《电力工程基础》习题与解答

1第一章发电厂概述习题与解答机械能转换为电能的过程。火力发电是将燃料的化学能转换为热能，再将热能转换为机械能，然后再将机械能转2、火电厂按照原动机不同可分哪几类?火电厂的三大主机是什么?答：火电厂按照原动机不同可分为汽轮机电厂、燃气轮机电厂、蒸汽一燃气轮机联合循环电厂。锅炉、汽轮机、发电机是常规火力发电厂的三大主机。压、高温的蒸汽，经管道有控制地送入汽轮机，蒸汽在汽轮机内降压降温，其热能转换成汽轮机转轴旋转机械功，高速旋转的汽轮机转轴拖动发电机发出电能，电能由升压变压器升压后送入电力系统，而做功后的乏汽(汽轮机的排汽)进入凝汽器被冷却水冷却，凝结成水由给水泵重新打回锅炉，如此周而复始，不断生产出电能。5、目前比较成熟的太阳能发电有哪些形式?答：太阳能热发电和太阳能光发电。答：来自地热井的热水首先进入减压扩容器，扩容器内维持着比热水压力低的压力，因而部分热水得以闪蒸并将产生的蒸汽送往汽轮机膨胀做功。如地热井口流体是湿蒸汽，则先进入汽水分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机做功，分离剩余的水再进入扩容器(如剩余热水直接排放就是汽水分离法，热能利用不充分),扩容后得到的7、简述双循环地热发电的基本原理。答：地下热水用深井泵加压打到地面进入蒸发器，加热某种低沸点工质，使之变为低沸点工质过热蒸汽，然后送入汽轮发电机组发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，用工质泵再打回蒸发器重新加热，重复循环使用。为充分利用地热水的余热，从蒸发器排出的地热水去预热器加热来自凝汽器的低沸点工质液体，使其温度接近饱和温度，再进入蒸发器。8、可用于发电的海洋能有哪几种类型?答：可用于发电的海洋能主要为：潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水浓度差能。站。当电力系统内负荷处于低谷时，它利用电网内富余的电能，机组采用电动机运行方式，将下游(低水池)水电。因此，在电力系统中抽水蓄能电站既是电源又是负荷，是系统内唯一的削峰填谷电源，具有调频、调相、2(1)水能是可再生能源，一般也不会造成水体污染；(2)水力发电不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料；(3)水力发电的效率高，常规水电厂的发电效率在80%以上：(4)水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源转换：(5)水力发电的生产运行成本低，无需燃料、运行人员较少、管理和运行简便、运行可靠性较高：(6)水力发电机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是理想的调峰、调频和事故备用电源：(7)水力发电资源一般远离用电负荷中心，开发投资大，工期长；(8)无水库调节或水库调节能力较差的水电站，其发电受丰枯季节变化的影响较大，与用户用电需要不相适应：一般采用水、火、核电站联合供电方式：(9)水电站的水库可以综合利用，可获得较高的综合经济效益和社会效益。(10)建有较大水库的水电站，有的水库淹没损失较大，移民较多，并影响野生动植物的生存环境。3、什么是锅炉?其作用是什么?答：锅炉本体实际上就是一个庞大的热交换器，由“锅”和“炉”两部分组成的。锅是指锅炉的汽水系统，完成水变为过热蒸汽的吸热过程。炉是指锅炉的燃烧系统，完成煤的燃烧放热过程。其作用是：燃料在炉膛内燃烧将其化学能转变为烟气热能；烟气热能加热给水，水经过预热、汽化、过热三4、风力发电机主要由哪些部件组成?各有什么作用?答：风力发电机由风轮、升速齿轮箱、发电机、偏航装置(对风装置)、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由升速齿轮箱增速，以便与发电机运转所需要的转速相匹配并将动力传递给发电机。由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有对风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对准来风的方向。由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化，必须根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制系统来实现对风力发电机的起动、调节(转速、电压、频率)、停机、故障保护(超速、振动、过负荷等)以及对电能用户所接负荷的接通调整及断开等。5、太阳能光发电的基本原理是什么?太阳能电池发电系统一般由哪些设备组成?成电能。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能产生电子一空穴对，从而产生光生电压。太阳能电池(光伏电池)发电系统一般由太阳能电池方阵、防反充二极管、储能蓄电6、禾U用生物质能发电的关键技术在哪方面?生物质能发电主要特点是什么?答：利用生物质能发电关键在于生物质原料的处理和转化技术。采用生物质能发电特3(1)生物质能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术，且转化设备必须安全可靠、维护方便；(2)利用当地生物资源发电的原料必须具有足够数量的储存，以保证连续供应：(3)发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行的方式：(4)利用当地生物质能资源就地发电、就地利用，不需外运燃料和远距离输电；(5)城市粪便、垃圾和工业有机废水对环境污染严重，用于发电，化害为利，变废为(6)生物质能发电所用能源为可再生能源，资源不会枯竭、污染小、清洁卫生，有利于环境保护。