电气专业培训教材doc.docx
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电气专业培训教材doc
第一篇电气专业基础知识
1．什么叫一次系统主结线?
对主结线有哪些要求?
一次系统主结线是由发电厂和变电所内的各种电器设备如发电机、变压
器、断路器、隔离开关、母线、电抗器和引出线等及其连线所组成的输送和分配电能连结系统．
对主结线的要求有以下五点：
（1）运行的可靠性．
（2）运行、检修的灵活性．
（3）运行操作的方便性．
（4）运行的经济性．
（5）主结线应具有扩建的可能性．
2．什么叫一次设备?
常用的一次设备有哪些?
一次设备是直接用于电力生产和输配电能的设备，经由这些设备，电能从发电厂输送到各用户．
常用的一次设备如下：
（1）生产和变换电能的设备．如生产电能的发电机，变换电压用的变压器，
发电厂中的辅助机械运转的电动机．
（2）接通和断开电路的设备．如断路器、隔离开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关等．
（3）限制故障电流或过电压的设备．如限制故障电流的电抗器，限制过电压的避雷器，限制接地电流的消弧线圈等．
3．什么叫二次设备?
常用的二次设备有哪些?
二次设备是对一次设备的工作进行监察、测量和操作控制及保护的辅助设备．
常用的二次设备包括如下设备：
（1）保护电器，用以反映故障，作用于开关电器的操作机构以切除各种故障或作用于信号．
（2）测量和监察设备．用于监视和测量电路中的电流、电压和功率等参数．
4．什么叫电力系统的静态稳定?
电力系统运行的静态稳定性也称微变稳定性，它是指当正常运行的电力系统受到很小的扰动，将自动恢复到原来运行状态的能力．
5．什么叫电力系统的动态稳定?
电力系统运行的动态稳定性是指当正常运行的电力系统受到较大的扰动，它的功率平衡受到相当大的波动时，将过渡到一种新的运行状态或回到原来的运行状态，继续保持同步运行的能力．
6．什么叫主保护?
是指发生短路故障时，能满足系统稳定及设备安全和基本要求，首先动作于跳闸，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护．
7．什么叫后备保护?
是指主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护．
8．什么叫辅助保护?
是为补充主保护和后备保护的不足，而增设的简单保护．
9．什么叫同步发电机的额定容量`额定电压`额定电流?
额定容量是指该台发电机长期安全运行的最大输出功率．
额定电压是该台发电机长期安全工作的最高电压．发电机的额定电压指的是线电压．
额定电流是该台发电机正常连续运行时的最大工作电流．
10．什么是电流的热效应?
电流通过电阻时，电阻就会发热，将电能转换为热能，这种现象叫做电流的热效应．
11．什么是正弦交流电的三要素?
（1）最大值；
（2）角频率；（3）初相位．
12．什么叫感抗`容抗和阻抗?
感抗：
在具有电感的电路里，对交流电流所起的阻碍作用，叫感抗．通常用字母XL表示，单位名称为欧姆．
容抗：
在具有电容的电路里，对交流电流所起的阻碍作用，叫容抗．通常用字母XZ表示，单位名称为欧姆．
阻抗：
在具有电阻．电感和电容串联的电路里，对交流电流所起的总的阻碍作用，称为阻抗．通常用字母Z表示，单位名称为欧姆．
13．什么叫趋表效应?
当直流电流通过导线时，电流在导线截面上分布是均匀的，导线通过交流电流时，电流在导线截面上的分布不均匀，中心处电流密度小，而靠近表面电流密度大，这种交流电流通过导线时趋于导线表面的现象叫趋表效应，也叫集肤效应．
14．交流电的有功功率、无功功率和视在功率的意义是什么?
电流在电阻电路中，一个周期内所消耗的平均功率叫有功功率．
储能元件线圈或电容器与电源之间的能量交换，时而大，时而小，为了衡量它们能量交换的大小，用瞬时功率的最大值来表示，也就是交换能量的最大速率，称作无功功率．
在交流电路中，把电压和电流的有效值的乘积叫视在功率．
15．什么叫串联谐振?
什么叫并联谐振?
