发电厂与电气部分复习题提纲

1题型：填空题、简答题、论述题、判断题和改错题、画/识图及倒闸操作、小计算发电厂电气部分复习提纲第一章 能源和发电1、 能源的分类：一次能源：指自然界中现在存在，可直接取得和利用而又不改变其基本形态的能量，如煤炭、天然气、水能、风能等。二次能源：指由一次能源经能源转换成的另一种形态的能源产品，如电力、蒸汽、煤气、焦油、汽油等发电厂：将各种一次能源转变为电能的工厂按一次能源的不同发电厂分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂、潮汐发电厂、磁流体发电厂2、火、水、核等发电厂的分类、生产过程火力发电厂分类：（1）按原动机分：凝汽式汽轮机发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽燃气轮机发电厂。（2）按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂。（3）按蒸汽压力和温度分：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。（4）按输出能源分：凝汽式发电厂，热电厂。（5）按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂，中容量发电厂，大中容量发电厂，大容量发电厂。300MW 发电机组为亚临界火力发电机组， 600MW 发电机组为超临界火力发电机组， （前两种为主力机组） ，1000MW 发电机组为超超临界火力发电机组火电厂的电能生产过程及其能量转换过程 能量的转换过程是：燃料的化学能热能机械能电能。 火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。整个过程可以分为三个阶段：1、燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；2、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；3、由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。发电厂的电气系统包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等水力发电厂分类：（1）按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂（坝后式，河床式） ，引水式水电厂，混合式水电厂。（2）按径流调节的程度分类：无调节水电厂，有调节水电厂（根据水库对径流的调节程度：日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂） 。水力发电厂的基本生产过程2基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。抽水蓄能电厂以一定水量为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能，其上、下游均需有水库以容畜能量转换所需要的水量，且必须兼备抽水和发电两类设施。工作原理：在电力系统低谷时，利用电力系统待供的富裕电能，将下游水库中的水抽到上游水库，以位能形式储存起来；待到电力系统负荷高峰时，再将上游水库中的水放出来，驱动水轮发电机组，并送往电力系统，这时以发电的水又回到下游水库。抽水蓄能电厂既是一个吸收低谷电能的电力用户，又是一个提供峰荷电力的发电厂。抽水蓄能电厂的作用：（1）调峰， （2）填谷， （3）事故备用， （4）调频， （5）调相， （6）黑启动， （7）蓄能。核能发电厂反应堆：把实现大规模可控核裂变链式反应的装置称为核反应堆生产过程：利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的发电方式将热能转换为机械能，再转换为电能，它的反应堆相当于火电厂的锅炉。轻水堆核电厂与重水堆核电厂的区别：轻水堆是以普通水作为慢化剂和冷却剂，而重水堆以氧化氘作为慢化剂。分类：轻水堆核电站可以分为压水堆核电站和沸水堆核电站。区别：压水堆核电厂最大的特点是整个系统分成两大部分，即一回路系统和二回路系统。一回路和二回路通过蒸汽发生器连接，彼此隔离，保证万一燃料元件的包壳破损，只会使一回路水的放射性增加，而不致影响二回路水的品质。这样就大大增加了核电站的安全性。在沸水堆核电厂中，堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器去除水分后直接送入汽轮机做功，省去了既大而贵的蒸汽发生器，但有将放射性物质带入汽轮机的危险。