电气部分-马永翔李颖峰-习题参考答案

参考答案第1章1.易于转换、便于运输、便于控制。2.生产和汇聚分配电能的作用。其类型见本书的1章所述。3．直接生产、转换和输配电能的设备，称为一次设备。如发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器等。对一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备，称为二次设备。如互感器，计量表计、保护装置、绝缘监测装置、直流电源设备等。4．由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，称为电气主接线。主接线表明电能的生产、汇集、转换、分配关系和运行方式，是运行操作、切换电路的依据。按主接线图，由母线、开关设备、保护电器、测量电器及必要的辅助设备组建成接受和分配电能的装置，称为配电装置。配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。5．通过学习，使学生树立工程观点，了解现代大型发电厂的电能生产过程及其特点，发电、变电和输电的电气部分，新理论、新技术和新设备在发电厂、变电站电气系统中的应用，掌握发电厂电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，为以后从事电气设计、运行管理和科研工作，奠定必需的理论基础。第2章2.1填空题1.弧柱区2.马鞍3.灭弧绝缘4.灭弧操动机构5.较小较大6.固有分闸时间燃弧时间7.明显断开点隔离8.隔离开关屋外额定电流9.短路可靠接地10.铜2.2选择题1.B2.A3.A4.C5.C6.B7.D8.A9.A10.D2.3判断题1.√2.×3.√4.×5.√6.×7.√8.×9.√10.√2.4问答题1．如果验算的结果电流互感器不能满足10%的误差要求，则要采用将两个型号及变比相同的电流互感器串连使用，这样可使允许二次阻抗增大。因为在相同的二次负载阻抗合二次电流的前提下，二次端电压是不变的（端电压等于电流乘阻抗），让一个电流互感器来负担，端电压就是一个互感器的端电压，若让两个电流互感器来负担，这端电压是两个互感器串联后总的端电压，此时，每个互感器只分到1/2的端电压。端电压和二次电势有直接关系，它们间只差一个内阻抗压降，显然，端电压大，电势大，需要的激磁电流也大。而激磁电流大，互感器误差就大。所以，两个电流互感器串联使用时，每个互感器的端电压小，电势小，因而激磁电流占的比例小，电流互感器的误差也小。因此，两个电流互感器串联使用，可以承担更大的二次负载阻抗。2．用电压互感器辅助测量电压，实际上是用它的二次侧量代替所测的一次侧量，因为仪表接在二次侧，被测量却是在一次侧，而这中间必有误差。由于交流量都用向量表示，一个量既有数值又有相位问题，所以，从电压互感器二次所测的量折算到一次去代替一次量，就有电压数值上的误差(称电压误差)和角度即相位误差(称角误差)问题。这些误差与激磁电流的大小、负荷值的大小及负荷的功率因数等有关。由于电压互感器的误差随它的负荷值改变而变化，所以其容量(实际上即供给负荷的功率)是和一定的准确度相适应。一般说的电压互感器的额定容量指的是对应于最高准确度的容量。容量增大，准确度会降低，铭牌上也标出其他准确度时的对应容量。电压互感器的准确度分为O.2、0.5、1和3.O。0.2级用于实验室精密测量，一般发电厂和变电所的测量和保护常用O.5级和1级即可。铭牌上还标着一个“最大容量”，这是由热稳定(长期工作时允许发热条件)确定的极限容量。但一般都不会使负荷达到这个容量。3.要监察交流系统各相对地绝缘，实际上是测各相对地电压，这就需要电压互感器的一次侧中性点接地。但一般三相三柱式电压互感器只能有Y/Y。接线，不能将一次侧中性点抽出接地，所以不能用来监察交流系统对地绝缘。一侧中性点为什么不能抽出接地，原因是如果把三相三柱式电压互感器用于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，而其接线又为Y。