发电厂电气部分第三版习题参考答案.docx
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发电厂电气部分第三版习题参考答案
第一章电力系统概述
1.何谓电力系统,动力系统及电力网
答:
电力系统是指由发电机,输配电线路,变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的有机整体。
动力系统由电力系统再加上发电厂的动力局部〔火电厂的锅炉,汽轮机,热力管网等;水电厂的水库,水轮机,压力管道等〕构成。
电力网指在电力系统中,由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络,简称电网。
2.联合成电力系统并不断扩大有什么优越性
答:
联合成电力系统并不断扩大的优越性有:
〔1〕提高供电的牢靠性;
〔2〕削减系统中总备用容量的比重;
〔3〕削减总用电负荷的峰值;
〔4〕可以安装高效率的大容量机组;
〔5〕可以水火互济节约能源改善电网调整性能;
〔6〕可以提高电能质量。
3.何谓电力系统额定电压我国电网和用电设备的额定电压有哪些等级
答:
额定电压指某一受电器〔电动机,电灯等〕,发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益的电压。
我国电网和用电设备的额定电压等级有220V,380V,3,6,10,35,60,110,154,220,330,500,750,1000。
4.电能的质量指标有哪几项简要说明其内容。
答:
电能的质量指标主要是频率,电压和波形三项。
〔1〕频率:
对大型电力系统,频率的允许范围为50±0.2,对中小电力系统,频率的允许范围是50±0.5。
〔2〕我国规定用户处的电压容许改变范围是:
1〕由35及以上电压供电的用户:
±5%;
2〕由10及以下电压供电的高压用户和低压电力用户:
±7%;
3〕低压照明用户:
-10%~+5%。
〔3〕波形:
电力系统供电电压或电流的标准波形是正弦波。
5.电力系统中性点有哪几种运行方式各有什么优缺点我国大体上用怎样的电压等级范围
答:
〔1〕电力系统中性点运行方式
电力系统中性点运行方式有中性点不接地,干脆接地,经电阻接地和经消弧线圈接地运行方式。
其中经电阻接地又分经高电阻接地,经中电阻接地和经低电阻接地三种。
中性点干脆接地,经中电阻接地和经低电阻接地称为大接地电流系统;中性点不接地,经消弧线圈接地和经高电阻接地称为小接地电流系统。
〔2〕各运行方式的优缺点
小接地电流系统的优点:
单相接地时,三相间线电压仍保持对称和大小不变,对电力用户的接着供电并无影响。
缺点:
两个非故障相的对地电压上升至3倍,所以在中性点不接地的电力网中,各种设备的对地绝缘应按线电压设计,才能承受在一相接地时,非故障相对地电压的上升影响。
在中性点不接地的电力网中,一相接地时接地点的接地电流等于正常时相对地电容电流的三倍,经消弧线圈接地的电力网中,可以大大减小一相接地时接地点的接地电流,但欠补偿时简洁发生振荡,引起内过电压。
大接地电流系统的优点:
单相接地时,非故障相对地电压保持不变,各种设备的对地绝缘按相电压设计即可。
缺点:
牢靠性较低,发生单相接地故障时,故障的送电线路被切断,因而运用户的供电中断。
经电阻接地运行方式的优点:
使接地电容电流向阻性开展,防止系统振荡引起过电压。
缺点:
高电阻接地不适用于故障电容电流大于4~5A的网络,应用范围较小。
低电阻接地接地时那么接地电流较大。
