复习资料1 发电厂电气部分复习资料.docx

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复习资料1发电厂电气部分复习资料

杭州电子科技大学自动化学院

电气工程及自动化

发电厂电气部分

复习资料

章坚民

第一章绪论

第一节发电厂和变电所的类型

第二节发电厂和变电所电气设备简述

第三节我国电力工业发展概况

思考题

1．电能有哪些优点？

2．我国电力工业发展概况怎样？

发展方针是什么？

3．什么是新能源发电？

4．发电厂和变电所的作用是什么？

各有哪些类型？

★

5．什么是一次设备？

什么是二次设备？

哪些设备属一次设备？

哪些设备属二次设备？

★

6．什么是电气主接线？

什么是配电装置？

★

7．本课程的主要目的和任务是什么？

第二章导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理

第一节导体的发热和散热★

第二节导体的长期发热与载流量★

第三节导体的短时发热★

第四节大电流导体附近钢构的发热

第五节导体短路的电动力★

第六节大电流封闭母线的电动力

第七节开关电器中电弧的产生及熄灭★

第八节弧隙电压恢复过程分析★

第九节熄灭交流电弧的基本方法★

Ａ课程内容

（1）开关电器的灭弧原理

开关电器开关触头分离时产生电弧的4种原理：

（1）高温阴极表面的热电子发射；

（2）阴极表面处的强电场发射电子；（3）电子向正电极加速运行，撞击中心质点（分子或原子）使其释放电子，形成更多的自由电子和正离子；该现象持续发展，形成所谓的碰撞游离；（4）高温下气体分子剧烈运动，互相碰撞，产生自由电子和正离子，称为热游离。