在电阻、电感和电容的串联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象叫串联谐振．
在线圈和电容并联电路中，出现并联电路的端电压与总电流同相位的现象叫并联谐振．
16．一台直流电动机运行时，端电压U=210V，电流I=5A，试求该电机输入的电
功率?
解：
根据公式P=IU
电动机输入功率为P=IU=5×210=1050（W）
17．一单相电动机由220V的电源供电，电路中的电流为11A，cosΦ=0．83，试求
该电动机的视在功率、有功功率、无功功率?
解：
根据公式S=UI，P=ScosΦ，Q=（S2--P2）1/2
电动机的视在功率为S=UI=220×11=2420（VA）
电动机的有功功率为P=ScosΦ=2420×0．83=2008．6（W）
电动机的无功功率为Q=（S2-P2）1/2
=（24202-2008．62）1/2=1319．8（Var）
18．由桥式电路如图所示，已知R1=10KΩ，R2=1KΩ，调节电阻R3电阻为4．8KΩ时，检流计指示为零，电桥平衡，当E=4．5V时，试求R4电阻值是多少?
解：
根据电桥平衡条件：
R1/R2=R3/R4
R4=R2R3/R1
=1×4．8/10
=0．48（KΩ）
19．如图所示，已知R1=5Ω，R2=10Ω，R3=8Ω，R4=6Ω，R5=3Ω，求图中的等效
电阻是多少?
解：
根据电阻串、并联公式：
R4与R5并联电阻为R4．5=R4R5/（R4+R5）=2（Ω）
R4．5与R3串联电阻为R'=R3+R4．5=8+2=10（Ω）
R'与R2并联电阻为Rcb=R'R2/（R'+R2）=5（Ω）
电路等效电阻为R=R1+Rcb=5+5=10（Ω）
20．已知某三相电动机，其相电压为220V，功率因数为0．8，输入功率为3KV，试求电动机线路上的电流?
P
解：
根据三相功率公式P=3U相I相COS∮，则I=------------
3U相COS∮
当电动机三相绕组系采用星形接线时，线路上的电流为：
P3000
I线=I相=------------=-------------=5．7（A）
3U相COS∮3×200×0．8
当电动机三相绕组采用三角形接线时，线路上的电流为：
P300
I线=-----------=---------------=9．8（A）
3U线COS∮3×220×0．8
21．某一用户的三相功率表指示100KW，电压表指示380V，电流表指示200A，求该用户的电路功率因数是多少?
解：
根据三相功率公式P=3U线I线COS∮
该用户的电路功率因数为：
P100×103
COS∮=-----=-------------≈0．76．
3U线I线3×380×200
22．一台四对极异步电动机，接在工频（f=50HZ）电源上，已知转差率为2%，试求该电动机的转速?
n1-n
解：
根据公式S=--------×100%
n1
60ｆ60×50
同步转速n1=-------=--------------=750（r/min）
P4
转差率为2%的电动机的转速为：
n1s750×2%
n=n1---------=750--------------=735（r/min）
100%100%
23．由电阻R=1欧，电容器C和电感L=2mH组成的串联谐振电路，接在电压为10V，角频率为2500rad/s的电源上，求电容器C为何值时，电路发生谐振?
谐振电流是多少?
解：
根据电路谐振时XL=XC即ωL=1/ωC
发生谐振时电容值为：
C=1/ω2L=1/25002×2×10-3=8×10-5F
根据串联电路谐振特点：
谐振电流为I0=U/R=10/1=10（A）
24．某照明电路中熔断器的熔断电流为5A，现将220V`1000W的用电负载接入电路，求保险熔丝是否会熔断?
如果换成220V`1500W负载保险熔丝会怎样?
解：
根据公式：
P=UI
电路接入1000W负载时的电流为：
I1=P1/U=1000/220≈4．55（A）
4．55A小于熔丝电流5A，所以保险丝不会熔断．
电路接入1500W负载时的电流为：
I2=P2/U=1500/220≈6．82（A）
I2电流大于熔丝电流5A，所以保险丝要熔断．
25．一台三相电力变压器，其一次绕组的电压为6KV，二次绕组的电压为230V，求该台变压器的变比是多少?
若一次绕组为1500匝，试求二次绕组为多少匝?
