发电厂电气主系统期末复习题.docx

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发电厂电气主系统期末复习题

第1章基本概念

1.了解现阶段我国电力工业的发展方针、现状

发展现状：

目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代。

（1）我国发电装机容量和年发电量均居世界第二位

（2）各电网中500KV（包括330KV）主网架逐步形成和壮大。

220KV电网不断完善和扩充

（3）1990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的±500KV直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网

（4）随着500KV网架的形成和加强，网络结构的改善，电力系统运行的稳定性得到改善。

（5）省及以上电网现代化的调度自动化系统基本实现了实用化。

（6）数据通信为特征的覆盖全国各主要电网的电力专用通信网基本形成

2、火电厂的电能生产过程及其能量转换过程P14

火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。

整个过程可以分为三个系统：

1、燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；2、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；3、由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。

能量的转换过程是：

燃料的化学能－热能－机械能－电能。

3、水力发电厂的基本生产过程

答：

基本生产过程是：

从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。

4、五防

防止误拉合隔离开关、带接地线合闸、带电合接地开关、误拉合断路器、误入带电间隔

1、发电厂的类型

火电厂：

凝汽式火电厂、热电厂，燃气轮机电厂

水电厂：

堤坝式水电厂（坝后式，河床式）、引水式水电厂、抽水蓄能电站（调峰，填谷，调频）

核电厂：

最多是轻水堆核电厂，即压水堆、沸水堆核电厂

新能源发电：

风力发电、海洋能发电、地热发电、太阳能发电、磁流体发电

2、电能优点：

1.便于转换2.通过输送线路可以远距离经济输送，供给给远方用户使用3.便于控制4.清洁能源

1、电气设备的分类：

满足电能生产、转换、输送、分配，并保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，在发电厂和变电站中安装有各种电气设备。

按作用不同，分为一次设备和二次设备。

2、一次设备：

生产、转换、输送、分配和使用电能的设备。

包括：

（1）生产和转换电能的设备：

发电机电动机变压器

（2）接通或断开电路的开关电器：

断路器隔离开关接触器熔断器

（3）限流电器和防压电器：

避雷针，避雷器，避雷线

（4）载流导体：

裸导体，绝缘导线，电力电缆

（5）补偿设备；调相机，电力电容器，消弧线圈，并联电抗器

（6）仪用互感器

（7）接地装置

3、二次设备：

对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备。

包括：

（1）测量仪表

（2）绝缘监察装置（3）继电保护及自动装置（4）直流设备（5）控制和信号设备及控制电缆

第二章电弧各类元件

1.电弧：

一种气体游离放电现象，碰撞游离产生电弧。

热游离给弧隙提供了大量的自由电子，电流继续流过，电弧燃烧难以维持。

在开关电器中，电弧是有害的。

2.开关断开时产生电弧的原因：

强电场发射（最初产生电子的原因），热电子发射。

关合时：

强电场发射

3.电弧的熄灭：

去游离过程a.复合去游离b.扩散去游离（温度扩散浓度扩散吹弧扩散）

4.交流电弧熄灭的条件：

Ud（t）>Ur（t）

5.交流电弧熄灭的方法：

1利用灭弧介质，2吹弧，3采用特殊金属材料作灭弧触头,4提高断路器触头的分离速度5,采用多断口灭弧（用于电压等级较高电路）,6在断路器主触头两端加装低值并联电阻

6.并联电阻作用:

将弧隙恢复电压由周期性振荡特性恢复电压转变为非周期性恢复电压,大大降低了恢复电压的上升速度和幅值,改善了断路器的灭弧条件.

