發(fā)電廠電氣部分 全部計算題解答與課程設(shè)計部分解答第3版

1 為方便使用本教材或換用本教材 特編寫了本教材習題中全部計算題的解答和課程設(shè)計的部分解答 第3版和第2版均可使用 可作為習題課電子教案 有不妥或錯誤之處請同行老師批評指正 2 習題3 6 如果圖3 9中旁路斷路器和旁路回路的隔離開關(guān)都是斷開狀態(tài) 線路WL1運行在母線W1上 試寫出檢修QF1時的不停電倒閘操作過程 解 1 合上QS1和QS3 2 合上QFp 3 QFp合閘成功 說明旁母完好 合上QS1p 等電位合閘 4 斷開QF1 5 拉開QS13和QS11 6 做安全措施 3 習題3 7 有兩個限流電抗器 額定電壓都是10kV 其中一個的額定電流為200A 電抗百分數(shù)為3 另一個的額定電流為400A 電抗百分數(shù)為4 哪個限流作用效果好 解 額定電流為200A的電抗器的電抗有名值為 額定電流為300A的電抗器的電抗有名值為 可以看出 額定電流為200A 電抗百分數(shù)為3 的電抗器的電抗大 限流作用效果好 4 習題3 9 解 首先計算運行費 計算抵償年限T 標準抵償年限為5年 應(yīng)該選投資高的第I方案 某電氣主接線設(shè)計中 有兩個技術(shù)性能相當?shù)某醪椒桨?其中方案1的綜合投資為900萬元 年電能損耗為5 106kWh 折舊費及檢修維護費合計為30萬元 方案2的綜合投資為800萬元 年電能損耗為7 106kWh 折舊費及檢修維護費合計為20萬元 設(shè)平均電價為0 20元 kWh 標準抵償年限為5年 試用抵償年限法選出最佳方案 習題3 10 某企業(yè)的自備熱電廠有三臺機組 其中100MW機組為發(fā)電機 變壓器單元接線直接接入110kV母線 另外兩臺25MW機組經(jīng)6kV機壓母線和機壓母線上的變壓器接入110kV母線 機壓母線上接入的16回電纜線路是本企業(yè)的重要負荷 其最大綜合負荷為35MW cos 0 8 廠用電率為10 110kV母線上有4回出線 其中2回為本廠與系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線 2回接附近兩個終端變電所 請設(shè)計該廠的電氣主接線 并選擇主變壓器 解 1 單元接線主變?nèi)萘窟x擇 查有關(guān)發(fā)電機的技術(shù)參數(shù)資料 可得100MW發(fā)電機 cos 0 85 額定電壓為10 5kV 選擇主變壓器容量為 120MVA 變比為121 10 5kV 6 2 機壓母線上的主變?nèi)萘窟x擇 優(yōu)先選2臺同容量的主變 1 發(fā)電機出力最大 而發(fā)電機電壓母線上的負荷最小時 扣除廠用電負荷后 主變壓器能將剩余的功率送入電力系統(tǒng) 當缺乏具體資料時 最小負荷可取為最大負荷的60 70 7 2 發(fā)電機電壓母線上的最大一臺發(fā)電機停機時 主變壓器應(yīng)能從電力系統(tǒng)倒送功率 滿足發(fā)電機電壓母線上的最大負荷和廠用電的需要 即 考慮了停運機組的起動廠用負荷 8 3 若發(fā)電機電壓母線上接有兩臺或兩臺以上主變時 其中一臺容量最大的主變壓器退出運行時 應(yīng)該能輸送母線最大剩余功率的60 70 以上 即 選2臺20MVA的主變壓器 電壓為121 6 3kV 該廠的電氣主接線設(shè)計可參考圖3 27 習題3 11 某110kV變電所 其35kV側(cè)出線為架空線 無架空地線 6回線路總長是120km 其10kV側(cè)出線為電纜 16根電纜的總長度是25km 請計算35kV和10kV系統(tǒng)的對地電容電流IC 并決定兩個系統(tǒng)是否應(yīng)該設(shè)置消弧線圈 若需要請選擇消弧線圈的型號 考慮母線增加13 的電容電流后 總電容電流為 Ic 1 13 11 34 12 81A 10A因此需要在35kV中性點上加裝消弧線圈 采用過補償方式 消弧線圈的計算容量為 查附錄A表A 32 選容量為400kVA的消弧線圈 解 35kV系統(tǒng) 