解：
根据变压器变比
K=N1/N2=U1/U2=6×103/230=26
变压器二次绕组的匝数为：
N2=N1/K=1500/20=58（匝）
26．单相变压器的一次电压为3000V，变比为15，求二次电压是多少?
当二次侧电流为60A时，求一次电流是多少?
解：
根据变压器变比K=U1/U2=I2/I1
二次侧电压为U2=U1/K=3000/15=200（V）
一次侧电流为I=I2/K=60/15=4（A）
27．电桥电路如图所示，已知E=2．2V，R1=10Ω，R2=30Ω，R3=60Ω，R4=4Ω，R5=22Ω，求电桥电路总电流是多少?
解：
将R1R2R3（或R4R5R6）组成的三角形，用△→Y等效变换公
式，换成等效星形，其电阻为：
R1．2=R1R2/（R1+R2+R3）=10×30/（10+30+60）=3（Ω）
R1．3=R1R3/（R1+R2+R3）=10×60/（10+30+60）=6（Ω）
R2．3=R2R3/（R1+R2+R3）=30×60/（10+30+60）=18（Ω）
经串、并联其总电阻R总=11Ω
总电流为I=E/R总=2．2/11=0．2（A）
第二篇发电机
1．什么叫有功?
什么叫无功?
在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功；
用于电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功．
2．什么叫力率?
力率的进相和迟相是怎么回事?
交流电机的功率因数也叫力率．它等于有功功率与视在功率的比值．
所谓力率的进相就是送出有功吸收无功的运行状态；力率的迟相就是既发有功又发无功的运行状态．
3．调节有功的物理过程怎样?
调节有功负荷时要注意什么?
根据电机的功角特性来谈谈调节有功的过程，这时假定发电机的励磁电流不变．系统的电压也不变．
（1）增负荷过程：
当开大汽门时，发电机转子轴上的主力矩增大，此时由于电功率还没开始变，即阻力矩的大小没有变，故转子要加速，使转子和定子间的夹角就拉开一些，根据电机本身的功角特性，功角一增大，电机的输出功率就增大，也即多带负荷．转子会不会一个劲儿地加速呢?
正常时是不会的．因为电机多带了负荷，阻力矩就增大，当阻力矩大到和主力矩平衡时，转子的转速就稳定下来，此时，发电机的出力便升到一个新的数值．
（2）减负荷过程：
当关小汽门时，发电机转子轴上的主力矩减小，于是转子减速，功角变小．当功角变小时，电磁功率减少，其相应的阻力矩也变小．当阻力矩减小到和新的主力矩一样大时，又达到新的平衡，此时电机便少带了负荷．
调节有功负荷时要注意两点：
（1）应使力率尽量保持在规程规定的范围内，不要大于迟相的0.95．因为力率高说明与该时有功相对应的励磁电流小，即发电机定、转子磁极间用以拉住的磁力线少，这就容易失去稳定，从功角特性来看，送出的有功增大，功角就会接近90度，这样也就容易失去稳定．
（2）应注意调负荷时要缓慢，当机组提高出力后，一般其过载能力是要降低．
4．发电机并列有几种方法?
各有什么优缺点?
发电机并列方法分两类：
准同期法和自同期法．
准同期法并列的优点：
（1）合闸时发电机没有冲击电流；
（2）对电力系统也没有什么影响．
准同期并列的缺点：
（1）如果因某种原因造成非同期并列时，则冲击电流很大，甚至比机端三相短路电流还大一倍；
（2）当采用手动准同期并列时，并列操作的超前时间运行人员也不易掌握．
自同期并列的优点：
（1）操作方法比较简单，合闸过程的自动化也简单．
（2）在事故状况下，合闸迅速．
自同期并列的缺点：
（1）有冲击电流，而且，对系统有影响；
（2）在合闸的瞬间系统的电压降低．
5．准同期并列有哪几个条件?
不符合这些条件产生什么后果?
