《发电厂电气部分》课后题部分答案

1 第一章第一章 电力系统概述电力系统概述 1 1 何谓电力系统 动力系统及电力网 何谓电力系统 动力系统及电力网 答 电力系统是指由发电机 输配电线路 变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的有机 整体 动力系统由电力系统再加上发电厂的动力部分 火电厂的锅炉 汽轮机 热力管网等 水电厂 的水库 水轮机 压力管道等 构成 电力网指在电力系统中 由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络 简称电网 2 2 联合成电力系统并不断扩大有什么优越性 联合成电力系统并不断扩大有什么优越性 答 联合成电力系统并不断扩大的优越性有 1 提高供电的可靠性 2 减少系统中总备用容量的比重 3 减少总用电负荷的峰值 4 可以安装高效率的大容量机组 5 可以水火互济节约能源改善电网调节性能 6 可以提高电能质量 3 3 何谓电力系统额定电压 何谓电力系统额定电压 我国电网和用电设备的额定电压有哪些等级我国电网和用电设备的额定电压有哪些等级 答 额定电压指某一受电器 电动机 电灯等 发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效 益的电压 我国电网和用电设备的额定电压等级有 220V 380V 3kV 6 kV 10 kV 35 kV 60 kV 110 kV 154 kV 220 kV 330 kV 500 kV 750 kV 1000 kV 4 4 电能的质量指标有哪几项 电能的质量指标有哪几项 简要说明其内容 简要说明其内容 答 电能的质量指标主要是频率 电压和波形三项 1 频率 对大型电力系统 频率的允许范围为 50Hz 0 2Hz 对中小电力系统 频率的允 许范围是 50Hz 0 5Hz 2 我国规定用户处的电压容许变化范围是 1 由 35kV 及以上电压供电的用户 5 2 由 10kV 及以下电压供电的高压用户和低压电力用户 7 3 低压照明用户 10 5 3 波形 电力系统供电电压或电流的标准波形是正弦波 5 5 电力系统中性点有哪几种运行方式 电力系统中性点有哪几种运行方式 各有什么优缺点各有什么优缺点 我国大体上用怎样的电压等级范围我国大体上用怎样的电压等级范围 答 2 1 电力系统中性点运行方式 电力系统中性点运行方式有中性点不接地 直接接地 经电阻接地和经消弧线圈接地运行方式 其中经电阻接地又分经高电阻接地 经中电阻接地和经低电阻接地三种 中性点直接接地 经中电 阻接地和经低电阻接地称为大接地电流系统 中性点不接地 经消弧线圈接地和经高电阻接地称为 小接地电流系统 2 各运行方式的优缺点 小接地电流系统的优点 单相接地时 三相间线电压仍保持对称和大小不变 对电力用户的继 续供电并无影响 缺点 两个非故障相的对地电压升高至 3 倍 所以在中性点不接地的电力网中 各种设备的对地绝缘应按线电压设计 才能承受在一相接地时 非故障相对地电压的升高影响 在 中性点不接地的电力网中 一相接地时接地点的接地电流等于正常时相对地电容电流的三倍 经消 弧线圈接地的电力网中 可以大大减小一相接地时接地点的接地电流 但欠补偿时容易发生振荡 引起内过电压 大接地电流系统的优点 单相接地时 非故障相对地电压保持不变 各种设备的对地绝缘按相 电压设计即可 缺点 可靠性较低 发生单相接地故障时 故障的送电线路被切断 因而使用户 的供电中断 经电阻接地运行方式的优点 使接地电容电流向阻性发展 避免系统振荡引起过电压 缺点 高电阻接地不适用于故障电容电流大于 4 5A 的网络 应用范围 较小 低电阻接地接地时则接地电流较大 3 目前我国所用的电压等级范围 1 对于 6 l0kV 系统 主要由电缆线路组成的电网 在电容电流超过 7A 时 采用电阻接地 在电容电流低于 7A 或由架空线组成的电网 则采用不接地的运行方式 2 6 20kV 发电机或调相机回路 中性点可采用不接地 经消弧线圈接地或高电阻接地方式 即经过二次侧接电阻的接地变压器接地 3 35kV 系统 一般均采用中性点经消弧线圈接地的方式 4 110kV 及以上系统 一般均采用中性点直接接地的方式 在一些多雷山区 为了提高供电 的可靠性 有的 110kV 系统中性点也采用经消弧线圈接地的方式 5 1kV 以下系统 中性点采用不接地的方式运行 380 220V 三相四线制电网的中性点 是为 了适应受电器取得相电压的需要而直接接地 6 6 如何计算系统单相接地时的电容电流 如何计算系统单相接地时的电容电流 如何选择消弧线圈容量如何选择消弧线圈容量 答 1 线路一相接地电容电流可近似地用下列公式估计 1 对于架空电网 IC 2 7 3 3 U 10 3 A 式中的系数 没有架空地线时取 2 7 有架空地线时取 3 3 对于同杆架设的双回路 电容电流 为单回路的 1 3 1 6 倍 2 对于电缆电网 IC 0 1U A 式中 U 电网线电压 kV l 有直接电连接的这一电压级电网送电线路的长度 km 3 2 消弧线圈容量的选择 选择消弧线圈的容量 应考虑电网五年左右的发展规划 并按过补偿方式考虑 其容量按下式 计算 S 1 5IC U kVA 式中 IC 电网一相接地电容电流 A U 电网相电压 kV 7 7 