10kV系統(tǒng) Ic 1 16 25 29 30A 10kV系統(tǒng)不需要安裝消弧線圈 考慮母線增加16 的電容電流后 總電容電流為 10 習題3 12 某變電所安裝兩臺容量為31 5MVA 電壓等級為110 10kV的雙繞組主變 請選擇該變電所10kV母線上應(yīng)該裝設(shè)的無功補償電容器的臺數(shù)與接線方式 注 按主變?nèi)萘康?5 左右選擇 接線采用單星形 大小搭配分兩組分別安裝在10kV兩段母線上 解 選無功補償容量為2 3000kvar 2 1800kvar 9600kvar 9600 63000 15 238 在主變?nèi)萘康?0 30 范圍內(nèi) 符合規(guī)范要求 大小搭配分兩組分別安裝在10kV兩段母線上 每段母線安裝4800kvar 并聯(lián)電容器采用構(gòu)架式結(jié)構(gòu)屋外放置 接線選單星形接線 3000kvar組每相1000kvar 選3臺334kvar單相電容器并聯(lián) 1800kvar組每相600kvar 選3臺200kvar單相電容器并聯(lián) 習題4 15 解 x t 1 1Uk 100 1 1 8 100 0 088 允許自啟動的電動機總?cè)萘繛?4160 84kW 能滿足自啟動要求 試校驗?zāi)掣邷馗邏夯痣姀S6kV高壓備用廠用變壓器的容量 能否滿足廠用電動機自起動要求 已知高壓備用廠用變壓器的容量為12 5MV A Uk 8 要求同時自起動電動機容量為11000kW 電動機的平均起動電流倍數(shù)為5 cos 0 8 0 9 12 習題5 7 根據(jù)附錄有關(guān)參考資料 查出以下導體的長期允許電流并回答問題 設(shè)環(huán)境溫度 1 80 10mm2單條矩形鋁導體 平放及豎放時的長期允許電流各是多少 二者為何不同 2 2 100 8 mm2雙條矩形鋁導體 平放時的長期允許電流是多少 它為何小于同樣條件下兩根單條矩形鋁導體的長期允許電流之和 解 1 80 10mm2平放為1411A 豎放為1535A 豎放散熱好 2 2 100 8 mm2平放為2259A 100 8mm2平放為1547A 兩根100 8mm2平放為2 1547A 兩根單條矩形鋁導體有效散熱面積大 13 習題5 8 解 1 短路電流熱效應(yīng) 2 短時發(fā)熱最高溫度 由導體的正常工作溫度為50 查圖5 5曲線可得Ai 0 4 1016J m4 若已知63mm 10mm鋁導體回路中之短路電流I 28 3kA I1 23 8kA I2 19kA 短路切除時間為tk 2s 導體的正常工作溫度為50 集膚系數(shù)為Ks 1 04 試計算導體的短路電流熱效應(yīng)和短時發(fā)熱最高溫度 14 查圖5 5曲線可得 f 98 200 導體不會因短時發(fā)熱而損壞 滿足熱穩(wěn)定要求 15 對于多等跨簡支 由表5 4查得Nf 3 56 導體的固有頻率為 可查得動態(tài)應(yīng)力系數(shù)為 習題5 9 某變電站10kV匯流母線在同一平面內(nèi)豎放 鋁導體尺寸為125mm 10mm 支柱絕緣子距離為1m 試求導體的固有頻率及動態(tài)應(yīng)力系數(shù) 解 導體斷面二次矩 16 已知一臺額定電壓為10 5kV的QF2 25 2型汽輪發(fā)電機 額定容量為25MW 額定功率因數(shù)為0 8 的最大負荷利用時間為5500h 年 試分別用按最大持續(xù)工作電流和按經(jīng)濟電流密度兩種方法分別初選其引出線的母線截面 并說明應(yīng)以哪個作為選擇結(jié)果 擬采用平放在同一平面內(nèi)的矩形鋁導體 周圍環(huán)境溫度為30 習題6 4 解 1 按經(jīng)濟電流密度選擇導體截面 采用矩形鋁導體 根據(jù)年最大負荷利用小時5500h 由圖6 3可以查得J 0 73 經(jīng)濟截面為 查矩形鋁導體長期允許載流量表 每相選用2條125mm 10mm雙條矩形鋁導體 平放時允許電流Ial 3152A 集膚系數(shù)Ks 1 45 環(huán)境溫度為30 