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)定性與可靠性試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填在括號內(nèi)，每題2分，共20分）1.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的核心問題是（）。A.系統(tǒng)頻率是否持續(xù)偏離額定值B.系統(tǒng)電壓是否持續(xù)低于額定值C.在小擾動下，同步發(fā)電機(jī)能否恢復(fù)并維持同步運(yùn)行D.系統(tǒng)有功負(fù)荷變化時(shí)頻率的調(diào)節(jié)能力2.對于簡單電力系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障（如單相接地）時(shí)，為提高暫態(tài)穩(wěn)定性，通常采取的措施是（）。A.減小系統(tǒng)總阻抗B.增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流C.迅速切除故障線路D.減小系統(tǒng)總功角3.電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性通常是指（）。A.系統(tǒng)抵抗小干擾后能恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)的能力B.系統(tǒng)抵抗大擾動后能恢復(fù)到原始運(yùn)行狀態(tài)的能力C.系統(tǒng)在故障后能自動清除故障的能力D.系統(tǒng)頻率和電壓在長時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的能力4.勵(lì)磁控制系統(tǒng)對提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的主要作用是（）。A.提高系統(tǒng)的有功功率極限B.快速限制短路電流C.提高系統(tǒng)的電壓水平D.減小系統(tǒng)傳輸線的阻抗5.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）主要用來抑制（）。A.電壓暫降B.諧波干擾C.功角搖擺D.頻率波動6.電力系統(tǒng)可靠性分析中，系統(tǒng)的不可用率是指（）。A.系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能夠正常工作的概率B.系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率C.系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)因故障而停運(yùn)的時(shí)間比例D.系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)修復(fù)的概率7.對于一個(gè)由兩個(gè)元件并聯(lián)組成的系統(tǒng)，其系統(tǒng)可靠度RS與兩個(gè)元件的可靠度R1、R2的關(guān)系是（）。A.RS=R1+R2B.RS=R1*R2C.RS=1-(1-R1)(1-R2)D.RS=(1-R1)+(1-R2)8.提高電力系統(tǒng)可靠性的最直接有效的方法是（）。A.增加系統(tǒng)備用容量B.提高元件平均故障間隔時(shí)間（MTBF）C.實(shí)施預(yù)測性維護(hù)D.采用N+1冗余配置9.故障樹分析（FTA）主要用于（）。A.評估系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間B.分析系統(tǒng)失效原因及其組合方式C.計(jì)算系統(tǒng)的可靠度指標(biāo)D.優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)10.靜態(tài)穩(wěn)定性分析常用的工具是（）。A.電流互感器B.電壓表C.功角特性曲線D.頻率表二、填空題（請將答案填在橫線上，每空2分，共20分）1.電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析中，功角特性描述了發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)矩與______之間的關(guān)系。2.提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的一個(gè)有效措施是采用______，以增大功角特性曲線的斜率。3.當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動導(dǎo)致功角增大時(shí)，若阻尼功率為負(fù)，則系統(tǒng)穩(wěn)定性將______。4.電力系統(tǒng)可靠性通常用______和______等指標(biāo)來衡量。5.一個(gè)元件的可靠度R是指該元件在規(guī)定時(shí)間T內(nèi)______的概率。6.在電力系統(tǒng)中，通過設(shè)置備用電源或備用線路可以提高系統(tǒng)的______。7.預(yù)防性維護(hù)的目的是通過定期檢修，降低設(shè)備的______，從而提高系統(tǒng)的可靠性。