442006电能生产过程考试参考资料答案

1、 17/17电能生产过程复习题一、问答题1、简述电路开合时电弧产生与熄灭的机理，以及真空为什么可以作为一种性能良好的灭弧介质。答案：电弧产生机理：强电场发射：电路开合瞬间触头间距很小而触头间场强很大，当场强大到一定程度后可将金属极板表面自由电子拉出形成空间自由电子而形成初始电弧；热电子发射：电弧形成后产生的热量作用于金属极板，使极板燃弧点及附近温度急剧升高，金属极板表面自由电子热运动加剧，而使更多电子从金属极板表面逃逸形成空间自由电子；碰撞游离：触头间隙的带电粒子在极板场强作用下加速运动与空间介质中性粒子碰撞，在一定条件下会将介质中性粒子打成一个正离子与一个电子，使弧隙带电粒子浓度进一步升高；

2、热游离：电弧剧烈燃烧后产生的高温使介质变为等离子态，从而丧失绝缘性。电弧熄灭机理：复合去游离：电弧通道及其附近含有大量带电粒子，其中带有异性电荷的粒子在相对速度不大、相对距离不远的条件下会发生复合反应形成不带电的中性粒子；扩散去游离：带电粒子由高浓度、高温度的燃弧区向低浓度、低温度的非燃弧区扩散，从而降低燃弧通道中的带电粒子浓度。实际上电弧的产生与熄灭是同步进行的，当产生机制强于熄灭机制时电弧就逐渐剧烈燃烧，反之电弧就逐渐熄灭。在交流系统中由于每个周期都存在电流过零点，在这一点附近电弧自然熄灭，之后随着交流电压经历负半周，弧隙场强反向，从而对介质耐压强度恢复产生有利于熄弧的近阴极效应。真空中介

3、质粒子浓度很低而使电弧产生过程中的碰撞游离与热游离作用受到限制，并能加速电弧熄灭过程中的带电粒子的浓度扩散与温度扩散去游离效应。真空断路器灭弧速度快，不产生灭弧副产品及不存在介质劣化现象，一般不需要冷却电弧措施并不必控制灭弧介质流动，灭弧后介质绝缘强度恢复快，设备使用寿命长。2、简述电磁式电流互感器的工作要求及其原因。答案：1）量测电流尽可能接近一次侧额定电流。由于电磁式电流互感器铁芯为高磁导率材质，一个很小的励磁电流就可建立铁芯主磁通，这样励磁电流几乎不随一次侧电流大小的变化而变化，而电流互感器的量测误差主要来源于一次励磁电流，由此当量测电流接近一次侧额定电流时，励磁电流在其中所占的份额最小

4、，量测结果也最精确。2）二次侧严禁开路。若电磁式电流互感器二次侧开路，则不存在二次电流的去磁作用，全部一次电流作为激磁电流，由于铁芯磁化曲线的非线性饱和特性，此时铁芯主磁通在很大的一次激磁电流作用下，运行于饱和区间上，在铁芯中建立的主磁通呈现平顶波形式，这样在主磁通的上升和下降沿，其随时间的变化率将会变得很大，即在二次线圈中会感应出很高的电压，危害二次侧设备与操作人员人身安全。3、简述变压器运行时等值空气温度的概念，及如何计算等值空气温度。答案：4、试简述载流导体长期运行中温度的变化过程，在此基础上定量分析当环境温度变化时对导体持续载流量将产生什么样的影响。答案：5、电能生产的主要特点是什么？

5、答案：（1）电能的生产与消费具有同时性。（2）电能生产与国民经济各个部门和人民生活有着极为密切的关系。另外于电能供应的中断或减少，将给国民经济造成巨大损失。（3）电力系统的过渡过程十分短暂，电磁变化过程非常迅速。（4）电能生产的地区性特点较强。6、导体短时发热与长期发热有什么不同以及一般对导体短时发热温度有什么要求？答案：长期发热针对导体正常载流运行，此时导体载流在额定范围以内，导体可安全持续工作，温度不会升得很高并最终与环境建立稳定热平衡；短时发热针对导体短路运行状态，持续时间很短而载流量很大，这个过程中导体与环境热交换量很小可近似认为是个绝热过程，且导体温度升得很高，会使得导体比热、电阻率

