发电厂电气部分复习题纲含答案21页版

题型：

填空题、简答题、论述题、判断题和改错题 画/识图及倒闸操作

《发电厂电气部分》复习提纲

第一章 能源和发电

1、 一次能源：指自然界中现在存在，可直接取得和利用而又不改变其基本形态的能量，如煤炭、

天然气、水能、风能等。

二次能源：指由一次能源经能源转换成的另一种形态的能源产品，如电力、蒸汽、煤气、焦油、

汽油等

发电厂：将各种一次能源转变为电能的工厂

按一次能源的不同发电厂分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂 太阳能发电厂、潮汐发电厂、磁流体发电厂

2、火、水、核等发电厂

火电厂的分类：

（1）按原动机分：凝汽式汽轮发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽—燃气轮机发电厂。 （2）按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂。

（3）按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂。

（4）按输出能源分：凝汽式发电厂，热电厂。

（5）按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂，中容量发电厂，大中容量发电厂，大容量发电厂。

300MW发电机组为亚临界火力发电机组，600MW发电机组为超临界火力发电机组，（前两种为主力机组），1000MW发电机组为超超临界火力发电机组

火电厂的电能生产过程及其能量转换过程

能量的转换过程是：燃料的化学能－>热能－>机械能－>电能。

火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。整个过程可以分为三个阶段：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、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机转子旋转，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，把机械能变为电能，称为电气系统。 发电厂的电气系统包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等 水力发电厂的分类：

（1）按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂（坝后式，河床式），引水式水电厂，混合式水电厂。 （2）按径流调节的程度分类：无调节水电厂，有调节水电厂（根据水库对径流的调节程度：日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。

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水力发电厂的基本生产过程

基本生产过程是：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，将机械能转换成电能。

抽水蓄能电厂

以一定水量为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能，其上、下游均需有水库以容畜能量转换所需要的水量，且必须兼备抽水和发电两类设施。

工作原理：在电力系统低谷时，利用电力系统待供的富裕电能，将下游水库中的水抽到上游水库，以位能形式储存起来；待到电力系统负荷高峰时，再将上游水库中的水放出来，驱动水轮发电机组，并送往电力系统，这时以发电的水又回到下游水库。抽水蓄能电厂既是一个吸收低谷电能的电力用户，又是一个提供峰荷电力的发电厂。

抽水蓄能电厂的作用：

（1）调峰，（2）填谷，（3）事故备用，（4）调频，（5）调相，（6）黑启动，（7）蓄能。

核能发电厂

反应堆：把实现大规模可控核裂变链式反应的装置称为核反应堆

生产过程：利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的发电方式将热能转换为机械能，再转换为电能，它的反应堆相当于火电厂的锅炉。

轻水堆核电厂与重水堆核电厂的区别：轻水堆是以普通水作为慢化剂和冷却剂，而重水堆以氧化氘作为慢化剂。

分类：轻水堆核电站可以分为压水堆核电站和沸水堆核电站。

区别：压水堆核电厂最大的特点是整个系统分成两大部分，即一回路系统和二回路系统。一回路和二回路通过蒸汽发生器连接，彼此隔离，保证万一燃料元件的包壳破损，只会使一回路水的放射性增加，而不致影响二回路水的品质。这样就大大增加了核电站的安全性。

在沸水堆核电厂中，堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器去除水分后直接送入汽轮机做功，

省去了既大而贵的蒸汽发生器，但有将放射性物质带入汽轮机的危险。为使堆芯功率沿轴向分布均匀，与压水堆不同，沸水堆的控制棒是从堆芯下部插入的。

3、发展联合电力系统的效益

（1）各系统间电负荷的错峰效益。

（2）提高供电可靠性、减少系统备用容量。 （3）有利于安装单机容量较大的机组。 （4）进行电力系统的经济调度。 （5）调峰能力互相支援。

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联网所带来的问题：（1）增加联络线和电网内部加强所需的投资以及联络线的运行费用

（2）当系统间联系较弱时，将有可能引起调频方面的复杂性和出现低频振荡，

为防止上述现象会增加投资或运行的复杂性

（3）增加了系统的短路容量，可能导致增加或更换已有设备 （4）增加了联合电网的通信和高度自动化的复杂性

第二章 发电、变电和输电的电气部分

1、根据电气设备的作用不同将电气设备分为一次设备和二次设备（填空或简答）

一次设备：通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。主要包括：

（1）生产和转换电能的设备。（发电机、电动机、变压器）

（2）接通或断开电路的开关电器。(断路器、隔离开关、负荷开关、接触器和熔断器) （3）限制故障电流和防御过电压的保护电器。(电抗器、避雷器) （4）载流导体。（裸导体、电缆）