〔3〕目前我国所用的电压等级范围
1〕对于6~l0系统,主要由电缆线路组成的电网,在电容电流超过7A时,采纳电阻接地。
在电容电流低于7A,或由架空线组成的电网,那么采纳不接地的运行方式;
2〕6~20发电机或调相机回路,中性点可采纳不接地,经消弧线圈接地或高电阻接地方式〔即经过二次侧接电阻的接地变压器接地〕;
3〕35系统,一般均采纳中性点经消弧线圈接地的方式;
4〕110及以上系统,一般均采纳中性点干脆接地的方式。
在一些多雷山区,为了提高供电的牢靠性,有的110系统中性点也采纳经消弧线圈接地的方式;
5〕1以下系统,中性点采纳不接地的方式运行。
380/220V三相四线制电网的中性点,是为了适应受电器取得相电压的须要而干脆接地。
6.如何计算系统单相接地时的电容电流如何选择消弧线圈容量
答:
〔1〕线路一相接地电容电流可近似地用以下公式估计:
1〕对于架空电网
(2.7~3.3)U-×10-3〔A〕
式中的系数,没有架空地线时取2.7,有架空地线时取3.3。
对于同杆架设的双回路,电容电流为单回路的1.3~1.6倍。
2〕对于电缆电网
U-〔A〕
式中U-——电网线电压〔〕;
l——有干脆电连接的这一电压级电网送电线路的长度〔〕。
〔2〕消弧线圈容量的选择
选择消弧线圈的容量,应考虑电网五年左右的开展规划,并按过补偿方式考虑,其容量按下式计算
·U〔〕
式中——电网一相接地电容电流〔A〕;
U——电网相电压〔〕。
7.电力系统失去稳定是一种什么状况稳定问题分为哪几类
答:
〔1〕电力系统失去稳定时,系统产生自发性振荡,或者各机组间产生猛烈的相对运动,以至于系统的频率和电压大幅度改变,不能保证对负荷的正常供电,造成大量用户停电。
〔2〕电力系统稳定问题是指当系统受到扰动后能否接着保持各发电机之间同步运行的问题。
依据系统受到扰动的大小及运行参数改变特性的不同,通常将系统的稳定问题分为三大类,即静态稳定,暂态稳定和动态稳定。
静态稳定是指电力系统在运行中受到微小扰动(如短时的负荷波动)后,能够自动复原到原有运行状态的实力。
暂态稳定是指系统在运行中受到大的扰动(如切除机组,线路或发生短路等)后,经验一个短暂的暂态过程,从原来的运行状态过渡到新的稳定运行状态的实力。
动态稳定是指系统在运行中受到大扰动后,保持各发电机在较长的动态过程中不失步,由衰减的同步振荡过程过渡到稳定运行状态的实力。
第二章短路电流的计算
1.何谓短路?
引起短路的主要缘由是什么?
发生短路后可能有什么后果?
答:
〔1〕电力系统短路指电力系统中相及相之间或相及地之间〔中性点干脆接地系统〕通过电弧或其它较小阻抗而形成的一种非正常连接。
〔2〕发生短路的缘由
1〕电气设备载流局部绝缘损坏。
如大气过电压,操作过电压,绝缘老化,机械性损伤,设计,安装,运行维护不良;
2〕意外事务引起的短路。
如输电线路断线,倒杆,雷击等;
3〕人为事故。
如带负荷拉开或合上隔离开关,带地线合闸,将挂地线设备投入运行等;
4〕异物跨接导体。
如鸟兽跨接,树枝跨接等。
〔3〕电力系统短路后的后果
1〕短路点电弧可能烧坏设备,甚至引起火灾;
2〕短路电流产生大量的热量,引起温度上升,甚至会损坏绝缘;
3〕短路电流在导体中产生的电动力,可能使导体发生变形,甚至损坏;
4〕系统电压大幅下降影响用户的供电,严峻时甚至破坏电力系统的稳定;
5〕短路电流产生的电磁感应会干扰通讯线路,甚至危及设备和人身平安。
2.何谓次暂态短路电流,冲击短路电流,短路全电流最大有效值及稳态短路电流?
计算这些电流的用途是什么?