电弧形成的物理过程。

电弧熄灭的过程：

游离与去游离；

去游离：

复合：

扩散：

直流电弧的伏安特性：

电导增加，电弧电压反而下降，呈现“倒数函数”。

交流电弧的伏安特性：

呈现动态交变特性，燃弧段与灭弧段交替出现，电流每经半个周波要过零值一次，使电弧暂时熄灭，是熄灭交流电弧的有利时机。

介质强度：

是指弧隙中介质所能承受而不被击穿的最大外加电压。

交流电弧的熄灭：

在电流过零点，存在两个相互联系的过程，即电压恢复过程和介质强度恢复过程。

一方面，弧隙介质强度随着去游离的加强而逐渐恢复；另一方面，弧隙电压也由熄弧电压恢复到电源电压。

如果恢复电压高于介质强度，弧隙将重新被击穿，电弧重燃；反之，弧隙将不会再次被击穿，电弧就彻底被熄灭。

断路器由于不同的间隙介质，具有不同的介质强度恢复曲线，因而用于不同的场合。

熄灭交流电弧的基本方法：

（1）采用灭弧能力强的灭弧介质

高压断路器中广泛采用以下几种灭弧介质：

变压器油、压缩空气、六氟化硫、真空。

（2）利用气体或油吹动电弧

纵向吹弧：

使电弧冷却并变细

横向吹弧：

把电弧拉长、切断

（3）采用多断口熄弧

（4）采用并联电阻

（5）采用特殊金属材料作灭弧触头

（6）提高断路器的分离速度

（2）高压断路器

高压断路器分类1：

户内、户外

分类2：

油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器

基本参数：

1、额定电压

2、额定电流

3、额定开断电流

4、动稳定电流（峰值）

5、热稳定电流

6、全开断时间tt=t1+t2

7、合闸时间

8、自动重合闸性能

（3）隔离开关

隔离开关没有专门的灭弧结构，因此不能用来开断负荷电流和短路电流。

需与断路器配合使用，只有当断路器开断电流后才能进行操作。

主要用途：

（1）将停役的电气设备与带电的电网隔离，以确保被隔离的电气设备能安全地进行检修

（2）倒闸操作

（3）接通或开断小电流电路

隔离开关分类1：

单柱式、双柱式和三柱式

2：

水平旋转式、垂直旋转式、摆动式、插入式

3：

户内式、户外式

4：

带接地倒闸、无接地倒闸

（4）低压开关电器

1、刀开关

2、低压熔断器

3、接触器

是一种利用电磁原理来实现低压电路的接通和断开，并作为远距离控制的一种电器。

（5）互感器

电流互感器正常运行时，不允许二次回路开路，在极端情况下可能感应数千甚至上万伏电压。

电流互感器的二次绕组与测量仪表、继电器等的电流线圈串联，接近于短路状态运行。

电流互感器的误差和准确度：

（1）电流误差

（2）角误差（相角差）

（3）电流互感器的准确级和10%误差曲线

电流互感器的准确等级有0.2、0.5、1、3、10、B级；B级是专门用于继电保护的电流互感器。

电压互感器正常运行时，不容许二次侧短路，因为短路后在二次回路会产生很大的短路电流，将使电压互感器烧毁。

电压互感器的误差和准确度：

（1）电压误差

（2）角误差（相角差）

（3）电压互感器的准确级

我国电压互感器的准确等级分为四级，即0.2、0.5、1.0级和3级。

0.2级用于实验室精密测量，0.5-1.0级用于发电厂和变电所的盘式仪表，3级用于测量仪表和某些继电保护装置。

（6）电抗器

Ｂ三基

（1）基本概念

介质强度：

是指弧隙中介质所能承受而不被击穿的最大外加电压。

（2）基本原理

（3）基本计算

Ｃ选择题

1、开关在开断电路时，只要加在动、静触头间的电压大于，通过其间的电流大于

时，在动、静触头之间就会出现电弧。

（A）

（A）10-20V，80-100mA（B）220-380V，80-100mA

（C）0-5V，10-50mA（D）10-20V，0-10mA

2、在交流电路中，电弧电流过零值之后，当弧隙的恢复电压（C　）弧隙击穿电压时，将会使电弧熄灭。

A．大于  B．等于

C．小于  D．正比于

3、在采用气体吹动电弧加速熄弧的方法中，按照气体吹动方向的不同，可分为纵向吹动和横向吹动，在相同工作条件下，横向灭弧比纵向灭弧效果（　A）。

A．好一些 B．差一些

C．一样  D．差得多

4、熄灭电弧的条件是去游离作用（B）游离作用

A等于B大于C小于D不大于

5、熄灭直流电弧的方法之一（C）

A减小线路电阻B提高电源电压C冷却和拉长电弧D提高降在弧隙上的电压

