发电厂电气部分

发电厂电气部分

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2023年2月28日发(作者：运动小报)

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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

路器两种接线方式。其中3/2台断路器接线具有以下特点：任一母线检修或故障，均不致停电；

任一断路器检修也不引起停电；甚至在两组母线同时故障（或一组母线检修另一组母线故障）

的极端条件下，功率均能继续输送。一串中任何一台断路器退出或检修时，这种运行方式称为

不完整串运行，此时仍不影响任何一个元件的运行。这种接线运行方便，操作简单，隔离开关

只在检修时作为隔离带电设备用。

2-6并联高压电抗器有哪些作用？抽能并联高压电抗器与并联高压电抗器有何异同？

2-7简述6kV抽能系统的功能及其组成。

2-8简述串联电容器补偿的功能及其电气接线。

2-9简述高压直流输电的基本原理。

2-10简述换流站的电气接线及主要设备的功能。

2-11简述高压直流输电的优点和缺点各有哪些？

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答：优点：

1）线路造价低，年电能损失小；

2）不存在系统稳定问题；

3）限制短路电流。

4）调节快速，运行可靠；

5）没有电容充电电流。

6）节省线路走廊。

缺点：

1）换流装置较昂贵；

2）消耗无功功率多；

3）产生谐波影响；

4）缺乏直流开关；

5）不能用变压器来改变电压等级。

2-12简述高压直流输电系统的主接线及其运行方式。

第一章导体的发热和电动力

3-1研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发热和短时发热各有何特点？

答：电流将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电器设备的温度升高。发热对电气设备

的影响：使绝缘材料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触电阻增加。导体短路

时，虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很多。这些热量在适时间内不容易散出，

于是导体的温度迅速升高。同时，导体还受到电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。由此

可见，发热和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。长期发热是由正常工作电流产生的；

短时发热是由故障时的短路电流产生的。

3-2为什么要规定导体和电气设备的发热允许温度？短时发热允许温度和长期发热允许温

度是否相同，为什么？

答：导体连接部分和导体本身都存在电阻(产生功率损耗)；周围金属部分产生磁场,形成涡流和

磁滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，如：tg值的测量

载流导体的发热：长期发热：指正常工作电流引起的发热

短时发热：指短路电流引起的发热

一发热对绝缘的影响

绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的速度于使用的温度有关；

二发热对导体接触部分的影响

温度过高



表面氧化



电阻增大RI2恶性循环

第3页共15页

三发热对机械强度的影响

温度达到某一值



退火



机械强度设备变形

如：

Cu长期发热

70C0

短期发热

300C0

Al长期发热

70C0

短期发热

200C0

3-3导体长期发热允许电流是根据什么确定的？提高允许电流应采取哪些措施？

答：是根据导体的稳定温升确定的。为了载流量，宜采用电阻率小的材料，如铝和铝合金

等；导体的形状，在同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形和槽形的表面积则

较大。导体的布置应采用散热效果最最佳的方式。

3-4为什么要计算导体短时发热最高温度？如何计算？

答：载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路时导体的最高温度不应超过所规定导体

短路时发热允许温度。当满足这个条件时，则认为导体在短路时，是具有热稳定性的。

计算方法如下：

1）有已知的导体初始温度θ

w

；从相应的导体材料的曲线上查出A

w

；

2）将A

w

和Q

k

值代入式：1/S2Q

k

=Ah-Aw求出A

h

；

3）由A

h

再从曲线上查得θ

h

值。

3-5等值时间的意义是什么等值时间法适用于什么情况？

答：等值时间法由于计算简单，并有一定精度，目前仍得到广泛应用。但是曲线所示是根

据容量为500MW以下的发电机，按短路电流周期分量衰减曲线的平均值制作的，用于更大容

量的发电机，势必产生误差。这时，最好采用其它方法。

3-6用实用计算法和等值时间法计算短路电流周期分量热效应，各有何特点？

答：用实用计算法中的电流是短路稳态电流，而等值时间法计算的电流是次暂态电流。

3-7电动力对导体和电气设备的运行有何影响？

答：电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力较小，因

而不易为人们所察觉。而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值，

当载流导体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏。为了防止这种现象发生，必

须研究短路冲击电流产生的电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证

