发电厂电气知识点.doc

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发电厂电气总结

本文纯手打，不具备任何权威性，请参考者留意！

如有错误，请见谅

1.电能与其他形式能相比的特点：

（1）用于生产电能的一次能源广泛，所以电能可以大规模生产；电能运送简单，便于远距离传输和分配。

（2）电能方便转换，可以方便地转化成其他形式的能；同时使用方便，易于实现有效而精确的控制。

（3）损耗小。

输送电能是损耗比输送机械能和热能损耗小的多。

（4）效率高。

电能代替其他能源可以提高能源利用率，还可以提高效率。

（5）电能在使用时无污染，噪声小，被称为‘“清洁能源”。

2.500KV变电站电气主接线：

（1）变电站电气主接线由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成。

（2）电气主接线是整个变电站电气部分的主干电路，500KV变电站是电力系统的枢纽站，在电力系统中的低位极为重要，起安全可靠运行将直接影响整个系统的安全稳定运行，所以对500KV变电站可靠性要求较高。

目前我国500KV变电站的电器接线一般采用双母线四分段带专用旁路母线接线和3/2断路器接线两种接线方式。

（3）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。

3.现代高压断路器中广泛采用以下几种方式灭弧：

（1）利用灭弧介质。

电弧中的去游离程度很大程度上取决于电弧周围戒指的特性，当前高压断路器主要采用真空介质及SF6气体介质。

（2）采用特殊金属材料作灭弧触头。

采用熔点高，导热系数和热容量大的耐高温金属材料作触头材料，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸气，抑制弧隙介质的游离作用。

（3）采用灭弧介质或电流磁场吹动拉长与冷却电弧。

利用各种结构形式的灭弧室，使气体或油产生巨大的压力兵有力的吹向弧隙，将使带电粒子扩散和强烈的冷却而复合。

（4）采用多断口熄弧。

（5）提高断路器触头的分离速度。

（6）断路器加装并联电阻。

4.什么是碰撞游离、热游离、复合和扩散？

（1）碰撞游离：

阴极表面发射出的电子和弧隙中原有的少数电子在强电场的作用下，向阳极方向运动，不断地与其他粒子发生碰撞，将中性粒子中的电子击出，游离成正离子和新的自由电子，新产生的电子也向阳极加速运动，同样也会使它所碰撞的中性点游离，这种游离过程就是碰撞游离。

（2）热游离：

电弧形成之后，维持电弧燃烧所需的游离过程。

电弧产生后弧隙的温度很高，具有足够动能的中性质点不规则热运动速度增加，互相碰撞游离出电子和正离子的现象。

（3）复合：

是指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。

两异号电荷要在一定时间内，处在很近的范围内才能完成复合过程，两者相对速度越大，复合可能性就越小。

（4）扩散：

是指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质中的现象。

扩散去游离主要有

①浓度扩散，指带电质点将会由浓度高的弧道向浓度低的弧道周围扩散，使弧道中的带电质点减少。

②温度扩散，指弧道中的高温带电质点将向温度低的周围介质中扩散

5.为什么SF6断路器能在高压、特高压领域独占市场？

因为SF6断路器采用的灭弧介质SF6气体具有无毒、不可燃、绝缘性能高和灭弧能力远超过一般介质的特点，且SF6断路器具有优良的开断性能，运行可靠性高，维护工作量少，所以在高压特高压领域独占市场。

6.隔离开关与断路器的主要区别何在？

运行中对它们的操作程序应遵循那些重要则？

答：

主要区别：

断路器可有载操作，具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，用作为接通或切断电路的控制电器。

隔离开关一般是无载操作，没有灭弧装置，其开合电流能力极低，只能用作设备停运后退出工作是断开电路，保证与带电部分隔离，起隔离电压的作用。

重要原则：

断路器“先断后通”；隔离开关“先通后断”

隔离开关是不能带负荷操作的，断开操作：

先断开隔离开关负荷侧的断路器，再断开隔离开关；关合操作：

先闭合隔离开关，然后再闭合隔离开关负荷侧的断路器。

7.主母线和旁路母线各起什么作用？

设置专用旁路器和以母线断路器或分段断路器兼作旁路断路器，各有什么特点？

检修出线断路器时，如何操作？

答：

①主母线：

主要用来汇集电能和分配电能。

②旁路母线：

主要用于配电装置检修短路器时不致中断回路而设计的 。

③设置专用旁路断路器的特点：

极大地提高了供电可靠性，但增加了一台旁路断路器的投资。

④设置母联断路器或分段断路器兼作旁路断路器的特点：

可以减少设备，节省投资。

8.发电机-变压器单元接线中，在发电机和双绕组变压器之间通常不装设断路器，有何利弊？

利：

避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时受到制造条件或价格过高等原因造成的困难。

弊：

①当主变压器或厂用高压变压器发生故障时，除了跳主变压器高压侧出口断路器外，还需跳发电机磁场断路器，而即使磁场断路器跳开后也不能迅速灭磁，所以一段时间内鼓掌电流仍然很大；若磁场断路器据跳，则后果更严重。