三、读图题1、如图1-1所示为某一水电站的示意图，请回答图中标注所代表的设备或设施名称。答：1—水库；2—压力水管：3—水电站厂房：4—水轮机；5—发电机；6-尾水渠道。答：1—锅炉：2—汽轮机：3—发电机：4—凝汽器：5—凝结水泵：6-回热加热器：7一给水泵。1发电机组控制器2图1-3答：1-耗能负载；2—蓄电池组：3—逆变器。5图1-4某一塔式太阳能发电系统原理示意答：1-定日镜：2-接收器：3-塔：4-热盐槽：5-冷盐槽：6-蒸汽发生器：7-汽轮发电机组：8-凝汽器。第二章电气主接线习题与解答一、简答题1、什么是电气主接线?答：电气一次设备根据其作用和工作要求，按一定的顺序连接，用以表示生产汇集和分配电能的电路，称为2、什么叫电力系统?答：由发电厂电气部分、变电所、输配电线路以及用户用电设备有机连接起来的，组成发、变、输、配、用电的整体，称为电力系统。3、什么叫电力网?答：电力系统中，由升压、降压变电所和各种不同电压等级的输配电线路连接在一起所组成的部分，称为电4、什么叫配电装置?答：发电厂和变电所的开关电器、载流导体及必要的辅助设备，根据电气主接线要求建造而成的用来在正常工作情况和故障情况下正确工作的电工建筑物，称为配电装置。5、什么叫最小安全净距?答；无论正常或过电压情况下都不致发生空气绝缘的电击穿的最小净距，称为最小安全净距。1、对电气主接线的基本要求?6基本要求是：1)可靠性，安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。2)灵应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的切换，并满足扩建要求。3)经济性，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。经济性包括：投资、占地面积及电能损耗三方面内容。2、倒闸操作中隔离开关相对断路器而言“先通后断”如何理解?答：隔离开关没有灭弧装置，用隔离开关来断开电路使得在电路断开瞬间产生的电弧没法熄灭，会造成弧完成，在断开电路时，先断开断路器再断开隔离开关，同里在接通电路时也应由断路器来完成接通，即隔离开关会造成弧光短路，此时相当于母线短路，电源侧断路器跳闸，导致全厂停电若先拉线路侧隔离开关，也造成弧光便于工作人员迅速可靠地撤离事故现场。同时，这样规定也有利于配电装置外的人员在发生上述事故时，可以采取相应的补救措施，不致于在紧急与慌乱中造成配电装置门紧闭、与外界隔离，而引起惨重后果。5、什么叫最大运行方式?什么叫最小运行方式?答：电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足7变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计发电厂、变电所等工程时，选择电气设备和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器、导体的稳定度和继电保护装置的灵敏度。最大运行方式是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值、发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。般根据系统最大运行方式的短路电流值，来校验所选用的电最小运行方式是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值、发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。般根据系统最小运行方式的短路电流值，来校验继电保护装6、架空线路、电缆线路的结构，各自的特点及应用。答：架空线路将导线和避雷线架设在露天的杆塔上，主要由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和线路金具等主要部件组成。架空线路露置在空气中，易于检修与维护。利用空气绝缘，建造较为容易。但由于架空线路露天架设，容易遭受雷击和风雨冰雪等自然灾害的侵袭，而且需要大片土地作为出线走廊，对交通、建筑、市容和人身安全有影电缆线路主要包括电缆线、支撑物和保护层等，其中电缆线导体通常采用多股铜线或铝绞线，以增加其柔韧性，使之能在一定程度内弯曲，以利于施工和存放。电缆线路一般直埋设在土壤、敷设在电缆沟或电缆隧道、穿管敷设等，占地少，整齐美观，受气候条件和周围环境的影响小，传输性能稳定，故障少，供电可靠性高，维护工作量少。因此在如城市人口密集区，重要公共场所等往往采用电缆出线。但电缆线路的投资大，线路不易变动，寻测故架空线路的设备简单，建设费用比电缆线路低，电压等级越高，二者在投资上差距就越显著。7、放射式接线特点?树干式的特点?答：放射式接线的特点：本线路上故障不影响其它线路；容易进行继点保护装置的整定，并易于实现自动树干式配电系统有可能降低投资费用和有色金属消耗量，使变、配电所的馈线出线少，占用出线走廊小，结构8、如何区别屋外中型、半高型、高型配电装置?答：屋外中型、半高型、高型配电装置的区别主要是指电气设备与母线及母线与母线之间在空间布置上是否有重叠。当电气设备布置在同一个水平面上，与母线在空间上无重叠布置为屋外中型布置；当母线及母线隔离开关母线与电气设备具有重叠布置为屋外半高型布置；当母线与母线具有重叠布置，使配电装置占地面积进一步减小，空间进一步提高，为屋外高型布置。中型布置占地面积最大，但运行维护最方便，有色金属耗量少，高型布置占地面积最小，但运行维护最不方便，有色金属耗量最大，半高型布置居两者之中。