电气工程基础

电力系统分析

第一章绪论

1.发电厂、变电站、电力网、电力系统、动力系统

发电厂：生产电能的工厂，它把不同种类的一次能源转换成电能。

变电站：联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。

电力网：由变电站和不同电压等级输电线路组成的网络，称为电力网。

电力系统：由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和输电线路及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体称为电力系统。

动力系统：在电力系统的基础上，还把发电厂的动力部分，如火力发电厂的锅炉、汽轮机，水力发电厂的水库、水轮机，核动力发电厂的核反应堆等也包含在内的系统，称之为动力系统。

注：从广义上来说动力系统+电力网称为电力系统，狭义上来说电力网就是电力系统。

2.电力系统的特点和要求

特点:

(1)电能不能大量存储；

(2)过渡过程十分短暂

(3)与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系

(4)地区性特点较强

要求：

(1)保证供电可靠

(2)保证良好的电能质量

(3)为用户提供充足的电力

(4)提高电力系统运行经济性

3.电能的质量指标、我国电压允许偏差、频率变化允许偏差

衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。

我国电压允许偏差为±5%

频率变化允许偏差为±0.2%~±0.7%

4.电力系统额定电压制定原则、我国电压等级

原则：根据技术经济上的合理性、电气制造工业的水平和发展趋势等各种因素而规定的。电压等级：低于3kV系统的额定电压和3kV及以上系统的额定电压两类。

5.接地及接地的种类

为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全，人为地使电力网及其某个设备的某一特定地点通过导体与大地作良好的连接，称为接地。

