發(fā)電廠電氣部分習題解答

發(fā)電廠電氣部分習題集發(fā)電廠電氣部分習題集--#-第6章 導體和電氣設備的原理與選擇6-1什么是驗算熱穩(wěn)定的短路計算時間tk以及電氣設備的開斷計算時間tbr?答：演算熱穩(wěn)定的短路計算時間tk為繼電保護動作時間tpr和相應斷路器的全開斷時間tbr之和，而tbr是指斷路器分斷脈沖傳送到斷路器操作機構的跳閘線圈時起，到各種觸頭分離后的電弧完全熄滅位置的時間段。6-2開關電器中電弧產生與熄滅過程與那些因素有關?答：電弧是導電的，電弧之所以能形成導電通道，是因為電弧柱中出現了大量的自由電子的緣故。電弧形成過程：⑴電極發(fā)射大量自由電子：熱電子+強電場發(fā)射；⑵弧柱區(qū)的氣體游離，產生大量的電子和離子：碰撞游離+熱游離。電弧的熄滅關鍵是去游離的作用，去游離方式有2種：復合：正負離子相互吸引，彼此中和；擴散：弧柱中的帶電質點由于熱運行逸出弧柱外。開關電器中電弧產生與熄滅過程與以下因素有關：⑴電弧溫度；⑵電場強度；⑶氣體介質的壓力；⑷介質特性；⑸電極材料。6-3開關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，如采用SF6氣體；2）采用特殊金屬材料作滅弧觸頭；3）利用氣體或油吹動電弧，吹弧使帶電離子擴散和強烈地冷卻面復合；4）采用多段口熄??；5）提高斷路器觸頭的分離速度，迅速拉長電弧，可使弧隙的電場強度驟降，同時使電弧的表面突然增大，有利于電弧的冷卻和帶電質點向周圍介質中擴散和離子復合。6-4什么叫介質強度恢復過程?什么叫電壓恢復過程?它與那些因素有關?答：弧隙介質強度恢復過程是指電弧電流過零時電弧熄滅，而弧隙的絕緣能力要經過一定的時間恢復到絕緣的正常狀態(tài)的過程為弧隙介質強度的恢復過程?；∠督橘|強度主要由斷路器滅弧裝置的結構和滅弧介質的性質所決定，隨斷路器形式而異?；∠峨妷夯謴瓦^程是指電弧電流自然過零后，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，一直恢復到電源電壓的過程，這一過程中的弧隙電壓稱為恢復電壓。電壓恢復過程主要取決于系統(tǒng)電路的參數，即線路參數、負荷性質等，可能是周期性的或非周期性的變化過程。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量表計?答：計量用電流互感器接線方式的選擇，與電網中性點的接地方式有關，當為非有效接地系統(tǒng)時，應采用兩相電流互感器，當為有效接地系統(tǒng)時，應采用三相電流互感器，一般地，作為計費用的電能計量裝置的電流互感器應接成分相接線（即采用二相四線或三相六線的接線方式），作為非計費用的電能計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，能否采用同型號的兩個互感器在二次側串聯(lián)或并聯(lián)使用？答：可以將電流互感器串聯(lián)使用，提高二次側的容量，但是要求兩個電流互感器型號相同。因為電流互感器的變比是一次電流與二次電流之比。兩個二次繞組串聯(lián)后，二次電路內的額定電流不變，一次電路內的額定電流也沒有變，故其變比也保持不變。二次繞組串聯(lián)后，因匝數增加一倍，感應電勢也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一個二次繞只承擔二次負荷的一半，從而誤差也就減小，容易滿足準確度的要求。在工程實際中若要擴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，如果在運行中電壓互感器的絕緣損壞，高電壓就會竄入二次回路，將危及設備和人身的安全。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？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構，同時又與互感器運行狀態(tài)（二次負荷Z2L及運行鐵心的磁導率R值）有關。6-9運行中為什么不允許電流互感器二次回路開路？答：需要強調的是電流互感器在運行時，二次繞組嚴禁開路。二次繞組開路時，電流互感器由正常工作狀態(tài)變?yōu)殚_路狀態(tài)，12=0，勵磁磁動勢由正常為數甚小的10N1驟增為11N1,鐵心中的磁通波形呈現嚴重飽和和平頂波，因此，二次繞組將在磁能過零時，感應產生很高的尖頂電動勢，其值可達數千伏甚至上萬伏（與Ki及Ii大小有關），危及工作人員的安全和儀表、繼電器的絕緣。由于磁感應強度劇增，會引起鐵心和繞組過熱。此外，在鐵心中還會產生剩磁，使互感器準確級下降。6-10三相三柱式電壓互感器為什么不能測量相對地電壓？答：為了監(jiān)視系統(tǒng)各相對地絕緣情況，就必須測量各相的對地電壓，并且應使互感器一次側中性點接地，但是，由于普通三相三柱式電壓互感器一般為Y,yn型接線，它不允許一次側中性點接地，故無法測量對地電壓．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接地，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，將有零序磁通在鐵芯中出現．由于鐵芯是三相三柱的,同方向的零序磁通不能在鐵芯內形成閉和回路,只能通過空氣或油閉合,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)或三臺單相互感器接成YN,yn型接線.6-11運行中為什么不允許電壓互感器二次回路短路？答：當電壓互感器二次側發(fā)電短路時，由于回路中電阻R和剩余的電抗XL-XC均很小，短路電流可達到額定電流的幾十倍，此電流將產生很高的共振過電壓，為此在LL上關聯(lián)放電間隙EE,用以保護。此外由于電容式電壓互感器系由電容(C1C2)和非線性電抗所構成,當受到二次側短路或斷開等沖擊時,由于非線性電抗的飽和,可能激發(fā)產生某次諧波鐵磁諧振過電壓，為了擬制諧振的產生，常在互感器二次側接入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；4)變壓器6-13如圖6-14所示接線，設25MW發(fā)電機(UN=10.5kV,IN=1718A),回路裝有儀表:電流表3只,有功功率表、無功功率表、有功電能表、無功電能表、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量表計用的電流互感器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(基準容量Sd=100MVA),出線最大負荷為560A,出線保護動作時間tpr=1s。解：假設選擇斷路器為SN10-10IINbr=16kA，全分閘時間tbr=0.1s，基準容量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-10-600-4,參數如下：x(%)=4%i=38.28kA121=342(kA)2?s計算如下：L es t