答:
〔1〕在第一个周期内周期重量的有限值称为次暂态短路电流,是校验断路器开断实力的依据;
〔2〕短路电流在短路后半个周期(0.01s)时,瞬时值到达最大,该最大值称为冲击短路电流,是校验电气设备动稳定实力的依据;
〔3〕出现在冲击短路电流处的周期重量有效值和非周期重量的均方根值称为短路全电流最大有效值,故障切断时间小于0.1s时,检验断路器的开断实力;
〔4〕短路后,非周期重量衰减完,暂态过程完毕,就进入稳定状态,此时的短路电流称为稳态短路电流,是短路后计算残压的依据。
3.用标么值对元件电抗和短路电流计算有什么好处如何将随意基准下元件电抗的标么值换算成选定基准下元件电抗的标么值
答:
〔1〕用标么值对元件电抗和短路电流计算的好处有:
1〕用标么值进展计算时,只要选定的基准容量一样,基准电压按规定的平均额定电压选取,按电抗所在电压级计算所求得的标么值,可适用于其他电压级;
2〕相间电压的标么值及相电压的标么值相等;
3〕三相功率的标么值及单相功率的标么值相等;
4〕三相电路的欧姆定律公式I***,功率方程式S**·I*及单相电路一样;
5〕当电压标么值U*=1时,功率的标么值等于电流的标么值,等于电抗标么值的倒数,即
S**=1*
〔2〕随意基准下元件电抗的标么值换算成选定基准下元件电抗标么值的方法:
设,,分别是额定参数下的标么值,换算成选定基准下元件电抗标么值可按公式
计算,当及相等时,可按公式:
计算。
其它基准下元件电抗的标么值换算一样。
4.何谓无限大容量电源无限大容量电源供电的短路暂态过程有什么特点如何计算无限大容量电源供电的短路电流
答:
〔1〕无限大容量电源理论上是指系统容量S→∞,系统电抗→0,其出口分界母线的电压在短路时能保持不变。
在实际电力系统中,某容量很小的支路〔该支路中各元件的容量较系统容量小得多,其阻抗比系统阻抗大很多〕发生短路时,引起系统母线电压的改变很小。
在分析及计算时,为了便利认为该电源是一内部阻抗0〔0,0〕,系统母线电压为恒定的电源,称这种电源为无限大容量电源。
〔2〕无限大容量电源供电的短路暂态过程的特点是周期短路电流的幅值始终维持不变。
〔3〕无限大容量电源供电的短路电流的计算方法:
1〕作出计算电路图;
2〕作出对各短路点的等值电路图;
3〕对等值电路图进展化简,求出短路回路总电抗X*;
4〕进展短路电流的计算。
周期短路电流标么值的计算公式:
周期短路电流有效值的出名值等于其标么值乘以电流基准值,公式为
*·/X*
对无限大容量电源,稳态短路电流等于周期短路电流。
非周期短路电流按指数曲线衰减
冲击短路电流的计算公式为:
2·
其中为短路电流冲击系数,对无限大容量电源1.8。
5.如何用运算曲线计算发电机供电的随意时刻三相短路电流周期重量的有效值
答:
用运算曲线计算发电机供电的随意时刻三相短路电流周期重量的有效值的方法:
〔1〕求短路回路总电抗的计算电抗;
1〕作出计算电路图;
2〕依据计算电路图作出等值电路图;
3〕化简等值电路图;
4〕确定短路回路总电抗X或X*;
5〕按以下公式求出计算电抗
或
〔2〕查所需周期短路电流有效值的标么值*
1〕按电源性质及求得的计算电抗*选择运算曲线;
2〕次暂态短路电流I的标么值I*,查0时曲线;
3〕稳态短路电流I的标么值I*,查4时曲线;
4〕须要其它时刻短路电流*时,查t时的曲线。
假设所查时刻t,没有曲线可采纳插值法对于*>3时,按无限大系统计算。
8.如图2-42所示电力系统,计算K点三相短路时,每回输电线路上的I,,I和I∞,并计算未故障母线I段上的残压。
(提示:
I段母线的残压即I段母线对短路点的电压)
图2-42第8题计算用图
1
2
3
4
5
6
图2-8-1等值电路图
1
7
4
8
图2-8-2等值电路化简〔一〕
9
10
图2-8-3等值电路化简〔二〕
11
