姚春球版《发电厂电气部分》计算题及参考答案学习资料

第二章导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理

1.发热对导体和电器有何不良影响？

答：机械强度下降、接触电阻增加、绝缘性能下降。

2.导体的长期发热和短时发热各有何特点？

答：长期发热是指正常工作电流长期通过引起的发热。长期发热的热量，一部分散到周围介质中去，一部分使导体的温度升高。

短时发热是指短路电流通过时引起的发热。虽然短路的时间不长，但短路的电流很大，发热量很大，而且来不及散到周围的介质中去，使导体的温度迅速升高。

~~~~热量传递的基本形式：对流、辐射和导热。对流：自然对流换热河强迫对流换热

3.导体的长期允许载流量与哪些因素有关？提高长期允许载流量应采取哪些措施？

答：I=根号下(αFτω/R)，因此和导体的电阻R、导体的换热面F、换热系数α有关。

提高长期允许载流量，可以：减小导体电阻R、增大导体的换热面F、提高换热系数α。

4.计算导体短时发热度的目的是什么？如何计算？

答：确定导体通过短路电流时的最高温度是否超过短时允许最高温度，若不超过，则称导体满足热稳定，否则就是不满足热稳定。

计算方法见笔记“如何求θf”。

6.电动力对导体和电器有何影响？计算电动力的目的是什么？

答：导体通过电流时，相互之间的作用力称为电动力。正常工作所产生的电动力不大，但是短路冲击电流所产生的电动力可达很大的数值，可能导致导体或电器发生变形或损坏。导体或电器必须能承受这一作用力，才能可靠的工作。

进行电动力计算的目的，是为了校验导体或电器实际所受到的电动力是否超过期允许应力，以便选择适当强度的电器设备。这种校验称为动稳定校验。

7.布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在哪一相上？试简要分析。

答：布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在中间的那一相上。具体见笔记本章第五节。

8.导体动态应力系数的含义是什么？什么情况下才需考虑动态应力？

答：导体动态应力系数β用来考虑震动的影响、β表示动态应力与静态应力之比，以此来求得实际动态过程的最大电动力。

配电装置的硬导体及其支架都具有质量和弹性，组成一个弹性系统，在两个绝缘子之间的硬导体可当作两端固定的弹性梁，这种情况下就需要考虑动态应力。

9.大电流母线为什么广泛采用全连式分相封闭母线？

答：防止相间短路；屏蔽磁场、减小干扰和对附近钢构的影响；减小相间电动力；不用安装昂贵的机组断路器。

10.何谓碰撞游离、热游离、去游离？他们在电弧的形成和熄灭过程中起何作用？

答：碰撞游离即电场游离：在电场作用下，带电粒子被加速到一定能量，碰撞前面的中性质点，形成新的带电粒子，连锁发生的结果，使间隙中带电粒子增多。

热游离：由于电弧的高温，中性质点自动离解成自由电子和正离子的现象。

去游离：使带电质点减少的过程，称为去游离过程。

碰撞游离进行的结果，使触头间充满自由电子和正离子，具有很大的电导。

热游离的作用是维持电弧的稳定燃烧。

要熄灭电弧，必须采取措施加强去游离作用、并削弱游离作用。

11.开关电器中的电弧有何危害？

答：1）电弧的高温可能造成导体或绝缘的烧坏；

2）由于电弧的导电性，从而延长了开关设备切断电路的时间；

3）一定条件下会形成间歇电弧，在系统中形成谐振过电压。

12.交流电弧有何特点？交流电弧的熄灭条件是什么？

答：交流电弧的特点：

1）伏安特性为动态特性；

2）电弧电压的波形呈马鞍形变化；

3）电流每半周过零一次，电弧会暂时自动熄灭。

交流电弧的熄灭条件：介质强度恢复过程u d(t) > 弧隙电压恢复过程u r(t)。

13.何谓弧隙介质强度恢复过程？何谓弧隙电压恢复过程？它们与哪些因素有关？

答：弧隙介质强度恢复过程u d(t)：电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力由起始介质强度逐渐增强的过程。

弧隙电压恢复过程u r(t)：电弧电流过零时，经过由电路参数所决定的电磁振荡，弧隙电压逐渐由熄弧电压恢复到电源电压的过程。

起始介质强度出现后，弧柱区介质强度的恢复过程与断路器的灭弧装置结构、介质特性、电弧电流、冷却条件及触头分开速度等因素有关。

弧隙电压恢复过程与电路参数及负荷性质有关。

14.熄灭交流电弧的基本方法有哪些？

答：1）采用灭弧能力强的灭弧介质；

2）利用气体或油吹弧；

3）采用特殊金属材料作灭弧触头；

