熊信银《发电厂电气部分》第四版课后习题答案含计算题(3)

容量，可采用二次绕组串联的接线方式。

不能将电流互感器并联使用。

6-7 电压互感器一次绕组及二次绕组的接地各有何作用？接地方式有何差异？

答：电压互感器一次绕组直接与电力系统高压连接，如果在运行中电压互感器的绝缘损坏，高电压就会窜入二次回路，将危及设备和人身的安全。所以电压互感器二次绕组要有一端牢固接地。

6-8 电流互感器的误差与那些因素有关？

答：电流互感器的电流误差fi及相位差δi决定于互感器铁心及二次绕组的结构，同时又与互感器运行状态（二次负荷Z2L及运行铁心的磁导率μ值）有关。

6-9 运行中为什么不允许电流互感器二次回路开路？

答：需要强调的是电流互感器在运行时，二次绕组严禁开路。二次绕组开路时，电流互感器由正常工作状态变为开路状态，I2=0，励磁磁动势由正常为数甚小的10N1骤增为11N1，铁心中的磁通波形呈现严重饱和和平顶波，因此，二次绕组将在磁能过零时，感应产生很高的尖顶电动势，其值可达数千伏甚至上万伏（与Ki及Ii大小有关），危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝缘。由于磁感应强度剧增，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。

6-10 三相三柱式电压互感器为什么不能测量相对地电压？

答：为了监视系统各相对地绝缘情况，就必须测量各相的对地电压，并且应使互感器一次侧中性点接地，但是，由于普通三相三柱式电压互感器一般为Y，yn型接线，它不允许一次侧中性点接地，故无法测量对地电压．假使这种装置接在小电流接地系统中，互感器接成YN,yn型，既把电压互感器中性点接地，当系统发生单相接地时，将有零序磁通在铁芯中出现．由于铁芯是三相三柱的，同方向的零序磁通不能在铁芯内形成闭和回路，只能通过空气或油闭合，使磁阻变得很大，因而零序电流将增加很多，这可能使互感器的线圈过热而被烧毁．所以，普通三相三柱式电压互感器不能作绝缘监视用，而作绝缘监视用的电压互感器只能是三相五柱式电压互感器(JSJW)或三台单相互感器接成YN,yn型接线．

6-11 运行中为什么不允许电压互感器二次回路短路？

答：当电压互感器二次侧发电短路时，由于回路中电阻R和剩余的电抗XL-XC均很小，短路电流可达到额定电流的几十倍，此电流将产生很高的共振过电压，为此在LL上关联放电间隙EE，用以保护。此外由于电容式电压互感器系由电容（C1C2）和非线性电抗所构成，当受到二次侧短路或断开等冲击时，由于非线性电抗的饱和，可能激发产生某次谐波铁磁谐振过电压，为了拟制谐振的产生，常在互感器二次侧接入D。

6-12 在发电厂中，电压互感器的配置原则有那些？ 答：1）母线；2）线路；3）发电机；4）变压器

6-13 如图6-14所示接线，设25MW发电机（UN=10.5kV，IN=1718A），回路装有仪表：电

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流表3只，有功功率表、无功功率表、有功电能表、无功电能表、电压表及频率表各1只，互感器距控制室的距离为60m。试选择该回路中供测量表计用的电流互感器4及电压互感器13。

解：

6-14 选择10kV配电装置的出线断路器及出线电抗器。设系统容量为150MVA，归算至10kV母线上的电源短路总电抗X?*Σ=0.14（基准容量Sd＝100MVA），出线最大负荷为560A，出线保护动作时间tpr＝1s。

解：假设选择断路器为SN10-10I INbr=16kA，全分闸时间tbr=0.1s， 基准容量Sd＝100MVA Ud＝10.5kV，Id=5.5kA

xL(%)?(IdtNbr?x'*?)INUd5.5600?10500?100%?(?0.14)?100%?2.33%IdUN165500?10000

选择4％的电抗NKL-10-600-4，参数如下：

xL(%)?4% ies?38.28kA It2t?342(kA)2?s计算如下：

3）电压损失和残压校验： 电抗标么值：x*L?xL(%)IdUN5500?10000?0.04??0.349 INUd600?10500???x*L?0.14?0.349?0.489 x*??x*短路计算时间：tk?tpr?tbr?1?0.1?1.1s，查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值，I\?12.1kA,I0.55?9.9kA,I1.1?9.35kA。

电压损失和残压分别为：

?U(%)?xL(%)Imax560sin??0.04??0.6?2.24%?5% IN600I\12.1?0.04??80.7%?60%~70% IN0.6?Ure(%)?xL(%)4）动、热稳定校验。

Qk?2I\2?10It2?I/2tkk1212.12?9.92?9.352tk??1.1?30.42(kA)2?s?342(kA)2?s12ish?Ksh2I\?2.55?12.1?30.86(kA)?38.28(kA)

可见，电压损失、残压、动热稳定均满足要求。

6-15 按经济电流密度选择的导体，为何还必须按长期发热允许电流进行校验？配电装置的汇流母线，为何不按经济电流密度选择导体截面？

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答：略

6-16 设发电机容量为25MW，最大负荷利用小时数Tmax＝6000h，三相导体水平布置，相间距离a＝0.35m，发电机出线上短路时间tk＝0.2s，短路电流I??=27.2kA，Itk/2=21.9kA，C。试选择发电机引出导体。 Itk=19.2kA。周围环境温度+40o

