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人类所认识的能量晟式有哪些？并说明其特

点°

八答：第一、机械能。它包括固体一流体的动能，势

能，弹性能及表面张力能等。其中动能和势能是大类最

早认识的能量，称为宏观机械能。

第一、热能。它是有构成物体的微观原子及分子振

动与运行的动能，其宏观表现为温度的高低，反映了物体

原子及分子运行的强度。

第三、化学能。它是物质结构能的一种，即原子核

外进行化学瓜是放出的能量，利用最普遍的化学能是燃

烧碳和氢，而这两种元素是煤、石油、天然气等燃料中最

主要的可燃元素。

第四二届留能。它是物质以电磁波形式发射的能

量。如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。

第五、核能。这是蕴藏在原子核内的粒子间相互作

用面释放的能。释放巨大核能的核反应有两种，邓核裂变

应和核聚变反应。

第六、电能。它是与电子流动和积累有关的一种能

量，通常是电池中的化学能而来的。或是通过发电机将

机械能转换得到的；反之，电能也可以通过电灯转换为

光能，通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的

本领。

1-2能源分类方法有哪些？电能的特点及其在国民

经济中的地位和作用？

答：一、按获得方法分为一次能源和二次能源；

二、按被利用程度分为常规能源和新能源；三、按能否再

生分为可再生能源和非再生能源；四、按能源本身的性

质分为含能体能源和过程性能源。

电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便

转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。

随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会

物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类

生活的每个层面。电气化在某种程度上成为现代化

的同义词。电气化程度也成为嘴量社会文明发展水

平的重要标志°

1-3火力藁厂的分类，其电能生产过程及其特

点？

八.答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发

电厂；余热发电厂。

按蒸气压力和温度分：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。

按原动机分：凝所式气轮机发电厂；燃气轮

机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽一燃气轮机发电厂。

按输出能源分：凝气式发电厂；热电厂。按发

电厂总装机容量分：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。

火电厂的生产过程概括起来说是把煤中含有的化学

能转变为电能的过程。整个生产过程分三个系统：燃料

的化学能在锅炉燃烧变为热能，加热锅炉中的水使之变

为蒸汽,，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入气轮机，

冲动气轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称不汽

水系统；由气轮机转子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。

1-4水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特

八.答：按集中落差的方式分为：堤坝式水电厂；坝后

式水电厂；河床式水电厂；引水式水电厂；混合式水电

厂。

按径流调节的程度分为：无调节水电厂；有调

节水电厂；日调节水电厂；年调节水电厂；多年调节水电

厂。

水电厂具有以下特点：可综合利用水能资

源；发电成本低，效率高；运行灵活；水能可

储蓄和调节；水力发电不污染环境；水电厂

建设投资较大工期长；水电厂建设和生产都受

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

丰水期和枯水期之分，因而发电量不均衡；

由于水库的兴建，淹没土地，移民搬迁，农业

生产带来一些不利，还可能在一定和程度破

坏自然的生态平衡。

5抽水蓄能电厂在电力系统中的作用及其功能？

答：抽水蓄能电厂在电力系统中的作用：调峰；填

谷；备用；调频；调相。

功能：降低电力系统燃料消耗；提高火电设

备利用率；可作为发电成本低的峰荷电源；对环境没有

污染且可美化环境；抽水蓄能电厂可用于蓄能。

1-6核能发电厂的电能生产过程及其特点？答：核电