（5）互感器，包括电压和电流互感器。

（6）无功补偿设备（并联电容器、串联电容器和并联电抗器） （7）接地装置。

二次设备：对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备，称二次设备。 主要包括：

（1）测量表计，如电压表、电流表、频率表、功率表和电能表。 （2）继电保护、自动装置及远动装置。

（3）直流电源设备，包括直流发电机组、蓄电池组和整流装置。 （4）操作电器、信号设备和控制电缆。

2、电气接线：根据各种电气设备的作用及要求，按一定方式用导体连接起来所形成的电路。

一次电路（电气主接线）：由一次设备按预期生产流程所连成的接受和分配电能的电路 二次电路（二次接线）：由二次设备所连成的电路

3、断路器、隔离开关的区别

断路器、隔离开关的区别：断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合正常电流、过负荷电流和短路电流，用作接通或切断电路的控制电器。在故障情况下，受继电保护的作用，能将电路自动切断。隔离开关由于没有灭弧装置，其开合电流能力极低，只能用作设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用和倒闸操作。

断路器的作用：在正常情况下控制各输电线路和设备的开断及关合；在电力系统发生故障时，自动

开断短路电流以保证电力系统正常运行

隔离开关的用途：设备检修时，隔离开关用来隔离有电和无电部分，形成明显断点，以保证工作人

员和设备的安全；隔离开关和断路器相配合，进行倒闸操作，以改变系统接线的运行方式

4、母线的作用

母线的作用：起汇集和分配电能的作用

300MW及以上的发电机组都采用离相封闭母线

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直流输电的基本原理：将送端的高压交流电，经换流变压器变换电压后，由换流器将高压交流电转换成高压直流电，通过直流输电线路输送到另一端换流站，再由换流站将高压直流电转换成高压交流电，然后经过换流变压器与受端交流电网相连，实现将电能送到受端的高压交流系统。

5、封闭母线的作用

优点：（1）减少接地故障，避免相间故障。封闭母线因为具有金属外壳保护，基本上可消除外界潮

气、灰尘和外界异物引起的接地故障，基本避免了相间短路的故障，提高了运行的可靠性。 （2）减少了母线周围钢构件发热。母线导体电流在全连离相封闭母线的外壳上感应出大小与

母线电流几乎相等、方向相反的轴向环流，邻相的剩余磁场在外壳上感应出涡流，环流和涡流能起双重屏蔽作用，使壳外磁场均大大降低，其在周围钢构件感应出的涡流和功率损耗很小，从而使附近钢构件发热得到较好的改善。

（3）减少相间电动力。由于金属外壳的屏蔽作用，是短路电流产生的磁通大大减弱，降低了

相见短路时的电动力。

（4）母线封闭后通常采用微正压充气方式运行，可以防止绝缘子结露，提高运行可靠性，

并为母线导体采用强迫通风冷却创造条件。

（5）运行可靠性高。防止了相间故障，外壳多点接地可保障工作人员的安全。 （6）施工安装方便，运行维护工作小。 缺点：（1）母线散热条件差（2）外壳上产生损耗（3）金属消耗量增加

6、发电机中性点接地方式及作用

发电机中性点接地方式：接有中性点接地变压器，发电机中性点为高电阻接地方式。作用：发电机中性点为高电阻接地系统，目的是限制电容电流，限制发电机电压系统发生弧光接地时产生的过电压，使之不超过额定电压的2.6倍，以保证发电机及其其他设备的绝缘不被击穿。

7、影响输电电压等级发展的主要原因

（1）长距离输送电能 （2）大容量输送电能

（3）节省基建设投资和运行费用 （4）电力系统互联

8、电压互感器的用途：（1）供电量结算用（2）用作继电保护的电压信号源（3）用作合闸或重合闸检查同期、检测无压信号

9、并联高压电抗器在电网中的作用：补偿高压输电线路的电容和吸收容性无功功率，防止电网轻负荷时因容性功率过多而引起电压升高。（1）限制工频电压升高（2）降低操作过电压（3）消除发电机带长线出现自励磁（4）避免长距离输送无功功率并降低网损（4）限制潜供电流，有利于单相自动重合闸