为使堆芯功率沿轴向分布均匀，与压水堆不同，沸水堆的控制棒是从堆芯下部插入的。3、发展联合电力系统的效益（1）各系统间电负荷的错峰效益。（2）提高供电可靠性、减少系统备用容量。（3）有利于安装单机容量较大的机组。（4）进行电力系统的经济调度。（5）调峰能力互相支援。联网所带来的问题：（1）增加联络线和电网内部加强所需的投资以及联络线的运行费用（2）当系统间联系较弱时，将有可能引起调频方面的复杂性和出现低频振荡，为防止上述现象会增加投资或运行的复杂性（3）增加了系统的短路容量，可能导致增加或更换已有设备3（4）增加了联合电网的通信和高度自动化的复杂性第二章 发电、变电和输电的电气部分1、根据电气设备的作用不同将电气设备分为一次设备和二次设备（填空或简答）一次设备：通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。主要包括：（1）生产和转换电能的设备。 （发电机、电动机、变压器）（2）接通或断开电路的开关电器。(断路器、隔离开关、负荷开关、接触器和熔断器)（3）限制故障电流和防御过电压的保护电器。(电抗器、避雷器)（4）载流导体。 （裸导体、电缆）（5）互感器，包括电压和电流互感器。（6）无功补偿设备（并联电容器、串联电容器和并联电抗器）（7）接地装置。二次设备：对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备，称二次设备。主要包括：（1）测量表计，如电压表、电流表、频率表、功率表和电能表。（2）继电保护、自动装置及远动装置。（3）直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和整流装置。（4）操作电器、信号设备和控制电缆。2、电气接线：根据各种电气设备的作用及要求，按一定方式用导体连接起来所形成的电路。一次电路（电气主接线）：由一次设备按预期生产流程所连成的接受和分配电能的电路二次电路（二次接线）：由二次设备所连成的电路3、断路器、隔离开关的区别断路器、隔离开关的区别：断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合正常电流、过负荷电流和短路电流，用作接通或切断电路的控制电器。在故障情况下，受继电保护的作用，能将电路自动切断。隔离开关由于没有灭弧装置，其开合电流能力极低，只能用作设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用和倒闸操作。断路器的作用：在正常情况下控制各输电线路和设备的开断及关合；在电力系统发生故障时，自动开断短路电流以保证电力系统正常运行隔离开关的用途：设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显断点，以保证工作人员和设备的安全；隔离开关和断路器相配合，进行倒闸操作，以改变系统接线的运行方式4、母线的作用母线的作用：起汇集和分配电能的作用300MW 及以上的发电机组都采用离相封闭母线直流输电的基本原理：将送端的高压交流电，经换流变压器变换电压后，由换流器将高压交流电转换成高压直流电，通过直流输电线路输送到另一端换流站，再由换流站将高压直流电转换成高压交流电，然后经过换流变压器与受端交流电网相连，实现将电能送到受端的高压交流系统。5、封闭母线的作用4优点：（1）减少接地故障，避免相间故障。封闭母线因为具有金属外壳保护，基本上可消除外界潮气、灰尘和外界异物引起的接地故障，基本避免了相间短路的故障，提高了运行的可靠性。（2）减少了母线周围钢构件发热。母线导体电流在全连离相封闭母线的外壳上感应出大小与母线电流几乎相等、方向相反的轴向环流，邻相的剩余磁场在外壳上感应出涡流，环流和涡流能起双重屏蔽作用，使壳外磁场均大大降低，其在周围钢构件感应出的涡流和功率损耗很小，从而使附近钢构件发热得到较好的改善。（3）减少相间电动力。由于金属外壳的屏蔽作用，是短路电流产生的磁通大大减弱，降低了相见短路时的电动力。（4）母线封闭后通常采用微正压充气方式运行，可以防止绝缘子结露，提高运行可靠性，并为母线导体采用强迫通风冷却创造条件。（5）运行可靠性高。防止了相间故障，外壳多点接地可保障工作人员的安全。（6）施工安装方便，运行维护工作小。缺点：（1）母线散热条件差（2）外壳上产生损耗（3）金属消耗量增加6、发电机中性点接地方式及作用发电机中性点接地方式：接有中性点接地变压器，发电机中性点为高电阻接地方式。