4）在断路器的主触头两端加装低值并联电阻；

5）采用多断口熄弧；

6）提高断路器触头的分离速度；

7）低压开关中的熄弧方法：利用金属灭弧栅灭弧；利用固体介质狭缝灭弧。

15．减少钢构损耗和发热的措施：加大钢构和载流导体之间的距离；断开载流导体附近的钢构闭合回路并加上绝缘垫；采用电磁屏蔽；采用分相封闭母线。

16．分相封闭母线的优点：防止相间短路，保证人员接触外壳的安全；短路时母线间的电动力大大减小；减少了母线附近钢构的发热；提高母线的载流量；安装维护的工作量小。

缺点：母线散热条件差；外壳产生损耗；有色金属消耗量增加。

第三章电器设备的结构和工作原理

1.绝缘子按结构型式分为哪几类？其作用是什么？

答：绝缘子按结构型式分为：支柱式、套管式及盘形悬式。

绝缘子的作用是：支持和固定裸载流导体，并使裸载流导体与地绝缘，或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘。

2.敞露母线有哪几种？各适用什么场合？母线靠什么绝缘？用多条矩形母线时每相为何最好不超过3条？

答：敞露母线有4种：

矩形母线：一般用于35kV及以下、持续工作电流在4000A以下的配电装置中；

槽形母线：一般用于35kV及以下、持续工作电流在4000-8000A的配电装置中；

管形母线：一般用于110kV及以上、持续工作电流在8000A以上的配电装置中；

绞线圆形软母线：一般用于35kV及以上屋外配电装置。

母线与地之间的绝缘靠绝缘子维持，相间绝缘靠空气维持。

每相条数增加时，因散热条件差及集肤效应和邻近效应影响，允许载流量并不成正比增加，当每相有3条及以上时，电流并不在条间平均分配。所以多条矩形母线时每相最好不超过3条。

3.封闭母线有哪两类？各用于什么场合？

答：全连式分相封闭母线与共箱式封闭母线。它们一般用于厂用回路。

5.电抗器按用途分为哪几类？其作用各是什么？

答：电抗器按用途分为：

限流电抗器：限制短路电流；

串联电抗器：它与并联电容补偿装置或交流滤波装置回路中的电容器串联，组成谐振回路，滤除指定的高次谐波，抑制其他次谐波放大，减少系统电压波形畸变，提高电压质量，同时减少电容器组涌流；

中压并联电抗器：向电网提供可阶梯调节的感性无功，补偿电网剩余容性无功，保证电压稳定在允许范围内；

超高压并联电抗器：用于补偿输电线路的充电功率，以降低系统的工频过电压水平。

6.高压断路器的作用是什么？按采用的灭弧介质分为哪几类？

答：高压断路器的作用是接通和断开正常工作电流、过负荷电流和故障电流。

按采用的灭弧介质分为：SF6断路器、真空断路器、油断路器、空气断路器。

7.高压断路器的基本结构怎样？有哪些主要技术参数？

答：高压断路器的基本结构包括：通断元件、绝缘支撑元件、传动元件、操动机构、机座。

主要技术参数如下：

1）额定电压U N：高压断路器设计时所采用的标称电压；

2）额定电流I N：高压断路器在规定的环境温度下，能长期通过且其载流部分和绝缘部分的温度不超过其长期最高允许温度的最大标称电流；

3）额定开断电流I N br：高压断路器进行开断操作时首先起弧的某相电流，称为开断电流。在额定电压U N下断路器能可靠地开断的最大短路电流，称为额定开断电流；

4）t秒热稳定电流I t：在保证断路器不损坏的条件下，在规定时间t秒内允许通过断路器的最大短路电流有效值；

5）动稳定电流i es：断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值；

6）额定关合电流I Ncl：在额定电压下，断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值。

7）动作时间：包括分闸时间（全分闸时间=固有分闸时间+燃弧时间）与合闸时间（断路器从接到合闸命令起到触头刚接触的时间间隔）。

8.简述SF6断路器单压式灭弧室的基本结构和灭弧原理。

答：书P86-87。

9.简述LW6-220型SF6断路器基本结构和工作原理。

答：书P88。

10.简述真空断路器基本结构和工作原理。

答：书P93。

18.隔离开关的作用是什么？其操动机构有哪几种？

答：隔离开关的作用：

1）隔离电源，在空气中形成明显的开断点；

2）切换电路，改变运行方式；

3）接通或切断规程允许的小电流电路；

4）利用自带的地刀，方便维修。

隔离开关的操动机构有手动式和动力式两大类。

19.熔断器的主要作用什么？其基本结构怎样？什么叫限流式熔断器？什么是熔断器的保护特性曲线？