电力系统失去稳定是一种什么状况 电力系统失去稳定是一种什么状况 稳定问题分为哪几类稳定问题分为哪几类 答 1 电力系统失去稳定时 系统产生自发性振荡 或者各机组间产生剧烈的相对运动 以至 于系统的频率和电压大幅度变化 不能保证对负荷的正常供电 造成大量用户停电 2 电力系统稳定问题是指当系统受到扰动后能否继续保持各发电机之间同步运行的问题 根据系统受到扰动的大小及运行参数变化特性的不同 通常将系统的稳定问题分为三大类 即静态 稳定 暂态稳定和动态稳定 静态稳定是指电力系统在运行中受到微小扰动 如短时的负荷波动 后 能够自动恢复到原有运 行状态的能力 暂态稳定是指系统在运行中受到大的扰动 如切除机组 线路或发生短路等 后 经历一个短暂 的暂态过程 从原来的运行状态过渡到新的稳定运行状态的能力 动态稳定是指系统在运行中受到大扰动后 保持各发电机在较长的动态过程中不失步 由衰减 的同步振荡过程过渡到稳定运行状态的能力 4 第二章第二章 短路电流的计算短路电流的计算 1 1 何谓短路 引起短路的主要原因是什么 发生短路后可能有什么后果 何谓短路 引起短路的主要原因是什么 发生短路后可能有什么后果 答 1 电力系统短路指电力系统中相与相之间或相与地之间 中性点直接接地系统 通过电弧 或其它较小阻抗而形成的一种非正常连接 2 发生短路的原因 1 电气设备载流部分绝缘损坏 如大气过电压 操作过电压 绝缘老化 机械性损伤 设计 安装 运行维护不良 2 意外事件引起的短路 如输电线路断线 倒杆 雷击等 3 人为事故 如带负荷拉开或合上隔离开关 带地线合闸 将挂地线设备投入运行等 4 异物跨接导体 如鸟兽跨接 树枝跨接等 3 电力系统短路后的后果 1 短路点电弧可能烧坏设备 甚至引起火灾 2 短路电流产生大量的热量 引起温度升高 甚至会损坏绝缘 3 短路电流在导体中产生的电动力 可能使导体发生变形 甚至损坏 4 系统电压大幅下降影响用户的供电 严重时甚至破坏电力系统的稳定 5 短路电流产生的电磁感应会干扰通讯线路 甚至危及设备和人身安全 2 2 何谓次暂态短路电流 冲击短路电流 短路全电流最大有效值及稳态短路电流 计算这些 何谓次暂态短路电流 冲击短路电流 短路全电流最大有效值及稳态短路电流 计算这些 电流的用途是什么 电流的用途是什么 答 1 在第一个周期内周期分量的有限值称为次暂态短路电流 是校验断路器开断能力的依据 2 短路电流在短路后半个周期 t 0 01s 时 瞬时值达到最大 该最大值称为冲击短路电流 是校验电气设备动稳定能力的依据 3 出现在冲击短路电流 ish处的周期分量有效值和非周期分量的均方根值称为短路全电流最 大有效值 故障切断时间小于 0 1s 时 检验断路器的开断能力 4 短路后 非周期分量衰减完 暂态过程结束 就进入稳定状态 此时的短路电流称为稳 态短路电流 是短路后计算残压的依据 3 3 用标么值对元件电抗和短路电流计算有什么好处 用标么值对元件电抗和短路电流计算有什么好处 如何将任意基准下元件电抗的标么值换算如何将任意基准下元件电抗的标么值换算 成选定基准下元件电抗的标么值成选定基准下元件电抗的标么值 答 1 用标么值对元件电抗和短路电流计算的好处有 1 用标么值进行计算时 只要选定的基准容量相同 基准电压按规定的平均额定电压选取 按电抗所在电压级计算所求得的标么值 可适用于其他电压级 2 相间电压的标么值与相电压的标么值相等 5 3 三相功率的标么值与单相功率的标么值相等 4 三相电路的欧姆定律公式 I U X 功率方程式 S U I 与单相电路相同 5 当电压标么值 U 1 时 功率的标么值等于电流的标么值 等于电抗标么值的倒数 即 S I 1 X 2 任意基准下元件电抗的标么值换算成选定基准下元件电抗标么值的方法 设 XN UN SN分别是额定参数下的标么值 换算成选定基准下元件电抗标么值可按公式 2 2 d d N N N d d U S S U X X X X 计算 当 UN与 Ud相等时 可按公式 N d Nd S S XX 计算 其它基准下元件电抗的标么值换算一样 4 4 何谓无限大容量电源 何谓无限大容量电源 无限大容量电源供电的短路暂态过程有什么特点无限大容量电源供电的短路暂态过程有什么特点 如何计算无限大容如何计算无限大容 量电源供电的短路电流量电源供电的短路电流 答 1 在实际电力系统中 某容量很小的支路 该支路中各元件的容量较系统容量小得多 其 阻抗比系统阻抗大很多 发生短路时 引起系统母线电压的变化很小 在分析及计算时 为了方便认为该电源是一内部阻抗 ZG 0 xG 0 rG 0 系统母线电压为 恒定的电源 称这种电源为无限大容量电源 2 无限大容量电源供电的短路暂态过程的特点是周期短路电流的幅值始终维持不变 3 无限大容量电源供电的短路电流的计算方法 1 作出计算电路图 2 作出对各短路点的等值电路图 3 对等值电路图进行化简 求出短路回路总电抗 X 4 进行短路电流的计算 周期短路电流标么值的计算公式 X IP 1 周期短路电流有效值的有名值等于其标么值乘以电流基准值 公式为 Ip Ip Id Id X 对无限大容量电源 稳态短路电流等于周期短路电流 非周期短路电流 inp按指数曲线衰减 a T t npnp eii 0 冲击短路电流的计算公式为 ish 2Ksh Ip 其中 Ksh为短路电流冲击系数 对无限大容量电源 Ksh 1 8 6 