...wd......wd......wd...能源和發電1-2電能的特點：便于大規模生產和遠距離輸送；方便轉換易于控制；損耗小；效率高；無氣體和噪聲污染。隨著科學技術的開展，電能的應用不僅影響到社會物質生產的各個側面，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代化的同義詞。電氣化程度也成為衡量社會文明開展水平的重要標志。1-3 火力發電廠的分類，其電能生產過程及其特點答：按燃料分：燃煤發電廠；燃油發電廠；燃氣發電廠；余熱發電廠。按蒸氣壓力和溫度分：中低壓發電廠；高壓發電廠；超高壓發電廠；亞臨界壓力發電廠；超臨界壓力發電廠。按原動機分：凝所式氣輪機發電廠；燃氣輪機發電廠；內燃機發電廠和蒸汽—燃氣輪機發電廠。按輸出能源分：凝氣式發電廠；熱電廠。按發電廠總裝機容量分：小容量發電廠；中容量發電廠；大中容量發電廠；大容量發電廠。火電廠的生產過程概括起來說是把煤中含有的化學能轉變為電能的過程。整個生產過程分三個系統：燃料的化學能在鍋爐燃燒變為熱能，加熱鍋爐中的水使之變為蒸汽，稱為燃燒系統；鍋爐產生的蒸汽進入氣輪機，沖動氣輪機的轉子旋轉，將熱能轉變為機械能，稱不汽水系統；由氣輪機轉子的機械能帶動發電機旋轉，把機械能變為電能，稱為電氣系統。1-4 水力發電廠的分類，其電能生產過程及其特點答：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。按徑流調節的程度分為：無調節水電廠；有調節水電廠；日調節水電廠；年調節水電廠；多年調節水電廠。水電廠具有以下特點：可綜合利用水能資源；發電成本低，效率高；運行靈活；水能可儲蓄和調節；水力發電不污染環境；水電廠建設投資較大工期長；水電廠建設和生產都受到河流的地形，水量及季節氣象條件限制，因此發電量也受到水文氣象條件的制約，有豐水期和枯水期之分，因而發電量不均衡；由于水庫的興建，淹沒土地，移民搬遷，農業生產帶來一些不利，還可能在一定和程度破壞自然的生態平衡。1-5 抽水蓄能電廠在電力系統中的作用及其功能答：抽水蓄能電廠在電力系統中的作用：調峰；填谷；備用；調頻；調相。功能：降低電力系統燃料消耗；提高火電設備利用率；可作為發電成本低的峰荷電源；對環境沒有污染且可美化環境；抽水蓄能電廠可用于蓄能。發電、變電和輸電的電氣局部2-1 哪些設備屬于一次設備哪些設備屬于二次設備其功能是什么答：通常把生產、變換、分配和使用電能的設備，如發電機、變壓器和斷路器等稱為一次設備。其中對一次設備和系統運行狀態進展測量、監視和保護的設備稱為二次設備。如儀用互感器、測量表計，繼電保護及自動裝置等。其主要功能是起停機組，調整負荷和，切換設備和線路，監視主要設備的運行狀態。2-2 簡述300MW發電機組電氣接線的特點及主要設備功能。答：1〕發電機與變壓器的連接采用發電機—變壓器單元接線；2〕在主變壓器低壓側引接一臺高壓廠用變壓器，供應廠用電；3〕在發電機出口側，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；4〕在發電機出口側和中性點側，每組裝有電流互感器4個；5〕發電機中性點接有中性點接地變壓器；6〕高壓廠用變壓器高壓側，每組裝有電流互感器4個。其主要設備如下：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；電壓互感器：將高壓轉換成低壓，供各種設備和儀表用，高壓熔斷器：進展短路保護；中性點接地變壓器：用來限制電容電流。2-3 簡述600MW發電機組電氣接線的特點及主要設備功能。2-4 影響輸電電壓等級開展因素有哪些答：1〕長距離輸送電能；2〕大容量輸送電能；3〕節省基建投資和運行費用；4〕電力系統互聯。2-5 簡述交流500kV變電站主接線形式及其特點。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3/2臺斷路器兩種接線方式。其中3/2臺斷路器接線具有以下特點：任一母線檢修或故障，均不致停電；任一斷路器檢修也不引起停電；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，功率均能繼續輸送。