发电厂电气设备及运行课后习题.docx
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发电厂电气设备及运行课后习题
第一章：
1、电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和用电设备有机连接起来的整体。
电力网是指在电力系统中，由升压和降压变电所通过输、配电线路连接起来的部分。
2、电气设备的额定电压是能使发电机、变压器和用电设备在正常运行时获得最佳技术效果的电压。
我国电力网额定电压等级如下：
0.22、0.38、3、6、35、110、220、330、500、750、1000kV。
按电压等级高低分类：
低压电网：
3kV以下、高压电网：
3~330kV、超高压电网：
330~1000kV、特高压电网：
1000kV及以上。
按供电范围分类：
地方性电网，电压等级<110kV，供电距离<100km，区域性电网：
电压等级>100kV，供电距离>100km。
（了解）形成联合电力系统的优势：
1）各系统用电负荷的错峰效益；2）提高供电可靠性、减少系统备用容量；3）有利于安装单机容量较大的机组；4）进行电力系统的经济调度；5）调峰能力互相支援。
3、发电厂类型：
按一次能源取得的方式不同分类：
火力发电厂：
70％以上、水力发电厂、核电厂、其它形式电厂、风力电厂、太阳能电厂、地热电厂、潮汐电厂等。
火电厂的特点1、布局灵活，装机容量可根据需要决定。
2、一次性建造投资少，设备年利用率高。
3、动力设备多，机组操作复杂。
4、耗煤多，污染大。
水电厂的特点可综合利用水资源。
2、发电成本低，效率高，无污染。
3、运行灵活，4、水能可以存储和调节。
5、初期投资大，工期长。
6、受水文天气影响，可能影响环境。
4、火电厂电能生产过程：
（1）燃烧系统:
燃料的化学能在锅炉燃烧中装变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽。
（2）汽水系统：
锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能。
（3）电气系统：
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。
5、（了解）抽水畜能电厂的作用：
调峰、填谷、备用、调频、调相。
6、变电站按地位分类：
枢纽变电站、中间变电站、地区变电站、终端变电站。
按用途分类：
升压变电站、降压变电站、联络变电站。
第二章：
1、一次设备的概念：
生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。
开关电器作用：
正常运行时合、分电路；事故（短路）时能在继电保护装置控制下切断故障回路；检修时使被检修设备与电源可靠隔离。
高压断路器作用：
①正常状况下，控制各电力线路和设备的开断与闭合。
②电力系统发生故障时，能自动切除短路电流，保证电力系统正常运行。
具有灭弧装置。
可做操作电器！
文字符号：
QF
隔离开关作用：
①设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显的开端点，以保证工作人员和设备的安全。
②一般与断路器配合使用，进行倒闸操作，以改变电力系统的运行方式。
无灭弧装置，不能开断电流，故不可做操作电器！
文字符号：
QS.负荷开关作用：
①专门用来接通或断开正常工作时的负荷电流，但不能切断短路电流！
具有灭弧栅。
②一般与熔断器配合使用。
由熔断器切断过载及短路电流，由负荷开关接通或断开负荷电流。
文字符号:
QL.高、低压熔断器:
作用：
流过短路电流或较长时间过电流时熔断，来保护电器设备。
FU.低压断路器（自动空气断路器、自动空气开关）作用：
①对低压配电电路实行通断操作。
②当电路内出现故障时，能在自身开关所带保护元件作用下自动断开主回路。
QA
接地开关作用：
检修设备时起隔离电源的作用。
QE电抗器。
作用：
限制电力系统中短路电流。
文字符号：
L避雷器作用：
防御电力系统过电压。
载流导体作用：
连接各种电气设备（使发电、输电、用电成为一个可灵活调度的系统）。
接地装置作用：
是电力系统正常运行的需要，也是安全用电的有效措施。
2、二次设备：
对一次设备的工作进行监察、测量、控制和保护的设备称二次设备。
包括：
测量表计
、继电保护及自动装置、直流电源设备、互感器.电气主接线概念：
由一次设备按照预期的生产流程所连成的回路，称一次回路，又叫一次接线、电气主接线。
配电装置概念：
根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体。
二次接线概念：
二次设备连成的电路，称二次电路，又称二次接线。
二次接线作用：
