发电厂电气部分 全部计算题解答与课程设计部分解答第3版

1 为方便使用本教材或换用本教材 特编写了本教材习题中全部计算题的解答和课程设计的部分解答 第3版和第2版均可使用 可作为习题课电子教案 有不妥或错误之处请同行老师批评指正 2 习题3 6 如果图3 9中旁路断路器和旁路回路的隔离开关都是断开状态 线路WL1运行在母线W1上 试写出检修QF1时的不停电倒闸操作过程 解 1 合上QS1和QS3 2 合上QFp 3 QFp合闸成功 说明旁母完好 合上QS1p 等电位合闸 4 断开QF1 5 拉开QS13和QS11 6 做安全措施 3 习题3 7 有两个限流电抗器 额定电压都是10kV 其中一个的额定电流为200A 电抗百分数为3 另一个的额定电流为400A 电抗百分数为4 哪个限流作用效果好 解 额定电流为200A的电抗器的电抗有名值为 额定电流为300A的电抗器的电抗有名值为 可以看出 额定电流为200A 电抗百分数为3 的电抗器的电抗大 限流作用效果好 4 习题3 9 解 首先计算运行费 计算抵偿年限T 标准抵偿年限为5年 应该选投资高的第I方案 某电气主接线设计中 有两个技术性能相当的初步方案 其中方案1的综合投资为900万元 年电能损耗为5 106kWh 折旧费及检修维护费合计为30万元 方案2的综合投资为800万元 年电能损耗为7 106kWh 折旧费及检修维护费合计为20万元 设平均电价为0 20元 kWh 标准抵偿年限为5年 试用抵偿年限法选出最佳方案 习题3 10 某企业的自备热电厂有三台机组 其中100MW机组为发电机 变压器单元接线直接接入110kV母线 另外两台25MW机组经6kV机压母线和机压母线上的变压器接入110kV母线 机压母线上接入的16回电缆线路是本企业的重要负荷 其最大综合负荷为35MW cos 0 8 厂用电率为10 110kV母线上有4回出线 其中2回为本厂与系统的联络线 2回接附近两个终端变电所 请设计该厂的电气主接线 并选择主变压器 解 1 单元接线主变容量选择 查有关发电机的技术参数资料 可得100MW发电机 cos 0 85 额定电压为10 5kV 选择主变压器容量为 120MVA 变比为121 10 5kV 6 2 机压母线上的主变容量选择 优先选2台同容量的主变 1 发电机出力最大 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 当缺乏具体资料时 最小负荷可取为最大负荷的60 70 7 2 发电机电压母线上的最大一台发电机停机时 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 即 考虑了停运机组的起动厂用负荷 8 3 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60 70 以上 即 选2台20MVA的主变压器 电压为121 6 3kV 该厂的电气主接线设计可参考图3 27 习题3 11 某110kV变电所 其35kV侧出线为架空线 无架空地线 6回线路总长是120km 其10kV侧出线为电缆 16根电缆的总长度是25km 请计算35kV和10kV系统的对地电容电流IC 并决定两个系统是否应该设置消弧线圈 若需要请选择消弧线圈的型号 考虑母线增加13 的电容电流后 总电容电流为 Ic 1 13 11 34 12 81A 10A因此需要在35kV中性点上加装消弧线圈 采用过补偿方式 消弧线圈的计算容量为 查附录A表A 32 选容量为400kVA的消弧线圈 解 35kV系统 10kV系统 Ic 1 16 25 29 30A 10kV系统不需要安装消弧线圈 考虑母线增加16 的电容电流后 总电容电流为 10 习题3 12 某变电所安装两台容量为31 5MVA 电压等级为110 10kV的双绕组主变 请选择该变电所10kV母线上应该装设的无功补偿电容器的台数与接线方式 注 按主变容量的15 左右选择 接线采用单星形 大小搭配分两组分别安装在10kV两段母线上 解 选无功补偿容量为2 3000kvar 2 1800kvar 9600kvar 9600 63000 15 238 在主变容量的10 30 范围内 符合规范要求 大小搭配分两组分别安装在10kV两段母线上 每段母线安装4800kvar 并联电容器采用构架式结构屋外放置 接线选单星形接线 3000kvar组每相1000kvar 