第4版发电厂电气部分课后题答案

1、1-1 简述火电厂的分类，其电能生产过程及其特点答：火电厂的分类：1. 按原动机分：凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽燃气轮机发电厂等。2. 按燃料分：燃煤发电厂（煤炭），燃油发电厂（石油提取汽油，煤油，柴油后的渣油），燃气发电厂（天然气，煤气），余热发电厂（工业余热）还有利用垃圾和工业废料的发电厂。3. 按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂（蒸汽压力，温度450，电机功率小于25MW） ， 高压发电厂（。540，100MW） ， 超高压发电厂（ ,540/540 ，200MW） ,亚临界压力发电厂（, 540/540 ，3001000MW） ，超临界压力发电厂（大于, 550

2、/550 ，机组功率600MW,800M饭以上），超超临界压力发电厂（，600/600 C,机组功率 1000M隈以上） 4. 按输出源分：凝汽式汽轮机发电厂（只能向外供应电能，效率较低，只有30 40），热电厂（同时向外供应电能和热能的电厂，效率较高，60 70）火电厂的电能生产过程：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. 锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动机轮机的转子旋转，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，将机械能变为电能，称为电气系统。（凝汽式火电厂电力生产过程）特点： 1. 火电厂布局灵活，装机

3、容量的大小可按需要决定。2. 火电厂的一次性建设投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一般左右，建造工期短，发电设备利用小时数较高。3.火电厂耗煤量大。4. 火电厂动力设备繁多，发电组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多与水电厂，运行费用高。5. 燃煤发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时，并附加耗用大量燃料。6. 火电厂担负调峰、调频或事故备用时，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高。7. 火电厂的各种排放物对环境污染较大。1-2 简述水电厂的分类，其电能生产过程及其特点答：水电厂的分类：一：按集中落差的方式分：1. 堤坝式水电厂（坝后式和河床式，根据厂房位子）在落差较

4、大的适宜地段拦河建坝，形成水库将水积蓄起来，抬高上游水位.2. 引水式水电厂：在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头，而且一般不需修坝或只低堰，适用于水头很高的情况。3. 混合式水电厂：在适宜开发的河段拦河筑坝，坝上游河段的落差由坝集中，坝下游河段的落差由压力引水道集中，而水电厂的水头则由这两部分落差共同形成。二： 按径流调节的程度分：1. 无调节水电厂（如果水电厂取水口上游没有打的水库，就不能对径流进行调节以适应水电厂用水要求）2. 有调节水电厂（上游有较大的水库，能按照水电厂的用水要求对天然来水流量进行调节）（日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。水电厂的

5、特点：1. 可综合利用水能资源（除发电外，还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游，并且可以将一天河流分为若干河段分别修建水利枢纽，实行梯级开发）2. 发电成本低，效率高3. 运行灵活（设备简单易于实现自动化，机组启动快，适于承担系统的调峰，调频和作为事故备用）4. 水能可储蓄和调节5. 水力发电不污染环境6. 水电厂建设投资较大，工期较长7. 水电厂建设和生产都收到河流的地形，水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之别，因而发电部均衡8. 由于水库的兴建，土地淹没，移民搬迁，给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度上破坏自然界的生态平衡水电厂基本的生产过程

6、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，讲机械能转换成电能。1-3 简述抽水蓄能电厂在电力系统中的作用及其效益答：作用：1. 调峰（电力系统峰荷的上升与下降变动比较强烈，抽水蓄能机组响应符合应动的能力很强，能够跟踪负荷的变化，在白天适合担任电力系统峰荷中的尖峰部分）2. 填谷（在夜间或者周末，抽水蓄能电厂利用电力系统富裕电能抽水，使火电机组不必降低输出功率和保持在热效率较高的区间运行，从而节省燃料，并提高电力系统运行的稳定性）（特色）3.事故备用（启动灵活，迅速）4.调频5.调相6.黑启动（在黑启动刚开始时，无需外来电源支

7、持能迅速自动完成机组的自启动，并想部分电力系统供电）7.蓄能（水能借助抽水蓄能电厂的上游水库储存，把下游的水抽到上游水库，以位能形式储存起来）效益：1.容量效益（在电力系统负荷出现高峰时，大型抽水蓄能电厂可以像火电厂一样发电，能有效地担负电力系统的工作容量和备用容量，减少电力系统对火电机组的装机容量要求，从而实现节省火电设备的投资和运行费用）2.节能效益3环保效益（燃煤含硫大于1%的电厂必须安装脱硫装置）4动态效益（可归纳为调频，调相，快速负荷跟踪，事故备用，提高供电可靠性和黑启动）5.提高火电设备利用率 6,对环境没有污染课美化环境1-9简述300MW发电机电气主接线的特点及主要设备 答：特

8、点：1发电机与主变压器的连接采用发电机-变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔离开关2.在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电3.在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器4在发电机出口侧和中性点侧没相装有电流互感器4只。5.发电机中性点接有中性点接地变压器6.高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器4只。主要电气设备：1.发电机（额定功率 300MW额定电压为20KM额定电流为10189A, COS “二,额定转速为 3000r/min ） 2.主变压器（额定容量为360MV A,额定电压为242+/-2* %、 20KV,额定电流为，联结组号为YNd11,1P