为了保证一次接线安全、可靠、经济的运行，对一次接线中的设备实施测量、控制、调节。
第三章：
第三章发热有何危害：
1、⑴使绝缘材料的绝缘性能降低。
⑵使金属材料的机械强度下降。
⑶使导体接触部分的接触电阻增加。
2、发热的两种形式：
长期发热：
由正常工作电流产生，短时发热：
由短路电流产生。
3、正常情况下导体发热的计算目的：
通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程，计算导体的温度，使这个温度不超过正常最高允许温度。
由温升变化曲线可得出如下结论：
⑴温升τ起始阶段上升很快，随时间的延长，其上升速度逐渐减小。
⑵达到稳定温升的时间，从理论上讲应该是无穷大，实际上，当t>（3~4）Tr时，其温升值即可按稳定温升τw计。
⑶对于某一导体，当通过不同的电流时，由于发热量不同，稳定温升也就不同。
4、短时发热计算的目的：
通过分析导体通过短路电流时的发热过程，确定导体达到的最高温度Qh，使这个温度不超过短时发热的最高允许温度。
Qh的求法步骤：
1、由，求Qk。
（可采用近似计算法或辛卜生法）
2、由已知的导体温度Qw，从相应的导体材料的曲线上查出Aw。
3、将值带入式，求出Ah。
4、由从曲线上查出值Qh.Qk的的求法－－等值时间法与实用计算法。
5、电动力的概念:
在配电装置中，电气设备和载流导体有电流流过时，相互间存在作用力，称为电动力。
三项并排线路中中间相电动力最大。
6、对电气设备及主接线进行可靠性分析计算的目的：
1）通过电气设备的可靠性数据来分析计算电气主接线的可靠性。
（2）对不同主接线方案进行可靠性指标综合比较，作为选择最佳运行方式。
（3）对已经运行的主接线，寻求可能的供电路径，选择最佳运行方式。
（4）寻找主接线的薄弱环节，以便合理安排检修计划和采取相应对策。
（5）研究可靠性和经济性的最佳搭配。
可靠性的含义：
原件设备和系统在规定的条件下和预定的时间内，完成规定功能的概率。
不可恢复元件的可靠性指标：
可靠度，不可靠度、故障率和平均无故障工作时间。
可恢复元件的可靠性指标：
可靠度，不可靠度、故障率、修复率、平均修复时间、平均运行周期、可用度、不可用度。
电气主接线可靠性指标：
在某种供电方式下的可用度、平均无故障工作时间、每年平均停运时间和故障频率。
技术经济分析的内容：
财务评价、国民经济评价、不确定性分析、方案比较。
其分析方法：
最小费用法、净现值法、内部收益率法、低偿年限法
第四章：
1、电气主接线概念：
由一次设备按照预期的生产流程所连成的接受和分配电能的回路，称电气主接线，又叫一次接线。
对电气主接线的基本要求：
可靠性、灵活性、经济性。
2、电气主接线:
有汇流母线的接线方式优点：
接线布置清晰、运行方便、有利于安装和扩建。
缺点：
母线一旦发生故障，将会造成其上连接的所有回路停电。
增加了一些设备，占地面积较大。
其基本形式:
单母线接线/双母线接线/3/2断路器接线/4/3断路器接线/变压器母线组接线.无汇流母线的接线方式：
单元接线、桥形接线、角形接线。
其特点：
使用电气设备较少，配电装置占地面积较少。
3、断路器与隔离开关操作顺序：
（母线隔离开关：
QS21、线路隔离开关QS22）合：
QS21→QS22→QF2分：
QF2→QS22→QS21。
原则：
隔离开关先合后断！
母线侧隔离开关先合后断！
4、双母线接线倒母线操作的顺序：
（W1工作，W2备用）1）、合上母联断路器两侧的隔离开关；2）、合母联断路器QFC，向备有母线W2充电；3）、在两组母线等电位的情况下，按“先通后断”的原则操作，即先接通备用母线W2上的隔离开关，再断开工作母线W1上的隔离开关，完成母线转换；4）、断开母联断路器QFC及两侧的隔离开关，工作母线W1即可退出运行进行检修。
5、单母线接线的特点：
优点：
简单、经济。
缺点：
可靠性差、调度不方便。
只适用于容量较小、出线回路数较少，对供电可靠性要求相对较低的中小型发电厂、变电所。
（2）、双母线接线的优点：
①供电可靠②调度灵活③扩建方便。
缺点：
①、倒闸操作复杂。
②、一组母线故障时，接于该母线的所有支路要短时停电。
③、检修出线断路器时，该回路需停电，这对于重要用户来说是不允许的。
④、接线复杂，占地面积大，经济性较差。
适用范围：
①、出线带电抗器的6～10kV配电装置②、35～60kV出线超过8回，或联结的电源较大、负荷较大时；③、110～220kV出线回路数为5回及以上时。
（3）、一台半断路器接线的特点：
优点：
1）检修任一断路器时，都不会造成任何回路停电。
2）任一母线故障，仅跳开与此母线相连的断路器，不引起任何回路停电。
甚至于两组母线同时故障的极端情况下，功率仍可送出！
3）线路故障，只是该回路被切除，不会造成其他回路停电。
4）操作方便、安全。
隔离开关不做操作电器，减少了误操作。
