《电力工程基础》课程要点和综合练习
试卷题型：填空题、选择题、判断题、简答题和计算题。第12章不作要求。
第1章 绪论
重要概念：
1 电力系统是由发电机、电力网和用电设备组成，而电力网由变压器和输电线路组成。
2 对电力系统的基本要求：电力充足，供电可靠，电能质量良好，运行经济，环保。
3 电能的质量指标主要包括电压、频率和波形三个方面。
4 电力系统额定电压等级：3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000千伏
5 中性点接地方式：
同步发电机三相绕组采用星形接线；变压器各侧三相绕组或采用星形接线，或采用三角形接线。星接绕组的公共点称为中性点。三角形连接的绕组没有中性点
中性点接地方式：中性点不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地、直接接地。
采用前三种接地方式的电力系统称为小电流接地系统，采用中性点直接接地方式的系统称为大电流接地系统。
第2章 发电系统
重要概念
1发电厂主要类型有火电厂、水电厂和核电厂。
2火电厂的三大主要设备是锅炉、汽轮机和发电机。
3水电厂主要包括水系统（水库、引水管道等）、水轮机和发电机三大部分。
4抽水蓄能电厂的特点和作用：
抽水蓄能电厂是一种特殊形式的水电厂，具有上下水池和可逆式机组。它在高峰负荷时发电，以水轮机-发电机方式运行，将水能转换为电能；低谷负荷时用电，以电动机-水泵方式运行，将电能转换为水能。主要用于平调电力系统负荷的峰谷差，提高大型火电机组和核电机组运行的平稳性和经济性。
第3章 输变电系统
重要概念：
1 输电系统包括交流和直流两种类型。交流输电系统主要由升压变压器、交流输电线路和降压变压器组成。直流输电系统由整流站、直流输电线路和逆变站组成，主要用于远距离输电。
2 输变电设备主要有电力变压器、输电线路（架空线路，电缆线路）、开关电器（断路器，隔离开关等）和互感器（电压互感器，电流互感器）等。
3 电力变压器用于升高或降低电压，有双绕组变压器、三绕组变压器等。
4 高压输电较低压输电的输电损较小。
5 架空线路的基本部分包括导线、避雷线、杆塔、绝缘子及金具等。
6 断路器用于断开或闭合正常工作电流和短路电流，具有灭弧功能。
7 隔离开关不能用于断开或闭合正常工作电流和短路电流。
8 电压互感器的二次绕组不能短路，以免烧损。
9 电流互感器的二次绕组不能开路，以免出现过电压。
10发电厂、变电所一次设备连接形式称为电气主接线。主接线形式有单母线接线、单母线分段接线、单母分段加旁路母线接线、双母线接线、双母线分段接线、双母分段带旁路母线、桥型接线和3/2接线等。
11单母线形式的主接线当负荷出线母线侧隔离开关检修时将导致全厂或全所停电，供电可靠性较低。
12 按是否露天布置，配电装置分为室内和室外两种类型。
13 室外配电装置按母线下方设备布置的特点分为高型、中型和低型，其中中型配电装置应用较多。中型配电装置的母线下方布置有母线隔离开关，但不布置断路器。
分析练习：
1单母线接线的特点和典型操作步骤。
(1)单母线接线的结构：进线回路：电源进线；出线回路：负荷出线WL；汇流母线W：进出线回路的中间环节, 汇集和分配电能；断路器QF：开断、闭合负荷电流和开断故障电流；隔离开关QS：1）母线刀闸/线路刀闸----线路停运后隔开电源，检修线路或断路器时，形成明显“断点”；（2）接地刀闸----在隔开电源后、检修线路或设备前将其合上，使线路与地等电位，以确保检修人员安全。
（2）单母线接线的特点：接线简单、清晰、设备少；当母线故障或检修，或母线隔离开关检修时，整个系统全部停电；断路器检修期间所在回路停电。
（3）典型操作示例：
1）负荷出线WL1送电：在QS4和断路器QF2断开的前提下，先合QS2和QS3，再投QF2。
2）负荷出线WL1停修：依次断开QF2, QS3和QS2，线路对方停电后，合上QS4
第4章 配电系统
重要概念：
1 配电系统指主要承担分配电能任务的电力网络。
2 配电系统运行的主要质量指标包括供电可靠性、网损率和电压合格率等。
3 网损率=（电力网电能损耗/总供电量）×100%
4 供电可靠率=（1-用户平均停电时间/统计期间总时间）×100%
第5章 电力系统负荷
重要概念：
1 电力系统的典型负荷包括异步电动机、照明灯具、电热设备、电冶炼设备和电力机车等。