图2-8-4等值电路化简〔三〕
答:
〔1〕网络化简
1〕画等值电路图,各电抗按依次编号,如图2-8-1。
2〕电抗2,3并联电抗合并为7号电抗,电抗5,6串联电抗合并为8号电抗,如图2-8-2。
3〕电抗1,7串联电抗合并为9号电抗,电抗4,8并联电抗合并为10号电抗,如图2-8-3。
4〕电抗9,10串联电抗合并为11号电抗,如图2-8-4。
〔2〕参数计算
1〕各元件参数:
取100,
发电机:
X1··
线路:
X23·L·2×48×100/1152
变压器:
X45=(100)·(10.5/100)×
电抗器:
X6=(100)·(3IN)·
(2)=(6/100)×3)×2
2〕电抗2,3并联电抗合并X7=(X2·X3)/(X23)=
电抗5,6串联电抗合并X856
3〕电抗1,7串联电抗合并X9=X17
电抗4,8并联电抗合并X10=(X4·X8)/(X48×
4〕电抗9,10串联电抗合并X11=X910=0.3725+0.328=0.7
〔3〕计算短路电流
计算电抗X11
查曲线:
查0曲线,得I*
查0.2曲线,得I
查4曲线,得I*4
输电线路上的I,,I,I
基准电流(3)=100/(115×
每回输电线路的I=I*·×
2I2×
每回输电线路的I=I·×
每回输电线路的I=I*4·×
〔4〕计算未故障母线I段上的残压
未故障母线I段上的稳态电流标么值:
*=(X108)I*4=(0.328/0.874)×
未故障母线I段上的残压标么值:
**·X6×0.349=
未故障母线I段上的残压出名值:
*·×
9.如图2-43所示的电力系统,计算K点三相短路时短路处和每个电源供应短路点的I。
2
1
3
6
8
5
4
7
K(3)
图2-43第9题计算用图
图2-9-1等值电路图
1
10
8
6
9
7
K(3)
1
10
9
11
12
13
K(3)
图2-9-2等值电路化简〔一〕
图2-9-3等值电路化简〔二〕
15
13
K(3)
14
K(3)
18
17
图2-9-4等值电路化简〔三〕
图2-9-5等值电路化简〔四〕
答:
〔1〕网络化简
1〕画等值电路图,各电抗按依次编号,如图2-9-1。
2〕电抗4,5并联电抗合并为X9,电抗2,3串联电抗合并为X10,如图2-9-2。
3〕电抗6,7,8三角形变换为星形电抗11,12,13,如图2-9-3。
4〕电抗1,9,11串联电抗合并为X14,电抗10,12串联电抗合并为X15,如图2-9-4。
5〕电抗13,14,15星形变换为三角形电抗16,17,18,如图2-9-5。
〔2〕参数计算
1〕各元件参数:
取100,
水电厂:
X1·0.4×100/250=
火电厂:
X2·×
变压器:
X3=(100)·(10.5/100)×100/60=
2×100线路:
X45·L·2×100×100/1152
30线路:
X6=·L·2×30×100/1152
40线路:
X7=·L·2×40×100/1152
25线路:
X8=·L·2×25×100/1152
2〕电抗4,5并联电抗合并X9=(X4·X5)/(X45
电抗2,3串联电抗合并X1023
3〕三角形星形,
4〕电抗1,9,11串联电抗合并X14=X1911
电抗10,12串联电抗合并X15=X1012
5〕星形三角形,
〔3〕求计算电抗
水电厂对k点转移电抗为X17,火电厂对k点转移电抗为X18,那么,
水电厂对k点计算电抗为X17×
火电厂对k点计算电抗为X18×
〔4〕计算次暂态短路电流I
1〕水电厂对k点次暂态短路电流标么值I*:
依据1.01,查0时曲线,得I*
基准电流250/(3×115)=1.255;
水电厂对k点次暂态短路电流出名值I·I*×
2〕火电厂对k点次暂态短路电流标么值I*:
依据0.553,查0时曲线,得I*
