论述题1. 试分析发电机功率因数的高低对机组有何影响?
发电机正常应在额定功率因数下运行,最有利于安全经济运行。理由如下:
(1)功率因数cosφ,是有功功率与视在功率的比值,即
在一定额定电压和额定电流下,功率因数越高,有功功率所占的比重越大,反之越低。
(2)随着功率因数的增大,发电机无功功率减少,特别是当cosφ=1时,无功功率为零,因此转子的励磁电流减少,发电机定子与转子磁极间的吸力减少,降低了发电机的静态稳定性。
(3)当功率因数低于额定值时,一方面发电机的有功功率降低,其容量得不到充分的利用;另一方面无功功率增加,由于感性无功起去磁作用,为了维护定子电压不变增加转子电流,这会引起转子绕组温度升高与过热。
(4)功率因数低,在输电线路上引起较大的电压降和功率损耗,故当输电线路输出功率P一定时,线路中电流与功率因数成反比,即
当cosφ降低时,电流I增大,在输电线路阻抗上压降增大,使负荷端电压过低。严重时,影响设备正常运行,用户无法用电。此外,阻抗上消耗的功率与电流平方成正比,电流增大要引起电能损耗增大。
2. 水电站压油槽中透平油和压缩空气的比例为多少?为什么?
压油槽中有30%~40%是透平油,60%~70%是压缩空气。用空气和油共同造成压力,是维持调速系统所需要的工作能力的保证。当压缩空气比例太大时,透平油比例减小,这样便不能保证调速系统的用油量,造成调速系统进气。当压缩空气比例太小时,则会造成压油槽压力下降太快,压油泵频繁启动。
3. 论述水轮机调速器参数中,e
p与b
p的区别。
水轮机调速器中,ep与bp是有区别的。
(1)ep表示机组出力由零增加到额定值时,其转速变化的相对值,又称为机组调差率,是机组静特性曲线的斜率。bp表示接力器移动全行程,转速变化的相对值,它又称为永态转差系数,表示调速器静特性曲线斜率。
(2)机组出力为零时,接力器行程并不相应为零。机组出力达额定值时,接力器行程也不定相应为最大,故ep不一定等于bp。
(3)bp值取决于调差机构的整定,而ep值则取决于调差机构(硬反馈)的整定,又取决于机组运行水头。
4. 论述水轮机调速器如何设置缓冲参数。
水轮机调速器一般都要设置空负荷和负荷两种缓冲参数。
(1)机组都存在空负荷和并网两种不同运行工况,两种工况对调速器的要求不一样。机组空负荷运行,不存在调整负荷问题,故空负荷运行的稳定性要求较高;而机组并网运行时,带上负荷,因自调节能力增强,稳定性的问题不那么突出,所以负荷调整的速动性显得较为重要。
(2)通常情况下,Td、bt整定越大,则稳定性越好,而速动性越差。所以稳定性和速动性对Td、bt的要求是矛盾的,所以机组空负荷和并网两种工况对Td、bt的要求也不一样,所以缓冲参分两种,根据需要自动或手动投入。
5. 论述大容量水轮发电机为什么可以取消转子风扇?
大容量水轮发电机取消转子风扇是可以的。大容量水轮发电机由于转速低,所以直径大、铁芯短,转子转动时,利用转子支臂的扇风作用,所鼓动的气流已足够使定子绕组端部得到充分冷却,故转子上下两端可不加风扇。这对防止风扇断裂、损坏定子绝缘事故非常有利。但必须合理选择支臂上、下挡风板尺寸,使支臂的进、出风口有合适的间隙,以形成两端进风的无风扇径向通风系统。
6. 论述微机调速器的结构和硬件组成,其与模拟式电气调节器相比的主要优点是什么?