②当发电机定子绕组本身故障时，变压器高压侧断路器失灵据跳或者因通道原因远方跳闸信号失效，都会导致鼓掌切除时间大大延长，使发电机、主变压器严重损坏。

③发电机故障跳闸时，将失去厂用工作电源，这种情况下备用电源的快速切换极有可能不成功，因而机组面临厂用电中断的威胁。

9.一台半断路器接线与双母线带旁路接线相比较，各有何特点？

一台半断路器接线中的交叉布置有何意义？

答：

一台半断路器接线，运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，并且调试和扩建也方便。

但是其接线费用太高，只适用与超高电压线路中。

双母线带旁路母线中，用旁路母线替代检修中的回路断路器工作，使该回路不停电，适用于有多回出线又经常需要检修的中小型电厂中，但因其备用容量太大，耗资多，所以旁路设备在逐渐取消。

一台半断路器接线中的交叉布置比非交叉接线具有更高的运行可靠性，可减少特殊运行方式下事故扩大。

10.电气主接线中通常采用哪些方法限制短路电流？

1）在发电厂和变电站的6~10KV配电装置中，加设限流电抗器。

A）母线电抗器。

装设在母线分段处，让发电机出口断路器、变压器低压侧断路器、母联断路器和分段断路器等都能按各回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级。

B）线路电抗器。

用来限制电缆馈线回路短路电流。

C）分裂电抗器。

2）采用低压分裂绕组变压器。

在采用扩大单元接线方式时，对发电机出口短路电流具有明显的限制作用。

3）采用不同的主接线形式和运行方式。

选用计算阻抗较大的接线和运行方式，增大系统阻抗，减小短路电流。

题4-10某220KV系统的重要变电站设置2台120MV*A的主变压器，220KV侧有4回进线，110KV侧有10回出线且均为Ⅰ、Ⅱ类负荷，不允许停电检修出线断路器，应采用何种接线方式？

画出接线图并简要说明。

单母线接线：

110kV出线（含联络线）回路≥2回。

单母线分段接线：

110～220kV，出线为3～4回的装置中。

双母线接线：

110～220kV出线回路数为5回及以上时。

双母线分段接线：

220kV进出线为10～14回的装置。

旁路母线:

220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的接线；

解：

（1）220kV侧4回进线，主接线可采用单母线分段或双母线接线形式。

（2）110kV侧10回且不允许停电检修断路器，采用双母线带旁路母线接线（带专用旁路断路器）

题4-11（本题答案摘自网上，仅供参考）某新建热电厂，2×25MW＋2×50MW共4台发电机，U=6.3kV,发电机电压级有10条电缆馈线，最大综合负荷为30MW，最小为20MW，厂用电率为10％，高压侧为110kV，有4回线路与电力系统相连，试初步设计该厂电气主接线图，并选择主变台数和容量。

主接线图上应画出各主要电气设备及馈线，可不标注型号和参数。

解：

（1）原始资料分析和主接线拟定 

地方热电厂具有较多的发电机电压出线，在地方负荷较低时，应能将多余电能送入系统，而地方负荷较大时，能从系统倒送电能。

发电机电压等级为6.3kV，地方负荷最大为30MW，最小为20MW，采用2台25MW发电机接入发电机电压等级母线的方式，发电机电压等级母线宜采用双母线3分段接线。

在满足地方负荷的前提下，2台50MW机组采用单元接线，将电能送入110kV电力系统。

110kV出线4回，采用双母线，若需检修出线断路器不停电则采用双母线带旁路。

（2）变压器台数和容量的选择 两电压等级之间的主变压器 

为确保对发电机电压母线上负荷供电可靠性，主变压器台数不应少于2台，且并列运行。

正常运行时，发电机电压母线上负荷为最小负荷时，主变压器送往系统的最大剩余功率为：

 当一台发电机故障时，主变压器从系统倒送功率满足发电机电压母线的最大负荷，有：

 当一台变压器退出运行时，应能送出剩余功率的70%以上：

所以主变压器容量应大于17.5MW，可选SF7-25000/110kV 

单元接线的两台变压器：

 所以单元接线主变压器容量应大于49.5MW，可选SFZ7-63000/110kV 

若采用扩大单元接线，则有：

 此时主变容量应大于99MW，不易选择，需定制，经济性差。

11.高压厂用电系统中性点接地方式

高压（3、6、10KV）厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关；当接地电容电流小于10A时，可采用不接地的方式，也可采用经高电阻接地方式；当接地电容电流大于10A时，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。