5 5 如何用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期分量的有效值 如何用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期分量的有效值 答 用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期分量的有效值的方法 1 求短路回路总电抗的计算电抗 Xca 1 作出计算电路图 2 根据计算电路图作出等值电路图 3 化简等值电路图 4 确定短路回路总电抗 X 或 X 5 按下列公式求出计算电抗 或 2 av N ca U S XX d N ca S S XX 2 查所需周期短路电流有效值的标么值 Ipt 1 按电源性质及求得的计算电抗 Xca 选择运算曲线 2 次暂态短路电流 I 的标么值 I 查 t 0 时曲线 3 稳态短路电流 I 的标么值 I 查 t 4 时曲线 4 需要其它时刻短路电流 Ipt 时 查 t 时的曲线 若所查时刻 t 没有曲线可采用插值法对于 Xca 3 时 按无限大系统计算 6 6 何谓对称分量法 何谓对称分量法 何谓正序增广法则何谓正序增广法则 如何求解不对称短路如何求解不对称短路 答 略 7 7 二相短路与三相短路哪种情况严重 二相短路与三相短路哪种情况严重 单相短路与三相短路相比又如何单相短路与三相短路相比又如何 答 略 8 8 如图 如图 2 422 42 所示电力系统 计算所示电力系统 计算 K K 点三相短路时 每回输电线路上的点三相短路时 每回输电线路上的 I I i ish sh I I0 2 0 2和 和 I I 并计算未故障母线并计算未故障母线 I I 段上的残压 段上的残压 提示 提示 I I 段母线的残压即段母线的残压即 I I 段母线对短路点的电压段母线对短路点的电压 图 2 42 第 8 题计算用图图 2 8 1 等值电路图 图 2 8 2 等值电路化简 一 图 2 8 3 等值电路化简 二 图 2 8 4 等值电路化简 三 答 1 0 3 2 0 145 3 0 145 4 0 525 5 0 525 6 0 349 1 0 3 7 0 0725 4 0 525 8 0 874 9 0 3725 10 0 328 11 0 7 7 1 网络化简 1 画等值电路图 各电抗按顺序编号 如图 2 8 1 2 电抗 2 3 并联电抗合并为 7 号电抗 电抗 5 6 串联电抗合并为 8 号电抗 如图 2 8 2 3 电抗 1 7 串联电抗合并为 9 号电抗 电抗 4 8 并联电抗合并为 10 号电抗 如图 2 8 3 4 电抗 9 10 串联电抗合并为 11 号电抗 如图 2 8 4 2 参数计算 1 各元件参数 取 Sd S N 100MVA Ud Uav 发电机 X1 Xd Sd SN 0 3 100 100 0 3 线路 X2 X3 Xl L SN Uav2 0 4 48 100 1152 0 145 变压器 X4 X5 Ud 100 Sd SN 10 5 100 100 20 0 525 电抗器 X6 Xdk 100 UN 3IN Sd Uav2 6 100 6 1 5 3 100 6 32 0 349 2 电抗 2 3 并联电抗合并 X7 X2 X3 X2 X3 0 145 2 0 0725 电抗 5 6 串联电抗合并 X8 X5 X6 0 525 0 349 0 874 3 电抗 1 7 串联电抗合并 X9 X1 X7 0 3 0 0725 0 3725 电抗 4 8 并联电抗合并 X10 X4 X8 X4 X8 0 525 0 874 0 525 0 874 0 328 4 电抗 9 10 串联电抗合并 X11 X9 X10 0 3725 0 328 0 7 3 计算短路电流 计算电抗 Xca X11 0 7 查曲线 查 t 0 曲线 得 I 1 5 查 t 0 2 曲线 得 I 0 2 1 32 查 t 4 曲线 得 I 4 1 72 输电线路上的 I ish I0 2 I 基准电流 Id Sd 3Ud 100 115 3 0 502kA 每回输电线路的 I I Id 2 1 5 0 502 2 0 377kA 每回输电线路的 ish 1 8 2 I 1 8 2 0 377 0 958kA 每回输电线路的 I0 2 I0 2 Id 2 1 32 0 502 2 0 331kA 每回输电线路的 I I 4 Id 2 1 72 0 502 2 0 432 kA 4 计算未故障母线 I 段上的残压 未故障母线 I 段上的稳态电流标么值 II X10 X8 I 4 0 328 0 874 1 72 0 645 未故障母线 I 段上的残压标么值 Ure II X6 0 645 0 349 0 225 未故障母线 I 段上的残压有名值 Ure Ure Ud 0 225 6 3 1 418kV 8 9 9 如图 如图 2 432 43 所示的电力系统 计算所示的电力系统 计算 K K 点三相短路时短路处和每个电源供给短路点的点三相短路时短路处和每个电源供给短路点的 I I 图 2 43 第 9 题计算用图图 2 9 1 等值电路图 图 2 9 2 等值电路化简 一 图 2 9 3 等值电路化简 二 3 图 2 9 4 等值电路化简 三 图 2 9 