选3台334kvar单相电容器并联 1800kvar组每相600kvar 选3台200kvar单相电容器并联 习题4 15 解 x t 1 1Uk 100 1 1 8 100 0 088 允许自启动的电动机总容量为14160 84kW 能满足自启动要求 试校验某高温高压火电厂6kV高压备用厂用变压器的容量 能否满足厂用电动机自起动要求 已知高压备用厂用变压器的容量为12 5MV A Uk 8 要求同时自起动电动机容量为11000kW 电动机的平均起动电流倍数为5 cos 0 8 0 9 12 习题5 7 根据附录有关参考资料 查出以下导体的长期允许电流并回答问题 设环境温度 1 80 10mm2单条矩形铝导体 平放及竖放时的长期允许电流各是多少 二者为何不同 2 2 100 8 mm2双条矩形铝导体 平放时的长期允许电流是多少 它为何小于同样条件下两根单条矩形铝导体的长期允许电流之和 解 1 80 10mm2平放为1411A 竖放为1535A 竖放散热好 2 2 100 8 mm2平放为2259A 100 8mm2平放为1547A 两根100 8mm2平放为2 1547A 两根单条矩形铝导体有效散热面积大 13 习题5 8 解 1 短路电流热效应 2 短时发热最高温度 由导体的正常工作温度为50 查图5 5曲线可得Ai 0 4 1016J m4 若已知63mm 10mm铝导体回路中之短路电流I 28 3kA I1 23 8kA I2 19kA 短路切除时间为tk 2s 导体的正常工作温度为50 集肤系数为Ks 1 04 试计算导体的短路电流热效应和短时发热最高温度 14 查图5 5曲线可得 f 98 200 导体不会因短时发热而损坏 满足热稳定要求 15 对于多等跨简支 由表5 4查得Nf 3 56 导体的固有频率为 可查得动态应力系数为 习题5 9 某变电站10kV汇流母线在同一平面内竖放 铝导体尺寸为125mm 10mm 支柱绝缘子距离为1m 试求导体的固有频率及动态应力系数 解 导体断面二次矩 16 已知一台额定电压为10 5kV的QF2 25 2型汽轮发电机 额定容量为25MW 额定功率因数为0 8 的最大负荷利用时间为5500h 年 试分别用按最大持续工作电流和按经济电流密度两种方法分别初选其引出线的母线截面 并说明应以哪个作为选择结果 拟采用平放在同一平面内的矩形铝导体 周围环境温度为30 习题6 4 解 1 按经济电流密度选择导体截面 采用矩形铝导体 根据年最大负荷利用小时5500h 由图6 3可以查得J 0 73 经济截面为 查矩形铝导体长期允许载流量表 每相选用2条125mm 10mm双条矩形铝导体 平放时允许电流Ial 3152A 集肤系数Ks 1 45 环境温度为30 时的允许电流为 满足长期发热条件要求 2 按长期发热选择截面 根据Imax 1804A 选单条平放LMY 125 8矩形导体 平放时允许电流Ial 1920A 环境温度为30 时的允许电流为 因为是发电机回路 应选双条平放LMY 2 125 10 矩形导体 1 热稳定校验 习题6 5 根据上题中所选择的矩形铝导体截面 并已知相间距离a 0 7m 支持绝缘子跨距L 1 2m 发电机主保护的动作时间tpr 0 1s 发电机出口断路器的全分闸时间tab 0 2s 发电机引出线中的最严重短路电流I kA I0 15 29kA I0 3 27kA 试校验其短路热稳定与动稳定 19 短路前导体的工作温度为 查表6 2 用插值法得 所选截面S 2500mm2 Smin 278 7mm2 能满足热稳定要求 2 共振校验 20 取 1 即不考虑共振影响 3 动稳定校验 相间电动力 相间应力 21 根据 可以查得形状系数 条间电动力为 最大允许衬垫跨距 衬垫临界跨距 每跨选取2个衬垫时 可以满足动稳定要求 22 习题6 6 根据有关参考资料 求出按下列条件直埋在土中的铝心油浸纸绝缘电力电缆 三芯 的长期允许载流量 1 UN 10kV S 120mm2 土壤热阻系数为120 cm W 土壤温度为10 2 UN 10kV S 2 120 mm2 土壤热阻系数为80 cm W 土壤温度为10 两条电缆并列直埋土中 电缆净距100mm 解 在附表中查出各K的数值 1 长期允许载流量 2 长期允许载流量 23 习题6 7 某电厂由10kV机压母线用双回电缆线路向一重要用户变电所供电 用户最大负荷5000kVA 最大负荷利用小时数为5200h 年 当一回电缆线路故障时 