9、试画出内桥接线方式接线图，并说明应用范围和优缺点。答：绘图见图2-1。内桥接线的特点是：线路投切比较方便，线路故障仅是故障线路跳闸，不影响其它回路运行，但变压器故障时与该变压器连接的两台断路器均须跳闸，从而影响了同侧线路的运行；此外，变压器的停、投比较麻烦，需要操作两台断路器，并使同侧线路短时停电。但由于变压器比较可靠，故障较少，一般不经常切换，因此采用内桥接线较多。10、试画出不分段单母线和用断路器分段的单母线的基本图苦2单母线接线E2-3单母线分段接线答：单母线接线和单母线用断路器接线分别见图2-2和2-3,单母线接线可靠性较高表现在，任一母线段或母线侧隔离开关故障或检修，另一母线段可以不停电，并可供电给一级负荷，不至于发生全厂或全可以两变电站停电事故。灵活性较高表现在：任一馈电线路都可以两圈2-4单母线带旁踣母线妙911、某110kV变电站，有两台主变，其中110kV有4回出线，采用单母线带旁路接线，请(1)画出110kV电压等级接线图。(2)设现要对出线1断路器进行检修进行停电，要求出线1不停电，写出倒闸操作过(1)单母线带旁路接线见图2-4。(2)对出线1断路器检修的倒闸操作过程：2)合QS3此时出线1为双回路供电。工作，母线2备用，母联回路断开，要检修母线1(W1,如图2-5。倒闸操作过程如下：1)合QS01、QS02合QFO对母线2充电。2)合QS12,断QS11,把出线1倒到母线2)主变容量选择考虑5-10年规划，2台主变互为备用，正常时每台供50%的负荷，负荷的75%。考虑主变容量S、件0.7Sc=0.7*10000/cos=7000kW5000:70%,满足经济运行要求。当一台主变因故退出运行时，另一台(3)主接线方案确定：对两方案进行经济比较，不同部分只在35kV侧，单母线接线用四台断路器，外桥接线用3台断路器。但是单母线接线二次继电保护配合等相对简单，桥接线虽然节对各个负荷计量点明确，省一台断路器，但其如果发生故障会影响主变的供电，-且35kV断路器价格不高，综合考虑故35kV侧采用单母线接线。变电站主接线方案最终确定为：35kV采用单母线接线，10kV采用单母线分段接线。如图2-6所示。图2-6变电站主接线图第三章输电网运行分析习题与解答要求：110kV电网<2.0%,35-66kV电网乞3.0%,6-10kV电网乞4.0%,0.38kV电网乞5.0%r(2)电源节点的功率需满足甩minRa,-PGimaxPr解：(1)求阻抗等效电路图3-2所示。+z的_187X四a 书Ω2、某电力网络及各元件参数如图3-3所示，试用近似计算法求出其参数，并做出等值图3-3某电力网络及各元件参数22O/121解：采用近似法，线路2:X₄=X₂=x*2文二辛千二论=-%3=j2,馄=y₂。+y₁₂+Y₂3_j4.9第四章配电网运行分析习题与解答1、配电网的电压降落、电压损耗和电压偏移指什么?答：电压降落是指线路首末两端电压的相量差。电压损耗是指差。电压偏移是指线路首端或末端实际电压与线路额定电压的数值差。2、配电网的损耗由哪些因素引起的?答：配电网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗，它产生在输电线路和变压器的串连阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，这种损耗叫变动损耗，在总损耗中所占比重较大；另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器的并联导纳上，如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等，这3、配电网的网损率指什么?简称简称4、配电网的潮流计算指什么?答：配电网的潮流计算是根据配电网中已知的负荷及电源电压计算出其它节点的电压5、电力系统中有哪些主要的无功电源?答：电力系统主要的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、6、电力系统无功功率平衡指什么?答：电力系统无功功率平衡包含两个含义。首先是对于运行的各个设备，要求系统无功电源所发出的无功功率与系统无功负荷及无功损耗相平衡。其次是对于一个实际系统或是在系统的规划设计中，要求系统无功电源设备容量与系统运行所需要的无功电源及系统的备用无功电源相平衡，以满足运行的7、短路指什么?有哪些基本类型?答：短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。供电系统中短路的基本类型分三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。8、简述无穷大功率电源条件下短路电流的计算步骤。答：无穷大功率电源条件下短路电流的计算步骤如下：(1)取功率基准值SB,并取各级电压基准值等于该级的平均额定电压。(2)计算各元件的电抗标么值，并绘制出等值电路。(3)网络化简，求出从电源至短路点之间的总电抗标么值0(4)计算出短路电流周期分量有效值(也就是稳态短路电流),再还原成有名值。(5)计算出短路冲击电流和短路最大有效值电流。(6)9、简述应用运算曲线计算有限容量系统短路电流的计算步骤。Xd,无穷大(1)绘制等值网络。首先选取基准功率和基准电压；Xd,无穷大容量电源的电抗为零，由于运算曲线制作时已计入负荷的影响，等值网络中可略去负荷：进行网络参数计算并做出电力系统的等值网络。(2)进行网络变换，求转移电抗。将短路电流变化规律大体相同的发电机合并成等值机，以减少计算工作量：消去除等值机电源点(含无穷大容量电源)和故障点以外的所有中间节点：求出各等值机对故障点以及无穷大容(3)求出各等值机对故障点的计算电抗。将求出的转移电抗按各相应等值发电机的容量进行归算，得到各(4)由计算电抗根据适当的运算曲线找出指定时刻t各等值机提供的短路电流周期分量标么值。