2 按供电可靠性要求的高低，电力负荷分为一类、二类和三类负荷。
一类负荷----这类负荷供电中断，将带来人身危险，设备损坏，引起生产混乱，重要交通枢纽受阻，城市水源、通信、广播中断，因而造成巨大经济损失和重大政治影响。一类负荷一般应由两个独立电源供电。
二类负荷----对这类负荷中断供电，将造成大量减产、停工，局部地区交通受阻，大部分城市居民的正常生活被打乱.二类负荷可以采用双回线供电。
三类负荷----指不属于第一类、第二类的其他负荷。对这类负荷中断供电，造成的损失不大。对三类负荷的供电无特殊要求。
3 年持续负荷曲线是一种重要的负荷曲线。它按一年（8760个小时）内系统负荷的大小及其持续小时数依次排列绘制而成，如图。
按此曲线可以算出系统负荷全年耗电量为
假设系统始终保持最大负荷值Pmax运行，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称Tmax为年最大负荷利用小时数：
Tmax在一定程度上反映了实际负荷在一年内的变化程度。如负荷曲线较平坦，Tmax较大;反之Tmax较小。各类负荷Tmax值通过实测统计形成。
第6章 电力系统个各元件参数及等值电路
重要概念：
1旋转因子：在对称分量法中，算子（旋转因子）a是一个模等于1的复数运算子，其定义为
其与给定相量相乘，将使该相量逆时针旋转，故称为旋转因子。
旋转因子a具有以下性质：
，
，1+a+a2=0
2 三序分量：任意一组不对称的三相相量，可以分解为三组序分量，即正序（图a）、负序（图b）、零序（图c）分量。
三相正序分量幅值相等，相序与正常对称运行的三相系统相序相同(a相→b相→c相→a相，依次滞后120°)；三相负序分量幅值相等，而相序则与正序的相反(a相→c相→b相→a相，依次滞后120°))；三相零序分量幅值相等且同相位。对各序分量，只要知道其a相量，便可推知另外两相量。
3 三序电抗：电气元件分别流通三序电流时，所呈现的电抗分别称为正序电抗、负序电抗和零序电抗。同步发电机的三序电抗不相等；输电线路的正负序电抗相等，零序电抗大于其正负序电抗；变压器的正负序电抗相等，零序电抗与其绕组接线形式有关。
4 在电力系统计算中，三相电气元件采用单相等值电路表示。当功率采用三相功率（MVA），电压采用线电压（kV）,阻抗采用单相欧姆值，则基于单相等值电路直接可进行三相电路的有名值计算。
5 输电线路串联型等值电路如图所示。设已知其单位长度电阻
和电抗
，线路长度为
则等值电路参数为
，
。
6 双绕组变压器的等值电路如图所示，若忽略励磁支路，其简化为电阻-电感串联电路。变压器等值电路中的的参数电阻
、电抗
、电导
和电纳
，可根据变压器铭牌给出的短路损耗
（kW)、短路电压
、空载损耗
（kW)和空载电流
计算，即
，
，
，
式中，——变压器的额定电压（kV);
——变压器的额定容量（kVA)。
在以上各式中，根据是取用变压器高压侧额定电压还是取用低压侧额定电压，则分别得到归算到高压侧或低压侧的等值电路参数。
7 在电力系统计算中，为方便，设备参数和运行参数常采用标幺值：
标幺值=实际值（任意单位）/基准值（与实际值相同单位）
标幺值是一种相对值，没有单位。
基准值用下标d表示，标幺值用下标*表示。
例如，电压基准值，实际电压值
，则该电压标幺值为
8 在电力系统计算中，首先选定功率（包括视在、有功和无功功率）基准值和电压基准值，而阻抗（包括电阻和电抗）基准值和电流基准值则由三相星接电路的电量关系导出。常用的基准值和单位为：
，
，
，
注意，各基准值的单位必须配套。
9 求取多电压级电力系统标幺值参数等值电路，首先要选取统一功率基准值，为方便计算一般取，而各级电压基准值则取其平均额定电压，用
表示。所谓平均额定电压大约等于该电压级额定电压的1.05倍，必须熟记。例如：6，10，35，110，220，330，500 kV电压级的平均额定电压分别为6.3，10.5，37，115，230，345，525kV。
10 对于求取多电压级标幺值参数的近似计算，典型元件在系统统一基准值、
（注意，不同电压级下的平均额定电压数值不同）下的标幺值计算公式如下：
发电机的电抗标幺值
式中，----发电机的额定容量；
----以本机额定参数为基准的发电机标幺值电抗。
变压器的电抗标幺值
式中，----变压器的额定容量；
