合肥工大电气工程系0002班 电力工程基础学习指导及习题解答 第一章 电力工程基础 一、重点和难点 1．火力发电厂、水力发电厂以及核电站的能量转换过程以及它们在生产成夲、生产效率、厂用电率和机组启停速度方面的区别。 2．现代电力系统的概念（了解反映电力系统常用的基本参数）；变电所的分类 3．負荷的分级和供电要求。★★ 4．电力系统的质量指标★★ 5．电力系统的接线方式。★★ 6．我国交流电力网和电气设备的额定电压发电机、变压器、输电线路的额定电压的确定★★★ 7．电压等级的选择尤其是供电电压的选择。 二、作业 1．确定图中（略）所示供电系统中发電机和所有变压器的电压计算公式额定电压 分析作业中需要注意的问题包括 ① 电力系统中的电压除非特别说明一般指的都是线电压。因此变压器的电压计算公式变比一般都是线电压和线电压之比单位kV。 ② 对于某些电压等级国家规定的其1.05倍的电网额定电压往往取的是整数徝如3801.05＝400V，以后的短路电流计算中常用的35kV和110kV电压等级的平均额定电压分别是37kV和115kV ③ 如果同时标出相电压和线电压其形式如220/380V，即220V为相电压380V為线电压。 答案发电机的额定电压为10.5kV即电网额定电压的1.05倍；变压器T1的额定电压为10.5/38.5kV；变压器T2的额定电压为35/6.6kV；变压器T3的额定电压为10/0.4kV； 三、课外学习 1．电力与国民经济发展之间的关系。能源弹性系数；电力弹性系数 2．查找火力发电厂生产过程的详细资料并了解其能量的转换原理鉯及锅炉、汽轮机和发电机的基本结构、生产过程并了解整个发电厂的组成。★ 2．我国核电站的情况 2．了解现代新型发电形式以及目湔的情况和发展前景。 3．了解世界各国电压等级的频率的情况寻找电压等级确定的规律。 4．查找各级负荷的实例并分析它们的供电情况 5．查找电力系统可靠性的概念、指标以及目前各国电力系统可靠性的情况。 6．我国电力网络的现状以及各地电压等级的分布世界和我國的最高电压等级。 7．世界和我国电力市场的改革情况及其进展 8．高压、低压的划分。★ 9．工质 第二章 电力网的参数计算和等值电路 一、重点和难点 1．换位的概念和方法 2．不同电压等级绝缘子串的数目。 3．架空线路的等值电路及其参数的计算★★★ 4．双绕组、普通三繞组以及自耦变压器的电压计算公式等值电路及其参数的计算。★★★ 5．导线的选择计算注意其选择条件和校验项目。★★ 6．标么制★★★ 二、作业 1．书上的2.1。 分析 ① 这一题需要注意的是双回架空输电线路在求其等值电路时，对其参数的处理相当于是两个参数完全相哃的回路的并联因此阻抗要除2，导纳要乘2 ②只有60kV以下线路才不需要验算电晕临界电压，而本题为110kV的线路查P34页表2.2不需要计算电晕的导線最小直径可以发现110kV电压等级的线路不需要计算电晕的导线最小型号是LGJ－50，而本题的导线型号是LGJ－185远远大于最小要求，故可以不用计算此线路的电导 ③ 题目中给出的导线间几何均距是5m，即＝5m不需要再进行计算了。 ④ 计算单位长度的电阻时用的导线截面是其标称截面（即185）而不是其实际截面由于它们的不同所造成的计算误差已经在的取值中考虑进去了。 答案① 先求一条线路单位长度的参数 线路每公里電阻为 线路每公里电抗为 线路每公里电纳为 ② 双回线路的参数为 ③ 线路的型等值电路为（略） 2．书上的2.2 分析 ① 题目中变压器的电压计算公式型号应该为SFL1－其中31500表示的是变压器的电压计算公式额定容量是31500kW，110代表变压器的电压计算公式高压侧额定电压是110kV ② 变压器的电压计算公式等值电路中的激磁支路在近似计算中也可以用其空载功率损耗来表示是因为变压器实际运行时的电压与变压器的电压计算公式额定电壓很接近，因此其导纳支路的功率损耗就近似等于变压器的电压计算公式空载损耗；用功率损耗来表示变压器的电压计算公式导纳支路便於以后的潮流计算 ③所有公式中的可以取高压侧的电压，也可以取低压侧的电压视计算需要而定。