/Y。的话，则当系统发生单相接地故障时，将使电压互感器线圈过热，有损坏的可能。如对中性点不接地系统，当C相发生单相接地时，C相对地电压为零，A相和B相对地电压升高3倍。这时出现零序电压。在零序电压作用下，中性点接地的一次侧零序电流是可以流通的。由于三相的零序磁通是同相位的，在三柱铁芯中互相“顶牛”，只能以空气、油和箱壁为其回路，因为空气磁阻很本，故零序磁铁将引起很大的零序空载电流，这就好象一个铁芯线圈抽掉铁芯时，线圈中电流增大一样。这个零序电流比正序空载电流大好几倍。电压互感器的一次线圈导线较细，在发生单相接地的情况下长久使用时，由于线圈过度发热，将会烧毁。载这种情况下，电压互感器的高压熔断器不一定能断，因熔断器熔件的熔断电流往往比这时的电流值大。因此，三柱式电压互感器的中性点一般不引到箱外，以免出错。4．零序电流互感器是一种零序电流滤过器，它的二次侧反应一次系统的零序电流。这种电流互感器的一次线圈就是被保护元件的三个相，用一个铁芯包围住三个相的导线(母线或电缆)，二次线圈就绕在这三个相的铁芯上。正常情况下，由于零序电流互感器一次侧三相电流对称，其向量和为零，铁芯中不会产生磁铁，二次线圈中没有电流。当系统中发生单相接地故障时，三相电流之和不为零(等于3倍的零序电流)，因此，在铁芯中出现零序磁通，该磁通在二次线圈感应出电势，二次电流流过继电器，使之动作。实际上由于三相导体排列不对称，它们与二次线圈间的互感彼此不相等，零序电流互感器的二次线圈中有不平衡电流流过。零序电流互感器一般有母线型和电缆型两种。5．真空开关是利用高度真空进行绝缘和灭弧的真空开关电器的统称。根据用途和要求的不同，它可分为真空断路器、真空负荷开关和真空接触器。真空开关的特点如下：(1)在密封的真空容器中熄弧，电弧和炽热气体不会向外界喷溅，因此不会污染周围环境。(2)真空的绝缘强度高，熄弧能力强，所以触头行程很小，一般均在几毫米以内，因此操动机构的操作功率小，机构简单，使整个开关的体积减小、重量减轻。(3)熄弧时间短，弧压低，电弧能量小，触头损耗小，开断次数多，使用寿命长，一般可达20年左右。(4)动导杆惯性小，适用于频繁操作。(5)开关操作时几乎没有噪音，振动轻微，适用于城区或要求安静的场所使用。(6)灭弧介质或绝缘介质为真空，因而与海拔高度无关，同时没有火灾和爆炸的危险，因此，使用安全。(7)在真空开关管的使用年限内，触头部分不需要维修检查，即使维修检查，所需时间也很短。(8)结构简单，维护工作量小，维护成本低，仅为少油断路器的1/20。(9)具有多次重合闸功能，适合配电网中应用要求。(10)开断能力强，目前开断短路电流已达到50kA。基于上述，35kV变电站内的主开关设备，有条件时尽可能选用真空断路器。6．(1)应考虑使用场合。真空开关尽管能适应频繁操作的要求，但在制造上有其各自不同的标准，如果使用中超出产品的规定，也是不合适的。一般来说，真空接触器仅适用于频繁通断的条件，由于它的开断容量小，当用在短路容量大的回路时，应与熔断器串在一起，构成真空组合开关来使用。当长时通电容量不够时，则应选用能满足频繁动作要求的真空断路器。当作为户外负荷开关使用时，应选用配电真空开关，这种开关往往作为配电线路的自动开关。由于配电线的波阻抗数值较低，即使截流值较高，也不会产生有害的过电压。而用其就地直接控制小容量电动机，则将会产生较高的过电压而危害电动机的绝缘。这时就应该使用真空接触器，并把它装在室外的箱体里。(2)在恶劣环境使用时应加强封闭。真空开关尽管触头部分是密封的，不会因潮气、灰尘、有害气体等影响而降低其开断性能。但是，在特别恶劣的环境中使用时，真空开关管的密封部分、金属部分，特别是波纹管，还是会受到影响而有可能使真空度降低。因此，在这种恶劣环境中使用时，应把开关封闭在箱体内，使真空开关管不与酸性气体等接触。(3)经常检查真空开关机构及本体的导电回路。真空开关管的寿命很长，在寿命期间，一般情况下不必进行真空检查。根据规程要求，在结合设备试验时作绝缘耐压检查，通过绝缘耐压强度的方法来判断气体残漏情况。但是，对真空开关的机构及本体的导电回路还必须经常性的检查，才能确保良好的使用状态。