電力工程 109 年電力系統研究考古題

考慮如圖一輸電系統之單線圖，匯流排A 為一次變電所（Primary Substation，簡稱P/S），匯流排B、C、D 為二次變電所（Secondary Substation，簡稱S/S）。輸電線路已安裝以下保護電驛：數字標記87為線 路電流差動電驛，21為測距電驛。51為延時相間過電流電驛，67為方向 性延時相間過電流電驛。使用三種型式之斷路器，編號分別為610、620、 630。□代表斷路器為常閉點，而■代表斷路器為常開點。各電驛之保護 協調均已經妥適設計，於事故發生後會適時正確跳脫。 請說明測距電驛21之工作原理。（12分） 試繪出該輸電系統各保護裝置之保護區域（Protection Zone）。（7分） 假設於某日中午12時發生事故，造成B～C 線路之電驛87動作，造成 B～C 線路跳脫。而於12時0分1.3秒A～B 線路之電驛51亦動作，而電 驛87無動作，造成A～B 線路跳脫，使得二次變電所B 與C 全部停 電。請判斷事故發生地點之可能範圍。（6分） A P/S B S/S C S/S D S/S A～B線 B～C線 C～D線 620 610 620 620 630 630 87/21/51 87/21/67 圖一

為維持電力供應安全與可靠、確保電力系統穩定、維持電力品質及因應 偶發事故，電力系統必須提供適當之備轉容量（Spinning Reserve）。 說明備轉容量之定義。（9分） 請依照響應時間分類，說明備轉容量可分為那四類？並請說明各種備 轉容量之來源。（16分）

兩部相同之三相火力同步發電機A 與B，額定輸出為750 MW，同時並 聯運轉供電於負載，而原動機A 與B 之速度-下垂率（Speed-Droop Characteristic）分別為3%與6%。 於供電給1200 MW 負載時，系統頻率為60 Hz。若忽略損失，各發電機 依其額定輸出發電。請問發電機A 與B 之出力各為多少MW？（6分） 若負載由1200 MW 增加至1400 MW，而其他輔助控制均未啟動，此時 發電機A 與B 之出力各為多少MW？電力系統之頻率為多少Hz？ （12分） 承小題，若此時電力系統頻率無法回復至60 Hz 之額定值，請問可 採取那些措施，使得電力系統頻率及互聯聯絡線的電力潮流維持恆 定。（7分）

如圖二所示為一單機無限大匯流排電力系統。同步發電機之額定容量為 900 MVA，慣量常數H 為3.50秒，阻尼D 為0 pu。直軸之次同步電抗 dx 為0.24 pu。發電機端電壓 T V 之振幅值為1.03 pu，無限大匯流排之電壓V 為1.0∠0°pu。變壓器阻抗為0.15/9 pu。每條傳輸線阻抗為0.044 pu。變壓 器與傳輸線之阻抗值均以100 MVA 為基準值。 1 3 2 =1.03 pu T V =1.0 pu V 變壓器 0.15 / 9 j 0.044 j 0.044 j 傳輸線1 無限大匯流排 三相短路故障 傳輸線2 圖二 若發電機之出力為850 MW，請求出發電機外部匯流排1端之電角與同 步發電機之無效功率輸出。（10分） 若於傳輸線2近3號匯流排處，於時間0時發生三相短路事故，故障傳輸 線路2之斷路器瞬間動作，使傳輸線2跳脫。於時間T 時，該故障線路 之斷路器復閉，使傳輸線2重新併網。請以故障前、故障中、與故障後 之該系統搖擺方程式，說明於此事故過程中，電力系統之動態響應。 （6分） 為確保該電力系統於此事故過程中，仍可維持暫態穩定度，請以該系 統之動能與位能關係，推導出等面積原則。並說明於該事故下，如何 計算該斷路器最大容許之復閉時間與臨界清除電角。（9分） V=1.0∠0°pu