当取高压侧的电压时参数是归算到高压侧的值当取低压侧的电压时参数是归算到低压侧的值。 ④注意公式中各物理量的单位书上的公式功率和电压都是k级的，实际的工程中设备的容量一般都是按M级的因此请同学把的单位为MW时的变压器的电压计算公式参数计算公式列出。 答案①变压器的电压计算公式电阻为 ② 变压器的电压计算公式电抗为 ③ 变压器的电压计算公式电导为 ④ 变压器的电压计算公式电纳为 ⑤ 压器导纳中的功率损耗为 ⑥ 变压器嘚电压计算公式等值电路如下（略） 3．书上的2.4 分析① 注意三绕组变压器有两种类型即普通三绕组变压器和自耦变压器。对于普通三绕组變压器的电压计算公式容量比不相同时一般制造厂家提供的短路损耗必须先按变压器的电压计算公式额定容量进行折算，然后再按容量仳为100/100/100的三绕组变压器计算方法计算各个绕组的电阻；而厂家提供的短路电压百分比一般都已折算到与变压器的电压计算公式额定容量相对應因而不管变压器各绕组的容量比如何，都可直接应用100/100/100的三绕组变压器计算方法计算各个绕组的电抗对于自耦变压器一般其低压侧绕組的容量总小于其额定容量，而且制造厂提供的短路损耗和短路电压百分数都是未经折算的因此需要对它们分别进行折算。 ② 注意公式嘚单位 ③ 对三绕组变压器电抗的计算中可能会出现排列在中间的绕组的电抗为一个负值，这是因为内外侧绕组的互感作用超过了中间绕組的自感作用从而使其等值电抗为一负值。 ④ 在画变压器的电压计算公式等值电路时其激磁支路既可以用导纳表示也可以用变压器的電压计算公式空载损耗表示，在等值电路中只需画出其中任一种形式即可不能两种表示法同时出现在同一个等值电路图中。 答案① 计算各绕组的电阻 对短路损耗进行归算即 计算各绕组的短路损耗 计算各绕组的电阻 ② 计算各绕组的电抗 各绕组的短路电压百分数为 计算各绕組的电抗 ③ 计算变压器的电压计算公式导纳及其功率损耗（空载损耗） 则 ④ 变压器的电压计算公式等值电路（略） 4．P59－2.10 分析① 导线的选择鈳以采用发热条件或经济电流密度进行选择，然后校验电压、机械强度、电晕、热稳定和动稳定等一般对于年负荷利用小时数大，传输嫆量大长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择一般架空线路110kV及以上的需要校验电晕放电以及无线电干扰等，而110kV以下的需偠校验电压损耗和功率损耗对于大跨越的线路需要校验机械条件。对于电缆由于动稳定由厂家保证故只需进行热稳定校验而硬母线则需要进行热稳定和动稳定的校验。 ② 按导体长期发热允许电流选择导体时其公式为 式中，为导体所在回路的最大持续工作电流；是与环境温度合海拔高度有关的修正系数；为℃时的导体长期发热允许电流 环境温度与＋25℃当相差较大时 其中为导体长期发热允许最高温度，┅般规定裸导线正常运行时的容许温度为＋70℃；为安装地的实际环境温度一般取所在地的最热月平均最高温度。 答案由题意可知通过线蕗的电流为 则单回输电线路的电流为 由6000查表2.5可得J0.96A/mm2 所以每回路每相导线的截面积为 从导线的容许载流表可以查得LGJQ-500型导线，其最大载流量为945A这样既使一回路断线，另一回路仍然可以承担全部的负荷电流 由于所选导线得截面远大于电晕、机械强度所容许得最小截面，故均满足要求由此可见，选择LGJQ-500型导线是合理的 三、课外学习 1． 用图片搜索查查各种类型杆塔的具体形状（或结构特点）。 2． 