要求另一回仍能供给80 的最大负荷 线路长度较短 直埋土中 电缆净距为100mm2 高湿度土壤 土壤温度10 短路电流I 10kA I1 7 6kA I2 6 9kA 短路切除时间为2s 试选择该电缆 解正常情况下每回路的最大持续工作电流为 根据最大负荷利用小时数5200h 年 查图6 3曲线1 得J 0 72 直埋敷设一般选用钢带铠装电缆 每回路选用两根三芯油浸纸绝缘铝心铝包铠装防腐电缆 每根S 95mm2 高湿度热阻系数为80 cm W 此时的允许载流量为Ial 185A 最高允许温度为60 额定环境温度为25 长期发热按一回电缆线路故障时转移过来的负荷校验 即 满足长期发热要求 短路热效应 短路前电缆的工作温度 热稳定系数C为 满足热稳定要求 由于电缆较短不用电压损失校验 根据以上计算可以看出 所选电缆满足要求 27 习题6 8 解 1 支柱绝缘子的选择根据装设地点及工作电压 位于屋内部分选择ZB 10Y型户内支柱绝缘子 其高度H 215mm 抗弯破坏负荷Fde 7350N mm 242mm 可以满足动稳定要求 如选ZL 10 8型 28 2 穿墙套管的选择根据装设地点 工作电压及最大长期工作电流 选择CWLC2 10 2000型户外铝导体穿墙套管 其UN 10kV IN 2000A Fde 12250N 套管长度Lca 0 435m 5s热稳定电流为40kA kA 2 s满足热稳定要求 满足动稳定要求 29 习题6 9选择某电网末端变电所10kV出线中的高压断路器及隔离开关 屋内 已知 线路最大持续工作电流为480A 所配置的过电流保护动作时间为1 5s 线路首端的短路电流在整个短路过程中保持不变为11 7kA 解 根据额定电压和Imax 480A 初选SN10 10I 630型少油断路器 断路器和隔离开关选择比较结果选校项目计算数据SN10 10I 630型GN6 10T 600型额定电压 kV101010额定电流 A480630600额定开断电流 kA11 716 额定关合电流 kA29 83540 热稳定校验 kA 2 s219162 2202 4动稳定校验 kA29 8354052 30 习题6 10 某发电厂的电气主接线如下图所示 已知主要设备参数为 T1和T2 SN 20MVA ud 10 5 电压比k 121 10 5kV G1和G2 PN 25MVA UN 10 5kV 系统容量S 500MVA 系统电抗 馈线负荷Pmax 4000kW 功率因数为0 8 短路持续时间为2s 现欲在10kV电缆馈线中采用SN10 10I型高压少油断路器 试选择校验线路电抗器L1 解基准选取 Sd 100MVA Ud 10 5kV Id 5 5kA 根据安装地点电网电压和持续工作电流初选NKL 10 300 3型电抗器 参数计算如下 系统电抗 选择电抗百分值 变压器 发电机 选用电抗百分值为3 的电抗器 计算总电抗为 故选用电抗百分值为3 的电抗器 动稳定不能满足要求 改选电抗百分值为4 的电抗器NKL 10 300 4型 SN10 10I型高压少油断路器INbr 16kA 33 重新计算电抗器后短路电流 求计算电抗 动稳定满足要求 热稳定校验 电压损失校验 残压校验 可以看出 选用NKL 10 300 4型电抗器满足要求 35 习题6 11 选择某变电所10kV母线上的电压互感器 该母线上共接有8回馈电线路 每回线路上装有电流表及有功电能表各一只 此外 在母线上还需装设测量线电压的电压表1只及供绝缘监察装置用的电压表3只 解 根据电压互感器安装在屋内 电网的额定电压为10kV 供给电能表电压及用于绝缘监察 选用JSJW 10型三相五柱式电压互感器 也可选用3只单相JDZJ型浇注绝缘电压互感器 额定电压为10 0 1kV 辅助二次绕组为0 1 3kV 准确级为0 5级 三相额定容量SN2 120VA 电压互感器与测量仪表的接线方式 与电压互感器接线方式不同 不完全星形部分 的各相间二次负荷分配在下表中示出 36 根据表6 7计算不完全星形部分负荷的视在功率和功率因数 即 37 利用表6 7中的计算公式 并计及与电压互感器接线方式相同的绝缘监察电压表功率P 得A相负荷为 B相负荷为 38 由于Sab与Sbc接近 ab与 bc接近 可知B相负荷最大 即 故选用JSJW 10型电压互感器满足要求 120 3VA 39 习题6 12 选择某发电厂10kV馈电线路上的电流互感器 已知 线路最大工作电流为250A 