時的允許電流為 滿足長期發(fā)熱條件要求 2 按長期發(fā)熱選擇截面 根據(jù)Imax 1804A 選單條平放LMY 125 8矩形導體 平放時允許電流Ial 1920A 環(huán)境溫度為30 時的允許電流為 因為是發(fā)電機回路 應(yīng)選雙條平放LMY 2 125 10 矩形導體 1 熱穩(wěn)定校驗 習題6 5 根據(jù)上題中所選擇的矩形鋁導體截面 并已知相間距離a 0 7m 支持絕緣子跨距L 1 2m 發(fā)電機主保護的動作時間tpr 0 1s 發(fā)電機出口斷路器的全分閘時間tab 0 2s 發(fā)電機引出線中的最嚴重短路電流I kA I0 15 29kA I0 3 27kA 試校驗其短路熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定 19 短路前導體的工作溫度為 查表6 2 用插值法得 所選截面S 2500mm2 Smin 278 7mm2 能滿足熱穩(wěn)定要求 2 共振校驗 20 取 1 即不考慮共振影響 3 動穩(wěn)定校驗 相間電動力 相間應(yīng)力 21 根據(jù) 可以查得形狀系數(shù) 條間電動力為 最大允許襯墊跨距 襯墊臨界跨距 每跨選取2個襯墊時 可以滿足動穩(wěn)定要求 22 習題6 6 根據(jù)有關(guān)參考資料 求出按下列條件直埋在土中的鋁心油浸紙絕緣電力電纜 三芯 的長期允許載流量 1 UN 10kV S 120mm2 土壤熱阻系數(shù)為120 cm W 土壤溫度為10 2 UN 10kV S 2 120 mm2 土壤熱阻系數(shù)為80 cm W 土壤溫度為10 兩條電纜并列直埋土中 電纜凈距100mm 解 在附表中查出各K的數(shù)值 1 長期允許載流量 2 長期允許載流量 23 習題6 7 某電廠由10kV機壓母線用雙回電纜線路向一重要用戶變電所供電 用戶最大負荷5000kVA 最大負荷利用小時數(shù)為5200h 年 當一回電纜線路故障時 要求另一回仍能供給80 的最大負荷 線路長度較短 直埋土中 電纜凈距為100mm2 高濕度土壤 土壤溫度10 短路電流I 10kA I1 7 6kA I2 6 9kA 短路切除時間為2s 試選擇該電纜 解正常情況下每回路的最大持續(xù)工作電流為 根據(jù)最大負荷利用小時數(shù)5200h 年 查圖6 3曲線1 得J 0 72 直埋敷設(shè)一般選用鋼帶鎧裝電纜 每回路選用兩根三芯油浸紙絕緣鋁心鋁包鎧裝防腐電纜 每根S 95mm2 高濕度熱阻系數(shù)為80 cm W 此時的允許載流量為Ial 185A 最高允許溫度為60 額定環(huán)境溫度為25 長期發(fā)熱按一回電纜線路故障時轉(zhuǎn)移過來的負荷校驗 即 滿足長期發(fā)熱要求 短路熱效應(yīng) 短路前電纜的工作溫度 熱穩(wěn)定系數(shù)C為 滿足熱穩(wěn)定要求 由于電纜較短不用電壓損失校驗 根據(jù)以上計算可以看出 所選電纜滿足要求 27 習題6 8 解 1 支柱絕緣子的選擇根據(jù)裝設(shè)地點及工作電壓 位于屋內(nèi)部分選擇ZB 10Y型戶內(nèi)支柱絕緣子 其高度H 215mm 抗彎破壞負荷Fde 7350N mm 242mm 可以滿足動穩(wěn)定要求 如選ZL 10 8型 28 2 穿墻套管的選擇根據(jù)裝設(shè)地點 工作電壓及最大長期工作電流 選擇CWLC2 10 2000型戶外鋁導體穿墻套管 其UN 10kV IN 2000A Fde 12250N 套管長度Lca 0 435m 5s熱穩(wěn)定電流為40kA kA 2 s滿足熱穩(wěn)定要求 滿足動穩(wěn)定要求 29 習題6 9選擇某電網(wǎng)末端變電所10kV出線中的高壓斷路器及隔離開關(guān) 屋內(nèi) 已知 線路最大持續(xù)工作電流為480A 所配置的過電流保護動作時間為1 5s 線路首端的短路電流在整個短路過程中保持不變?yōu)?1 7kA 解 根據(jù)額定電壓和Imax 