鄭州大學遠程教育學院電力工程基礎課程要點和綜合練習課程要點和綜合練習

1、電力工程基礎課程要點和綜合練習試卷題型：填空題、選擇題、判斷題、簡答題和計算題。第12章不作要求。第1章 緒論重要概念：1 電力系統(tǒng)是由發(fā)電機、電力網(wǎng)和用電設備組成，而電力網(wǎng)由變壓器和輸電線路組成。2 對電力系統(tǒng)的基本要求：電力充足，供電可靠，電能質(zhì)量良好，運行經(jīng)濟，環(huán)保。3 電能的質(zhì)量指標主要包括電壓、頻率和波形三個方面。4 電力系統(tǒng)額定電壓等級：3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000千伏5 中性點接地方式： 同步發(fā)電機三相繞組采用星形接線；變壓器各側(cè)三相繞組或采用星形接線，或采用三角形接線。星接繞組的公共點稱為中性點。三角形連接的繞組沒有中性點中性點接地方式：

2、中性點不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地、直接接地。采用前三種接地方式的電力系統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)，采用中性點直接接地方式的系統(tǒng)稱為大電流接地系統(tǒng)。第2章 發(fā)電系統(tǒng)重要概念1發(fā)電廠主要類型有火電廠、水電廠和核電廠。2火電廠的三大主要設備是鍋爐、汽輪機和發(fā)電機。3水電廠主要包括水系統(tǒng)（水庫、引水管道等）、水輪機和發(fā)電機三大部分。4抽水蓄能電廠的特點和作用：抽水蓄能電廠是一種特殊形式的水電廠，具有上下水池和可逆式機組。它在高峰負荷時發(fā)電，以水輪機-發(fā)電機方式運行，將水能轉(zhuǎn)換為電能；低谷負荷時用電，以電動機-水泵方式運行，將電能轉(zhuǎn)換為水能。主要用于平調(diào)電力系統(tǒng)負荷的峰谷差，提高大型火電機組和核電機

3、組運行的平穩(wěn)性和經(jīng)濟性。第3章 輸變電系統(tǒng)重要概念：1 輸電系統(tǒng)包括交流和直流兩種類型。交流輸電系統(tǒng)主要由升壓變壓器、交流輸電線路和降壓變壓器組成。直流輸電系統(tǒng)由整流站、直流輸電線路和逆變站組成，主要用于遠距離輸電。2 輸變電設備主要有電力變壓器、輸電線路（架空線路，電纜線路）、開關(guān)電器（斷路器，隔離開關(guān)等）和互感器（電壓互感器，電流互感器）等。3 電力變壓器用于升高或降低電壓，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器等。4 高壓輸電較低壓輸電的輸電損較小。5 架空線路的基本部分包括導線、避雷線、桿塔、絕緣子及金具等。6 斷路器用于斷開或閉合正常工作電流和短路電流，具有滅弧功能。7 隔離開關(guān)不能用于斷開或

4、閉合正常工作電流和短路電流。8 電壓互感器的二次繞組不能短路，以免燒損。9 電流互感器的二次繞組不能開路，以免出現(xiàn)過電壓。10發(fā)電廠、變電所一次設備連接形式稱為電氣主接線。主接線形式有單母線接線、單母線分段接線、單母分段加旁路母線接線、雙母線接線、雙母線分段接線、雙母分段帶旁路母線、橋型接線和3/2接線等。11單母線形式的主接線當負荷出線母線側(cè)隔離開關(guān)檢修時將導致全廠或全所停電，供電可靠性較低。12 按是否露天布置，配電裝置分為室內(nèi)和室外兩種類型。13 室外配電裝置按母線下方設備布置的特點分為高型、中型和低型，其中中型配電裝置應用較多。中型配電裝置的母線下方布置有母線隔離開關(guān)，但不布置斷路器。

