發(fā)電廠電氣部分習(xí)題集發(fā)電廠電氣部分習(xí)題集--#-第6章 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理與選擇6-1什么是驗(yàn)算熱穩(wěn)定的短路計(jì)算時(shí)間tk以及電氣設(shè)備的開(kāi)斷計(jì)算時(shí)間tbr?答：演算熱穩(wěn)定的短路計(jì)算時(shí)間tk為繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tpr和相應(yīng)斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間tbr之和，而tbr是指斷路器分?jǐn)嗝}沖傳送到斷路器操作機(jī)構(gòu)的跳閘線圈時(shí)起，到各種觸頭分離后的電弧完全熄滅位置的時(shí)間段。6-2開(kāi)關(guān)電器中電弧產(chǎn)生與熄滅過(guò)程與那些因素有關(guān)?答：電弧是導(dǎo)電的，電弧之所以能形成導(dǎo)電通道，是因?yàn)殡娀≈谐霈F(xiàn)了大量的自由電子的緣故。電弧形成過(guò)程：⑴電極發(fā)射大量自由電子：熱電子+強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射；⑵弧柱區(qū)的氣體游離，產(chǎn)生大量的電子和離子：碰撞游離+熱游離。電弧的熄滅關(guān)鍵是去游離的作用，去游離方式有2種：復(fù)合：正負(fù)離子相互吸引，彼此中和；擴(kuò)散：弧柱中的帶電質(zhì)點(diǎn)由于熱運(yùn)行逸出弧柱外。開(kāi)關(guān)電器中電弧產(chǎn)生與熄滅過(guò)程與以下因素有關(guān)：⑴電弧溫度；⑵電場(chǎng)強(qiáng)度；⑶氣體介質(zhì)的壓力；⑷介質(zhì)特性；⑸電極材料。6-3開(kāi)關(guān)電器中常用的滅弧方法有那些?答：有以下幾種滅弧方式：1）利用滅弧介質(zhì)，如采用SF6氣體；2）采用特殊金屬材料作滅弧觸頭；3）利用氣體或油吹動(dòng)電弧，吹弧使帶電離子擴(kuò)散和強(qiáng)烈地冷卻面復(fù)合；4）采用多段口熄?。?）提高斷路器觸頭的分離速度，迅速拉長(zhǎng)電弧，可使弧隙的電場(chǎng)強(qiáng)度驟降，同時(shí)使電弧的表面突然增大，有利于電弧的冷卻和帶電質(zhì)點(diǎn)向周?chē)橘|(zhì)中擴(kuò)散和離子復(fù)合。6-4什么叫介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程?什么叫電壓恢復(fù)過(guò)程?它與那些因素有關(guān)?答：弧隙介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)過(guò)程是指電弧電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅，而弧隙的絕緣能力要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間恢復(fù)到絕緣的正常狀態(tài)的過(guò)程為弧隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)過(guò)程?；∠督橘|(zhì)強(qiáng)度主要由斷路器滅弧裝置的結(jié)構(gòu)和滅弧介質(zhì)的性質(zhì)所決定，隨斷路器形式而異?；∠峨妷夯謴?fù)過(guò)程是指電弧電流自然過(guò)零后，電源施加于弧隙的電壓，將從不大的電弧熄滅電壓逐漸增長(zhǎng)，一直恢復(fù)到電源電壓的過(guò)程，這一過(guò)程中的弧隙電壓稱(chēng)為恢復(fù)電壓。電壓恢復(fù)過(guò)程主要取決于系統(tǒng)電路的參數(shù)，即線路參數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等，可能是周期性的或非周期性的變化過(guò)程。6-5電流互感器常用的二次接線中，為什么不將三角形接線用于測(cè)量表計(jì)?