----变压器短路电压百分数。
输电线路的电抗标幺值
式中，----输电线路全长电抗欧姆值；
----线路所在电压级的平均额定电压。
电抗器的电抗标幺值
式中，----电抗器的电抗百分数；
----电抗器的额定电压和额定电流；
----电抗器安装地点的平均额定电压。
发电机电势标幺值
式中，----发电机的平均额定电压。
计算练习：
1 某110 kV双绕组变压器，额定容量为20000 kVA，变比为110/11，试验数据为kW，
=0.8，
kW，
，试分别求取变压器的变比及归算至高压侧的参数，并绘制其等值电路。
解：（1）变压器变比
（2）在变压器等值电路参数算式中带入高压侧（I侧）额定电压，计算参数：
（3）等值电路（见6）
2对图(a)所示具有三个电压等级的输电系统，试用近似计算法计算等值网络中各元件的标幺值及发电机电势的标幺值，并绘制等值电路。
解：取，各段的基准电压为各段的平均额定电压，即
kV；
kV;
kV.
各元件电抗的标幺值分别为
发电机Ｇ
变压器
输电线路
变压器
电抗器
电缆线
发电机电势
系统等值电路示于图(b)。
第7章 电力系统的短路与潮流计算
重要概念：
１电力系统短路包括三相短路、单相短路、两相短路、两相短路接地。三相短路为对称短 路，其余的为不对称短路。
２内阻抗为零、电压恒定的理想交流电压源称为无限大功率电源。
３无限大功率电源供电系统三相短路全电流包括最终衰减到零的非周期自由分量和幅值恒定的周期分量。
４冲击电流：短路电流最大可能的瞬时值，称为冲击电流。短路冲击电流在短路后约半个周期出现。冲击电流的算式为
式中，——冲击系数，表示冲击电流对周期分量幅值的倍数，
，在发电机电压母线短路时，取
。在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发生短路时
，在其他地点短路时，
。
——非周期电流分量衰减时间常数；
——周期分量电流的有效值。
冲击电流主要用于校验电气设备和载流导体在短路时的电动力稳定度。
５最大有效值电流：短路后第一个周期的电流有效值为最大有效值电流。最大有效值电流的算式为：
短路电流最大有效值用来校验电气设备的断流能力或耐力强度。
６短路功率：等于短路电流有效值乘以短路处的正常工作电压(一般用平均额定电压）。对无穷大容量系统短路功率为
短路功率的标幺值与短路电流周期分量的标幺值相等，即。
７短路电流的冲击电流大于短路电流的有效值。
８无限大功率系统的短路电流计算
设无限大功率系统母线对短路点的组合电抗为，
无限大功率系统（电源）母线的电压标幺值，则短路电流周期分量的标幺值和有名值分别为
短路功率的有名值则为
９同步发电机三相短路电流主要包括最终衰减到零的非周期分量和幅值随时间衰减到一定稳态值的周期分量。
10同步发电机三相短路０秒时的周期分量电流有效值称为起始次暂态电流。
1１对复杂电力系统的三相短路，可先化简网络，求各电源到短路点的转移电抗，各电源通过转移电抗提供的短路电流之和即等于短路电流。
１２正序、负序和零序网络：
当电力系统发生不对称短路，等效地在短路处出现正序、负序和零序电势。根据叠加原理，短路处三序电势分别作用于系统，即可得到三序网络。再结合短路边界条件，就可形成复合序网。通过复合序网求取短路处的各序电压和电流，再通过对称分量合成即得到短路处的三相电压和电流。求三序网络是不对称短路计算的重要步骤。
正序网络的特点：中性点接地阻抗和空载线路不流通正序电流，予以取消，其余电力系统各元件均应包括在正序网络中；发电机产生正序电势，正序网络为有源网络；结构与计算三相短路时的等值网络结构相同；元件电抗采用正序电抗；正序网络端口（k1，o1）处的电压等于短路点处的正序电压。
负序网络的特点：网络结构和元件与正序网络完全相同；由于发电机不产生负序电势，故所有发电机负序电势为零，为无源网络；发电机等旋转元件的电抗采用负序电抗，其他静止元件的负序电抗与正序电抗相同；负序网络端口（k2，o2）处的电压等于短路点处的负序电压。
零序网络的特点：结构和组成元件取决于零序电流的通路，与正、负序网络有很大差别；为无源网络；元件参数采用零序电抗，流过零序电流的中性点接地电抗采用其3倍值；零序网络端口（k0，o0）处的电压等于短路点处的零序电压。