5 等值电路化简 四 答 1 网络化简 1 画等值电路图 各电抗按顺序编号 如图 2 9 1 2 电抗 4 5 并联电抗合并为 X9 电抗 2 3 串联电抗合并为 X10 如图 2 9 2 3 电抗 6 7 8 三角形变换为星形电抗 11 12 13 如图 2 9 3 1 0 16 2 0 278 3 0 175 K 3 4 0 302 5 0 302 6 0 091 7 0 121 8 0 076 1 0 16 9 0 151 7 0 121 6 0 091 8 0 076 10 0 453 K 3 1 0 16 10 0 453 9 0 151 11 0 151 12 0 151 13 0 151 K 3 14 0 349 15 0 477 13 0 151 K 3 18 0 477 K 3 17 0 349 9 4 电抗 1 9 11 串联电抗合并为 X14 电抗 10 12 串联电抗合并为 X15 如图 2 9 4 5 电抗 13 14 15 星形变换为三角形电抗 16 17 18 如图 2 9 5 2 参数计算 1 各元件参数 取 Sd 100MVA Ud Uav 水电厂 X1 Xd Sd SN 0 4 100 250 0 16 火电厂 X2 Xd Sd SN 0 125 100 45 0 278 变压器 X3 Ud 100 Sd SN 10 5 100 100 60 0 175 2 100km 线路 X4 X5 Xl L SN Uav2 0 4 100 100 1152 0 302 30km 线路 X6 Xl L SN Uav2 0 4 30 100 1152 0 091 40km 线路 X7 Xl L SN Uav2 0 4 40 100 1152 0 121 25km 线路 X8 Xl L SN Uav2 0 4 25 100 1152 0 076 2 电抗 4 5 并联电抗合并 X9 X4 X5 X4 X5 0 302 2 0 151 电抗 2 3 串联电抗合并 X10 X2 X3 0 278 0 175 0 453 3 三角形 星形 038 0 076 0 121 0 091 0 121 0 091 0 876 67 11 XXX XX X 024 0 076 0 121 0 091 0 076 0 091 0 876 86 12 XXX XX X 032 0 076 0 121 0 091 0 076 0 121 0 876 87 13 XXX XX X 4 电抗 1 9 11 串联电抗合并 X14 X1 X9 X11 0 16 0 151 0 038 0 349 电抗 10 12 串联电抗合并 X15 X10 X12 0 453 0 024 0 477 5 星形 三角形 404 0 477 0 349 0 032 0 349 0 032 0 15 1413 141317 X XX XXX 553 0 349 0 477 0 032 0 477 0 032 0 14 1513 151318 X XX XXX 3 求计算电抗 水电厂对 k 点转移电抗为 X17 火电厂对 k 点转移电抗为 X18 则 水电厂对 k 点计算电抗为 Xca X17 SG Sd 0 404 250 100 1 01 火电厂对 k 点计算电抗为 Xca X18 SG Sd 0 553 45 100 0 249 4 计算次暂态短路电流 I 1 水电厂对 k 点次暂态短路电流标么值 I 根据 Xca 1 01 查 t 0 时曲线 得 I 1 06 基准电流 Id 250 3 115 1 255kA 水电厂对 k 点次暂态短路电流有名值 I Id I 1 06 1 255 1 33kA 2 火电厂对 k 点次暂态短路电流标么值 I 根据 Xca 0 249 查 t 0 时曲线 得 I 1 88 基准电流 Id 45 3 115 0 226kA 火电厂对 k 点次暂态短路电流有名值 I Id I 1 88 0 266 0 425kA 3 k 点次暂态短路电流有名值 I I 1 33 0 425 1 755kA 10 1010 如图 如图 2 442 44 所示的电力系统 计算所示的电力系统 计算 K K 点三相短路时短路点的点三相短路时短路点的 I I i ish sh I I 图 2 44 第 10 题计算用图图 2 10 1 等值电路图 图 2 10 2 等值电路化简 一 图 2 10 3 等值电路化简 二 图 2 10 4 等值电路化简 三 图 2 10 5 等值电路化简 四 答 1 网络化简 1 画等值电路图 各电抗按顺序编号 如图 2 10 1 2 电抗 1 4 串联电抗合并为 X11 电抗 2 5 串联电抗合并为 X12 电抗 3 8 串联电抗合并 为 X13 M N 属等电位点 直接相连 如图 2 10 2 3 电抗 6 9 并联电抗合并为 X14 电抗 12 13 并联电抗合并为 X15 电抗 7 10 并联电抗合 并为 X16 如图 2 10 3 4 电抗 11 14 串联电抗合并为 X17 如图 2 10 4 5 电抗 15 16 17 星形 三角形变换成电抗 18 19 20 如图 2 10 5 2 参数计算 1 各元件参数 取 Sd 100MVA Ud Uav 水电厂 G1 G2 G3 X1 Xd Sd SN 0 2 100 55 0 364 X2 X3 