足够的动稳定性。必要时也可采用限制短路电流的措施。

3-8三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现在哪一相上，试加以解释。

答：三相平等导体发生三相短路时最大电动力出现在中间相B相上，因为三相短路时，B

相冲击电流最大。

3-9导体的动态应力系数的含义是什么，在什么情况下，才考虑动态应力？

答：动态应力系数β为动态应力与静态应力的比值，导体发生振动时，在导体内部会产生

第4页共15页

动态应力，对于动态应力的考虑，一般是采用修正静态计算法，即在最大电动力Fmax上乘以

动态应力系统数β，以求得实际动态过程中的动态应力的最大值。

3-10大电流母线为什么常采用分相封闭母线？分相封闭母线的外壳有何作用？

答：大电流母线采用分相封闭母线是由于：

1）运行可靠性高，因母线置于外壳内，能防止相间短路，且外壳多点接地，可保障人体接

人体接触时的安全。2）短路时母线相间电动力大大降低，由于外壳涡流的屏蔽作用，使壳内的

磁场减弱，对减小短路时的电动力有明显的效果；3）壳外磁场也因外壳电流的屏蔽作用而减弱，

可较好改善母线附近的钢构发热；4）安装的维护工作量小。

3-11怎样才能减少大电流母线附近钢构的发热？

答：减小大电流母线附近的钢构发热的措施：

1）加大钢构和导体间的距离，使布磁场强度减弱，因而可降低涡流和磁滞损耗；

2）断开钢构回路，并加装绝缘垫，消除环流；

3）采用电磁屏蔽；

4）采用分相封闭母线。

3-12设发电机容量为10万kW，发电机回路最大持续工作电流I

max

=6791A，最大负荷利用

小时数T

max

=5200h，三相导体水平布置，相间距离a=0.70m，发电机出线上短路时间t

k

=0.2s，

短路电流I



=36.0kA，I

tk/2

=28.0kA，I

tk

=24.0kA，周围环境温度+35℃。试选择发电机引出导

线。

第二章导体的发热和电动力

3-1研究导体和电气设备的发热有何意义？长期发热和短时发热各有何特点？

答：电流将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电器设备的温度升高。发热对电气设备

的影响：使绝缘材料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触电阻增加。导体短路

时，虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很多。这些热量在适时间内不容易散出，

于是导体的温度迅速升高。同时，导体还受到电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。由此

可见，发热和电动力是电气设备运行中必须注意的问题。长期发热是由正常工作电流产生的；

短时发热是由故障时的短路电流产生的。

3-2为什么要规定导体和电气设备的发热允许温度？短时发热允许温度和长期发热允许温

度是否相同，为什么？

答：导体连接部分和导体本身都存在电阻(产生功率损耗)；周围金属部分产生磁场,形成涡流和

磁滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，如：tg值的测量

载流导体的发热：长期发热：指正常工作电流引起的发热

短时发热：指短路电流引起的发热

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一发热对绝缘的影响

绝缘材料在温度和电场的作用下逐渐变化，变化的速度于使用的温度有关；

二发热对导体接触部分的影响

温度过高



表面氧化



电阻增大RI2恶性循环

三发热对机械强度的影响

温度达到某一值



退火



机械强度设备变形

如：

Cu长期发热

70C0

短期发热

300C0

Al长期发热

70C0

短期发热

200C0

3-3导体长期发热允许电流是根据什么确定的？提高允许电流应采取哪些措施？

答：是根据导体的稳定温升确定的。为了载流量，宜采用电阻率小的材料，如铝和铝合金

等；导体的形状，在同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形和槽形的表面积则

较大。导体的布置应采用散热效果最最佳的方式。

3-4为什么要计算导体短时发热最高温度？如何计算？

答：载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路时导体的最高温度不应超过所规定导体

短路时发热允许温度。当满足这个条件时，则认为导体在短路时，是具有热稳定性的。

计算方法如下：

1）有已知的导体初始温度θ

w

；从相应的导体材料的曲线上查出A

w

；

2）将A

w

和Q

k

值代入式：1/S2Q

k

=Ah-Aw求出A

h

；

3）由A

h

再从曲线上查得θ

h

值。

3-5等值时间的意义是什么等值时间法适用于什么情况？

答：等值时间法由于计算简单，并有一定精度，目前仍得到广泛应用。但是曲线所示是根

据容量为500MW以下的发电机，按短路电流周期分量衰减曲线的平均值制作的，用于更大容

量的发电机，势必产生误差。这时，最好采用其它方法。

3-6用实用计算法和等值时间法计算短路电流周期分量热效应，各有何特点？

答：用实用计算法中的电流是短路稳态电流，而等值时间法计算的电流是次暂态电流。

3-7电动力对导体和电气设备的运行有何影响？

答：电气设备在正常状态下，由于流过导体的工作电流相对较小，相应的电动力较小，因

而不易为人们所察觉。而在短路时，特别是短路冲击电流流过时，电动力可达到很大的数值，

当载流导体和电气设备的机械强度不够时，将会产生变形或损坏。为了防止这种现象发生，必

须研究短路冲击电流产生的电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证

足够的动稳定性。必要时也可采用限制短路电流的措施。

3-8三相平行导体发生三相短路时最大电动力出现在哪一相上，试加以解释。

