发电厂电气不分第五版部分课后题答案.docx

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发电厂电气不分第五版部分课后题答案

1、什么叫电气主接线？

对电气主接线有哪些基本要求？

答：

电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。

基本要求：

可靠性、灵活性和经济性。

2、电气主接线有哪些基本形式？

绘图并说明各接线形式的优缺点。

答：

单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分段接线；带旁路母线的单母线和双母线接线；一台半断路器及三分之四台断路器接线；变压器母线组接线；单元接线；桥形接线；角形接线。

3、在主接线方案比较中主要从哪些方面来考虑其优越性？

答：

经济比较；可靠性、灵活性，包括大型电厂、变电站对主接线可靠性若干指标的定量计算，最后确定最终方案。

5、某220kV系统的变电所，拟装设两台容量为50MVA的主变压器，220kV有两回出线，同时有穿越功率通过，中压为110kV，出线为4回，低压为10kV，有12回出线，试拟定一技术较为合理的主接线方案，并画出主接线图加以说明。

答：

220kv2回双母线带旁母；110kv4回单母线分段带旁母；10kv12回双母线不分段；

作业：

P62页2-1，2-6

2-1哪些设备属于一次设备？

哪些设备属于二次设备？

其功能是什么？

注：

基本是没有写错的啊就是有些同学的答案不全需要把一次设备和二次设备的功能和设备类型名称写全

2-6简述交流500kv变电站电气主接线形式及其特点

4-2隔离开关与断路器的主要区别何在？

在运行中，对它们的操作程序应遵循哪些重要原则？

答：

断路器带有专门灭弧装置，可以开断负荷电流和短路故障电流；隔离开关无灭弧装置，主要作用是在检修时可形成明显开断点。

操作中需要注意不可带负荷拉刀闸，送电时先合母线侧隔离开关再合线路侧隔离开关最后合上断路器停电时先断开断路器再断开线路侧隔离开关最后断开母线侧隔离开关

4-3主母线和旁路母线各起什么作用？

设置专用旁路断路器和以母联断路器或分段断路器兼做旁路断路器，各有什么特点？

检修出现断路器时，如何操作？

答：

主母线主要作用是汇集和分配电能；旁路母线的作用主要体现在检修出现断路器时，可用旁路断路器代替出线断路器以使出线断路器可以不停电检修。

可靠性安全性投资操作是否方便检修出现断路器时先合上旁路断路器检查旁路母线是否完好若完好断开旁路断路器合上该出线的旁路隔离开关合上旁路断路器之后退出出线断路器（先断开断路器再断开线路侧隔离开关最后断开母线侧隔离开关）

注意：

画主接线图时一定要在相应的电压等级母线边上注明电压等级

1.什么是弧隙介质强度和弧隙恢复电压？

弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压称为弧隙的介质强度。

电流过零后，弧隙电压从后蜂值逐渐增长，一直恢复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

2.交流电弧有什么特征？

熄灭交流电弧的条件是什么？

答：

过零值自然熄灭和动态的伏安特性。

如果弧隙介质强度在任何情况下都高于弧隙恢复电压，则电弧熄灭。

3-1研究导体和电气设备的发热有何意义？

长期发热和短时发热各有何特点？

答：

电流将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电器设备的温度升高。

发热对电气设备的影响：

使绝缘材料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触电阻增加。

导体短路时，虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很多。

这些热量在适时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。

同时，导体还受到电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。

由此可见，发热和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。

长期发热是由正常工作电流产生的；短时发热是由故障时的短路电流产生的。

3-2为什么要规定导体和电气设备的发热允许温度？

短时发热允许温度和长期发热允许温度是否相同，为什么？

答：

导体连接部分和导体本身都存在电阻（产生功率损耗）；周围金属部分产生磁场,形成涡流和磁滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，如：