一般发电厂的高电压厂用电系统多采用中性点经高电阻接地方式。

①中性点不接地方式：

在接地电容电流小于10A的高压厂用电系统中采用。

②中性点经高电阻接地方式：

适用于接地电容电流小雨10A，且为了降低间歇性弧光接地过电压水平和便于寻找接地故障点的情况。

③中性点经消弧线圈接地方式：

适用于大机组高压厂用电系统接地电容电流大于10A情况。

12.备用电源和启动电源

厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。

备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得厂用电源。

启动电源一般是指机组在启动或停运过程中，工作电源不可能供电的工况下为该机组的厂用负荷提供的电源。

因此，启动电源实质上也是一个备用电源。

我国目前对200MW以上大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源，统称启动（备用）电源。

最常用的引接方式：

①从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器）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获得足够电源容量。

③从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线引接。

这样，有可能因采用变比较大的厂用高压变压器，增大高压配电装置的投资而致经济性较差，但可靠性较高。

④当技术经济合理，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立备用电源或启动电源。

13.电动机的自启动校验

（1）厂用系统中运行的电动机，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。

若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短时间（一般在0.5—1.5秒）内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。

（2）根据运行状态，自启动可分为三类：

①失压自启动。

运行中突然出现事故，厂用电压降低，当事故消除、电压恢复时形成的自启动。

②空载自启动。

备用电源处于空载状态时，自动投入失去电源的工作母线段时形成的自启动。

③带负荷自启动。

备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作母线段时形成的自启动。

厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源则需考虑失压自启动、空载自启动及带负荷自启动等三种方式。

（3）电动机自启动时厂用母线电压最低限值

为使厂用电系统能稳定运行，规定电动机正常启动时，厂用母线电压的最低允许值为额定电压的80%；电动机端电压最低值为额定电压的70%。

（4）电动机自启动校验

—电压校验

①单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验。

②电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。

—容量校验（两点重要结论）

①当电动机额定启动电流倍数大，变压器短路电压高，机端残压要求高时，允许自启动的功率就小；

②发电机母线电压高，厂用变压器容量大，电动机效率和功率因数均高时，允许参加自启动的功率就大。

（5）为保证重要厂用机械的电动机能自启动，通常可采取以下措施：

①限制参加自启动的电动机数量。

对不重要的设备的电动机加装低电压保护装置，延时0.5秒断开，不参加自启动。

②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启动，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。

这样，不仅保证该部分电动机的逐级自启动，而且改善了其他未曾断开的重要电动机的自启动条件。

③对重要的厂用机械设备，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。

④在不得已情况下，或增大厂用变压器的容量，或结合限制短路电流问题一起考虑时适当减小厂用变压器的阻抗值。

题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：

㈠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；⑶带负荷自启动。

㈡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。

㈢若不能满足自启动条件，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启动，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。

题5-10（本题摘自网上答案，仅供参考） 已知某火电厂厂用6kV备用变压器容量为12.5MVA,Uk（%） = 8，要求同时自启动电动机容量为11400kW，电动机启动平均电流倍数为5，cosφ = 0.8，η = 0.90。

试校验该备用变压器容量能否满足自启动要求。

题6-1什么是验算热稳定的短路计算时间tk及电气设备的开断计算时间tk~？

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tbr之和，而tk~为主保护时间tpr1和断路器固有分闸时间tin之和。

题6-2断路器与隔离开关在选择与校验上有什么异同？

答：

相同点：

①额定电压和电流的选择，需满足UN≥USN，IN≥Imaxx，式中，UN、USN分别为断路器和电网的额定电压，KV；IN、Imax分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流，A。

②短路热稳定和动稳定校验，校验式为It2t≥Qk，ies≥ish

不同点：

①在选择断路器型式时，应依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定；而隔离开关选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。

②由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

断路器开断电流选择：

高压断路器的额定开断电流是指在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流，是表征高压断路器开端能力的重要参数。

高压断路器在低于额定电压下，开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，故开断电流仍有一极限值，（极限开断电流）而高压断路器的开断电流不能超过这个极限值。

③断路器短路关合电流的选择：

为保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流iNcl不能小于短路电流最大冲击值isb,即iNcl≥isb。

