电力工程基础知识快速复习提纲

电力工程基础知识快速复习提纲一、绪论：电力工业与电力系统概述电力工业是国民经济的重要基础产业，为社会生产和人民生活提供主要能源。其特点包括：产品的即时性（不能大量储存）、生产与消费的同时性、对可靠性要求极高。现代电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。其基本要求是：安全可靠、优质高效、经济运行，并尽可能减少对环境的影响。二、电路理论基础1.基本物理量与定律*电压（U）：电路中两点间的电位差，单位为伏特（V）。*电流（I）：电荷的定向移动形成电流，单位为安培（A）。*功率（P）：单位时间内所做的功，单位为瓦特（W）。在交流电路中，有有功功率（P）、无功功率（Q）和视在功率（S）之分。*能量（W）：功率对时间的积分，单位为焦耳（J）或千瓦时（kWh）。*欧姆定律：U=IR（电阻电路）。*基尔霍夫定律：*基尔霍夫电流定律（KCL）：在任一节点，流入电流之和等于流出电流之和。*基尔霍夫电压定律（KVL）：在任一闭合回路，各段电压的代数和等于零。2.电路的基本元件*电阻（R）：消耗电能，其电压电流关系符合欧姆定律。*电感（L）：储存磁场能量，对交流电流有阻碍作用（感抗XL=2πfL）。*电容（C）：储存电场能量，对交流电流有阻碍作用（容抗XC=1/(2πfC)）。*掌握这些元件在直流和交流电路中的特性及电压电流关系。3.单相交流电路*正弦交流电的三要素：最大值（或有效值）、角频率（或频率、周期）、初相位。*相量表示法：用复数表示正弦量，将时域分析转化为复数域（相量域）分析，简化计算。*单一参数的交流电路：电阻、电感、电容元件的电压电流关系（相量形式）、功率消耗与能量转换。*RLC串联与并联电路：阻抗（或导纳）的计算，电压电流关系，功率计算，功率因数，谐振现象及其特点。4.三相交流电路*对称三相电源：三个频率相同、幅值相等、相位互差120度的正弦电动势。*三相电路的连接方式：*电源和负载的星形（Y）连接与三角形（Δ）连接。*中线的作用（Y-Y连接时）。*对称三相电路的计算：线电压与相电压、线电流与相电流的关系。可归结为一相计算。*三相功率：有功功率、无功功率、视在功率的计算。三相总有功功率等于各相有功功率之和，对称时可按公式计算（P=√3UIcosφ，其中U、I为线电压、线电流）。三、电力系统的基本概念1.电力系统的组成与构成*定义：由生产、输送、分配和消费电能的发电机、变压器、电力线路、用电设备以及相应的辅助系统组成的统一整体。*组成部分：*发电环节：将其他形式的能源转换为电能（火电厂、水电厂、核电厂、风电场、光伏电站等）。*输电环节：将发电厂发出的电能输送到负荷中心，通常为高电压、长距离。*变电环节：通过变压器改变电压等级，以适应电能的输送、分配和使用。*配电环节：将电能分配到各个用户，通常为中低电压。*用电环节：各类用电设备消耗电能。*电力网络：由输电线路和变电所组成的部分，是电力系统的主干。2.电力系统的额定电压与额定频率*额定电压：电力系统中各类设备正常运行时的标准电压。是确定设备绝缘水平、参数和连接方式的依据。*掌握常见的额定电压等级及其应用范围（如发电机、变压器、输电线路、用电设备的额定电压特点）。*理解电压等级的选择与输送功率、输送距离的关系。*额定频率：我国电力系统的额定频率为50赫兹（Hz），有些国家为60Hz。频率是电能质量的重要指标之一。3.电力系统的接线方式*放射式：结构简单，可靠性较低。*树干式：经济性好，但可靠性不高。*环式（环形）：可靠性高，可互为备用，潮流分布需控制。*两端供电式：由两个或多个电源点供电，可靠性高，用于重要负荷。*了解各类接线方式的优缺点及适用场合。四、同步发电机与电力变压器1.同步发电机*基本原理：基于电磁感应定律，转子通入直流励磁电流产生旋转磁场，定子绕组切割磁力线产生感应电动势。*运行特性：*空载特性：转速恒定，空载电动势与励磁电流的关系。*短路特性：转速恒定，三相稳态短路电流与励磁电流的关系。*外特性：励磁电流和负载功率因数一定时，端电压与负载电流的关系。*同步发电机的功角特性：在稳定运行时，发电机输出的电磁功率与功角（励磁电动势与端电压之间的相位角）的关系。是分析发电机稳定运行的基础。*同步发电机与电网并联运行：并网条件、并网方法（准同步法）、并网后的有功功率和无功功率调节。2.电力变压器*基本原理：利用电磁感应原理，通过磁场实现原、副边能量（电能）的传递，并改变电压等级。*结构组成：铁心（磁路）、绕组（电路）、油箱及冷却装置、绝缘套管等。*分类：按相数（单相、三相）、按冷却方式（油浸式、干式）、按用途（升压、降压、联络、配电）、按绕组数（双绕组、三绕组、自耦）等。*运行特性：*电压变化率：空载与额定负载时二次侧电压的变化程度，反映供电电压的稳定性。*效率特性：变压器输出有功功率与输入有功功率之比，存在效率最高点。*联结组别：表示变压器原、副边电压的相位关系。常用的有Yyn0（Y/Y0-12）、Dyn11（Δ/Y0-11）等。理解其含义及对三相电路的影响。*三相变压器的磁路系统：组式（独立磁路）和芯式（公共磁路）。五、电力线路1.