《發(fā)電廠電氣部分》第四版課后習(xí)題答案熊信銀版要點(diǎn)

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1、第一章 能源和發(fā)電 1-1 人類所認(rèn)識的能量形式有哪些？并說明其特點(diǎn)。 答：第一、機(jī)械能。它包括固體一流體的動能，勢能，彈性能及表面張力能等。其中動能 和勢能是大類最早認(rèn)識的能量，稱為宏觀機(jī)械能。 第二、熱能。它是有構(gòu)成物體的微觀原子及分子振動與運(yùn)行的動能，其宏觀表現(xiàn)為溫度的 高低，反映了物體原子及分子運(yùn)行的強(qiáng)度。 第三、化學(xué)能。它是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進(jìn)行化學(xué)瓜是放出的能量，利用最普 遍的化學(xué)能是燃燒碳和氫，而這兩種元素是煤、石油、天然氣等燃料中最主要的可燃元素。 第四、輻射能。它是物質(zhì)以電磁波形式發(fā)射的能量。如地球表面所接受的太陽能就是輻射 能的一種。 第五、核能

2、。這是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)的粒子間相互作用面釋放的能。釋放巨大核能的核反應(yīng) 有兩種，鄧核裂變應(yīng)和核聚變反應(yīng)。 第六、電能。它是與電子流動和積累有關(guān)的一種能量，通常是電池中的化學(xué)能而來的。或 是通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到的；反之，電能也可以通過電燈轉(zhuǎn)換為光能，通過電動機(jī)轉(zhuǎn)換 為機(jī)械能，從而顯示出電做功的本領(lǐng)。 1-2 能源分類方法有哪些？電能的特點(diǎn)及其在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用？ 答：一、按獲得方法分為一次能源和二次能源；二、按被利用程度分為常規(guī)能源和新能源； 三、按能否再生分為可再生能源和非再生能源；四、按能源本身的性質(zhì)分為含能體能源和過程 性能源。 電能的特點(diǎn)：便于大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)距離

3、輸送；方便轉(zhuǎn)換易于控制；損耗??；效率高；無氣 體和噪聲污染。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電能的應(yīng)用不僅影響到社會物質(zhì)生產(chǎn)的各個側(cè)面，也越來越廣泛的 滲透到人類生活的每個層面。電氣化在某種程度上成為現(xiàn)代化的同義詞。電氣化程度也成為衡 量社會文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 1-3 火力發(fā)電廠的分類，其電能生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)？ 答：按燃料分：燃煤發(fā)電廠；燃油發(fā)電廠；燃?xì)獍l(fā)電廠；余熱發(fā)電廠。 按蒸氣壓力和溫度分：中低壓發(fā)電廠；高壓發(fā)電廠；超高壓發(fā)電廠；亞臨界壓力發(fā)電 廠；超臨界壓力發(fā)電廠。 按原動機(jī)分：凝所式氣輪機(jī)發(fā)電廠；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠；內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠和蒸汽—燃?xì)廨?機(jī)發(fā)電廠。 按輸出能源分：凝氣式發(fā)

4、電廠；熱電廠。 按發(fā)電廠總裝機(jī)容量分：小容量發(fā)電廠；中容量發(fā)電廠；大中容量發(fā)電廠；大容量發(fā) 電廠。 火電廠的生產(chǎn)過程概括起來說是把煤中含有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。整個生產(chǎn)過程分 三個系統(tǒng)：燃料的化學(xué)能在鍋爐燃燒變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎羝Q為燃燒系統(tǒng)； 鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入氣輪機(jī)，沖動氣輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱不汽水系統(tǒng)； 由氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械能變?yōu)殡娔?，稱為電氣系統(tǒng)。 1-4 水力發(fā)電廠的分類，其電能生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)？ 答：按集中落差的方式分為：堤壩式水電廠；壩后式水電廠；河床式水電廠；引水式水電 廠；混合式水電廠。 按徑流調(diào)節(jié)

5、的程度分為：無調(diào)節(jié)水電廠；有調(diào)節(jié)水電廠；日調(diào)節(jié)水電廠；年調(diào)節(jié)水電 廠；多年調(diào)節(jié)水電廠。 水電廠具有以下特點(diǎn)：可綜合利用水能資源；發(fā)電成本低，效率高；運(yùn)行靈活；水能 可儲蓄和調(diào)節(jié)；水力發(fā)電不污染環(huán)境；水電廠建設(shè)投資較大工期長；水電廠建設(shè)和生產(chǎn)都受到 河流的地形，水量及季節(jié)氣象條件限制，因此發(fā)電量也受到水文氣象條件的制約，有豐水期和 枯水期之分，因而發(fā)電量不均衡；由于水庫的興建，淹沒土地，移民搬遷，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一些 不利，還可能在一定和程度破壞自然的生態(tài)平衡。 1-5 抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用及其功能？ 答：抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用：調(diào)峰；填谷；備用；調(diào)頻；調(diào)相。 功

6、能：降低電力系統(tǒng)燃料消耗；提高火電設(shè)備利用率；可作為發(fā)電成本低的峰荷電源； 對環(huán)境沒有污染且可美化環(huán)境；抽水蓄能電廠可用于蓄能。 1-6 核能發(fā)電廠的電能生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)？ 答：核電廠是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，集中了當(dāng)代許多高新技術(shù)。核電廠的系統(tǒng)由核島和常規(guī)島 組成。為了使核電能穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，以及一旦發(fā)生事故時能保證反應(yīng)堆的安全和防止 放射性物質(zhì)外泄，核電廠還設(shè)置有各種輔助系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和設(shè)施。以壓力堆為例，有以 下主要系統(tǒng)：核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)；核島的輔助系統(tǒng)；常規(guī)島的系統(tǒng)。 核電廠運(yùn)行的基本規(guī)則和常規(guī)為電廠一樣，都是根據(jù)電廠的負(fù)荷需要量來調(diào)節(jié)供給熱 量，使得熱功率與電負(fù)荷平衡。

7、由于核電廠是由反應(yīng)堆供熱，因此核電廠的運(yùn)行和火電廠 相比有以下一些新的特點(diǎn)：1）在火電廠中，可連續(xù)不斷地向鍋爐供燃料，而壓水堆核電 廠的反應(yīng)堆，卻只能對反應(yīng)堆堆芯一次裝料，交定期停堆換料。因此在堆芯換新料后的初 期，過剩反應(yīng)性很大。為了補(bǔ)償過剩反應(yīng)性，除采用控制棒外，還需要在冷卻劑中加入硼 酸，并通過硼濃度變化來調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的反應(yīng)速度。反應(yīng)堆冷卻劑中含有硼酸后，就給一次 回路系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)的運(yùn)行和控制帶來一定的復(fù)雜性。2）反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)，核燃料發(fā)生 裂變反應(yīng)放出核能的同時，也放出瞬發(fā)中子和瞬發(fā) 丫射線。由于裂變產(chǎn)物的積累，以及反 應(yīng)堆的堆內(nèi)構(gòu)件和壓力容器等因受中子的車輻照而活化，

8、反應(yīng)堆不管是在運(yùn)行中或停閉后， 都有很強(qiáng)的放射性，這就給電廠的運(yùn)行和維修帶來了一定困難。3）反應(yīng)堆在停閉后，運(yùn) 行管路中積累起來的裂變碎片和 & 丫衰變，將繼續(xù)使堆芯產(chǎn)生余熱。因此堆停閉后不能立 刻停機(jī)冷卻，還必須把這部分余熱排都出去，否則會出現(xiàn)燃料元件因過熱而燒毀的危險； 即使核電廠在長期停閉情況下，也必須繼續(xù)除去衰變熱；當(dāng)核電廠發(fā)生停電，一回路管道 破裂等重大事故時，事故電源、應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)立即自動投入，做到在任何事故工況下， 保證反應(yīng)堆進(jìn)行冷卻。4）核電廠在運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)的放射性廢物， 對這些廢物必須遵守核安全規(guī)定進(jìn)行妥善處理，以確保工作人員和居民的