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答：三相平等导体发生三相短路时最大电动力出现在中间相B相上，因为三相短路时，B

相冲击电流最大。

3-9导体的动态应力系数的含义是什么，在什么情况下，才考虑动态应力？

答：动态应力系数β为动态应力与静态应力的比值，导体发生振动时，在导体内部会产生

动态应力，对于动态应力的考虑，一般是采用修正静态计算法，即在最大电动力Fmax上乘以

动态应力系统数β，以求得实际动态过程中的动态应力的最大值。

3-10大电流母线为什么常采用分相封闭母线？分相封闭母线的外壳有何作用？

答：大电流母线采用分相封闭母线是由于：

1）运行可靠性高，因母线置于外壳内，能防止相间短路，且外壳多点接地，可保障人体接

人体接触时的安全。2）短路时母线相间电动力大大降低，由于外壳涡流的屏蔽作用，使壳内的

磁场减弱，对减小短路时的电动力有明显的效果；3）壳外磁场也因外壳电流的屏蔽作用而减弱，

可较好改善母线附近的钢构发热；4）安装的维护工作量小。

3-11怎样才能减少大电流母线附近钢构的发热？

答：减小大电流母线附近的钢构发热的措施：

1）加大钢构和导体间的距离，使布磁场强度减弱，因而可降低涡流和磁滞损耗；

2）断开钢构回路，并加装绝缘垫，消除环流；

3）采用电磁屏蔽；

4）采用分相封闭母线。

3-12设发电机容量为10万kW，发电机回路最大持续工作电流I

max

=6791A，最大负荷利用

小时数T

max

=5200h，三相导体水平布置，相间距离a=0.70m，发电机出线上短路时间t

k

=0.2s，

短路电流I



=36.0kA，I

tk/2

=28.0kA，I

tk

=24.0kA，周围环境温度+35℃。试选择发电机引出导

线。

第三章厂用电

5-1什么叫厂用电和厂用电率？

答：发电机在启动，运转、停止，检修过程中，有大量电动机手动机械设备，用以保证机

组的主要设备和输煤，碎煤，除尘及水处理的正常运行。这些电动机及全厂的运行，操作，实

验，检修，照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。厂用电耗量占发电

厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。

5-2厂用电的作用和意义是什么？

答：发电机在启动、运转、停机，检修过程中，有大量电动机手动机械设备，用以保证机

组的主要设备和输煤，碎煤，除尘及水处理等的正常运行。降低厂用电率可以降低电能成本，

同时也相应地增大了对电力系统的供电量。

5-3厂用电负荷分为哪几类？为什么要进行分类？

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答：厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按

其重要性可分为四类：

⑴I类厂用负荷：凡是属于短时停电会造成主辅设备损坏，危及人身安全，主机停用及影

响大量出力的厂用设备；

⑵II类厂用负荷：允许短时断电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的常用设备；

⑶III类厂用负荷：较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产不方便的厂用负荷；

⑷事故保安负荷

⑸交流不间断供电负荷

5-4对厂用电接线有哪些基本要求？

答：对于厂用电接线的要求主要有：

1）各机组的厂用电系统是独立的；

2）全厂新公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线；

3）充分考虑发电厂正常，事故，检修启动等运行方式下的供电要求，尽可能的使切换操作

简便，启动电源能在短时间内投入；

4）充分考虑电厂分期建设，连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别是要注意对公用

负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变和更换装置。

5）200MW及以上的机组应设置足够容量的交流事故保安电源。

5-5厂用电接线的设计原则是什么？对厂用电压等级的确定和厂用电源引接的依据是什

么？

答：厂用电的设计原则主要是：

⑴厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运行。

⑵接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求。

⑶厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电。

⑷设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂

用电接线具有可行性和先进性。

⑸在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接

和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。

厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压，厂用电动机的电压和厂用电，供电网络等因

素，相互配合，经技术经济比较后确定的。

5-6在大容量发电厂中，要设启动电源和事故保安电源，如何实现？

答：启动电源的设计：

1）从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器引接。

2）从发电厂联络变压器的低压绕组引接，但应保证在机组全停情况下，能够获得足够的电

源容量。

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3）从与电力系统联系紧密，供电可靠的最低一级电压的母线引接。

