《发电厂电气部分》第四版课后习题答案

第一章能源和发电1-1人类已知的能量形式是什么？并解释其特点。答：首先，机械能。它包括固体-流体系统的动能、势能、弹性能和表面张力能。其中，动能和势能是最早公认的大类能量，称为宏观机械能。第二，热能。构成物体的微观原子和分子的振动和运动的动能。它的宏观表现是温度，反映了物体原子和分子运动的强度。第三，化学能。它是一种物质结构能量，即化学瓜在核外释放的能量。最常用的化学能是燃烧碳和氢，它们是煤、石油和天然气等燃料中最重要的可燃元素。第四，辐射能。它是物质以电磁波的形式发出的能量。例如，地球表面接收的太阳能是一种辐射能。第五，核能。这是原子核中粒子间相互作用表面释放的能量。释放巨大核能的核反应有两种，邓的核裂变和核聚变。第六，电。这是一种与电子流动和积累相关的能量，通常来自电池中的化学能。或者通过发电机转换机械能；相反，电能也可以通过电灯转化为光能，通过电动机转化为机械能，从而显示出电能做功的能力。1-2能量分类方法是什么？电能的特点及其在国民经济中的地位和作用？答：首先，根据获取能源的方法，分为一次能源和二次能源。二、根据利用程度分为常规能源和新能源；三、根据可再生能源是否可分为可再生能源和不可再生能源；四、根据能量本身的性质分为高能能量和过程能量。电能特点：便于大规模生产和远距离传输；转换方便，易于控制；低损耗；高效率；无气体和噪音污染。随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个方面，而且越来越广泛地渗透到人类生活的各个方面。电气化在某种程度上已经成为现代化的同义词。电气化也成为衡量社会文明发展水平的重要指标。1-3火力发电厂的分类、它们的电能生产过程及其特点？答：燃料：燃煤电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；废热发电厂。根据蒸汽压力和温度；中低压发电厂；高压发电厂；超高压发电厂；亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂。根据原动机：冷凝涡轮发电厂；燃气轮机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽燃气轮机发电厂。根据输出能量；凝析油电厂；热电厂。根据电厂总装机容量：小容量电厂；中等容量发电厂；大中型发电厂；大容量发电厂。总而言之，火力发电厂的生产过程就是将煤中所含的化学能转化为电能的过程。整个生产过程分为三个系统：燃料的化学能在锅炉中燃烧转化为热能，锅炉中的水被加热转化为蒸汽，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入燃气轮机，推动燃气轮机的转子旋转，将热能转化为机械能，称为非蒸汽系统。燃气轮机转子的机械能驱动发电机旋转，并将机械能转化为电能，这被称为电气系统。1-4水电站的分类，它们的电能生产过程和特点？答：按照集中降落的方式，可分为坝式水电站；坝式水电站后面；河床式水电站；引水水电站；混合水电站。根据径流调节的程度，分为水力发电厂具有以下特点：水力资源的综合利用；发电成本低、效率高；操作灵活；水是可以节约和调节的。水力发电不污染环境；水电站建设投资大，建设周期长。水电站的建设和生产都受地形、水量和河流季节性气象条件的限制，发电也受水文气象条件的限制，可分为高水位期和低水位期，因此发电是不平衡的。由于修建水库、淹没土地、移民搬迁、农业生产带来了一些不利因素，也可能在一定程度上破坏自然生态平衡。1-5抽水蓄能电站在电力系统中的作用？答：抽水蓄能电站在电力系统中的作用：调峰；填充谷物；待命；频率调制；相位调制。功能：降低动力系统的油耗；提高火电设备的利用率；可作为峰值负载电源，发电成本低；对环境无污染，美化环境；抽水蓄能电站可用于储能。1-6核电厂电能生产过程及其特点？答：核电站是一个综合了许多现代高新技术的复杂系统。核电站系统由核岛和常规岛组成。为了确保核电的稳定和经济运行，确保反应堆的安全，并防止发生事故时放射性物质泄漏，核电厂还配备了各种辅助系统、控制系统和设施。