双绕组变压器 X4 Ud 100 Sd SN 10 5 100 100 60 0 175 1 0 364 2 0 364 3 0 364 4 0 175 5 0 104 8 0 104 6 0 179 9 0 179 7 0 004 10 0 004 K MN 11 0 539 6 0 179 9 0 179 12 0 468 13 0 468 7 0 004 10 0 004 K M N 11 0 539 14 0 089 15 0 234 16 0 002 K M 17 0 628 15 0 234 16 0 002 K M K 18 0 621 19 0 231 11 三绕组变压器 Uk1 Uk1 2 Uk1 3 Uk2 3 2 10 5 17 6 2 10 75 Uk2 Uk1 2 Uk2 3 Uk1 3 2 10 5 6 17 2 0 25 数据不合实际 这里将 错就错 Uk3 Uk1 3 Uk2 3 Uk1 2 2 17 6 10 5 2 6 25 X5 Uk3 100 Sd SN 6 25 100 100 60 0 104 X8 X6 Uk1 100 Sd SN 10 75 100 100 60 0 179 X9 X7 Uk2 100 Sd SN 0 25 100 100 60 0 004 X10 2 电抗 1 4 串联电抗合并 X11 X1 X4 0 364 0 175 0 539 电抗 2 5 串联电抗合并 X12 X2 X3 0 364 0 104 0 468 电抗 3 8 串联电抗合并 X13 X3 X8 0 364 0 104 0 468 3 电抗 6 9 并联电抗合并 X14 X6 X9 X6 X9 0 179 2 0 089 电抗 12 13 并联电抗合并 X15 X12 X13 X12 X13 0 468 2 0 234 电抗 7 10 并联电抗合并 X16 X7 X10 X7 X10 0 004 2 0 002 4 电抗 11 14 串联电抗合并 X17 X11 X14 0 539 0 089 0 628 5 星形 三角形 621 0 234 0 628 0 002 0 002 0 628 0 15 1716 171618 X XX XXX 231 0 628 0 234 0 002 0 002 0 234 0 17 1615 161519 X XX XXX 3 求计算电抗 水电厂 G1对 k 点转移电抗为 X18 水电厂 G2 G3对 k 点转移电抗为 X19 则 水电厂 G1对 k 点计算电抗为 Xca X18 SG Sd 0 621 55 100 0 342 水电厂 G2 G3对 k 点计算电抗为 Xca X19 SG Sd 0 231 110 100 0 254 4 求 K 点三相短路时短路点的 I ish I 1 水电厂 G1对 k 点次暂态短路电流标么值 I 根据 Xca 0 342 查 t 0 时曲线 得 I 3 26 水电厂 G1对 k 点稳态短路电流标么值 I 根据 Xca 0 342 查 t 4 时曲线 得 I 2 82 基准电流 Id 55 3 115 0 276 kA 水电厂 G1对 k 点次暂态短路电流有名值 I Id I 0 276 3 26 0 900kA 水电厂 G1对 k 点稳态短路电流有名值 I Id I 0 276 2 82 0 778 kA 2 水电厂 G2 G3对 k 点次暂态短路电流标么值 I 根据 Xca 0 254 查 t 0 时曲线 得 I 4 36 水电厂 G2 G3对 k 点稳态短路电流标么值 I 根据 Xca 0 254 查 t 4 时曲线 得 I 3 16 基准电流 Id 110 3 115 0 552 kA 水电厂 G2 G3对 k 点次暂态短路电流有名值 I Id I 0 552 4 36 2 407kA 水电厂 G2 G3对 k 点稳态短路电流有名值 I Id I 0 552 3 16 1 744kA 3 k 点次暂态短路电流有名值 I 0 900 2 407 3 307 kA k 点冲击短路电流 ish 2Ksh I 变压器后短路时 Ksh 1 85 则 ish 2 1 85 3 307 8 664 kA k 点稳态短路电流有名值 I 0 778 1 744 2 522 kA 12 1111 如图 如图 2 452 45 所示电力系统 已知所示电力系统 已知 K K1 1短路时短路点的短路时短路点的 I I 2 51kA2 51kA 求 求 K K2 2点三相短路时短路点点三相短路时短路点 的的 I I 图 2 45 第 11 题计算用图图 2 11 1 等值电路图图 2 11 2 等值电路化简 答 1 网络化简 1 画等值电路图 各电抗按顺序编号 如图 2 11 1 2 电抗 1 2 串联电抗合并为 X3 如图 2 11 2 2 参数计算 1 各元件参数 取 Sd 500MVA Ud Uav 系统及双回路线电抗 X1 基准电流 Id Sd 3 Ud 500 3 115 2 51kA 已知 K1短路时短路点的 I 2 51kA 则 X1 Id I 1 变压器 X2 Ud 100 Sd SN 10 5 100 500 30 1 75 2 电抗 1 2 串联电抗合并 X3 X1 X2 1 1 75 2 75 3 K2点三相短路时短路点的 I K2点三相短路时短路点的 I 1 