8.對于N模冗余系統(tǒng)（NMS），只有當(dāng)N個(gè)冗余元件都失效時(shí)，系統(tǒng)才會失效，其系統(tǒng)可靠度RS與單個(gè)元件可靠度R的關(guān)系為RS=R^N。9.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題主要包括______穩(wěn)定性、______穩(wěn)定性和______穩(wěn)定性。10.提高電力系統(tǒng)可靠性的措施不僅包括技術(shù)手段，如網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、設(shè)備改進(jìn)，也包括______手段，如加強(qiáng)維護(hù)管理。三、簡答題（請簡要回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性的主要區(qū)別。2.簡述自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）在提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性方面的作用。3.簡述提高電力系統(tǒng)可靠性的基本途徑有哪些。4.簡述什么是電力系統(tǒng)N模冗余系統(tǒng)（NMS）及其優(yōu)點(diǎn)。四、計(jì)算題（請按題意進(jìn)行計(jì)算，寫出主要步驟和公式，每題10分，共30分）1.某簡單電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，功角為30°，功角特性表達(dá)式為P=1.0sinδ。當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障，故障切除后，功角特性變?yōu)镻'=0.8sinδ。試計(jì)算在此情況下，系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)Ks（用功角δ=30°時(shí)的功率差表示）。2.一個(gè)電力系統(tǒng)由兩個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的元件組成，每個(gè)元件的平均故障率（λ）為0.01次/年，平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）為10天/次。求該系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間（MTBF）和系統(tǒng)可靠度R（設(shè)一年按365天計(jì)算）。3.某電力系統(tǒng)簡化為一臺發(fā)電機(jī)經(jīng)一條輸電線路連接到無窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)在額定運(yùn)行時(shí)功角為δ0=30°。發(fā)生三相短路故障時(shí)，功角特性曲線的斜率（dP/dδ）在短路點(diǎn)處為10pu/degree。正常運(yùn)行時(shí)功角特性曲線的斜率（dP/dδ）為5pu/degree。假設(shè)故障持續(xù)時(shí)間為0.1秒，發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)子的慣性常數(shù)H=5MJ/MVA。試定性分析此故障對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，并簡要說明原因。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.A5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題1.功角δ2.勵(lì)磁電壓3.減弱4.可靠度R，可用性U5.能夠正常工作6.可用性/可靠性7.失效概率/故障率8.1-(1-R)^N（注：題目中給出的RS=R^N是錯(cuò)誤的，應(yīng)為1-(1-R)^N）9.暫態(tài)，靜態(tài)，動態(tài)10.管理三、簡答題1.解析思路：暫態(tài)穩(wěn)定性關(guān)注的是系統(tǒng)在受到突然擾動（如短路故障）后，能否在經(jīng)歷暫短搖擺后恢復(fù)同步運(yùn)行的能力，時(shí)間尺度通常為秒級。靜態(tài)穩(wěn)定性關(guān)注的是系統(tǒng)在受到小擾動后，能否自動恢復(fù)到原始運(yùn)行點(diǎn)或附近穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)的能力，時(shí)間尺度通常為分鐘級。兩者都要求系統(tǒng)功角特性有正的斜率（或足夠的靜差系數(shù)），但暫態(tài)穩(wěn)定性還涉及故障清除后的功角恢復(fù)過程和阻尼特性。2.解析思路：AVR通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓，可以改變發(fā)電機(jī)的功角特性，使其斜率增大（提高靜態(tài)穩(wěn)定儲備），或者在小功角范圍內(nèi)提供負(fù)阻尼功率以增強(qiáng)阻尼效應(yīng)，從而抑制功角搖擺，提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。