厂是一个复杂的系统，集中了当代许多高新技术。核

电厂的系统由核岛和常规岛组成。为了使核电能稳

定，经济地运行，以及一旦发生事故时能保证反应

堆的安全和防止放射性物质外泄，核电厂还设置有各

种辅助系统，控制系统和设施。以压力堆为例，有

以下主要系统：核岛的核蒸汽供应系统；核岛的辅

助系统；常规岛的系统。

核电厂运行的基本规则和常规为电厂一样，都是

根据电厂的负荷需要量来调节供给热量，使得热功率

与电负荷平衡。由于核电厂是由反应堆供热，因此核

电厂的运行和火电厂相比有以下一些新的特点：1）在

火电厂中，可连续不断地向锅炉供燃料，而压水堆核

电厂的反应堆，却只能对反应堆堆芯一次装料，交

定期停堆换料。因此在堆芯换新料后的初期，过剩

反应性很大。为了补偿过剩反应性，除采用控制棒

外，还需要在冷却剂中加入硼酸，并通过硼浓度变化

来调节反应堆的反应速度。反应堆冷却剂中含有硼酸

后，就给一次回路系统及辅助系统的运行和控制带来

一定的复杂性。2）反应堆的堆芯内，核燃料发生裂变

反应放出核能的同时，也放出瞬发中子和瞬发丫射

线。由于裂变产物的积累，以及反应堆的堆内构件和

压力容器等因受中子的车辐照而活化，反应堆不管是

在运行中或停闭后，都有很强的放射性，这就给电

厂的运行和维修带来了一定困难。3）反应堆在停闭

后，运行管路中积累起来的裂变碎片和3、丫衰变，

将继续使堆芯产生余热。因此堆停闭后不能立刻停机

冷却，还必须把这部分余热排放出去，否则会出现燃

料元件因过热而烧毁的危险；即使核电厂在长期停

闭情况下，也必须继续除去衰变热；当核电厂发生

停电，一回路管道破裂等重大事故时，事故电源、应

急堆芯冷却系统立即自劫投入，做到在任何事故工况

下，保证反应堆进行冷却。4）核电厂在运行过程中，

会产生气态，液态和固态的放射性废物，对这些废物

必须遵守核安全规定进行妥善处理，以确保工作人员

和居民的健康，而为电厂中这一问题不存在。5）与

火电厂相比，核电厂的建设费用高，但燃料所占费用

较为便宜一。为了提高核电厂的运行经济性，极为重

要的是维持高的发电设备利用率，为此，核电厂应在

额定功率或尽可能在接过额定功率的工况下带基本负

荷连续运行，并尽可能缩短核电厂反应堆的停闭时

间。

第二章发电、变电和输电的电气部分

2-1哪些设备属于一次设备？哪些设备属于二次设

备？其功能是什么？

答：通常把生产、变换、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。其中对一次

设备和系统运行状态进行测量、监视和保护的设备称为

二次设备。如仪用互感器、测量表计，继电保护及自动

装置等。其主要功能是起停机组，调整负荷和，切换设

备和线路，监视主要设备的运行状态。

2-2简述300MW发电机组电气接线的特点及主要设

备功能。

答：1）发电机与变压器的连接采用发电机一变压

器单元接线；

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；

八’3）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，每组装有电

流互感器4个；

5）发电相，中性点接有中性点接地变压器；

6）高压厂用变压器高压侧，每组装有电流互

感器4个。

其主要设备如下：电抗器：限制短路电流；电

流互感器：用来变换电流的特种变压器；电压互感器：

将高压转换成低压，供各种设备和仪表用，高压熔断器：

进行短路保护；中性点接地变压器：用来限制电容电流。

2-3简述600MW发电机组电气接线的特点及主要设

备功能。

2-4影响输电电压等级发展因素有哪些？答：1）

长距离输送电能；

2）大容量输送电能；

3）节省基建投资和运行费用；

4）电力系统互联。

2-5简述交流^bokV变电站主接线形式及其特点。

答：目前，我国500kV变电所的主接线一般采用双

母线四分段带专用旁路母线和3/2台断路器两种接线方

式。其中3/2台断路器接线具有以下特点：任一母线检

修或故障，均不致停电；任一断路器检修也不引起停电；

甚至在两组母线同时故障（或一组母线检修另一组母线故

障）的极端条件下，功率均能继续输送。一串中任何一

台断路器退出或检修时，这种运行方式称为不完整串运

行，此时仍不影响任何一个元件的运行。这种接线运行

方便，操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离带电设

备用。

2-6并联高压电抗器有哪些作用？抽能并联高压电

抗器与并联高压电抗器有何异同？

2-7简述6kV抽能系统的功能及其组成。

2-8简述串联电容器补偿的功能及其电气接

纬'戈O2-9简述高压直流输电的基本原理。

2-10简述换流站的电气接线及主要设备的功

能。

2-11简述高压直流输电的优点和缺点各有哪答：优

些?