微机调速器是以单板工控机为主、辅以相应的接口硬件,通过控制软件来实现需要的调节规律,并与适当的电液随动系统相配合组成。与模拟式电气调节器相比,它实现了柔性控制,适应性更强。理由如下:
用微机调速器取代模拟式电气调节器,不仅能实现PID(比例、积分、微分)调节,而且不需要变更硬件电路,只需通过改变程序就能实现复杂的控制,如前馈控制、串级控制,以及变参数适应控制等,使机组在不同工况区运行都能获得最优的动态品质。
7. 论述励磁变压器中性点能否接地。
励磁变压器中性点不能接地。理由如下:
励磁变压器低压侧与转子回路的交流侧电源——晶闸管整流回路相连接,而转子回路的交流侧电源接地,势必要使转子绕组回路也受接地影响,这是不允许的,若转子再有一点接地,发电机轻则不能稳定运行、发生振荡,重则失磁、甚至影响发电机寿命和供电可靠性,所以励磁变压器中性点不能接地。
8. 论述水轮发电机组调相运行中给气压水的作用过程。
水电站机组调相运行的给气压水过程,是给气量和水流携气量不断作用的过程,常从尾水管遗失大量空气。
(1)当转轮在水中旋转时,一方面搅动水流使其旋转,另一方面在尾水管中引起竖向回流和尾水管垂直部分与水平部分的横向回流,这些回流导致空气从尾水管遗失。空气进入转轮室后,被水流冲裂成气泡,由竖向回流将其带至尾水管底部,一部分气泡随着中心的水流回升上去,另一部分气泡被横向水流带至下游。
(2)竖向回流携带空气的能力是有限的。如果刚开始给气量超过携气量的极限值,给入的空气则不会被冲散遗失,转轮室内便会形成空气室。由于转轮脱水快,压力过程中逸气少,压缩空气利用率高。
(3)如果刚开始给气量小于携气量的极限值,给入的空气则会被冲散带走,但由于水流掺气,其携气能力下降,当携气量的极限值下降到给气量以下时,也会出现气水分界面而将水面压下。根据气水分界面出现的早晚,将有不同程度的空气遗失。
9. 试从安全角度分析油断路器油位不正常有何危害。
油断路器油位不能过高,也不能过低,否则不利于油断路器运行安全。
(1)油断路器油位过低,会使跳合闸时断弧时间加长或难以灭弧,引起触头和灭弧室遭到损坏。电弧不易熄灭,甚至会冲出油面,进入箱体的缓冲空间,这个空间的气体与被电弧高温分解出来的氢、氧、甲烷、乙炔等游离气体混合后,再与电弧相遇即可引起燃烧爆炸。此外,油量不足也使绝缘暴露于空气中,容易受潮,降低灭弧性能。
(2)断路器在跳闸时,产生电弧(温度高达4000~8000℃)使周围绝缘油被迅速分解气化,同时产生强大的压力,促使油面上升。如果油位过高,因缓冲空间减少,室内调节压力余地减少,箱体承受压力过大,就会发生喷油,使灭弧室(或断路器油箱)变形,不仅不能灭弧,甚至引起爆炸。
10. 论述电流互感器二次侧为什么不许开路。
电流互感器一次电流的大小与二次负荷电流大小无关。在正常工作时,由于二次负荷阻抗很小,接近短路状态,一次电流所产生的磁化力大部分被二次电流所补偿,总磁通密度不大,所以二次绕组电势很小。当二次绕组开路时,二次侧阻抗增至无穷大,二次电流为零,总磁化力等于原绕组磁化力,即一次电流完全变成激磁电流,使二次绕组产生很高电势,峰值可达几千伏,严重威胁人身安全,或造成仪表保护装置等绝缘损坏。所以,电流互感器二次侧不许开路。
11. 论述电压互感器在运行中二次侧为什么不许短路。
电压互感器二次侧电压为100V,且接于仪表和继电器的电压绕组。电压互感器是一电压源,内阻很小,容量也小,一次绕组导线很细,若二次侧短路,则二次侧通过很大电流,不仅影响测量表计及引起保护与自动装置误动,甚至会损坏电压互感器。所以,电压互感器在运行中二次侧不许短路。
12. 论述调速器系统动态试验的意义。
调速器完成整机装配、试动调整和整机静态特性试验后,就可以将其与被控制机组连接起来,构成闭环的调节系统,并在机组投入试运行以前,对此闭环系统进行一系列的试验。调速器系统的动态试验是在蜗壳充水后的首次试验,有重要意义。
(1)检查调速器、调节系统在启动、空负荷、并网、带负荷、甩负荷、停机等各种闭环工况下的性能和技术指标是否符合设计要求。重点是进行机组启动的调试与观测,比如手动开机与检查机组运行情况、空负荷动平衡调整与稳定性观测。
(2)反复进行参数组合选择和整定试验,以求取最佳参数。重点是进行空负荷扰动试验,求得最佳动态品质指标。
13. 计算机监控系统为什么需要网络和网络协议?