(4)抑制操作过电压。由以上可知，真空断路器与真空接触器在电路中担负的任务不同，所以它们的触头材料也不同。真空断路器注重使用能开断大短路电流能力的触头材料，而真空接触器则注重使用截流值低的触头材料。因此，对后者不必担心截流过电压问题，而对前者要采取措施抑制电感性负荷产生的截流过电压(即操作过电压)如安装金属氧化物避雷器等。7．采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器称为SF6断路器。其特点如下：(1)SF6气体的良好绝缘特性，使SF6断路器结构设计更为紧凑，电气距离小，节省空间，而且操作功率小，噪音小。(2)SF6气体的良好灭弧特性，使SF6断路器触头间燃弧时间短，开断电流能力大，触头的烧损腐蚀小，触头可以在较高的温度下运行而不损坏。(3)SF6断路器的带电部位及断口均被密封在金属容器内，金属外部接地，更好地防止意外接触带电部位和防止外部物体侵入设备内部，设备可靠。(4)SF6气体在低气压下使用时，能够保证电流在过零附近切断，电流截断趋势减至最小，避免截流而产生的操作过电压，降低了设备绝缘水平的要求，并在开断电容电流时不产生重燃。(5)SF6气体密封条件好，能够保持SF6断路器内部干燥，不受外界潮气的影响。(6)SF6气体是不可燃的惰性气体，这可避免SF6断路器爆炸和燃烧，使变电站的安全可靠性提高。(7)SF6气体分子中根本不存在碳，燃弧后，使SF6断路器内没有碳的沉淀物，所以可以消除碳痕，避免绝缘击穿。(8)SF6断路器是全封闭的，可以适用于户内、居民区、煤矿或其他有爆炸危险的场所。8．目前工程上应用的绝缘子，大多数是电瓷绝缘子或玻璃绝缘子。近十来年，一种新的绝缘子正在发展，它的组成材料既不是陶瓷，也不是玻璃，而是有机合成材料，所以人们称之为合成成绝缘子，也称非陶瓷绝缘子、塑料绝缘子或聚合物绝缘子。合成绝缘子的结构主要是采用一种具有高强度的玻璃纤维棒(玻璃钢棒)作为中间芯棒，芯棒外面套上用硅胶作的伞裙，然后在制造过程中，把棒与伞裙粘结成整体，通过高温硫化成型，再在两端配上金属帽制造而成。合成绝缘子的式样与瓷横担或棒式绝缘子基本相似。合成绝缘子的优点如下：(1)电气性能和机械性能都比电瓷绝缘子好；(2)重量比电瓷绝缘子轻，金属部件少；(3)伞裙的直径可以增大、数量可以增多，与棒式电瓷绝缘子相比，在相同的长度下，合成绝缘子的泄漏比距可以增大很多，并且硅橡胶有憎水性的特点，所以防污性能好；(4)合成绝缘子的制造程序方便，容易实现自动化生产。合成绝缘子的缺点如下：(1)电瓷绝缘子已经积有一个世纪的运行经验，且运行可靠，而合成绝缘子的运行时间很短，还不太虑熟；(2)目前合成绝缘子的制造成本比电瓷绝缘子高；(3)合成绝缘子在长期的户外运行中，要耐受大自然(如雨、雪、风、霜、露、结冰、太阳光的曝晒、紫外线的照射、温度的变化等)、电场、化学腐蚀，局部放电以及臭氧和电弧的作用，它的这些耐受能力，一般来说，都不及电瓷绝缘子，而且合成绝缘子长期荷重下吸水性和蠕变性等抗老化的性能都缺乏经验。因此，究竟它是否能具有象电瓷绝缘子那样的优良稳定性能，还需通过长期的实际运行来考验。9．引起污闪的原因主要是由于绝缘子表面存在着脏污导电的水膜，所以解决这个问题的方法之一是阻止这个导电水膜建立。一般来说，在绝缘子表面涂上一层绝缘油(如变压器油、凡士林等)就可以起到把雨雾附在绝缘子表面上的水分积聚成一粒一粒互不相连的水珠(憎水性)的作用，这就可以阻止水分连成导电的水膜，达到不让绝缘子绝缘电阻下降、泄漏电流增大、防止污闪的目的。但是绝缘油混入杂志后，绝缘电阻因受潮下降得很快，局部泄漏电流大增，由此产生的热量会使易燃的油质燃烧起来，燃烧后的灰烬是不绝缘的炭粒，它又使绝缘再继续下降，这样发展下去，剧烈的燃烧会使瓷裙炸裂，并会导致闪络事故。我国在20世纪50年代末期曾经推行过使用凡立水、松香、凡士林及变压器油等作为防污涂料，实践证明这些涂料效果不好，不久便被淘汰，后来才选用有机硅油(硅脂)。有机硅油是一种高分子化合物，由人工使硅元素和碳氢化合物相结合而成。它是非极性的电介质，电气性能比变压器油