解：

1）按经济电流密度选择导线截面。

Imax1.05?25?103???1804(A)

3UNcos?3?10.5?0.81.05PNImax1804??2653(mm2) J0.682查图6-17曲线2，得：J?0.68A/mm，则：SJ?2

选择100×10mm的三条矩形导体水平布置,允许电流Ial25?C?3284A，集肤效应Kf?1.7截面积为3000mm。当环境温度为40C时：

2

?Ial40?C?K?Ial25?C?70?40?3284?0.816?3284?2681(A)?(Imax?1804A)

70?252）热稳定校验。正常运行时导体温度：

2Imax18042???0?(?al??0)2?40?(70?40)?54?C 2Ial?01681查表6－9，得热稳定系数C?93，则满足短路时发热的最小导体截面为：

Qk?Qp?Qnp Qp?2I\2?10It2?I/2tkk1227.22?21.92?19.22tk??0.2?26.47(kA)2?s

12发电机出口短路待会，非周期分量等值时间T取0.2s

Qnp?T?I\2?0.2?27.22?148.0(kA)2?s Qk?Qp?Qnp?26.47?148.0?174.47(kA)2?s Smin?QkKfC174.47?106?1.7??185(mm2)?3000(mm2)

93满足热稳定要求。

3）动稳定校验。导体自振频率由以下求得：

m?h?b??w?0.1?0.01?2700?2.7kg/m

bh20.01?0.13J???0.83?10?6(m4)

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f1?NfL2EJ3.567?1010?0.83?10?6?2?522(Hz)?155Hz m2.71可不计母线共振影响。取发电机出口短路时，冲击系数K?0.9，则

ish?1.92I\?2.69?27.2?73.17(kA)

母线相间应力计算如下：

22fph?1.73?10?7?ish/a?1.73?10?7?73170/0.35?2646(N/m)

bh2W??0.5?0.01?0.12?50?10?6(m3)

2?ph2646?126???5.292?10(Pa) ?610W10?50?10fphL2母线同相条间作用应力计算如下：

b104b?b302b?b10??0.1，??0.273 ??0.091，h100b?h110b?h10?100K12?0.45，K13?0.6 则：

22fb?8(K12?K13)?10?9?ish/b?8?(0.45?0.6)?10?9?73170/0.01?4497(Pa)临

界跨距Lcr（每相三条铝导体??1197）及条间衬垫最大跨距Lbmax分别为：

Lcr??b4h/fb?1197?0.0140.1/4497?0.822(m)

Lbmax?b2h(?al??ph)/fb?0.012?0.1(70?5.2)?106/4497?0.54(m)

所选衬垫跨距应小于Lcr及Lbmax。

6-17 选择100MW发电机和变压器之间母线桥的导体。已知发电机回路最大持续工作电流Imax＝6791A，Tmax＝5200h，连接母线三相水平布置，相间距离a＝0.7m，最高温度+35oC，母线短路电流I??=36kA，短路热效应Qk=421.1(kA)2?s。

解：1）按经济电流密度选择导线截面。

Imax?6791A，Tmax?5200h

2查图6-17曲线2，得：J?0.78A/mm，则：SJ?Imax6791??8706(mm2) J0.78选择h?225mm,b?105mm,C?12.5mm,r?16mm的双槽形导体水平布置,导体截面积9760mm允许电流Ial25?C?10150A，集肤效应系数Kf?1.285。当环境温度为35?C时：

2

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Ial35?C?K?Ial25?C?70?35?10150?0.89?10150?8951(A)?(Imax?6791A)

70?252）热稳定校验。正常运行时导体温度：

2Imax67972????0?(?al??0)2?35?(70?35)?55C 2Ial?08951查表6-9，得热稳定系数C?93，则满足短路时发热的最小导体截面为： 已知：Qk?421.1(kA)2?s

Smin?QkKfC421.1?106?1.285??250(mm2)?9760(mm2)

93满足热稳定要求。

3）动稳定校验。导体自振频率由以下求得： 取发电机出口短路时，冲击系数K?1.9，则

ish?1.92I\?2.69?36?96.84(kA)

母线相间应力计算如下：

fb?2(0.5ish)2?10?7121?5?10?8ish?5?10?8?968402/0.225?2084(N/m) hhW?WY?66.5?10?6(m3)

fbL2ishL22084?1266bb?b??4.16??2.612?10(Pa)?(??69?10Pa) al?612WYhWY12?66.5?10

第六章 配电装置

7-1 对配电装置的基本要求是什么？

答：对配电装置的基本要求是：1）保证运行可靠；2)便于操作、巡视和检修；3）保证工作人员的安全；4）力求提高经济性；5）具有扩建的可能。

7-2 试述最小安全净距的定义及其分类。

答：最小安全净距是指在这一距离下，无论在正常最高工作电压或出现内、外过电压时，都不使空气气隙被击穿，对于敞露在空气中的屋内、外配电装置中有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、E五类。

7-3 试述配电装置的类型及其特点。

答：配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋个配电装置；按其组装方式，可分为装配式和成套式。

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