计算机监控系统需要网络和网络协议,才能正常运行。理由如下:
(1)计算机监控系统不管采用何种结构,都需要配置一定数量的计算机。随着微机保护、微机励磁调节调节器和微机电调等的迅速推广应用,计算机监控系统又需要面对这些同属于计算机的被控对象。所以,在系统的最高级与下级单元控制级之间、单元控制级与被控对象(辅助驱动检测级)之间等,都需要实现数据传输通信和资源共享,这就需要有一个计算机网络,通过网络把地理上分散的计算机构成系统。
(2)在计算机网络中,为使各计算机之间或计算机与终端之间能正确地传送信息,必须在有关信息的传输顺序、信息格式和信息内容等方面建立一个全面一致、共同遵守的约定或规则,这组约定或规则即为网络协议。它含有3个要素:语义、语法和规则。语义规定了通信双方彼此间准备“讲什么”,即协议元素的类型;语法规定通信双方“如何讲”,即协议元素的格式;规则规定通信双方“应答关系”,即确定通信过程的状态变化。
14. 胸外按压的正确操作要点是什么?
(1)确定正确的按压位置:
1)右手的食指和中指沿触电伤员的右侧肋弓下缘向上,找到肋骨和胸骨接合处的中点。
2)手指并齐,中指放在切迹中点(剑突底部),食指平放在胸骨下部。
3)另一只手的掌根紧挨食指上缘,置于胸骨上。
(2)正确的按压姿势:
1)使触电伤员仰面躺在平硬的地方,救护人员立或跪在伤员一侧身旁,救护人员的两肩位于伤员胸骨正上方,两臂伸直,肘关节固定不屈,两手掌根相叠,手指翘起,不接触伤员胸壁。
2)以髋关节为支点,利用上身的重力,垂直将正常成人胸骨压陷3~5cm(儿童和瘦弱者酌减)。
3)压至要求程度后,立即全部放松,但放松时救护人员的掌根不得离开胸壁。
(3)操作步骤:
1)胸外按压要以均匀速度进行,每分钟80次左右,每次按压和放松的时间相等。
2)胸外按压与口对口(鼻)人工呼吸同时进行,其节奏为单人抢救时,每按压15次后吹气2次(15:2),反复进行;双人抢救时,每按压5次后由另一人吹气1次(5:1)反复进行。
15. 论述电力安全生产违章如何分类?
违章是指在电力生产活动过程中,违反国家和行业安全生产法律法规、规程标准,违反国家电网公司安全生产规章制度、反事故措施、安全管理要求等,可能对人身、电网和设备构成危害并诱发事故的人的不安全行为、物的不安全状态和环境的不安全因素。违章分为行为违章、装置违章和管理违章3类。
(1)行为违章是指现场作业人员在电力建设、运行、检修等生产活动过程中,违反保证安全的规程、规定、制度、反事故措施等的不安全行为。
(2)装置违章是指生产设备、设施、环境和作业使用的工器具及安全防护用品不满足规程、规定、标准、反事故措施等的要求,不能可靠保证人身、电网和设备安全的不安全状态。
(3)管理违章是指各级领导、管理人员不履行岗位安全职责,不落实安全管理要求,不执行安全规章制度等的各种不安全作为。
16. 电力安全生产的三要素是什么?它们之间的关系是什么?