作用：发电机中性点为高电阻接地系统，目的是限制电容电流，限制发电机电压系统发生弧光接地时产生的过电压，使之不超过额定电压的 2.6 倍，以保证发电机及其其他设备的绝缘不被击穿。7、影响输电电压等级发展的主要原因（1）长距离输送电能（2）大容量输送电能（3）节省基建设投资和运行费用（4）电力系统互联8、电压互感器的用途：（1）供电量结算用（2）用作继电保护的电压信号源（3）用作合闸或重合闸检查同期、检测无压信号9、并联高压电抗器在电网中的作用：补偿高压输电线路的电容和吸收容性无功功率，防止电网轻负荷时因容性功率过多而引起电压升高。 （1）限制工频电压升高（2）降低操作过电压（3）消除发电机带长线出现自励磁（4）避免长距离输送无功功率并降低网损（4）限制潜供电流，有利于单相自动重合闸第三章 常用计算的方法和理论长期发热：由正常运行时工作电流产生；短时发热：由故障时短时电流产生。1、发热对电气设备的影响答：（1）使绝缘材料的绝缘性能降低；（2）使金属材料的机械强度下降；（3）使导体接触部分的接触电阻增加。电气设备运行中必须注意的问题：发热和电动力2、导体发热和散热的主要形式答：导体发热的主要形式有对流、辐射和导热三种。5对流：由气体各部分相对位移将热量带走的过程；辐射：热量从高温物体以热射线方式传到低温物体的过程；导热：由于分子或自由电子的运动，将热量从高温区带至低温区的传递热量的过程3、导体的发热计算是根据能量守恒原理，即导体产生的热量与耗散的热量应相等来计算的在稳定状态时，母线电阻损耗的热量及吸收太阳热量之和应等于母线辐射散热和空气对流散热之和（由于空气导热量很小可略去不计） 。 为单位长度导体电阻损耗的热量； 为单位长度导体吸收太阳辐射的热量； 为单位长度导体的对RQtQlQ流散热量； 为单位长度导体向周围介质辐射的散热量；f4、导体载流量的计算通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程计算导体载流量计及日照：提高载流量：（1）减小电阻 采用电阻率小的材料，如铜、铝等； 1 减小接触电阻，如接触表面镀锡或银等； 增大截面积（2）增大导体的散热面积 在同样的截面积 S 下，圆形导体的表面积较小，而矩形或槽形的表面积较大。（3）提高散热系数 导体的布置采用散热最佳的方式，如矩形截面坚放较平放散热效果好； 屋内配电装置的导体表面涂漆； 采用强迫冷却5、短时发热：指短路开始至短路被切除为止很短一段时间内导体发热的过程。载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路时导体的最高温度 h，它不应超过所规定的导体短时发热允许温度，当满足这个条件则认为导体在流过短路电流时具有热稳定性。导体短路时发热的特点：（1）发热持续时间很短，导体内产生的热量来不及向周围介质散布，可认为在短路电流持续时间内所产生的全部热量都用来升高导体自身的温度。即认为是一个绝热过程。（2）导体温度变化范围很大，电阻和比热容也随温度而变，不能作常数对待。长期发热的特点：其温度变化范围不大，因此电阻 R、比热容 c 及散热系数 a 均可视为常数。计算最高温度 h 式（3-24）Rtlf2ww0lf()IRFFQ0lf()IRlftQ hw21-kQAS6用右图曲线计算最高温度的方法：6、热稳定概念答：(P171)热稳定是电气设备承受短路电流发热效应的能力。7、动稳定校验的概念答：动稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力。8、导体的正常最高允许温度、短时最高允许温度答：为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超过一定限值。这个限值叫做最高允许温度。按照有关规定：导体的正常最高允许温度，一般不超过 70；在计及太阳辐射（日照）的影响时，钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过 80来考虑；当导体接触面处有镀锡的可靠覆盖层时，允许提高到 85；当有银的覆盖层时，可提高到 95。导体通过短路电流时，短时最高允许温度可高于正常最高允许温度，对硬铝及铝锰合金可取 200，硬铜可取 300。9、载流导体短路时电动力计算载流导体位于磁场中要受到磁场力的作用，这种力称为电动力。电力系统短路时，导体中通过很大的短路电流，导体会受到巨大的电动力作用，如果机械强度不够，将使导体变形或损坏。电动力最大值计算应取 B 相三相短路的值。