以压力反应堆为例，有以下主要系统：核岛的核蒸汽供应系统；核岛辅助系统；传统的岛屿系统。核电厂的基本运行规则与常规电厂相同，即根据电厂的负荷需求调整供热，以平衡热电负荷。由于核电厂由反应堆提供热量，因此核电厂的运行与火力发电厂相比具有以下新特点：1)在火力发电厂中，燃料可以连续地供应给锅炉，而压水反应堆核电厂的反应堆只能给反应堆堆芯充电一次，并进行定期停堆和换料。因此，在堆芯更换的初始阶段，超额反应性非常大。为了补偿过量的反应性，除了控制棒之外，还需要向冷却剂中加入硼酸，并且需要通过改变硼浓度来调节反应堆的反应速度。反应堆冷却剂中含有硼酸后，会给一回路系统和辅助系统的操作和控制带来一些复杂性。2)在反应堆的核心，核燃料的裂变反应释放核能，同时，它也释放瞬发中子和瞬发伽马射线。由于裂变产物的积累以及中子运载器辐照引起的反应堆堆内构件和压力容器的活化，反应堆在运行期间或停堆后都具有高放射性，这给电厂的运行和维护带来了一定的困难。3)反应堆停堆后，运行管道中累积的裂变碎片和、衰变将继续在堆芯产生余热。因此，反应堆不能在停堆后立即停堆冷却，这部分废热也必须排出，否则会有燃料元件因过热而烧毁的风险。即使核电厂长时间关闭，它也必须继续消除衰变热。如果核电厂发生重大事故，如停电和一次管道破裂，应急电源和应急堆芯冷却系统将立即自动投入运行，以确保在任何事故条件下反应堆冷却。4)核电厂运行期间，会产生气态、液态和固态放射性废物。这些废物必须按照核安全法规妥善处理，以确保工作人员和居民的健康。然而，这个问题在发电厂并不存在。5)与火力发电厂相比，核电的建设成本更低答：生产、转换、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器，通常被称为主要设备。其中，测量、监控和保护一次设备和系统运行状态的设备称为二次设备。如互感器、计量仪表、继电保护和自动装置等。其主要功能是启动和停止机组，调整负荷总量，切换设备和线路，监控主要设备的运行状态。2-2简述300兆瓦发电机组的电气接线特点和主要设备功能。答：1)发电机和变压器通过发电机-变压器单元连接。2)将高压辅助变压器连接到主变压器的低压侧，以提供辅助电源；3)在发电机出口侧，三组电压互感器和一组避雷器通过高压熔断器连接；4)发电机出口侧和中性点侧安装4台电流互感器；5)发电机中性点与中性点接地变压器相连；6)在高压辅助变压器的高压侧，组装了4台电流互感器。其主要设备如下：电抗器：限制短路电流；电流互感器：用于转换电流的特殊变压器；电压互感器：将各种设备和仪表的高电压转换为低电压。高压保险丝：执行短路保护。中性点接地变压器：用于限制电容电流。2-3简述600兆瓦发电机组的电气接线特点和主要设备功能。2-4影响输电电压水平发展的因素有哪些？答：1)电能远距离传输；2)大容量电能传输；3)节约基建投资和运营成本；4)电力系统互联。2-5交流500千伏变电站主要接线形式及特点简介。答：目前，我国500千伏变电站的主接线一般采用两种接线方式：双母线、四段带专用旁路母线和3/2断路器。其中，3/2断路器的接线具有以下特点：母线检修或故障时不会停电；维护任何断路器都不会导致断电；即使在两组总线同时出现故障(或一组总线无法修复另一组总线)的极端情况下，也可以继续供电。当一个串中的任何断路器退出或被检修时，这种操作模式被称为不完全串操作，它仍然不影响任何部件的操作。这种接线操作方便，易于操作。隔离开关仅用于在维护期间隔离带电设备。2-6个并联高压电抗器的功能是什么？泵并联高压电抗器和并联高压电抗器有什么异同？2-7简述6kV能量提取系统的功能和组成。2-8简述串联电容器及其电气接线的补偿功能。2-9高压直流输电基本原理简介。2-10简述换流站的电气接线和主要设备的功能。2-11高压直流输电的优点和缺点是什么？优点：1)线路成本低，年电能损耗低；2)不存在系统稳定性问题；3)限制短路电流。4)调节迅速，运行可靠；5)无电容器充电电流。6)保存线路走廊。