5、分析練習：1單母線接線的特點和典型操作步驟。(1)單母線接線的結(jié)構(gòu)：進線回路：電源進線；出線回路：負荷出線WL；匯流母線W：進出線回路的中間環(huán)節(jié), 匯集和分配電能；斷路器QF：開斷、閉合負荷電流和開斷故障電流；隔離開關(guān)QS：1）母線刀閘/線路刀閘-線路停運后隔開電源，檢修線路或斷路器時，形成明顯“斷點”；（2）接地刀閘-在隔開電源后、檢修線路或設備前將其合上，使線路與地等電位，以確保檢修人員安全。（2）單母線接線的特點：接線簡單、清晰、設備少；當母線故障或檢修，或母線隔離開關(guān)檢修時，整個系統(tǒng)全部停電；斷路器檢修期間所在回路停電。（3）典型操作示例：1）負荷出線WL1送電：在QS4和斷路器QF2

6、斷開的前提下，先合QS2和QS3，再投QF2。2）負荷出線WL1停修：依次斷開QF2, QS3和QS2，線路對方停電后，合上QS4第4章 配電系統(tǒng)重要概念：1 配電系統(tǒng)指主要承擔分配電能任務的電力網(wǎng)絡。2 配電系統(tǒng)運行的主要質(zhì)量指標包括供電可靠性、網(wǎng)損率和電壓合格率等。3 網(wǎng)損率=（電力網(wǎng)電能損耗/總供電量）100% 4 供電可靠率=（1-用戶平均停電時間/統(tǒng)計期間總時間）100%第5章 電力系統(tǒng)負荷重要概念：1 電力系統(tǒng)的典型負荷包括異步電動機、照明燈具、電熱設備、電冶煉設備和電力機車等。2 按供電可靠性要求的高低，電力負荷分為一類、二類和三類負荷。一類負荷-這類負荷供電中斷，將帶來人身危險

7、，設備損壞，引起生產(chǎn)混亂，重要交通樞紐受阻，城市水源、通信、廣播中斷，因而造成巨大經(jīng)濟損失和重大政治影響。一類負荷一般應由兩個獨立電源供電。二類負荷-對這類負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)、停工，局部地區(qū)交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打亂.二類負荷可以采用雙回線供電。三類負荷-指不屬于第一類、第二類的其他負荷。對這類負荷中斷供電，造成的損失不大。對三類負荷的供電無特殊要求。3 年持續(xù)負荷曲線是一種重要的負荷曲線。它按一年（8760個小時）內(nèi)系統(tǒng)負荷的大小及其持續(xù)小時數(shù)依次排列繪制而成，如圖。按此曲線可以算出系統(tǒng)負荷全年耗電量為 假設系統(tǒng)始終保持最大負荷值Pmax運行，經(jīng)過Tmax小時后所消耗

8、的電能恰好等于全年的實際耗電量，則稱Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)：Tmax在一定程度上反映了實際負荷在一年內(nèi)的變化程度。如負荷曲線較平坦，Tmax較大;反之Tmax較小。各類負荷Tmax值通過實測統(tǒng)計形成。第6章 電力系統(tǒng)個各元件參數(shù)及等值電路重要概念：1旋轉(zhuǎn)因子：在對稱分量法中，算子（旋轉(zhuǎn)因子）a是一個模等于1的復數(shù)運算子，其定義為其與給定相量相乘，將使該相量逆時針旋轉(zhuǎn)，故稱為旋轉(zhuǎn)因子。旋轉(zhuǎn)因子a具有以下性質(zhì)：，1+a+a2=02 三序分量：任意一組不對稱的三相相量，可以分解為三組序分量，即正序（圖a）、負序（圖b）、零序（圖c）分量。三相正序分量幅值相等，相序與正常對稱運行的三相系統(tǒng)相序