一,占：

八、、

1）线路造价低，年电能损失小；

2）不存在系统稳定问题；

3）限制短路电流。

4）调节快速，运行可靠；

5）没有电容充电电流。

6）节省线路走廊。

缺点：

1）换流装置较昂贵；

2）消耗无功功率多；

3）产生谐波影响；

4）缺乏直流开关；

5）不能用变压器来改变电压等级。

2-12简述高压直流输电系统的主接线及其运行方

式。

第三章导体的发热和电动力

3-1研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发

热和短时发热各有何特点？

答：电流将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使

电器设备的温度升高。发热对电气设备的影响：使绝缘材

料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触

电阻增加。导体短路时，虽然持续时间不长，但短路电流

很大，发热量仍然很多。这些热量在适时间内不容易散

出，于是导体的温度迅速升高。同时，导体还受到电动

力超过允许值，将使导体变形或损坏。由此可见，发热

和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。长期发热

是由正常工作电流产生的；短时发热是由故障时的短路

电流产生的。

3-2为什么要规定导体和电气设备的发热允许温

度？短时发热允许温度和长期发热允许温度是否相同，为

什么？答：导体连接部分和导体本身都存在电阻（产生

功率损耗）；周围金属部分产生磁场，形成涡流和磁

滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，女口：tg值

的测量载流导体的发热：长期发热：指正常工作电流引

起的发热

短时发热：指短路电流引起的发

一发热对绝缘的影响

绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的

速度于使用的温度有关；二发热对导体接触部分的影响

温度过高表面氧化电阻增大丹恶性循环

三发热对机械强度的影响

温度达到某一值退火机械强度设备变形如：

Cu

长期70°c短期300°c

发热发热

Al

长期70c短期200°c

发热发热

3-3导体长期发热允许电流是根据什么确定的？提

高允许电流应采取哪些措施？

答：是根据导体的稳定温升确定的。为了载流量，

宜采用电阻率小的材料，如铝和铝合金等；导体的形状，

在同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形

和槽形的表面积则较大。导体的布置应采用散热效果最最

佳的；。

3・4为什么要计算导体短时发热最高温

度？如何计算？一

答：载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路

时导体的最高温度不应超过所规定导体短路时发热允许温

度。当满足这个条件时，则认为导体在短路时，是具有热

稳定性的。

计算方法如下：

1）有已知的导体初始温度Bw；从相应的导体材料

的曲线上查出Aw；

2）将力和Q值代入式：l/S2Q=Ah-Aw求出A;

3）由/再从曲线上查得Bh值，

3-5等值时间的意义是什么等值时间法适用于什么

情况？

答：等值时间法由于计算简单，并有一定精度，目

前仍得到广泛应用。但是曲线所示是根据容量为500MV

以下的发电机，按短路电流周期分量衰减曲线的平均值制

作的，用于更大容量的发电机，势必产生误差。这时，

最好采用其它方法。

3-6用实用计算法和等值时间法计算短路电流周期

分量执效应，各有何特占?