一串中任何一臺斷路器退出或檢修時，這種運行方式稱為不完整串運行，此時仍不影響任何一個元件的運行。這種接線運行方便，操作簡單，隔離開關只在檢修時作為隔離帶電設備用。2-11 簡述高壓直流輸電的優點和缺點各有哪些答：優點：1〕線路造價低，年電能損失小；2〕不存在系統穩定問題；3〕限制短路電流。4〕調節快速，運行可靠；5〕沒有電容充電電流。6〕節省線路走廊。缺點：換流裝置較昂貴；2〕消耗無功功率多；3〕產生諧波影響；4〕缺乏直流開關；5〕不能用變壓器來改變電壓等級。導體的發熱和電動力3-1 研究導體和電氣設備的發熱有何意義長期發熱和短時發熱各有何特點答：電流將產生損耗，這些損耗都將轉變成熱量使電器設備的溫度升高。發熱對電氣設備的影響：使絕緣材料性能降低；使金屬材料的機械強度下降；使導體接觸電阻增加。導體短路時，雖然持續時間不長，但短路電流很大，發熱量仍然很多。這些熱量在適時間內不容易散出，于是導體的溫度迅速升高。同時，導體還受到電動力超過允許值，將使導體變形或損壞。由此可見，發熱和電動力是電氣設備運行中必須注意的問題。長期發熱是由正常工作電流產生的；短時發熱是由故障時的短路電流產生的。3-2 為什么要規定導體和電氣設備的發熱允許溫度短時發熱允許溫度和長期發熱允許溫度是否一樣，為什么答：導體連接局部和導體本身都存在電阻(產生功率損耗)；周圍金屬局部產生磁場,形成渦流和磁滯損耗；絕緣材料在電場作用下產生損耗，如：值的測量載流導體的發熱：長期發熱：指正常工作電流引起的發熱短時發熱：指短路電流引起的發熱一發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；二發熱對導體接觸局部的影響溫度過高外表氧化電阻增大惡性循環三發熱對機械強度的影響溫度到達某一值退火機械強度設備變形如：長期發熱70短期發熱300長期發熱70短期發熱2003-3 導體長期發熱允許電流是根據什么確定的提高允許電流應采取哪些措施答：是根據導體的穩定溫升確定的。為了載流量，宜采用電阻率小的材料，如鋁和鋁合金等；導體的形狀，在同樣截面積的條件下，圓形導體的外表積較小，而矩形和槽形的外表積則較大。導體的布置應采用散熱效果最最正確的方式。3-4 為什么要計算導體短時發熱最高溫度若何計算答：載流導體短路時發熱計算的目的在于確定短路時導體的最高溫度不應超過所規定導體短路時發熱允許溫度。當滿足這個條件時，則認為導體在短路時，是具有熱穩定性的。計算方法如下：1〕有的導體初始溫度θw；從相應的導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〕由Ah再從曲線上查得θh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，目前仍得到廣泛應用。但是曲線所示是根據容量為500MW以下的發電機，按短路電流周期分量衰減曲線的平均值制作的，用于更大容量的發電機，勢必產生誤差。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，各有何特點答：用實用計算法中的電流是短路穩態電流，而等值時間法計算的電流是次暫態電流。3-7 電動力對導體和電氣設備的運行有何影響答：電氣設備在正常狀態下，由于流過導體的工作電流相對較小，相應的電動力較小，因而不易為人們所覺察。而在短路時，特別是短路沖擊電流流過時，電動力可到達很大的數值，當載流導體和電氣設備的機械強度不夠時，將會產生變形或損壞。為了防止這種現象發生，必須研究短路沖擊電流產生的電動力的大小和特征，以便選用適當強度的導體和電氣設備，保證足夠的動穩定性。必要時也可采用限制短路電流的措施。3-8 三相平行導體發生三相短路時最大電動力出現在哪一相上，試加以解釋。答：三相平等導體發生三相短路時最大電動力出現在中間相B相上，因為三相短路時，B相沖擊電流最大。3-9 導體的動態應力系數的含義是什么，在什么情況下，才考慮動態應力答：動態應力系數β為動態應力與靜態應力的比值，導體發生振動時，在導體內部會產生動態應力，對于動態應力的考慮，一般是采用修正靜態計算法，即在最大電動力Fmax上乘以動態應力系統數β，以求得實際動態過程中的動態應力的最大值。