答：熔断器的主要作用：保护电路中的电器设备、使其免受过载和短路电流的危害。

基本结构：熔丝、支持熔件的触头、外壳、特殊物质（石英砂）。

当电路发生短路故障时，其短路电流增长到最大值有一定时限。如果熔断器的熔断时间（包括熄弧时间）小于短路电流达到最大值的时间，即可认为熔断器限制了短路电流的发展，此种熔断器成为限流式熔断器，否则为不限流熔断器。

熔断器的保护特性曲线（安秒特性）：熔体熔断时间ｔ与通过电流Ｉ的关系。

20.简述RM10型低压熔断器的灭弧原理。

答：发生短路故障时，其熔体窄部几乎同时融化，形成数段电弧，同时残留的宽部受重力作用而下落，将电弧拉长变细；在电弧高温的作用下，纤维管的内壁有少量纤维汽化并分解为氢、二氧化碳和水汽，这些气体都有很好的灭弧性能，加之熔管是封闭的，使其内部压力迅速增大，加速了电弧的去游离，从而使电弧迅速熄灭。所以，RM10型熔断器属限流型。

21.简述RN1型高压熔断器的灭弧原理。

答：如果被保护电路发生过负荷，当工作锡熔体发热到其熔点时，锡桥首先融化，被锡包围的紫铜部分则逐渐溶解在锡滴中，形成合金（冶金效应或金属熔剂法），电阻增加，发热加剧，随后在焊有锡桥处熔断，产生电弧，从而使熔体沿全长融化，形成多条并联的细电弧，电弧在石英砂的冷却作用下熄灭。

24.电流互感器和电压互感器的作用是什么？简述电磁式电流互感器和电压互感器的工作原理和特点。

答：电流互感器和电压互感器的作用是：将一次系统的大电流、高电压成比例的缩小为小电流、低电压，向二次系统供电，实现二次回路对一次回路的测量、控制、保护等作用。

电流互感器的工作原理：磁势平衡原理：I1·N1 + I2·N2 = I0·N1，I0为励磁电流，非常小，可认为是0，于是I1=-I2·(N2/N1)= -k·I2。

它的特点是二次侧阻抗非常小、接近于短路运行的变压器，并且二次侧电流I2仅取决于一次侧电流I1。

电压互感器的工作原理：电磁感应定律：U1/U2 = N1/N2, U1 ≈k·U2。

它的特点是二次侧阻抗非常大，接近于空载运行的变压器，并且二次侧电压U2仅取决于一次侧电压U1。

25.简述电容式电压互感器的工作原理。

答：电容分压原理、串联补偿电抗。详细见书P144-145。

26.互感器有哪几种误差？误差与哪些因素有关？

答：对于电流互感器，有电流误差ΔI%和角误差δi，它是由于电流互感器存在励磁损耗和磁饱和等影响，使折算到一次侧的二次电流与一次电流在数值上和相位上都有差异。

对于电压互感器，有电压误差ΔU%和角误差δu，它是由于电压互感器存在励磁电流和内阻抗的影响，使折算到一次侧的二次电压与一次电压在数值上和相位上都有差异。

27.为什么运行中电流互感器的二次回路不允许开路，电压互感器的二次回路不允许短路？答：电流互感器的二次回路如果开路，将使铁芯严重饱和，使得二次侧产生上万伏的尖顶波电势；在铁芯中产生剩磁、增大误差；可能烧坏电流互感器。因此电流互感器的二次回路禁止开路。

电压互感器的二次回路如果短路，由于回路中的电阻和剩余电抗都很小，短路电流可达

额定电流的几十倍，此电流在补偿电抗和分压电容上产生很高的谐振过电压，将会引起绝缘击穿。因此电压互感器的二次回路不允许短路，同时可在二次侧加装熔断器或小空气开关。

28.分别绘出电流、电压互感器的常用接线，并说明其应用场合。

答：电流互感器的常用接线见书P140；

电压互感器的常用接线见书P148。

第四章电器主接线

1.对电气主接线有哪些基本要求？

答：可靠性：

1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

2）断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对I、II类负荷的供电；

3）尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性；

4）对装有大型机组的发电厂及超高压变电所，应满足可靠性的特殊要求。

灵活性：

1）调度灵活，操作方便；

2）检修安全；

3）扩建方便。

经济性：

1）投资省；

2）年运行费小；

3）占地面积小；

4）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

2.主接线的基本形式有哪些？

答：主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线两大类。

3.在主接线设计中采用哪些限制短路电流的措施？

答：减少并联支路数，增加串联支路数：

