第4版发电厂电气部分课后题答案

1-1简述火电厂的分类，其电能生产过程及其特点答：火电厂的分类：1.按原动机分：凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂等。2.按燃料分：燃煤发电厂（煤炭），燃油发电厂（石油提取汽油，煤油，柴油后的渣油），燃气发电厂（天然气，煤气），余热发电厂（工业余热）还有利用垃圾和工业废料的发电厂。3.按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂（蒸汽压力3.92MPa，温度450℃，电机功率小于25MW），高压发电厂（9.9MPa。540℃，100MW），超高压发电厂（13.83MPa,540/540℃，200MW）,亚临界压力发电厂（16.77MPa,540/540℃，300~1000MW），超临界压力发电厂（大于22.11MPa,550/550℃，机组功率600MW,800MW及以上），超超临界压力发电厂（26.25MPa，600/600℃，机组功率1000MW及以上）4.按输出源分：凝汽式汽轮机发电厂（只能向外供应电能，效率较低，只有30％~40％），热电厂（同时向外供应电能和热能的电厂，效率较高，60％~70％）火电厂的电能生产过程：1.燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统。2.锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动机轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统。3.由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，将机械能变为电能，称为电气系统。（凝汽式火电厂电力生产过程）特点：1.火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。2.火电厂的一次性建设投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一般左右，建造工期短，发电设备利用小时数较高。3.火电厂耗煤量大。4.火电厂动力设备繁多，发电组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多与水电厂，运行费用高。5.燃煤发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时，并附加耗用大量燃料。6.火电厂担负调峰、调频或事故备用时，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高。7.火电厂的各种排放物对环境污染较大。1-2简述水电厂的分类，其电能生产过程及其特点答：水电厂的分类：一：按集中落差的方式分：1.堤坝式水电厂（坝后式和河床式，，根据厂房位子）在落差较大的适宜地段拦河建坝，形成水库将水积蓄起来，抬高上游水位.2.引水式水电厂：在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头，而且一般不需修坝或只低堰，适用于水头很高的情况。3.混合式水电厂：在适宜开发的河段拦河筑坝，坝上游河段的落差由坝集中，坝下游河段的落差由压力引水道集中，而水电厂的水头则由这两部分落差共同形成。二：按径流调节的程度分：1.无调节水电厂（如果水电厂取水口上游没有打的水库，就不能对径流进行调节以适应水电厂用水要求）2.有调节水电厂（上游有较大的水库，能按照水电厂的用水要求对天然来水流量进行调节）（日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。水电厂的特点：1.可综合利用水能资源（除发电外，还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游，并且可以将一天河流分为若干河段分别修建水利枢纽，实行梯级开发）2.发电成本低，效率高3.运行灵活（设备简单易于实现自动化，机组启动快，适于承担系统的调峰，调频和作为事故备用）4.水能可储蓄和调节5.水力发电不污染环境6.水电厂建设投资较大，工期较长7.水电厂建设和生产都收到河流的地形，水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之别，因而发电部均衡8.由于水库的兴建，土地淹没，移民搬迁，给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度上破坏自然界的生态平衡水电厂基本的生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，讲机械能转换成电能。1-3简述抽水蓄能电厂在电力系统中的作用及其效益答：作用：1.调峰（电力系统峰荷的上升与下降变动比较强烈，抽水蓄能机组响应符合应动的能力很强，能够跟踪负荷的变化，在白天适合担任电力系统峰荷中的尖峰部分）2.填谷（在夜间或者周末，抽水蓄能电厂利用电力系统富裕电能抽水，使火电机组不必降低输出功率和保持在热效率较高的区间运行，从而节省燃料，并提高电力系统运行的稳定性）（特色）3.事故备用（启动灵活，迅速）4.调频5.调相6.黑启动（在黑启动刚开始时，无需外来电源支持能迅速自动完成机组的自启动，并想部分电力系统供电）7.蓄能（水能借助抽水蓄能电厂的上游水库储存，把下游的水抽到上游水库，以位能形式储存起来）效益：1.容量效益（在电力系统负荷出现高峰时，大型抽水蓄能电厂可以像火电厂一样发电，能有效地担负电力系统的工作容量和备用容量，减少电力系统对火电机组的装机容量要求，从而实现节省火电设备的投资和运行费用）2.节能效益3环保效益（燃煤含硫大于1％的电厂必须安装脱硫装置）4动态效益（可归纳为调频，调相，快速负荷跟踪，事故备用，提高供电可靠性和黑启动）5.提高火电设备利用率6,对环境没有污染课美化环境1-9简述300MW发电机电气主接线的特点及主要设备答：特点：1发电机与主变压器的连接采用发电机-变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔离开关2.在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电3.