480A 初選SN10 10I 630型少油斷路器 斷路器和隔離開關(guān)選擇比較結(jié)果選校項目計算數(shù)據(jù)SN10 10I 630型GN6 10T 600型額定電壓 kV101010額定電流 A480630600額定開斷電流 kA11 716 額定關(guān)合電流 kA29 83540 熱穩(wěn)定校驗 kA 2 s219162 2202 4動穩(wěn)定校驗 kA29 8354052 30 習題6 10 某發(fā)電廠的電氣主接線如下圖所示 已知主要設(shè)備參數(shù)為 T1和T2 SN 20MVA ud 10 5 電壓比k 121 10 5kV G1和G2 PN 25MVA UN 10 5kV 系統(tǒng)容量S 500MVA 系統(tǒng)電抗 饋線負荷Pmax 4000kW 功率因數(shù)為0 8 短路持續(xù)時間為2s 現(xiàn)欲在10kV電纜饋線中采用SN10 10I型高壓少油斷路器 試選擇校驗線路電抗器L1 解基準選取 Sd 100MVA Ud 10 5kV Id 5 5kA 根據(jù)安裝地點電網(wǎng)電壓和持續(xù)工作電流初選NKL 10 300 3型電抗器 參數(shù)計算如下 系統(tǒng)電抗 選擇電抗百分值 變壓器 發(fā)電機 選用電抗百分值為3 的電抗器 計算總電抗為 故選用電抗百分值為3 的電抗器 動穩(wěn)定不能滿足要求 改選電抗百分值為4 的電抗器NKL 10 300 4型 SN10 10I型高壓少油斷路器INbr 16kA 33 重新計算電抗器后短路電流 求計算電抗 動穩(wěn)定滿足要求 熱穩(wěn)定校驗 電壓損失校驗 殘壓校驗 可以看出 選用NKL 10 300 4型電抗器滿足要求 35 習題6 11 選擇某變電所10kV母線上的電壓互感器 該母線上共接有8回饋電線路 每回線路上裝有電流表及有功電能表各一只 此外 在母線上還需裝設(shè)測量線電壓的電壓表1只及供絕緣監(jiān)察裝置用的電壓表3只 解 根據(jù)電壓互感器安裝在屋內(nèi) 電網(wǎng)的額定電壓為10kV 供給電能表電壓及用于絕緣監(jiān)察 選用JSJW 10型三相五柱式電壓互感器 也可選用3只單相JDZJ型澆注絕緣電壓互感器 額定電壓為10 0 1kV 輔助二次繞組為0 1 3kV 準確級為0 5級 三相額定容量SN2 120VA 電壓互感器與測量儀表的接線方式 與電壓互感器接線方式不同 不完全星形部分 的各相間二次負荷分配在下表中示出 36 根據(jù)表6 7計算不完全星形部分負荷的視在功率和功率因數(shù) 即 37 利用表6 7中的計算公式 并計及與電壓互感器接線方式相同的絕緣監(jiān)察電壓表功率P 得A相負荷為 B相負荷為 38 由于Sab與Sbc接近 ab與 bc接近 可知B相負荷最大 即 故選用JSJW 10型電壓互感器滿足要求 120 3VA 39 習題6 12 選擇某發(fā)電廠10kV饋電線路上的電流互感器 已知 線路最大工作電流為250A 斷路器的全分閘時間為0 2s 裝有時限為1 5s的過電流保護 線路中的短路電流數(shù)值為 I 16 5kA I0 85 11kA I1 7 9 4kA 由互感器裝設(shè)地點到測量儀表的距離為30m 互感器到最近絕緣子的距離L 1 2m 相間距離a 0 4m 互感器和儀表的接線如圖6 15所示 功率表為46DI W型 電流線圈消耗的功率為0 6VA 解根據(jù)電流互感器安裝在屋內(nèi) 電網(wǎng)的額定電壓為10kV 回路的最大持續(xù)工作電流為250A和供給電能表電流 選用LFZ1 10型屋內(nèi)復匝澆注絕緣式電流互感器 變比為300 5A 準確級為0 5級 額定二次阻抗為0 4 熱穩(wěn)定倍數(shù)90 動穩(wěn)定倍數(shù)160 電流互感器二次負荷 單位 VA 儀表名稱及型號A相B相C相有功功率表0 60 6有功電能表 DX1 0 50 5電流表 46L1 A 0 35總計1 10 351 1 最大相負荷電阻為ra 1 