第三章 常用计算的基本方法和理论

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长期发热：由正常运行时工作电流产生；短时发热：由故障时短时电流产生。

1、发热对电气设备的影响

答：（1）使绝缘材料的绝缘性能降低； （2）使金属材料的机械强度下降； （3）使导体接触部分的接触电阻增加。 电气设备运行中必须注意的问题：发热和电动力

2、导体发热和散热的主要形式

答：导体发热的主要形式有对流、辐射和导热三种。

对流：由气体各部分相对位移将热量带走的过程；

辐射：热量从高温物体以热射线方式传到低温物体的过程；

导热：由于分子或自由电子的运动，将热量从高温区带至低温区的传递热量的过程

3、导体的发热计算是根据能量守恒原理，即导体产生的热量与耗散的热量应相等来计算

QR?Qt?Ql?Qf

在稳定状态时，母线电阻损耗的热量及吸收太阳热量之和应等于母线辐射散热和空气对流散热之和（由于空气导热量很小可略去不计）。 QR为单位长度导体电阻损耗的热量；Qt为单位长度导体吸收太阳辐射的热量；Ql为单位长度导体的对流散热量；Qf为单位长度导体向周围介质辐射的散热量；

4、导体载流量的计算

通过分析导体长期通过工作电流时的发热过程计算导体载流量 I2R??w?wF??w(?w??0)F?Ql

?Qf

计及日照：

I??wF(?w??0)RQl?Qf?QtI?　　R?Ql?QfR提高载流量：（1）减小电阻 ① 采用电阻率小的材料，如铜、铝等；② 减小接触电阻，如接触表

面镀锡或银等；③ 增大截面积

（2）增大导体的散热面积 在同样的截面积S下，圆形导体的表面积较小，而矩形或

槽形的表面积较大。

（3）提高散热系数 ① 导体的布置采用散热最佳的方式，如矩形截面坚放较平放散热

效果好；② 屋内配电装置的导体表面涂漆；③ 采用强迫冷却

5、短时发热：指短路开始至短路被切除为止很短一段时间内导体发热的过程。

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程大于去游离过程，将会使电弧更加强烈地燃烧；反之，将会使电弧燃烧减弱，以致最终熄灭。 交流电弧具有过零点自然熄灭和动态伏安特性两大特点 交流电弧的熄灭条件

决定灭弧的基本因素：弧隙的介质强度的恢复过程和加在弧隙上的弧隙电压的恢复过程 在t＝0电流过零瞬间，介质强度突然出现0a（0a’、0a”）升高的现象，称为近阴极效应。 高压断路器的灭弧原理：利用电弧电流每半周过零自然熄灭的特点，加强去游离使灭弧介质强度恢复速度大于系统恢复电压上升速度，是电弧不再重燃。因此需要校验断路器的额定开断电流和额定关合电流能力。

3、现代高压开关电器的常用灭弧方法

（1）利用灭弧介质。

（2）利用特殊金属材料作灭弧触头。

（3）利用气体或油吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却而复合。 （4）采用多断口熄弧。

（5）提高断路器触头的分离速度。（迅速拉长电弧，降低弧隙电场强度；并使电弧的表面加大，利于冷却电弧和带电质点的在周围介质中的扩散和离子复合。）

触头两端的并联电阻可以改变恢复电压的特性，当并联电阻的数值低于临界电阻时，可将具有周期振荡特性的恢复电压过程转变为非周期性恢复过程，从而，大大降低恢复电压的幅值和恢复速度，相应地可增加断路器的开断能力。

4、断路器开断三相短路路、首先开断相、后续开断相

答：当三相发生短路时，断路器就开断三相电路，但是，各相电流过零时间不同，因此，电弧电流过零就有先后。先过零的一相电弧熄灭，此相称为首先开断相。其后开断的相，称为后续开断相。 通常，对中性点直接接地系统，两相接地故障的工频恢复电压均较三相接地故障低，且认为三相直接短路的机会极少，故依据三相接地短路时的故障取首相开断系数为1.3；而对中性点不接地系统，一般以三相短路故障（接地或不接地都相同）为最高，即首相开断系数为1.5.若计及在中性点不接地系统中的异地两相接地故障，则计算短路电流开断相的工频恢复电压最大时，K1=1.73。

断路器开断三相电流包括开断中性点不直接接地与直接接地系统的三相接地短路电路，断路器在开断短路电路时，首先开断相的恢复电压最大，所以，断口电弧的熄灭，关键所在于首先开断相。但是，后续开断相，燃弧时间将比首先开断相延长0.005s，相对来讲，电弧能量又较大，因而可能使触头烧坏、喷油、喷气等现象比首先开断相更为严重。