9、相同(a相b相c相a相，依次滯后120)；三相負序分量幅值相等，而相序則與正序的相反(a相c相b相a相，依次滯后120)；三相零序分量幅值相等且同相位。對各序分量，只要知道其a相量，便可推知另外兩相量。3 三序電抗：電氣元件分別流通三序電流時，所呈現(xiàn)的電抗分別稱為正序電抗、負序電抗和零序電抗。同步發(fā)電機的三序電抗不相等；輸電線路的正負序電抗相等，零序電抗大于其正負序電抗；變壓器的正負序電抗相等，零序電抗與其繞組接線形式有關(guān)。4 在電力系統(tǒng)計算中，三相電氣元件采用單相等值電路表示。當功率采用三相功率（MVA），電壓采用線電壓（kV）,阻抗采用單相歐姆值，則基于單相等值電路直接可進行三相電路的有名

10、值計算。5 輸電線路串聯(lián)型等值電路如圖所示。設已知其單位長度電阻和電抗，線路長度為 則等值電路參數(shù)為，。 6 雙繞組變壓器的等值電路如圖所示，若忽略勵磁支路，其簡化為電阻-電感串聯(lián)電路。變壓器等值電路中的的參數(shù)電阻、電抗、電導和電納，可根據(jù)變壓器銘牌給出的短路損耗（kW)、短路電壓、空載損耗（kW)和空載電流 計算，即， ，式中，變壓器的額定電壓（kV);變壓器的額定容量（kVA)。 在以上各式中，根據(jù)是取用變壓器高壓側(cè)額定電壓還是取用低壓側(cè)額定電壓，則分別得到歸算到高壓側(cè)或低壓側(cè)的等值電路參數(shù)。7 在電力系統(tǒng)計算中，為方便，設備參數(shù)和運行參數(shù)常采用標幺值：標幺值=實際值（任意單位）/基準值（

11、與實際值相同單位）標幺值是一種相對值，沒有單位。基準值用下標d表示，標幺值用下標*表示。例如，電壓基準值，實際電壓值，則該電壓標幺值為8 在電力系統(tǒng)計算中，首先選定功率（包括視在、有功和無功功率）基準值和電壓基準值，而阻抗（包括電阻和電抗）基準值和電流基準值則由三相星接電路的電量關(guān)系導出。常用的基準值和單位為：， 注意，各基準值的單位必須配套。9 求取多電壓級電力系統(tǒng)標幺值參數(shù)等值電路，首先要選取統(tǒng)一功率基準值，為方便計算一般取，而各級電壓基準值則取其平均額定電壓，用表示。所謂平均額定電壓大約等于該電壓級額定電壓的1.05倍，必須熟記。例如：6，10，35，110，220，330，500 kV

12、電壓級的平均額定電壓分別為6.3，10.5，37，115，230，345，525kV。10 對于求取多電壓級標幺值參數(shù)的近似計算，典型元件在系統(tǒng)統(tǒng)一基準值、（注意，不同電壓級下的平均額定電壓數(shù)值不同）下的標幺值計算公式如下：發(fā)電機的電抗標幺值 式中，-發(fā)電機的額定容量；-以本機額定參數(shù)為基準的發(fā)電機標幺值電抗。變壓器的電抗標幺值 式中，-變壓器的額定容量； -變壓器短路電壓百分數(shù)。輸電線路的電抗標幺值 式中，-輸電線路全長電抗歐姆值； -線路所在電壓級的平均額定電壓。電抗器的電抗標幺值 式中，-電抗器的電抗百分數(shù)；-電抗器的額定電壓和額定電流；-電抗器安裝地點的平均額定電壓。發(fā)電機電勢標幺值