答：計(jì)量用電流互感器接線方式的選擇，與電網(wǎng)中性點(diǎn)的接地方式有關(guān)，當(dāng)為非有效接地系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用兩相電流互感器，當(dāng)為有效接地系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用三相電流互感器，一般地，作為計(jì)費(fèi)用的電能計(jì)量裝置的電流互感器應(yīng)接成分相接線（即采用二相四線或三相六線的接線方式），作為非計(jì)費(fèi)用的電能計(jì)量裝置的電流互感器可采用二相三線或三相的接線方式，6-6為提高電流互感器容量，能否采用同型號(hào)的兩個(gè)互感器在二次側(cè)串聯(lián)或并聯(lián)使用？答：可以將電流互感器串聯(lián)使用，提高二次側(cè)的容量，但是要求兩個(gè)電流互感器型號(hào)相同。因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯淖儽仁且淮坞娏髋c二次電流之比。兩個(gè)二次繞組串聯(lián)后，二次電路內(nèi)的額定電流不變，一次電路內(nèi)的額定電流也沒(méi)有變，故其變比也保持不變。二次繞組串聯(lián)后，因匝數(shù)增加一倍，感應(yīng)電勢(shì)也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一個(gè)二次繞只承擔(dān)二次負(fù)荷的一半，從而誤差也就減小，容易滿(mǎn)足準(zhǔn)確度的要求。在工程實(shí)際中若要擴(kuò)大電流互感器的容量，可采用二次繞組串聯(lián)的接線方式。不能將電流互感器并聯(lián)使用。6-7電壓互感器一次繞組及二次繞組的接地各有何作用？接地方式有何差異？答：電壓互感器一次繞組直接與電力系統(tǒng)高壓連接，如果在運(yùn)行中電壓互感器的絕緣損壞，高電壓就會(huì)竄入二次回路，將危及設(shè)備和人身的安全。所以電壓互感器二次繞組要有一端牢固接地。6-8電流互感器的誤差與那些因素有關(guān)？答：電流互感器的電流誤差fi及相位差而決定于互感器鐵心及二次繞組的結(jié)構(gòu)，同時(shí)又與互感器運(yùn)行狀態(tài)（二次負(fù)荷Z2L及運(yùn)行鐵心的磁導(dǎo)率R值）有關(guān)。6-9運(yùn)行中為什么不允許電流互感器二次回路開(kāi)路？答：需要強(qiáng)調(diào)的是電流互感器在運(yùn)行時(shí)，二次繞組嚴(yán)禁開(kāi)路。二次繞組開(kāi)路時(shí)，電流互感器由正常工作狀態(tài)變?yōu)殚_(kāi)路狀態(tài)，12=0，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)由正常為數(shù)甚小的10N1驟增為11N1,鐵心中的磁通波形呈現(xiàn)嚴(yán)重飽和和平頂波，因此，二次繞組將在磁能過(guò)零時(shí)，感應(yīng)產(chǎn)生很高的尖頂電動(dòng)勢(shì)，其值可達(dá)數(shù)千伏甚至上萬(wàn)伏（與Ki及Ii大小有關(guān)），危及工作人員的安全和儀表、繼電器的絕緣。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，會(huì)引起鐵心和繞組過(guò)熱。此外，在鐵心中還會(huì)產(chǎn)生剩磁，使互感器準(zhǔn)確級(jí)下降。6-10三相三柱式電壓互感器為什么不能測(cè)量相對(duì)地電壓？答：為了監(jiān)視系統(tǒng)各相對(duì)地絕緣情況，就必須測(cè)量各相的對(duì)地電壓，并且應(yīng)使互感器一次側(cè)中性點(diǎn)接地，但是，由于普通三相三柱式電壓互感器一般為Y,yn型接線，它不允許一次側(cè)中性點(diǎn)接地，故無(wú)法測(cè)量對(duì)地電壓．假使這種裝置接在小電流接地系統(tǒng)中，互感器接成YN,yn型，既把電壓互感器中性點(diǎn)接地，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，將有零序磁通在鐵芯中出現(xiàn)．由于鐵芯是三相三柱的,同方向的零序磁通不能在鐵芯內(nèi)形成閉和回路,只能通過(guò)空氣或油閉合,使磁阻變得很大,因而零序電流將增加很多,這可能使互感器的線圈過(guò)熱而被燒毀．所以,普通三相三柱式電壓互感器不能作絕緣監(jiān)視用,而作絕緣監(jiān)視用的電壓互感器只能是三相五柱式電壓互感器(花」亞)或三臺(tái)單相互感器接成YN,yn型接線.6-11運(yùn)行中為什么不允許電壓互感器二次回路短路？