9、可靠性分析及计算对电气主接线进行可靠性分析计算的目的：（1）设计和评价电气主接线的依据；（2）选择最优方案的依据； （3）对已经运行的主接线，寻求可能的供电路径，选择最佳运行方式；（4）寻找主接线的薄弱环节，以便合理安排检修计划和采取相应对策（5）研究可靠性和经济性的最佳搭配等。可靠性定义：元件、设备和系统在规定的条件下和预定时间内，完成规定功能的概率。电气主接线的可靠性：在规定的额定条件下和预定的时间内（例如一年）完成预期功能状况的概率。在设计主接线时，多以保证连续供电和发电出力的概率作为可靠性计算的判据电气设备的工作状态：运行状态和停运状态从可靠性观点：电力系统中使用的设备（元件）可分为两类：可修复元件和不可修复元件电气主接线的可靠性指标用某种供电方式下的可用度，平均无故障工作时间，每年平均停运时间和故障频率表示。7浴盆曲线早期故障期，故障原因：由设计制造和安装调试方面的原因引起的偶发故障期，故障原因：由运行操作上的失误引起的耗损故障期，故障原因：设备某些零件的老化和和磨损电气主接线的可靠性分析计算方法有两种：网络法和状态空间法；目前主接线的可靠性计算大多采用网络法，状态空间法广泛应用于电力系统可靠性。串联系统：如果系统中任何一个元件发生故障，便构成系统故障，这种系统称为串联系统串联系统的可靠度等于各元件可靠度之乘积，而串联系统故障率等于各元件故障率之和并联系统：凡在一个系统中，若所有元件都发生故障时才构成系统故障，这种系统称为并联系统并联系统的修复率为各并联元件修复率之和。并联系统的寿命比单个元件的寿命长，增加并联元件的个数能增加系统的寿命，但随着并联元件个数的增加，系统寿命增加的程度变小。方案比较常用的方法：最小费用法、净现值法、内部收益率法、抵偿年限法第四章 电气主接线以及设计1、电气主接线定义、主接线基本要求及设计程序定义：电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。基本要求：可靠性，灵活性，经济性。 （注意顺序）可靠性应考虑的因素(1)发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用；(2)负荷性质和类别；(3)设备的制造水平；(4)长期实践运行经验。设计程序：1.对原始资料分析。2.主接线方案的拟定与选择。3.短路电流计算和主要电气设备选择。4.绘制电气主接线图。5.编制工程概算。我国一般对 35kV 及以下电压电力系统采用中性点非直接接地，又称小电流接地系统；对 110kV 及以上高电压电力系统采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接接地方式，广泛采用的是中性点经消弧线圈接地或经单相配电变压器（二次侧接电阻）接地。（发电厂和变电站基本建设的程序：初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计。 ）2、主接线型式及分类答：分为有汇流母线和无汇流母线。有汇流母线可概括分为单母线接线、双母线接线、3/2 接线，无汇流母线接线主要有桥形接线、角形接线和单元接线3、为什么断路器两侧配有隔离开关？便于检修时隔离电源，若馈线的用户侧没有电源时，可不装设线路隔离开关，由于隔离开关费用不大，为了阻止雷击过电压侵入或用户启动自备柴油发电机的误倒送电，也可以装设，若电源为发电机，则发电机与出口断路器之间可以不装设隔离开关，因为该断路器的检修必然发生在发电机组停机状态下进行，但有时为了便于对发电机单独进行调整试验，也可以装设隔离开关或设置可拆连接点。84、线路隔离开关的接地开关（接地刀闸）QE 用于线路检修时替代临时安全接地线，未避免发生接地开关接地状态下误合主闸刀的事故，主闸刀和接地开关之间设置有机械连锁装置。当电压在 110kV 及以上时，断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关；对 35kV 及以上母线，在每段母线上应设置 12 组接地开关或接地器，以保证电气设备和母线检修时的安全。5、电气“五防”是指：防止误拉合隔离开关；防止带接地线合闸；防止带电合接地开关；防止误拉合断路器；防止误入带电间隔。防止误操作的措施：除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应加装电磁闭锁、机械闭锁或防误操作的电脑钥匙6、隔离开关的工作特点和主要功能：工作特点：P182 在有电压、无负荷电流情况下分合线路，主要功能：（1）隔离电压（2）倒闸操作（3）分、合小电流。隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，可进行以下操作：分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过 2A 的空载变压器；关合电容电流不超过 5A 的空载线路。