5）正常运行时两组母线与全部断路器都投入使用，每串断路器互相连接形成多环状供电，运行调度较灵活。
缺点：
使用设备较多，配电装置复杂，投资较多。
一台半断路器接线的两条原则：
1）电源线与负荷线配对成串同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条引出线回路。
2）配电装置初期仅两串时，同名回路宜分别接入不同侧的母线，进出线应装设隔离开关。
当接线达三串及以上时，同名回路可接于同一侧母线。
交叉接线比非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下的事故扩大！
适用范围：
适用于超高压电网！
大型发电厂和变电所的330~500kV的装置中。
当进出线回路数为6回及以上，配电装置在系统中有主要地位时，宜采用一台半断路器接线。
现500kV变电站，一般都采用此接线。
（4）、三分之四断路器接线特点：
与一台半断路器相比，投资节省，但可靠性降低，布置复杂。
适用于：
发电机台数（进线）大于线路数（出线）的大型水电厂。
（5）、变压器母线组接线特点及适用范围：
优点：
1）任一断路器故障，不会引起任何支路停电。
2）任一母线故障，不会引起任何支路停电。
3）变压器故障时，连接在母线上的断路器跳开，不影响其它回路供电。
4）调度灵活，电源与负荷可自由分配，安全可靠，有利于扩建。
适用：
发电机台数大于线路数的大型水电厂。
（6）、发电机—变压器单元接线的特点：
①接线简单，使用的电器最少，操作简便。
②配电装置简单，投资少，占地小；③发电机出口短路电流小；④继电保护简单。
适用：
大型及中型发电厂不带近区负荷的机组。
（7）、扩大单元接线：
特点：
比单元接线少一台主变，更为简单经济，一机停电不影响厂用电，但主变故障或检修全停。
适用范围单机容量较小（单机容量<系统容量的1～2％），而电厂的升高电压等级较高的系统（例50MW机组接入220kV系统）。
内桥：
优点：
①接线简单、经济（断路器最少）；②布置简单占地小，可发展为单母线分段接线；③线路投、切灵活，不影响其它电路的工作。
缺点：
变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路。
适用范围：
双线双变的水电站、变电所35～220kV侧:
线路较长（故障多），而主变年负荷利用小时数高（不经常切换）且无功率穿越的场合。
外桥:
特点:
与内桥接线相对应“变压器”→“线路”适用范围:
双线双变的水电站、变电所35～220kV侧:
主变年负荷利用小时数低（经常切换），而线路较短（故障少）或有穿越功率的场合。
角形接线的优点：
①设备少、投资省。
②运行的可靠性与灵活性较好。
③操作方便、安全。
④占地面积小。
缺点：
①开环运行时可靠性降低②设备选择困难，继电保护复杂；③较难于扩建和发展。
适用范围：
回路较少且发展已定型的110kV及以上的配电装置中。
4、发电机容量≤6MW多采用单母线接线；发电机容量≥12MW可采用单母线分段或双母线；发电机容量≥25MW可采用双母线分段接线；发电机容量≥100MW时多采用单元接线或扩大单元接线直接升高电压。
5、主变压器容量和台数的确定：
原则：
尽量减少变压器台数，提高单台容量。
1、发电机－变压器单元接线ST1=（SG-S厂用电）*（1+10%）扩大单元接线：
尽量采用分裂绕组变压器。
ST2=（SG1+SG2-S厂用电）*（1+10%）。
变电所主变容量和台数的确定1）容量的确定①按5~10年规划负荷选择。
②对重要变电所：
1台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许范围内，应能满足所有Ⅰ类和Ⅱ类负荷的需要。
③一般变电所1台主变停运时，其余变压器应能满足全部负荷的70%~80%。
（2）主变台数的确定一般装设2台；对大型变电站经技术经济论证后，可选用3～4台主变。
6、限制短路电流的目的为了合理的选择轻型电器。
措施：
增大电源到短路点的阻抗。
限流的措施：
1）选择适当的主接线和运行方式。
2）加装限流电抗器（适用于10kV及以下的电网）。
3）采用低压分裂绕组变压器（正常运行时的电抗值只相当于两分裂绕组短路电抗的1/4）。
限流电抗器（按中间有无抽头）分类：
普通电抗器、分裂电抗器。
普通电抗器：
单相、中间无抽头的电感线圈。
（按安装地点的不同）：
线路电抗器、母线电抗器。
分裂电抗器特点：
短路状态下的电抗值比正常运行时电抗值大。
7、电气主接线设计程序：
1）、对原始资料分析（包括本工程情况、电力系统情况、负荷情况、环境条件、设备制造情况）2）、拟订主接线方案（包括经济计算比较、可靠性分析）3）、短路电流计算4）、主要电器选择5）、绘制电气主接线图6）、工程概算的构成。
第五章：
1、厂用电的概念：