答：當(dāng)電壓互感器二次側(cè)發(fā)電短路時(shí)，由于回路中電阻R和剩余的電抗XL-XC均很小，短路電流可達(dá)到額定電流的幾十倍，此電流將產(chǎn)生很高的共振過(guò)電壓，為此在LL上關(guān)聯(lián)放電間隙EE,用以保護(hù)。此外由于電容式電壓互感器系由電容(C1C2)和非線性電抗所構(gòu)成,當(dāng)受到二次側(cè)短路或斷開(kāi)等沖擊時(shí),由于非線性電抗的飽和,可能激發(fā)產(chǎn)生某次諧波鐵磁諧振過(guò)電壓，為了擬制諧振的產(chǎn)生，常在互感器二次側(cè)接入D。6-12在發(fā)電廠中,電壓互感器的配置原則有那些？答：1)母線；2)線路；3)發(fā)電機(jī)；4)變壓器6-13如圖6-14所示接線，設(shè)25MW發(fā)電機(jī)(UN=10.5kV,IN=1718A),回路裝有儀表:電流表3只,有功功率表、無(wú)功功率表、有功電能表、無(wú)功電能表、電壓表及頻率表各1只，互感器距控制室的距離為60m。試選擇該回路中供測(cè)量表計(jì)用的電流互感器4及電壓互感器13。解：6-14選擇10kV配電裝置的出線斷路器及出線電抗器。設(shè)系統(tǒng)容量為150MVA,歸算至10kV母線上的電源短路總電抗X肛=0.14(基準(zhǔn)容量Sd=100MVA),出線最大負(fù)荷為560A,出線保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tpr=1s。解：假設(shè)選擇斷路器為SN10-10IINbr=16kA，全分閘時(shí)間tbr=0.1s，基準(zhǔn)容量Sd=100MVAUd=10.5kV,1d=5.5kAx(%)=(-L—x')INU^義100%=(55—0.14)600*10500*100%=2.33%Lt初IU 16 5500*10000Nbr dN選擇4%的電抗NKL-10-600-4,參數(shù)如下：x(%)=4%i=38.28kA121=342(kA)2?s計(jì)算如下：L es t

3)電壓損失和殘壓校驗(yàn)：一 ,m、IU八~5500*10000電抗標(biāo)么值：x=x(%)t—n=0.04義 =0.349電"標(biāo)值 *l lIU 600義10500NdTOC\o"1-5"\h\zx=x'+x=0.14+0.349=0.489空初 *L短路計(jì)算時(shí)間：t=t+1=1+0.1=1.1s，查短路電流計(jì)算曲線并換算成短路電流kprbr有名值，/”=12.1kA,I =9.9kA,I=9.35kA。0.55 1.1電壓損失和殘壓分別為：2.24%<5%AU(%)氏x(chóng)(%)Imaxsin5=0.04義竺義2.24%<5%LI 600NI" 12.1AU(%)=x(%)—=0.04*——=80.7%>60%~70%reLI 0.6N4)動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。Q=I"Q=I"2+1012+12 t/2tf

k^12k12.12+9.92+9.35212義1.1=30.42(kA)2?s<342(kA)2?si=Kx/21"=2.55x12.1=30.86(kA)<38.28(kA)shsh可見(jiàn)，電壓損失、殘壓、動(dòng)熱穩(wěn)定均滿(mǎn)足要求。6-15按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的導(dǎo)體，為何還必須按長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流進(jìn)行校驗(yàn)？配電裝置的匯流母線，為何不按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面？答：略6-16設(shè)發(fā)電機(jī)容量為25MW,最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax=6000h,三相導(dǎo)體水平布置，相間距離a=0.35m,發(fā)電機(jī)出線上短路時(shí)間t=0.2s,短路電流I"=27.2kA,I =21.9kA,k t/2kI=19.2kA。周?chē)h(huán)境溫度+40°C。試選擇發(fā)電機(jī)引出導(dǎo)體。tk解：1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。