3.解析思路：提高電力系統(tǒng)可靠性的途徑主要包括：提高元件可靠性（如選用高質(zhì)量設(shè)備、改善運(yùn)行維護(hù)）、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如增加備用容量、設(shè)置備用電源、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?、完善維護(hù)策略（如實(shí)施預(yù)防性維護(hù)、預(yù)測性維護(hù)）、采用冗余配置（如N+1配置）、實(shí)施有效的負(fù)荷管理（如需求側(cè)管理）等。4.解析思路：N模冗余系統(tǒng)（NMS）是指為完成某個(gè)任務(wù)而配置了N個(gè)獨(dú)立的工作模塊（或系統(tǒng)），只要其中N-1個(gè)模塊正常工作，整個(gè)系統(tǒng)就能正常運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性，因?yàn)閱蝹€(gè)模塊的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)失效。四、計(jì)算題1.解析思路：靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)通常定義為最大可用功率Pmax與運(yùn)行功率Pd之差與運(yùn)行功率Pd的比值。首先計(jì)算正常運(yùn)行時(shí)（δ=30°）的功率Pd=1.0sin30°。然后計(jì)算故障切除后（δ=30°）的功率P'd=0.8sin30°。兩者之差為Pmax-Pd。將數(shù)值代入公式Ks=(Pmax-Pd)/Pd計(jì)算即可。解：Pd=1.0sin30°=0.5puP'd=0.8sin30°=0.4puPmax=0.8pu（故障后功角特性最大值）Ks=(Pmax-Pd)/Pd=(0.8-0.5)/0.5=0.3/0.5=0.6或60%2.解析思路：首先計(jì)算單個(gè)元件的平均故障率λ=1/MTBF。系統(tǒng)由兩個(gè)并聯(lián)元件組成，假設(shè)元件故障是相互獨(dú)立的，則系統(tǒng)的瞬時(shí)可用率A(t)≈e^(-λt)。平均無故障工作時(shí)間MTBF是系統(tǒng)失效率的期望值，對于并聯(lián)系統(tǒng)，其瞬時(shí)失效率q(t)≈1-A(t)=1-e^(-λt)。MTBF=∫[0,∞]A(t)dt=∫[0,∞]e^(-λt)dt=1/λ。將λ=0.01次/年換算成每天為λ_day=0.01/365次/天。然后計(jì)算MTBF（天）=1/λ_day=365/0.01=36500天。最后計(jì)算可靠度R=e^(-λ*T)，其中T為一年，λ為每天的平均故障率。注意MTTR單位需換算為年，MTTR_year=10/365年。解：λ=1/MTBF=1/(10天/次*1年/365天)=1/(10/365次/年)=36.5次/年λ_day=36.5次/年/365天/年=0.1次/天MTBF=1/λ_day=1/0.1次/天=10天MTBF(年)=10天/365天/年≈0.0274年R=e^(-λ*T)=e^(-(36.5次/年)*(1年))=e^(-36.5)≈0（非常接近0）*注：計(jì)算出的可靠度R≈0，說明在給定的λ和T下，系統(tǒng)在一年內(nèi)發(fā)生故障的概率極高，這與并聯(lián)系統(tǒng)和較長的MTBF通常應(yīng)具有較高可靠性的預(yù)期可能矛盾，提示輸入?yún)?shù)可能需要調(diào)整或理解λ含義需更精確（如瞬時(shí)故障率）。此處按題目給定的參數(shù)計(jì)算。*3.解析思路：比較正常運(yùn)行和故障后功角特性曲線的斜率絕對值。正常運(yùn)行時(shí)斜率|dP/dδ|=5pu/degree。故障后斜率|dP'/dδ|=10pu/degree。由于故障后斜率的絕對值增大，意味著功角特性曲線變得更陡峭，即靜態(tài)穩(wěn)定儲備減小。根據(jù)公式E=1/(s|dP/dδ|)，其中E為功角穩(wěn)定性時(shí)間常數(shù)，s為阻尼系數(shù)，可以看出，當(dāng)|dP/dδ|增大時(shí)，E減小。這表明在相同的功角搖擺下，系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)所需的時(shí)間縮短了。結(jié)合故障持續(xù)時(shí)間（0.1s）和轉(zhuǎn)子慣性常數(shù)H，可以判斷：如果系統(tǒng)慣性常數(shù)H足夠大（典型發(fā)電機(jī)組H較大），而故障持續(xù)時(shí)間（0.1s）小于或等于功角穩(wěn)定性時(shí)間常數(shù)E，那么系統(tǒng)在故障切除后功角尚未發(fā)生顯著搖擺時(shí)，就有可能來不及恢復(fù)同步而失步。因此，故障后斜率增大通常意味著暫態(tài)穩(wěn)定性變差。定性結(jié)論：系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性變差，可能失步。解：正常運(yùn)行時(shí)|dP/dδ|=5pu/degree。故障后|dP'/dδ|=10pu/degree。斜率增大，意味著靜