在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器4在发电机出口侧和中性点侧没相装有电流互感器4只。5.发电机中性点接有中性点接地变压器6.高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器4只。主要电气设备：1.发电机（额定功率300MW,额定电压为20KV，额定电流为10189A，COSα=0.85，额定转速为3000r/min）2.主变压器(额定容量为360MVA，额定电压为242+/-2*2.5％、20KV，额定电流为858.9/10392.3A，联结组号为YNd11，∆𝑃0=177𝐾𝑊，𝐼0%=0.3，∆𝑃𝐾=809𝐾𝑊,𝑈𝐾%=11。)3.高压厂用变压器（额定容量为40/20-20MWA,额定电压为20+/-2*2.5％/6.3-6.3KV,联结组号为Dd12d12。4电压互感器5.高压熔断器（RN4-20,额定电压为20KV，额定电流为0.35A，最大开断电流有效值为20KA，三相最大开断容量为4500MVA）6.电流互感器（LGD-20型，变比为12000/5A）7.中性点接地变压器(形式为干式，单相，额定电压为20KV/0.23KV,额定容量为25KVA，二次侧负载电阻为0.5~0.6Ω，实际为高电阻接地方式，用来限制电容电流)1-10简述600MW发电机组电气主接线的特点及其主要设备答：特点：1.发电机与主变压器的连接采用发电机—变压器单元接线，发电机和主变压器之间没有断路器与隔离开关。根据实际情况发电机和主电压器之间可设置断路器和隔离开关，但需技术经济分析论证确定。2.主变压器采用三相双绕组变压器，低压侧绕组接成三角型，高压侧绕组接成星型，高压器高压侧中性点接地方式为直接接地。3。在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器和一台高压公用变压器，供给厂用电。4.在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。5.在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。6.发电机中性点接有中性点接地变压器。7.高压厂用变压器高压侧，每相配置套管式电流互感器3只。8.主变压器高压侧每相各配置套管式电流互感器3只，中性点配置电流互感器1只。主要电气设备：1.发电机（额定功率为600MW，额定电压为20KV，额定电流为19245A，COSα=0.9，额定转速为3000r/min）2.主变压器（三相双绕组变压器，额定容量为720MVA。额定电压为550/20KV，调压范围为550/√3(1+−3∗2.5％）𝐾𝑉，额定电流为755.8/20784.6A（高压/低压），联结组号YNd11,∆𝑃0=278.4𝑘𝑤,𝐼0%=0.12,∆𝑃𝐾=1280𝑘𝑤,𝑈𝐾%=13.5)。3.电压厂用变压器（额定容量为50/31.5——31.5MVA，额定电压为20+/-8*1.25％/6.3—6.3KV，联结组号Dyn1yn1）4.电压互感器5.电流互感器（LRD-20型，变比为12000/5A）6.中性点接地变压器（干式，单相，额定电压为20/0.35KV,额定容量为25KVA，其二次侧接负载电阻值为0.5~0.6Ω）7.高压熔断器（RN4-20型，额定电压为20KV，额定电流为0.35A，最大开断电流有效值为20KA，三相最大开断容量为4500MVA）8.避雷器（FCD2-20型）2-4屋内配电装置中，安装有100mm*10mm的矩形铝导体，导体正常运行温度为𝜃𝑤=70℃,周围空气温度为𝜃0=25℃。试计算该导体的载流量。答：无风无日照时导体的载流量为I=√𝑄1+𝑄𝑓𝑅1.求交流电阻R。温度20℃时的铝的电阻率𝜌20=0.029𝛺𝑚𝑚2/𝑚。铝的电阻温度系数α=0.00403℃−1。当温度为70℃时，1000m长铝导体的直流电阻为𝑅𝑑𝑐=1000𝜌20[1+𝛼(𝜃𝑊−20)]𝑆=1000∗0.029∗[1+0.00403∗(70−20)]100∗10=0.0348435（𝛺）对于√𝑓𝑅𝑑𝑐=√500.00348435=119.79及𝑏ℎ=1,集肤系数𝐾𝑓=1.05,则每米长导体的交流电阻为R=1.05∗0.0348435∗10−3=0.0366∗10−32.求对流散热量𝑄1。对流散热面积𝐹1=2𝐴1+2𝐴2=2∗1001000+2∗101000=0.22（𝑚2𝑚)对流散热系数𝛼1=1.5（𝜃𝑊−𝜃0)0.35=1.5∗(70−25)0.35=5.6848[𝑊/(𝑚2℃)]所以求得对流散热量𝑄1=𝛼1(𝜃𝑊−𝜃0)𝐹1=5.6848∗（70−25）∗0.22=56.27952（𝑊𝑚)3.求辐射散热量𝑄𝑓。单位长导体的辐射散热面积𝐹𝑓=2𝐴1+2𝐴2=2∗1001000+2∗101000=0.22(𝑚2𝑚)因导体表面涂漆，取辐射系数ε=0.95，求得辐射散热量为𝑄𝑓=5.7𝜀[(273+𝜃𝑤100)4−(273+𝜃0100)4]𝐹𝑓=5.7∗0.95∗[(273+70100)4−(273+25100)4]∗0.22=70.94（𝑊𝑚)4.计算导体的载流量。求的100mm*10mm铝导体的载流量为I=√𝑄1+𝑄𝑓𝑅=√56.27952+70.940.0366∗10−3=1864.41（A）查表看是否符合2-6电动力对导体和电气设备的运行有何影响？答：电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力较小，因而不易为人们所察觉。而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值，当载流导体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏。为了防止这种现象发生，必须研究短路冲击电流产生的电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定性。必要时也可采用限制短路电流的措施。3-7三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现在哪一相上，试加以解释。答：三相平等导体发生三相短路时最大电动力出现在中间相B相上，因为三相短路时，B相冲击电流最大。4-5一台半断路器接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。4-8电气主接线中为什么要限制断路电流？通常采用哪些方法？答：短路电流要比额定电流大