发电厂中所有厂用负荷总的耗电量，称厂用电。
厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。
1）I类负荷指短时（手动切换恢复供电所需的时间）停电将影响人身或设备安全，使机组运行停顿或发电量大幅度下降的负荷。
2）Ⅱ类负荷指允许短时停电（如几秒至几分钟），但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运行的负荷。
3）Ⅲ类负荷指长时间停电不会直接影响生产者。
4）事故保安负荷在200MW以上机组的大容量电厂中，要求在停机过程中及停机后一段时间内仍应保证供电的负荷。
否则将引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或推迟恢复供电。
5）不间断供电负荷指在机组运行期间，以及正常或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的负荷，称为不间断供电负荷。
2、厂用电接线的要求：
1）、各机组的厂用电系统应是独立的。
2）、全厂公用性负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。
3）、充分考虑发电厂各种运行方式下的供电要求，进可能使切换操作简便，启动电源能在短时间内投入。
4）、充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡、尽量减少改变接线和更换设置。
5）、200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。
厂用电的设计原则可靠性、灵活性、经济性。
3、厂用电或所用电常用的电压等级：
低压厂用电：
0.4kV，高压厂用电：
3、6、10kV。
4、厂用电源：
工作电源、备用电源和启动电源、事故保安电源。
高压厂用电源引接方式：
可由发电机电压回路通过厂用高压变压器或电抗器取得。
低压厂用电源引接方式：
由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。
若有10kV和3kV两个电压等级时:
一般从10kV母线引接。
5、高压厂用母线的接线形式：
单母线分段接线，且按炉分段。
按炉分段：
将厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷也接在该段上，而该段母线由其对应的发电机组供电。
对于大型锅炉，每台锅炉可设两段母线。
按炉分段的优点：
1）若某一段母线发生故障，只影响其对应的一台锅炉运行，使事故影响范围局限在一机一炉。
2）厂用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备选择。
3）同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和安排检修。
6、厂用电负荷计算方法：
换算系数法、轴功率法。
7、厂用变压器的选择电压的选择：
1）变压器原边电压，必须与引接电源电压一致，副边电压与厂用网络电压一致；2）容量的确定，厂用变压器的容量必须满足厂用负荷从电源获得足够的功率。
并考虑周围温度的影响及变压器允许过负荷能力。
高压厂用变压器容量=
高压厂用电负荷的110%+低压厂用电计算负荷之和。
低压厂用变压器容量选择=低压厂用变压器容量留有10%裕度。
厂用高压备用变压器容量=最大一台高压厂用变压器的容量、厂用低压备用变压器容量=最大一台低压厂用工作变压器容量。
3）、厂用变压器的阻抗，要求阻抗应大于10％的计算阻抗。
尽量选择分裂绕组变压器。
8、自启动概念：
厂用电系统中运行的电动机，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。
若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短时间（一般在0.5~1.5s）内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。
分为：
失压自启功、空载自启动、带负荷自启动。
若参加自启动的电动机数量过多、容量过大时，启动电流过大，可能会是厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起气电动机过热，将危机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。
第六章
1、电气设备选择的一般条件：
按正常工作条件选择、按短路状态校验.按正常工作条件选择:
额定电压的选择、额定电流选择、环境条件对设备选择的影响。
按短路状态校验：
短路热稳定性校验、动稳定性校验。