选：用实用计算乐市的电流是短路稳态电流,而等

值时间法计算的电流是次暂态电流。

3-7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。

3-8三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现

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。

3・9导体的劫态应力系数的含义是什么，在

什么情况下，才考虑动态应力？

答：动态应力系数P为动态应力与静态应力的比

值，导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力，对

于动态应力的考虑，一般是采用修E静态计算法，即在

最大电动力Fmax上乘以动态应力系统数口，以求得实际

动态过程中的动态应力的最大值。

3-10大电流母线为什么常采用分相封闭母线？分相

封闭母线的外壳有何作用？

答：大电流母线采用分相封闭母线是由于：

1）运行可靠性高，因母线置于外壳内，能防止相间

短路，且外壳多点接地，可保障人体接人体接触时的安

全。2）短路时母线相间电动力大大降低，由于外壳涡流

的屏蔽作用，使壳内的磁场减弱，对减小短路时的电动

力有明显的效果；3）壳外磁场也因外壳电流的屏蔽作用

而减弱，可较好改善母线附近的钢构发热；4）安装的

维护工作量小。

3-11怎样才能减少大电流母线附近钢构的发热？

答：减小大电流母线附近的钢构发热的措施：

1）加大钢构和导体间的距离，使布磁场强度减

弱，因而可降低涡流和磁滞损耗；

2）断开钢构回路，并加装绝缘垫，消除环流；

3）采用电磁屏蔽；

4）采用分相封闭母线。

3-12设发电机容量为10万kW发电机回路最大持续

工作电流lmax=6791A最大负荷利用小时数Tmax=5200h，

三相导体水平布置，相间距离a二，发电机出线上短路时

间tk=，短路电流1=，।tk/2=,Itk=,周围环境温度

+35℃。试选择发电机引出导线。

第四章导体的发热和电动力

3-1研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发

热和短时发热各有何特点？

答：电流将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使

电器设备的温度升高。发热对电气设备的影响：使绝缘材

料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触

电阻增加。导体短路时，虽然持续时间不长，但短路电流

很大，发热量仍然很多。这些热量在适时间内不容易散

出，于是导体的温度迅速升高。同时，导体还受到电动

力超过允许值，将使导体变形或损坏。由此可见，发热

和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。长期发热

是由正常工作电流产生的；短时发热是由故障时的短路

电流产生的。

3-2为什么要规定导体和电气设备的发热允许温

度？短时发热允许温度和长期发热允许温度是否相同，为

什么？答：导体连接部分和导体本身都存在电阻（产生

功率损耗）；周围金属部分产生磁场，形成涡流和磁

滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，女如：tg值

的测量载流导体的发热：长期发热：指正常工作电流引

起的发热

短时发热：指短路电流引起的发

一发热对绝缘的影响

绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的

速度于使用的温度有关；

二发热对导体接触部分的影响

温度过高表面氧化电阻增大山恶性循环

三发热对机械强度的影响

温度达到某一值退火机械强度设备变形如：

3-3导体长期发热允许电流是根据什么确定的？提

Cu

长期70°c短期300°c