1 25 0 044 ra rc 0 144 ZN2 41 對采用不完全星形接線互感器 計算長度Lc L 30m 故滿足準確級要求的連接導線最小截面為 選用2 5mm2的銅導線 熱穩(wěn)定校驗為 動穩(wěn)定校驗為 42 習題9 8 解 根據(jù)題目給定的條件知 標準容量為60000kVA Kb 0 5 這是高壓側(cè)同時向中壓和低壓側(cè)傳輸功率的運行方式 最大傳輸功率受到串聯(lián)繞組容量的限制 而 得 由 某降壓變電所裝有一臺額定電壓為220 121 10 5kV 額定容量為120000 120000 60000kVA的三相三繞組自耦變壓器 其效益系數(shù)和標準容量為多少 如果其低壓側(cè)接有38400kW 功率因數(shù)為0 8的負荷 當各側(cè)功率因數(shù)相等時 試求220kV系統(tǒng)還能向110kV系統(tǒng)輸送多少容量 43 習題9 9 設(shè)有兩臺并列運行的雙繞組變壓器 變壓器I的型號及參數(shù)為S9 5000 35 k 35kV 10 5kV P0 5 4kW Pk 33kW uk 7 I0 0 8 變壓器II的型號為S9 6300 35 k 35kV 10 5kV P0 6 56kW Pk 36kW uk 7 5 I0 0 7 兩臺變壓器的變比和繞組連接組別都相同 只是額定容量和短路電壓不同 已知SNI 5000kVA ukI 7 SNII 6300kVA ukII 7 5 試求 1 當5000kVA變壓器滿載時 另一臺變壓器供多大負荷 其容量能否充分利用 2 當供給負荷11300kVA時 兩臺變壓器各供給多大負荷 解 1 將下兩式相比 得 44 從計算結(jié)果可以看出 容量小的變壓器過負荷運行 容量大的變壓器未能得到充分利用 2 45 習題9 10 某自然油循環(huán)變壓器 當?shù)厝盏戎悼諝鉁囟葹?0 負荷曲線如圖9 15所示 求歷時2h的過負荷倍數(shù) 解依等值發(fā)熱得 46 查圖9 6a曲線得過負荷倍數(shù)得K2 1 53 實際過負荷不能超過1 5 47 附錄B課程 畢業(yè) 設(shè)計任務(wù)書1課程設(shè)計學時較多時可使用本題目 機械工業(yè)出版社2015 7出版的許珉主編 變電站電氣一次設(shè)計 中的例題是附錄B課程 畢業(yè) 設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容 1 主變壓器的選擇1 35kV的最大綜合計算負荷根據(jù)35kV遠景負荷 同時系數(shù)取0 9 線損率取5 得Smax 0 9 3 3 5 2 2 1 5 2 5 2 5 1 05 0 9 17 85MVA2 10kV的最大綜合計算負荷根據(jù)10kV遠景負荷 同時系數(shù)取0 85 線損率取5 得Smax 0 85 5 0 8 4 0 78 3 5 0 8 8 0 8 1 5 0 8 5 5 0 8 6 0 78 1 05 35 866MVA3 總的最大綜合計算負荷35kV和10kV的同時系數(shù)取0 9 得Smax 0 9 17 85 35 866 48 345MVA 48 4 主變選擇60 的全部最大綜合計算負荷為0 6 48 345MVA 29MVA可以看出全部I類負荷SI和II類負荷SII之和小于29MVA選擇SN 31 5MVA的有載調(diào)壓降壓結(jié)構(gòu)變壓器兩臺 SN 29MVA 總?cè)萘繛?SN Smax 48 345MVA滿足要求 型號選SFSZ9 31500 110 電壓等級110 8 1 25 38 5 2 2 5 10 5kV 接線組別YN yn0 d11 110kV側(cè)有載調(diào)壓開關(guān)采用十七檔分接頭 35kV側(cè)有載調(diào)壓開關(guān)采用五檔分接頭 2 電氣主接線設(shè)計 3 中性點的接地方式設(shè)計和站用電設(shè)計 4 變壓器低壓側(cè)引出線導體選擇 5 10kV母線選擇 6 110kV母線選擇 7 變壓器低壓側(cè)引出