工厂供电课后习题答案.docx

1-7 电力系统中性点接地方式有哪几种类型? 各有何特点?1-7 电力系统中性点接地方式分为中性点直接接地(又称大电流接地系统)和中性点不接地或经消弧线圈接地(又称小电流接地系统)两种接地方式，各接地方式的特点如下：1中性点直接接地系统这种系统的优点是：当发生单相接地时，非故障两相的电压不升高，由于接地电流非常大，不会发生间歇性电弧，同时内部过电压倍数较小，因而可以降低对线路绝缘水平的要求。由于单相接地就是单相短路，短路电流较大，保护装置迅速而可靠地动作，缩短了故障存在的时间。缺点是：因短路电流大，开关及电气设备有时要选用较大的容量或规格。当发生短路时若未能及时切除，会严重影响整个系统的稳定性，而且对通讯的干扰强烈，故常用于110kV及以上的电网。对于380V低压电网，由于用户需要380V和220V两种电压等原因，故也采用中性点直接接地系统。2中性点不接地系统 这种系统在正常工作时供电变压器的中性点，不接地。对于短距离低压输电线，它的对地电容较小，发生接地故障时入地电流较小，对通讯线的干扰也较小，瞬时性接地故障往往能自动消除；对于长距离高压输电线，由于线路对地电容较大，单相接地电容电流较大时(6kV系统达30A，35kV系统大于10A)，接地处容易发生间歇性电弧，在电网中引起高频振荡产生过电压，使电网对地绝缘较低处发生接地短路故障，因而对接地电流值有一定的限制规定。中性点绝缘系统的缺点是：当发生单相接地时，无故障两相的对地电压升为相电压的倍(即升为线电压)，危及相间绝缘，易造成两相接地短路，当单相接地电容电流较大时，易产生间歇性电弧接地过电压，而且内部过电压的倍数也较高。这冲系统的优点是：一相接地时，接地电流小，保护装置不动作，电网还可以继续运行一段时间，待作好准备后故障线路再停电。由于360kV电网在供电系统中占的比重很大，如果采用接地系统，则一相接地就会导致停电，降低了供电的可靠性，故我国360kV电网均采用中性点不接地系统。3中性点经消弧线圈接地系统这种系统主要是利用消弧线圈(电抗器)的感性电流补偿电网对地的电容电流，可减小单相接地时接地点的电流，不产生电弧，避免发生电弧接地过电压。完全补偿的条件是，为了避免电网参数改变时产生串联谐振，一般采取过补偿运行。这种系统的缺点是：因要根据运行网路的长短决定消弧线圈投入的数量与地点，故系统运行较复杂，设备投资较大，实现选择性接地保护困难。2-6 提高功率因数有哪些方法?其中人工补偿有哪几种类型?各有何优缺点?(*)提高功率因数的关键在于如何减少电力系统中各个部分所需用的无功功率，特别是减少负载从电网中取用的无功功率，使电网在输送一定的有功功率时，尽量少输送或不输送无功功率。 提高功率因数的方法可分为两大类：1提高用电设备本身的功率因数。一般有以下五项措施； 1）尽量采用鼠笼式异步电机。以为它结构紧密、气隙小、漏磁少，因而本身的功率因数就比绕线式异步电动机高。2）避免电动机与变压器的轻载运行。因此时有功功率小而激磁所用的无功功率不变，故较低。所以，应力求电动机在接近额定负荷的条件下运行，变压器的负荷率也不宜低于50。 3）对不需调速的大型设备，尽量采用同步电动机。同步电动机的功率因数可达到1，并且在过激磁的条件下，还可向电网输送无功功率，减轻电网输送无功功率的负担因而提高了功率因数。矿井可使用同步电动机的设备有扇风机，空气压缩机等。 4）绕线式异步电动机同步化运行。这一措施同样可将功率因数提到1，但由于经济和维护问题使其推广使用受到一定的限制。 5) 尽量采用高压电动机。这样可以省掉降压变压器，从而消除了该变压器产生的无功损耗，一般变压器的无功损耗约为有功损耗的五倍以上。矿井可用高压电动机的设备有主排水泵、提升机、空气压缩机和扇风机等。 2人工补偿提高功率因数 人工补偿提高功率因数，这是一种使用供应无功功率的设备就地补偿用电设备所需要的无功功率，来提高其功率因数的方法。当用户在采用了各种“自身提高”的措施后仍达不到规定的要求时，就要考虑增设人工补偿装置。人工补偿法一般有四种类型。 1)并联移相电容器组。其原理主要是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功功率相互变换，从而减少负载向电网吸取无功功率，使得补偿装置处以前的电网无功负荷减少，即提高了整个负荷相对电源的功率因数。并联电容补偿法具有投资省、有功功率损耗小(每kvar损耗约34 W)、运行维护方便，故障范围小、无振动与噪声、安装地点较灵活等优点，因而为矿山地面变电所广泛采用。目前多在6kV母线上并联电容器组进行所谓集中补偿。