值的测量

载流导体的发热：

长期发热：

指正常工作电流引起的发热

短时发热：

指短路电流引起的发热

一发热对绝缘的影响

绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的速度于使用的温度有关；

二发热对导体接触部分的影响

温度过高

表面氧化

电阻增大

恶性循环

三发热对机械强度的影响

温度达到某一值

退火

机械强度

设备变形

如：

长期发热

70

短期发热

300

长期发热

70

短期发热

200

3-3导体长期发热允许电流是根据什么确定的？

提高允许电流应采取哪些措施？

答：

是根据导体的稳定温升确定的。

为了载流量，宜采用电阻率小的材料，如铝和铝合金等；导体的形状，在同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形和槽形的表面积则较大。

导体的布置应采用散热效果最最佳的方式。

3-4为什么要计算导体短时发热最高温度？

如何计算？

答：

载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路时导体的最高温度不应超过所规定导体短路时发热允许温度。

当满足这个条件时，则认为导体在短路时，是具有热稳定性的。

计算方法如下：

1）有已知的导体初始温度θw；从相应的导体材料的曲线上查出Aw；

2）将Aw和Qk值代入式：

1/S2Qk=Ah-Aw求出Ah；

3）由Ah再从曲线上查得θh值。

3-12设发电机容量为10万kW，发电机回路最大持续工作电流Imax=6791A，最大负荷利用小时数Tmax=5200h，三相导体水平布置，相间距离a=0.70m，发电机出线上短路时间tk=0.2s，短路电流

=36.0kA，Itk/2=28.0kA，Itk=24.0kA，周围环境温度+35℃。

试选择发电机引出导线。

5-1什么叫厂用电和厂用电率？

答：

发电机在启动，运转、停止，检修过程中，有大量电动机手动机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤，碎煤，除尘及水处理的正常运行。

这些电动机及全厂的运行，操作，实验，检修，照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。

厂用电耗量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。

5-3厂用电负荷分为哪几类？

为什么要进行分类？

答：

厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类：

⑴I类厂用负荷：

凡是属于短时停电会造成主辅设备损坏，危及人身安全，主机停用及影响大量出力的厂用设备；

⑵II类厂用负荷：

允许短时断电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的常用设备；

⑶III类厂用负荷：

较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产不方便的厂用负荷；

⑷事故保安负荷

⑸交流不间断供电负荷

5-9何谓厂用电动机的自启动？

为什么要进行电动机自启动校验？

如果厂用变压器的容量小于自启动电动机总容量时，应如何解决？

答：

厂用电系统运行的电动机，当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一转速下降的过程称为惰行。

若电动机失去电压后，不与电源断开，在很短时间内，厂用电源恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行还未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机自启动。

分为：

⑴失压自启动；⑵空载自启动；⑶带负荷自启动。

若参加自启动的电动机数目多，容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网络的稳定运行，因此，必须进行电动机自启动校验。

若不能满足自启动条件，应采用以下措施：

⑴限制参加自启动的电动机数量。

⑵机械负载转矩为定值的重要设备的电动机，因它只能在接近额定电压下启动，也不应参加自启动，可采用低电压保护和自动重合闸装置，即当厂用母线电压低于临界值时，把该设备从母线上断开，而在母线电压恢复后又自动投入。

⑶对重要的厂用机械设备，应选用具有较高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机与其配套。

⑷在不得已的情况下，或增大厂用变压器容量，或结合限制短路电流问题一起考虑进适当减小厂用变压器的阻抗值。

导体和电气设备的原理与选择

6-1什么是验算热稳定的短路计算时间tk以及电气设备的开断计算时间tbr？

答：

演算热稳定的短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，而tbr是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。

6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？

答：

电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。

电弧形成过程：

⑴电极发射大量自由电子：

热电子+强电场发射；⑵弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：

碰撞游离+热游离。

电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式有２种：

复合：

正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：

弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。

开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关：

⑴电弧温度；⑵电场强度；⑶气体介质的压力；⑷介质特性；⑸电极材料。

6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？

答：

有以下几种灭弧方式：

1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。

6-4什么叫介质强度恢复过程？

什么叫电压恢复过程？

它与那些因素有关？

答：

弧隙介质强度恢复过程是指电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。

弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定，随断路器形式而异。

弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。

电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周期性的变化过程。

6-5电流互感器常用的二次接线中，为什么不将三角形接线用于测量表计？

答：

计量用电流互感器接线方式的选择，与电网中性点的接地方式有关，当为非有效接地系统时，应采用两相电流互感器，当为有效接地系统时，应采用三相电流互感器，一般地，作为计费用的电能计量装置的电流互感器应接成分相接线（即采用二相四线或三相六线的接线方式），作为非计费用的电能计量装置的电流互感器可采用二相三线或三相的接线方式，