6、交流电弧熄灭的条件是弧隙介质强度的恢复（B）弧隙电压的恢复

A等于B大于C小于D不大于

7、少油式断路器中油的用途是（A）

A．灭弧介质和触头间的绝缘B．灭弧介质和对地绝缘介质

C．绝缘介质D.仅作为灭弧介质

8、油断路器内的变压器油的作用（C）

A、绝缘和防锈B、绝缘和散热C、绝缘和灭弧

9、在中性点不接地系统用两只单相电压互感器接成V-V形接线为测量（C）。

A、相电压B、各相对地电压C、线电压

10、熔断器熔件中焊有小锡球采用"冶金效应"法作用是为了（C）

A、减少金属蒸气B、缩短熔断时间C、降低熔件的熔点温度

11、负荷开关不能用来切、合的电路为（C）。

A、空载电路B、负载电路C、短路故障电路

12、少油断路器的对地绝缘是靠（C　）

A．绝缘油实现B．空气实现

C．瓷支柱实现D．环氧树脂

13、隔离开关用于隔离电压或切换电路，（C）

A.不得断开但可接通负荷电路B.不得接通但可断开负荷电路

C.不得断开或接通负荷电路D.不得转移电流或接通电路

14、电压互感器的一次绕组并联于被测回路的电路之中,其二次额定电压通常为（A）伏。

A.100或100/

B.100或

C.100或100/

D.100或

15、三相五柱式电压互感器的二次侧辅助副绕组接成开口三角形接线，其作用是监测系统的（C）

A、相电压B、线电压C、零序电压D、相电压和线电压

16、在中性点不接地系统用两只单相电压互感器接成V-V形接线为测量（C）。

A、相电压B、各相对地电压C、线电压D、零序电压

Ｄ判断题

1在中性点不接地的3-10kV系统中，当单相接地电流不大于30安时，可不装消弧线圈。

（√）

2冲击短路电流仅在三相中的一相出现，而不会在三相同时出现（√）

3在三角形接线中，线电流中不含有零序分量。

（√）

4没有中线的星形接线中，三相电流之和为零，不含有零序分量（√）

5无限大容量电源供电的电路内发生短路时，短路电流周期分量的幅值是变化的（×）

8在中性点非直接接地系统中，当发生单相接地后相应的继电保护装置将故障部分迅速切除。

（×）

9消弧线圈可采用全补偿方式运行----（×）。

应采用过补偿

10电弧的熄灭依赖于去游离作用强于游离作用（√）

11直流电弧比交流电弧易于熄灭（×）

交流电弧比直流电弧易于熄灭：

由于交流电瞬时值有过零时，此时弧隙没有电流，当交流电过零点又上升时，若触头上的恢复电压不能使弧隙重燃，则电弧就熄灭。

如弧隙重燃，但因触头距离的增大，使击穿弧隙的电压提高，当交流电下次过零时，就更容易熄灭。

直流电则没有过零的特性，并且线路电感所储存的磁场能量在触头拉开时会引起触头上的过电压，因此，只是靠单纯拉长触头距离是不容易熄灭直流电弧的，必须附加灭弧方法才能熄灭电弧。

因此说拉开交流电弧比拉开直流电弧容易熄灭。

12出线装设串联电抗器可以限制短路电流。

（√）

13电弧产生的条件是触头断开的间隙的电压大于10-20伏，电流大于80-100毫安。

（√）

14高压断路器的作用，正常时用于接通断开，电路事故时由继电保护动作断开故障电路，并能完成自动重合闸任务。

（√）

15隔离开关无灭弧装置，不得切、合负荷电路。

（√）

16SF6电气特性优越，主要是利用SF6气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能。

（√）

17熔断器的熔断电流与时间关系特性曲线，称保护特性，采用冶金效应法的目的是降低熔件的熔点。

（√）

18油断路器切断电路时产生电弧的过程，可分为四介阶段即强场发射、碰撞游离、热电子发射和热游离。

（√）

19电流互感器正常运行中，二次侧处于开路状态（×）

20电压互感器正常运行中，二次侧处于带负荷工作状态（×）

21电压互感器的电压误差与二次负荷有关（√）。

22电流互感器的一次电流与二次负载电流无关（√）。

23断路器的额定电流是指在任意的环境温度下，当断路器的绝缘和截流部分不超过其长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。

（×　）

24断路器的额定电流不得小于装设断路器回路的最大短路电流。

（×）

25断路器的开断时间是从断路器接到分闸命令瞬间起，到断路器各极触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。