2 75 基准电流 Id Sd 3 Ud 500 3 10 5 27 5kA K2点三相短路时短路点的 I 27 5 2 75 10 kA 1 1 2 1 75 K1 K2 3 2 75 K2 13 第三章第三章 导体的发热 电动力效应导体的发热 电动力效应 1 1 引起导体和电器发热的原因是什么 引起导体和电器发热的原因是什么 答 引起导体和电器发热的原因是 1 电阻损耗 由电阻引起 是损耗的主要形式 2 磁滞损耗 由交变磁场的作用引起 针对铁磁材料零配件 3 涡流损耗 由交变磁场的作用引起 磁性或非磁性导电材料零配件均有 4 介质损耗 由强电场的作用引起 针对绝缘材料 2 2 导体和电器的发热有哪两种类型 导体和电器的发热有哪两种类型 各有什么特点各有什么特点 对导体和电器的工作可能造成什么影响对导体和电器的工作可能造成什么影响 答 1 导体和电器的发热类型有 1 长期发热状态 正常时 导体长期流过工作电流引起的发热 特点 工作电流和发热是持续的 温度升高到某一值时 发热与散热将达到平衡 2 短时发热状态 短路时 导体短时间流过短路电流引起的发热 特点 导体中流过短路电流数值大 但持续的时间很短 一般为零点几秒到几秒钟 断路器全开断 时间 导体的温度在短时间内上升很快 短路电流产生的热量几乎来不及向周围散热 可以看作绝 热过程 导体温度变化很大 导体电阻值 R 导体的比热容 C 不能看作常数 而是温度的函数 2 对导体和电器的工作可能造成的影响 3 3 为什么要规定导体和电器的发热允许温度 为什么要规定导体和电器的发热允许温度 长期发热允许温度和短时发热允许温度是如何具长期发热允许温度和短时发热允许温度是如何具 体规定的体规定的 答 1 规定导体和电器的发热允许温度的原因 导体和电器的温度超过发热允许温度将引起很 多不良后果 1 降低机械强度 导体的温度超过一定允许值后 会导致导体材料退火 使机械强度显著下 降 在短路电流产生的电动力作用下将引起导体变形 甚至使导体结构损坏 如铝和铜在温度分别 超过 100 和 150 后 其抗拉强度急剧下降 2 影响接触电阻 触头和连接部位由于温度过高 表面会强烈氧化并产生一层电阻率很高的 氧化层薄膜 从而使接触电阻增加 导致温度进一步升高 形成恶性循环 直至烧红 松动甚至熔 化 3 降低绝缘强度 温度超过允许值时 绝缘材料将加速老化 丧失原有的机械性能和绝缘性 能 甚至引起绝缘击穿 直至烧毁 14 2 长期发热允许温度和短时发热允许温度的具体规定 1 长期发热允许温度的具体规定 采用螺栓连接时 电器设备正常工作温度不应超过 70 计及太阳辐射影响时 钢芯铝铰线及管形导体 按不超过 80 考虑 导体的接触面处采用搪锡处 理具有可靠的过渡覆盖层时 可按不超过 85 考虑 2 短时发热允许温度的具体规定 硬铝及铝锰合金不超过 200 硬铜不超过 300 4 4 导体和电器正常发热计算的目的是什么 导体和电器正常发热计算的目的是什么 满足怎样的条件可保证它们在正常运行时的发热温满足怎样的条件可保证它们在正常运行时的发热温 度不超过允许值度不超过允许值 答 1 导体和电器正常发热计算的目的 根据电器及导体的工作和发热状况 计算可能达到的 最高工作温度 选择合适的额定电流 2 保证在正常运行时 发热温度不超过允许值的条件是 额定电流小于允许载流量 5 5 导体和电器短路时发热计算的目的是什么 导体和电器短路时发热计算的目的是什么 满足怎样的条件可使它们在短路时保证是热稳定满足怎样的条件可使它们在短路时保证是热稳定 的的 答 1 导体和电器短路时发热计算的目的是校验短路时发热的稳定 2 在短路时 保证是热稳定的条件是 当短路过程结束时的温度 k不大于导体材料短时发 热的最高允许温度 al 即 k al 则认为该导体在此短路条件下是热稳定的 或者 导体短时热稳定条件是 截面大于最小截面 ktfQ K C S 1 min 电器的短时热稳定条件是 tIQ tkt 2 6 6 如何计算短路电流周期分量和非周期分量的热效应 如何计算短路电流周期分量和非周期分量的热效应 答 短路电流周期分量的热效应的计算 10 12 222 2 pt p ppt III t Q t 短路电流非周期分量的热效应的计算 2 panpt ITQ 7 7 导体的允许载流量是如何确定的 导体的允许载流量是如何确定的 有哪些措施能提高导体的允许载流量有哪些措施能提高导体的允许载流量 答 导体的允许载流量 R A R A I alal al 0 为了提高导体的载流能力 可采取以下措施 1 导体材料宜采用电阻率小的材料 如铝 铝合金 铜等 2 提高导体的长期发热允许温度 al 如铝导体接头螺栓连接时 al为 70 改为超声搪锡 方法则可提高到 85 3 提高导体的散热能力 导体的散热能力与导体的形状 布置方式及散热方式有关 1 导体形状 散热表面积大为好 在相同截面积的条件下 扁矩形截面的周长大 故导体截 面形状宜采用扁矩形或槽形 以获得较大的散热表面积 2 布置方式 使散热效果最佳 矩形截面导体竖放比平放散热效果好 两半槽组成的槽形截 15 面 立缝置于铅垂面比水平面的散热效果好 3 散热方式 传导 对流和辐射 传导 置于液体介质中或由液体内冷的导体 主要是传导 散热 对流 置于室外或采用强制通风的导体 主要是对流散热 辐射 由温度高的物体向周围的 自然散热过程 置于室内空气中的导体 