题6-3发电机断路器有何特殊要求？

（1）额定值方面的要求。

发电机断路器要求承载的额定电流特别高，而且开断的短路电流特别大，远超同等电压等级的输配电断路器。

（2）开断性能方面的要求。

发电机断路器应具有开断非对称短路电流的能力，还应具有关合额定短路电流的能力，以及开断失步电流等能力。

（3）固有恢复电压方面的要求。

发电机的瞬态恢复电压不由系统决定，发电机和变压器的容量等级越高，瞬态恢复电压上升的越快。

14.限流电抗器的选择

常用限流电抗器有普通和分裂两种，选择方法基本相同。

（1）额定电压和额定电流的选择。

额定电压和额定电流需满足UN≥USN，IN≥Imax

当分裂电抗器用于发电厂的发电机或主变压器回路时，Imax一般按发电机或主变压器额定电流的70%选择；而用于变电站主变压器回路时，Imax取两臂中负荷电流较大者，当无负荷资料时，一般也按发电机或主变压器额定电流的70%选择。

（2）电抗百分值的选择（P203~205）

普通电抗器：

①按将短路电流限制到要求值来选择。

②电压损失校验。

正常运行时电抗器电压损失不得大于额定电压的5%。

③短路时母线残压校验。

若出线电抗器回路未设置速断保护，当线路电抗器

短路时，母线残压应不低于电网电压额定值的60%~70%，如不满足，可加设

快速保护或在线路正常运行电压降允许的范围内加大电抗百分值。

分裂电抗器：

①按将短路电流限制到要求值来选择。

②电压波动检验。

正常运行时要求两臂母线电压波动不得大于母线额定电压

的5%。

③短路时残压及电压偏移校验。

分裂电抗器电源测的残压百分数应不低于电

网电压额定值的60%~70%。

（3）热稳定和动稳定校验。

普通电抗器和分裂电抗器的动、热稳定校验相同，

均应满足：

It2t≥Qk，ies≥ish

其中分裂电抗器除分别按单臂流过短路电流校验外，还应按两臂同时流过反向短路电流进行动稳定校验。

*在选择分裂电抗器是，还应注意电抗器布置方式和进出线端子角度的选择。

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）具有扩建的可能。

7-2 试述最小安全净距的定义及其分类。

答：

各带电设备之间应相隔一定距离，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同带电部分之间的空间最小安全净距，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、外配电装置中有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、E五类。

7-3 试述配电装置的类型及其特点。

答：

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋个配电装置；按其组装方式，可分为装配式和成套式。

I屋内配电装置的特点：

1）由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；2）维修、巡视和操作在室内进行，可减少维护工作量，不受气候影响；3）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；4）房屋建设投资较大，建设周期长，但可采用价格较低的户内设备。

II屋外配电装置的特点：

1）土建工作量和费用较小，建设周期短；2）与屋内配电装置相比，扩建比较方便；3）想念设备之间距离较大，便于带电作业；4）与屋内配电装置相比，占地面积积大；5）受外界环境影响，设备运行条件较差，需加强绝缘；6）不良气候对设备维修和操作影响大。

III成套配电装置的特点：

1）电气设备封闭可半封闭的金属中，相间和对地距离可缩小，结构紧凑，上地面积小；2）所有设备已在工厂组装成一体；3）运行可靠性高，维护方便；4）耗用钢材较多，造价较高。

7-4 简述配电装置的设计原则和设计要求。

答：

配电装置的设计原则是

1）配电装置的设计应贯彻国家法律法规，执行国家的建设方针和技术经济政策，符合安全可靠、运行维护方便、经济合理、环境保护的要求。

2）应根据电力负荷性质、容量、环境条件、运行维护等要求，合理的选用设备和制定布置方案，在技术经济合理时应选用效率高、能耗小的电气设备和材料。

3）应根据工程特点。

规模和发展规划，做到远、近期结合，以近期为主。

4）必须坚持节约用地原则。

5）应符合现行的有关国家标准和行业标准的规定。

配电装置的设计要求：

1）满足安全净距的要求；2）施工、运行和检修的要求；3）噪声的允许标准及限制措施；4）静电感应的场强水平和限制措施；5）电晕无线电干扰和控制。

15.成套配电装置

（1）按照电气主接线的标准配置或用户的具体要求，将同一功能回路的开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都组装在全封闭或半封闭的金属壳（柜）体内，形成标准模块，由制造厂按主接线成套供应，各模块在现场装配而成的配电装置成为成套配电装置。

优点有：

1、运行可靠性高、检修周期长、维护方便；

　　2、金属外壳接地，有电磁屏蔽作用；

　　3、现场土建和安装工作量小，建设速度快，大量节省地面积和空间；

　　4、设备高度和重心低，使用E．脆性绝缘子少，故抗震性好。

（2）成套配电装置分为低压配电屏（开关柜）、高压开关柜和SF6全封闭组合电器三类。

按安装地点不同又分为屋内和屋外型。

本文未收录书P54、P60例题2-2、2-3，再次强调，本文纯手打，为个人整理，仅供参考，如有不当之处，敬请谅解。

--水易工作室出版

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