山东大学发电厂变电所控制课程试卷(A4版)

山东大学发电厂变电所控制课程试卷（A）一、6～10kV线路过电流保护的原理接线图如下图所示。

1．试说明图中的主要元件及其功能。

2．根据原理接线图，简要说明6～10kV线路过电流保护装置的动作过程。

1）电流互感器（TA）。

其一次绕组流过系统大电流I1,二次绕组中流过变化的小电流I2，I2额定值为5A。

2）电流继电器（KA）。

线圈中流过电流互感器的二次电流I2,当I2达到KA的动作值时，其常开触电闭合（电磁作用），接通外电路。

3）时间继电器（KT）。

线圈通电，其常开触电延时闭合，接通外电路。

4）信号继电器（KS）。

线圈通电，其常开触电（带自保持）闭合，接通信号回路，且掉牌，以便值班人员辩别其动作与否。

若KS动作，需手动复归，以便准备下一次动作。

5）断路器跳闸线圈（YT）。

线圈通电，断路器跳闸。

6）断路器（QF）。

合闸线圈通电，QF主触电接通大电流，其辅助触头相应切换：常开触点闭合，接通外电路，同时常闭触点断开，切断外电路。

2．当A相或C相有短路时，电流互感器一次绕组流过短路电流，其二次绕组感应出I2流经电流继电器KA线圈，KA动作，其常开触点闭合，将由直流操作电源正母线来的电源加在时间继电器KT的线圈上，时间继电器KT启动，经一定时限后其延时常开触点闭合，正电源经过其触点和信号继电器KS的线圈以及断路器的常开辅助触点QF和断路器跳闸线圈YT接至负电源。

信号继电器KS的线圈和跳闸线圈YT中有电流流过。

两者同时动作，使断路器QF跳闸，并由信号继电器KS的常开触点发出信号。

二、电压互感器二次侧b相接地的接线图如下图所示。

1、试说明B相接地点设置在m点的理由，以及击穿保险器FA的作用。

2、试说明开口三角形辅助二次绕组不装设熔断器的原因。

3、试说明隔离开关QS1的作用。

4、试说明绝缘监察继电器KVI的动作原理。

1．b相接地点的设置。

接地点设在端子箱内FU2之后m点，是因为若设在FU2之前n点，则当中性线发生接地故障时将使b相绕组短路而无熔断器保护。

而在m点接地也有缺点：一旦熔断器熔断，则电压互感器整个二次侧将失去保护接地点，如果高低压绝缘破坏高电压侵入将危及设备及人身安全。

为此，在m点接地的情况下，又在中性点增加了击穿保险器F接地。

击穿保险器是一个放电间隙，当电压超过一定数值后，间隙被击穿而导通，起保护接地作用。

2．开口三角形辅助副绕组回路不装设熔断器。

在TV’a、TV’b、TV’C回路中，正常情况时三相电压对称，三角形开口处电压为零，因此引出端子上没有电压。

只有在系统发生接地故障时才有3倍零序电压出现。

如果在引出端子上装设熔断器保护，则在正常情况下不起任何作用，即使在开口三角形外导线间发生短路，也不会使熔断器熔断。

若熔断器熔断器熔断未被发现，在发生接地故障时反而影响绝缘监察继电器KVI在正确动作。

所以此处一般不装熔断器保护。

3．隔离开关辅助触点QS1的引用。

TV二次侧出线除b相接地外，其他各引出端都经TV本身的隔离开关辅助触点QS1引出。

这样当电压互感器停电检修时，在打开隔离开关的同时，二次接线亦自常闭开，防止二次侧向一次侧反馈电压，造成人身和设备事故。

由于隔离开关的辅助触点在现场常出现接触不良的情况，而中性线如果接触不良又难以发现，因此在中性线采用两对辅助触点QS1′并联，以增强其可靠性。

4．电压互感器回路的工作原理。

当一次系统发生接地故障时，在TV二次开口三角形绕组回路中出现零序电压，当超过绝缘监察继电器KVI的动作电压时，继电器动作，其常开触点闭合，同时接通光字牌HL和信号继电器KS。