9、o - L77KW,|Id% - 0. 3 ,河 - 809KM风光-11。）3.高压厂用变压器（额定容量为40/20-20MW A,额定电压为20+/-2* %/联结组号为Dd12d12。 4电压互感器5.高压熔断器（RN4-20，额定电压为20KV,额定电流为，最大开断电流有效值 为20KA,三相最大开断容量为 4500MVA） 6.电流互感器（LGD-20型，变比为12000/5A） 7. 中性点接地变压器（形式为干式，单相，额定电压为 20KV/,额定容量为25KVA,二次侧负载 电阻为白，实际为高电阻接地方式，用来限制电容电流）1-10简述600MW发电机组电气主接线的特点及其主要设

10、备 答：特点：1.发电机与主变压器的连接采用发电机一变压器单元接线，发电机和主变压器之间没有断路器与隔离开关。根据实际情况发电机和主电压器之间可设置断路器和隔离开关， 但需技术经济分析论证确定。2.主变压器采用三相双绕组变压器，低压侧绕组接成三角型，高压侧绕组接成星型，高压器高压侧中性点接地方式为直接接地。3。在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器和一台高压公用变压器，供给厂用电。4.在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。5.在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。6.发电机中性点接有中性点接地变压器。7.高压厂用变压器高压侧，每相配置套管式电流互感器 3只。

11、8.主变压器高压侧每相各配置套管式电流互感器3只，中性点配置电流互感器1只。主要电气设备：1.发电机（额定功率为 600MVV额定电压为20KV,额定电流为19245A, COS4 =,额定转速为3000r/min ） 2.主变压器（三相双绕组变压器，额定容量为720MV A额定电压为550/20KV ,调压范围为550/%桓（1 : 3*23%） KV ,额定电流为（高压/低压）,联结组号YNd11,|APD - 27&韭%1册-0, 12, A氏-1280k*川盛-13. 5）。3.电压厂用变压器（额定容量为50/ A,额定电压为20+/-8* %/-,联结组号 Dyn1yn1）

12、4.电压互感器 5.电流互感器（LRD-20型，变比为12000/5A） 6.中性点接地变压器（干式，单相，额定电 压为20/,额定容量为25KV A,其二次侧接负载电阻值为 0）7.高压熔断器（RN4-20型， 额定电压为20KV,额定电流为，最大开断电流有效值为20KA,三相最大开断容量为 4500MVA） 8.避雷器（FCD2-20 型）2-4屋内配电装置中，安装有 100mm*10mmj矩形铝导体，导体正常运行温度为 70c周围空气温度为Dq - 25七。试计算该导体的载流量。答：无风无日照时导体的载流量为T二庠1.求交流电阻 R温度20c时的铝的电阻率 。笈=0.029。由7m。铝的

13、电阻温度系数a =C 。当温度为70c时，1000m长铝导体的直流电阻为口 2a1 +- 20)0. 029 * 1 + 0. 00403 * (70 - 20)1R- 1000§,1000 *=0.0148435 Cfi)II ff-J go|h对于总 二Jr扁函二11979及E = 1，集肤系数必-005,则每米长导体的交流电阻为nJti-dcL U-Hg。匕|TLR = 1.05 * 0. 0348435 * W ' 2 = 0. 0366 * 102.求对流散热量Q】。对流散热面积10010Fl ;温i + 站口二 2 率-+ 2 *-10001000对流散热系数口

14、L = 1.5 Ll W 35 = 1.5 * (70 - 25)° 35 = 5,送佃网/(一 力)|所以求得对流散热量邛u U)F = 5. G848 喊(70 - 25) * 0. 22 = 56. 27952 (m3.求辐射散热量Q：。单位长导体的辐射散热面积FfJOO102Al + 23=2 * + 2 * 10001000T=0.22()in因导体表面涂漆，取辐射系数£ = 0.95,求得辐射散热量为273 H , 4100273 + H 0100民=5. 7 * 0. 95273十呵 ,100.273 + 25；ioo-W* 0+ 22 = 70.91 (m4

15、.计算导体的载流量。求的100mm*10mmg导体的载流量为.因触4用I. 03« * )0 - 3=(A)查表看是否符合2-6电动力对导体和电气设备的运行有何影响?答：电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力较小， 因而不易为人们所察觉。而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值， 当载流导体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏。为了防止这种现象发生， 必须研究短路冲击电流产生的电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定性。必要时也可采用限制短路电流的措施。3-7三相平行导体发生三相短路时最大电动力出

16、现在哪一相上，试加以解释。答：三相平等导体发生三相短路时最大电动力出现在中间相B相上，因为三相短路时，B相冲击电流最大。4-5 一台半断路器接与双母线带旁路接线相比较，各有何特点？ 一台半断路器接线中交叉布置有何意义？答：一台半断路器接线，运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，并且调试和扩建也方便。但是其接线费用太高，只适用与超高电压线 路中双母线带旁路母线中， 用旁路母线替代检修中的回路断路器工作，使该回路不停电， 适用于有多回出线又经常需要检修的中小型电厂中，但因其备用容量太大， 耗资多，所以旁路设备在逐渐取消。一台半断路器接线中的交叉布置比非交叉接线具有