3)電壓損失和殘壓校驗：一 ,m、IU八~5500*10000電抗標么值：x=x(%)t—n=0.04義 =0.349電"標值 *l lIU 600義10500NdTOC\o"1-5"\h\zx=x'+x=0.14+0.349=0.489空初 *L短路計算時間：t=t+1=1+0.1=1.1s，查短路電流計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(%)Imaxsin5=0.04義竺義2.24%<5%LI 600NI" 12.1AU(%)=x(%)—=0.04*——=80.7%>60%~70%reLI 0.6N4)動、熱穩(wěn)定校驗。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，電壓損失、殘壓、動熱穩(wěn)定均滿足要求。6-15按經濟電流密度選擇的導體，為何還必須按長期發(fā)熱允許電流進行校驗？配電裝置的匯流母線，為何不按經濟電流密度選擇導體截面？答：略6-16設發(fā)電機容量為25MW,最大負荷利用小時數Tmax=6000h,三相導體水平布置，相間距離a=0.35m,發(fā)電機出線上短路時間t=0.2s,短路電流I"=27.2kA,I =21.9kA,k t/2kI=19.2kA。周圍環(huán)境溫度+40°C。試選擇發(fā)電機引出導體。tk解：1)按經濟電流密度選擇導線截面。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 的三條矩形導體水平布置允許電流I=3284A,集膚效應al25。CK=1.7截面積為 °當環(huán)境溫度為40。。時：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。正常運行時導體溫度：I2 180420=0+(0-0)fx=40+(70—40) =54。。0al0I2 16812al00查表6—9,得熱穩(wěn)定系數C=93，則滿足短路時發(fā)熱的最小導體截面為：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)電機出口短路待會，非周期分量等值時間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)滿足熱穩(wěn)定要求。3)動穩(wěn)定校驗。導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可不計母線共振影響。取發(fā)電機出口短路時，沖擊系數K=0.9,則

i=1.9v21"=2.69x27.2=73.17(kA)sh母線相間應力計算如下：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力計算如下：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所選襯墊跨距應小于L及L。cr bmax6-17選擇100MW發(fā)電機和變壓器之間母線橋的導體。已知發(fā)電機回路最大持續(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Qk=421.1(kA)2s解：1)按經濟電流密度選擇導線截面。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的雙槽形導體水平布置導體截面積 允許電流I =10150A，集膚效應系數K=1.285。當環(huán)境溫度為