9、健康，而為電廠 中這一問題不存在。5）與火電廠相比，核電廠的建設(shè)費(fèi)用高，但燃料所占費(fèi)用較為便宜 一。為了提高核電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，極為重要的是維持高的發(fā)電設(shè)備利用率，為此，核電 廠應(yīng)在額定功率或盡可能在接過額定功率的工況下帶基本負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，并盡可能縮短核 電廠反應(yīng)堆的停閉時間。 第二章 發(fā)電、變電和輸電的電氣部分 2-1 哪些設(shè)備屬于一次設(shè)備？哪些設(shè)備屬于二次設(shè)備？其功能是什么？ 答：通常把生產(chǎn)、變換、分配和使用電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器和斷路器等稱為一次 設(shè)備。其中對一次設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測量、監(jiān)視和保護(hù)的設(shè)備稱為二次設(shè)備。如儀用互 感器、測量表計，繼電保護(hù)及自動裝置

10、等。其主要功能是起停機(jī)組，調(diào)整負(fù)荷和，切換設(shè)備和 線路，監(jiān)視主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 2-2 簡述 300MW 發(fā)電機(jī)組電氣接線的特點(diǎn)及主要設(shè)備功能。 答： 1）發(fā)電機(jī)與變壓器的連接采用發(fā)電機(jī) — 變壓器單元接線； 2）在主變壓器低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電； 3）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器； 4）在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)，每組裝有電流互感器 4 個； 5）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有中性點(diǎn)接地變壓器； 6）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每組裝有電流互感器 4 個。 其主要設(shè)備如下：電抗器：限制短路電流；電流互感器：用來變換電流的特種變壓器； 電壓互感

11、器：將高壓轉(zhuǎn)換成低壓，供各種設(shè)備和儀表用，高壓熔斷器：進(jìn)行短路保護(hù)；中性點(diǎn) 接地變壓器：用來限制電容電流。 2-3 簡述 600MW 發(fā)電機(jī)組電氣接線的特點(diǎn)及主要設(shè)備功能。 2-4 影響輸電電壓等級發(fā)展因素有哪些？ 答： 1）長距離輸送電能； 2）大容量輸送電能； 3）節(jié)省基建投資和運(yùn)行費(fèi)用； 4）電力系統(tǒng)互聯(lián)。 3/2 臺斷 2-5 簡述交流 500kV 變電站主接線形式及其特點(diǎn)。 答：目前，我國 500kV 變電所的主接線一般采用雙母線四分段帶專用旁路母線和 路器兩種接線方式。其中 3/2 臺斷路器接線具有以下特點(diǎn)：任一母線檢修或故障，均不致停電； 任一斷路器檢修也

12、不引起停電；甚至在兩組母線同時故障（或一組母線檢修另一組母線故障） 的極端條件下，功率均能繼續(xù)輸送。一串中任何一臺斷路器退出或檢修時，這種運(yùn)行方式稱為 不完整串運(yùn)行，此時仍不影響任何一個元件的運(yùn)行。這種接線運(yùn)行方便，操作簡單，隔離開關(guān) 只在檢修時作為隔離帶電設(shè)備用。 2-6 并聯(lián)高壓電抗器有哪些作用？抽能并聯(lián)高壓電抗器與并聯(lián)高壓電抗器有何異同？ 2-7 簡述 6kV 抽能系統(tǒng)的功能及其組成。 2-8 簡述串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)墓δ芗捌潆姎饨泳€。 2-9 簡述高壓直流輸電的基本原理。 2-10 簡述換流站的電氣接線及主要設(shè)備的功能。 2-11 簡述高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)各有哪些？

13、 答：優(yōu)點(diǎn)： 1）線路造價低，年電能損失??； 2）不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題； 3）限制短路電流。 4）調(diào)節(jié)快速，運(yùn)行可靠； 5）沒有電容充電電流。 6）節(jié)省線路走廊。 缺點(diǎn)： 1）換流裝置較昂貴； 2）消耗無功功率多； 3）產(chǎn)生諧波影響； 4）缺乏直流開關(guān)； 5）不能用變壓器來改變電壓等級。 2-12 簡述高壓直流輸電系統(tǒng)的主接線及其運(yùn)行方式。 第三章 常用計算的基本理論和方法 3-1 研究導(dǎo)體和電氣設(shè)備的發(fā)熱有何意義？長期發(fā)熱和短時發(fā)熱各有何特點(diǎn)？ 答：電流將產(chǎn)生損耗，這些損耗都將轉(zhuǎn)變成熱量使電器設(shè)備的溫度升高。發(fā)熱對電氣設(shè)備 的影響：使絕緣材料性能降低；使金屬材

14、料的機(jī)械強(qiáng)度下降；使導(dǎo)體接觸電阻增加。導(dǎo)體短路 時，雖然持續(xù)時間不長，但短路電流很大，發(fā)熱量仍然很多。這些熱量在適時間內(nèi)不容易散出， 于是導(dǎo)體的溫度迅速升高。同時，導(dǎo)體還受到電動力超過允許值，將使導(dǎo)體變形或損壞。由此 第 4 頁 共 22 頁 可見，發(fā)熱和電動力是電氣設(shè)備運(yùn)行中必須注意的問題。長期發(fā)熱是由正常工作電流產(chǎn)生的； 短時發(fā)熱是由故障時的短路電流產(chǎn)生的。 3-2為什么要規(guī)定導(dǎo)體和電氣設(shè)備的發(fā)熱允許溫度？短時發(fā)熱允許溫度和長期發(fā)熱允許溫 度是否相同，為什么？ 答：導(dǎo)體連接部分和導(dǎo)體本身都存在電阻 （產(chǎn)生功率損耗）；周圍金屬部分產(chǎn)生磁場，形成渦流和 磁滯損耗；絕緣材料

15、在電場彳^用下產(chǎn)生損耗，如： tg 6值的測量 載流導(dǎo)體的發(fā)熱：長期發(fā)熱：指正常工作電流引起的發(fā)熱 短時發(fā)熱：指短路電流引起的發(fā)熱 一發(fā)熱對絕緣的影響 絕緣材料在溫度和電場的作用下逐漸變化，變化的速度于使用的溫度有關(guān)； 二發(fā)熱對導(dǎo)體接觸部分的影響 溫度過高t表面氧化T電阻增大 T I 2 R T惡性循環(huán) 三發(fā)熱對機(jī)械強(qiáng)度的影響 溫度達(dá)到某一值 T退火T機(jī)械強(qiáng)度 J設(shè)備變形 如: Cu 長期發(fā)熱 70 0 C 短期發(fā)熱 0 300 C Al 長期發(fā)熱 0 70 C 短期發(fā)熱 0 200 C 3-3導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流是根據(jù)什么確定的？提高允許電流應(yīng)采

16、取哪些措施？ 答：是根據(jù)導(dǎo)體的穩(wěn)定溫升確定的。為了載流量，宜采用電阻率小的材料，如鋁和鋁合金 等；導(dǎo)體的形狀，在同樣截面積的條件下，圓形導(dǎo)體的表面積較小，而矩形和槽形的表面積則 較大。導(dǎo)體的布置應(yīng)采用散熱效果最最佳的方式。 3-4為什么要計算導(dǎo)體短時發(fā)熱最高溫度？如何計算？ 答：載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱計算的目的在于確定短路時導(dǎo)體的最高溫度不應(yīng)超過所規(guī)定導(dǎo)體 短路時發(fā)熱允許溫度。當(dāng)滿足這個條件時，則認(rèn)為導(dǎo)體在短路時，是具有熱穩(wěn)定性的。 計算方法如下： 1）有已知的導(dǎo)體初始溫度 0w；從相應(yīng)的導(dǎo)體材料的曲線上查出 Aw； 2）將Aw和Qk值代入式：1/S2Qk=Ah-Aw求出Ah； 3）