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〕運行可靠性高，因母線置于外殼內，能防止相間短路，且外殼多點接地，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發熱；4〕安裝的維護工作量小。3-11 若何才能減少大電流母線附近鋼構的發熱答：減小大電流母線附近的鋼構發熱的措施：1〕加大鋼構和導體間的距離，使布磁場強度減弱，因而可降低渦流和磁滯損耗；2〕斷開鋼構回路，并加裝絕緣墊，消除環流；3〕采用電磁屏蔽；4〕采用分相封閉母線。廠用電5-1什么叫廠用電和廠用電率答：發電機在啟動，運轉、停頓，檢修過程中，有大量電動機手動機械設備，用以保證機組的主要設備和輸煤，碎煤，除塵及水處理的正常運行。這些電動機及全廠的運行，操作，實驗，檢修，照明用電設備等都屬于廠用負荷，總的耗電量，統稱為廠用電。廠用電耗量占發電廠全部發電量的百分數，稱為廠用電率。5-2廠用電的作用和意義是什么答：發電機在啟動、運轉、停機，檢修過程中，有大量電動機手動機械設備，用以保證機組的主要設備和輸煤，碎煤，除塵及水處理等的正常運行。降低廠用電率可以降低電能成本，同時也相應地增大了對電力系統的供電量。5-5廠用電接線的設計原則是什么對廠用電壓等級確實定和廠用電源引接的依據是什么答：廠用電的設計原則主要是：⑴廠用電接線應保證對廠用負荷可靠和連續供電，使發電廠主機安全運行。⑵接線應能靈活地適應正常、事故、檢修等各種運行方式的要求。⑶廠用電源的對應供電性，本機、爐的廠用負荷由本機組供電。⑷設計時還應適當注意其經濟性和開展的可能性并積極慎重地采用新技術、新設備，使廠用電接線具有可行性和先進性。⑸在設計廠用電接線時，還應對廠用電的電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進展分析和論證。廠用電的電壓等級是根據發電機的額定電壓，廠用電動機的電壓和廠用電，供電網絡等因素，相互配合，經技術經濟對比后確定的。5-8 發電廠和變電站的自用電在接線上有何區別答：發電廠廠用電系統一般采用單母線分段接線形式，并多以成套配電裝置承受和分配電能。廠用電源由相應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〕由變電站內主變壓器第三繞組引接，站用變壓器高壓側要選用較大斷流容量的開關設備，否則要加限流電抗器。2〕當站內有較低母線時，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濟性好和可靠性高的特點；3〕500kV變電站的外接電源多由附近的發電廠或變電站的低壓母線引接。5-9 何謂廠用電動機的自啟動為什么要進展電動機自啟動校驗如果廠用變壓器的容量小于自啟動電動機總容量時，應若何解決答：廠用電系統運行的電動機，當突然斷開電源或廠用電壓降低時，電動機轉速就會下降，甚至會停頓運行，這一轉速下降的過程稱為惰行。假設電動機失去電壓后，不與電源斷開，在很短時間內，廠用電源恢復或通過自動切換裝置將備用電源投入，此時，電動機惰行還未完畢，又自動啟動恢復到穩定狀態運行，這一過程稱為電動機自啟動。分為：⑴失壓自啟動；⑵空載自啟動；⑶帶負荷自啟動。假設參加自啟動的電動機數目多，容量大時，啟動電流過大，可能會使廠用母線及廠用電網絡電壓下降，甚至引起電動機過熱，將危及電動機的安全以及廠用電網絡的穩定運行，因此，必須進展電動機自啟動校驗。假設不能滿足自啟動條件，應采用以下措施：⑴限制參加自啟動的電動機數量。⑵機械負載轉矩為定值的重要設備的電動機，因它只能在接近額定電壓下啟動，也不應參加自啟動，可采用低電壓保護和自動重合閘裝置，即當廠用母線電壓低于臨界值時，把該設備從母線上斷開，而在母線電壓恢復后又自動投入。⑶對重要的廠用機械設備，應選用具有較高啟動轉矩和允許過載倍數較大的電動機與其配套。⑷在不得已的情況下，或增大廠用變壓器容量，或結合限制短路電流問題一起考慮進適當減小廠用變壓器的阻抗值。