无穷大容量电源供给的三相短路电流是不衰减的，其周期分量有效值的标么值可直接计(5)计算短路电流周期分量的有名值。将各等值机和无穷大容量电源提供的短路电流周期分量标么值，乘以各自的基准值得到它们的有名值，再求和后得到故障点周期电流有名值。答：最大负荷年利用小时数max的意义是：如果用户以年最大负荷小时所消耗的电能即为该用户以实际负荷运行时全年消耗的电能A用公式表示为最大负荷损耗时间.可以理解为：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率max(此时的有功损耗为iPmax),在小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损答：(1)合理使用变压器。应根据用电特点选择较为灵活的接线方式，并能随各变压器的负载率及时进行负荷调整，以确保变压器运行在最佳负载状态。变压器的三相负载力求平衡，不平衡运行不仅降低出力，而且增加损耗。(2)重视和合理进行无功补偿。合理地选择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过线路远距离传输而造成有功网损。对电网的无功补偿通常采取集中、分散、就地相结合的方式，具体选择要根据负荷用电特征来确定。(3)对电力线路改造，扩大导线的载流水平。按导线截面的选择原则，可以确定满足要求的最小截面导线；但从长远来看，选用最小截面导线并不经济。如果把理论最小截面导线加大一到二级，线损下降所节省的费用，足可以在较短时间内把增加的投资收回，而且导线截面增大温升下降，线路无功损耗也会有所下降。(4)调整用电负荷，保持均衡用电。调整用电设备运行方式，合理分配负荷，降低电网高峰时段的用电，增加低谷时段的用电：改造不合理的局域配电网，保持三相平衡，使用电均衡，降低线损。答：网络未加无功补偿设备前，负荷的有功功率、无功功率为P、Q,与网络传输的功率相等。加装了一部分无功补偿设备Q后，网络传输的有功功率不变，传输的无功功率示，视在功率S■比S小了，补偿后电力网的功率因数由补偿前的coS^提高到coS^2。如图4-1所示。图4-1无功补偿原理的示意图耗和电能损耗。(3)改善电压质量。答：无功补偿设备合理配置的主要原则：(1)总体平衡与局部平衡相结合。(2)电业部门补偿和用户补偿向结合。(3)分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。(4)降损与调压相结合，以降损为无功补偿的主要措施：(1)利用同步发电机进行补偿。(2)利用调相机进行无功补偿。(3)利用电容器进行无功补偿。(4)利用静止补偿器进行无5、调压的方式有哪些?如何进行?调压有哪些主要措施?答：调压主要有：“逆调压”、“顺调压”、“常调压”等几种方式。(1)逆调压。若由中枢点供电的各负负荷时升高电压(取1.05U),低谷负荷时降低电压(取UN)的中枢点电压调整方式，称为逆调压。这种方;低谷负荷时允许中枢点电压略高(取调压的主要措施：(1)调节励磁电流以改变发电机端电压UG。(2)改变变压器T1、T2的变比k₁、k₂。(3)通过改变电力网无功功率分布。(4)改变输电线路的参数(降低输3可将X忽略。(4)非周期分量衰减快，ksh取1-1.3。仅在配电变压器低压侧母线附近短路时，才(5)必须计及某些元件阻抗的影响。包括：长度为抗；多匝电流互感器原绕组的阻抗；低压自动空气开关过压比10/0.4KV、Pk=11.5kW、P₀=3.26kW、U%=4.5、1.%=2,求该台变压器归算到10kV侧解：取Un=10kV(按工程单位计算)绕组电抗：RjXT图4-2等值电路H(2J₃=181.6kW、=229kw、Uk₂%=18、Uk求出各绕组的短路电压百分值：3再按与双绕组变压器相似的公式，求各绕组的电抗：图4-3等值电路R胡0.5=0.27800.5=10.8(,)变压器：绕组电抗：XT=U0%NN°.5_10531.励磁电导：jX-U₂SG变压器阻抗的功率损耗：2=3.6510出(S)变压器导纳的功率损耗：虽丫N卜2,310510比100315*2=0.06.j0.44(MVA)s₂S3+ASry_(40.189+j22.66,+(0.06+j0.44,=40.24#j231(MVA)线路末端电纳的功率损耗：率损耗：线路首端电纳的功率损耗：则：S;=S'₂+ASz=42.07+j线路首端注入的功率：(3)根据已求S和U₁,由首端向末端求电压分布线路电压损耗：线路末端电压：变压器阻抗电压损耗：归算到110kV侧的变压器低压侧电压：(4)求变压器低压侧母线的实际电压及电压偏移变压器的实际变比：4、设某配电线路末端负荷为700kW,功率因数为0.75,要求将其功率因数提高到=700J焉「-{掐-1)=345.8(回5、如图4-6所示的系统，有关参数已标注在图中，当电缆线路末端k图4-5供电系统稳态短路电流：冲击电流：第五章电力设备的选择习题与解答1、什么叫热稳定?答：开关电器和载流导体具有承受短路电流热效应而不至于损坏的能力，称为热稳定。2、什么叫动稳定?答：开关电器和载流导体具有承受短路电动力效应而不至于产生机械变形或永久性变形损坏的能力，称为动稳3、什么叫长期工作电流?答：是指电气设备满载时的持续工作电流，称为长期工作电流。4、什么叫经济电流密度?答：所谓经济电流密度就是当线路导线单位截面上通过这一电流时，使线路的建设投需要，用高压断路器将一部分电力设备或线路投入或退出运行；(2)保护作用：高压断路器可以在电力设备或线路出答：(1)工作可靠，在额定工作条件下能可靠的长期运行：(2)具有足够的断路能力：(3)尽可能短的开断时间；(4)结构简单、价格低廉。