17、由Ah再從曲線上查得0h值。 3-5等值時間的意義是什么等值時間法適用于什么情況？ 答：等值時間法由于計算簡單，并有一定精度，目前仍得到廣泛應(yīng)用。但是曲線所示是根 據(jù)容量為500MW 以下的發(fā)電機(jī)，按短路電流周期分量衰減曲線的平均值制作的，用于更大容 量的發(fā)電機(jī)，勢必產(chǎn)生誤差。這時，最好采用其它方法。 3-6用實用計算法和等值時間法計算短路電流周期分量熱效應(yīng)，各有何特點(diǎn)？ 答：用實用計算法中的電流是短路穩(wěn)態(tài)電流，而等值時間法計算的電流是次暫態(tài)電流。 3-7電動力對導(dǎo)體和電氣設(shè)備的運(yùn)行有何影響？ 答：電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流過導(dǎo)體的工作電流相對較小，相應(yīng)的電動力較小，因 而不易為

18、人們所察覺。而在短路時，特別是短路沖擊電流流過時，電動力可達(dá)到很大的數(shù)值， 當(dāng)載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時，將會產(chǎn)生變形或損壞。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，必 須研究短路沖擊電流產(chǎn)生的電動力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證 足夠的動穩(wěn)定性。必要時也可采用限制短路電流的措施。 3-8三相平行導(dǎo)體發(fā)生三相短路時最大電動力出現(xiàn)在哪一相上，試加以解釋。 答：三相平等導(dǎo)體發(fā)生三相短路時最大電動力出現(xiàn)在中間相 B相上，因為三相短路時， B 相沖擊電流最大。 3-9導(dǎo)體的動態(tài)應(yīng)力系數(shù)的含義是什么，在什么情況下，才考慮動態(tài)應(yīng)力？ 答：動態(tài)應(yīng)力系數(shù) 3為動態(tài)應(yīng)力與靜態(tài)應(yīng)力的比值，導(dǎo)

19、體發(fā)生振動時，在導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生 動態(tài)應(yīng)力，對于動態(tài)應(yīng)力的考慮，一般是采用修正靜態(tài)計算法，即在最大電動力 Fmax上乘以 動態(tài)應(yīng)力系統(tǒng)數(shù)3 ,以求得實際動態(tài)過程中的動態(tài)應(yīng)力的最大值。 3-10大電流母線為什么常采用分相封閉母線？分相封閉母線的外殼有何作用？ 答：大電流母線采用分相封閉母線是由于： 1）運(yùn)行可靠性高，因母線置于外殼內(nèi)，能防止相間短路，且外殼多點(diǎn)接地，可保障人體接 人體接觸時的安全。2）短路時母線相間電動力大大降低，由于外殼渦流的屏蔽作用，使殼內(nèi)的 磁場減弱，對減小短路時的電動力有明顯的效果； 3）殼外磁場也因外殼電流的屏蔽作用而減弱， 可較好改善母線附近的鋼構(gòu)發(fā)熱； 4

20、）安裝的維護(hù)工作量小。 3-11怎樣才能減少大電流母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱？ 答：減小大電流母線附近的鋼構(gòu)發(fā)熱的措施： 1）加大鋼構(gòu)和導(dǎo)體間的距離，使布磁場強(qiáng)度減弱，因而可降低渦流和磁滯損耗； 2）斷開鋼構(gòu)回路，并加裝絕緣墊，消除環(huán)流； 3）采用電磁屏蔽； 4）采用分相封閉母線。 3-12設(shè)發(fā)電機(jī)容量為10萬kW,發(fā)電機(jī)回路最大持續(xù)工作電流 Imax=6791A,最大負(fù)荷利用 小時數(shù)Tmax = 5200h ,三相導(dǎo)體水平布置，相間距離a = 0.70m ,發(fā)電機(jī)出線上短路時間 tk = 0.2s, 短路電流 T = 36.0kA, Itk/2 = 28.0kA , Itk = 24

21、.0kA ,周圍環(huán)境溫度+35 C。試選擇發(fā)電機(jī)引出導(dǎo) 線。 第四章 電氣主接線 第6頁共22頁 4-1 對電氣主接線的基本要求是什么？ 答：對電氣主接線的基本要求是：可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。 其中保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。靈活性包括：操作、調(diào)度、擴(kuò)建的方 便性。經(jīng)濟(jì)性包括：節(jié)省一次投資，占地面積小，電能損耗少。 4-2 隔離開關(guān)與斷路器的區(qū)別何在？對它們的操作程序應(yīng)遵循哪些重要原則？ 答：斷路器具有專用滅弧裝置，可以開斷或閉合負(fù)荷電流和開斷短路電流，故用來作為接 通和切斷電路的控制電器。而隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，其開合電流極小，只能用來做設(shè)備停用 后退出工

22、作時斷開電路。 4-3 防止隔離開關(guān)誤操作通常采用哪些措施？ 答：為了防止隔離開關(guān)誤操作，除嚴(yán)格按照規(guī)章實行操作票制度外，還應(yīng)在隔離開關(guān)和相 應(yīng)的斷路器之間加裝電磁閉鎖和機(jī)械閉鎖裝置或電腦鑰匙。 4-4 主母線和旁路母線各起什么作用？設(shè)置專用旁路斷路器和以母聯(lián)斷路器或者分段斷路 器兼作旁路斷路器，各有什么特點(diǎn)？檢修出線斷路器時，如何操作？ 答：主母線主要用來匯集電能和分配電能。旁路母線主要用與配電裝置檢修短路器時不致 中斷回路而設(shè)計的。設(shè)置旁路短路器極大的提高了可靠性。而分段短路器兼旁路短路器的連接 和母聯(lián)短路器兼旁路斷路器的接線，可以減少設(shè)備，節(jié)省投資。當(dāng)出線和短路器需要檢修

23、時， 先合上旁路短路器，檢查旁路母線是否完好，如果旁路母線有故障，旁路斷路器在合上后會自 動斷開，就不能使用旁路母線。如果旁路母線完好，旁路斷路器在合上就不會斷開，先合上出 線的旁路隔離開關(guān)，然后斷開出線的斷路器，再斷開兩側(cè)的隔離開關(guān)，有旁路短路器代替斷路 器工作，便可對短路器進(jìn)行檢修。 4-5 發(fā)電機(jī) -變壓器單元接線中，在發(fā)電機(jī)和雙繞作變壓器之間通常不裝設(shè)斷路器，有何利 弊？ 答： 發(fā)電機(jī)和雙繞組變壓器之間通常不裝設(shè)斷路器，避免了由于額定電流或短路電流過大， 使得在選擇出口斷路器時，受到制造條件或價格等原因造成的困難。但是，變壓器或者廠用變 壓器發(fā)生故障時，除了跳主變壓器

24、高壓側(cè)出口斷路器外，還需跳發(fā)電機(jī)磁場開關(guān)，若磁場開關(guān) 拒跳，則會出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，而當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組本身發(fā)生故障時，若變壓呂高壓側(cè)失靈跳閘， 則造成發(fā)電機(jī)和主變壓器嚴(yán)重?fù)p壞。并且發(fā)電機(jī)一旦故障跳閘， 機(jī)組將面臨廠用電中斷的威脅。 4-6 發(fā)電機(jī)與三繞組變壓器或自耦變壓器組成的單元接線中，為什么機(jī)端必須裝設(shè)斷路 器？ 答：為了在發(fā)電機(jī)停止工作時，還能保持和中壓電網(wǎng)之間的聯(lián)系，在變壓器的三側(cè)均應(yīng)裝 斷路器。 4-7 一臺半斷路器接線與雙母線帶旁路接線相比，各有何利弊？一臺半斷路器接線中的交 叉布置有何意義？ 答：一臺半斷路器接線，運(yùn)行的可靠性和靈活性很高，在檢修母線時不必用隔離開關(guān)