基准电流45/(3×115)=0.226;
火电厂对k点次暂态短路电流出名值I·I*×
3〕k点次暂态短路电流出名值I:
I
10.如图2-44所示的电力系统,计算K点三相短路时短路点的I,,I∞。
N
M
K
10
7
9
6
3
8
5
4
2
1
图2-44第10题计算用图
图2-10-1等值电路图
11
6
9
12
13
7
10
K
M
N
11
14
0.089
15
0.234
16
2
K
M
图2-10-2等值电路化简〔一〕
图2-10-3等值电路化简〔二〕
M
K
16
15
17
0.628
19
0.231
18
0.621
K
图2-10-4等值电路化简〔三〕
图2-10-5等值电路化简〔四〕
答:
〔1〕网络化简
1〕画等值电路图,各电抗按依次编号,如图2-10-1。
2〕电抗1,4串联电抗合并为X11,电抗2,5串联电抗合并为X12,电抗3,8串联电抗合并为X13,M,N属等电位点,干脆相连。
如图2-10-2。
3〕电抗6,9并联电抗合并为X14,电抗12,13并联电抗合并为X15,电抗7,10并联电抗合并为X16。
如图2-10-3。
4〕电抗11,14串联电抗合并为X17,如图2-10-4。
5〕电抗15,16,17星形三角形变换成电抗18,19,20,如图2-10-5。
〔2〕参数计算
1〕各元件参数:
取100,
水电厂G1,G2,G3:
X1·×23
双绕组变压器:
X4=(100)·(10.5/100)×
三绕组变压器:
1(1-21-32-3
2(1-22-31-3%)/2=(10.5+6-17)/20.25〔数据不合实际,这里将错就错〕
3(1-32-31-2
X5=(38
X6=(1100)()=(799
X7=(210
2〕电抗1,4串联电抗合并X11=X14
电抗2,5串联电抗合并X12=X23
电抗3,8串联电抗合并X13=X38
3〕电抗6,9并联电抗合并X14=(X6·X9)/(X69
电抗12,13并联电抗合并X15=(X12·X13)/(X1213
电抗7,10并联电抗合并X16=(X7·X10)/(X710
4〕电抗11,14串联电抗合并X17=X1114
5〕星形三角形,
〔3〕求计算电抗
水电厂G1对k点转移电抗为X18,水电厂G2,G3对k点转移电抗为X19,那么,
水电厂G1对k点计算电抗为X18×
水电厂G2,G3对k点计算电抗为X19×(110/100)=0.254
〔4〕求K点三相短路时短路点的I,,I∞
1〕水电厂G1对k点次暂态短路电流标么值I*:
依据0.342,查0时曲线,得I*=
水电厂G1对k点稳态短路电流标么值I∞*:
依据0.342,查4时曲线,得I∞*
基准电流55/(3×115)=0.276;
水电厂G1对k点次暂态短路电流出名值I·I*=×=
水电厂G1对k点稳态短路电流出名值I∞·I∞*×2.82=0.778
2〕水电厂G2,G3对k点次暂态短路电流标么值I*:
依据0.254,查0时曲线,得I*
水电厂G2,G3对k点稳态短路电流标么值I∞*:
依据0.254,查4时曲线,得I∞*
基准电流110/(3×115)=0.552;
水电厂G2,G3对k点次暂态短路电流出名值I·I*×
水电厂G2,G3对k点稳态短路电流出名值I·I∞*×
3〕k点次暂态短路电流出名值I=0.900+2.407=3.307
k点冲击短路电流2I,变压器后短路时1.85,那么,
2××3.307=8.664
k点稳态短路电流出名值I∞=0.778+1.744=2.522
11.如图2-45所示电力系统,K1短路时短路点的I=2.51,求K2点三相短路时短路点的I。
1
1
2
K1
K2
2
K2
图2-45第11题计算用图
图2-11-1等值电路图
图2-11-2等值电路化简
答:
〔1〕网络化简