答：对隔离开关的基本要求是：(1)有明显的断开点；(2)隔离开关断开点应具有可靠的绝缘：(3)具有足够承受短路的稳定性：(4)结构简单、动作可靠：(5)与接地刀闸相互联锁。8、简要说明带负荷拉高压隔离开关为什么会造成弧光短路?答：隔离开关是开启式的电气设备，其动、静触明显断开点的作用，只能拉合较小的变压器空载电流和空载线路的电容电流。当带负荷拉隔离开关时，因为电流较空气击穿电压大大下降，从而导致空气击穿造成弧光短路。9、为什么两只电流互感器的二次绕组顺向串联使用可以减小误差?答：电流互感器有不同的准确度级，每级规定出它的电流误差和角度误差(简称误差)。如果电流互感器二次负荷不超过规定值，则所产生的误差在相应准确级规定的范围以内。如果二次负荷超过规定值，误差就增大，准确级就降低如把两只电流互感器的二次绕组顺向串联后使用，电流变比不变，但每只电流互作，因此其电流规格很小，只有0.5A,外形尺寸也较小。答：电流互感器在运行中，如有二次回路开路现象时，将会产生异常声响，同时电流表指示不正常，电度表铝盘转动慢或不足，二次回路可能发生打火现象，运行人员应通过指示仪表的数值和实际负荷的大小及声响等情况，判断电流互感器二次回路是否开路。12、三相水平布置的导体，受到的电动力最大的是哪相?电动力是周期变化的吗?包含哪些周期?实际运行时该如何避免共振?答：三相水平布置的导体，受到的电动力最大的是中间相，由于中间相与两边相的相间距离相对边相较小。由于电流是交流的故，电动力也是交变的，其包含50HZ和100HZ即工频和倍频两种周期。实际运行时，要避免导体的共振频率与其所受的电动力频率相同或相近，要远离这两种频率，可以通过调整导体的布置来进行调整，如导体平放和竖放、导体绝缘子之间的距离的改变等，当导体的固有振动频率低于30Hz或高于160Hz时，共振可以忽略不计。1、为什么选择电气设备时不仅要考虑电压、电流，还要考虑动、热稳定度?设备通过很大的短路电流，每相载流部分会急剧发热甚至烧毁，同时相间的电动力很大，设备可能承受不了。因此，为了保证按正常工作条件选择的设备，在最大短路电流通过之后仍2、自动空气开关和接触器在用途上的区别是什么?答：自动空气开关是用于当电路中发生过载、短路和欠电压等不正常情况时，能自动分断电路的电器，亦可用作不频繁控制电动机的起动、停止或接通、分断电路。它是低压交、直流配电系统中的重要控制和保护电器之一。接触器是电力拖动和自动控制系统中，应用最普遍的一种电器。它作为执行元件可以远距离频繁地控制电动机的起动、根据产品的容量等级，能短时间接通和分断超过数倍额定电流的过负荷，每小时可以带电操作高达1200次。接触器按其控制的电流种类分交流和直流两种，交流接触器主要用于工频50Hz和60Hz的电路中。3、为什么发电厂和变电所的6~35kV户内配电装置都采用矩形母线?答：因为在同样截面下，矩形母线比圆形母线的周界大，即矩形母线的散热面大，因而冷却条件好；同时因为交流电集肤效应的影响，圆形截面母线的电阻要比矩形截面母线的电阻大一些，因此在相同的截面积和允许发热温度下，矩形截面通过的电流要大些。所以，在6-35KV户内配电装置中一般都采用矩形母线；而在110KV及以上配电装置中，采用矩形母线边角易产生电晕，4、为什么敷设油浸纸绝缘电力电缆时，高低差不能过大?答：敷设油浸纸绝缘电力电缆时如高差过大，会造成油压差过大，使低处外包破裂，易造成低处电缆头密封困难；电缆高处缺油枯干，使绝缘降低，甚至在运行中击穿。因此，垂直或沿陡坡倾斜敷设的6-10kV油浸纸绝缘电力电缆，其高低差不能超过15米。5、为什么屋内配电装置的母线要涂漆，而屋外配电装置的母线则不涂漆?答：屋内配电装置不受阳光直接照射，故母线涂漆后可提高热辐射能力，增加载流量。涂不同颜色的漆，还可以识别相序，便于操作巡视。屋外配电装置的母线因受阳光直接照射，母线如涂漆，则会增加对太阳能的吸收而降低载流量。若母线不涂漆，表面光亮，可反射太阳能，降低母线的温升，提高载流量。此外，屋外母线多半是绞线，温度变化时伸缩极为显著,表面的涂漆层将迅速遭到破坏，所以屋外配电装置的母线一般均不涂漆。6、电压互感器二次侧为什么不许短路但必须接地?电流互感器在运行中为什么不许开路?答：电压互感器本身阻抗很小，如二次短路时，二次通过的电流增大可能会烧毁绕组，因此二次侧必须装设熔断器。当二次侧短路使熔断器熔断时，将影响表计指示以及可能引起继电保护误动作，所以在电压互感器二次回路工作时应特别注意防止短路。接地属于保护接地，主要是防止一、二次绝缘击穿，高压窜入二次侧，危及人身和二次设备绝缘安全。另外，因二次回路绝缘水平低，也会击穿，使绝缘损坏更严重，所以二次侧必须有一点可靠接地。电流互感器一次绕组电流的大小与二次负荷电流的大小无关。在正常运行时，由于二次负荷阻抗很小，二次侧接近短路状态，一次电流所产生的磁化力大部分被二次电流所抵偿，总磁通密度不大，所以二次绕组电势也不大，一旦开路时二次侧阻抗无限增大，即二次电流等于零，总磁化力等于一次绕组磁化力就是一次电流完全变成了激磁电流，此时铁芯高度饱和，将在二次绕组产生很高的电势，其值可高达几千伏，严重威胁人身安全，或造成二次电气元件绝缘损坏；饱和铁芯的磁滞涡流损耗加剧，将烧毁绕组；铁芯剩磁将影响准确度。7、互感器的准确度等级是如何规定的?各适用于怎样的供电对象?答：电流互感器的准确度是以电流误差的百分值规定的，例如0.2级的电流互感器，其最大电流误差不超过百分之零点二。电流互感器的准确度一般分为五级，即0.2、0.5、1、3、10级。电压互感器的准确度是以电压误差的百分值规定的，例如0.2级的电压互感器，其最大电压误差不超过百分之零点二。电压互感器的准确度一般分为四级，即0.2、0,5、1、3级。0.2级一般用于试验室对准确度要求较高的测量；0.5级用于所有计费用的电度表；1级用于一般指示仪表：3-10级一般用于保护继电器。答：电压互感器辅助二次绕组接成开口三角形，用以反映零序电压。