13、式中，-發(fā)電機的平均額定電壓。計算練習：1 某110 kV雙繞組變壓器，額定容量為20000 kVA，變比為110/11，試驗數(shù)據(jù)為kW，=0.8，kW，試分別求取變壓器的變比及歸算至高壓側(cè)的參數(shù)，并繪制其等值電路。解：（1）變壓器變比 （2）在變壓器等值電路參數(shù)算式中帶入高壓側(cè)（I側(cè)）額定電壓，計算參數(shù)： （3）等值電路（見6）2對圖(a)所示具有三個電壓等級的輸電系統(tǒng)，試用近似計算法計算等值網(wǎng)絡中各元件的標幺值及發(fā)電機電勢的標幺值，并繪制等值電路。解：取，各段的基準電壓為各段的平均額定電壓，即kV；kV;kV.各元件電抗的標幺值分別為發(fā)電機 變壓器 輸電線路 變壓器 電抗器 電纜線 發(fā)電機

14、電勢 系統(tǒng)等值電路示于圖(b)。第7章 電力系統(tǒng)的短路與潮流計算重要概念：電力系統(tǒng)短路包括三相短路、單相短路、兩相短路、兩相短路接地。三相短路為對稱短路，其余的為不對稱短路。內(nèi)阻抗為零、電壓恒定的理想交流電壓源稱為無限大功率電源。無限大功率電源供電系統(tǒng)三相短路全電流包括最終衰減到零的非周期自由分量和幅值恒定的周期分量。沖擊電流：短路電流最大可能的瞬時值，稱為沖擊電流。短路沖擊電流在短路后約半個周期出現(xiàn)。沖擊電流的算式為 式中，沖擊系數(shù)，表示沖擊電流對周期分量幅值的倍數(shù)，在發(fā)電機電壓母線短路時，取。在發(fā)電廠高壓側(cè)母線或發(fā)電機出線電抗器后發(fā)生短路時，在其他地點短路時，。非周期電流分量衰減時間常數(shù)；

15、周期分量電流的有效值。沖擊電流主要用于校驗電氣設備和載流導體在短路時的電動力穩(wěn)定度。 最大有效值電流：短路后第一個周期的電流有效值為最大有效值電流。最大有效值電流的算式為： 短路電流最大有效值用來校驗電氣設備的斷流能力或耐力強度。短路功率：等于短路電流有效值乘以短路處的正常工作電壓(一般用平均額定電壓）。對無窮大容量系統(tǒng)短路功率為 短路功率的標幺值與短路電流周期分量的標幺值相等，即。短路電流的沖擊電流大于短路電流的有效值。無限大功率系統(tǒng)的短路電流計算設無限大功率系統(tǒng)母線對短路點的組合電抗為，無限大功率系統(tǒng)（電源）母線的電壓標幺值，則短路電流周期分量的標幺值和有名值分別為 短路功率的有名值則為

16、同步發(fā)電機三相短路電流主要包括最終衰減到零的非周期分量和幅值隨時間衰減到一定穩(wěn)態(tài)值的周期分量。10同步發(fā)電機三相短路秒時的周期分量電流有效值稱為起始次暫態(tài)電流。1對復雜電力系統(tǒng)的三相短路，可先化簡網(wǎng)絡，求各電源到短路點的轉(zhuǎn)移電抗，各電源通過轉(zhuǎn)移電抗提供的短路電流之和即等于短路電流。正序、負序和零序網(wǎng)絡：當電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路，等效地在短路處出現(xiàn)正序、負序和零序電勢。根據(jù)疊加原理，短路處三序電勢分別作用于系統(tǒng)，即可得到三序網(wǎng)絡。再結(jié)合短路邊界條件，就可形成復合序網(wǎng)。通過復合序網(wǎng)求取短路處的各序電壓和電流，再通過對稱分量合成即得到短路處的三相電壓和電流。求三序網(wǎng)絡是不對稱短路計算的重要步驟。正序