发热发热

Al

长期70c短期200°c

发热发热

高允许电流应采取哪些措施？

答：是根据导体的稳定温升确定的。为了载流量，

宜采用电阻率小的材料，如铝和铝合金等；导体的形状，

在同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形

和槽形的表面积则较大。导体的布置应采用散热效果最最

佳百勺*式。

3-4为什么要计算导体短时发热最高温度？如何计

算？

答：载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路

时导体的最高温度不应超过所规定导体短路时发热允许温

度。当满足这个条件时，则认为导体在短路时，是具有热

稳定性的。

计算方法如下：

1）有已知的导体初始温度Bw；从相应的导体材料

的曲线上查出Aw；

2）将Aw和Q值代入式：l/S2Q=Ah・Aw求出A;

3）由/再从曲线上查得Bh值。

3-5等值时间的意义是什么等值时间法适用

于什么情况？

答：等值时间法由于计算简单，并有一定精度，目

前仍得到广泛应用。但是曲线所示是根据容量为500MV

以下的发电机，按短路电流周期分量衰减曲线的平均值制

作的，用于更大容量的发电机，势必产生误差。这时，

最好采用苴它方法O

3-6,由实向计算法和等值时间法计算短路电流周期

分量执效应，各有何特占？

“答：用实用计算■串的电流是短路稳态电流,而等

值时间法计算的电流是次暂态电流。

3-7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。

3-8三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现

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，因为二相短路时，B相冲击电流最

大。

3-9导体的动态应力系数的含义是什么，在什么情

况下，才考虑动态应力？

答：动态应力系数口为动态应力与静态应力的比

值，导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力，对

于动态应力的考虑，一般是采用修正静态计算法，即在

最大电动力Fmax上乘以动态应力系统数口，以求得实际

动态过程中的动态应力的最大值。

3-10大电流母线为什么常采用分相封闭母线？分相

封闭母线的外壳有何作用？

答：大电流母线采用分相封闭母线是由于：

1）运行可靠性高，因母线置于外壳内，能防止相

间短路，且外壳多点接地，可保障人体接人体接触时的

安全。2）短路时母线相间电动力大大降低，由于外壳涡

流的屏蔽作用，使壳内的磁场减弱，对减小短路时的电

动力有明显的效果；3）壳外磁场乜因外壳电流的屏蔽作

用而减弱，可较好改善母线附近的钢构发热；4）安装

的维护工作量小。

3-11怎样才能减少大电流母线附近钢构的发热？

答：减小大电流母线附近的钢构发热的措施：

1）加大钢构和导体间的距离，使布磁场强度减弱，

因而可降低涡流和磁滞损耗：

2）断开钢构回路，并加装绝缘垫，消除环流；

3）采用电磁屏蔽；

4）采用分相封闭母线

3・12设发电机容量为10万kW发电机回路最大持

续工作电流lmax=6791A最大负荷利用小时数Tmax=

5200h，三相导体水平布置，相间距离发电机出线套短，

路时间tk=，短路电流Hk=Jtk=，周围环境温度，|叼2

+35℃tR试选择发电机引出导线

第五章厂用电

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。厂用电耗量占发电厂全部发电量的

百分

数，称为厂用电率。

5-2厂用电的作用和意义是什么？

答：发电机在启动、运转、停机，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，除尘及水处理等的正常运行。降低厂用电率