7.并联电容作用:

每个断口加装均压电容C，使每个断口工作条件基本一致。

各类电器元件

1.高压断路器:

a）.作用:

（1）控制作用。

根据电力系统运行的需要，将部分或全部电气设备，以及部分或全部线路投入或退出运行。

（2）保护作用。

当电力系统某一部分发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，断开故障设备。

b）.分类:

油断路器,SF6断路器,真空断路器,压缩空气断路器

2.隔离开关:

隔离电压,倒闸操作,分合小电流电路

3.电流互感器TA:

作用:

1）将电气一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流（5AOR1A）,供电给测量仪表和保护装置继电器的电流线圈,使测量仪表和继电器标准化,小型化,结构轻巧,价格便宜,便于屏内安装

2）使电气二次设备与一次高压部分隔离,并且互感器的二次侧一端接地,从而能保证二次设备和人身的安全.

特点:

1）TA的一次绕组串联于电气一次回路中,流过一次绕组的电流仅由被测电路的负荷决定,与二次绕组无关.

2）TA的二次绕组匝数较多,二次负载电流线圈相互串联后接于二次绕组两端.

3）二次侧接近短路状态运行,不允许开路.

若二次绕组开路，则二次磁势比正常状态的合成磁势增大了许多倍，使铁芯中的磁通急剧增加而达到饱和状态。

铁芯饱和致使随时间变化的磁通波形变为平顶波。

在波形的上升沿和下降沿，因磁通急剧变化而在二次绕组内产生的感应电势E2可达数千伏甚至上万伏，危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝缘。

由于磁感应强度骤增，会引起铁心和绕组过热，使互感器损坏。

铁心中会产生剩磁，使互感器特性变坏，误差增大。

4）电流互感器的准确级概念：

准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。

tpy

4.电压互感器:

作用:

1）将电气一次回路的高电压变为二次回路标准的低电压（100OR100/根2）供电给测量仪表和保护装置继电器的电流线圈,使测量仪表和继电器标准化,小型化,结构轻巧,价格便宜,便于屏内安装

3）使电气二次设备与一次高压部分隔离,并且互感器的二次侧一端接地,从而能保证二次设备和人身的安全.

特点:

1）一次绕组并联于电气一次回路中,流过一次绕组的电流仅由被测电路的负荷决定,与二次绕组无关.

2）二次侧接近开路状态运行

3）3~35kv经隔离开关和熔断器接入电网,110kv以上只经隔离开关

电压互感器二次绕组运行中不能短路。

因为电压互感器二次侧线圈匝数比一次侧线圈匝数要少，但线径较大，根据变压器原理，一旦二次侧短路，势必在二次侧引起很大的短路电流，会造成互感器烧毁

4）电压互感器的准确级：

准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，二次负荷功率因数为额定值时，电压误差的最大值。

5.电抗器：

a）作用：

限制短路电流

b）普通电抗器的选择

i.额定电压的选择

ii.额定电流的选择

iii.电抗百分值的选择

iv.电压损失校验

v.母线残压校验

vi.热稳定和动稳定校验

c）分裂电抗器的选择

i.每臂额定电流的选择

ii.每臂电抗百分值的选择

iii.电压波动校验

iv.动稳定校验：

分别按单臂流过短路电流和两臂同时流过反向短路电流两种情况进行校验

d）进行电压损失校验和母线残压校验的目的：

i.电压损失校验时为保证电能质量，不至于使得正常工作电压损失过多，电压偏低

ii.母线残压校验是为出线电抗器短路时，该母线所供其他回路的电动机不至惰行

e）分裂电抗器与普通电抗器的异同：

分裂电抗器与普通电抗器相比正常运行时电抗值小，电抗上压降小，较普通电抗器多一倍出线，出线发生短路时，限制短路电流作用相同，当分裂电抗器两臂负荷不等时，造成两臂电压不平衡，甚至可能过电压