5种接地方式：工作接地、保护接地、保护接零、防雷接地、防静电接地。

6.中性点的接地方式及特点

（1）中性点不接地------保护接地（2）中性点直接接地------保护接零

（3）中性点经消弧线圈接地（4）中性点经电阻接地

第二章发电系统

1.能源的分类、电能

（1）按获得的方法分：

一次能源：能源的直接提供者，例如煤炭、石油、天然气、水能、风能等

二次能源：由一次能源转成而成的能源，例如电能、蒸汽、煤气等

（2）按被利用的程度分

常规能源：已被人们广泛利用的能源，例如煤炭、石油、天然气、水能等

新能源：用新发展的科学技术开发利用的能源，例如太阳能、风能、海洋能、地热能等（3）按能否再生分

可再生能源：自然界中可以不断再生并且有规律地得到补充的能源，例如水能、风能、太阳能、海洋能等。

非再生能源：短期内无法补充的能源，例如煤炭、石油、天然气、核燃料等

（4）按能源本身性质分

含能体能源：可以直接存储的能源，如煤炭、石油、天然气、核燃料等

过程性能源：无法直接存储的能源，如水能、风能、海洋能、电能

2.火电厂、水电厂特点及其分类

火电厂的分类：

①凝汽式发电厂，只向外供应电能的发电厂，其效率较低，只有34%~45%

②热电厂，即同时向外供应电能和热能的电厂，其效率较高，可达60%~70%

水电厂的分类：

按集中落差的方式分

（1）堤坝式水电厂：①坝后式水电厂（有水库）②河床式水电厂（无水库）

（2）引水式水电厂

（3）混合式水电厂

按径流调节的程度分

（1）无调节水电厂（2）有调节水电厂

3.核电站组成、分类

组成：核系统和设备，又称核岛；常规系统和设备，又称常规岛

分类：（1）压水堆核电厂（2）沸水堆核电厂

4.太阳能发电

热能发电：直接热电转换和间接热电转换

光伏发电：利用太阳的光能生产电能

第三章输变电系统

1.开关电器功能与分类

开关电器是断开或接通电路的电气设备总称，可分为以下几类

（1）仅用于断开或闭合工作电流的开关电器，如负荷开关、接触器等

（2）仅用于断开过负荷电流或短路电流的开关电器，如熔断器等

（3）用于断开或闭合正常工作电流、短路电流的开关电器，如交流断路器，直流断路器等

（4）不要求断开或闭合电流，只用于检修时隔离电压的开关电器，如隔离开关。

2.电流互感器特点

①电流互感器绝对不能开路

②精确度有0.2,0.5,1,3,10这五种

3.电气主接线基本形式

有汇流母线：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段

无汇流母线：单元接线、桥形接线、角形接线

桥形接线：①内桥形，适用于输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需要经常切除

②外桥形，适用于输电线路较短，且变压器需要经常投切

接线图示：地理接线图和电气接线图

4.配电装置及分类

配电装置是根据电气主接线的要求，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成。

按地点：屋内和屋外配电装置

按组装：装配式和成套式

5.接地装置组成

接地装置由接地体和连接导体组成，接地体可分为自然接地体和人工接地体。

第四章配电系统

1.保护接零方式

(1)TN-C系统（2）TN-S系统（3）TN-C-S系统

T表示电源中性点接地，N表示零线。

第五章

1.电力系统负荷、负荷分类、负荷曲线、T max的物理意义

电力系统负荷是指电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和。

（1）按照消耗功率的性质分类：用电负荷、供电负荷、发电负荷

（2）按供电可靠性分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷

负荷曲线:表达电力负荷随时间变动情况的曲线图形称之为负荷曲线，可分为日负荷曲线和年负荷曲线

Tmax的物理意义:如果用户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。

2.用电设备按工作制进行分类

用电设备按其工作制，可分为长期连续工作制、短时工作制和反复短时工作制三类

第六章电力网的稳态计算

1.电力线路的结构

架空线路和电缆线路两大类

2.

导线：分裂导线（能使导线等效半径增大，从而减小线路的等值电容及降低线路的电晕损耗）

避雷线、

架空杆塔、

线路针式绝缘子

绝缘子悬式绝缘子

棒式绝缘子（瓷横担：兼做横担用，具有绝缘强度高）

金具（固定，悬挂，连接和保护架空线路的金属器件）

3.架空线路的参数、等效电路

单位：Ω

电阻（R） R=rl

消耗有功功率

发热效应

单位：Ω

电抗（X） X=xl

无功功率消耗

磁场效应

单位：S

电导（G） G=gl

消耗有功功率

电晕损耗

单位：S

电纳（B） B=bl

消耗无功功率

电场效应

第七章电力系统的短路计算

1.短路、短路的原因、后果、类型、故障几率

短路：电力系统中一切不正常的相与相之间或地之间发生通路的情况.

原因：

（1）电气设备及载流导体因绝缘老化或遭受机械损伤而引起绝缘损坏

（2）架空线路倒塌

（3）电气设备因设计、安装及维护不良所导致的设备缺陷引发的短路

（4）运行人员违反安全操作规范而误操作

后果：

（1）短路电流引起设备过热而损坏甚至是烧毁

（2）短路电流产生很大的电动力，使导体变形、扭曲或损坏

（3）引起系统电压的突然大幅度下降，造成产品报废

（4）破坏系统的稳定性，造成大面积停电，这是短路所导致的最严重的后果

（5）短路电流产生的电磁场会对周围的通信系统产生干扰

三相短路：危害最大，对称故障

短路类型两相短路：最多，不对称故障

单相接地短路：不对称故障

两相接地短路:不对称故障

2.标幺制

标幺值=实际值（任意单位）/基准值(与实际值单位相同)

下标“*”为标幺值；下标“d”为基准值；无下标为有名值。

3.无限大功率电源

容量为无限大

无限大功率电源内阻抗为零,

电压恒定

频率恒定的电源。

4.短路全电流、周期分量、非周期分量、冲击电流、最大有效值电流（参考173页）短路全电流：公式7-19

周期分量：短路电流的强制分量，是由电源电势的作用所产生的，与电源电势具有相同的变化规律，其幅值在暂态过程中保持不变

非周期分量：短路电流的自由分量与外加电源无关，将随着时间而衰减至零，它是一个依指数规律二衰减的直流电流

7-22）

短路冲击电流短路电流最大可能的瞬时值，称为冲击电流

5.对称分量法、用途

分析电力系统不对称故障的常用方法。

公式7-46 Page195

6.不对称短路的边界条件，公式与画图(207页)