可以降低电能成本，同时也相应地增大了对电力系统的

供电量。

八5二3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：

⑴I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，主机停用及影响大量出力的厂

用设备；

（2）‘II类厂用负荷：允许短时断电…诙复供电后，

不致造成生产紊乱的常用设备；

⑶III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；

⑷事故保安负荷

⑸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

级；

'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。

5-5厂用电接线的设计原则是什么？对厂用电压等

级的确定和厂用电源引接的依据是什么？答：厂用电的设

计原则主要是：

⑴厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，

使发电厂主机安全运行。

⑵接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运

行方式的要求。

⑶厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由

本机组供电。

''（4）八设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并

积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可

行性和先进性。

⑸在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等

级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线

形式等问题进行分析和论证。

厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压，厂用

电动机的电压和厂用电，供电网络等因素，相互配合，

经技术经济比较后确定的。

5-6在大容量发电厂中，要设启动电源和事故保安

电源，如何实现9

八答：启金电源的设计：1）从发电机电压母线的不同

分段上，通过厂用备用变压器引接。

2）从发电厂联络变压器的低压绕组引接，但应保证

在机组全停情况下，能够获得足够的电源容量。

3）从与电力系统联系紧密，供电可靠的最低一级电

压的母线引接。

4）当经济技术合理时，可由外部电网引接专用线

路，经过变压器取得独立的备用电源或启动电源。

事故保安电源必须是一种独立而又十分可靠的电

源，通常采用快速自动程序启动的柴油发电机组，蓄电池

以及逆变器将直流变为交流事故保安电源。对300MV及以

上机组还就由附近llOkV及以上的变压器工发电厂引入独

立可靠的专用线路作为事故备用保安电源。

5-7火电厂厂用电接线为什么要按锅炉分段？为提

高厂用电系统供电可靠性，通常都采用那些措施？

答：为了保证厂用供电的连续性，使发电厂安全满

发，并满足运行安全可靠灵活方便。所以采用按炉分段

原则。为提高厂用电工作的可靠性，高压厂用变压器和

启动备用变压器采用带负荷高压变压器，以保证厂用电安

全，经济的运行。

5-8发电厂和变电站的自用电在接线上有何区别？

答：发电厂厂用电系统一般采用单母线分段接线形

式，并多以成套配电装置接受和分配电能。厂用电源由

相应的高压厂用母线供电。而变电站的站用电源引接方

式主要有：1）由变电站内主变压器第三绕组引接，站

用变压器高压侧要选用较大断流容量的开父设备，否则要

加限流电抗器。2）当站

内有较低母线时，一般由这类电压母线上引接两个站用

电源。这种站用电源引接方式经济性好和可靠性高的特

点；3）500kV变电站的外接电源多由附近的发电厂或变

电站的低压母线引接。

5-9何谓厂用电动机的自启动？为什么要进行电动

机自启动校验？如果厂用变压器的容量小于自启动电动机

总容量时，应如何解决？

答：厂用电系统运行的电动机，当突然断开电源或

厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运

行，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电压

后，不与电源断开，在很短时间内，厂用电源恢复或通过

自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行还未结

束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电

动机自启动。分为：⑴失压自启动；⑵空载自启动；（3）

带负荷自启

动。若参加自启动的电动机数目多，容量大时，启动电流

过大，可能会使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引

起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网络的稳

定运行，因此，必须进行电动机自启动校验。若不能满足

三启动条件，应采用以下措施：

⑴限制参加自启动的电动机数量。⑵机械负载转矩

为定值的重要设备的电动机，因它只能在接近额定电压下

言动，也不应参加自启动，可采用低电压保护和自动重合

闸装置，即当厂用母线电压低于临界值时，把该设备从

母线上断开，而在母线电压恢复后又自动投入。

⑶对重要的厂用机械设备，应选用具有较高启动转

矩和允许过载倍数较大的电动机与其配套。

⑷在不得已的情况下，或增大厂用变压器容量，或

结合限制短路电流问题一起考虑进适当减小厂用变压器的

阻抗值。

5-10已知某火电厂厂用6kV备用变压器容量为，

5(%)=8，要求同时自启动电动机容量为H400kW电动

机启动平均电流倍数为5,cos©=,n=。试校验该备用

变压器容量能否满足自启动要求。

解：

5-11厂用母线失电的影响和应采取的措施？答：厂

用母线的工作厂用电源由于某种故障而被切除，即母线的

进线断路器跳闸后，由于连接在母线上运行的电动机的定

子电流和转子电流都不会立即变为零，电动机定子绕组将

产生变频电压，即母线存在残压。残压的大小和频率都随

时间而降低。电动机转速下降的快慢主要决定于负荷和机

械时间常数，一般经后转速约降至额定转速。若在此时

间内投入备用电源，一般情况下，电动机能迅速恢复到正

常稳定运行状态。一般用电源的快捷切换，要求工作厂用

电源切除后，在厂用母线残压于备用电源电压之间的相

角差未达到第一次反相之前合上备用电源，可保证备用

电源合上时电动机的转速下降尚少，且冲击电流亦小。

5-12厂用电源的各种切换方式及其优缺点？答：厂

用电源的切换，除按操作控制分为手动与自动外，还可

谖厂用系统的运行状态，断路器动作顺序，厂用电源切

换的速度等进行区分。按厂用电系统正常运行状态厂用

电源的切换分为正常切换和事故切换。按断路器的运行顺

序厂用电源的切换分为并联切换、断电切换和同时切

换。按厂用电源的切换速度厂用电源的切换分为快速切

换和慢速切换c

第六章导体和电气设备的原理与选择

6-1什么是验算热稳定的短路计算时间tk以及电气

设备的开断计算时间tbr?答：演算热稳定的短路计算时

间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时

间之和，而tbr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。

6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有

吴？

答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，

是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。电弧形成

过程：⑴电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射；

⑵弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离

+热游离。电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式

有2种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：弧

柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。开关电器中电

弧产生与熄灭过程与以下因素有关：⑴电弧温度；⑵电

场强度；⑶气体介质的压力；⑷介质特性；⑸电极材料。

6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答：有以

下几种灭弧方式：

1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊

金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油吹动电弧，吹弧

使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；

4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触义的分离速度，

迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的

表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介

质中扩散和离子复合。

6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过

程？它与那些因素有关?