25、進(jìn)行 大量的倒閘操作，并且調(diào)試和擴(kuò)建也方便。但是其接線費(fèi)用太高，只適用與超高電壓線路中。 雙母線帶旁路母線中，用旁路母線替代檢修中的回路斷路器工作，使該回路不停電，適用于有 多回出線又經(jīng)常需要檢修的中小型電廠中，但因其備用容量太大，耗資多，所以旁路設(shè)備在逐 漸取消。一臺半斷路器接線中的交叉布置比非交叉接線具有更高的運(yùn)行可靠性，可減少特殊運(yùn) 行方式下事故擴(kuò)大。 4-8 選擇主變壓器時應(yīng)考慮哪些因素？其容量、臺數(shù)、型式應(yīng)根據(jù)哪些原則來選擇？ 答：影響主變壓器選擇的因素主要有：容量、臺數(shù)、型式。其中單元接線時變壓器應(yīng)按發(fā) 電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的廠用負(fù)荷后 = （發(fā)電機(jī)的額定容量－廠用

26、容量－支配負(fù)荷的最小容 量）x 70%。為了確保發(fā)電機(jī)電壓上的負(fù)荷供電可靠性，所接主變壓器一般不應(yīng)小于兩臺，對 于工業(yè)生產(chǎn)的余熱發(fā)電廠的中、小型電廠，可裝一臺主變壓器與電力系統(tǒng)構(gòu)成弱連接。除此之 外，變電所主變壓器容量，一般應(yīng)按 5~10 年規(guī)劃負(fù)荷來選擇。主變壓器型式可根據(jù)： 1）相數(shù) 決定，容量為 300MW 及以下機(jī)組單元連接的變壓器和 330kV 及以下電力系統(tǒng)中，一般選擇三 相變壓器， 容量為 60MW 的機(jī)組單元連接的主變壓器和 500kV 電力系統(tǒng)中的主變壓器經(jīng)綜合考 慮后，可采用單要組成三相變壓器組。 2）繞組數(shù)與結(jié)構(gòu)：最大機(jī)組容量為 125MW 及以下的發(fā) 電廠

27、多采用三繞組變壓器，機(jī)組容量為 200MW 以上的發(fā)電廠采用發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器單元接 線，在 110kV 以上的發(fā)電廠采用直接接接系統(tǒng)中，凡需選用三繞組變壓器的場合，均可采用自 耦變壓器。 4-9 電氣主接線中為什么要限制斷路電流？通常采用哪些方法？ 答：短路電流要比額定電流大的多，有可能超過電器設(shè)備的承載能力，將電氣設(shè)備燒毀， 因此，必須限制短路電流，其中限制短路電流的方法有： 1）在發(fā)電廠和變電所的 6~10kV配電裝置中，加裝限流電抗器限制短路電流。 a）在母線分 段處設(shè)置母線電抗器，目的是發(fā)電機(jī)出口斷路器，變壓器低壓側(cè)斷路器，母聯(lián)斷路器等能按各 自回路額定電流來選擇，不因

28、短路電流過大而使容量升級； b）線路電抗器：主要用來限制電纜 饋線回路短路電流；c）分裂電抗器。 2）采用低壓分裂繞組變壓器。當(dāng)發(fā)電機(jī)容量越大時，采用低壓分裂繞組變壓器組成擴(kuò)大單 元接線以限制短路電流。 3）采用不同的主接線形式和運(yùn)行方式。 4-10 為什么分裂電抗器具有正常運(yùn)行時電抗小，而斷路時電抗大的特點(diǎn)？ 答：分裂電抗器在正常運(yùn)行時兩分支負(fù)荷電流相等，在兩臂中通過大小相等，方向相反的 電流，產(chǎn)生方向相反的磁通，其中有 X=X1-Xm= （ 1-f） X1 且 f=0.5 得 X=0.5X1 ，可見，在正常 情況下，分裂電抗器每個臂的電抗僅為每臂自感電抗的 1/4。而當(dāng)某一分

29、支短路時，X 12=2（X1+Xm）=2X1（1+f） 可見，當(dāng) f=0.5 時， X12=3XL ，使分裂電抗器能有效的限制另一臂送來 的短路電流。所以分裂電抗器具有正常運(yùn)行時電抗小，而短路時電抗大的特點(diǎn)。 4-11 畫出一種單母線分段帶旁路母線的主接線形式， 要求分段斷路器兼作旁路斷路器，并 第 8 頁 共 22 頁 根據(jù)此種電氣主接線，說明檢修出線斷路器時的倒閘操作步驟? WL2 WL1 QS3 QS4 +( QFd QS1 QS2 WI T QSd QF2 QF QF1 分段斷路器兼作旁路母線的接線 WP WII WL1 WL2 WL3

30、WP t I n .! ■: ■■ J QFP r5 rS vAi A _pL_i_x_^wi -I W W W W2 第 16 頁 共 22 頁 4-12畫出一種雙母線帶旁路母線的主接線形式， 要求母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器，并根據(jù) 此種電氣主接線，說明檢修出線斷路器時的倒閘操作步驟？ 4-13設(shè)計電氣主接線時，應(yīng)收集和分析的原始資料有哪些？ 答：對原始資料分析：（包括內(nèi)容如下） 1）本工程情況 發(fā)電廠類型（凝汽式火電廠、熱電廠、或者堤壩式、引水式、混合式等水電廠） ； 設(shè)計規(guī)劃容量（近期、遠(yuǎn)景）；單機(jī)容量及臺數(shù)；最大負(fù)荷利用小時數(shù)及

31、可能的運(yùn)行方 式等。 發(fā)電廠容量的確定是與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展計劃、電力負(fù)荷增長速度、系統(tǒng)規(guī)模和電網(wǎng)結(jié) 構(gòu)以及備用容量等因素有關(guān)。 發(fā)電廠裝機(jī)容量標(biāo)志著電廠的規(guī)模和在電力系統(tǒng)中的地位與作用。 最大單機(jī)容量代 表國家電力工業(yè)和制造工業(yè)水平，在一定程度上反映國家先進(jìn)程度和人民生活水準(zhǔn)。 最大單機(jī)容量的選擇不宜大于系統(tǒng)總?cè)萘康?10% ,以保證該機(jī)在檢修或事故情況下 系統(tǒng)的供電可靠性。 我國目前把 5萬kw以下機(jī)組稱為小機(jī)組； 5?20萬kw稱為中型機(jī)組；20萬 kw以上稱為大型機(jī)組。 在設(shè)計時，對形成中的電力系統(tǒng)， 且負(fù)荷增長較快時， 可優(yōu)先選用較為大型的機(jī)組。 發(fā)電廠運(yùn)行方式及年利用小

32、時數(shù)直接影響著主接線設(shè)計。 a）承擔(dān)基荷為主的發(fā)電廠，設(shè)備利用率高，一般年利用小時數(shù)在 5000h以上； b）承擔(dān)腰荷者，設(shè)備利用小時數(shù)應(yīng)在 3000?5000 h; c）承擔(dān)峰荷者，設(shè)備利用小時數(shù)在 3000h以下。對于核電廠或單機(jī)容量 20萬kw以上的火電廠以及徑流式水電廠等應(yīng)優(yōu)先 擔(dān)任基荷，相應(yīng)主接線需選用以供電可靠為中心的接線形式。 水電廠是電力系統(tǒng)中最靈活的機(jī)動能源， 啟、 停方便， 多承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、 調(diào)相任務(wù)。 根據(jù)水能利用及庫容的狀態(tài)可酌情擔(dān)負(fù)基荷、腰荷和峰荷。因此，其主接線應(yīng)以供電調(diào) 度靈活為中心進(jìn)行選擇接線形式。 2）電力系統(tǒng)情況 電力系統(tǒng)近期及遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（