6、等参数发生变化。对常见的硬铝及钢导体的短时发热温度一般要求不超过200300（或满足热稳定条件）。7、隔离开关与断路器的主要区别是什么？它们的操作程序应如何正确配合？答案：（1）断路器有灭弧装置，能开断过负荷电流，也能开断短路电流；而隔离开管没有灭弧装置，只能开断很小的空载电流。（2）断路器和隔离开关的操作顺序为：接通电路时，先合上断路器两侧的隔离开关，再合断路器；切断电路时，先断开断路器，再拉开两侧的隔离开关。严禁在未断开断路器的情况下，拉合隔离开关。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙等闭锁装置。8、电流互感

7、器工作特点有哪些？答案：9、提高导体长期载流量常用措施有哪些？答案：10、电气主接线的基本接线形式有哪些？答案：单母线接线；单母线分段接线；双母线和双母线分段接线；带旁路母线的接线；一个半断路器接线；桥形接线；角形接线；单元接线。11、简述快速动作的高压断路器的选择与校验条件。答案：12、简述真空断路器具有哪些特点。答案：真空断路器灭弧速度快，不产生灭弧副产品及不存在介质劣化现象，一般不需要冷却电弧措施并不必控制灭弧介质流动，灭弧后介质绝缘强度恢复快，设备使用寿命长。13、简述交流电弧具有哪些特点。答案：1）交流电弧在电流过零点附近会自动熄灭；2）交流电弧随电弧电流、电压的变化燃弧剧烈程度也在

8、变化，表现为动态的伏安特性，并由于热惯性的存在每个周波中起弧电压与熄弧电压不同；3）交流电弧具有近阴极效应，表现为电弧电压过零点后介质耐压强度出现阶跃性恢复。14、简述为什么分裂电抗器在正常工作与限制短路时表现为不同的电抗值。答案：分裂电抗器一般中间抽头接电源，两臂抽头接大致相等的两组负荷，其两臂绕组的磁通方向相反，这样在正常工作时由于两臂的感应磁通大致相抵消，即合磁通很小，因而表现为电抗值也很小。短路时，由于短路电流远大于正常工作电流，使得此时两臂感应合磁通以短路支路产生磁通为主，远大于正常工作磁通，即表现为较大的电抗值。15、简述系统中互感器的作用。答案：互感器的作用主要有：1）互感器联接

9、一、二次系统，将一次系统中的大电压、大电流按比例变为二次系统中的低电压、小电流，便于进行量测；2）互感器能有效隔离一、二次系统，便于二次系统的维护调试，从而保证设备和运行人员安全。16、简述电气设备选择的一般原则。答案：17、火力发电厂与水电厂相比，有哪些特点？答案：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大，且单位发电成本比水电厂高出34倍。（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，运行费用高。（5）停开机需要时间长，且耗用大量燃料。（6）火电厂对空气和环境的污染很大。18、简述为什么电磁式电流互感

10、器在一次电流为额定值附近时量测精度最高以及为什么电磁式电流互感器二次侧严禁开路。答案：电磁式电流互感器铁芯具有很高导磁率，通常一个小的激磁电流就能建立铁芯主磁通，由此一次电流的变化几乎不影响主磁通的建立和激磁电流分量的大小。而电磁式电流互感器的量测误差主要源于激磁电流分量，这样当一次电流较小时，激磁分量所占比例相对较大，量测误差也随之变大；当一次电流为额定值附近时，激磁分量所占比例相对较小，量测误差也随之变小。若电磁式电流互感器二次侧开路，则不存在二次电流的去磁作用，全部一次电流作为激磁电流，由于铁芯磁化曲线的非线性饱和特性，此时铁芯主磁通在很大的一次激磁电流作用下，运行于饱和区间上，在铁芯中

11、建立的主磁通呈现平顶波形式，这样在主磁通的上升和下降沿，其随时间的变化率将会变得很大，即在二次线圈中会感应出很高的电压，危害二次侧设备与操作人员人身安全。19、为什么星形接线的两绕组变压器运行时会在系统中产生三次谐波，如何消除这个三次谐波并讲述原因。答案：星形连接的两绕组变压器，由于其一次侧无法流通3次（及其倍数）谐波电流，因而其一次侧激磁电流近似为正弦波形。由于铁芯的磁饱和现象，使得在正弦激磁电流作用下，主磁通呈现近似平顶波，这样主磁通在二次侧将感应出具有3次谐波分量的电动势，该电动势使系统中产生3次谐波，造成相电压波峰值增高、中性点偏移等不良影响。系统中通常使用带有角形接线的第三绕组变压器