Imax1.05PrImax1.05Pr N—3UUcos5N1.05x25x103.v3x10.5x0.8=1804(A)查圖6-17曲線2查圖6-17曲線2,得：J=0.68A/mm2則：I 1804=-max= J 0.68=2653(mm2)選擇10X 的三條矩形導(dǎo)體水平布置允許電流I=3284A,集膚效應(yīng)al25。CK=1.7截面積為 °當(dāng)環(huán)境溫度為40。。時(shí)：f■70-40I=K-I= —義3284=0.816義3284=2681(A)>(I =1804A)TOC\o"1-5"\h\zal40。C al25。C\'70—25 max2)熱穩(wěn)定校驗(yàn)。正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度：I2 180420=0+(0-0)fx=40+(70—40) =54。。0al0I2 16812al00查表6—9,得熱穩(wěn)定系數(shù)C=93，則滿(mǎn)足短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為：Q=Q+QkpnpI"2I"2+1012+12t./2 t.tk-12k27.22+21.92+19.2212義0.2=26.47(kA)2?s發(fā)電機(jī)出口短路待會(huì)，非周期分量等值時(shí)間T取0.2sQ=T-I"2=0.2x272=148.0(kA)2?snpQ=Q+Q=26.47+148.0=174.47(kA)2?skpnpSmin—tSmin—tQkKf.1174.47x106x1.793=185(mm2)<3000(mm2)滿(mǎn)足熱穩(wěn)定要求。3)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。導(dǎo)體自振頻率由以下求得：m=hxbxpw=0.1x0.01x2700=2.7kg/mbh2J=bh2J= 120.01x0.13-~12=0.83x10-6(m4)/N、EJ3.5617x1010x0.83x10-6f=、，一=—— =522(Hz)>155Hz1Lm 12 2.7可不計(jì)母線共振影響。取發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，沖擊系數(shù)K=0.9,則

i=1.9v21"=2.69x27.2=73.17(kA)sh母線相間應(yīng)力計(jì)算如下：f=1.73x10-7xi2/a=1.73x10-7x731702/0.35=2646(N/m)ph shbh2W=—=0.5x0.01x0.12=50x10一6(m3)P廠需二102640x10-6"期x106()母線同相條間作用應(yīng)力計(jì)算如下：b10h—100=0.1, b10h—100=0.1, 10—=0.091b+h10+1002b-b4b-b 30，b+h110=0.273K=0.45,K=0.6貝人TOC\o"1-5"\h\z12 13f=8(K+K)x10-9xi2/b=8x(0.45+0.6)x10-9x731702/0.01=4497(Pa)b 12 13 sh臨界跨距L(每相三條鋁導(dǎo)體九二1197)及條間襯墊最大跨距L分別為：cr bmaxL=Xb4h/f=1197x0.0140.1/4497=0.822(m)cr bL =b、：2h(o-o)/f=0.01J2x0.1(70-5.2)x106/4497=0.54(m)bmax Yalphb所選襯墊跨距應(yīng)小于L及L。cr bmax6-17選擇100MW發(fā)電機(jī)和變壓器之間母線橋的導(dǎo)體。已知發(fā)電機(jī)回路最大持續(xù)工作電流Imax=6791A,Tmax=5200h,連接母線三相水平布置，相間距離a=0.7m,最高溫度+35°C,母線短路電流I"=36kA,短路熱效應(yīng)Qk=421.1(kA)2s解：1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。I=6791A，I=6791A，T=5200hmax max查圖6-17曲線2,得：J=0.78A/mm2則：I-max=J6791

078=8706(mm2)選擇h=225mm,b=105mm,C=12.5mm,r=16mm的雙槽形導(dǎo)體水平布置導(dǎo)體截面積 允許電流I =10150A，集膚效應(yīng)系數(shù)K=1.285。當(dāng)環(huán)境溫度為