对于中性点直接接地的110kV及以上系统，当电网内一相(如A相)完全接地时，互感感器A相被短接，开口三角形的输出电压等于两个非故障相(B相值即零序电压，其大小恰等于辅助二次绕组的额定电压。因为电压继电器或电压表已经规格化而统一为100V,为使定电压必须为100V。对于中性点不接地的35kV及以下系统，当发生单相(如A相)完全接地时两个非故障相的电压上升到线值而9、使用电压互感器和电流互感器时应注意些什么?为什么?答：使用电压互感器时应注意严格避免二次侧短路，否则一二次绕组都会因短路电流的高压窜入二次绕组，将危及人身和二次设备绝缘安全。使用电流互感器时应注意严禁二次绕组开路，否则，当一次电路有电流时将引起铁芯过度磁化而饱和，在二次绕组感应高电压危及人身安全和二次设备绝缘安全，且有可能导答：电流互感器的变比是一次电流与二次电流之比。两个二表5-1断路器及隔离开关技术参数计算参数第六章电力负荷特性和计算分析习题与解答、问答题1、电力负荷曲线及其特性?答：负荷曲线是指在某一时间段内描绘出的负荷关系曲线。电力负荷特性指反映电力系统负荷功率频率和电压)变化而变化的关系曲线或数学关系式。(有功或无功)随时间的推移而变化的(有功或无功)随系统运行参数(主要是2、综合用电负荷、系统供电负荷以及发电负荷?答：综合用电负荷指将各工业部门消费的功率与农业、交通运输和市政生活消费的功率相加得到；将综合用电负荷加上网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率称系统供电负荷；系统供电负荷再加上各发电厂本身消费的功率(厂用电),即为系统中各发电机应发出的功率，称作电力系统的发电负荷。3、长期连续、短时、断续周期工作制的定义?答：长期连续工作制：在恒定负载(如额定功率)下连续运行相当长时间，可以使设备达到热平衡的工作条件。这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定：短时工作制：设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升，而在两个工作周期之间的间歇又很长，能使设备冷却到环境温度值；断续周期工作制：用电设备周期性地工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度。10min,使设备既不能在一个工4、负荷率?负荷持续率?荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用下式表示(其中T-工作周来表征断续周期工作制的工作性质。5、计算负荷概念?需要系数如何确定?t。—工作周期内的停歇时间)它又称暂载率，可用答：所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一定的方法和规律，通过计算确定的电力负荷。它是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。计算负荷产生的热效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等，通常将根据半小时(30min)的平均负荷所绘制的负荷曲线上的最大负荷”称为计算负荷",并作为按发热条件选择电气设备的依据。需要系数确定如下：在设备额定功率PN已知的条件下，实测统计出用电设备组(车间、全厂)的计算负荷巳，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现30min的最大负荷Pna,就可以求出需要系数Kd,定义如下：6、利用系数、同时系数和形状系数分别指?答：利用系数可定义为：K同时系数K'p又称参差系数：考虑到干线上各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，可将干线上各用电设备的计同时系数K、p:k^P形状系数K、·可定义为：7、负荷预测的定义?K₂=巴p答：负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，对未来的用电需求做出的预测，一般包括电力需求预测和电能需求预测两部分内容。8、负荷估算中的负荷密度法以及单位指标法?答：所谓负荷密度法就是根据国家的电力政策、建筑物的性质、负载的性质等多方面的因素，使用对已竣工工程的数据进行分析统计后确定的单位面积功率(负荷密度)所设计系统的计算负荷进行估算的一种方法：数据，对单位指标法与负荷密度法基本相同，是根据已有的单位用电指标来估算计算负荷。其有功计算负荷的计算公式一单位数量，如户数，人数，床数。9、年最大负荷利用小时数Tmax?答：当用户始终保持最大负荷凡拟运行时，经过Tmax小时所消耗的电能恰好等于其全年的实际总耗电量。年最大负荷利用小时数的大小，在一定程度上反映了实际负荷在一年内的变化程度。10、用电设备台数、容量不同的情况下计算负荷时方法的选取?答：用电设备台数较多、各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干宜采用二项式系线、配变电所的负荷计算。用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式系数法，一般用于支干线和配电屏(箱)的负荷计算。1、某商场建筑面积为12000m,拟装设配电变压器两台，单位面积容量按80VAm₂估算，配电变压器负荷率为80%,选用两台相同容量的变压器，每台变压器的容量应是?2、对某车间进行可行性研究时，采用单位面积负荷密度法估算负荷，该车间面积为解：有功计算负荷；Fca=S*,=2000*0.6=1200(kW),COS=0.7,tan=1.02.