（　√　）

26户外式断路器可以用于户内，而户内式断路器也可以用户外。

（×）

27熔体的最大额定电流应超过熔断器的额定电流（×）

28电气主接线中的内桥接线多用于线路较长，无穿越功率，变压器不经操作的场合。

（√）

29发电机与变压器组成单元接线的主要优点是运行灵活。

（×）

30单母线分段的优点是当某段母线故障时，可以经过倒闸操作将故障段母段上的负荷切换到另一段母线上以恢复供电。

（×　）

31隔离开关与断路器配合的操作原则是：

“先断开断路器后拉开隔离开关”或“先接通隔离开关后合上断路器”。

（√）

Ｅ思考题和习题（书本上）

1．发热对导体和电器有何不良影响？

★

2．导体的长期发热和短时发热各有何特点？

★

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？

★

4．计算导体短时发热温度的目的是什么？

如何计算？

★

5．大电流导体附近的钢构为什么会发热？

减少钢构发热的措施有哪些？

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？

★

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。

8．寻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？

9．大电流母线为什么广泛采用全连式分相封闭母线？

说明壳外磁场和由邻相穿入壳内

的磁场减弱的原因。

10,何谓碰撞游离、热游离、去游离？

它们在电弧的形成和熄灭过程中起何作用？

★

11．开关电器中的电弧有何危害？

★

12．交流电弧有何特点？

交流电弧的熄灭条件是什么？

★

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？

★

14.熄灭交流电弧的基本方法有哪些？

★

15.计算屋内配电装置中80mm×lOmm的矩形铜导体的长期允许截流量。

导体正常最高允许温度θw=70℃，基准环境温度θ0=25℃。

16.某铝母线尺寸为lOOmmXlOmm，集肤系数K。

-1.05，在正常最大负荷时温度最一60℃，继电保护动作时间￡田-ls，断路器全开断时间乙。

-。

．Is，短路电流J”一30kA，J。

．。

。

=25kA，h，一22kA。

试计算该母线的热效应和最高温度。

17.某l0kV汇流母线，每相为2条l00mm×l0mm矩形铜导体，三相水平布置、导体平放，绝缘子跨距

L=l.0m，相间距离a=0.35m，三相短路冲击电流ish=l00kA，导体弹性模量E=ll.28×1010Pa，密度ρw=8900kg/m3。

试计算母线的最大电动力。

18.已知某200MW机组封闭母线有关数据如下：

母线电流Iw=8625A，外壳电感LR一

3.85×10。

7H／m，外壳电阻r。

一5.48×10-6Q／m。

试计算其外壳环流及剩余电流。

19.试计算220kV高压断路器开断各类短路故障时，断口恢复电压的最大值（取Kｍ＝１．５）

5-1开关断开过程中，间隙的自由电子是如何产生的？

试说明电弧的形成过程。

5-2交流电弧是怎样熄灭的？

何谓介质强度？

何谓恢复电压？

电弧中存在的游离与去游离这二个性质相反过程的强弱对比就决定了电弧最终发展趋势，即当游离强于去游离时，电弧就会发生并燃烧激烈；若去游离与游离过程达到平衡，电弧就会稳定燃烧；而在去游离占有优势时，电弧的燃烧即将减弱并最终熄灭。

交流电弧利用电流过零熄灭。

熄灭过程存在两个恢复过程：

1）电压恢复过程电流过零（电弧熄灭）后，电弧电压恢复到触头间的电压，即uhf

2）介质强度恢复过程

介质中产生电弧，介质强度降低，电流过零（电弧熄灭）后，介质强度（ujf）迅速恢复；电流过零时，弧隙的介质恢复电压高于弧隙恢复电压，不重燃。

5-3熄灭交流电弧有哪些基本方法？

其作用原理又如何？

3、试说明电弧产生的四种发展的机理

4、开关开断时的去游离的两种形式：

（A）复合、扩散

5、根据以下断路器的特性曲线，分析他们的特点

6、什么是弧隙恢复电压曲线？

什么是弧隙介质强度曲线？

？

第三章电气设备的结构和工作原理

第一节绝缘子和母线

第二节电力电缆和电抗器

第三节高压断路器概述

第四节六氟化硫（SF6）断路器

第五节真空断路器

第六节断路器的操动机构

第七节隔离开关及其操动机构

第八节熔断器、负荷开关、高压接触器及重合器

第九节互感器

第十节低压开关电器

思考题

1．绝缘子按结构型式分为哪几类？

其作用是什么？

基本结构怎样？

★

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?