光字牌显示“35kV母线接地”字样，并发出音响信号，KS动作后掉牌落下，并由其触点发出“掉牌未复归”信号。

三、灯光监视的断路器控制回路如图所示，M100(+)为闪光小母线，M708为事故音响小母线。

1．试说明断路器手动及自动合、跳闸时灯光信号是如何发出的。

2. 进行手动合闸操作时，将控制开关SA从“跳闸后”位置切换至“预备合闸”（PC）位置，试分析说明此时绿灯HG和红灯HR的状态（平光、闪光、不亮）。

3．若发生事故断路器跳闸，事故音响信号怎样启动？1．手动跳闸 SA至“跳闸后”位置时，触点10-11闭合，绿灯HG发平光。

自动跳闸 SA在“合闸后”位置，触点9-10闭合，此时若断路器自动跳闸，其常闭辅助触点接通,绿灯（HG）经SA的9-10触点接至闪光小母线M100(+)，闪光。

手常开闸 SA在“合闸后”位置，触点13-16闭合，红灯（HR）发平光。

自常开闸 SA在“跳闸后”位置，触点14-15闭合，此时若自动装置使断路器自常开闸，红灯（HR）经触点14-15接至闪光小母线，发闪光。

2．断路器仍属跳闸状态，因此其辅助常闭触点闭合。

另外，控制开关SA处于预备合闸位，节点9-10接通。

因此，绿灯（HG）闪光，红灯不亮。

3．若断路器因事故跳闸，SA仍在合闸后位置，其触点1-3、19-17同时接通。

另外，因断路器跳闸，QF辅助常闭触点闭合，事故音响小母线M708接至负电源-700，事故音响回路启动，发出事故音响信号。

四、电动操作隔离开关控制回路如下图所示，试分析跳、合闸操作时控制回路的工作过程。

1．隔离开关合闸（投入）操作。

相应断路器QF在分闸状态时，其常闭辅助触点闭合；接地刀闸QSE在断开位置，其辅助常闭触点闭合；隔离开关QS在跳闸终端位置（其跳闸终端开关S2闭合）时，按下按钮SB1，启动接触器KM1，KM1的常开触点闭合，三相交流电动机M 正向转动，使隔离开关QS进行合闸，并经KM1的常开触点KM1-1进行自保持，以确保隔离开关合闸到位。

隔离开关合闸后，跳闸终端开关S2断开， KM1失电返回，电动机M停止转动。

自动解除合闸脉冲。

2．隔离开关分闸操作。

相应断路器QF在分闸状态常闭辅助触点闭合；QSE常闭辅助触点闭合，隔离开关QS在合闸终端位置，（S1已闭合）。

此时，按下按钮SB2，启动接触器KM2，KM2的常开触点闭合，三相电动机M反向转动，使隔离开关QS2进行跳（分）闸。

并经KM2的常开触点KM2－1自保持，使隔离开关分闸到位。

隔离开关分闸后，合闸终端开关S1断开，KM2失电返回，电动机M停止转动。

五、下图为ZC-23型冲击继电器构成的中央事故信号电路。

试说明事故信号的启动、复归及重复动作的原理。

1．事故信号的启动。

当断路器发生事故跳闸时，对应事故单元的控制开关与断路器的位置不对应，信号电源-700接至事故音响小母线M708上，给出脉冲电流信号，经变流器U 微分后，送入干簧继电器KRD 的线圈中，其常开触点闭合，启动出口中间继电器KC，其常开触点KC-2接通，启动蜂鸣器，发出音响信号。

当变流器二次测感应电动势消失后，KRD中的尖峰脉冲电流消失，KRD触点返回，而中间继电器KC 经其常开触点自保持，发出持续音响信号。

2．事故信号的复归。

由中间继电器KC的常开触点KC-3启动时间继电器KT1，其常开触点经延时后闭合，启动中间继电器KC1，KC1的常闭触点断开，KC线圈失电，其3对常开触点全部返回，音响信号停止，实现音响信号延时自动复位。