12、来消除这个3次谐波。因为角形连接的第三绕组在平顶主磁通作用下，感应出的3次谐波电动势可在角形的a、b、c三相绕组中生成同向的3次环流，这个3次环流起到消磁作用，可以抵消掉主磁通中的3次分量，而修匀主磁通波形。20、电磁式电流互感器工作中二次侧有什么特殊要求，并分析其原因。答案：电磁式电流互感器工作中二次侧严禁开路，若电磁式电流互感器二次侧开路，则不存在二次电流的去磁作用，全部一次电流作为激磁电流，由于铁芯磁化曲线的非线性饱和特性，此时铁芯主磁通在很大的一次激磁电流作用下，运行于饱和区间上，在铁芯中建立的主磁通呈现平顶波形式，这样在主磁通的上升和下降沿，其随时间的变化率将会变得很大，即在二次线圈

13、中会感应出很高的电压，危害二次侧设备与操作人员人身安全。21、简述变压器正常过负荷与事故过负荷的不同，及在持续变化负荷条件下对变压器等值老化程度的计算过程。答案：22、星形接线的变压器中通常装有角形接线的第三绕组，试分析其作用并说明缘由。答案：星形连接的变压器中装有角形连接的第三绕组，其作用主要有：1）消除系统中的三次谐波。星形连接的两绕组变压器，由于其一次侧无法流通3次（及其倍数）谐波电流，因而其一次侧激磁电流近似为正弦波形。由于铁芯的磁饱和现象，使得在正弦激磁电流作用下，主磁通呈现近似平顶波，这样主磁通在二次侧将感应出具有3次谐波分量的电动势，该电动势使系统中产生3次谐波，造成相电压波峰值

14、增高、中性点偏移等不良影响。系统中通常使用带有角形接线的第三绕组变压器来消除这个3次谐波。因为角形连接的第三绕组在平顶主磁通作用下，感应出的3次谐波电动势可在角形的a、b、c三相绕组中生成同向的3次环流，这个3次环流起到消磁作用，可以抵消掉主磁通中的3次分量，而修匀主磁通波形。2）供给不平衡三相负荷。当系统中接有三相不对称负荷时，会造成系统中流过的三相电流不对称，由此会在变压器铁心中感应出三相不对称电动势从而造成电压偏移等不正常电压分布情况。而有角形连接的第三绕组时，由不对称三相负荷电流所感应的三相不对称电动势将在第三绕组中形成环流，这个环流将平衡掉三相不对称负荷电流的影响，从而使变压器原边三

15、相电压恢复正常。3）供给除主负荷外的辅助负荷。23、简述高压断路器熄弧的基本方法。答案：高压断路器熄弧基本方法：采用性能良好的灭弧介质；采用特殊金属做灭弧触头；利用高压气体或油吹弧；采用多断口熄弧；提高断路器触头分离速度。24、简述火电厂与水电厂有哪些主要工作特点。答案：火电厂工作特点：以化石资源为燃料，燃料资源丰富；时间常数大、起停时间长、输出调整响应较慢，一般承担基荷；工作效率低，常见的凝汽式火电厂效率只有3040%；发电污染大并消耗非再生资源；一般布局灵活，装机容量大小可按需决定。水电厂工作特点：消耗可再生资源，发电无污染；时间常数小、起停快速，一般承担峰荷；工作效率高，一般水电厂工作效

16、率可达8090%；发电价格便宜，但前期建设投资大；电厂布局、出力和发电量要受天然环境和流量的制约。25、单母线分段带旁路的接线方式。正常运行时QS1、QF1、QS2合位，QS3、QS4、QS5、PS1断开，A、B母线并列运行，旁母W3停运。在上述运行方式下，现欲检修出线L2的断路器DF1，同时不中断出线L2供电并保持A、B母线的并列运行状态，问如何进行检修断电操作？答案：闭合QS5以保持A、B母线并列打开QF1打开QS2闭合QS4闭合QF1对旁母W3充电打开QF1闭合PS1闭合QF1打开DF1打开DS1与DS226、简述3种常用的有汇流母线接线形式，描述其各自特点并绘出简图。答案：3种常用有汇

17、流母线接线形式单母线、双母线、3/2接线。（可有其他答案选择，有母线即可）如下图：（1）单母线：只有1颗工作母线，进/出线分别并列接于该母线上。接线简单、清晰、投资省，但工作可靠性很低，母线故障或检修将造成全厂停电。一般仅用于35kV以下无重要用户的终端系统。（2）双母线：有2颗工作母线，进/出线分别通过1台断路器与并列的2组隔离开关接于该2母线上。工作可靠性、灵活性较高，2组母线可互为备用，并具有分列与并列2种工作方式。广泛应用于220kV等高压系统中。（3）3/2接线：有2颗工作母线，每2回进/出线分别通过3台断路器组合接于这2组母线上。供电可靠性很高，由于构成多环路供电，任一元件故障对系