1）采用单元接线；

2）双回线路分裂运行；

3）环网开环运行；

4）变压器低压侧分裂运行。

加装串联电抗器：

1）普通电抗器；

2）分裂电抗器。

4.主母线和旁路母线各起什么作用？设置旁路母线的原则是什么？

答：主母线的作用是：汇集和分配电能。

旁路母线的作用是：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。

5.绘出分段单母线带旁路（分断断路器兼作旁路断路器）的主接线图，并说明其特点及适用范围。

答：见《分段单母线带旁路（分段断路器兼作旁路断路器）主接线图》。

6. 绘出双母线的主接线图，并说明其特点及适用范围。

答：见《双母线主接线图》。

7.绘出双母线带旁路（有专用旁路断路器）的主接线图，并写出检修出线断路器的原则性操作步骤。

答：见《双母线带旁路（有专用旁路断路器）主接线图》。

8.绘出一台半断路器（进出线各3回）的主接线图，并说明其特点及适用范围。

答：见《一台半断路器（进出线各3回）主接线图》。

9.绘出内、外桥的主接线图，并分别说明其特点及适用范围。

答：见《内桥、外桥主接线图》。

10.发电厂和变电所主变压器的容量、台数及型式应根据哪些原则来选择？

答：发电厂主变压器的容量：

1）单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度选择。

2）接于发电机电压母线与升压母线之间的主变压器的容量：

a.当发电机电压母线上的负荷最小时，应能将发电厂的最大剩余功率送至系统；

b.若发电机电压母线上有2台及以上主变压器，当负荷最小且其中容量最大的一台变压器退出运行时，其他主变压器应能将发电厂最大剩余功率的70%以上送至系统；

c.当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率。满足发电机电压母线上最大负荷的需要；

d.对水电厂比重较大的系统，由于经济运行的要求，在丰水期应充分利用水能，这时有可能停用火电厂的部分或全部机组，以节约燃料，火电厂的主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机组电压母线上最大负荷的需要。

发电厂主变压器的台数：

接于发电机电压母线上的主变压器一般不少于2台，但对主要向发电机电压供电的地方电厂、系统电源作为备用时，可以只装一台。

变电所主变压器的容量：

一般按变电所建成后5-10年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的60%-70%或全部重要负荷选择。

变电所主变压器的台数：

为保证供电的可靠性，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设2-4台，地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设3台。

主变压器型式的选择：

普通变压器、自耦变压器；有载调压变压器、无激磁调压变压器……

第五章厂（所）用电

1.什么是厂用电？什么是厂用电率？

答：发电厂的厂用器械及全厂的运行操作、试验、修配、照明、电焊等用电设备的用电，统称为厂用电。

同一时间段内（一天、一月或一年等），厂用电耗电量占发电厂总发电量的百分数，称为该时间段的厂用电率。

2.厂用负荷按其重要性分为几类？各类厂用负荷对供电电源有何要求？

答：厂用负荷按其重要性分为I类负荷、II类负荷、III类负荷、事故保安负荷、交流不间断供电负荷。

I类负荷：有两个独立电源供电，并能自动切换；

II类负荷：有两个独立电源供电，一般采用手动切换；

III类负荷：一般由一个电源供电；

事故保安负荷：直流保安负荷、其电源一般为蓄电池组；

交流保安负荷、其电源一般为柴油发电机组或外部独立电源等；

交流不间断供电负荷：一般由接于蓄电池组的逆变装置或由蓄电池供电的直流电动发动机组供电。

5.厂用电供电电压有哪几级？高压厂用电压级是怎样确定的？

答：厂用电供电电压有：10kV、6kV、3kV、380V、220V。

高压厂用电压级、一般是3kV、6kV或3kV、10kV并存。

6.什么是厂用工作电源、备用电源、启动电源、保安电源和不停电电源？

答：厂用工作电源：保证发电厂正常运行的最基本的电源；

备用电源：主要作为事故备用、即在工作电源故障时代替工作电源的电源；

启动电源：电厂首次启动或工作电源完全消失的情况下，为保证机组快速启动，向必须的辅助设备供电的电源；