5、发电机断路器的特殊要求

a 额定值方面的要求：发电机断路器要求承载的额定电流和开断的短路电流，都远超过相同电压等级的输配电断路器。

b 开断性能方面的要求：应具有开断非对称短路电流的能力；还应具有关合额定短路电流的能力，该电流的峰值为额定短路开断电流有效值的2.74倍；以及要具有开断失步电流的能力。

c 固有恢复电压方面的要求：发电机的瞬态恢复电压是由发电机和升压变压器的参数决定的，而不是系统决定的。所以瞬态恢复电压的上升率取决于发电机和变压器的容量等级，等级越高，瞬态恢复电压上升得越快。

不需要校验隔离开关的额定开断电流和额定关合电流能力。

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减极性标志法

6、为何电流互感器二次绕组严禁开路

答：因为二次绕组开路时，电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，I2 = 0 ，励磁磁动势由正常为数甚小的I0N1骤增为I1N1，铁心中的磁通波形呈现严重饱和的平顶波，因此，二次绕组将在磁通过零时，感应产生很高的尖顶波电动势，其值可达数千伏甚至上万伏，危及工作人员安全和仪表、继电器的绝缘。由于磁感应强度骤增，会引起铁心和绕组过热。此外，在铁心中还会产生剩磁，使互感器准确级下降。

7、电压互感器、电流互感器的准确级定义

答：电流互感器：在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。

电压互感器：在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，符合功率因数为额定值时，电压误差的最大值。

8、额定准确限值一次电流和准确限值系数，是表征保护用电流互感器反映电网短路电流能力的重要参数。复合误差等于准确极限值的一次短路电流称为额定准确限值一次电流。而额定准确限值一次电流与额定一次电流的比值，称为额定准确限值系数，系数标准值为5、10、15、20、30等 电流互感器的接线方式：单相接线、星形接线、不完全星形接线

9、3－35kV、110kV及以上不同电压等级时，电压互感器与电网的连接方式

（1）一台单相电压互感器用于110kV及以上中性点接地系统中，测量相对地电压；用于35kV及以下中性点不接地系统时，只能测量相间电压，不能测量相对地电压。 （2）三相式（应用于3~35kV电压等级）及三台单相三绕组电压互感器构成YNynd11接线，或YNyd11接线（应用于各个电压等级），其二次侧星形绕组用于测量相间电压或相对地电压，需抽取同期并列电压时b相接地（y接地），否则为中性点接地（yn接线）；而剩余绕组三相首尾串联接成开口三角形，在中性点不接地得电力系统中，供交流电网绝缘监视仪表与信号装置使用，在中性点直接接地的电力系统中，供接地保护用。

（3）两台单相电压互感器分别跨接于电网的UAB及UBC的线间电压上，接成不完全三角形，广泛应用在20kV以下中性点不接地的电网中，用来测量三个相间电压，节省一台互感器（仍不能测量相对地电压）。

10、电压互感器、电流互感器的配置原则

互感器在主接线中的配置与测量仪表、同步点的选择、保护和自动装置的要求以及主接线的形式有关

电压互感器配置：

（1） 母线。除旁路母线外，一般工作以及备用母线都装有一组电压互感器，用于同期、测试量仪

表和保护装置。

（2） 线路。35KV及以上输电线路上，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同期和设

置重合闸应装一台单相电压互感器。

（3） 发电机。发电机一般装2-3组电压互感器：一组（三只单项、双绕组）供自动调节励磁装置，

另一组供测量仪表、同期和保护装置使用。

（4） 变压器。变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求设有一组电压互感器。

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电流互感器的配置:

（1） 为了满足测试和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段以及母联断路器、旁

路断路器等贿赂中均设有电流互感器。（中性点直接接地系统一般按三相配置；中性点非直接接地系统，依具体情况按二相或三相配置）

（2） 保护用电流互感器的装设低点应按尽量消除主保护装置的死区来设置。 （3） 为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线侧或者变

压器测，尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。

（4） 为了减轻内部故障对发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定

子绕组的出线侧。

11、新型互感器大致可分为两类：一是电子式互感器（应用变压器原理、分压器原理或霍尔效应）；二是光电式互感器（利用材料的泡克耳斯效应）。

12、如何选择限流电抗器的电抗百分数，（半）穿越电抗、分裂电抗定义及大小关系

普通电抗器电抗百分值的选择

（1）按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。

?I?IU???Nd?100(%)xL(%)??d?x*?I???IdUN?U(%)?xL(%)Imaxsin??100(%)?50IN（2）电压损失校验。正常运行时电抗器电压损失ΔU(%)不得大于额定电压的5%。