第三章电气主接线

1、主接线的基本要求：

1、可靠性

（1）发电厂、变电站在电力系统中的作用和地位

（2）负荷性质和类别（3）设备制造水平（4）长期实践运行经验。

2、灵活性

（1）调度灵活、操作方便

（2）适应发展、扩建方便。

3、经济性

（1）投资省

（2）占地少（3）电能损耗少

2、母线的作用：

汇集、分配和传送电能

3、主接线的基本接线形式

A.有汇流母线

1.单母线：

适用于出线回路少、没有重要负荷的发电厂和变电

2.单母分段：

一般适用于中小容量发电厂和变电所的6～10kV接线中

3.双母线：

出线带电抗器的6~10KV配电装置；35～60KV出线超过8回，或连接电源较大、负荷大110～220KV出线大于等于5回时

4.双母线分段：

发电厂的发电机电压配电装置中，220～500KV大容量配电装置

5.旁路母线配置原则：

110KV及以上高压配电装置中，因电压等级高，输送功率较大，送电距离较远，因此不允许因检修断路器而长期停电，故需设置旁路母线。

110KV出线在6回以上、220KV出线在4回以上，宜采用带专用旁路断路器的旁母。

6.一台半断路器接线：

优点：

（1）可靠性高:

1、每回出线由两台断路器供电

2、一母线故障由令一条母线供电

（1）运行方式灵活

（2）操作检修方便：

隔离开关只做检修

时隔离电压，没有复杂的倒闸

操作；检修任意母线和短路器

时进出线回路都不需要切换

操作

缺点：

（1）断路器多，投资大

（1）继电保护和二次回路的设计、调整、检修等比较的复杂

同名回路配置原则：

1）同名回路应布置在不同串上，以免当一串的中间断路器故障（或一串母线侧断路器检修）同时串入另一侧回路故障时，使该串中两个同名回路同时断开。

2）在只有两串的情况下,对于特别重要的同名回路,应分别接入不同的母线,称为交叉换位,以避免一串中联络断路器检修时,另一串两个回路中的任意个故障,同时切除两个同名回路,可能造成全场停电.

3）当接线串数多于两串时,由于是多环路供电方式,也可以不进行交叉换位.此时各回路也可以不装设隔离开关.

适用的范围：

大型电厂和变电所220KV及以上、进出线回路数6回及以上的高压、超高压配电装置中。

B.无汇流母线

1、桥形接线:

只有两台变压器或两条线路则采用

内桥:

变压器不需要经常切换,输电线路长,穿越功率小的线路.线路故障不影响变压器,变压器故障影响线路.

外桥:

线路短,变压器经常切换,穿越功率大的线路.变压器故障不影响线路

2、角形接线:

断路器台数等于进出线路数,正常运行闭环接线,断路器检修时开环接线

3、单元接线:

发电机与变压器直接相连,中间不设母线

第四章发电厂相关

1.发电厂厂用电电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，厂用负荷的用电统称为厂用电。

2.厂用电率：

厂用电耗电量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。

3.厂用负荷的分类:

根据用电设备在生产中的作用和突然断电造成的危害程度

A.1类厂用负荷:

不允许短时停电,两个独立电源供电,自由切换

B.2类厂用负荷:

允许短时停电,两个独立电源供电,手动切换

C.3类厂用负荷:

允许长时停电,1个电源供电

D.事故安保负荷:

事故停机过程中及停机后的一段时间内仍必须保证供电

E.交流不间断供电负荷:

在机组启动运行以及正常和事故停机过程中,甚至在停机后的一段时间内,需要连续供电并具有恒频恒压特性

4.厂用电压等级:

根据发电机的额定电压,厂用电动机的额定电压和厂用供电网络的可靠经济运行等因素,经过技术经济综合比较后确定

高压厂用电压:

3,6,10KV

低压厂用电压:

380/220V

5.厂用电源的种类及引接：

1、工作电源:

保证发电厂正常运行最基本的电源.当主接线具有发电机电压母线时，则厂用工作电源一般直接从母线上引接;当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用高压工作电源从主变压器的低压侧引接；低压厂用工作电源由高压厂用母线通过厂用低压变压器引接

2、备用电源:

当厂用工作电源故障或检修退出运行时替代工作电源

暗备用:

水电厂,变电所明备用:

火电厂

引接方式:

（1）从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器）引接；

（2）从发电厂联络变压器的低压绕组引接；（3）从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线引接；（4）当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源或启动电源。

3、厂用起动电源：

单机容量大于200Mw需要设置

4、事故保安电源：

蓄电池组柴油发电机组，燃气轮机组，可靠的外部独立电源

5、交流不间断电源

6.厂用电接线形式：

单母线独立分段接线

火电厂采用“按炉分段”,水电厂按水轮发电机组分段;对200mw以上大型机组设置公用母线段;电动机采用个别供电或成组供电

7.厂用电动机自起动：

A.定义:

当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至停止运行，当电动机不与电源断开,在很短时间内,厂用电压又恢复或备用电源自动投入,电动机从惰行恢复到稳定状态运行的过程。

B.种类:

失电压自起动空载自起动带负荷自起动

C.特点:

成组起动,起动电流大

D.校验:

电压校验,容量校验

E.进行电动机自起动校验原因:

若参加自起动的电动机数量过多,总容量较大,则起动电流过大,可能会引起厂用母线及厂用电网络电压下降,甚至引起电动机过热,将危及电动机安全以及用电网络的稳定运行.

F.保证顺利自启动的措施:

1.限制参加自启动电动机的数量2.阻转矩为定值的重要设备的电动机不参加自启动3.对重要的机械设备选用具有高起动转矩和允许过载倍数较大的电动机4.增大变压器容量

第六章电气设备选择

1、电气设备选择的一般条件

按正常工作条件进行选择额定电压和额定电流，按短路状态来校验热稳定和动稳定

2.普通电抗百分数的选择

a.按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。

b.正常运行时电压损失校验。

c.母线残压校验。

3.导体的选择

a）软导线：

钢芯铝绞线，组合导线，空心导线，扩径导线，分裂导线

b）硬导体

i.矩形35kv及以下，工作电流不超过过4kA的屋内配电装置

ii.槽型35KV以下，4-8KA的配电装置

iii.管型8KA以上的大电流母线

4、裸导体截面积的选择:

按导体长期发热允许电流选择和按经济电流密度选择。

对于各电压等级配电装置中的主母线：

按长期发热允许电流（该回路最大持续工作电流）选择。

对于年负荷利用小时数大（Tmax>5000h）、传输容量大、长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体，按经济电流密度选择。