答：弧隙介质强度恢复过程是指电弧电流过零时电

弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘

的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。

弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧

介质的性质所决定，随断路器形式而异。

弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源

施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增

长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电

压称为恢复电压。电压恢复过程主要取决于系统电路的

参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周

期性的变化过程。

6-5电流互感器常用的二次接线中，为什么不将三

角形接线用于测量表计？

答：计量用电流互感器接线方式的选择，与电网中

性点的接地方式有关，当为非有效接地系统时，应采用两

相电流互感器，当为有效接地系统时，应采用三相电流

互感器，一般地，作为计费用的电能计量装置的电流互

感器应接成分相接线（即采用二相四线或三相六线的接

线方式），作为非计费用的电能计量装置的电流互感器

可采用二相三线或三相的接线方式，

6-6为提高电流互感器容量，能否采用同型号的两

个互感器在二次侧串联或并联使用？

答：可以将电流互感器串联使用，提高二次侧的容

量，但是要求两个电流互感器型号相同。因为电流互感

器的变比是一次电流与二次电流之比。两个二次绕组串

联后，二次电路内的额定电流不变，一次电路内的额定电

流也没有变，故其变比也保持不变。二次绕组串联后，

因匝数增加一倍，感应电势也增加一倍，互感器的容量

增加了一倍。也即每一个二次绕只承担二次负荷的一

半，从而误差也就减小，容易满足准确度的要求。在工

程实际中若要扩大电流互感器的容量，可采用二次绕组

串联的接线方式。

不能将电流互感器并联使用。

6-7电压互感器一次绕组及二次绕组的接地各有何

作用？接地方式有何差异？

答：电压互感器一次绕组直接与电力系统高压连

按，如果在运行中电压互感器的绝缘损坏，高电压就会

窜入二次回路，将危及设备和人身的安全。所以电压互感

器二次绕组要有一端牢固接地。

6-8电流互感器的误差与那些因素有关？答：电流

互感器的电流误差fi及相位差3i决定于互感器铁心及

二次绕组的结构，同时又与互感器运行状态（二次负荷

Z2L及运行铁心的磁导率口值）有关。

6-9运行中为什么不允许电流互感器二次回路开

路？

答：需要强调的是电流互感器在运行时，二次绕组

严禁开路。二次绕组开路时，电流互感器由正常工作状

态变为开路状态，12=0，励磁磁动势由正常为数甚小的

10N1骤增为铁心中的磁通波形呈现严重饱和和平顶

波，因此，二次绕组将在磁能过零时，感应产生很高的

尖顶电动势，其值可达数千伏甚至上万伏（与Ki及li

大小有关），危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝

缘。由于磁感应强度剧增，会引起铁心和绕组过热。此

外，在铁心中还会产生剩磁，使互感器准确级下降。

6-10三相三柱式电压互感器为什么不能测量相对地

电压？

答：为了监视系统各相对地绝缘情况，就必须测量

各相的对地电压，并且应使互感器一次侧中性点接地，

但是，由于普通三相三柱式电压互感器一般为Y，yn型

接线，它不允许一次侧中性点接地，故无法测量对地电

压-假使这种装置接在小电流接地系统中，互感器接成

YN,yn型,既把电压互感器中性点接地,当系统发生单

相接地时，将有零序磁通在铁芯中出现-由于铁芯是三

相三柱的，同方向的零序磁通不能在铁芯内形成闭和回

路，只能通过空气或油闭合，使磁阻变得很大，因而

零序电流将增加很多，这可能使互感器的线圈过热而被烧

毁­所以，普通三相三柱式电压互感器不能作绝缘监视

用，而作绝缘监视用的电压互感器只能是三相五柱式电压

互感器（JSJW）或三台单相互感器接成YN,yn型接线-

6-11运行中为什么不允许电压互感器二次回路短

路？

.答：当电压互感器二次侧发电短路时，由于回路中

电阻R和剩余的电抗XL・XC均很小，短路电流可达到额定

电流的几十倍，此电流将产生很高的共振过电压，为此

在LL上关联放电间隙EE用以保护。此外由于电容式电压

互感器系由电容（C1C2）和非线性电抗所构成，当受到

二次侧短路或断开等冲击时，由于非线性电抗的饱和，

可能激发产生某次谐波铁磁谐振过电压，为了拟制谐振

的产生，常在互感器二次侧接入D。

6-12在发电厂中，电压互感器的配置原则有

那些？

答：1）母线；2）线路；3）发电机；4）变压器

6-13如图6-14所示接线,设25MV发电机（UN=,1

匚仃18A），回路装有仪表：电流表3只，有功功率

表、无功功率表、有功电能表、无功电能表、电压表及

频率表各1只，互感器距控制室的距离为60m试选择该

回路中供测量表计用的电流互感器4及电压互感器13。

解：

6・14选择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?*艺=（基准容量Sd=100MVA,出线最大负荷为

560A出线保护动作时间tPr=IS。

解：假设选择断路器为SN10J0II如「二16kA,全分

闸时间tbr=,

基准容量Sd=100MVAL=

XL（%）4x**）山也100%（匹0.14）60010500100%2.33%

tNbrIdUsi16550010000

选择4%的电抗NKL・10・600・4，参数如下：

XL（%）4%ies38.28kAI：t342（kA）2s计算如下：

3）电压损失和残压校验：

：

电抗标么值X-LXL（%）址0.045500100000349

INUI60010500

x-x-X-L0.140.3490.489

短路计算时间：MPateio.n.is，查短路电流计算曲线并换

算成短路电流有名值，

I"12.1kA,I0,559.9kA,li.i9.35kA。

电压损失和残压分别为:

U(%)XL(%)应sin0.04对0.62.24%5%

IN600

Ure(%)xL(%)I"0.04年80.7%60%~70%

IN0.6

4)动、热稳定校验。

22222

c「一z_tk41.130.42(kA)2s342(kA)2s

Qk1212

ishL/k21"2.5512.130.86(kA)38.28(kA)