视在功率计算负荷第七章继电保护基础习题与解答、问答题1、继电保护装置由哪些部分组成，它的作用?对继电保护装置有哪些技术要求?答：继电保护装置由测量部分(元件)、逻辑部分(元件)和执行部分(元件)组成。其作用：当被保护元件发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障从电力系统切除，以保证电力系统其余部分恢复正常运行，并使故障元件免于继续受损害；当被保护元件发生异常运行状态时，经一定延时动作于信号，以使值班人员采取措施。要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。2、继电保护按其功用的不同可分为哪些类型?如何区分?常用的保护继电器有哪些?答：继电保护按其功用可分为主保护、后备保护、辅助保护。主保护是指能反应整个保护元件上的故障，并能以最短延时有选择地切除故障的保护：当主保护或其断路器拒动时用于切除故障的保护称为后备保护。辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的比较简单的保护。常用的保护继电器：电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等。3、同步发电机可能发生哪些故障以及异常运行状况?发电机保护有哪些方案?答：故障：定子绕组相间短路，定子绕组单相匝间短路，定子绕组单相接地，转子回路一点或两点接地，发电机失磁等。异常运行情况：外部短路引起的定子绕组过电流，过负荷引起的过电流，定子绕组电流不对称，励磁电流急剧下降或消失，定子绕组过电压，发电机逆功率运行等。保护方案：纵差保护、匝间短路保护、发电机定子绕组单相接地保护、转子回路一点或两点接地保护、发电机失磁保护、过负荷保护、过电流保护(包括过电流保护，低电压过电流保护，复合电压起动的过电流保护，定时限负序电流保护或是反时限负序电流保护)、过电压保护、逆功率保护、低频保护等。4、三段式电流保护中，各段的灵敏度如何校验?为什么II、山段的灵敏度系数要求大于而不是等于1?答：电流l段的灵敏度校验按照最小保护范围考虑，要求应大于15~20%电流Ⅱ段和Ⅲ段的灵敏度均用灵敏度系数进行判别，灵敏度系数定义为：in为灵敏度校验点发生相间短路时，通过保护的最小短路电流，1为待校验保护的动作电流，Ⅱ、山段的灵敏度系数均要求大于而不是等于1主要是因为考虑到计算、电流互感器、线路参数等误差影响，考虑最不利的因素。5、工厂供电系统中，为保证供电连续可靠，除了必要的保护之外，通常装设那两类自动装置?他们各自应满足怎样的要求?答：备用电源自动投入装置和自动重合闸装置。前者是当工作电源或工作设备因故障断开后，能自动将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致停电的一种自动装置，简称为(2)常用(工作)电源因负荷侧故障被继电保护切除或备用电源无电时，AAT均不应动源投入；生故障，由继电保护装置动作断开时限ARC装置使断路器重新台上，若线路的故障是瞬时性的，则重合成功又恢复供电，若线采用ARC因为电缆瞬时性故障的机率较小。(5)自动重合闸装置动作后应自动复归，准备好再次动作。这对于雷击机会较多的线路是非常必要的。时，或某些保护动作不允许自动合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。6、民用建筑配电系统中，应如何考虑采用的保护方案?答：一般民用建筑配电系统的高压侧为10kV小接地系统，低压侧为380V/220V中性点直接接地系统。用电设备一般为380V动力设备(也包括少部分低压动力设备，如电加热设备)和220V照明设备(也包括部分36V安全电压的照明设备)。此外，一些明用建筑配电系统中还有少量的大型动力设备使用高压(3kV或6kV)电动机，这部分设备数量虽然很少，但负荷的性质很重要，一般为一级或二级负荷，且设备很贵重，也需要进行保护。民用建筑配电系统中，对于不同的变配电设备应采用不同的保(1)供电线路：过载保护、短路保护、单相接地保护、雷电过电压保护、操作过电压保护等。(2)变压器：过载保护、内部短路保护、接线端子短路、雷电过电压保护等。(3)各种用电负荷：过载保护、各种短路保护等。同样，民用建筑配电系统的继电保护也要满足选择性、灵敏性、可靠性以及灵活性的要1、画出三段式电流保护归总式原理图，并说明各段保护的构成以及采用的接线方式。答：保护原理如图7-1所示。在原理图中，各保护元件线圈与触点作为一个整体出现，信号图7-1保护原理通过各元件的连接关系说明保护的动作原理。图中：电流I段：无时限电流速断保护，包括图中的电流继电器KA1、KA2,中间继电器KM和信号继电器KS1,采用两相两继电器不完全星形接线方式，KA1KA2电流取自AC两相的电流互感器二次侧；电流Ⅱ段：限(延)时电流速断保护，包括图中的电流继电器KA3KA4,时间继电器KT1和信号继电器KS2,采用两相两继电器不完全星形接线方式，KA3KA4电流取自A、C两相的电流互感器二次侧：电流Ⅲ段：定时限过电流保护，包括图中的电流继电器KA5KA6KA7,时间继电器KT2和信号继电器KS3,采用两相三继电器接线方式，KA5KA6电流取自A、C两相的电流互感器二次侧，KA7电流为AC两相的电流互感器二次侧电流之和，等价于引入了B相电流，当用于Y/d接线变压器原后备时，可以提高保护的灵敏度。2、图7-2所示中性点不接地系统，画出在线路L3的k点发生单相金属性接地时电容电流的分布，并指出电压、电流有哪些特点?