第七章配电装置

1、配电装置：

根据主接线的连接方式，由开关设备，保护设备，测量设备，母线以及必要的辅助设备组成，用来接收和分配电能的装置。

2.最小安全净距：

最小安全净距是指再这一距离下，无论再正常最高工作电压或出现内、外部过电压时，都不致使空气间隙被击穿。

A值：

A1－带电部分至接地部分之间的最小电气净距75200A2－不同相的带电导体之间的最小电气净距75200B值：

B1－带电部分至栅状遮拦间的距离和可移动设备在移动中至带电裸导体间的距离825950B2－带电部分至网状遮拦间的电气净距175300C值：

无遮拦裸导体至地面的垂直净距。

保证人举手后，手与带电裸体间的距离不小于A1值。

23752700D值：

不同时停电检修的平行无遮拦裸导体之间的水平净距18752200。

E值：

屋内配电装置通向屋外的出线套管中心线至屋外通道路面的距离。

3.配电装置安装方法：

装配式配电装置成套式配电装置

4.配电装置的设备装设地点：

A）屋内配电装置特点：

1.由于允许安全净距小而且可以分层布置而使占地面积小

2.维修.巡视和操作在室内进行,不受气候的影响

3.外界污秽的空气对电气影响较小，可减少维护的工作量

4.房屋建筑的投资大

B）屋外配电装置特点：

1.土建工作量和费用较小，建设周期短

2.扩建比较方便

3.相邻设备之间距离较大，便于带电作业

4.占地面积大

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有影响

5.屋内配电装置的分类：

1、单层式屋内配电装置是把所有电气设备均布置在一层房屋内，适用于出线无电抗器、母线为单母线或双母线的各种类型降压变电所，发电厂厂用电高压配电系统和小型发电厂。

单层式多采用成套式配电装置。

2、三层式屋内配电装置是将母线放在最高层。

按照主接线的顺序（依其轻重）、将各回路电气设备自上而下地分别布置在三层房屋内。

它的特点是可靠性高、占地面积小，但结构复杂、造价较高，运行维护与检修工作也不方便。

3、二层式结构，将断路器、电抗器布置在第一层，将母线、母线隔离开关等较轻设备布置在第二层。

适用于有出线电抗器的大、中型发电厂。

与三层式相比，二层式占地面积略有增加，但运行维护与检修均较方便，造价也明显下降．因此得到了广泛采用。

6.屋外配电装置的的分类

1、中型配电装置

所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上

母线稍高于电气设备所在水平面

普通中型配电装置的母线和电气设备完全不重叠

分相中型配电装置是指母线隔离开关分相布置在母线的正下方

优点是：

布置较清晰，不易误操作，运行可靠

构架高度较低，抗震性能较好

检修、施工、运行方便，且已有丰富经验

所用钢材少，造价较低

缺点：

占地面积较大

普遍应用于110～500kV电压级

2、高兴配电装置

各母线和电气设备分别安装在几个不同高度的水平面上，旁路母线和断路器、电流互感器等电气设备重叠布置，隔离开关之间重叠布置

一组主母线与另一组主母线重叠布置，主母线下没有电气设备

（主要用于220kV电压等级的以下情况：

1高产农田或地少人多的地区2场地狭窄或需要大量开挖、回填土石方的地方3原有配电装置需扩建，而场地受到限制110kV电压级中较少采用；330kV及以上不采用）

优点：

充分利用空间位置，布置紧凑，纵向（与母线垂直的方向）尺寸最小

占地只有普通中型配电装置的40％～50％

母线、绝缘子串和控制电缆的用量也比中型少

缺点是：

耗用钢材较中型配电装置多15％~60%

操作条件比中型配电装置差

检修上层设备不方便

抗震能力比中型配电设备差

3、半高型配电装置

将一组母线置于高一层水平面上，并与隔离开关、断路器、电流互感器等设备上下重叠布置，另一组母线和隔离开关、旁路母线和旁路隔离开关布置在两侧（与高型配电装置类似，各母线和电气设备分别装在几个不同高度的水平面上，被抬高的母线（可以是主母线或旁路母线）与断路器、电流互感器等部分电气设备重叠布置与高型配电装置不同，一组母线与另一组母线不重叠布置）

优点：

布置较中型紧凑、纵向尺寸较中型小

占地约为中型的50％～70％，耗用钢材与中型接近

施工、运行、检修条件比高型好

母线不等高布置，实现进、出线均带旁路比较方便。

缺点：

隔离开关下方没有设置检修平台，检修不够方便。

5、电抗器的安装布置方式

垂直布置、品字形布置、水平布置。

垂直布置时B相应放在上下两项之间，品字形布置时不应将A、C相重叠在一起。

其原因是B相电抗器线圈的缠绕方向与A、C相线圈相反，这样在外部短路时，电抗器相间的最大作用力是吸引力，而不是排斥力，以便利用瓷绝缘子抗压强度比抗拉强度大得多的特点。

第八章二次接线

　　一、二次接线图

　　二次接线图的内容

　　1、二次接线图----表示二次设备相互连接的电气接线图。

　　2、二次回路

　　包括交流电压回路、交流电流回路、控制回路、监测回路、保护回路、信号回路、调节回路等。

　　3、在二次接线图中，设备图形符号按常态画出；

　　4、常态：

断路器主触头断开或元件不带电时的状态；三、安装接线图

　　为了施工、运行和维护方便，在展开图的基础上，还应进一步绘制安装接线图。

安装接线图包括屏面布置图、屏后接线图、端子排图和电缆联系图。

　　1、屏面布置图

　　屏面布置图是展示在控制屏（台）、继电保护屏和其他监控屏台上二次设备布置情况的图纸，是制造商加工屏台、安装二次设备的依据。

　　2、屏后接线图

　　站在屏后所看到的接线图。

　　3、安装单位

　　一个屏内某个一次回路所有二次设备的总称。

　　4、相对编号法

　　“甲编乙的号，乙编甲的号。

”