6-6为提高电流互感器容量，能否采用同型号的两个互感器在二次侧串联或并联使用？

答：

可以将电流互感器串联使用，提高二次侧的容量，但是要求两个电流互感器型号相同。

因为电流互感器的变比是一次电流与二次电流之比。

两个二次绕组串联后，二次电路内的额定电流不变，一次电路内的额定电流也没有变，故其变比也保持不变。

二次绕组串联后，因匝数增加一倍，感应电势也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。

也即每一个二次绕只承担二次负荷的一半，从而误差也就减小，容易满足准确度的要求。

在工程实际中若要扩大电流互感器的容量，可采用二次绕组串联的接线方式。

不能将电流互感器并联使用。

6-7电压互感器一次绕组及二次绕组的接地各有何作用？

接地方式有何差异？

答：

电压互感器一次绕组直接与电力系统高压连接，如果在运行中电压互感器的绝缘损坏，高电压就会窜入二次回路，将危及设备和人身的安全。

所以电压互感器二次绕组要有一端牢固接地。

6-8电流互感器的误差与那些因素有关？

答：

电流互感器的电流误差fi及相位差δi决定于互感器铁心及二次绕组的结构，同时又与互感器运行状态（二次负荷Z2L及运行铁心的磁导率μ值）有关。

6-9运行中为什么不允许电流互感器二次回路开路？

答：

需要强调的是电流互感器在运行时，二次绕组严禁开路。

二次绕组开路时，电流互感器由正常工作状态变为开路状态，I2=0，励磁磁动势由正常为数甚小的10N1骤增为11N1，铁心中的磁通波形呈现严重饱和和平顶波，因此，二次绕组将在磁能过零时，感应产生很高的尖顶电动势，其值可达数千伏甚至上万伏（与Ki及Ii大小有关），危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝缘。

由于磁感应强度剧增，会引起铁心和绕组过热。

此外，在铁心中还会产生剩磁，使互感器准确级下降。

6-10三相三柱式电压互感器为什么不能测量相对地电压？

答：

为了监视系统各相对地绝缘情况，就必须测量各相的对地电压，并且应使互感器一次侧中性点接地，但是，由于普通三相三柱式电压互感器一般为Y，yn型接线，它不允许一次侧中性点接地，故无法测量对地电压．假使这种装置接在小电流接地系统中，互感器接成YN,yn型，既把电压互感器中性点接地，当系统发生单相接地时，将有零序磁通在铁芯中出现．由于铁芯是三相三柱的，同方向的零序磁通不能在铁芯内形成闭和回路，只能通过空气或油闭合，使磁阻变得很大，因而零序电流将增加很多，这可能使互感器的线圈过热而被烧毁．所以，普通三相三柱式电压互感器不能作绝缘监视用，而作绝缘监视用的电压互感器只能是三相五柱式电压互感器（JSJW）或三台单相互感器接成YN,yn型接线．

6-11运行中为什么不允许电压互感器二次回路短路？

答：

当电压互感器二次侧发电短路时，由于回路中电阻R和剩余的电抗XL-XC均很小，短路电流可达到额定电流的几十倍，此电流将产生很高的共振过电压，为此在LL上关联放电间隙EE，用以保护。

此外由于电容式电压互感器系由电容（C1C2）和非线性电抗所构成，当受到二次侧短路或断开等冲击时，由于非线性电抗的饱和，可能激发产生某次谐波铁磁谐振过电压，为了拟制谐振的产生，常在互感器二次侧接入D。