4）当经济技术合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源或启

动电源。

事故保安电源必须是一种独立而又十分可靠的电源，通常采用快速自动程序启动的柴油发

电机组，蓄电池以及逆变器将直流变为交流事故保安电源。对300MW及以上机组还就由附近

110kV及以上的变压器工发电厂引入独立可靠的专用线路作为事故备用保安电源。

5-7火电厂厂用电接线为什么要按锅炉分段？为提高厂用电系统供电可靠性，通常都采用

那些措施？

答：为了保证厂用供电的连续性，使发电厂安全满发，并满足运行安全可靠灵活方便。所

以采用按炉分段原则。为提高厂用电工作的可靠性，高压厂用变压器和启动备用变压器采用带

负荷高压变压器，以保证厂用电安全，经济的运行。

5-8发电厂和变电站的自用电在接线上有何区别？

答：发电厂厂用电系统一般采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电

能。厂用电源由相应的高压厂用母线供电。而变电站的站用电源引接方式主要有：1）由变电站

内主变压器第三绕组引接，站用变压器高压侧要选用较大断流容量的开关设备，否则要加限流

电抗器。2）当站内有较低母线时，一般由这类电压母线上引接两个站用电源。这种站用电源引

接方式经济性好和可靠性高的特点；3）500kV变电站的外接电源多由附近的发电厂或变电站的

低压母线引接。

5-9何谓厂用电动机的自启动？为什么要进行电动机自启动校验？如果厂用变压器的容量

小于自启动电动机总容量时，应如何解决？

答：厂用电系统运行的电动机，当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，

甚至会停止运行，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电压后，不与电源断开，在很

短时间内，厂用电源恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行还未结束，

又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机自启动。分为：⑴失压自启动；⑵空载

自启动；⑶带负荷自启动。若参加自启动的电动机数目多，容量大时，启动电流过大，可能会

使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机的安全以及厂用电网

络的稳定运行，因此，必须进行电动机自启动校验。若不能满足自启动条件，应采用以下措施：

⑴限制参加自启动的电动机数量。

⑵机械负载转矩为定值的重要设备的电动机，因它只能在接近额定电压下启动，也不应参

加自启动，可采用低电压保护和自动重合闸装置，即当厂用母线电压低于临界值时，把该设备

从母线上断开，而在母线电压恢复后又自动投入。

⑶对重要的厂用机械设备，应选用具有较高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机与其配

套。

⑷在不得已的情况下，或增大厂用变压器容量，或结合限制短路电流问题一起考虑进适当

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减小厂用变压器的阻抗值。

5-11厂用母线失电的影响和应采取的措施？

答：厂用母线的工作厂用电源由于某种故障而被切除，即母线的进线断路器跳闸后，由于

连接在母线上运行的电动机的定子电流和转子电流都不会立即变为零，电动机定子绕组将产生

变频电压，即母线存在残压。残压的大小和频率都随时间而降低。电动机转速下降的快慢主要

决定于负荷和机械时间常数，一般经0.5S后转速约降至额定转速。若在此时间内投入备用电源，

一般情况下，电动机能迅速恢复到正常稳定运行状态。一般用电源的快捷切换，要求工作厂用

电源切除后，在厂用母线残压于备用电源电压之间的相角差未达到第一次反相之前合上备用电

源，可保证备用电源合上时电动机的转速下降尚少，且冲击电流亦小。

5-12厂用电源的各种切换方式及其优缺点？

答：厂用电源的切换，除按操作控制分为手动与自动外，还可按厂用系统的运行状态，断

路器动作顺序，厂用电源切换的速度等进行区分。按厂用电系统正常运行状态厂用电源的切换

分为正常切换和事故切换。按断路器的运行顺序厂用电源的切换分为并联切换、断电切换和同

时切换。按厂用电源的切换速度厂用电源的切换分为快速切换和慢速切换。

第四章导体和电气设备的原理与选择

6-1什么是验算热稳定的短路计算时间t

k

以及电气设备的开断计算时间t

br

？

答：演算热稳定的短路计算时间t

k

为继电保护动作时间t

pr

和相应断路器的全开断时间t

br

之和，而t

br

是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的

电弧完全熄灭位置的时间段。

6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？

答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子

的缘故。电弧形成过程：⑴电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射；⑵弧柱区的气体游离，

产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离。电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式有２