辐射和对流是它的主要散热方式 由于油漆的辐射系数较 大 所以室内硬母线都涂上油漆 A 相 黄色 B 相 绿色 C 相 红色 这样除了加强散热 还便于 相序的识别 8 8 电动力对导体和电器的运行有哪些危害 电动力对导体和电器的运行有哪些危害 答 正常工作时 电流不是很大 电动力也不大 短路时电动力很大 产生的危害也很大 1 由于电动力作用 电器产生振动 2 载流导体变形 损坏载流部件或损坏绝缘部件 3 电磁绕组变形 损坏电器设备 如变压器绕组 9 9 三相同平面布置的平行导体短路时 哪一相受到的电动力最大 三相同平面布置的平行导体短路时 哪一相受到的电动力最大 其数值应如何计算其数值应如何计算 答 当三相母线安装于同一平面时 中间相母线所受的电动力最大 约比边相母线受力大 7 在三相短路冲击电流作用下 中间相母线所受的最大电动力为 N a L KiF sh 2 173 0 式中 ish 三相短路冲击电流 kA L 两支持绝缘子之间的一段母线长度 称为跨距 m a 相邻两相导体的中心距离 m 1010 硬母线的动稳定条件是什么 硬母线的动稳定条件是什么 若校验时动稳定条件不能被满足 可采取哪些措施加以解决若校验时动稳定条件不能被满足 可采取哪些措施加以解决 答 硬母线满足动稳定的条件是 al 式中 al 母线材料的允许应力 Pa 母线受到的最大相间应力 若计算结果是 al 则必须设法减小 办法是减小绝缘子跨距 令 al 得 m 6 7 1 173 0 1010 2 max Wa i i a W f W L al sh sh alal 式中 ish 冲击短路电流 kA a 母线相间距离 m W 母线截面形状系数 m3 为避免水平放置的矩形母线因本身重量而过分弯曲 要求绝缘子跨距不得超过 1 5 2 0m 绝 缘子跨距一般等于配电装置间隔的宽度 1111 大电流母线为什么常用全连式分相封闭母线 大电流母线为什么常用全连式分相封闭母线 答 因为大电流母线常用的全连式分相封闭母线具有下列优点 16 1 运行可靠性高 母线被封装在里面 避免了外界自然环境对母线及其绝缘子的粉尘污染 消除了母线相间短路的可能性 2 可有效地减小母线及其附近短路时母线间的电动力 外壳与母线形成相当于 1 1 的空心 变压器 由于外壳涡流和环流磁场对母线电流磁场的强烈去磁作用 使壳内磁场大为减弱 有效地 减小了短路时母线的电动力 3 可显著地减小母线附近钢构的发热 4 外壳多点接地 可保证人体触及时的安全 5 维护工作量较小 6 母线和外壳之间可兼作强迫冷却介质的通道 可大大提高母线的载流量 1212 何为母线共振 何为母线共振 有何危害有何危害 有什么措施保证母线系统不发生共振有什么措施保证母线系统不发生共振 答 1 母线系统在外力的作用下要发生变形 当撤去外力后 母线系统要经历一个往复振动过 程 才回到原来的平衡位置 这种振动称为自由振动 其频率称为母线系统的固有频率 若给母线 系统一周期性的持续外力 如三相短路时的电动力 母线系统将发生强迫振动 如果周期性外力 的频率等于母线系统的固有频率 母线系统将发生共振现象 2 母线系统发生共振时 振动的幅值特别大 可能超过母线系统的弹性限度 使母线的结 构遭到破坏 3 为了避免母线系统可能发生的共振现象 可以直接求解不发生共振的绝缘子最大允许跨 距 i i r r L84 0 160 112 max 只要实际选用的绝缘子跨距 L 小于最大允许跨距 Lmax 母线系统就不会发生共振 1313 采取何种措施可减小大电流母线附近的钢构件发热 采取何种措施可减小大电流母线附近的钢构件发热 答 减少钢构损耗和发热的措施有以下几项 1 加大与载流导体的距离 当然这会受到许多限制 2 装屏蔽环 在钢构发热最严重处 即磁场强度最大处 套上短路环 铝或铜环 利用短路 环中的感应电流起去磁作用 3 断开钢构的闭合回路 使其内不产生环流 4 采用非磁性材料代替钢构 5 采用分相封闭母线 1414 配电装置中的汇流母线为什么不按经济电流密度选择截面 配电装置中的汇流母线为什么不按经济电流密度选择截面 答 针对配电装置母线和引下线 以及持续电流较小 年利用小时数较低的其它回路导线按最大长 期工作电流选择 原因是正常运行时其工作电流达不到最大长期工作电流 所以按最大长期工作电 流选择满足长期热稳定条件就可以了 1515 按经济电流密度法选择的母线截面 是否还须按最大长期工作电流校核 按经济电流密度法选择的母线截面 是否还须按最大长期工作电流校核 答 按经济电流密度法选择的母线截面 一般不须按最大长期工作电流校核 17 1616 某电厂发电机额定容量 某电厂发电机额定容量 P PN N 25MW 25MW 额定电压 额定电压 U UN N 10 5kV 10 5kV coscos 0 80 8 最大负荷年利用小时 最大负荷年利用小时 T Tmax max 6500h6500h 发电机出线上三相短路时 发电机出线上三相短路时 I I 27 2kA27 2kA I I0 1 0 1 21 9kA21 9kA I I0 2 0 2 19 2kA 19 2kA 短路切除时间 短路切除时间 t tk k 0 2s0 2s 周围环境温度 周围环境温度 0 0 40 40 试选择发电机出口母线及支柱绝缘子 试选择发电机出口母线及支柱绝缘子 答 略 1717 参照图 参照图 3 163 16 