17、網(wǎng)絡的特點：中性點接地阻抗和空載線路不流通正序電流，予以取消，其余電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中；發(fā)電機產(chǎn)生正序電勢，正序網(wǎng)絡為有源網(wǎng)絡；結(jié)構(gòu)與計算三相短路時的等值網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)相同；元件電抗采用正序電抗；正序網(wǎng)絡端口（k1，o1）處的電壓等于短路點處的正序電壓。負序網(wǎng)絡的特點：網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和元件與正序網(wǎng)絡完全相同；由于發(fā)電機不產(chǎn)生負序電勢，故所有發(fā)電機負序電勢為零，為無源網(wǎng)絡；發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)元件的電抗采用負序電抗，其他靜止元件的負序電抗與正序電抗相同；負序網(wǎng)絡端口（k2，o2）處的電壓等于短路點處的負序電壓。零序網(wǎng)絡的特點：結(jié)構(gòu)和組成元件取決于零序電流的通路，與正、負序網(wǎng)絡有很大差別；為無源網(wǎng)絡；元

18、件參數(shù)采用零序電抗，流過零序電流的中性點接地電抗采用其3倍值；零序網(wǎng)絡端口（k0，o0）處的電壓等于短路點處的零序電壓。構(gòu)造零序網(wǎng)絡可從短路點開始，由近及遠地依次觀察在短路點零序電勢作用下，零序電流可能流通的途徑。凡是零序電流通過的元件（即使是空載線路），均應列入零序網(wǎng)絡中，而零序電流不能通過的元件，予以舍去。具體來說，從短路點出發(fā)，若向著短路點一側(cè)的變壓器繞組為接法或Y接法，不論變壓器其他側(cè)繞組的接法如何，零序電流都不能流通，則相應部分不是零序網(wǎng)絡；若向著短路點一側(cè)的變壓器繞組為接法時，零序電流才有可能流通，而真正是否能流通還與變壓器另一側(cè)繞組的接法有關(guān)：另一側(cè)繞組也是接法的，零序電流可以通

19、過此變壓器通向另一側(cè)的外電路;但另一側(cè)為接法的，零序電流只能在三角形側(cè)繞組內(nèi)產(chǎn)生零序環(huán)流而不能流向外電路。 對不對稱短路，還可利用正序等效定則簡便地求取短路電流。計算練習：1如圖所示，某變壓器由無限大功率電源供電，當在k點發(fā)生三相短路時，試計算短路電流的周期分量，沖擊電流及短路功率（取MVA，）。解：取基準值MVA，。計算各元件電抗標幺值。 線路電抗標幺值 變壓器電抗標幺值 電源至短路點的電抗標幺值 無限大功率電源母線電壓標幺值 短路電流周期分量標幺值 短路電流周期分量有名值 kA=2.31kA沖擊電流有名值 kA=5.88kA短路功率有名值 MVA=148MVA試繪制圖示電力系統(tǒng)k點不對稱短

20、路時的零序網(wǎng)絡。解：零序電流通路如圖（a）所示，其零序等值電路和簡化后電路分別如圖（b）和圖（c）所示。 需要說明的是：1）由于流過中性點接地電抗的電流為3I0，因此，在一相的零序網(wǎng)絡中，應將接地電抗增大三倍，以滿足零序回路方程；2）對于系統(tǒng)中空載運行的變壓器或線路變壓器組，由于沒有正、負序電流通過它們在正、負序網(wǎng)絡中不出現(xiàn)。但若變壓器為Y0/接法且靠短路點一側(cè)為Y0接法，則零序電流仍然可以通過，故應包括在零序網(wǎng)絡中。試繪制圖（）所示電力系統(tǒng)k點不對稱短路時的正序和負序網(wǎng)絡。正序網(wǎng)絡見圖(b)。正序網(wǎng)絡為有源網(wǎng)絡，根據(jù)戴維南定理，從故障端口（k1，o1)處看正序網(wǎng)絡，可將其簡化為圖(c)所示的正序等效網(wǎng)絡。與圖(a)對應的負序網(wǎng)絡如圖(d)所示，簡化后的負序網(wǎng)絡則見圖（e). 第8章電氣主接線設計重要概念：確定變電所主變壓器容量的原則： 按變電所建成后5-10年的規(guī)劃負荷