可见，电压损失、残压、动热稳定均满足要求。

6・15按经济电流密度选择的导体，为何还必须按长

期发热允许电流进行校验？配电装置的汇流母线，为何

不按经济电流密度选择导体截面？答：略

6・16设发电机容量为25MWV最大负荷利用小时数

Tmax=6000h,三相导体水平布置，相间距离a二，发电机

出线上短路时间tk二，短路电流=,皿2=,%=。周围环境

温度+40OC。试选择发电机引出导体。

解：

1)•按经济电流密度选择导线截面。

1105Pn

maxr05251031804(a)

3UNCOS、310.50.8

查图6-17曲线2,得:J0.68A/mmz,贝,立立型・2653(mm3

J0.68

选择100x10mm勺三条矩形导体水平布置，允许电流丘

3284A集肤效应K17截面积为3000mid

当环境温度为40c时:

2)热稳定校验。正常运行时导体温度:

Imax18042

o(aio)护40(7040)254C

lalo1681

查表6.9,得热稳定系数发C93，则满足短路时

热的最小导体截面为：

产,2221919.220226.47(kA)2s

1212

发电机出口短路待会，非周期分量等值时间T

222

QnpTI"0.227.2148.0(kA)s

2

QKQPQnp26.47148.0174.47(kA)s

SQkKf

min"4471O617185(mm2)3000\)

C93

满足热稳定要求。

3)动稳定校验。导体自振频率由以下求得:

mhbwO.10.0127002.7kg/m

0010.16

0.8310(m)

12

NtEJ3.56-710100.83106L21m

522(Hz)155Hz

I2.7

可不计母线共振影响。取发电机出口短路时，

冲击系数K0.9，则

ish1.921"2.6927.273.17(kA)

母线相间应力计算如下:

ish/a1.73107731702/0.352646(N/m)

fPh1.7310

W磴0.50.010.125010(m3)

2

fphl2264612

Ph5.292—(Pa)

10W1050106

母线同相条间作用应力计算如下：

bh1O门104bb300,273

01bh0.091,bh110

inn•*in-inn•

K120.45,KI。0.6贝[]:

fb临(界跨距0乙f每根西条铝导体1091悔Q品舔间衬年最大

跨距Lbmax分别为:

Lcrb4h/fb11970.0140.1/44970.822(m)

6

)/fb0.01.20.1(705.2)10/44970.54(m)

Hxnaxb2h（

alph

所选衬垫跨距应小于L"及Lbmax。

6-17选择100MW发电机和变压器之间母线桥的导

体。已知发电机回路最大持续工作电流—

6791A,Tmax=5200h,连接母线三相水平布置，相间距离

a二，最高温度+35。*母线短路电流

36kA短路热效应Q=（kAy?s。

解：1）按经济电流密度选择导线截面。

Imax6791A,Tmax5200h

查图6-17曲线2，得:J0.78A/rmM,则：

Smaximax67912

业8706(mm2)

J0.78

选择h225mm,b105mm,C12.5mm,r16mm的双槽形导体

水平布置，导体截面积9760ml2允许电流'a.c…

25

集肤效应系数K.1.285。当环境温度为35c时：

'a135cKIai25C;0—*3;101500.89101508951(A)(Imax6791A)

2)热稳定校验。正常运行时导体温度：

2

Imax6797

一吃35(7035)||55C

查表6-9，得热稳定系数C93，则满足短路时

发热的最小导体截面为：

已知:Qk421.1(kA)2s

SminQjw----------£一1285250(mm2)9760(mm2)

93

满足热稳定要求。

3)动稳定校验。导体自振频率由以下求得：

取发电机出口短路时，冲击系数K1.9，则

M

ish1.9212.693696.84(kA)

母线相间应力计算如下：

271821

b2(0.5isb)2107C5108if<5108968402/0.2252084(N/m)

hh

WWY66.5106(m3)

208412

b12Wv4,16A1266,510§66

2.61210(Pa)(al6910Pa)

第七章配电装置

7-1对配电装置的基本要求是什么？

答：对配电装置的基本要求是：1）保证运行可

靠；2）便于操作、巡视和检修；3）保证工作人员的安

全；4）力求提高经济性；5）具有扩建的可

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

于敞露在空气中的屋内