查查看架空线路嘚造价和电缆线路的造价究竟有多大的差别 3． 查查电缆的敷设方法。 4． 什么是集肤效应、邻近效应 5． 考虑线路的分布参数特性后输电線路的等值电路和等值参数是什么样的 6． 分裂导线的等值参数相对于不分列的导线有什么样的变化使用分裂导线有什么优点 ★ 7． 硬导体的熱稳定和动稳定校验如何进行 8． 110kV以下线路如何进行电压损耗和功率损耗校验 9． 什么样的导体需要进行共振校验，如何进行 10．变压器的电压計算公式空载实验和短路实验条件★ 11．自耦变压器的电压计算公式结构特点和优点。 12．什么是理想变压器选用带理想变压器的电压计算公式等值电路进行计算有什么优点 13．标么值计算的优点。三相电路使用标么值后具有什么样的特点★ 第三章 电力系统稳态分析 一、 重点囷难点 1．电力系统各元件上的电压降落和功率损耗★★★ 2．电压降落、电压损耗、电压偏移以及电压调整的联系和区别。★ 3．电能损耗嘚计算★ 4．节点注入功率、运算负荷以及运算功率的计算。★ 5．开式电力网的功率分布与电压计算常见两种类型，一是已知同一端端電压和功率求另一端的电压和功率；另一种是已知一端电压和另一端功率求其它未知的电压和功率★★★（有名制和标么制多种计算方法） 6．地方电力网的功率分布和电压计算。注意其简化的条件★ 7．具有均匀分布负荷的开式地方电力网的最大电压损耗计算。★ 8．计算機法潮流计算时节点的分类★ 9．采用需要系数法进行负荷统计。★★ 10．无功功率补偿★★ 11．电力系统的中性点运行方式。★★★ 二、 莋业 1．P1633.4 分析① 本题首先要分清电压降落、电压损耗和电压偏移的区别电压降落是线路（或其它元件）始末两端的相量差（）或，即电压降落是相量 ＝＝ 而电压损耗指的是线路始末两端的数值差（）。常用百分数表示 电压偏移指的是始端或末端电压与线路额定电压的数值差（或）常用百分数表示 另外书上还提到的电压调整指的是线路末端空载与负载时电压的数值差（）。当不计线路对地导纳时，电压調整在数值上等于电压损耗电压调整也常用百分数表示 ② 题目中的第二问和第三问实际上是用来说明线路电压的变化主要是受到无功功率的影响，这可以从电压降落的纵分量的表达式上看出来 对于电压等级比较高的线路一般有，即的大小决定了的大小而的大小直接影響网络电压损耗的大小，所以为了维持网络的电压在规定的范围内变化必须设法减少网络上无功功率的输送，即无功功率一般要求就地岼衡所以在电力工程基础的课程设计中对于供配电系统来说，当用户的功率因数不满足系统的规定的时候必须进行无功功率补偿。 当0時0，即感性无功是从电压高的一端向电压低的一端输送同理可知容性无功是从电压低的一端向电压高的一端输送。当线路空载时只囿线路末端导纳支路的电容功率通过线路阻抗，从而会导致线路末端电压高于首端电压的情况出现这种现象称为费兰地效应（俗称电容效应）。在远距离交流输电线路中这种现象尤为明显 另外对于电压降落的横分量，同理可以分析其主要是由传输有功功率而产生的它主要与高压电力网络首末端电压间的相位差有关，即 即相位差主要由电力网环节的有功功率决定的当0时，为正值表明有功功率是从电壓超前端向电压滞后端输送，或者说高压电力网首末端电压存在的相位差是传输有功功率的条件 ③ 对于功率损耗和电压降落的公式需要牢记的一点就是公式中的功率和电压一定是同一点的功率和电压。 ④ 由于已知的是末端电压和末端功率所以可以同时从线路的末端向首端计算出线路上的功率分布和电压分布。 答案① 求输电线路的等值参数并画出等值电路 等值电路（略） ② 线路末端导纳支路上的无功 ③ 阻忼上的电压降落 纵分量 横分量 则 ④ 阻抗上的功率损耗 ⑤ 路首端导纳支路上的功率损耗 ⑥ 线路上的电压损耗 ⑦ 线路上的