18、统没有影响，但因断路器数量多投资较大，一般应用于500kV及以上的超高压系统。27、简述电动机启动临界电压概念，如何计算电动机启动临界电压以及电厂通常中采用什么措施以保证厂用电动机的自启动。答案：28、简述厂用电压等级的选择，厂用电源的分类及引接方式。答案：厂用电压等级一般为高压3、6、10kV，低压380、220V。火电厂：装机容量60MW以下、机端压10.5kV时，一般选取厂高压3kV / 低压380、220V；装机容量100300MW，一般选取厂高压6kV / 低压380、220V；装机容量600MW及以上，可考虑采用2种厂高压3、10kV / 低压380、220V。水电厂一般机端压6k

19、V，只设厂低压380、220V，对水利枢纽性电厂有航运船闸的可考虑采用厂高压3、10kV。厂用电源分类：工作电源、备用电源、启动电源、事故保安电源。引接方式：工作电源：通常不少于2个都投入系统并列运行，有发电机母线的从发电机母线引接，单元式接线从主变低压侧引接；备用电源：失去工作电源时起后备作用，要保证与工作电源的独立性。有机压母线时从与工作电源不同的母线分段上引接，或从与系统联系紧密的最低一级电压母线上引接，有三卷联络变的从三卷联络变的低压绕组引接，技术经济比较合理时可从外部系统引接专用线路；启动电源：备用电源的一种，在大机组启动说使用，可参照备用电源方式引接；事故保安电源：发生重大事故当工

20、作电源与备用电源都失电时提供事故处理与照明的电源，一般采用外接独立电源或柴油发电机组与蓄电池组来提供。29、简述电磁式电流互感器二次侧开路会产生什么现象，并说明其原因。答案：电磁式电流互感器二次侧开路会在其一二次绕组中感应出过电压。因为电磁式电流互感器二次侧开路，则不存在二次电流的去磁作用，全部一次电流作为激磁电流，由于铁芯磁化曲线的非线性饱和特性，此时铁芯主磁通在很大的一次激磁电流作用下，运行于其饱和区间上，这样在铁芯中建立的主磁通呈现平顶波形式，由此在主磁通的上升和下降沿，其随时间的变化率将会变得很大，即在一二次线圈中会感应出很高的电压，危害二次侧设备与操作人员人身安全。二、作图及分析题1

21、、试绘制水蒸气的压容（P-v）曲线，并说明下列术语的含义：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干蒸汽、过热蒸汽。答案：对0的水在大气中进行加热，温度不断上升比容略有增加,热力工程中把未达到沸腾状态的水称为未饱和水；对未沸腾的水继续加热，当温度升高到某一数值时，水温即停止上升，水开始沸腾，此沸腾状态的水称为饱和水；对饱和水继续加热，水开始汽化变为水蒸气，汽化过程中外界压力和温度维持不变，而水蒸气比容很快增大，在容器中呈现出水、汽共存的现象，其蒸汽称为湿蒸汽；继续加热，当最后一滴水变为水蒸气时的这一特殊临界状态，相应的无水蒸气称为干蒸汽；如果对干蒸汽再继续加热，水蒸气温度就会升高而超过沸腾温度，比容也随之增

22、大，这种水蒸气叫做过热蒸汽。2、如图所示为某中型热电厂的主接线图，试分析各级电压的接线方式及特点。答案：发电机电压的l0kV母线采用双母线分段接线；母线分段断路器上串接有母线电抗器，出线上串接有线路电抗器；因为l0kV用户都在附近，采用电缆馈线可以避免因雷击线路而直接影响到发电机。该电厂G1、G2发电机在满足l0kV地区负荷的前提下，将剩余功率通过变压器 T1、T2 升压送往高压侧。而通常 I00MW及以上的 G3、G4 发电机采用双绕组变压器分别接成发电双绕组变压器单元接线，直接将电能送入系统，便于实现 机、炉、电单元集中控制或机、炉集中控制，亦避免了发电机电压级的电能多次变压送入系统，从而减少了损耗。该电厂T1、T2 三绕组变压器除担任将l0kV母线上剩余电能按负荷分配送往1l0kV及220kV 两级电压系统的任务外，还能在当任一侧故障或检修时，保证其余两级电压系统之间的并列联系，保证可靠供电。 该电厂220kV 侧母线由于较为重要，出线较多，采用双母线接线，出线侧带有旁路母线，并设