发电厂电气部分第四章习题解答

第四章电气主接线

4-1 对电气主接线的基本要求是什么

答：对电气主接线的基本要求是：可靠性、灵活性和经济性。

其中保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。灵活性包括：操作、调度、扩建的方便性。经济性包括：节省一次投资，占地面积小，电能损耗少。

4-2 隔离开关与断路器的区别何在对它们的操作程序应遵循哪些重要原则

答：断路器具有专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通和切断电路的控制电器。而隔离开关没有灭弧装置，其开合电流极小，只能用来做设备停用后退出工作时断开电路。

4-3 防止隔离开关误操作通常采用哪些措施

答：为了防止隔离开关误操作，除严格按照规章实行操作票制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间加装电磁闭锁和机械闭锁装置或电脑钥匙。

4-4 主母线和旁路母线各起什么作用设置专用旁路断路器和以母联断路器或者分段断路器兼作旁路断路器，各有什么特点检修出线断路器时，如何操作

答：主母线主要用来汇集电能和分配电能。旁路母线主要用与配电装置检修短路器时不致中断回路而设计的。设置旁路短路器极大的提高了可靠性。而分段短路器兼旁路短路器的连接和母联短路器兼旁路断路器的接线，可以减少设备，节省投资。当出线和短路器需要检修时，先合上旁路短路器，检查旁路母线是否完好，如果旁路母线有故障，旁路断路器在合上后会自动断开，就不能使用旁路母线。如果旁路母线完好，旁路断路器在合上就不会断开，先合上出线的旁路隔离开关，然后断开出线的断路器，再断开两侧的隔离开关，有旁路短路器代替断路器工作，便可对短路器进行检修。

4-5 发电机-变压器单元接线中，在发电机和双绕作变压器之间通常不装设断路器，有何利弊

答：发电机和双绕组变压器之间通常不装设断路器，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得在选择出口断路器时，受到制造条件或价格等原因造成的困难。但是，变压器或者厂用变压器发生故障时，除了跳主变压器高压侧出口断路器外，还需跳发电机磁场开关，若磁场开关拒跳，则会出现严重的后果，而当发电机定子绕组本身发生故障时，若变压吕高压侧失灵跳闸，则造成发电机和主变压器严重损坏。并且发电机一旦故障跳闸，机组将面临厂用电中断的威胁。

4-6 发电机与三绕组变压器或自耦变压器组成的单元接线中，为什么机端必须装设断路器

答：为了在发电机停止工作时，还能保持和中压电网之间的联系，在变压器的三侧均应装断路器。

4-7 一台半断路器接线与双母线带旁路接线相比，各有何利弊一台半断路器接线中的交叉布置有何意义

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 选择主变压器时应考虑哪些因素其容量、台数、型式应根据哪些原则来选择

答：影响主变压器选择的因素主要有：容量、台数、型式。其中单元接线时变压器应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后=（发电机的额定容量－厂用容量－支配负荷的最小容量）×70%。为了确保发电机电压上的负荷供电可靠性，所接主变压器一般不应小于两台，对于工业生产的余热发电厂的中、小型电厂，可装一台主变压器与电力系统构成弱连接。除此之外，变电所主变压器容量，一般应按5~10年规划负荷来选择。主变压器型式可根据：1）相数决定，容量为300MW及以下机组单元连接的变压器和330kV及以下电力系统中，一般选择三相变压器，容量为60MW的机组单元连接的主变压器和500kV电力系统中的主变压器经综合考虑后，可采用单要组成三相变压器组。2）绕组数与结构：最大机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，机组容量为200MW以上的发电厂采用发电机双绕组变压器单元接线，在110kV以上的发电厂采用直接接接系统中，凡需选用三绕组变压器的场合，均可采用自耦变压器。

4-9 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的多，有可能超过电器设备的承载能力，将电气设备烧毁，因此，必须限制短路电流，其中限制短路电流的方法有：

1）在发电厂和变电所的6~10kV配电装置中，加装限流电抗器限制短路电流。a)在母线分段处设置母线电抗器，目的是发电机出口断路器，变压器低压侧断路器，母联断路器等能按各自回路额定电流来选择，不因短路电流过大而使容量升级；b)线路电抗器：主要

用来限制电缆馈线回路短路电流；c)分裂电抗器。

2）采用低压分裂绕组变压器。当发电机容量越大时，采用低压分裂绕组变压器组成扩大单元接线以限制短路电流。

3）采用不同的主接线形式和运行方式。

4-10 为什么分裂电抗器具有正常运行时电抗小，而断路时电抗大的特点

答：分裂电抗器在正常运行时两分支负荷电流相等，在两臂中通过大小相等，方向相反的电流，产生方向相反的磁通，其中有X=X1-Xm=（1-f ）X1且f=得X=，可见，在正常情况下，分裂电抗器每个臂的电抗仅为每臂自感电抗的1/4。而当某一分支短路时，Ｘ12=2(X1+Xm)=2X1(1+f)可见，当f=时，X12=3XL ，使分裂电抗器能有效的限制另一臂送来的短路电流。所以分裂电抗器具有正常运行时电抗小，而短路时电抗大的特点。