★

3．封闭母线有哪两类？

各用于什么场合？

★

4．电力电缆按绝缘和保护层的不同分为哪几类？

各适用于什么场合？

电缆中间接头盒

和终端盒的作用是什么？

5．电抗器按用途分为哪几类？

其作用各是什么？

★

6．高压断路器的主要用途是什么？

（p81）按采用的灭弧介质分为哪几类？

★

7．高压断路器的基本结构怎样？

有哪些主要技术参数？

8．简述SF6断路器单压式灭弧室的基本结构和灭弧原理。

9．简述I.W6-220型SF。

断路器基本结构和工作原理。

10,简述真空断路器基本结构和工作原理。

11.简述CDl0型操动机构基本结构和工作原理。

12.简述ZN12-10型真空断路器配用的弹簧操动机构基本结构和工作原理。

13.简述BI.G1002A型弹簧操动机构基本结构和工作原理。

14.简述AM系列气动操动机构基本结构和工作原理。

15.简述PKA系列气动操动机构基本结构和工作原理。

16.简述LW6系列断路器液压操动机构基本结构和工作原理。

17.隔离开关的作用是什么？

其分类和基本结构怎样？

其操动机构有哪几种？

★

18．熔断器的主要作用是什么？

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？

★

19.简述RM10型低压熔断器的死弧原理。

20.简述RN1型高压熔断器的灭弧原理。

21.负荷开关的作用是什么？

按其灭弧原理和灭弧介质分为哪几类？

★

22.交流高压接触器的作用是什么？

高压真空接触器的基本结构怎样？

23．简述图3-84中FU3变压器侧发生瞬时性和永久性故障时重合器、熔断器的动作过

程。

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。

★

25.简述电容式电压互感器的工作原理。

26.互感器有哪几种误差？

误差与哪些因素有关？

★

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？

★

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。

★

29.试述串级式电压互感器的工作原理。

30.接触器的作用是什么？

简述其基本结构和工作原理。

31．绘出用磁力起动器控制电动机的电路图，并说明其工作原理（包括热继电器）。

32.自动开关的作用是什么？

简述其基本结构和工作原理

5-4何谓多油断路器？

何谓少油断路器？

试比较它们的经济、技术性能★

5-5少油断路器中的压油活塞起什么作用？

试说明它的作用原理。

5-6真空开关和空气压缩开关采用的灭弧介质是什么？

与油断路器比较，各有何优越性？

5-7六氟化硫气体为什么被作为灭弧介质？

全封闭组合电器（GIS）有哪些优越性？

5-8隔离开关在电路中的作用是什么？

它们的结构特点如何？

适用在何场合？

★

5-9隔离开关、断路器的主要区别是什么？

运行操作时应特别注意什么？

★

5-10熔断器的作用是什么？

普通熔断器与快速熔断器在开断性能上有何区别？

5-11低压熔断器的选择条件是什么？

5-12接触器的主要结构部分是什么？

它在低压控制电路中起什么作用？

电磁起动器与

它比较有什么不同？

5-13自动断路器的主要结构部分和工作原理是什么？

为什么它（含断路器）需要自由

脱扣机构？

试分析它的工作原理。

5-14什么叫互感器？

其作用是什么？

★

5-15电流互感器二次绕组为什么不允许开路？

试说明其理由。

★

5-16电流互感器的准确等级有儿种？

影响电流互感器准确等级的主要因素是什么？

★

5-17什么叫10%误差曲线？

有什么用途？

5-18试画出电流互感器的接线图，各适用于什么场合？

★

5-19电磁式电流互感器按其结构特点分为哪几种？

它们适用于什么场合？

5-20什么叫电压互感器的准确等级？

标准等级分为几种？

在使用中如何选定其准确等级？

5-21影响电压互感器准确等级的主要因素是什么？

★

5-22运行中电压互感器二次绕组为什么不允许短路？

二次绕组中性点接地的目的是什么？

为什么？

5-23三相五柱式电压互感器在磁路结构上有何特点？

为什么可以使用在中性点不接地系统中作为绝缘监察用？

5-24电抗器按用途分为哪几类？