电力线路的构成与分类*架空线路：由导线、避雷线（架空地线）、杆塔、绝缘子、金具等组成。优点是成本低、施工维护方便；缺点是受气候影响大，占用空间。*电缆线路：由电缆芯（导体）、绝缘层、保护层组成。优点是占地少、受气候影响小、可靠性高；缺点是成本高、故障查找和修复困难。*了解不同类型线路的适用场合。2.电力线路的参数*电阻（R）：主要由导线材料和截面积决定，引起有功功率损耗和电压降落。*电抗（X）：主要由导线的几何尺寸和排列方式决定，反映磁场效应，引起电压降落。*电导（G）：主要由绝缘子的泄漏电流和电晕现象引起，产生有功功率损耗（电导损耗）。*电纳（B）：主要由导线之间及导线与大地之间的电容引起，反映电场效应，产生无功功率（容性）。*理解各参数的物理意义、影响因素及计算方法（或查手册方法）。3.电力线路的等值电路*短线路：忽略电导G和电纳B，等值电路为一串联电阻和电抗。*中等长度线路：忽略电导G，电纳B集中在线路两端或中间。*长线路：考虑分布参数特性，需用修正系数或分布参数等值电路。*掌握简单等值电路的参数计算和应用。4.线路的功率损耗与电压降落*功率损耗：包括电阻引起的有功损耗和电导引起的有功损耗（通常较小）。*电压降落：线路首末端电压的相量差，包含纵分量和横分量。*电压损耗：线路首末端电压的数值差。*电压调整率：衡量线路带负荷后电压变化的程度。六、负荷特性*电力负荷的定义：电力系统中所有用电设备消耗功率的总和。*负荷分类：*按重要程度：一级负荷（中断供电将造成人身伤亡或重大损失）、二级负荷（中断供电将造成较大损失）、三级负荷（一般负荷）。*按用电性质：工业负荷、农业负荷、商业负荷、居民生活负荷等。*负荷曲线：表示负荷随时间变化的曲线。常用的有日负荷曲线、年负荷曲线。*负荷的功率因数：有功功率与视在功率的比值，反映用电设备对电能的利用效率。低功率因数会增加线路损耗和电源负担，需进行补偿。*负荷的数学模型：用等值阻抗或功率（PQ）表示。七、电力系统的潮流计算*潮流计算的目的：求解电力系统在给定运行条件下的各节点电压（幅值和相位）、各支路功率分布及功率损耗。*节点分类：*PQ节点：已知注入有功功率和无功功率，求解节点电压。*PV节点：已知注入有功功率和节点电压幅值，求解无功功率和电压相位。*平衡节点（slackbus/swingbus）：已知节点电压幅值和相位，用于平衡系统的有功和无功损耗。*潮流计算的基本方程：基于节点电压方程和功率平衡方程，是一组非线性代数方程，通常采用迭代法求解（如牛顿-拉夫逊法、PQ分解法）。*了解潮流计算的基本步骤和物理意义，能够对简单系统（如辐射形网络、简单环网）进行近似潮流分析。八、电力系统的短路故障分析*短路的原因：绝缘损坏（最主要）、误操作、鸟兽跨接等。*短路的类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路。其中三相短路为对称短路，其余为不对称短路。*短路的危害：巨大的短路电流导致设备过热损坏、电动力破坏；电压大幅下降影响用户；系统稳定性受到威胁。*短路电流的暂态过程：包含周期分量（稳态分量）和非周期分量（暂态分量，因电感中电流不能突变产生）。*冲击电流：短路电流最大瞬时值，用于校验设备的动稳定。*短路电流有效值：周期分量的有效值，用于校验设备的热稳定。*对称分量法：分析不对称短路故障的有效工具。将不对称的三相量分解为正序、负序和零序三组对称分量。理解各序分量的特点及在不同故障类型下的存在情况。九、电力系统的稳定与继电保护1.电力系统稳定*静态稳定：电力系统在某一运行状态下，受到微小扰动后能自动恢复到原来运行状态的能力。*暂态稳定：电力系统在受到大扰动（如短路故障、突然切除大容量机组或负荷）后，各同步发电机能否保持同步运行的能力。*动态稳定：电力系统在受到扰动后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程稳定运行的能力。*理解功角特性曲线在稳定分析中的应用，以及提高系统稳定性的基本措施。2.继电保护的基本概念*继电保护装置的任务：当电力系统发生故障或异常运行状态时，能迅速、准确地发出跳闸命令或发出信号，以切除故障设备，缩小故障范围，保证非故障部分的正常运行。*对继电保护的基本要求：*选择性：仅将故障元件从系统中切除。*速动性：快速切除故障，减少故障危害。*灵敏性：对保护区内的故障有足够的反应能力。*可靠性：该动作时可靠动作，不该动作时可靠不动作。*常用保护原理：过电流保护、电流速断保护、限时电流速断保护、瓦斯保护、差动保护、距离保护、零序保护等。了解其基本原理和应用范围。十、电力系统的自动化与调度*电力系统自动化的基本概念：利用自动装置和系统，对电力系统的运行状态进行监视、控制和调节，以提高系统的安全性、可靠性和经济性。*调度自动化系统：SCADA（监视控制与数据采集）系统、EMS（能量管理系统）是其核心，实现数据采集与监控、状态估计、负荷预测、经济调度等功能。*电力系统调度的任务：保证供电可靠性、保证电能质量（电压、频率合格）、实现经济运行、保证安全运行。调度分级（如国调、网调、省调、地调、县调）。复习建议*理解概念：对基本概念、基本原理