断路器的全分闸时间为0 2s 装有时限为1 5s的过电流保护 线路中的短路电流数值为 I 16 5kA I0 85 11kA I1 7 9 4kA 由互感器装设地点到测量仪表的距离为30m 互感器到最近绝缘子的距离L 1 2m 相间距离a 0 4m 互感器和仪表的接线如图6 15所示 功率表为46DI W型 电流线圈消耗的功率为0 6VA 解根据电流互感器安装在屋内 电网的额定电压为10kV 回路的最大持续工作电流为250A和供给电能表电流 选用LFZ1 10型屋内复匝浇注绝缘式电流互感器 变比为300 5A 准确级为0 5级 额定二次阻抗为0 4 热稳定倍数90 动稳定倍数160 电流互感器二次负荷 单位 VA 仪表名称及型号A相B相C相有功功率表0 60 6有功电能表 DX1 0 50 5电流表 46L1 A 0 35总计1 10 351 1 最大相负荷电阻为ra 1 1 25 0 044 ra rc 0 144 ZN2 41 对采用不完全星形接线互感器 计算长度Lc L 30m 故满足准确级要求的连接导线最小截面为 选用2 5mm2的铜导线 热稳定校验为 动稳定校验为 42 习题9 8 解 根据题目给定的条件知 标准容量为60000kVA Kb 0 5 这是高压侧同时向中压和低压侧传输功率的运行方式 最大传输功率受到串联绕组容量的限制 而 得 由 某降压变电所装有一台额定电压为220 121 10 5kV 额定容量为120000 120000 60000kVA的三相三绕组自耦变压器 其效益系数和标准容量为多少 如果其低压侧接有38400kW 功率因数为0 8的负荷 当各侧功率因数相等时 试求220kV系统还能向110kV系统输送多少容量 43 习题9 9 设有两台并列运行的双绕组变压器 变压器I的型号及参数为S9 5000 35 k 35kV 10 5kV P0 5 4kW Pk 33kW uk 7 I0 0 8 变压器II的型号为S9 6300 35 k 35kV 10 5kV P0 6 56kW Pk 36kW uk 7 5 I0 0 7 两台变压器的变比和绕组连接组别都相同 只是额定容量和短路电压不同 已知SNI 5000kVA ukI 7 SNII 6300kVA ukII 7 5 试求 1 当5000kVA变压器满载时 另一台变压器供多大负荷 其容量能否充分利用 2 当供给负荷11300kVA时 两台变压器各供给多大负荷 解 1 将下两式相比 得 44 从计算结果可以看出 容量小的变压器过负荷运行 容量大的变压器未能得到充分利用 2 45 习题9 10 某自然油循环变压器 当地日等值空气温度为20 负荷曲线如图9 15所示 求历时2h的过负荷倍数 解依等值发热得 46 查图9 6a曲线得过负荷倍数得K2 1 53 实际过负荷不能超过1 5 47 附录B课程 毕业 设计任务书1课程设计学时较多时可使用本题目 机械工业出版社2015 7出版的许珉主编 变电站电气一次设计 中的例题是附录B课程 毕业 设计的相关内容 1 主变压器的选择1 35kV的最大综合计算负荷根据35kV远景负荷 同时系数取0 9 线损率取5 得Smax 0 9 3 3 5 2 2 1 5 2 5 2 5 1 05 0 9 17 85MVA2 10kV的最大综合计算负荷根据10kV远景负荷 同时系数取0 85 线损率取5 得Smax 0 85 5 0 8 4 0 78 3 5 0 8 8 0 8 1 5 0 8 5 5 0 8 6 0 78 1 05 35 866MVA3 总的最大综合计算负荷35kV和10kV的同时系数取0 9 得Smax 0 9 17 85 35 866 48 345MVA 48 4 主变选择60 的全部最大综合计算负荷为0 6 48 345MVA 29MVA可以看出全部I类负荷SI和II类负荷SII之和小于29MVA选择SN 31 5MVA的有载调压降压结构变压器两台 SN 29MVA 总容量为2SN Smax 48 345MVA满足要求 型号选SFSZ9 31500 110 电压等级110 8 1 25 38 5 2 2 5 10 5kV 接线组别YN yn0 d11 110kV侧有载调压开关采用十七档分接头 35kV侧有载调压开关采用五档分接头 2 电气主接线设计 3 中性点的接地方式设计和站用电设计 4 变压器低压侧引出线导体选择 5 10kV母线选择 6 110kV母线选择 7 变压器低压侧引出