33、5?10年）； 發(fā)電廠或變電所在電力系統(tǒng)中的位置（地理位置和容量位置）和作用； 本期工程和遠(yuǎn)景與電力系統(tǒng)連接方式以及各級電壓中性點(diǎn)接地方式等。 按發(fā)電廠容量大小分類，我國目前把總?cè)萘吭?1000MW 及以上，單機(jī)容量在 200 M W 以上的發(fā)電廠稱為大型發(fā)電廠； 總?cè)萘吭?00?1000MW ,單機(jī)容量在 50?200MW 的發(fā)電廠稱為中型發(fā)電廠； 總?cè)萘吭?200MW 以下，單機(jī)容量在 50MW 以下者稱為小型發(fā)電廠。 所建發(fā)電廠的容量與電力系統(tǒng)容量之比，若大于 15％，則該廠就可認(rèn)為是在系統(tǒng)中處 于比較重要地位的電廠。 因為它的裝機(jī)容量已超過了電力系統(tǒng)的事故備用和檢修備

34、用容量，一旦全廠停電，會 影響系統(tǒng)供電的可靠性。因此，主接線的可靠性也應(yīng)高一些，即應(yīng)選擇可靠性較高的接線形式。 主變壓器和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路 電流、 過電壓水平、 保護(hù)配置等有關(guān)， 直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、 系統(tǒng)供電的可靠性和連 續(xù)性、 主變壓器和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全以及對通信線路的干擾等。 一般我國對 35 kV 電壓以下電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)（中性點(diǎn)不接地或經(jīng) 消弧線圈接地） ，又稱小電流接地系統(tǒng)； 對 110 kV 以上高壓電力系統(tǒng)，皆采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，又稱大電流接地系統(tǒng)。 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都采用非直接接地方式； 目

35、前，廣泛采用的是經(jīng)消弧線圈接地方式或經(jīng)接地變壓器（亦稱配電變壓器）接地。 其二次側(cè)接入高電阻，不僅可以限制單相接地電流，亦可限制系統(tǒng)過電壓的幅值和陡 度，以免引起鐵磁諧振過電壓。同時，還為接地保護(hù)提供了 信號電源，便于檢測，目前在大 型機(jī)組中已普遍采用。 此外，有時為了防止過電壓，有些 機(jī)組還采取在中性點(diǎn)處加裝避雷器等措施。 3）負(fù)荷情況 負(fù)荷的性質(zhì)及其地理位置、輸電電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。 電力負(fù)荷在原始資料中雖已提供，但設(shè)計時尚應(yīng)予以辨證地分析。因為負(fù)荷的發(fā)展和 增 長速度受政治、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)水平和自然條件等方面影響。 如果設(shè)計時，只依據(jù)負(fù)荷計劃數(shù)字，而投產(chǎn)時實際

36、負(fù)荷小了，就等于積壓資金；否則， 電源不足，就影響其它工業(yè)的發(fā)展。 主接線設(shè)計的質(zhì)量，不僅在于當(dāng)前是合理的，而應(yīng)考慮 5?10年內(nèi)質(zhì)量也應(yīng)是好的。 由工程概率和數(shù)理統(tǒng)計得知，負(fù)荷在一定階段內(nèi)的自然增長率是按指數(shù)規(guī)律變化的，即： L=L0emx （2 - 7） 式中 L0—— 初期負(fù)荷（ MW ） ； X —— 年數(shù)，一般按 5?10年規(guī)劃考慮； m—— 年負(fù)荷增長率，由概率統(tǒng)計確定。 發(fā)電廠承擔(dān)的負(fù)荷應(yīng)盡可能地使全部機(jī)組安全滿發(fā)，并按系統(tǒng)提出的運(yùn)行方式，在機(jī) 組間經(jīng)濟(jì)合理分布負(fù)荷，減少母線上電流流動，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定和保持電能質(zhì)量符合要求。 4）環(huán)境條件 當(dāng)?shù)氐臍鉁亍穸?、?/p>

37、冰、污穢、風(fēng)向、水文、地質(zhì)、海拔高度及地震等因素，對主接線 中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。 特別是我國土地遼闊，各地氣象、地理條件相差甚大，應(yīng)予以重視。對重型設(shè)備的運(yùn)輸條 件亦應(yīng)充分考慮。 5）設(shè)備制造情況 為使所設(shè)計的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格 等資料匯集并分析比較，保證設(shè)計的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。 第五章 廠用電接線及設(shè)計 5-1 什么叫廠用電和廠用電率？ 答：發(fā)電機(jī)在啟動，運(yùn)轉(zhuǎn)、停止，檢修過程中，有大量電動機(jī)手動機(jī)械設(shè)備，用以保證機(jī) 組的主要設(shè)備和輸煤，碎煤，除塵及水處理的正常運(yùn)行。這些電動機(jī)及全廠的運(yùn)行，操作，實

38、 驗，檢修，照明用電設(shè)備等都屬于廠用負(fù)荷，總的耗電量，統(tǒng)稱為廠用電。廠用電耗量占發(fā)電 廠全部發(fā)電量的百分?jǐn)?shù)，稱為廠用電率。 5-2 廠用電的作用和意義是什么？ 答：發(fā)電機(jī)在啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)、停機(jī)，檢修過程中，有大量電動機(jī)手動機(jī)械設(shè)備，用以保證機(jī) 組的主要設(shè)備和輸煤，碎煤，除塵及水處理等的正常運(yùn)行。降低廠用電率可以降低電能成本， 同時也相應(yīng)地增大了對電力系統(tǒng)的供電量。 5-3 廠用電負(fù)荷分為哪幾類？為什么要進(jìn)行分類？ 答：廠用電負(fù)荷，根據(jù)其用電設(shè)備在生產(chǎn)中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度，按 其重要性可分為四類： ⑴ I 類廠用負(fù)荷：凡是屬于短時停電會造成主輔設(shè)備損壞，危及人身安

39、全，主機(jī)停用及影 響大量出力的廠用設(shè)備； ⑵ II 類廠用負(fù)荷：允許短時斷電，恢復(fù)供電后，不致造成生產(chǎn)紊亂的常用設(shè)備； ⑶ III 類廠用負(fù)荷：較長時間停電，不會直接影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)不方便的廠用負(fù)荷； ⑷ 事故保安負(fù)荷 ⑸ 交流不間斷供電負(fù)荷 5-4 對廠用電接線有哪些基本要求？ 答：對于廠用電接線的要求主要有： 1）各機(jī)組的廠用電系統(tǒng)是獨(dú)立的； 2）全廠新公用負(fù)荷應(yīng)分散接入不同機(jī)組的廠用母線； 3）充分考慮發(fā)電廠正常，事故，檢修啟動等運(yùn)行方式下的供電要求，盡可能的使切換操作 簡便，啟動電源能在短時間內(nèi)投入； 4）充分考慮電廠分期建設(shè)，連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行

40、方式，特別是要注意對公用 負(fù)荷供電的影響，要便于過渡，盡量減少改變和更換裝置。 5） 200MW 及以上的機(jī)組應(yīng)設(shè)置足夠容量的交流事故保安電源。 5-5 廠用電接線的設(shè)計原則是什么？對廠用電壓等級的確定和廠用電源引接的依據(jù)是什 么？ 答：廠用電的設(shè)計原則主要是： ⑴ 廠用電接線應(yīng)保證對廠用負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機(jī)安全運(yùn)行。 ⑵ 接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常、事故、檢修等各種運(yùn)行方式的要求。 ⑶ 廠用電源的對應(yīng)供電性，本機(jī)、爐的廠用負(fù)荷由本機(jī)組供電。 ⑷ 設(shè)計時還應(yīng)適當(dāng)注意其經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展的可能性并積極慎重地采用新技術(shù)、 新設(shè)備， 使廠 用電接線具有可行性和先進(jìn)性。 ⑸ 在設(shè)

