发电厂电气部分课后思考题答案

第一章能源和发电

1-1 人类所认识的能量形式有哪些？并说明其特点。

答：第一、机械能。它包括固体一流体的动能，势能，弹性能及表面张力能等。其中动能和势能是大类最早认识的能量，称为宏观机械能。

第二、热能。它是有构成物体的微观原子及分子振动与运行的动能，其宏观表现为温度的高低，反映了物体原子及分子运行的强度。

第三、化学能。它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学瓜是放出的能量，利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素是煤、石油、天然气等燃料中最主要的可燃元素。

第四、辐射能。它是物质以电磁波形式发射的能量。如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。

第五、核能。这是蕴藏在原子核内的粒子间相互作用面释放的能。释放巨大核能的核反应有两种，邓核裂变应和核聚变反应。

第六、电能。它是与电子流动和积累有关的一种能量，通常是电池中的化学能而来的。或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可以通过电灯转换为光能，通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。

1-2 能源分类方法有哪些？电能的特点及其在国民经济中的地位和作用？

答：一、按获得方法分为一次能源和二次能源；二、按被利用程度分为常规能源和新能源；

三、按能否再生分为可再生能源和非再生能源；四、按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源。

电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。

随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。电气化在某种程度上成为现代化的同义词。电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。

1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？

答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；余热发电厂。

按蒸气压力和温度分：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。

按原动机分：凝所式气轮机发电厂；燃气轮机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂。

按输出能源分：凝气式发电厂；热电厂。

按发电厂总装机容量分：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。

火电厂的生产过程概括起来说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程分

三个系统：燃料的化学能在锅炉燃烧变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入气轮机，冲动气轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；由气轮机转子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。

1-4 水力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点？

答：按集中落差的方式分为：堤坝式水电厂——坝后式水电厂；河床式水电厂；引水式水电厂；混合式水电厂。

按径流调节的程度分为：无调节水电厂；有调节水电厂；日调节水电厂；年调节水电厂；多年调节水电厂。

水电厂具有以下特点：可综合利用水能资源；发电成本低，效率高；运行灵活；水能可储蓄和调节；水力发电不污染环境；水电厂建设投资较大工期长；水电厂建设和生产都受到河流的地形，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分，因而发电量不均衡；由于水库的兴建，淹没土地，移民搬迁，农业生产带来一些不利，还可能在一定和程度破坏自然的生态平衡。

1-5 抽水蓄能电厂在电力系统中的作用及其功能？

答：抽水蓄能电厂在电力系统中的作用：调峰；填谷；备用；调频；调相。

功能：降低电力系统燃料消耗；提高火电设备利用率；可作为发电成本低的峰荷电源；对环境没有污染且可美化环境；抽水蓄能电厂可用于蓄能。

1-6核能发电厂的电能生产过程及其特点？

答：核电厂是一个复杂的系统，集中了当代许多高新技术。核电厂的系统由核岛和常规岛组成。为了使核电能稳定，经济地运行，以及一旦发生事故时能保证反应堆的安全和防止放射性物质外泄，核电厂还设置有各种辅助系统，控制系统和设施。以压力堆为例，有以下主要系统：核岛的核蒸汽供应系统；核岛的辅助系统；常规岛的系统。

核电厂运行的基本规则和常规为电厂一样，都是根据电厂的负荷需要量来调节供给热量，使得热功率与电负荷平衡。由于核电厂是由反应堆供热，因此核电厂的运行和火电厂相比有以下一些新的特点：１）在火电厂中，可连续不断地向锅炉供燃料，而压水堆核电厂的反应堆，却只能对反应堆堆芯一次装料，交定期停堆换料。因此在堆芯换新料后的初期，过剩反应性很大。为了补偿过剩反应性，除采用控制棒外，还需要在冷却剂中加入硼酸，并通过硼浓度变化来调节反应堆的反应速度。反应堆冷却剂中含有硼酸后，就给一次回路系统及辅助系统的运行和控制带来一定的复杂性。２）反应堆的堆芯内，核燃料发生裂变反应放出核能的同时，也放出瞬发中子和瞬发γ射线。由于裂变产物的积累，以及反应堆的堆内构件和压力容器等因受中子的车辐照而活化，反应堆不管是在运行中或停闭后，都有很强的放射性，这就给电厂的运行和维修带来了一定困难。３）反应堆在停闭后，运行管路中积累起来的裂变碎片和β、γ衰变，将继续使堆芯产生余热。因此堆停闭后不能立刻停机冷却，还必须把这部分余热排放出去，否则会出现燃料元件因过热而烧毁的危险；

即使核电厂在长期停闭情况下，也必须继续除去衰变热；当核电厂发生停电，一回路管道破裂等重大事故时，事故电源、应急堆芯冷却系统立即自动投入，做到在任何事故工况下，保证反应堆进行冷却。４）核电厂在运行过程中，会产生气态，液态和固态的放射性废物，对这些废物必须遵守核安全规定进行妥善处理，以确保工作人员和居民的健康，而为电厂中这一问题不存在。５）与火电厂相比，核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便宜一。为了提高核电厂的运行经济性，极为重要的是维持高的发电设备利用率，为此，核电厂应在额定功率或尽可能在接过额定功率的工况下带基本负荷连续运行，并尽可能缩短核电厂反应堆的停闭时间。

第二章发电、变电和输电的电气部分

2-1 哪些设备属于一次设备？哪些设备属于二次设备？其功能是什么？

答：通常把生产、变换、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。其中对一次设备和系统运行状态进行测量、监视和保护的设备称为二次设备。如仪用互感器、测量表计，继电保护及自动装置等。其主要功能是起停机组，调整负荷和，切换设备和线路，监视主要设备的运行状态。

2-2 简述300MW发电机组电气接线的特点及主要设备功能。

答：1）发电机与变压器的连接采用发电机—变压器单元接线；

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，每组装有电流互感器4个；

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，每组装有电流互感器4个。

其主要设备如下：电抗器：限制短路电流；电流互感器：用来变换电流的特种变压器；电压互感器：将高压转换成低压，供各种设备和仪表用，高压熔断器：进行短路保护；中性点接地变压器：用来限制电容电流。

2-3 简述600MW发电机组电气接线的特点及主要设备功能。

2-4 影响输电电压等级发展因素有哪些？

答：1）长距离输送电能；

2）大容量输送电能；

3）节省基建投资和运行费用；

4）电力系统互联。

2-5 简述交流500kV变电站主接线形式及其特点。

答：目前，我国500kV变电所的主接线一般采用双母线四分段带专用旁路母线和3/2台断