4-11 画出一种单母线分段带旁路母线的主接线形式，要求分段断路器兼作旁路断路器，并根据此种电气主接线，说明检修出线断路器时的倒闸操作步骤

WL1

WP WII QF1QS1

WI WL2QF2QS3QS2QSd QFd

QS4分段断路器兼作旁路母线的接线WL1WL2WL3QFP W1

W2

QF1QFC QF2

WP

4-12 画出一种双母线带旁路母线的主接线形式，要求母联断路器兼作旁路断路器，并根据此种电气主接线，说明检修出线断路器时的倒闸操作步骤

4-13 设计电气主接线时，应收集和分析的原始资料有哪些

答：对原始资料分析：（包括内容如下）

1）本工程情况

发电厂类型（凝汽式火电厂、热电厂、或者堤坝式、引水式、混合式等水电厂）；

设计规划容量（近期、远景）；单机容量及台数；最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

发电厂容量的确定是与国家经济发展计划、电力负荷增长速度、系统规模和电网结构以及备用容量等因素有关。

发电厂装机容量标志着电厂的规模和在电力系统中的地位与作用。最大单机容量代表国家电力工业和制造工业水平，在一定程度上反映国家先进程度和人民生活水准。

最大单机容量的选择不宜大于系统总容量的10％，以保证该机在检修或事故情况下系统的供电可靠性。

我国目前把 5万 kw以下机组称为小机组； 5～ 20万 kw称为中型机组；

20万kw以上称为大型机组。

在设计时，对形成中的电力系统，且负荷增长较快时，可优先选用较为大型的机组。

发电厂运行方式及年利用小时数直接影响着主接线设计。

a)承担基荷为主的发电厂，设备利用率高，一般年利用小时数在5000h以

上；b)承担腰荷者，设备利用小时数应在 3000～5000 h；c)承担峰荷者，设备利用小时数在 3000h以下。对于核电厂或单机容量20万kw以上的火电厂以及径流式水电厂等应优先担任基荷，相应主接线需选用以供电可靠为中心的接线形式。

水电厂是电力系统中最灵活的机动能源，启、停方便，多承担系统调峰、调相任务。根据水能利用及库容的状态可酌情担负基荷、腰荷和峰荷。因此，其主接线应以供电调度灵活为中心进行选择接线形式。

2）电力系统情况

电力系统近期及远景发展规划（ 5～10年）；

发电厂或变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；

本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

按发电厂容量大小分类，我国目前把总容量在1000MW及以上，单机容量在200 M W以上的发电厂称为大型发电厂；

总容量在200～1000MW，单机容量在50～200MW的发电厂称为中型发电厂；

总容量在200MW以下，单机容量在50MW以下者称为小型发电厂。

所建发电厂的容量与电力系统容量之比，若大于15％，则该厂就可认为是在系统

中处于比较重要地位的电厂。

因为它的装机容量已超过了电力系统的事故备用和检修备用容量，一旦全厂停电，会影响系统供电的可靠性。因此，主接线的可靠性也应高一些，即应选择可靠性较高的接线形式。

主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。

一般我国对35 kV电压以下电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统；

对 110 kV以上高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。

发电机中性点都采用非直接接地方式；

目前，广泛采用的是经消弧线圈接地方式或经接地变压器（亦称配电变压器）接地。

其二次侧接入高电阻，不仅可以限制单相接地电流，亦可限制系统过电压的幅值和陡度，以免引起铁磁谐振过电压。同时，还为接地保护提供了信号电源，便于检测，目前在大型机组中已普遍采用。

此外，有时为了防止过电压，有些机组还采取在中性点处加装避雷器等措施。

3）负荷情况

负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时尚应予以辨证地分析。因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。

如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则，电源不足，就影响其它工业的发展。

主接线设计的质量，不仅在于当前是合理的，而应考虑5～10年内质量也应是好的。由工程概率和数理统计得知，负荷在一定阶段内的自然增长率是按指数规律变化的，即：L＝L0e m x （2 - 7）

式中L0——初期负荷（MW）；

X ——年数，一般按5～10年规划考虑；

m——年负荷增长率，由概率统计确定。

发电厂承担的负荷应尽可能地使全部机组安全满发，并按系统提出的运行方式，在机组间经济合理分布负荷，减少母线上电流流动，使电机运转稳定和保持电能质量符合要求。

4）环境条件

当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。

特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应予以重视。对重型设备的运输条件亦应充分考虑。

5）设备制造情况

为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。