41、計廠用電接線時，還應(yīng)對廠用電的電壓等級、中性點(diǎn)接地方式、廠用電源及其引接 和廠用電接線形式等問題進(jìn)行分析和論證。 廠用電的電壓等級是根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定電壓，廠用電動機(jī)的電壓和廠用電，供電網(wǎng)絡(luò)等因 素，相互配合，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定的。 5-6 在大容量發(fā)電廠中，要設(shè)啟動電源和事故保安電源，如何實現(xiàn)？ 答：啟動電源的設(shè)計： 1）從發(fā)電機(jī)電壓母線的不同分段上，通過廠用備用變壓器引接。 2）從發(fā)電廠聯(lián)絡(luò)變壓器的低壓繞組引接，但應(yīng)保證在機(jī)組全停情況下，能夠獲得足夠的電 源容量。 3）從與電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密，供電可靠的最低一級電壓的母線引接。 4）當(dāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理時，可由外部電網(wǎng)引接專用線

42、路，經(jīng)過變壓器取得獨(dú)立的備用電源或啟 動電源。 事故保安電源必須是一種獨(dú)立而又十分可靠的電源，通常采用快速自動程序啟動的柴油發(fā) 電機(jī)組，蓄電池以及逆變器將直流變?yōu)榻涣魇鹿时０搽娫?。?300MW 及以上機(jī)組還就由附近 110kV 及以上的變壓器工發(fā)電廠引入獨(dú)立可靠的專用線路作為事故備用保安電源。 5-7 火電廠廠用電接線為什么要按鍋爐分段？為提高廠用電系統(tǒng)供電可靠性，通常都采用 那些措施？ 答：為了保證廠用供電的連續(xù)性，使發(fā)電廠安全滿發(fā)，并滿足運(yùn)行安全可靠靈活方便。所 以采用按爐分段原則。為提高廠用電工作的可靠性，高壓廠用變壓器和啟動備用變壓器采用帶 負(fù)荷高壓變壓器，以保證廠

43、用電安全，經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。 5-8 發(fā)電廠和變電站的自用電在接線上有何區(qū)別？ 答：發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)一般采用單母線分段接線形式，并多以成套配電裝置接受和分配電 能。廠用電源由相應(yīng)的高壓廠用母線供電。而變電站的站用電源引接方式主要有： 1 ）由變電站 內(nèi)主變壓器第三繞組引接，站用變壓器高壓側(cè)要選用較大斷流容量的開關(guān)設(shè)備，否則要加限流 電抗器。 2）當(dāng)站內(nèi)有較低母線時，一般由這類電壓母線上引接兩個站用電源。這種站用電源引 接方式經(jīng)濟(jì)性好和可靠性高的特點(diǎn)； 3） 500kV 變電站的外接電源多由附近的發(fā)電廠或變電站的 低壓母線引接。 5-9 何謂廠用電動機(jī)的自啟動？為什么要進(jìn)行電動機(jī)自啟動

44、校驗？如果廠用變壓器的容量 小于自啟動電動機(jī)總?cè)萘繒r，應(yīng)如何解決？ 答：廠用電系統(tǒng)運(yùn)行的電動機(jī)，當(dāng)突然斷開電源或廠用電壓降低時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就會下降， 甚至?xí)Ｖ惯\(yùn)行，這一轉(zhuǎn)速下降的過程稱為惰行。若電動機(jī)失去電壓后，不與電源斷開，在很 短時間內(nèi)，廠用電源恢復(fù)或通過自動切換裝置將備用電源投入，此時，電動機(jī)惰行還未結(jié)束， 又自動啟動恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，這一過程稱為電動機(jī)自啟動。分為：⑴失壓自啟動；⑵空載 自啟動；⑶帶負(fù)荷自啟動。若參加自啟動的電動機(jī)數(shù)目多，容量大時，啟動電流過大，可能會 使廠用母線及廠用電網(wǎng)絡(luò)電壓下降，甚至引起電動機(jī)過熱，將危及電動機(jī)的安全以及廠用電網(wǎng) 絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，

45、因此，必須進(jìn)行電動機(jī)自啟動校驗。若不能滿足自啟動條件，應(yīng)采用以下措施： ⑴ 限制參加自啟動的電動機(jī)數(shù)量。 ⑵ 機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩為定值的重要設(shè)備的電動機(jī)，因它只能在接近額定電壓下啟動， 也不應(yīng)參 加自啟動，可采用低電壓保護(hù)和自動重合閘裝置，即當(dāng)廠用母線電壓低于臨界值時，把該設(shè)備 從母線上斷開，而在母線電壓恢復(fù)后又自動投入。 ⑶對重要的廠用機(jī)械設(shè)備，應(yīng)選用具有較高啟動轉(zhuǎn)矩和允許過載倍數(shù)較大的電動機(jī)與其配 套。 ⑷在不得已的情況下，或增大廠用變壓器容量，或結(jié)合限制短路電流問題一起考慮進(jìn)適當(dāng) 減小廠用變壓器的阻抗值。 5-10 已知某火電廠廠用 6kV 備用變壓器容量為 12.5MVA,

46、 Uk（%） = 8 ，要求同時自啟動電動 機(jī)容量為11400kW,電動機(jī)啟動平均電流倍數(shù)為 5, cos（f）= 0.8, r] = 0.90。試校驗該備用變壓器 容量能否滿足自啟動要求。 解： 5-11 廠用母線失電的影響和應(yīng)采取的措施？ 答：廠用母線的工作廠用電源由于某種故障而被切除，即母線的進(jìn)線斷路器跳閘后，由于 連接在母線上運(yùn)行的電動機(jī)的定子電流和轉(zhuǎn)子電流都不會立即變?yōu)榱?，電動機(jī)定子繞組將產(chǎn)生 變頻電壓，即母線存在殘壓。殘壓的大小和頻率都隨時間而降低。電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降的快慢主要 決定于負(fù)荷和機(jī)械時間常數(shù)， 一般經(jīng)0.5S后轉(zhuǎn)速約降至額定轉(zhuǎn)速。 若在此時間內(nèi)投入備用電源，

47、 一般情況下，電動機(jī)能迅速恢復(fù)到正常穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。一般用電源的快捷切換，要求工作廠用 電源切除后，在廠用母線殘壓于備用電源電壓之間的相角差未達(dá)到第一次反相之前合上備用電 源，可保證備用電源合上時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降尚少，且沖擊電流亦小。 5-12 廠用電源的各種切換方式及其優(yōu)缺點(diǎn)？ 答：廠用電源的切換，除按操作控制分為手動與自動外，還可按廠用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，斷 路器動作順序，廠用電源切換的速度等進(jìn)行區(qū)分。按廠用電系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)廠用電源的切換 分為正常切換和事故切換。按斷路器的運(yùn)行順序廠用電源的切換分為并聯(lián)切換、斷電切換和同 時切換。按廠用電源的切換速度廠用電源的切換分為快速切換和慢