缺点：1)转换器相对昂贵；2)无功功率消耗高；3)谐波产生；4)缺乏DC开关；5)变压器不能用来改变电压等级。2-12高压直流输电系统主接线及运行方式简介。第三章导体的加热和电力3-1研究导体和电气设备的发热有什么意义？长期发热和短期发热的特点是什么？答：电流会造成损失。这些损失将转化为热量，以提高电气设备的温度。加热对电气设备的影响：绝缘材料的性能降低；金属材料的机械强度降低；导体接触电阻增加。当导体短路时，虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很大。热量不容易在适当的时间内消散，所以3-2为什么要规定导体和电气设备的允许加热温度？短期加热和长期加热的允许温度相同吗？为什么？答：导体连接部分和导体本身都有电阻(导致功率损耗)；周围的金属部件产生磁场，形成涡流和磁滞损耗。电场引起的绝缘材料损耗，如数值测量载流导体发热：长期发热；指正常工作电流引起的发热短期发热：指由短路电流引起的发热热量对隔热的影响绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的速度取决于所用的温度。加热对导体接触的影响过高的温度会增加表面抗氧化的恶性循环三次加热对机械强度的影响温度达到一定值时退火机械强度设备的变形例如：长期发烧70短期发烧300长期发烧70短期发烧200根据什么来确定3-3根导线长期加热的允许电流？应该采取什么措施来增加允许电流？答：这取决于导体的稳定温升。对于载流能力，应使用低电阻率材料，如铝和铝合金。导体的形状，在相同横截面积的情况下，圆形导体的表面积较小，而矩形和凹槽的表面积较大。导体的排列方式应具有最佳的散热效果。3-4为什么要计算导体的最大短期加热温度？如何计算？答：载流导体短路时发热计算的目的是确定导体的最高温度不应超过导体短路时允许的发热温度。当满足这个条件时，当导体短路时，它被认为具有热稳定性。计算方法如下：1)存在已知的初始导体温度w；从相应导体材料的曲线中找出AW；2)将Aw和Qk值代入公式：1/S2Qk=Ah-Aw以找到Ah；3)h值由曲线中的Ah求出。3-5当量时间是什么意思？等效时间法的应用是什么？答：等效时间法由于其计算简单和一定的准确性，仍被广泛使用。然而，该曲线基于容量小于500兆瓦的发电机的短路电流周期分量衰减曲线的平均值。对于容量较大的发电机，误差肯定会发生。这时，最好采用其他方法。3-6用实用计算法和等效时间法计算短路电流周期分量热效应的特点是什么？答：实际计算方法中的电流为短路稳态电流，而等效时间法计算的电流为亚瞬态电流。3-7电力对导体和电气设备的运行有什么影响？答：在正常情况下，电气设备不易被人察觉，因为流经导体的工作电流相对较小，相应的电功率也相对较小。然而，当发生短路时，特别是当短路冲击电流流动时，电功率可以达到非常大的值。当载流导体和电气设备的机械强度不足时，就会发生变形或损坏。为了防止这种现象，有必要研究短路冲击电流产生的电力的大小和特性，以便选择具有适当强度的导体和电气设备，并确保足够的动态稳定性。必要时也可采取限制短路电流的措施。3-8当三相并联导体发生三相短路时，最大电功率出现在哪个相，试着解释一下。答：当三相等效导体发生三相短路时，最大电功率出现在中间相B上，因为当三相短路发生时，B相冲击电流最大。3-9导体动应力系数的含义是什么？在什么情况下应该考虑动应力？答：动应力系数是动应力与静应力的比值。1)运行可靠性高，因为母线置于外壳内，可防止相间短路，外壳多点接地，可保证人体接触时的安全。2)短路时，母线相间的电功率大大降低。由于壳体中涡流的屏蔽作用，壳体中的磁场被削弱，这对短路时降低电力有明显的效果。3)壳体电流的屏蔽作用也削弱了壳体外的磁场，可以更好地改善母线附近钢结构的发热；4)安装维护工作量小。3-11如何减少大电流公共汽车附近钢结构的发热？答：减少大电流母线附近钢结构发热的措施：1)增加钢结构与导体之间的距离，削弱磁场分布的强度，从而减少涡流和磁滞损耗；2)断开钢结构回路，安装绝缘垫，消除循环；3)采用电磁屏蔽；4)使用分相