图7-2中性点不接地系统电压、电流特点：故障相电压为零，非故障相对地电压升高为线电压；同一电压级的全电网均出现相同的零序电压，大小等于相电压；故障相电容电流为零，非故障相对地电容电流增大3倍，使电网出现零序电流；非故障线路保护安装处零序电流为本线路电容电流，故障线路保护安装处零序电流为所有非故障线路电容电流总和；故障点接地电流为所有线路(包括故障以及非故障)对地电容电流之和；故障线路与非故障线路零序电流大小不同，方向相3、图7-3所示网络接线，装设方向过电流保护，动作时限级差取0.5s,分析说明哪些答：此类问题考虑时，首先，按照已装设了方向元件，取网络末端最靠近负荷处短路，计算此时各保护的动作时间，同方向按照阶梯原则计算，全部计算完之后，每个保护动作时间取计算中的大者：其次考虑方向元件装设，对于背靠背(同一母线上，通过短路电流方向相异)的保护，若是二者动作时间相同，则均需装设方向元件，若是不等，则只需对小时限保护装设方向元件。首先，计算保护的动作时限：t=3.0s,t₂=2.5s,t=1.5s,t₄=1.5s,=2.5s,t₆=1.0s,t,=3.0s,t₈=3.5s,t。=:2.5s;可见需要装设方向元件的是保护保护2、3、4、6、7应加方向元件。4、图7-4所示为相间短路保护中功率方向继电器的接线，判别其否为90°接线方式，T亦I图7-4相间短路保护中功率方向继电器的接线答：按照90°接线方式的定义(当COs=1时，弓l入继电器的电流与引入继电器电压相差为90°,超前),KP1、KP3接线是错误的：KP2虽然上理论上接线正确(引入为Ib和U),但为防止接线错3乡-StD=0.度校验。图中所示电压为电网额定电压，单位长度线路阻抗为0.税/km,可靠系数K严1.3。图7-6网络接线示意AB线路长50km时，保护1的无时限电流速断保护动作电流为：监皿1臨=停7神AB线路长25km时，保护1的无时限电流速断保护动作电流为：lop^krelkBmax=1.312.6150.4325灵敏度校验考虑最小保护范围：話5(宁焉一18·8)~.45%,由于长度不可能为负值，此时已经没有最小保护范围pmin(%)=0结论：当系统运行方式确定时，无时限电流速断保护的动作电流以及保护范围与线路长度有关，线路越短，无时限电流速断保护的保护范围越小，甚至失去。2、如图7-7所示网络接线，线路装设阶段式电流保护，试对保护1的无时限以及延时电流速断保护进行整定计算。图中所示电压为电网额定电压，单位长度线路阻抗为0-41/km,可靠系数K:1.3,=1.1,时限级差加“金。解：保护1的无时限电流速断保护：1)动作电流，按照躲过被保护线路末端发生短路的最大短路电流的原则进行整定：继电器侧：继电器侧：心尹烏/:0叫47叱A(一)无时限电流速断保护。(2)动作时限，只需考虑继电器本身固有的时延：—(。磴孟入一需一佝心8%15~20%,可见，灵敏(二)延时电流速断保护。取大者，心=1.8009(kA)(2)动作时限：与BD线路配合，取大者，焉=0.8447(kA)(2)动作时限：相邻元件保护为速断保护，故而t.1=0,0.5=0.5s(3)灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：可见，灵敏度满足要求。(三)定时限过电流保护。(1)动作电流，按照保证被保护元件通过最大负荷电流时，过电流保护不误动，并且在外部故障切除后能够可靠返回的原则整定：(2)动作时限：(3)灵敏度校验。计算灵敏度系数，判别灵敏度是否满足要求：近后备，sm=它，寺二总88松60-337仆²远后备(BD),可见，灵敏度能够要求。护，电流互感器变比为400/5,整定上述保护的动作电流、动作时间并校验灵敏度。(1)动作电流。按照躲过电动机的最大起动电流原则考虑：(2)动作时限(3)灵敏度校验灵敏度系5、如图7-9所示，降压变压器采用BCH-2型继电器构成纵差保护，已知变压器容量为20MVA,电压为110(1_22.5%)/11kV,Y/=-11接线，图上电抗均为归算到高压侧的有名400/5、500/5、1000/5、1500/5。试决定保护动作电流，基本侧工作线圈匝数，非基本侧平69.5灯表7-1变压器的计算数据表B数据名变压器的额定电流互感器的接线方电流互感器的计算变电流互感器的标准变各侧数据KK电流互感器二次连接5.25A臂电流根据计算结果，选择11kV侧作为基本侧，平衡绕组Wbl接于基本侧，Wbll接于110kV其次，计算差动保护一次侧的动作电流(a)按照躲过变压器的励磁涌流考虑：Ip=KrelL=1.3X按照躲过电流互感器二次回路断线考虑：p(C)躲过外部故障时的最大不平衡电流考虑：外部短路时，最大短路电流归算至基本侧(11kV)为因此，1p=Kesunbmax=1.3[(1X0.1X1+0.05+0.05)X6.623]=1721.98(A)第三，确定差动继电器各绕组的匝数该继电器在保持W/W=2时，其动作安匝数为匝。这是基本侧差动线圈的实际匝数和一组平衡线圈的实用匝数的和，即非基本侧的平衡绕组匝数为,选定整定匝新计算动作电流。第四，灵敏度校验。负荷侧短路时的最小三相短路电流为：反应到电源侧继电器中为：唱一.5197^电源侧差动继电器的动作电流为：计算差动继电器的最小灵敏度系数：可见灵敏度满足要求。1、什么是工作接地、保护接地、防雷接地?答：(1)工作接地：为保证电力系统正常工作而采取的接地，即电机中性点接地运行方式。(2)保护接地：一切正常不带电而由于绝缘损坏有可能带电的金属部分(电气设备金属外壳、配电装置的金属构架等)的接地，目的是设备绝缘损坏而使金属外壳没有危及人身安全的电压。(3)防雷接地：使用防雷保护装置(如避雷针、避雷线、避雷器)导泄雷电流的接地。2、何为接触电压和跨步电压?答：(1)接触电压：当人触及漏电外壳，加于人手与脚之间的电压，称为接触电压，即通常按人站在距设备水平距离0.8m的地面上，手触设备所承受的电压。(2)跨步电压：当人在分布电压区域内跨开一步，两脚间(相距0.8m)所承受的雷云的形成：积云在运动过程中受到强气流的作用，形成了带有正负电荷的两部分积云，这种带电