48、速切換。 第六章 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理和選擇 6-1 什么是驗算熱穩(wěn)定的短路計算時間 tk 以及電氣設(shè)備的開斷計算時間 tbr？ 答：演算熱穩(wěn)定的短路計算時間 tk 為繼電保護(hù)動作時間 tpr 和相應(yīng)斷路器的全開斷時間 tbr 之和，而tbr是指斷路器分?jǐn)嗝}沖傳送到斷路器操作機(jī)構(gòu)的跳閘線圈時起，到各種觸頭分離后的 電弧完全熄滅位置的時間段。 6-2 開關(guān)電器中電弧產(chǎn)生與熄滅過程與那些因素有關(guān)？ 答：電弧是導(dǎo)電的，電弧之所以能形成導(dǎo)電通道，是因為電弧柱中出現(xiàn)了大量的自由電子 的緣故。 電弧形成過程： ⑴電極發(fā)射大量自由電子： 熱電子 + 強(qiáng)電場發(fā)射； ⑵弧柱區(qū)的氣體游離， 產(chǎn)生

49、大量的電子和離子：碰撞游離 +熱游離。電弧的熄滅關(guān)鍵是去游離的作用，去游離方式有2 種：復(fù)合：正負(fù)離子相互吸引，彼此中和；擴(kuò)散：弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)由于熱運(yùn)行逸出弧柱外。 開關(guān)電器中電弧產(chǎn)生與熄滅過程與以下因素有關(guān)：⑴電弧溫度；⑵電場強(qiáng)度；⑶氣體介質(zhì)的壓 力；⑷介質(zhì)特性；⑸電極材料。 6-3 開關(guān)電器中常用的滅弧方法有那些？ 答：有以下幾種滅弧方式： 1）利用滅弧介質(zhì)，如采用 SF6 氣體； 2 ）采用特殊金屬材料作滅弧觸頭； 3 ）利用氣體或油 吹動電弧，吹弧使帶電離子擴(kuò)散和強(qiáng)烈地冷卻面復(fù)合； 4 ）采用多段口熄?。?5 ）提高斷路器觸 頭的分離速度，迅速拉長電弧，可使弧隙的電場

50、強(qiáng)度驟降，同時使電弧的表面突然增大，有利 于電弧的冷卻和帶電質(zhì)點(diǎn)向周圍介質(zhì)中擴(kuò)散和離子復(fù)合。 6-4 什么叫介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程？什么叫電壓恢復(fù)過程？它與那些因素有關(guān)？ 答：弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過程是指電弧電流過零時電弧熄滅，而弧隙的絕緣能力要經(jīng)過一定 的時間恢復(fù)到絕緣的正常狀態(tài)的過程為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過程。 弧隙介質(zhì)強(qiáng)度主要由斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)所決定， 隨斷路器形式而異。 弧隙電壓恢復(fù)過程是指電弧電流自然過零后，電源施加于弧隙的電壓，將從不大的電弧熄 滅電壓逐漸增長，一直恢復(fù)到電源電壓的過程，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復(fù)電壓。電壓恢 復(fù)過程主要取決于系統(tǒng)電路的參數(shù)

51、，即線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等，可能是周期性的或非周期性的 變化過程。 6-5 電流互感器常用的二次接線中，為什么不將三角形接線用于測量表計？ 答：計量用電流互感器接線方式的選擇，與電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式有關(guān)，當(dāng)為非有效接地 系統(tǒng)時，應(yīng)采用兩相電流互感器，當(dāng)為有效接地系統(tǒng)時，應(yīng)采用三相電流互感器，一般地，作 為計費(fèi)用的電能計量裝置的電流互感器應(yīng)接成分相接線（即采用二相四線或三相六線的接線方 式） ，作為非計費(fèi)用的電能計量裝置的電流互感器可采用二相三線或三相的接線方式， 6-6 為提高電流互感器容量，能否采用同型號的兩個互感器在二次側(cè)串聯(lián)或并聯(lián)使用？ 答：可以將電流互感器串聯(lián)使用，提高二

52、次側(cè)的容量，但是要求兩個電流互感器型號相同。 因為電流互感器的變比是一次電流與二次電流之比。兩個二次繞組串聯(lián)后，二次電路內(nèi)的額定 電流不變，一次電路內(nèi)的額定電流也沒有變，故其變比也保持不變。二次繞組串聯(lián)后，因匝數(shù) 增加一倍，感應(yīng)電勢也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一個二次繞只承擔(dān)二次負(fù) 荷的一半，從而誤差也就減小，容易滿足準(zhǔn)確度的要求。在工程實際中若要擴(kuò)大電流互感器的 容量，可采用二次繞組串聯(lián)的接線方式。 不能將電流互感器并聯(lián)使用。 6-7 電壓互感器一次繞組及二次繞組的接地各有何作用？接地方式有何差異？ 答： 電壓互感器一次繞組直接與電力系統(tǒng)高壓連接，如果在運(yùn)行中電

53、壓互感器的絕緣損壞， 高電壓就會竄入二次回路，將危及設(shè)備和人身的安全。所以電壓互感器二次繞組要有一端牢固 接地。 6-8 電流互感器的誤差與那些因素有關(guān)？ 答：電流互感器的電流誤差 fi及相位差Si決定于互感器鐵心及二次繞組的結(jié)構(gòu)，同時又與 互感器運(yùn)行狀態(tài)（二次負(fù)荷 Z2L及運(yùn)行鐵心的磁導(dǎo)率 科值）有關(guān)。 6-9 運(yùn)行中為什么不允許電流互感器二次回路開路？ 答：需要強(qiáng)調(diào)的是電流互感器在運(yùn)行時，二次繞組嚴(yán)禁開路。二次繞組開路時，電流互感 器由正常工作狀態(tài)變?yōu)殚_路狀態(tài)， 12=0,勵磁磁動勢由正常為數(shù)甚小的 10N1驟增為11N1,鐵 心中的磁通波形呈現(xiàn)嚴(yán)重飽和和平頂波，因此，二

54、次繞組將在磁能過零時，感應(yīng)產(chǎn)生很高的尖 頂電動勢，其值可達(dá)數(shù)千伏甚至上萬伏（與 Ki 及 Ii 大小有關(guān)） ，危及工作人員的安全和儀表、 繼電器的絕緣。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，會引起鐵心和繞組過熱。此外，在鐵心中還會產(chǎn)生剩磁， 使互感器準(zhǔn)確級下降。 6-10三相三柱式電壓互感器為什么不能測量相對地電壓？ 答：為了監(jiān)視系統(tǒng)各相對地絕緣情況，就必須測量各相的對地電壓，并且應(yīng)使互感器一次 側(cè)中性點(diǎn)接地，但是，由于普通三相三柱式電壓互感器一般為 Y, yn型接線，它不允許一次側(cè) 中性點(diǎn)接地，故無法測量對地電壓.假使這種裝置接在小電流接地系統(tǒng)中，互感器接成 YN,yn 型，既把電壓互感器中性點(diǎn)接

55、地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，將有零序磁通在鐵芯中出現(xiàn).由于 鐵芯是三相三柱的，同方向的零序磁通不能在鐵芯內(nèi)形成閉和回路，只能通過空氣或油閉合， 使磁阻變得很大，因而零序電流將增加很多，這可能使互感器的線圈過熱而被燒毀.所以，普 通三相三柱式電壓互感器不能作絕緣監(jiān)視用，而作絕緣監(jiān)視用的電壓互感器只能是三相五柱式 電壓互感器（JSJW）或三臺單相互感器接成 YN,yn型接線. 6-11運(yùn)行中為什么不允許電壓互感器二次回路短路？ 答：當(dāng)電壓互感器二次側(cè)發(fā)電短路時， 由于回路中電阻 R和剩余的電抗XL-XC均很小，短 路電流可達(dá)到額定電流的幾十倍， 此電流將產(chǎn)生很高的共振過電壓， 為此在LL上關(guān)聯(lián)