1）电压相等．2）电压相位一致．3）频率相等．4）相序相同．
电压不等：
其后果是并列后，发电机和系统间有无功性质的环流出现．
电压相位不一致：
其后果是可能产生很大的冲击电流，使发电机烧毁，或使端部受到巨大电动力的作用而损坏．
频率不等：
其后果是将产生拍振电压和拍振电流，这个拍振电流的有功成分在发电机机轴上产生的力矩，将使发电机产生机械振动．当频率相差较大时，甚至使发电机并入后不能同步．
6．什么叫非同期并列?
非同期并列有什么危害?
同步发电机在不符合准同期并列条件时与系统并列，我们就称之为非同期并列．
非同期并列是发电厂的一种严重事故，它对有关设备如发电机及其与之相串联的变压器、开关等，破坏力极大．严重时，会将发电机绕组烧毁端部严重变形，即使当时没有立即将设备损坏，也可能造成严重的隐患．就整个电力系统来讲，如果一台大型机组发生非同期并列，则影响很大，有可能使这台发电机与系统间产生功率振荡，严重地扰乱整个系统的正常运行，甚至造成崩溃．
7．端电压高了或低了对发电机本身有什么影响?
电压高时对电机的影响：
（1）有可能使转子绕组的温度升高到超出允许值；
（2）定子铁芯温度升高；
（3）定子的结构部件可能出现局部高温；
（4）对定子绕组绝缘产生威胁．
电压低时对电机的影响：
（1）降低运行的稳定性，一个是并列运行的稳定性，一个是发电机电压调节的稳定性．
（2）定子绕组温度可能升高．
8．频率高了或低了对发电机本身有什么影响?
频率高对发电机的影响：
频率最高不应超过52．5HZ．即超出额定值的5%．频率增高，主要是受转动机械强度的限制．频率高，电机的转速高，而转速高，转子上的离心力就增大，这就易使转子的某些部件损坏．
频率低对发电机的影响：
（1）频率降低引起转子的转速降低，使两端风扇鼓进的风量降低，使发电机冷却条件变坏，各部分温度升高．
（2）频率低，致使转子线圈的温度增加．否则就得降低出力．
（3）频率低还可能引起汽机断叶片．
（4）频率降低时，为了使端电压保持不变，就得增加磁通，这就容易使定子铁芯饱和，磁通逸出，使机座的某些结构部件产生局部高温，有的部位甚至冒火星．
（5）频率低时，厂用电动机的转速降低，致使出力下降．也对用户用电的安全，产品质量，效率等都有不良的影响．
（6）频率低，电压也低，这是因为感应电势的大小与转速有关的缘故．同时发电机的转速低还使同轴励磁机的出力减少，影响无功的输出，
9．发电机进相运行时，运行人员应注意什么?
从理论上讲，发电机是可以进相运行的．所谓进相，即功率因数是超前的，发电机的电流超前于端电压，此时，发电机仍向系统送有功功率，但吸收无功功率，励磁电流较小，发电机处于低励磁情况下运行．发电机进相运行时，我们要注意两个问题：
（1）静态稳定性降低；
（2）端部漏磁引起定子端部温度升高．
10．发电机允许变为电动机吗?
任何一种电机都是可逆的，就是说既可当做发电机运行，也可当做电动机运行，所以就发电机本身而言，变为电动机运行是完全允许的．不过这时要考虑原动机的情况，因为发电机变成电动机时，也就是说要关闭汽门，而有些汽机是不允许无蒸汽运行的．
11．三相电流不对称对发电机有什么影响？
三相电流不对称对发电机有以下主要影响：
（1）使转子表面发热；
（2）使转子产生振动．
12．发电机失磁后的状态怎样？
有何不良影响？
同步发电机失磁之后，就进入了异步运行状态，这时便相当于异步发电机．
发电机的失磁将产生的不良影响分为两方面来谈：
（1）对发电机本身的不良影响：
a．发电机失步，将在转子的阻尼系统、转子铁芯的表面、转子绕组中产生差频电流，引起附加温升，可能危及转子的安全．
b．发电机失步，在定子绕组中将出现脉冲的电流，或称为差拍电流，这将产生交变的机械力矩，可能影响发电机的安全．
（2）对电力系统的不良影响：
a．发电机未失磁时，要向系统输出无功，失磁后，将从系统吸收无功，因而使系统出现无功差额．这一无功差额，将引起失磁发电机附近的电力系统电压下降．
b．由于上述无功差额的存在，若要力图补偿，必造成其它发电机过电流．失磁电机的容量与系统的容量相比，其容量越大，这种过电流就越严重．
c．由于上述的过电流，就有可能引起系统中其它发电机或其它元件被切除，从而导致系统瓦解，造成大面积停电．
13．600MW发电机中性点采用何种方式接地?