其作用各是什么？

20、目前测量用电流互感器的准确级一般为（C）

A、0.2级B、0.5级C、1级D、3级

第四章电气主接线（重中之重）

第一节对电气主接线的基本要求

第二节有汇流母线的主接线

第三节无汇流母线的主接线

第四节发电厂和变电所主变压器的选择

第五节限制短路电流的措施

第六节互感器避雷器在主接线中的配置

第七节各类发电厂和变电所主接线的特点及实例

第八节主接线的设计原则和步骤

思考题和习题

1．对电气主接线有哪些基本要求？

2．主接线的基本形式有哪些？

★

3．在主接线设计中采用哪些限制短路电流的措施？

★

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？

★

5．绘出分段单母线带旁路（分段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。

★

6．绘出双母线的主接线图，并说明其特点及适用范围。

★

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。

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。

★

9．绘出内、外桥的主接线图，并分别说明其特点及适用范围。

★

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？

★

11,主接线设计的基本步骤怎样？

12.某新建llOkV地区变电胼，llokV侧初期有2回线接至附近发电厂，终期增加2回

线接至一终端变电所；lOkV侧电缆馈线12回，最大综合负荷20MW，经补偿后的功率因

数为o．92，重要负荷占70%。

试初步设计其初、终期的主接线（写出简要的设计说明，绘

出主接线图），并选择主变压器。

13.某新建火电厂有2×50MW_【-200MW三台发电机。

50MW发电机UN一10.skV，

COscpG一o．8；200MW发电机UN=15.7skV，COS9G一o．85；有lokV电缆馈线24回，最大综合负荷60MW，最小负荷40MW,cosg=0.8；高压侧220kV有4回线路与系统连接，不允许停电检修断路器；厂用电率8%。

试初步设计该电厂的主接线（写出简要的设计说明，

绘出主接线图），并选择主变压器。

14．某火电厂主接线设计中，初步选出两个技术性能基本相当的方案。

两方案折算到施

工结束年的总投资和年运行费分别为：

第一方案。

I=6950.94万元，uI=1181.66万元，

第二方案0Ⅱ一7580.85万元，uⅡ一1023.41万元。

取服务年限挖：

25年，投资回收率确一0.1，试用最小年费用法确定最优方案。

1、三相母线的颜色分别规定为（C）

A、红绿黄B、黄红绿C、黄绿红

2、直流母线正负极颜色分别规定为（A）

A、红蓝B、黄白C、红紫

3、大中型发电厂，特别是火力发电厂的厂用电备用方式，常利用（A）方式。

A．明备用B．暗备用C．与系统相连的主变兼作备用

4、线路停电的操作顺序是（D）

A．先分母线隔离开关，再分线路隔离开关，最后分断路器

B．先分线路隔离开关，再分母线隔离开关，最后分断路器

C．先分断路器，再分母线隔离开关，最后分线路隔离开关

D．先分断路器，再分线路隔离开关，最后分母线隔离开关

5、外桥接线适用于（B）

A.线路较长，变压器不需要经常切换B.线路较短，变压器需要经常切换

C.线路较长，变压器需要经常切换D.线路较短，变压器不需要经常切换

6、输电线路送电的正确操作顺序为（　C　）

A．先合母线隔离开关，再合断路器，最后合线路隔离开关

B．先合断路器，再合母线隔离开关，最后合线路隔离开关

C．先合母线隔离开关，再合线路隔离开关，最后合断路器

D．先合线路隔离开关，再合母线隔离开关，最后合断路器

7、在110kV及以上的配电装置中，下述哪种条件下可采用多角形接线?

（B）

A.出线不多且发展规模不明确B.出线不多但发展规模明确

C.出线多但发展规模不明确D.出线多且发展规模明确

8、对厂用I类负荷的供电方式是（C）

A.一般由一个电源供电

B.应由两个独立电源供电，备用电源采用手动切换方式投入

C.应由两个独立电源供电，一个电源消失后，另一个电源要立即自动投入

D.在全厂停电时需要继续供电