56、放電間隙 EE,用以保護(hù)。此外由于電容式電壓互感器系由電容（ C1C2）和非線性電抗所構(gòu)成，當(dāng)受到二 次側(cè)短路或斷開等沖擊時，由于非線性電抗的飽和，可能激發(fā)產(chǎn)生某次諧波鐵磁諧振過電壓， 為了擬制諧振的產(chǎn)生，常在互感器二次側(cè)接入 Do 6-12在發(fā)電廠中，電壓互感器的配置原則有那些？ 答：1）母線；2）線路；3）發(fā)電機(jī)；4）變壓器 6-13如圖6-14所示接線，設(shè) 25MW發(fā)電機(jī)（UN=10.5kV , In=1718A）,回路裝有儀表：電 流表3只，有功功率表、無功功率表、有功電能表、無功電能表、電壓表及頻率表各 1只，互 感器距控制室的距離為 60m。試選擇該回路中供測量表計用的

57、電流互感器 4及電壓互感器13。 解： 6-14選才i 10kV配電裝置的出線斷路器及出線電抗器。 設(shè)系統(tǒng)容量為150MVA,歸算至10kV 母線上的電源短路總電抗 XQm0.14 （基準(zhǔn)容量Sd=100MVA）,出線最大負(fù)荷為 560A,出線保 護(hù)動作時間tpr= 1s。 解：假設(shè)選擇斷路器為 SN10-10I INbr=16kA,全分閘時間tbr=0.1s, 基準(zhǔn)容量 Sd= 100MVA Ud=10.5kV, Id=5.5kA I d INUd 5.5 600 10500 xL (%)=(—— —x*:) 100 % =(—— -0.14 ) 100 % =2.33%

58、tNbr -IdU N 16 5500 10000 選擇4%的電抗 NKL-10-600-4 ,參數(shù)如下： 2 2 2 xL (%) =4% ies =38 .28 kA 1tt = 34 (kA) ，s 計算如下： 3)電壓損失和殘壓校驗： I dU N 5500 10000 電抗標(biāo)么值：x*L =xL(%) = 0.04 = 0.349 INUd 600 10500 x* ； = x/； ? x*L = 0.14 0.349 = 0.489 短路計算時間：tk J pr +1 =1 +0.1 =1.1S ,查短路電流計算曲線并換算成短路電流有名 值，I"=12.1kA

59、,I0.55 =9.9kA =9.35kA。 電壓損失和殘壓分別為： I max . 560 .■■：U (%) ：■. x L (%) sin =0.04 0.6 = 2.24 % ：：- 5% I n 600 I" 12 .1 .■-：U re (%) =xL(%) ——= 0.04 = 80.7% . 60 % ~ 70 % I n 0.6 4)動、熱穩(wěn)定校驗。 2 2 2 _ _ _ I " ,10 Itk/2 , Itk 12 .1 9.9 9.35 2 2 2 Q k = tk = 1.1 = 30 .42 (kA ) s ：：: 34 (kA) s

60、 12 12 ish = K sh ?. 2 I" = 2.55 12 . 1 = 30 .86 ( kA):二 38 .28 (kA ) 可見，電壓損失、殘壓、動熱穩(wěn)定均滿足要求。 6-15按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的導(dǎo)體， 為何還必須按長期發(fā)熱允許電流進(jìn)行校驗？配電裝置的 匯流母線，為何不按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面？ 答：略 6-16設(shè)發(fā)電機(jī)容量為 25MW,最大負(fù)荷利用小時數(shù) Tmax= 6000h,三相導(dǎo)體水平布置，相 間距離 a = 0.35m,發(fā)電機(jī)出線上短路時間 tk=0.2s,短路電流I * =27.2kA , i tk / 2 =21.9kA , Itk =19.2kA

61、。周圍環(huán)境溫度+40oC。試選擇發(fā)電機(jī)引出導(dǎo)體。 解： 1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。 3 1 .05 PN 1 .05 25 10 I max 1804 ( A ) .3U N cos ； 3 10 .5 0.8 I— 1804 , 查圖 6-17 曲線 2 ,信：J =0.68 A / mm ，則： SJ = = = 2653 (mm ) J 0.68 選才i 100X 10mrm的三條矩形導(dǎo)體水平布置，允許電流1a125 g = 3284 A ,集膚效應(yīng)Kf =1.7 截面積為3000mm=當(dāng)環(huán)境溫度為40 C時： 70 -40 I al 40 C =K 1

62、 al 25 c 3284 = 0.816 3284 = 2681 (A) . (I max = 1804 A) 70 _25 2)熱穩(wěn)定校驗。正常運(yùn)行時導(dǎo)體溫度: 2 . . . . 1 max 口 - 小(4 -入)^ = 40 (70 -40 ) 1 al F 2 1804 彳=54 C 1681 查表6-9,得熱穩(wěn)定系數(shù)C =93 ,則滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為: Qk =Qp Qnp 2 2 2 I" 10 Itk/2 - Itk k k Q p t tk 12 2 27 .2 2 2 - 21 .9 19 .2 2 0.2 = 2

63、6 .47 ( kA) s 12 發(fā)電機(jī)出口短路待會，非周期分量等值時間 T取0.2s 2 2 2 Q T I " = 0.2 27 .2 =148 .0( kA) s np 2 Qk = Q p - Qnp = 26.47 - 148 .0 =174 .47 (kA) s Q k K f .,174 .47 10 6 1 .7 2 2 Smin = = =185 (mm ) ：：： 3000 (mm ) C 93 滿足熱穩(wěn)定要求。 3)動穩(wěn)定校驗。導(dǎo)體自振頻率由以下求得： m =h b ：：W = 0.1 0.01 2700 = 2.7 kg/m 2 3 b

64、h 0.01 0.1 6 4 = 0.83 10 —(m ) 10 7 10 0.83 10 \ 2.7 =522 (Hz ) . 155 Hz 可不計母線共振影響。取發(fā)電機(jī)出口短路時，沖擊系數(shù) K =0.9 ,則 ish = 1 .9 ?. 2I " = 2.69 27 .2 =73 .17 (kA) 母線相間應(yīng)力計算如下: 2 /0.35 = 2646 (N / m) _7 2 _7 fph =1.73 10 ish/a =1.73 10 73170 2 bh 2 .s 3 W = = 0.5 0.01 0.1 =50 10 (m ) 2 f ph

65、 L 2 2646 1 6 Pph = = J =5.292 10 (Pa ) 10 W 10 50 10 母線同相條間作用應(yīng)力計算如下: b 10 2b — b 10 4b — b 30 -=——=0.1, = =0.091 , = = 0.273 h 100 b h 10 100 b h 110 K 12 =0.45 , K 13 =0.6 則： 9 2 9 2 fb =8(K12 +K13 ) X10 - Xish /b =8 X(0.45 +0.6) X10 - X 73170 / 0.01 = 4497 (Pa ) 臨 界跨距Lcr (每相三條鋁導(dǎo)體

66、人=1197 )及條間襯墊最大跨距 Lb max分別為： Lcr -，b4, h/fb =1197 0.01 4. 0.1 / 4497 =0.822 (m) Lb max =b、2h(二 al _」h )/ fb = 0.01 .,2 0.1(70 -5.2) 10 6 / 4497 = 0.54 (m) 所選襯墊跨距應(yīng)小于 L cr及L bmax。 6-17選才i 100MW發(fā)電機(jī)和變壓器之間母線橋的導(dǎo)體。已知發(fā)電機(jī)回路最大持續(xù)工作電流 Imax=6791A, Tmax= 5200h ,連接母線三相水平布置，相間距離 a=0.7m,最高溫度+35oC,母 線短路電流I *=36kA ,短路熱效應(yīng) Qk=421.1(kA) 2?s。 解：1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。 I =6791 A T = 5200 h max 〉 max 查圖 6-17 曲線 2,得：J = 0.78 A / mm 2 ,則： SJ = %a^ = 6791 = 8706 (mm 2) J 0.78 選擇h =225 mm , b =105 mm , C =12 .5 mm , r =1