有什么优缺点?
600MW发电机中性点采用高电阻接地的方式．为减小阻值，中性点通过一台单相变压器接地，电阻接在该单相变压器的二次侧．
600MW发电机中性点经高电阻接地的优点：
（1）限制过电压不超过2．6倍额定相电压；
（2）限制接地故障电流不超过10--15A；
（3）为定子接地保护提供电源，便于检测；
缺点：
制造困难，散热困难，占地面积大．绝缘水平要求高．
14．说出600MW发电机无刷励磁系统的原理及优缺点?
永磁机定子产生的高频400HZ电源经两组全控整流桥供给主励磁机定子励磁绕组，主励磁机电枢输出的中频200HZ电源供给旋转整流器，整流器的直流输出构成发电机的励磁电源，通过转子中心孔，导电杆馈送至发电机的励磁绕组．
发电机无刷励磁系统的优点：
（1）取消了大电流集电环及碳刷装置，防止常规换向器上火花的产生．
（2）结构紧凑．
（3）减少运行维护量．
发电机无刷励磁系统的缺点：
这种励磁控制系统中包括了励磁机的时滞，为了提高其快速性，在励磁调节器回路中加入了发电机转子电压的硬负反馈，减少了时间常数，但增加了付励磁机容量和电压值．
15．什么叫励磁系统电压反应时间?
什么叫高起始响应励磁系统?
系统强励时达到顶值电压与额定励磁电压之差的95%所需的时间称为励磁系统电压反应时间．
强励动作时，励磁电压能够在0．1秒或更短的时间内达到顶值电压与额定励磁电压之差的95%的励磁系统称为高起始响应励磁系统．
16．发电机的振荡和失步是怎么回事?
怎样从表计的指示情况来判断哪台发电机失步?
振荡和失步时运行人员怎么办?
同步发电机正常运行时，转子的转速和定子磁场的同步转速处于同步状态．当负荷突然变化时，由于转子惯性作用，转子位移不能立刻稳定在新的数值，而要引起若干次在新的稳定值左右的摆动，这种现象就是同步发电机的振荡．当发生振荡的机组的转速不再和定子磁场的同步转速一致时，造成发电机与电力系统非同期运行，这种现象就是同步发电机的失步．
从表计的指示上来看振荡或失步有以下现象：
（1）定子电流表的指针剧烈摆动，电流有可能超过正常值；
（2）发电机电压表和其它母线电压表的指针剧烈摆动，且经常是降低；
（3）有功电力表的指针在全刻度摆动；
（4）转子电流表的指针在正常值附近摆动．
在事故情况下往往是并列运行着的各台电机的表计都在摆动，这可以从以下几方面来区别：
（1）由于本厂发生事故引起的失步，总可以从本厂的操作原因或故障地点来判定哪一台有关机组可能失步；
（2）一般来说，失步电机的表计摆动幅度比别的电机厉害；
（3）失步电机有功电力表的摆动是全刻度的，甚至撞到两边的针档，而其它机组则在正常负荷值左右摆动，而且当失步电机的有功电力表的表针摆向零或负时，其它电机的表针则摆向正的指示值大的一侧，即两者摆向正好相反．
若发生趋向稳定的振荡，即愈振荡愈小，则不需要操作什么，振荡几下就过去了，只要做好处理事故的思想准备就行．
若造成失步时，则要尽快创造恢复同期的条件．一般可采取下列措施：
（1）增加发电机的励磁．
（2）若是一台电机失步，可适当减轻它的有功出力；
（3）按上述方法进行处理，经1--2分钟后仍未进入同步状态时，则可将失步电机与系统解列．
17．发电机励磁系统振荡是怎么回事?