7、单母（分段） 、双母（分段）及其带旁路接线、一台半断路器接线的主接线图、运行方式及其典型的倒闸操作步骤要求：会画主接线图、两进两出、主接线特点等（重中之重，详见课本，注意图 4-6 的倒闸操作）单母（分段） 、双母（分段）及其带旁路接线、一台半断路器接线的主接线图、运行方式及其典型的倒闸操作步骤补充：不停电检修 QF3 的倒闸操作步骤，主要是答题过程1）检查旁路母线是否完好：合QS6、QS7，将 QF4 继电保护调至最灵敏并合上 QF4，此时若有短路现象，则 QF4 断开，旁母完好方可进行下一步操作；2）增加一条供电回路合 QS8（符合等电位原则） ，合前将 QF4的继电保护调至 QF3 的定值，防止通电瞬间继电保护误动作。实际操作时应先断开QF4，再合 QS8，防止合 QS8 前 QF3 跳闸，QS8 合短路电流或大负荷电流而造成事故。合上 QF4。3）QF4 代替 QF3分开 QF3，拉开 QS5、QS4 ，且在 QF3 两侧挂上接地线。8、增设旁路母线的目的：为了能使采用单母分段或双母线的配电装置检修断路器时，不致中断该回路供电。（1）110kV 及以上的高压配电装置均需配置旁路母线。当 110kV 出线在 6 回及以上、220kV 出线在4 回及以上宜采用带专用旁路断路器的旁路母线；出线回数较少时, 可采用分段断路器或母联断路器兼旁路断路器的接线。9（2）35-60kV 配电装置当采用单母分段接线且检修断路器时不允许停电，可设置不带专用旁路断路器的旁路母线；当采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。（3）6-10kV 配电装置一般不设置旁路母线。当采用手车式成套开关柜时，可不设；采用固定式成套开关柜时，考虑装设。下列情况可不设置旁路设施：(1)当系统条件允许断路器停电检修时( 如双回路供电的负荷)；(2)当接线允许断路器停电检修时（如角形、一台半断路器接线等） ；(3)中小型水电站枯水季节允许停电检修出线断路器时；(4)采用六氟化硫(SF6)断路器及封闭组合电器 (GIS)时。对于电源测断路器是否接入旁路母线的问题，通常考虑到变电站的主变压器可靠性较高，通常不需检修，但是高压侧断路器有定期检修需要，可安排在发电机组检修期同步进行，因而不需接入。9、一台半断路器接线的原则：（1）电源线与负荷线配对成串，即要求采用在同一个“断路器串”上配置一条电源回路和一条出线回路，以避免在联络断路器发生故障时,使两条电源回路或两条出线回路同时被切除；（2）配电装置建设初期仅两串时，同名回路宜分别接入不同侧的母线，进出线应装设隔离开关。当一台半断路器接线达三串及以上时，同名回路可接于同一侧母线，进出线不宜装设隔离开关。一台半断路器的配置方式：交叉接线和非交叉接线广泛应用于超高压电网中，在330kV500kV 变电站当进出线为6回及以上，一般都采用这种接线方式。QF2为联络断路器，完整串运行和不完整串运行其主要特点：任一母线故障或检修，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至于两组母线同时故障（或一组母线检修另一母线故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。交叉接线比非交叉接线具有更高的运行可靠性：若两台联络变压器检修或停用，非交叉线进线不能供电出线。10、桥形接线：内桥接线和外桥接线内桥接线：适用于线路较长和变压器不需要经常切换的情况特点：在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作并且操作简单；在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。外桥接线：适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。另外当系统中有穿越功率通过10高压侧,或桥形接线的2条线路接入环网时。特点：一回线路检修或故障时，要使相应一台变压器短时停运，且操作复杂；变压器切除、投入或故障时，不影响其余部分，操作简单；线路侧断路器检修时，变压器需较长时间停电。接“跨条”： 为减少开环及满足一回进线或出线停运时，桥断路器需退出运行，可加跨条联络两臂。11、多角形接线多角形接线的断路器数等于电源回路和出线回路的总数，断路器接成环形回路，电源回路和出线回路都接在2台断路器之间，多角形接线的角数等于回路数，也就等于断路器数配置原则：电源应尽量配置在多角形的对角