种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。

开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关：⑴电弧温度；⑵电场强度；⑶气体介质的压

力；⑷介质特性；⑸电极材料。

6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？

答：有以下几种灭弧方式：

1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油

吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触

头的分离速度，迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利

于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。

第10页共15页

6-4电流互感器常用的二次接线中，为什么不将三角形接线用于测量表计？

答：计量用电流互感器接线方式的选择，与电网中性点的接地方式有关，当为非有效接地

系统时，应采用两相电流互感器，当为有效接地系统时，应采用三相电流互感器，一般地，作

为计费用的电能计量装置的电流互感器应接成分相接线（即采用二相四线或三相六线的接线方

式），作为非计费用的电能计量装置的电流互感器可采用二相三线或三相的接线方式，

6-5为提高电流互感器容量，能否采用同型号的两个互感器在二次侧串联或并联使用？

答：可以将电流互感器串联使用，提高二次侧的容量，但是要求两个电流互感器型号相同。

因为电流互感器的变比是一次电流与二次电流之比。两个二次绕组串联后，二次电路内的额定

电流不变，一次电路内的额定电流也没有变，故其变比也保持不变。二次绕组串联后，因匝数

增加一倍，感应电势也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。也即每一个二次绕只承担二次负

荷的一半，从而误差也就减小，容易满足准确度的要求。在工程实际中若要扩大电流互感器的

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。

6-6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。

6-7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。

6-8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。

6-9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S

d

＝100MVA），出线最大负荷为560A，出线保

护动作时间t

pr

＝1s。

解：假设选择断路器为SN10-10II

Nbr

=16kA，全分闸时间t

br

=0.1s，

第11页共15页

基准容量S

d

＝100MVAU

d

＝10.5kV，I

d

=5.5kA

%33.2%100

100005500

10500600

)14.0

16

5.5

(%100)'((%)

*











Nd

dN

Nbr

d

LUI

UI

x

t

I

x

选择4％的电抗NKL-10-600-4，参数如下：

%4(%)

L

xkAi

es

28.38skAtI

t

222)(34计算如下：

3）电压损失和残压校验：

电抗标么值：349.0

10500600

100005500

04.0(%)

*









dN

Nd

LLUI

UI

xx

489.0349.014.0

***







L

xxx

短路计算时间：

sttt

brprk

1.11.01

，查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名

值，kAIkAIkAI35.9,9.9,1.12"

1.155.0

。

电压损失和残压分别为：

%5%24.26.0

600

560

04.0sin(%)(%)max

N

LI

I

xU

%70~%60%7.80

6.0

1.12

04.0

"

(%)(%)

N

LreI

I

xU

4）动、热稳定校验。

skAskAt

III

Q

k

tt

k

kk







222

222

22

2/

2

)(34)(42.301.1

12

35.99.91.12

12

10"

)(28.38)(86.301.1255.2"2kAkAIKi

shsh



可见，电压损失、残压、动热稳定均满足要求。

6-10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？

答：略

6-11设发电机容量为25MW，最大负荷利用小时数T

max

＝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t

k

＝0.2s，短路电流I



=27.2kA，

2/

k

t

I=21.9kA，

k

t

I=19.2kA。周围环境温度+40ºC。试选择发电机引出导体。

解：

1）按经济电流密度选择导线截面。

第12页共15页

)(1804

8.05.103

102505.1

cos3

05.13

max

A

U

P

I

N

N









查图6-17曲线2，得：2/68.0mmAJ，则：)(2653

68.0

1804

2

maxmm

J

I

S

J



选择100×10mm2的三条矩形导体水平布置,允许电流

AI

Cal

3284

25



，集肤效应

7.1

f

K

截面积为3000mm2。当环境温度为C40时：

)1804()(26813284816.03284

2570

4070

max

2540

AIAIKI

CalCal









2）热稳定校验。正常运行时导体温度：

C

I

I

al

al

54

1681

1804

)4070(40)(

2

2

2

2

max

00

0







查表6－9，得热稳定系数93C，则满足短路时发热的最小导体截面为：

nppk

QQQ

skAt

III

Q

k

tt

p

kk







2

222

22

2/

2

)(47.262.0

12

2.199.212.27

12

10"