6-12在发电厂中，电压互感器的配置原则有那些？

答：

1）母线；2）线路；3）发电机；4）变压器

6-13选择10kV配电装置的出线断路器及出线电抗器。

设系统容量为150MVA，归算至10kV母线上的电源短路总电抗X΄*Σ=0.14（基准容量Sd＝100MVA），出线最大负荷为560A，出线保护动作时间tpr＝1s。

解：

假设选择断路器为SN10-10IINbr=16kA，全分闸时间tbr=0.1s，

基准容量Sd＝100MVAUd＝10.5kV，Id=5.5kA

选择4％的电抗NKL-10-600-4，参数如下：

计算如下：

3）电压损失和残压校验：

电抗标么值：

短路计算时间：

，查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值，

。

电压损失和残压分别为：

4）动、热稳定校验。

可见，电压损失、残压、动热稳定均满足要求。

6-14按经济电流密度选择的导体，为何还必须按长期发热允许电流进行校验？

配电装置的汇流母线，为何不按经济电流密度选择导体截面？

答：

略

11、选择100MW发电机和变压器之间母线桥的导体。

已知发电机回路最大持续工作电流Imax＝6791A，Tmax＝5200h，连接母线三相水平布置，相间距离a＝0.7m，最高温度+35ºC，母线短路电流

=36kA，短路热效应Qk=421.1（kA）2•s。

解：

1）按经济电流密度选择导线截面。

，

查图6-17曲线2，得：

，则：

选择

的双槽形导体水平布置,导体截面积9760mm2允许电流

，集肤效应系数

。

当环境温度为

时：

2）热稳定校验。

正常运行时导体温度：

查表6-9，得热稳定系数

，则满足短路时发热的最小导体截面为：

已知：

满足热稳定要求。

3）动稳定校验。

导体自振频率由以下求得：

取发电机出口短路时，冲击系数

，则

母线相间应力计算如下：

7-2试述最小安全净距的定义及其分类。

答：

最小安全净距是指在这一距离下，无论在正常最高工作电压或出现内、外过电压时，都不使空气气隙被击穿，对于敞露在空气中的屋内、外配电装置中有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、E五类。

7-3试述配电装置的类型及其特点。

答：

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋个配电装置；按其组装方式，可分为装配式和成套式。

屋内配电装置的特点：

1）由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；2）维修、巡视和操作在室内进行，可减少维护工作量，不受气候影响；3）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建设投资较大，建设周期长，但可采用价格较低的户内设备。

屋外配电装置的特点：

1）土建工作量和费用较小，建设周期短；2）与屋内配电装置相比，扩建比较方便；3）想念设备之间距离较大，便于带电作业；4）与屋内配电装置相比，占地面积积大；5）受外界环境影响，设备运行条件较差，需加强绝缘；6）不良气候对设备维修和操作影响大。

成套配电装置的特点：

1）电气设备封闭可半封闭的金属中，相间和对地距离可缩小，结构紧凑，上地面积小；2）所有设备已在工厂组装成一体；3）运行可靠性高，维护方便；4）耗用钢材较多，造价较高。

7-6如何区别屋外中型、高型和半高型配电装置？

它们的特点和应用范围是什么？

答：

根据电气设备和母线布置高度，屋外配电装置可分为中型配电装置，高型配电装置和半高型配电装置。

1）中型配电装置。

中型配电装置是将所有电器设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全活动；母线所在的水平面稍高于电气设备所在的水平面，母线和电气设备不能上、下重叠布置。

中型配电装置布置比较清晰，不易误操作，运行可靠、施工和维护方便，造价较省，并有多年运行经验，其缺点是占地面积大。

2）高型配电装置。

高型配电装置是将一组母线几个隔离开关与另一组母线上几个隔离开关上下重叠布置的配电装置，可以节省占地面积百分之五十左右，但耗用钢材较多，造价较高，操作维护条件差。

3）半高型配电装置。

半高型配电装置是将母线至于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型减少30％。

半高型配电装置介于高型和中型之间，具有两者优点。

除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，其维护仍较方便。