導體和電氣設備的原理與選擇什么是驗算熱穩定的短路計算時間tk以及電氣設備的開斷計算時間tbr答：演算熱穩定的短路計算時間tk為繼電保護動作時間tpr和相應斷路器的全開斷時間tbr之和，而tbr是指斷路器分斷脈沖傳送到斷路器操作機構的跳閘線圈時起，到各種觸頭別離后的電弧完全熄滅位置的時間段。開關電器中電弧產生與熄滅過程與那些因素有關答：電弧是導電的，電弧之所以能形成導電通道，是因為電弧柱中出現了大量的自由電子的緣故。電弧形成過程：⑴電極發射大量自由電子：熱電子+強電場發射；⑵弧柱區的氣體游離，產生大量的電子和離子：碰撞游離+熱游離。電弧的熄滅關鍵是去游離的作用，去游離方式有２種：復合：正負離子相互吸引，彼此中和；擴散：弧柱中的帶電質點由于熱運行逸出弧柱外。開關電器中電弧產生與熄滅過程與以下因素有關：⑴電弧溫度；⑵電場強度；⑶氣體介質的壓力；⑷介質特性；⑸電極材料。開關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，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，吹弧使帶電離子擴散和強烈地冷卻面復合；4〕采用多段口熄弧；5〕提高斷路器觸頭的別離速度，迅速拉長電弧，可使弧隙的電場強度驟降，同時使電弧的外表突然增大，有利于電弧的冷卻和帶電質點向周圍介質中擴散和離子復合。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串聯或并聯使用答：可以將電流互感器串聯使用，提高二次側的容量，但是要求兩個電流互感器型號一樣。因為電流互感器的變比是一次電流與二次電流之比。兩個二次繞組串聯后，二次電路內的額定電流不變，一次電路內的額定電流也沒有變，故其變比也保持不變。二次繞組串聯后，因匝數增加一倍，感應電勢也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一個二次繞只承當二次負荷的一半，從而誤差也就減小，容易滿足準確度的要求。在工程實際中假設要擴大電流互感器的容量，可采用二次繞組串聯的接線方式。不能將電流互感器并聯使用。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高壓連接，如果在運行中電壓互感器的絕緣損壞，高電壓就會竄入二次回路，將危及設備和人身的安全。所以電壓互感器二次繞組要有一端結實接地。電流互感器的誤差與那些因素有關答：電流互感器的電流誤差fi及相位差δi決定于互感器鐵心及二次繞組的構造，同時又與互感器運行狀態〔二次負荷Z2L及運行鐵心的磁導率μ值〕有關。運行中為什么不允許電流互感器二次回路開路答：需要強調的是電流互感器在運行時，二次繞組嚴禁開路。二次繞組開路時，電流互感器由正常工作狀態變為開路狀態，I2=0，勵磁磁動勢由正常為數甚小的10N1驟增為11N1，鐵心中的磁通波形呈現嚴重飽和和平頂波，因此，二次繞組將在磁能過零時，感應產生很高的尖頂電動勢，其值可達數千伏甚至上萬伏〔與Ki及Ii大小有關〕，危及工作人員的安全和儀表、繼電器的絕緣。由于磁感應強度劇增，會引起鐵心和繞組過熱。此外，在鐵心中還會產生剩磁，使互感器準確級下降。在發電廠中，電壓互感器的配置原則有那些答：1〕母線；2〕線路；3〕發電機；4〕變壓器如圖6-14所示接線，設25MW發電機〔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電流互感器4及電壓互感器13。解：選擇10kV配電裝置的出線斷路器及出線電抗器。設系統容量為150MVA，歸算至10kV母線上的電源短路總電抗X?*Σ=0.14〔基準容量Sd＝100MVA〕，出線最大負荷為560A，出線保護動作時間tpr＝1s。解：假設選擇斷路器為SN10-10IINbr=16kA，全分閘時間tbr=0.1s，基準容量Sd＝100MVAUd＝10.5kV，Id=5.5kA選擇4％的電抗NKL-10-600-4，參數如下：計算如下：3〕電壓損失和殘壓校驗：電抗標么值：短路計算時間：，查短路電流計算曲線并換算成短路電流有名值，。電壓損失和殘壓分別為：4〕動、熱穩定校驗。