发电机出口短路待会，非周期分量等值时间T取0.2s

skAITQ

np

222)(0.1482.272.0"

skAQQQ

nppk

2)(47.1740.14847.26

)(3000)(185

93

7.11047.174

22

6

min

mmmm

C

KQ

Sfk





满足热稳定要求。

3）动稳定校验。导体自振频率由以下求得：

mkgwbhm/7.2270001.01.0

)(1083.0

12

1.001.0

12

46

32

m

bh

J





HzHz

m

EJ

L

N

ff155)(522

7.2

1083.0107

1

56.3610

22

1









可不计母线共振影响。取发电机出口短路时，冲击系数9.0K，则

)(17.732.2769.2"29.1kAIi

sh



母线相间应力计算如下：

第13页共15页

)/(264635.0/731701073.1/1073.12727mNaif

shph



)(10501.001.05.0

2

362

2

m

bh

W

)(10292.5

105010

12646

10

6

6

2

2Pa

W

Lf

ph

ph













母线同相条间作用应力计算如下：

1.0

100

10



h

b

，091.0

10010

102











hb

bb

，273.0

110

304







hb

bb

45.0

12

K，6.0

13

K则：

)(449701.0/7317010)6.045.0(8/10)(82929

1312

PabiKKf

shb

临

界跨距

cr

L（每相三条铝导体1197）及条间衬垫最大跨距

maxb

L分别为：

)(822.04497/1.001.01197/4

4mfhbL

bcr



)(54.04497/10)2.570(1.0201.0/)(26

max

mfhbL

bphalb



所选衬垫跨距应小于

cr

L及

maxb

L。

6-12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

I

max

＝6791A，T

max

＝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Q

k

=421.1(kA)2•s。

解：1）按经济电流密度选择导线截面。

AI6791

max

，hT5200

max



查图6-17曲线2，得：2/78.0mmAJ，则：)(8706

78.0

6791

2

maxmm

J

I

S

J



选择mmrmmCmmbmmh16,5.12,105,225的双槽形导体水平布置,导体截面积

9760mm2允许电流

AI

Cal

10150

25



，集肤效应系数

285.1

f

K

。当环境温度为

C35

时：

)6791()(89511015089.010150

2570

3570

max

2535

AIAIKI

CalCal









2）热稳定校验。正常运行时导体温度：

C

I

I

al

al

55

8951

6797

)3570(35)(

2

2

2

2

max

00

0







查表6-9，得热稳定系数93C，则满足短路时发热的最小导体截面为：

第14页共15页

已知：

skAQ

k

2)(1.421

)(9760)(250

93

285.1101.421

22

6

min

mmmm

C

KQ

Sfk





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9.1K，则

)(84.963669.2"29.1kAIi

sh



母线相间应力计算如下：

)/(2084225.0/96840105

1

105

1

10)5.0(2282872mN

h

i

h

if

shshb



)(105.6636mWW

Y



)1069()(10612.2

105.6612

12084

16.4

12

66

6

2

22

PaPa

hW

Li

W

Lf

al

Y

bsh

Y

bb

b













第五章配电装置

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。

屋内配电装置的特点：1）由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；2）维

修、巡视和操作在室内进行，可减少维护工作量，不受气候影响；3）外界污秽空气对电气设备

影响较小，可减少维护工作量；房屋建设投资较大，建设周期长，但可采用价格较低的户内设

备。

屋外配电装置的特点：1）土建工作量和费用较小，建设周期短；2）与屋内配电装置相比，

扩建比较方便；3）想念设备之间距离较大，便于带电作业；4）与屋内配电装置相比，占地面

第15页共15页

积积大；5）受外界环境影响，设备运行条件较差，需加强绝缘；6）不良气候对设备维修和操

作影响大。

成套配电装置的特点：1）电气设备封闭可半封闭的金属中，相间和对地距离可缩小，结构

紧凑，上地面积小；2）所有设备已在工厂组装成一体；3）运行可靠性高，维护方便；4）耗用

钢材较多，造价较高。

7-4简述配电装置的设计原则和设计要求。

答：配电装置的设计原则是配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循有关

规程、规范及技术规定，并根据电力系统、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合

理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料和新结构，使配电装置

设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠和维护方便。

发电厂和变电站的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，

节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置形式

时必须满足下述要求：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约材料，降

低造价。

配电装置的设计要求：1）满足安全净距的要求；2）施工、运行和检修的要求；3）噪声的

允许标准及限制措施；4）静电感应的场强水平和限制措施；5）电晕无线电干扰和控制。