此时，启动回路电流虽没消失，但已到稳态，干簧继电器KRD不会再启动中间时间继电器KC，这样冲击继电器所有元件都复位，准备第二次动作。

此外，按下按钮SB4，可实现音响信号的手动复位。

3．事故信号的重复动作。

当第二个事故信号来时，在第一个稳定电流信号的基础上再叠加一个矩形的脉冲电流。

变流器U的二次侧又感应出电动势，产生尖峰电流，使干簧继电器KRD启动。

动作过程与第一次动作相同，即实现音响信号的重复动作。

六、发电机出口断路器和母联断路器同步电压引入电路如下图所示。

试分析系统侧和待并侧电压是如何引入到同步电压小母线上的。

1．当利用发电机出口断路器QF1 将发电机G 与系统（母线Ⅰ或Ⅱ）并列时，发电机侧同步电压是发电机出口电压互感器TV二次C 相电压，该电压经同步开关SS1 的触点25-27 引至同步电压小母线C610 上。

而系统侧的同步电压是母线电压互感器TV1 （或TV2 ）的二次C 相电压，经隔离开关QS3 （或QS4 ）的辅助触点，再经过同步开关SS1 的触点13-15 引至同步电压小母线C′620上。

2．当利用母联断路器QF 将母线Ⅰ和母线Ⅱ并列时，Ⅰ母线的电压互感器TV1的二次C 相电压，从其小母线C630 经隔离开关QS1的辅助触点，再经同步开关SS 的触点13 -15 ，引至C′620上（相当于系统侧）。

Ⅱ母线的电压互感器TV2 的二次C 相电压，从其小母线C640 经过隔离开关QS2 的辅助触点，再经SS 的触点25-27 引至C610上（相当于待并侧）。

七、利用两只单相有功功率表可以测量三相三线制电路的有功功率，试画出其接线图并说明测量原理。

（两只功率表的电流线圈分别接到A、C两相）利用两只单相功率表测量三相三线制电路有功功率的接线图，如图所示：两只功率表的电流、电压相量图，如图所示：第一只功率表所测得的平均功率为·1AB A AB AB AA A cos()cos(30)P U I U I U I ϕ==+g go 第二只功率表所测得的平均功率为¶2CB C CB CB C C C cos()cos(30)P U I U I U I ϕ==-g g o 两只表所测平均功率之和为12AB A A CB C C cos(30)cos(30)P P P U I U I ϕϕ=+=++-o o 当三相电路完全对称时，即当AB BC CA U U U U === （线电压相等）AB BC CA I I I I === （相电流相等）A B C cos cos cos cos ϕϕϕϕ=== （ϕ角相等） 时，可由两角和（差）的公式得出1AB A A 31cos(30)cos sin 22P U I UI ϕϕϕ=+=-o 2CB C C 31cos(30)cos sin 22P U I UI ϕϕϕ=-=+o 于是得两功率表之和：123cos P P P UI ϕ=+ 即为三相总的有功功率。

由上式可见：( 1 ）当负载为纯电阻性时，ϕ=0，则两功率表的读数相等；( 2 ）当ϕ=±60° （负角表示容性负载）时，则有一只功率表读数为零；( 3 ）当|ϕ|＞60° 时，P 1 或P 2为负值，其指针将反转。

此时可将功率表的电流线圈（或电压线圈）的端钮对换，并将其读数记为负值，即三相电路总功率等于此两功率表读数之差。

电压线圈）的端钮对换，并将其读数记为负值，即三相电路总功率等于此两功率表读数之差。

八、储能电容器检查装置如下图所示。

试说明电容器电压和电容量的检查方法。

1．电容器电压的监测由电压表PV和转换开关SM1实现，SM1 切换至图示位置（左侧）时，PV的读数是CⅠ两端的电压；而SM1 切换至右侧时，PV的读数是CⅡ两端的电压。