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械轉(zhuǎn)矩不平衡時(shí)的轉(zhuǎn)速和功角變化過(guò)程，涉及機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換，時(shí)間尺度為秒級(jí)，需考慮轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。2.同步發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路后，定子電流包含哪些分量？各分量的衰減特性如何？答案：定子電流包含周期分量（基頻交流）、非周期分量（直流）和倍頻分量（二次諧波）。周期分量的幅值由次暫態(tài)電抗決定，初始階段按次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)Td''衰減至?xí)簯B(tài)電抗對(duì)應(yīng)的幅值，再按暫態(tài)時(shí)間常數(shù)Td'衰減至穩(wěn)態(tài)值；非周期分量和倍頻分量按定子繞組時(shí)間常數(shù)Ta衰減，三者最終均衰減為零。3.請(qǐng)說(shuō)明不對(duì)稱短路時(shí)采用對(duì)稱分量法的基本步驟。答案：步驟：①將不對(duì)稱三相量分解為正序、負(fù)序、零序分量；②分別建立正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)（正序網(wǎng)絡(luò)含電源，負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)無(wú)電源）；③根據(jù)短路類型確定各序網(wǎng)絡(luò)的連接方式（如單相接地為三序串聯(lián)，兩相短路為正序與負(fù)序并聯(lián)）；④計(jì)算各序網(wǎng)絡(luò)的電流、電壓；⑤將序分量合成三相量，得到短路點(diǎn)的三相電流、電壓。4.列舉三種提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的具體措施，并簡(jiǎn)述其原理。答案：①快速切除故障：減少故障持續(xù)時(shí)間，縮短加速面積，使轉(zhuǎn)子在加速階段積累的動(dòng)能減少；②自動(dòng)重合閘：若故障為瞬時(shí)性，重合后恢復(fù)正常運(yùn)行，增加減速面積；③強(qiáng)行勵(lì)磁：提高發(fā)電機(jī)端電壓，增大電磁功率，減小加速轉(zhuǎn)矩；④電氣制動(dòng)：故障時(shí)投入制動(dòng)電阻，消耗發(fā)電機(jī)功率，抑制轉(zhuǎn)子加速；⑤快速關(guān)閉汽門：減少機(jī)械輸入功率，降低加速轉(zhuǎn)矩。四、計(jì)算題1.某簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)接線如圖所示（注：此處假設(shè)系統(tǒng)參數(shù)）：發(fā)電機(jī)G額定容量S_N=300MVA，次暫態(tài)電抗X''d=0.15（標(biāo)幺值，以S_N為基準(zhǔn)）；變壓器T額定容量S_T=360MVA，電抗X_T=0.12（標(biāo)幺值，以S_T為基準(zhǔn)）；線路L電抗X_L=0.08（標(biāo)幺值，以100MVA為基準(zhǔn)）；系統(tǒng)母線電壓U=115kV（基準(zhǔn)電壓取平均額定電壓）。當(dāng)線路首端發(fā)生三相短路時(shí)，計(jì)算：（1）短路點(diǎn)的次暫態(tài)電流標(biāo)幺值；（2）短路電流的沖擊值（kA）。解：（1）統(tǒng)一基準(zhǔn)值：取S_b=300MVA，U_b=115kV。變壓器電抗標(biāo)幺值：X_T=0.12×(300/360)=0.10；線路電抗標(biāo)幺值：X_L=0.08×(300/100)=0.24；總電抗XΣ=X''d+X_T+X_L=0.15+0.10+0.24=0.49；次暫態(tài)電流標(biāo)幺值I''=1/XΣ=1/0.49≈2.041。（2）基準(zhǔn)電流I_b=S_b/(√3U_b)=300/(√3×115)≈1.505kA；沖擊系數(shù)Kimp取1.8（110kV系統(tǒng)），沖擊電流I_sh=Kimp×√2×I''×I_b=1.8×1.414×2.041×1.505≈7.98kA。2.兩機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)A的機(jī)械功率Pm=1.2（標(biāo)幺值），電磁功率特性為Pe=1.5sinδ。當(dāng)系統(tǒng)在δ0=30°時(shí)發(fā)生三相短路，故障切除后電磁功率特性變?yōu)镻e'=1.0sinδ。（1）計(jì)算故障前的電磁功率Pe0；（2）用等面積定則判斷系統(tǒng)是否暫態(tài)穩(wěn)定。解：（1）故障前穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，Pe0=Pm=1.2（標(biāo)幺值）。（2）故障前功角δ0=30°，故障切除后，最大電磁功率為1.0sinδ。加速面積A1=∫(δ0到δc)(Pm-Pe故障)dδ（注：假設(shè)故障期間Pe故障=0，因短路時(shí)電磁功率近似為零），則A1=Pm(δc-δ0)。減速面積A2=∫(δc到δmax)(Pe'-Pm)dδ=∫(δc到δmax)(1.0sinδ-1.2)dδ。系統(tǒng)穩(wěn)定條件為A1≤A2。故障切除角δc需滿足Pe'(δc)=Pm，即1.0sinδc=1.2→sinδc=1.2（無(wú)解），說(shuō)明故障切除后最大電磁功率1.0小于機(jī)械功率1.2，系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)平衡，減速面積不存在，故系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。3.某110kV系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)直接接地，線路發(fā)生單相接地短路。已知正序電抗X1=0.2Ω/km，負(fù)序電抗X2=0.2Ω/km，零序電抗X0=0.6Ω/km，線路長(zhǎng)度L=50km，系統(tǒng)等值正序電壓源E=115kV（線電壓）。計(jì)算短路點(diǎn)的零序電流。解：正序網(wǎng)絡(luò)總電抗X1Σ=X1×L=0.2×50=10Ω；負(fù)序網(wǎng)絡(luò)總電抗X2Σ=X2×L=10Ω；零序網(wǎng)絡(luò)總電抗X0Σ=X0×L=0.6×50=30Ω；單相接地短路復(fù)合序網(wǎng)為三序串聯(lián)，總電抗XΣ=X1Σ+X2Σ+X0Σ=10+10+30=50Ω；正序電流I1=E/(√3X1Σ)=115/(√3×10)≈6.64A（相電壓基準(zhǔn)）；零序電流I0=I1=6.64A（單相接地時(shí)I0=I1=I2）。4.同步發(fā)電機(jī)參數(shù)：Xd=1.0，X'd=0.3，X''d=0.2（標(biāo)幺值），Td'=1.5s，Td''=0.05s，Ta=0.1s。發(fā)電機(jī)在空載額定電壓下發(fā)生三相短路，計(jì)算短路后0.01s、0.5s、2s時(shí)的定子周期電流標(biāo)幺值。解：周期電流表達(dá)式為I(t)=I''de^(-t/Td'')+(I'd-I''d)e^(-t/Td')+(I∞-I'd)，但空載短路時(shí)I∞=0（穩(wěn)態(tài)短路電流為零），I'd=1/X'd=1/0.3≈3.333，I''d=1/X''d=5。0.01s時(shí)，t<Td''（0.05s），主要為次暫態(tài)分量：I(0.01)=5×e^(-0.01/0.05)≈5×e^(-0.2)≈4.09；0.5s時(shí)，次暫態(tài)分量已衰減，暫態(tài)分量主導(dǎo)：I(0.