发电厂电气部分-第三版-习题参考答案

1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部分（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）提高供电的可靠性；（2）减少系统中总备用容量的比重；（3）减少总用电负荷的峰值；（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节性能；（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、3kV、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、154kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV。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50Hz±0.2Hz，对中小电力系统，频率的允许范围是50Hz±0.5Hz。（2）我国规定用户处的电压容许变化范围是：1）由35kV及以上电压供电的用户：±5％；2）由10kV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、直接接地、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。中性点直接接地、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（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，对电力用户的继续供电并无影响。缺点：两个非故障相的对地电压升高至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升高影响。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，但欠补偿时容易发生振荡，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：可靠性较低，发生单相接地故障时，故障的送电线路被切断，因而使用户的供电中断。经电阻接地运行方式的优点：使接地电容电流向阻性发展，避免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。低电阻接地接地时则接地电流较大。（3）目前我国所用的电压等级范围1）对于6～l0kV系统，主要由电缆线路组成的电网，在电容电流超过7A时，采用电阻接地。在电容电流低于7A，或由架空线组成的电网，则采用不接地的运行方式；2）6~20kV发电机或调相机回路，中性点可采用不接地、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）35kV系统，一般均采用中性点经消弧线圈接地的方式；4）110kV及以上系统，一般均采用中性点直接接地的方式。在一些多雷山区，为了提高供电的可靠性，有的110kV系统中性点也采用经消弧线圈接地的方式；5）1kV以下系统，中性点采用不接地的方式运行。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需要而直接接地。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下列公式估计：1）对于架空电网IC=(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IC=0.1U-（A）式中U-——电网线电压（kV）；l——有直接电连接的这一电压级电网送电线路的长度（km）。（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发展规划，并按过补偿方式考虑，其容量按下式计算S=1.5IC·U（kVA）式中IC——电网一相接地电容电流（A）；U——电网相电压（kV）。37．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，或者各机组间产生剧烈的相对运动，以至于系统的频率和电压大幅度变化，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继续保持各发电机之间同步运行的问题。根据系统受到扰动的大小及运行参数变化特性的不同，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，能够自动恢复到原有运行状态的能力。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，经历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能力。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能力。第二章短路电流的计算1．何谓短路？引起短路的主要原因是什么？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与相之间或相与地之间（中性点直接接地系统）通过电弧或其它较小阻抗而形成的一种非正常连接。（2）发生短路的原因1）电气设备载流部分绝缘损坏。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）意外事件引起的短路。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，引起温度升高，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，严重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安全。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分量的有限值称为次暂态短路电流，是校验断路器开断能力的依据；（2）短路电流在短路后半个周期(t=0.01s)时，瞬时值达到最大，该最大值称为冲击短路电流，是校验电气设备动稳定能力的依据；（3）出现在冲击短路电流ish处的周期分量有效值和非周期分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，检验断路器的开断能力；（4）短路后，非周期分量衰减完，暂态过程结束，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。43．用标么值对元件电抗和短路电流计算有什么好处?如何将任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）用标么值进行计算时，只要选定的基准容量相同，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）相间电压的标么值与相电压的标么值相等；3）三相功率的标么值与单相功率的标么值相等；4）三相电路的欧姆定律公式I*=U*/X*，功率方程式S*=U*·I*与单相电路相同；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*=I*=1/X*（2）任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XN、UN、SN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22**ddNNNddUSSUXXXX计算，当UN与Ud相等时，可按公式：NdNdSSXX**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Xs→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变化很小。在分析及计算时，为了方便认为该电源是一内部阻抗ZG=0（xG=0，rG=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）对等值电路图进行化简，求出短路回路总电抗X*；4）进行短路电流的计算。周期短路电流标么值的计算公式：XIP1周期短路电流有效值的有名值等于其标么值乘以电流基准值，公式为Ip=Ip*·Id=Id/X*5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inp按指数曲线衰减aTtnpnpeii0冲击短路电流的计算公式为：ish=2Ksh·Ip其中Ksh为短路电流冲击系数，对无限大容量电源Ksh=1.8。5．如何用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期分量的有效值?答：用运算曲线计算发电机供电的任意时刻三相短路电流周期分量的有效值的方法：（1）求短路回路总电抗的计算电抗Xca；1）作出计算电路图；2）根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）按下列公式求出计算电抗2avNcaUSXX或dNcaSSXX（2）查所需周期短路电流有效值的标么值Ipt*1）按电源性质及求得的计算电抗Xca*选择运算曲线；2）次暂态短路电流I的标么值I*，查t=0时曲线；3）稳态短路电流I的标么值I*，查t=4时曲线；4）需要其它时刻短路电流Ipt*时，查t时的曲线。若所查时刻t，没有曲线可采用插值法对于Xca*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、ish、I0.2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题计算用图图2-8-1等值电路图图2-8-2等值电路化简（一）图2-8-3等值电路化简（二）图2-8-4等值电路化简（三）答：10.320.14530.14540.52550.52560.34910.370.072540.52580.87490.3725100.328110.76（1）网络化简1）画等值电路图，各电抗按顺序编号，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Sd=SN=100MVA，Ud=Uav发电机：X1=Xd·Sd/SN=0.3·100/100=0.3线路：X2=X3=Xl·L·SN/Uav2=0.4×48×100/1152=0.145变压器：X4=X5=(Ud%/100)·Sd/SN=(10.5/100)×100/20=0.525电抗器：X6=(Xdk%/100)·(UN/3IN)·(Sd/Uav2)=(6/100)×(6/1.53)×(100/6.32)=