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对于限制短路电流的电抗器 四、具有变压器联系的多级电压网络中个元件参数标幺值的计算 将所有参数的有名值都归算到基本级在化成标幺值 kT1:1 kT2:1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 电抗器 输电线路 电纜 四、具有变压器联系的多级电压网络中个元件参数标幺值的计算 将所有参数的有名值都归算到基本级，再化成标幺值 向各级归算基准电壓 四、具有变压器联系的多级电压网络中个元件参数标幺值的计算 将所有参数的有名值都归算到基本级再化成标幺值 向各级归算基准电壓 - 根据变压器变比确定基准电压 含理想变压器的电压计算公式等值电路（精确算法） 取基准值为平均额定电压VB=Vav 含理想变压器的电压计算公式等值电路（精确算法） 选各电压等级的VN或Vav为电压基值 变压器变比 变比不等于1的变压器称之为非基准变比的变压器 适用于计算机(书上例题2-9) kT1:1 kT2:1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 电抗器 输电线路 电缆 10.5/121 110/6.6 选基本段SB=100MVA, VB =Vav 发电机 变压器 线路 电抗器 四、具有变压器联系的多级电压网络中个元件参数标幺值的计算 将所有参数嘚有名值都归算到基本级，在化成标幺值 向各级归算基准电压 含理想变压器的电压计算公式等值电路（精确算法） 取基准值为平均额定电壓VB=Vav 平均额定变比法 取平均额定电压Vav为电压基值 所有变压器变比取两侧平均平均额定电压之比 除电抗器外其他元件的额定电压VN=Vav kT1:1 kT2:1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 电抗器 输电线路 电缆 10.5/121 110/6.6 选基本段SB=100MVA, VB =Vav 发电机 变压器 不用考虑原来精确计算公式中电压的差别 线路 电抗器 书上例题2-9是精确做法,习题要求是近似做法,请注意,书上的近似做法见第135页例6-2 三绕组变压器的电压计算公式升压结构和降压结构 高压绕组在外层 中层绕组等值电抗较小 升压变压器低压绕组瑺在中层 降压变压器中压绕组常在中层 高压绕组 中压绕组 低压绕组 铁芯 升压变压器 降压变压器 五、使用标幺值的好处 易于比较个元件的特性和参数 简化计算公式 频率用标幺值， 当频率为额定值时, 简化计算 变压器的电压计算公式标幺值不论归算到哪一侧, 都相等,等于其短路电压嘚标幺值 第二章 电力网的等值电路及其计算 等值电路 反映的是端部特性 用一相的等值参数组成的单相等值电路（计及其它两相影响的单相等值电路） 采用等值星形接法 2-1架空线路的参数 r0和g0? r0 线路通过电流时,产生的有功功率损失 g0 导体带电时,绝缘介质中产生的泄漏电流和导体周围空氣游离产生的有功功率损失 L0载流导体产生的磁场效应 C0带电导线周围的电场效应 r0、g0 、 L0 、 C0每单位长度的参数，通常可以认为这些参数沿全长均匀分布 一、电阻 导线型号 LGJ-300 载流导体的标称截面积 导线电阻 电阻率Ωmm2/km 载流部分标称截面积 铝的电阻率取31.5， 其直流电阻率为28.5 可查手册 T 增加r 增加 二、电感 1.基本算式 磁路导磁率为常数时,与导体交链的磁链和产生它的电流成正比关系 自感 电感系数为磁链和产生它的电流的比值，單位电流产生的磁链 互感 单位B导线中的电流在A导线中产生的磁链 非铁磁材料圆形长导线每单位长度的自感 l 长度, r半径，l>>r, μ0空气导磁率 , Ds圆柱形导线的自几何均距