电容补偿的缺点是只能有级调节而不能随负荷无功功率需要量的变化进行连续平滑的自动调节。另外，当通风不良，运行温度过高或线路电压超限时，电容器容易损坏。 2)采用同步调相机。同步调相机实际上就是一个大容量的空载运行的同步电动机，其功率大都在5000kW及以上，在过激磁时，它相当于一个无功发电机。其显著的优点是可以无级调节无功功率，但也有造价高、有功损耗大、需要专人维护等缺点。因而主要用于电力系统的大型枢纽变电所，来调整区域电网的功率因数和潮流分布。 3)采用可控硅静止无功补偿器。这是一种性能较优越的动态无功补偿装置，由移相电容器、饱和电抗器、可控硅励磁调节器及滤波器等组成。其特点是将可控的饱和电抗器与移相电容器并联作用，电容器可补偿设备产生的冲击无功功率的全部或大部。当无冲击无功功率时，则利用由饱和电抗器所构成的可调感性负载将电容器供给的过剩的无功吸收，从而使功率因数保持在要求的水平上。滤波器可以吸收冲击负荷所产生的高次谐波，保证电压质量。这种补偿方式的优点是动态补偿反应迅速，损耗小，特别适合对功率因数变化剧烈的大型负荷进行单独补偿，如用于矿山提升机的大功率可控硅整流装置供电的直流电动机拖动机组等。其缺点是投资较大，设备体积大，因而占地面积也较大。 4)采用进相机改善功率因数。进相机叫转子自激相位补偿机，是一种新型的感性无功功率补偿设备，只适用于对绕线式异步电动机进行单独补偿，电动机容量一般为951000kW。进相机的外形与电动机相似，没有定子及绕组，仅有和直流电动机相似的电枢转子，由单独的、容量为1.14.5kW左右的辅助异步电动机拖动。其补偿原理如下：工作时进相机与绕线式异步电动机的转子绕组串联运行，主机转子电线束流在进相机绕组上产生一个转速为的旋转磁场；进相机由辅助电动机拖动顺着该旋转磁场的方向旋转，当进相机转速时，其电枢上产生相位超前于主机转子电流的感应电势Ek迭加到主机转子电势上，改变了主电动机转子电流的相位，从而改变了主电动机定子电流的相位；调整就可以使主电动机在的条件下运行。这种补偿方法的优点是投资少，补偿效果好而且彻底，还可以大大降低主电动机的负荷电流，因而节电效果也很显著，一般运行两、三个月后就可以收回设置进相机的投资；其缺点是进相机本身是一旋转机构，还要由一辅助电动机拖动，故增加了维护和检修的负担，另外它只适宜负荷变动不大的大容量绕线式电动机，故应用受到一定的限制。3-12 什么叫正序电抗、负序电抗和零序电抗?为什么正、负序电抗只在旋转电机上才不相等?而零序电抗在有零序电流通过的线路上比正、负序电抗值大? (*)3-12 利用对称分量法分析和计算电力系统的不对称故障，实际上是把不对称短路故障产生的三相不对称电势分解成正序、负序和零序三组对称的独立的电势源，反之，这三组对称的电势源经过相量合成，又恰好等于原来的三相不对称电势。因此，在各组独立的电势源网络中，就分别流过各序电势的序电流。所谓正序电抗，是指当仅有正序电流通过该竞件（这些元件是三相对称的)时所产生的正序压降与此正序电流之比。设正序龟流通过某元件产生的相电压降为，则正序电抗(忽略电阻) 同理，负序电抗，零序电抗任一元件的各序电抗可能完全不同。对于中性点不接地系统，零序电流不能形成通路，故元件的零序电抗可视为无穷大，故一般只对中性点接地系统的元件考虑其零序电抗(变压器接线的例外)。电力系统元件一般分为两类，如发电机、电动机等为旋转元件，而架空线、电缆、变压器及电抗器等为静止元件。对于静止元件，当相序改变时，并不能使它们的自感和互感系数发生变化，因此，在电力系统中任何静止元件只要三相对称，则其正序电抗与负序电抗必相等。对于旋转元件，各序电流通过时将引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转方向相同的旋转磁场，负序电流产生与转子旋转方向相反的旋转磁场；而零序电流产生的磁场则与转子的位置无关。因此，在旋转元件中，正序、负序和零序电抗三者是互不相等的。有零序电流通过的线路实际上是指中性点接地系统，或在中性点不接地系统中又加骨人为中性点接地支路的情况。在通入零序电流时，由于三相电流同相，使三相间的互感比互成角相位的正、负序电流有较大的增强，因而互阻抗增大。所以在有零序电流通过的线路中，其零序电抗比正、负序电抗值大。3-13 什么叫最大运行方式、最小运行方式和正常运行方式?在计算短路电流时应如何考虑? (+)3-19 某供电系统如图3-1所示，电源容量为无限大。其余各元件参数如下：线路为架空线，线路电缆，=10km，=15km，=1km，变压器参数相同，=10000kVA，=7.5；电抗器参数相同，=6kV，=500A，=3。