17、更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。4-8电气主接线中为什么要限制断路电流？通常采用哪些方法？答：短路电流要比额定电流大的多，有可能超过电器设备的承载能力，将电气设备烧毁，因此，必须限制短路电流，其中限制短路电流的方法有：1）在发电厂和变电所的 610kV配电装置中，加装限流电抗器限制短路电流。 a）在母线分段 处设置母线电抗器，目的是发电机出口断路器， 变压器低压侧断路器， 母联断路器等能按各 自回路额定电流来选择， 不因短路电流过大而使容量升级； b）线路电抗器：主要用来限制电 缆馈线回路短路电流；c）分裂电抗器。2）采用低压分裂绕组变压器。当发电机容量越大时，采用低压分裂绕组

18、变压器组成扩大单 元接线以限制短路电流。3）采用不同的主接线形式和运行方式。5-1什么叫厂用电和厂用电率？答：发电机在启动，运转、停止，检修过程中，有大量电动机手动机械设备，用以保证机组 的主要设备和输煤，碎煤，除尘及水处理的正常运行。这些电动机及全厂的运行，操作，实 验，检修，照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。厂用电耗量占发 厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。5-3厂用电负荷分为哪几类？为什么要进行分类？答：厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类：I类厂用负荷：凡是属于短时停电会造成主辅设备损坏，危及人身安全，主机

19、停用及影 响大量出力的厂用设备；II类厂用负荷：允许短时断电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的常用设备；III类厂用负荷：较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产不方便的厂用负荷；事故保安负荷交流不间断供电负荷5-4对厂用电接线有哪些基本要求？答：对于厂用电接线的要求主要有：1）各机组的厂用电系统是独立的；2）全厂新公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线；3）充分考虑发电厂正常，事故，检修启动等运行方式下的供电要求，尽可能的使切换操作 简便，启动电源能在短时间内投入；4）充分考虑电厂分期建设，连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别是要注意对公用 负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变和更换装

20、置。5） 200MW及以上的机组应设置足够容量的交流事故保安电源。6-1什么是验算热稳定的短路计算时间L以及电气设备的开断计算时间 tk?答：演算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间Lk和相应断路器的全开断时间 的之 和，而口是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。6-14选才i 10kV配电装置的出线断路器及出线电抗器。设系统容量为150MVA归算至10kV母线上的电源短路总电抗 X *2=（基准容量 Sd=100MVA ,出线最大负荷为 560A,出线保 护动作时间tpr =1s。解：假设选择断路器为 SN10-10I |lfib

21、r=16kA,全分闸时间tto = ,基准容量 Sd= 100MVA Ud= , Id=/ Id 山山石.5、600 * 10500|、则菰一）嬴一期=hr °叫/嬴，际一题二之或选择4%的电抗 NKL-10-600-4 ,参数如下：xL（%） =4% |i也= 38.28KA ut = 34«kV>s 计算如下：3）电压损失和残压校验：I1加 k55M + 10000电抗标么值：，二。二：乂£ = xfc + x * l = 0.14 + 0, 349 = 0. 4阕短路计算时间：“ -1卬+-1 + 0. 1 - 1. 1s,查短路电流计算曲线并换算成短

22、路电流有名值， 电压损失和残压分别为：Illax560AU (%> 4乩(%) = 0.04 * 二* 0.6 二之 24% < 既In600I ，I12. 1AUmW = XL%) = 0.04 *= 80. 7% > 60K 70%4)动、热稳定校验。时二二：3一%上；襄江一仍组谬s <hh = Ksh*21 = 2.55 12.1 = SO. 96 < 38.28（kA）可见，电压损失、残压、动热稳定均满足要求。7-2试述最小安全净距的定义及其分类。答：最小安全净距是指在这一距离下，无论在正常最高工作电压或出现内、外过电压时，都不使空气气隙被击穿， 对于敞露

23、在空气中的屋内、 外配电装置中有关部分之间的最小安全净 距分为A、B、C、DX E五类。7-3试述配电装置的类型及其特点。答：配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋个配电装置；按其组装方式，可分为装配式和成套式。屋内配电装置的特点：1）由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；2）维修、巡视和操作在室内进行，可减少维护工作量，不受气候影 响；3）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建设投资较大，建设 周期长，但可采用价格较低的户内设备。屋外配电装置的特点：1 土建工作量和费用较小，建设周期短；2）与屋内配电装置相比，扩建比较方便；3）想念设备之间距离较大，便于带电作业； 4）与屋内配电装置相比，占地 面积积大；5）受外界环境影响，设备运行条件较差，需加强绝缘；6）不良气候对设备维修和操作影响大。成套配电装置的特点： 1）电气设备封闭可半封闭的金属中，相间和对地距离可缩小，结构紧凑，上地面积小；2）所有设备已在工厂组装成