2、电弧产生的原因：
1）阴极发射：
强电场发射、热电子发射。
2）碰撞游离（电弧形成）3）热游离（维持电弧燃烧）4）电弧的稳定燃烧：
复合去游离、扩散去游离。
3、决定熄弧的基本因素是弧隙的耐压强度（或称介质强度）和加在弧隙上的恢复电压。
熄灭电弧的条件应为：
Ud（t）>Ur（t）
5、高压断路器熄灭交流电弧的方法：
采用良好的灭弧介质、采用特殊材料做灭弧触头、利用气体或油吹弧、采用多断口熄弧、提高触头开断速度。
6、高压断路器选择：
（一）按正常工作条件选择1）、型式的选择按灭弧介质分：
油断路器、SF6断路器、真空断路器、压缩空气断路器。
电压6～60千伏的电网可选用真空断路器和六氟化硫断路器；110～500千伏电网一般采用六氟化硫断路器。
采用封闭母线的大容量机组，当需要装设断路器时，应选用发电机专用断路器。
2）、额定电压选择UN≥UNS。
UN---电气设备额定电压、UNS----电网的额定电压。
额定电流选择：
IN≥ImaxImax—断路器所在回路的最大负荷电流IN--电气设备的额定电流。
4）、额定开断电流选择：
额定开断电流的概念：
在额定电压下断路器能开断而不致妨碍其继续工作的最大短路电流。
Ipt---实际开断瞬间的短路电流周期分量5）、额定关合电流的选择：
额定关合电流的概念：
若断路器合闸之前，线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，动、静触头间在未接触时即有很大的短路电流通过，更容易发止触头熔焊和遭受电动力的损坏；要求断路器能够关合其短路电流。
因此，额定关合电流是断路器的重要参数之一。
（二）短路状态校验；热稳定校验、动稳定校验。
7、互感器的作用：
1）使二次设备与一次高压部分隔离，以保证操作人员和设备的安全。
2）将一次回路的高电压和大电流变换为二次回路标准的低电压和小电流，以减少测量仪表和继电器的规格品种，使测量仪表和继电器小型化、标准化。
8、电流互感器特点：
1）一次绕组匝数很少，串接于主回路中。
一次绕组中的电流完全取决于一次侧负荷电流，与二次负荷无关，可看作一恒流源。
2）二次绕组匝数多，与负载的电流线圈串联，阻抗很小，接近于短路状态工作。
二次回路开路时：
使得铁芯中的磁通急剧的增加而达到饱和状态，铁芯饱和致使磁通波形变为平顶波！
1）二次绕组内将感应出很高的感应电动势！
这时的感应电动势是尖顶的非正弦波，其峰值可达数千伏之高。
2）由于铁芯内磁通Φ的剧增，引起铁芯损耗增大，造成严重发热也会使电流互感器烧毁；3）由于铁芯饱和产生剩磁使电流互感器的误差增大。
结论：
运行中的电流互感器二次回路是绝对不允许开路的！
电流互感器二次回路内不允许安装熔断器！
电流互感器准确级是在规定的二次负荷范围内，一次电流为额定值附近时的最大误差限值。
电流互感器额定容量S2N电流互感器的选择按安装地点可分为户内式、户外式及装入式。
35kV及以上多为户外式；10kV及以下多为户内式。
按安装方法可分为穿墙式和支持式。
按绝缘可分为干式、浇注式和油浸式。
种类和形式的选择：
1）按一次绕组匝数多少可分为单匝式和多匝式。
多匝式互感器适用于一次额定电流不超过400A的电流互感器。
2）一次回路额定电压和额定电流的选择额定电压选择条件：
UN≥UNS额定电流选择条件：
I1N≥Imax3）准确级和额定容量的选择为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。
准确级选择原则：
用于实验室精密测量应选用0.2级的电流互感器；用于电度表应选用0.5级的电流互感器，电流表选用1级互感器。
用于继电保护的电流互感器（国家规定采用P级），准确度要求不如测量级高当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。
额定容量选择原则为了保证电流互感器在一定的准确级下工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量S2N，S2N≥S2=I22NZ2L其中I2N为电流互感器二次额定电流。
Z2L为电流互感器二次负荷阻抗。
电流互感器与电压互感器二次侧线圈及外壳均应接地，目的是为了防止TA一、二次线圈绝缘击穿时，高压传到二次侧损坏设备或危及人身安全！
9、电压互感器结构：
TV的结构类同一个双绕组变压器，但它一次侧通常多匝，二次线圈匝数很少。
特点：
1）容量很小，类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高的安全系数；2）电压互感器一次侧的电压为电网电压,不受互感器二次侧负荷的影响，一次侧电压高，需有足够的绝缘强度。
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