1〕画等值电路图,各电抗按依次编号,如图2-11-1。
2〕电抗1,2串联电抗合并为X3,如图2-11-2。
〔2〕参数计算
1〕各元件参数:
取500,
系统及双回路途电抗X1:
基准电流(3·)=500/(3×
K1短路时短路点的I=2.51,那么X1==1
变压器:
X2=(100)·(10.5/100)×
2〕电抗1,2串联电抗合并X3=X12
〔3〕K2点三相短路时短路点的I
K2点三相短路时短路点的I*
基准电流(3·)=500/(3×
K2点三相短路时短路点的I
第三章导体的发热,电动力效应
1.引起导体和电器发热的缘由是什么
答:
引起导体和电器发热的缘由是:
〔1〕电阻损耗:
由电阻引起,是损耗的主要形式;
〔2〕磁滞损耗:
由交变磁场的作用引起,针对铁磁材料零配件;
〔3〕涡流损耗:
由交变磁场的作用引起,磁性或非磁性导电材料零配件均有;
〔4〕介质损耗:
由强电场的作用引起,针对绝缘材料。
2.导体和电器的发热有哪两种类型各有什么特点对导体和电器的工作可能造成什么影响
答:
〔1〕导体和电器的发热类型有:
1〕长期发热状态。
正常时,导体长期流过工作电流引起的发热;
特点:
工作电流和发热是持续的,温度上升到某一值时,发热及散热将到达平衡。
2〕短时发热状态。
短路时,导体短时间流过短路电流引起的发热。
特点:
①导体中流过短路电流数值大,但持续的时间很短,一般为零点几秒到几秒钟〔断路器全开断时间〕。
②导体的温度在短时间内上升很快,短路电流产生的热量几乎来不及向四周散热,可以看作绝热过程。
③导体温度改变很大,导体电阻值R,导体的比热容C不能看作常数,而是温度的函数。
〔2〕对导体和电器的工作可能造成的影响:
①使导体材料的机械强度显著下降;②破坏接触连接局部的工作;③显著降低导体绝缘材料的绝缘强度。
3.为什么要规定导体和电器的发热允许温度长期发热允许温度和短时发热允许温度是如何详细规定的
答:
〔1〕规定导体和电器的发热允许温度的缘由:
导体和电器的温度超过发热允许温度将引起很多不良后果。
1〕降低机械强度。
导体的温度超过肯定允许值后,会导致导体材料退火,使机械强度显著下降。
在短路电流产生的电动力作用下将引起导体变形,甚至使导体构造损坏。
如铝和铜在温度分别超过100℃和150℃后,其抗拉强度急剧下降。
2〕影响接触电阻。
触头和连接部位由于温度过高,外表会猛烈氧化并产生一层电阻率很高的氧化层薄膜,从而使接触电阻增加,导致温度进一步上升,形成恶性循环,直至烧红,松动甚至熔化。
3〕降低绝缘强度。
温度超过允许值时,绝缘材料将加速老化,丢失原有的机械性能和绝缘性能,甚至引起绝缘击穿,直至烧毁。
〔2〕长期发热允许温度和短时发热允许温度的详细规定。
1〕长期发热允许温度的详细规定。
采纳螺栓连接时,电器设备正常工作温度不应超过70℃。
计及太阳辐射影响时,钢芯铝铰线及管形导体,按不超过80℃考虑。
导体的接触面处采纳搪锡处理具有牢靠的过渡覆盖层时,可按不超过85℃考虑。
2〕短时发热允许温度的详细规定。
硬铝及铝锰合金不超过200℃,硬铜不超过300℃。
4.导体和电器正常发热计算的目的是什么满意怎样的条件可保证它们在正常运行时的发热温度不超过允许值
答:
〔1〕导体和电器正常发热计算的目的:
依据电器及导体的工作和发热状况,计算可能到达的最高工作温度,选择相宜的额定电流。
〔2〕保证在正常运行时,发热温度不超过允许值的条件是:
额定电流小于允许载流量。
5.导体和电器短路时发热计算的
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- 发电厂 电气 部分 第三 习题 参考答案
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