求： 1点的短路参数(); 2点发生三相短路对两段6kV母线上的残压和。图3-1 习题3-19的供电系统图 3-20 在图3-2所示的供电系统中，设在点短路时电源6.3KV母线电压能维持不变。若要求点的短路冲击电流不得超过40KA，求允许并联的电缆根数是多少？各线路参数相同，即电抗器：，； 电缆： 。图3-2 习题3-20的供电系统图3-19 解题思路该题供电系统比较简单，供电电压等级只有35kV、6kV两种，敌可用绝对值法进行计算。首先，算出各元件的电抗，然后根据各点的等效计算图计算其短路回路总阻抗，最后就可以据公式算出题意所求的各短路参数。母线残压的计算关键是求出由该母线流向短路点的短路电流，。再乘以倍的母线至短路点的总电抗即可。本题可按以下三步求解。1各元件电抗的计算；2各点等效计算图与短路参数的计算；3求点短路时两段6kV母线上的残压、。 1各元件电抗的计算 1) 系统电抗 2) 架空线电抗 取架空线每km电抗值，则 3) 电源、架空线的等效电抗及其折算到变压器6kV侧的等效电抗 4) 变压器电抗 由于变压器只通过6kV侧的短路电流，故只须计算其折算到6kV的电抗。 5) 电抗器电抗 6) 电缆电抗 取6kV电缆每km电抗，则 2. 各点短路的等效计算图与短路参数的计算 1）点短路时，总电抗故得 2）点短路时，其等效计算图如图3-6所示。图3-6 点短路的等效计算图 回路总电抗 故得 3）点短路时，其等效计算图如图3-7所示。图3-7 k3点短路的等效计算图 回路总电抗 故得 3求点短路时的母线残压和由图3-7可知，支路电流 所以 3-20 解题思路 题目限定短路时6.3KV母线电压不变，即表示是无限大电源系统。由于要求冲击电流不得超过40KA，故对冲击电流应用较精确的计算公式，因而还要算出短路回路的时间常数。本题可按以下四步求解。 1.计算一条线路的阻抗； 2.计算及； 3.计算三相短路电流允许值； 4.计算容许关联的线路数N。 解 1计算一条线路的阻抗 电抗器电抗 电缆的电阻与电抗 一条线路的电阻、电抗及阻抗 2计算及 式中线路电感。 应该指出，对于多路相同参数的线路并联，其并联路数并不影响值的大小。 冲击系数 3计算三相短路电流允许值 4算容许关联的线路数N 对于点的最小容许阻抗为 故得 4-21 什么是电流互感器的10误差曲线? 什么是其10误差倍数规定? 它有什么用处?4-21 电流互感器的10误差曲线，是当变比误差在10时，一次电流倍数(m)与二次负载()的关系曲线。不同类型、不同变比的电流互感器的10误差曲线，可以从产品样本或试验中得到。10误差曲线与电流互感器二次负载和一次电流的大小有关。当流入电流互感器的一次电流时工作在A点，从图4-4的曲线中可以看出，它满足了10误差曲线的要求。因要到B点处的变比误差才达10。若电流继续增大时，二次电流应该仍按其变比成比例地增加，如图中曲线1所示，这样才能使它所带的继电器可靠动作。但实际上由于一次电流增加时，二次电势互。必升高，但由于互感器的铁芯饱和，使一次电流中将有相当量的电流变为励磁电流，不能转变为二次电流。所以当发生短路故障时，一次电流与二次电流的关系并不是线性的，如图4-7中的曲线2所示。 图4-7 电流互感器二次电流与一次电流之间的关系曲线所谓10误差倍数规定，就是对于用作继电保护的电流互感器，在一定条件下(在某一二次负载时)，其变比误差恰为10时，电流互感器原边通过的最大电流与其额定电流之比的倍数规定。如果继电器的整定电流对电流互感器额定电流的倍数超过了其10误差倍数时，继电器将出现拒动或误动等故障。因此，对用作继电保护的电流互感器，应根据二次最大相负载(即二次阻抗)从产品样本中查出其10误差倍数来与整定值作比较，保护装置的一次动作电流倍数应小于此倍数值，才能可靠的动作。6-1 对继电保护的基本要求是什么? 它们各有何作用? 当这些基本要求不能全部时，应优先满足哪些要求? 试举例说明原因? (*)6-1 对继电保护的基本要求是：在被保护范围内发生最轻故障的情况下，保护装置能够快速、可靠并有选择性的将故障部分切除。保护装置的选择性表现在发生故障时，使离故障点最近的断路器首先跳闸切断故障，从而使其它非故障线路能继续运行，也就是把故障停电限制在最小范围内。保护装置的快速性主要是指从故障发生到故障切除的时问要短，这样可以减轻散障的危害程度，防止系统的解并与事态的进一步恶化，有利于系统电压的稳定和恢复，并为电动机自起动创造条件。保护装置的灵敏性是指其对故障的反应能力，一般用灵敏度来衡量。一个保护装置若有较高的灵敏度，就不会因继电器内部某些阻力的增加或因轻故障时电流较小而产生拒动，从而保证保护装置在故障时可靠地动作。通常对于主保护