　　8—3断路器的控制与信号接线

　　1、跳跃

　　断路器手动合闸合在永久性故障线路上，继电保护动作，断路器跳闸，若此时合闸按钮未松开或触点卡住不能复位，断路器再次跳闸，而在继电保护动作，断路器又跳闸,这种一次合闸操作造成断路器多次合、跳闸的现象称为跳跃。

　　8—4中央信号

　　一、中央信号包括事故信号和预告信号

　　1、事故信号：

断路器事故跳闸后发出的信号。

此时，信号灯闪光，电喇叭响。

　　2、预告信号：

设备运行中出现危及安全的异常情况时发出的信号。

　　此时断路器不跳闸，电喇叭发出的响声不同于事故信号的响声。

此外，音响为延时启动（在0—8秒范围内可调），小于延时的动作信号，便不会发出音响，以免造成误动。

第九章变压器

1.发电厂主变压器台数的选择：

a）应设置发电机电压母线，接在其上的主变压器不少于两台。

b）大容量的发电机一般采用单元接线

2.变电所主变压器台数的选择：

一般装设两台主变压器

3.发电厂主变压器容量的选择：

a）发电厂出力最大，而发电机电压母线上的负荷最小时，扣除厂用电负荷后，主变压器能将剩余的功率送入电力系统。

b）发电机电压母线上的最大一台发电机停机或因供热负荷变动或因电力系统经济运行要求而需限制本厂出力时，主变压器应能从电力系统倒送功率，满足发电机电压母线上的最大负荷和厂用电的需要

c）若发电机电压母线上接有两台或两台以上主变时，其中一台容量最大的主变压器退出运行时，应该能输送母线最大剩余功率的70%以上

4.变电所主变压器容量的选择：

a）所选择的N台主变压器的容量和，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷

b）装有两台及以上主变压器的变电所中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220KV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部1类负荷和大部分2类负荷（220KV以上全满足）

5.主变压器型式的选择：

a）相数选择：

330KV以下三相变500KV以上单相变

b）绕组数：

双绕组，三绕组，自耦变，分裂绕组变

c）接线组别：

Y/角-11

d）调压方式：

有载无载：

能满足电压正常波动情况下一般采用

6.变压器发热，寿命，老化

a）变压器的最热点在高度方向的70-75%，径向温度最高处位于绕组厚度的1/3处

b）热老化定律（6度规则）：

绕组温度每增加6度，老化加倍，绝缘使用寿命缩短一半

c）等值老化原则：

在一定的时间间隔T内，绕组温度变化时损失的寿命等于恒温98%，运行时的正常寿命损失T

d）等值空气温度：

指某一空气温度，如果在一定时间间隔内维持此温度和变压器所带负荷不变，变压器所遭受的绝缘老化等于空气温度自然变化时的绝缘老化

7.变压器的负荷能力：

变压器在短时间内所能输出的功率，在超过额定容量。

取决于：

1.变压器的电流和温度容许限值2.负荷变化和周围环境温度以及绝缘老化程度

8.变压器的事故过负荷是以牺牲变压器正常使用寿命为代价的。

绕组最热点温度不得超过140度，电流不得超过额定电流的2倍

9.变压器的理想并列运行条件：

1.电压比相等2.短路阻抗相等3.绕组连接组别相同

10.自耦变压器：

a）效益系数：

标准容量与额定容量之比Kb=1-1/K12,Kb越小经济性越好

b）