（3）短路时母线残压校验。

当线路电抗器后短路时，母线残压应不低于电网额定电压的60-70%

分裂电抗器电抗百分值的选择 （1）按将短路电流限制到要求值选择

?Ure(%)?xL(%)I???100(%)?(60%~70%)100IN?Id?INUd?xL(%)???x*???100(%)???I?IdUNxL1(%)?xL(%)2xL1(%)?xL(%)1?fxL(%)?xL1(%)1?f218

a.仅当3侧有电源，1（或2）侧短路：

b.当1、2侧均有电源，3侧短路时：

c.当3侧无电源，1（或2 ）侧有电流，在2（或）1侧短路时

xL1(%)?1xL(%)2(1?f)xL(%)?2(1?f)xL1(%)(2)电压波动校验

要求两臂母线的电压波动不大于母线额定电压的5%

U1(%)?[U%?

?xL1%?I1I2sin??fsin??12??100](%)100?ININ??xL1%?I2I1sin??fsin??21??100](%)100?ININ?

U2(%)?[U%?

95%?U(%)?105%1

热稳定和动稳定校验

95%?U2(%)?105%（3）短路时残压及电压偏移校验

分裂电抗器除分别按单臂流过短路电流校验外，还应按两臂流过反方向短路电流进行动稳定校验

13、F－C回路的概念

高压熔断器与高压接触器配合，被广泛用于300~600MV大型火电机组的厂用6KV系统，称为F－C回路。F-C回路用限流式高压熔断器做保护元件，关合或开断短路电流，而接触器做操作元件，接通或断开负荷电流。

硬导体截面常用的有矩形、槽形和管形。导体的布置方式应根据载流量的大小，短路电流水平和配电装置的具体情况而定

12、导体截面选择方法

导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。

对年负荷利用小时数大（通常指Tmax>5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择（对应于经济截面）。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期发热允许电流来选择。

高压熔断器应进行开断电流的校验，还应考虑熔断器的动作时限与继电保护动作时限的配合 导体的选择，110kV及以上裸导体还应进行电晕电压校验 矩形和槽形硬导体用于35kV及以下配电装置 圆管形硬导体用于110kV及以上配电装置

电缆应根据使用条件选择型号和敷设方式，选择截面应注意修正允许载流量，电缆不进行动稳定校验，但应进行电压降校验

全连式分相封闭母线用于200MW及以上的发电机-变压器单元接线

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第七章 配电装置

1、最小安全净距的定义及分类

1、最小安全净距的定义及分类（P216，图7－1，图7－2）

最小安全净距是指在这一距离下，无论再正常最高工作电压或出现内、外部过电压时，都不致使空气间隙被击穿。

对于敞露再空气中的屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、E五类。

A值（根据过电压和绝缘配合计算，并根据间隙放电实验曲线来确定的）： A1－带电部分至接地部分之间的最小电气净距 A2－不同相的带电导体之间的最小电气净距

B值：

B1－带电部分至栅状遮栏间的距离和可移动设备的外廓在移动中至带电裸导体间的距离 B2－带电部分至网状遮栏间的电气净距

C值：无遮栏裸导体至地面的垂直净距。保证人举手后，手与带电裸体间的距离不小于A1值。 D值：不同时停电检修的平行无遮栏裸导体之间的水平净距。

E值：屋内配电装置通向屋外的出线套管中心线至屋外通道路面的距离。

2、屋内、屋外配电装置的分类及特点

屋内配电装置，按其布置型式，一般可以分成三层式，二层式和单层式。（详细请见P222）

特点：

（1）由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积小；

（2）维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，不受气候影响 （3）外界污秽空气对电器影响小，可以减少维护工作量

（4）房屋建筑投资较大，建设周期长，但可采用价格较低的户内型设备。

根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。

中型配电装置：所有电气设备均布置在同一水平面内，并装在一定高度的基础上。（110~500kV） 半高型配电装置：母线与断路器、CT、隔离开关上下重叠布置，但母线不重叠。(110kV) 高型配电装置：将一组母线及隔离开关与另一组母线及隔离开关上下重叠布置。（220kV）

特点：

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