并说出电力稳定器PSS的原理和作用．
励磁系统振荡由于励磁系统有较大的电磁惯性．调节器引起的负阻尼在一定情况下（高负荷水平，弱联系）就会对电力系统的动态稳定产生不利影响．就会引起小幅度的，低频的振荡．
PSS的原理如下：
PSS的信号源是由装于机组轴上的磁阻变换器提供的转速信号，磁阻变换器能产生比例于轴转速的电压信号，对应于额定转速该电压信号为3000HZ．20V（有效值）当发电机转速发生变化时，该输出信号的频率也发生变化．此信号经转速检测器和频率变换器后转变为一正比于转速偏差的稳定的直流电压信号，滤波器将机组转速扭振频率干扰信号滤除，超前、滞后网络后用以补偿励磁控制系统的惯性时滞，使稳定器获得合适的相位整形回路用以消除信号中稳定的转速误差以及前述各回路中偏差的影响，最后稳定信号经限制器送到交流调节器中的电压偏差检测器，此稳定信号的极性在转速高于额定转速时，增加发电机励磁．
作用：
改善电力系统阻尼特性，通过电压调节器向系统提供正阻尼，以提高系统的动态稳定性．
18．定子绕组单相接地对发电机有危险吗?
怎样监视单相接地?
定子绕组单相接地时，故障点有电流流过，就可能产生电弧．若电弧是持续的，就可能将铁芯烧坏，严重时会把铁芯烧出一个大缺口．
单相接地的监视，一般采用接在电压互感器开口三角侧的电压表或动作于信号的电压继电器来实现，也可用切换发电机的定子电压表来发现．
19．发电机转子发生一点接地可以继续运行吗?
转子绕组发生一点接地，即转子绕组的某点从电的方面来看与转子铁芯相通，此时由于电流构不成回路，所以按理也应能继续运行．但转子一点接地运行不能认为是正常的，因它有可能发展为两点接地故障．两点接地时部分线匝被短路，因电阻降低，所以转子电流会增大，其后果是转子绕组强烈发热，有可能被烧毁，而且电机产生强烈的振动．
20．短路对发电机和系统有什么危害?
短路对发电机的危害：
（1）定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用，有可能使线棒的外层绝缘破裂；
（2）转子轴受很大的电磁力矩的作用；
（3）引起定子绕组和转子绕组发热；
短路对电力系统的影响：
（1）可能引起电气设备的损坏．
（2）可能因电压低而破坏系统的稳定运行．
21．发电机大轴上的接地电刷是干什么用的?
发电机大轴接地电刷具有如下三种用途：
（1）消除大轴对地的静电电压；
（2）供转子接地保护装置用；
（3）供测量转子线圈正、负极对地电压用．
22．发电机运行中应检查哪些项目?
发电机在运行过程中应定期进行检查，以便及时发现问题，解决问题，保证安全运行．发电机定期检查的项目有：
（1）定子线圈、铁芯、转子线圈、硅整流器和发电机各部温度应正常，两侧入口风温差不超过3℃；
（2）发电机、励磁机无异常振动、音响、气味；
（3）氢压、密封油压、水温、水压应正常，发电机内应无油；
（4）引出室、油开关室、励磁开关和引出线设备清洁完整，接头无放电和过热现象；
（5）发电机内有无流胶、渗水等现象；
（6）氢气冷却器是否漏水，放空气门能否排气排水；
（7）电刷清洁完整无冒火；
对有硅整流器的机组还应检查：
（1）硅整流器元件故障指示灯应不亮；
（2）硅整流器各部应无过热现象；
（3）整流柜风机运行正常；
（4）电容器应无漏油现象；
（5）整流装置各表计不应超过额定数值，指示信号应正常；
（6）整流元件监视温度为85℃：
对装有调节器及感应调压器的机组还应检查：
（1）调节器各元件无异常、无过热、无焦味、各表计指示正常；
（2）正常运行中调节器柜内，各电位器均应在规定位置，不准随意改动；
（3）感应调压器运行声音正常，无振动和过热现象；
（4）感应调压器各表计指示正常．
23，发电机启动操作中有哪些注意事项?
（1）在升压过程中及升压至额定值后，应检查发电机及励磁机的工作状态，如有无振动，电刷接触是否良好，出口风温是否正常等；
（2）
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