保安电源：当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保事故状态下安全停机、事故消失后又能及时恢复供电而设置的电源；

不停电电源：为向不允许间断供电的负荷供电而设置的电源。

7.厂用工作电源和备用电源的引接方式各有哪几种？

答：见笔记。

8.厂用保安电源和不停电电源如何取得？

答：对于事故保安负荷：直流保安负荷、其电源一般为蓄电池组；

交流保安负荷、其电源一般为柴油发电机组或外部独立电源等；

对于交流不间断供电负荷：一般由接于蓄电池组的逆变装置或由蓄电池供电的直流电动发动机组供电。

10.对变电所的所用电源有何要求？所用电的接线形式怎样？

答：书P210-211。

第六章电气设备的选择

1.电气设备选择的一般条件是什么？

答：按正常工作条件选择：

1）按额定电压选择；

2）按额定电流选择；

3）选择设备的种类和型式。

按短路情况校验：

1）短路电流的计算条件与短路计算时间；

2）热稳定和动稳定校验。

2.校验热稳定与校验开断电器开断能力的短路计算时间有何不同？

答：

3.导体的热稳定、动稳定校验在形式上与电器有何不同？

答：

4.那些导体和电器可以不检验热稳定或动稳定？

答：1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不检验热稳定；

2）用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定；电缆有足够的强度，可不校验动稳定；

3）电压互感器及装设在其回路中的裸导体和电器，可不校验热稳定和动稳定。

5.高压断路器的特殊校验项目是什么？怎样校验？

答：高压断路器的特殊校验项目是：额定开断电流校验和额定关合电流校验。

额定开断电流校验：I Nbr≥I k≈I’’。

额定关合电流校验：i Ncl≥i sh（i Ncl= i es）。

7.电流、电压互感器的特殊选择项目是什么？怎样选择？

答：准确级和额定容量，选择见书。

第七章配电装置

1.配电装置最小安全净距的决定依据是什么？

答：配电装置各部分之间，为确保人身和设备的安全所必需的最小电器距离。在这一距离下，任何最高正常工作电压或者过电压，均不能将该间隙击穿。

2.屋内、屋外配电装置和成套配电装置各有什么特点？适用于哪些场合？

答：屋内配电装置特点：

1）安全净距小并可分层布置，占地面积小；

2）维护、巡视和操作在室内进行，不受外界气象条件影响；

3）设备受气象及外界有害气体影响较小，可减少维护工作量；

4）建筑投资大。

适用场合：35kV及以下、以及有特殊要求的110kV和220kV。

屋外配电装置特点：

1）安全净距大，占地面积大，但便于带电作业；

2）维护、巡视和操作在室外进行，受外界气象条件影响；

3）设备受气象及外界有害气体影响较大，运行条件较差，须加强绝缘，设备价格较高；

4）土建工程量和费用较少，建设周期短，扩建较方便。

适用场合：110kV及以上。

成套配电装置特点：

1）结构紧凑，占地面积小；

2）运行可靠性高，维护方便；

3）安装工作量小，建设周期短，而且便于扩建和搬迁；

4）消耗钢材较多，造价较高。

适用场合：35kV及以下。

3.配电装置应满足哪些基本要求？

答：1）节约用地；

2）保证运行可靠；

3）保证人身安全和防火要求；

4）安装、运输、维护、巡视、操作和检修方便；

5）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节省材料和降低造价；

6）便于分期建设和扩建。

4.屋内配电装置有哪几种布置型式？适用于哪些场合？

答：三层式、二层式、单层式。其中三层式和二层式适用于出线有电抗器的场合。

5. 屋外配电装置有哪几种布置型式？

答：中型、半高型、高型。

第十章发电厂和变电所电气二次回路

2.什么是二次接线图？其内容是什么？

答：二次接线图是用二次设备特定的图形、文字符号表示二次设备相互连接的电气接线图。

二次接线图的内容包括交流回路与直流回路。

3、二次接线图有哪几种形式？各有何特点？

答：1）原理接线图，包括归总式接线图和展开式原理图。

归总式接线图是将二次设备以整体形式绘制在电路图中；

展开式原理图是将二次设备分成几个小单元，分别绘制在不同的回路中。

2）安装接线图，包括屏面布置图和屏后接线图（注意相对编号法，书P359）。

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