可見，電壓損失、殘壓、動熱穩定均滿足要求。按經濟電流密度選擇的導體，為何還必須按長期發熱允許電流進展校驗配電裝置的匯流母線，為何不按經濟電流密度選擇導體截面答：略設發電機容量為25MW，最大負荷利用小時數Tmax＝6000h，三相導體水平布置，相間距離a＝0.35m，發電機出線上短路時間tk＝0.2s，短路電流=27.2kA，=21.9kA，=19.2kA。周圍環境溫度+40oC。試選擇發電機引出導體。解：1〕按經濟電流密度選擇導線截面。查圖6-17曲線2，得：，則：選擇100×10mm2的三條矩形導體水平布置,允許電流，集膚效應截面積為3000mm2。當環境溫度為時：2〕熱穩定校驗。正常運行時導體溫度：查表6－9，得熱穩定系數，則滿足短路時發熱的最小導體截面為：發電機出口短路待會，非周期分量等值時間T取0.2s滿足熱穩定要求。3〕動穩定校驗。導體自振頻率由以下求得：可不計母線共振影響。取發電機出口短路時，沖擊系數，則母線相間應力計算如下：母線同相條間作用應力計算如下：，，，則：臨界跨距〔每相三條鋁導體〕及條間襯墊最大跨距分別為：所選襯墊跨距應小于及。選擇100MW發電機和變壓器之間母線橋的導體。發電機回路最大持續工作電流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=36kA，短路熱效應Qk=421.1(kA)2?s。解：1〕按經濟電流密度選擇導線截面。，查圖6-17曲線2，得：，則：選擇的雙槽形導體水平布置,導體截面積9760mm2允許電流，集膚效應系數。當環境溫度為時：2〕熱穩定校驗。正常運行時導體溫度：查表6-9，得熱穩定系數，則滿足短路時發熱的最小導體截面為：：滿足熱穩定要求。3〕動穩定校驗。導體自振頻率由以下求得：取發電機出口短路時，沖擊系數，則母線相間應力計算如下：配電裝置7-1對配電裝置的基本要求是什么答：對配電裝置的基本要求是：1〕保證運行可靠；2)便于操作、巡視和檢修；3〕保證工作人員的安全；4〕力求提高經濟性；5〕具有擴建的可能。7-2試述最小安全凈距的定義及其分類。答：最小安全凈距是指在這一距離下，無論在正常最高工作電壓或出現內、外過電壓時，都不使空氣氣隙被擊穿，對于敞露在空氣中的屋內、外配電裝置中有關局部之間的最小安全凈距分為A、B、C、D、E五類。7-3試述配電裝置的類型及其特點。答：配電裝置按電氣設備裝設地點不同，可分為屋內配電裝置和屋個配電裝置；按其組裝方式，可分為裝配式和成套式。屋內配電裝置的特點：1〕由于允許安全凈距小和可以分層布置而使占地面積較小；2〕維修、巡視和操作在室內進展，可減少維護工作量，不受氣候影響；3〕外界污穢空氣對電氣設備影響較小，可減少維護工作量；房屋建設投資較大，建設周期長，但可采用價格較低的戶內設備。屋外配電裝置的特點：1〕土建工作量和費用較小，建設周期短；2〕與屋內配電裝置相比，擴建對比方便；3〕想念設備之間距離較大，便于帶電作業；4〕與屋內配電裝置相比，占地面積積大；5〕受外界環境影響，設備運行條件較差，需加強絕緣；6〕不良氣候對設備維修和操作影響大。成套配電裝置的特點：1〕電氣設備封閉可半封閉的金屬中，相間和對地距離可縮小，構造緊湊，上地面積小；2〕所有設備已在工廠組裝成一體；3〕運行可靠性高，維護方便；4〕耗用鋼材較多，造價較高。7-4簡述配電裝置的設計原則和設計要求。答：配電裝置的設計原則是配電裝置的設計必須認真貫徹國家的技術經濟政策，遵循有關規程、標準及技術規定，并根據電力系統、自然環境特點和運行、檢修、施工方面的要求，合理制定布置方案和選用設備，積極慎重地采用新布置、新設備、新材料和新構造，使配電裝置設計不斷創新，做到技術先進、經濟合理、運行可靠和維護方便。發電廠和變電站的配電裝置形式選擇，應考慮所在地區的地理情況及環境條件，因地制宜，節約用地，并結合運行、檢修和安裝要求，通過技術經濟對比予以確定。在確定配電裝置形式時必須滿足下述要求：節約用地；運行安全和操作巡視方便；便于檢修和安裝；節約材料，降低造價。配電裝置的設計要求：1〕滿足安全凈距的要求；2〕施工、運行和檢修的要求；3〕噪聲的允許標準及限制措施；4〕靜電感應的場強水平和限制措施