所示的接线 变电所出线负荷所示的接线 变电所出线负荷 S S1 1 S S2 2 2 9MVA 2 9MVA coscos 0 8 0 8 T Tmax max 4000h 4000h 正常运 正常运 行时行时 QFQF 断开 当任一回电缆线路故障被切除时 断开 当任一回电缆线路故障被切除时 QFQF 自动投入 变电所母线自动投入 变电所母线 K K 点的三相短路电流为点的三相短路电流为 I I 13 5kA 13 5kA I I0 6 0 6 6 94kA 6 94kA I I1 2 1 2 5 9kA 5 9kA 短路切除时间 短路切除时间 t tk k 1 2s1 2s 电缆长度 电缆长度 L L 1 5km1 5km 采用电缆沟 采用电缆沟 敷设的方式 周围环境温度为敷设的方式 周围环境温度为 20 20 试选择发电厂 试选择发电厂 10kV10kV 出线电缆 出线电缆 答 1 按经济电流密度选择电缆截面并检验长期发热线路正常工作电流 Ig S 3 UN 2900 3 10 167 4 A 由 Tmax 4000h 查图 3 11 得 J 0 88A mm2 则 SJ Ig J 167 4 0 88 190 2 mm2 选两根 10kV ZLQ2型 3 95mm2的油浸低绝缘铝芯包钢带铠装防腐电缆 查得每根的允许电流 Ial25 185A 正常允许的最高温度 al为 60 r 0 34 km x 0 076 km 两回线路的四根电缆采用电缆沟敷设方式 因 0 20 25 得 07 1 2560 2060 K 四根电缆采用电缆沟敷设的允许载流量 K K1 Ial 1 07 0 98 185 2 387 982 A 考虑一回线路故障被切除时负荷的转移 完好线路承担的最大负荷电流加倍时 Igmax 2 167 4 334 8 387 982 A 60 786 49 982 387 8 334 2060 20 2 2 max 00 al g al I I 因此 满足长期发热条件 2 热稳定检验 2 95 mm2 96 9 59 610 5 13 12 2 1 88 11 222 min k Q C S 因此 满足短期发热条件 3 电压降检验 U 173IgmaxL rcos xsin UN 173 334 8 1 5 0 34 0 8 0 076 0 6 10000 2 76 5 满足要求 附表 附表 电缆在空气中多根并列敷设时载流量修正系数 电缆在空气中多根并列敷设时载流量修正系数 d d 电缆外径 电缆外径 12346 并列根数 OOOOOOOOOOOOOOOO S d10 90 850 820 8 S 2d11 00 980 950 9电缆中心间距 S 3d11 01 00 980 96 中国电工标准 18 第四章第四章 电气设备原理与选择电气设备原理与选择 1 1 如何确定短路计算点 短路计算点的确定应以怎样的系统接线为依据 如何确定短路计算点 短路计算点的确定应以怎样的系统接线为依据 答 2 2 概述电弧产生和熄灭的物理过程 总结归纳各类断路器熄弧过程中采用了哪几种熄弧方法 概述电弧产生和熄灭的物理过程 总结归纳各类断路器熄弧过程中采用了哪几种熄弧方法 答 3 3 断路器的选择有哪些项目 断路器的选择有哪些项目 最重要的是哪项最重要的是哪项 答 4 4 真空断路器有什么优点 真空断路器有什么优点 如何使动触头能够移动而又不破坏灭弧室的高真空如何使动触头能够移动而又不破坏灭弧室的高真空 答 5 5 电压互感器二次侧不允许短路 电流互感器二次侧不允许开路 为什么 电压互感器二次侧不允许短路 电流互感器二次侧不允许开路 为什么 如何防止如何防止 答 6 6 用在大接地电流系统中的电压互感器附加二次绕组的额定电压为 用在大接地电流系统中的电压互感器附加二次绕组的额定电压为 100V100V 而用在小接地电流 而用在小接地电流 系统中则为系统中则为 100V100V 3 3 为什么 为什么 开口三角绕组有什么用途开口三角绕组有什么用途 答 1 开口三角绕组的作用 用于取得零序电压 单相接地时 开口三角形绕组输出 100V 2 大接地电流系统中 发生单相接地时 故障相对地电压为 0 非故障相对地电压不变 设 C 相接地 则 开口三角形绕组输出电压 要使输出等于0 kC U CBA UUUU 0 3 100V 则电压互感器附加二次绕组的额定电压为 100V 小接地电流系统中 发生单相接地时 故障相对地电压为 0 非故障相对地电压升高 3 倍 设 C 相接地 则 开口三角形绕组输出电压 0 kC U C jj CBA UeeUUUU 3 33 150150 k k 0 要使输出等于 100V 则电压互感器附加二次绕组的额定电压为 100 3V 7 7 为什么互感器所带负荷超过额定容量其准确度就下降 为什么互感器所带负荷超过额定容量其准确度就下降 答 8 8 一台电抗器型号为 一台电抗器型号为 NKL10 400 5NKL10 400 5 另一台型号为 另一台型号为 NKL10 2000 8NKL10 2000 8 哪一台电抗器的电抗值大 哪一台电抗器的电抗值大 19 请计算出来 请计算出来 答 9 9 为什么发电厂发电机电压母线上的出线要装电抗器 为什么发电厂发电机电压母线上的出线要装电抗器 1010 什么叫限流式熔断器 什么叫限流式熔断器 其内部结构是什么样的其内部结构是什