第八章

1.电气设备选择的一般条件

电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下安全可靠的要求，并力求技术先进和经济合理。

第一步按正常工作条件选择。

第二步按短路情况效验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性。

主变压器：电厂和变电站中，向电力系统或者用户输送功率的变压器

联络变压器：用于两种电压等级之间交换功率的变压器

自用电变压器：只供厂，站用电的

第九章现代电力系统的运行

有功功率

1.有功功率负荷分类及分配

分类：

(1)负荷变动幅度小，周期又很短（如P1），这种负荷的变动具有很大的偶然性；

（2）负荷变动幅度很大，周期也较长（如P2），它们具有一定冲击性；

（3）负荷变动幅度最大，周期也最长，且变化较缓慢(如P3)，负荷变化基本可以预计。

2.有功功率的平衡：在电力系统稳定运行的情况下，电源发出的有功功率满足负荷

消耗的有功功率和传输电功率时在网络中损耗的有功功率之和

总装机容量：各类发电厂的发电机组组成了电力系统的有功功率电源，所有发电机的额定容量之和

机组的组合顺序

有功电源的组合机组的组合数量

机组的开停时间

有功负荷在运行机组间的分配：它是指系统的有功负荷在各运行的

发电机组或发电厂间的合理分配。

电力系统的频率调整

一次调频：发电机组装设调速器系统;（频率变化）

二次调频：发电机组装设调频器系统;（频率偏移）

三次调频：调度中心管理。

无功功率：

一.1.电力系统的无功电源

电力系统的无功电源有发电机、同步调相机、电力电容器及静止补偿器等

2.无功负荷和无功损耗

异步电动机在电力系统负荷中占很大比重，故电力系统的无功负荷与电压的静态特性由异步电动机决定。

变压器Page 254

网络的无功损耗输电线路①其串联电抗中的无功功率与通过线路的功率或电流的平方成正比

②其等效并联电纳中发出的无功功率与电压的平方成正比

二.中枢点的调压管理、逆调压、顺调压

中枢点：指那些反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点供电。

逆调压：大负荷时，将中枢点的电压适当升高些，小负荷时将中枢点电压适当降低

顺调压：大负荷时，允许中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%

小负荷时，允许中枢点电压不高于线路额定电压的107.5%

常调压：保持中枢点电压为线路额定电压的102%~105%

三.电力系统调压措施

改变发电机端电压UG（改变发电机励磁电流）

调整用户端电压Ub 改变变压器的变比K（升高或降低变压器次级绕组的电压）

增设无功补偿装置（改变变压器分接头）（电力电容器和同步调相机）

改变输电线路的参数（串联电容补偿）

提高电力网负荷的功率因数

降低电能损耗的技术合理组织电力网的运行方式

四.电力系统运行的稳定性

电力系统运行的稳定性：指在受到外界干扰的情况下发电机组间维持同步运行的能力。 静态稳定：电力系统在运行中时刻受到小的干扰，小扰动消失后，系统又重新恢复平

衡，则称系统是静态稳定的。

：电力系统在运行中，在大扰动结束后又达到新的平衡，则称系统是暂态稳定

动态稳定：电力系统在运行中，在大扰动结束后借助了继电保护、自动重合闸、断路

器，系统能够重新达到稳定，则称系统是动态稳定的。

公式9-49 静态稳定性 提高发电机电势E （自动励磁调节器）

提高稳定性的措施 减少系统的总电抗X （采用分裂导线）

提高和稳定系统电压

加减速点位于上升沿（△ω=0）点

判据 遵循等面积定则（加速面积=减速面积）

暂态稳定性

快速切除故障

实行快速强行励磁

提高稳定性的措施 采用自动合闸装置

改善原动机的调节特性

采用电气制动

提高系统的功率极限

潮流计算是必考题 下面另一条计算题的例题，也是必考题 已知某水电厂有两台机组，其耗量特性为：252.101.021++=P P Q ， 105.1015.022++=P P Q 。每台机组的额定容量均为100MW ，试求：电厂负荷为120MW 时，两台机组如何经济分配负荷？

2.102.0/111+=P dP dQ

5.103.0/222+=P dP dQ

12021=+P P

MW P 781=

MW P 422=

有功功率分配遵循等能量微增准则，如上式的微分结果相等，解方程 题型：30道填空题 (30分)10道选择题（20分）6道简答题 （30分）2道计算题 （20分）