构造零序网络可从短路点开始，由近及远地依次观察在短路点零序电势作用下，零序电流可能流通的途径。凡是零序电流通过的元件（即使是空载线路），均应列入零序网络中，而零序电流不能通过的元件，予以舍去。
具体来说，从短路点出发，若向着短路点一侧的变压器绕组为△接法或Y接法，不论变压器其他侧绕组的接法如何，零序电流都不能流通，则相应部分不是零序网络；若向着短路点一侧的变压器绕组为接法时，零序电流才有可能流通，而真正是否能流通还与变压器另一侧绕组的接法有关：另一侧绕组也是
接法的，零序电流可以通过此变压器通向另一侧的外电路;但另一侧为△接法的，零序电流只能在三角形侧绕组内产生零序环流而不能流向外电路。
１３ 对不对称短路，还可利用正序等效定则简便地求取短路电流。
计算练习：
1如图所示，某变压器由无限大功率电源供电，当在k点发生三相短路时，试计算短路电流的周期分量，冲击电流及短路功率（取MVA，
）。
解：取基准值MVA，
。计算各元件电抗标幺值。
线路电抗标幺值
变压器电抗标幺值
电源至短路点的电抗标幺值
无限大功率电源母线电压标幺值
短路电流周期分量标幺值
短路电流周期分量有名值 kA=2.31kA
冲击电流有名值 kA=5.88kA
短路功率有名值 MVA=148MVA
２试绘制图示电力系统k点不对称短路时的零序网络。
解：零序电流通路如图（a）所示，其零序等值电路和简化后电路分别如图（b）和图（c）所示。
需要说明的是：1）由于流过中性点接地电抗的电流为3I0，因此，在一相的零序网络中，应将接地电抗增大三倍，以满足零序回路方程；2）对于系统中空载运行的变压器或线路变压器组，由于没有正、负序电流通过它们在正、负序网络中不出现。但若变压器为Y0/△接法且靠短路点一侧为Y0接法，则零序电流仍然可以通过，故应包括在零序网络中。
３试绘制图（ａ）所示电力系统k点不对称短路时的正序和负序网络。
正序网络见图(b)。正序网络为有源网络，根据戴维南定理，从故障端口（k1，o1)处看正序网络，可将其简化为图(c)所示的正序等效网络。
与图(a)对应的负序网络如图(d)所示，简化后的负序网络则见图（e).
第8章 电气主接线设计
重要概念：
１确定变电所主变压器容量的原则：
按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10-20年的负荷发展。
对重要变电所，应考虑一台主变压器停运，其余变压器在计及过负荷能力及允许时 间内，满足I、II类负荷的供电;对一般性变电所，一台主变压器停运，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%-80%。
２电气设备选择的一般条件：按正常工作条件（额定电压、额定电流以及环境条件）选择，按短路情况校验热稳定和动稳定。
第9章 电力系统的运行
重要概念：
1 电力系统的一次调频由各发电机调速器自动调节功能实现，二次调频通过调频机组的调频器实现。
2 电力系统的无功电源主要有同步发电机、同步调相机、补偿电容器等。
3 电力系统运行的经济性表现在燃料消耗和电网损耗两个方面。
4 电力系统稳定性包括静态稳定性和暂态稳定性。
第１０章 二次系统
重要概念：
１为保障电气主系统安全、可靠、经济运行，对其进行测量、监视、控制、调整、保护的各种装置称作二次设备。有关二次设备及互感器相互连接形成二次系统。
２常见的二次接线图形式有原理接线图、展开接线图和安装接线图。
第11章电力系统继电保护
重要概念：
１继电保护装置是能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出指示信号的一种自动装置。
２继电保护装置的基本任务：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏并保证非故障元件迅速恢复正常运行。
3 继电保护装置一般由输入电路、测量元件、逻辑元件和输出电路及执行元件组成。
4 对继电保护的基本要求：具有选择性、动作快速性、高灵敏度和高可靠性。
5 输电线路电流采用三段式电流保护。
6变压器的纵差保护反应变压器的内部故障而动作。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/4728d22abcd126fff7050baa.html
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