完好的设备、正确无误的操作、有章可循的管理制度,称为电力安全生产的“三要素”。
(1)完好的设备是电力安全生产的物质基础,为了提高设备健康水平,就要对设备定期检修(或根据设备的状态进行检修),进行各种试验,及时发现和消除设备缺陷。
(2)在生产过程中,为保证电能的质量,进行设备检修,就要经常改变电网运行方式,进行各种操作,若操作时发生错误,将会引起设备损坏,系统分割或瓦解,造成大面积停电,危及人身安全。因此,正确操作是电网安全和人身安全的重要保证。
(3)电力生产有完整的规章制度,这些以安全工作规程为主的各项规章制度是电力生产的科学总结,是从血的代价中换来的,是电力安全生产的管理基础。
17. 论述异步电动机的启动方式选择。
异步电动机包括鼠笼式异步电动机和绕线式电动机,这两种异步电动机根据各自的结构选择适合的启动方式,才能体现安全、经济和高效。
(1)对于鼠笼式异步电动机,其启动方法有:
1)直接启动。在启动时,电动机的定子三相绕组通过断路器等设备接到三相电源上,一合断路器就加上全电压使电动机转动。直接启动具有接线简单、启动操作方便、启动方式可靠以及便于自启动等优点。
2)降压启动。由于直接启动时,电动机的启动电流大,因此采用降压启动方式来减少启动电流。例如用Y,d(星,三角形)转换来启动,定子绕组为d形接线的鼠笼电动机,当电动机启动时,先将定子接成Y形接线,在电动机达到稳定转速时,再改接成d形。因为采用Y接线时,每相定子绕组的电压只有d形接线的
因而Y接线启动时,线路电流仅为d形接线的1/3,达到了降压启动的目的。
3)软启动。改变晶闸管的导通角,来限制异步电动机的启动电流,当异步电动机达到稳定转速后,再改变晶闸管的导通角使晶闸管处于全导通状态,完成电动机的启动过程。
(2)对于绕线式电动机的启动:在电压不变的前提下,在一定范围内电动机的启动力矩与转子电阻成反比关系,而绕线式电动机正是利用增加转子回路中的电阻来降低启动电流、增大启动力矩的。它的启动设备常用的是启动变阻器或频敏变阻器。在绕线式电动机启动时,将启动变阻器或频敏变阻器接入转子电路,获得较大的启动力矩,在启动过程快要完成时再逐段切除启动电阻,以满足对电动机启动的要求。
18. 论述微机型直流绝缘监察装置有何优点。
与传统的直流绝缘监察装置比,微机型直流绝缘监察装置能够自动实现故障诊断,方便运行人员快速找到故障点。
微机型直流绝缘监察装置的优点是:可以准确地判断出存在接地的支路,不用按传统的方法选切直流负荷。微机型直流绝缘监察装置采用差流原理,即装置用支路绝缘传感器穿套在各支路的正、负极出线上。支路绝缘水平正常时,穿过传感器的直流分量大小相等方向相反,即I++I-=0,由此产生的磁场之和也为0。当绝缘水平下降到一定范围接近故障时,此时I++I-≠0,此时支路出现一差流,对应传感器有一差流信号输出,经微机运算处理后,显示出故障支路。
19. 论述高频保护中采用远方启动发信的意义。
高频保护中采用远方启动发信对于提高保护的可靠性和选择性来说是非常必要的,理由如下:
(1)利用远方起动发信可保证两侧起动发信与比相回路的配合。
(2)利用远方起动发信可以进一步防止保护装置在区外故障时的误动作。
(3)便于通道检查。因高频保护发信机使用电子元件多,装置较复杂,任何一侧故障均有可能影响保护的正确动作。为了保证保护装置动作可靠,每日人为启动发信机进行高频通道信号检查,利用远方启动发信以检查收发信机及通道是否正常。发现缺陷及时处理,保证保护的可靠性,发生本线路故障能正确动作。
20. 论述水轮发电机的冷却方式。
水轮发电机的冷却方式可分为外冷式、内冷式、蒸发式冷却3种,由于所采用的冷却介质不同,在冷却原理、具体结构和冷却效果方面是有区别的。理由如下:
(1)外冷式又分为开敞式和密闭式。
开敞式即直接从机房或者以专用风管从机房外以冷空气进行发电机冷却,经过发电机加热后的热空气,排至机房或室外;缺点是易将尘埃带入发电机内部,影响散热及通风,使得发电机绝缘变坏。密闭式是用同一空气在空气冷却器内和发电机通风沟内进行循环冷却。
(2)内冷式是将经过水质处理的冷却水,直接通入转子励磁绕组或定子绕组线圈的空心导线内部,带走由损耗所产生的热量。对于定、转子绕组都直接通水冷却的方式,称为“双水内冷”。
(3)密闭蒸发自循环冷却简称蒸发冷却。为了克服水内冷诸如氧化物堵塞、水泄漏引发故障以及水处理净化设备复杂的缺点,近来发展起来的蒸发冷却方式也应用到发电机上。这种内冷发电机定子线棒由空心导线与实心导线搭配再外包绝缘而构成,空心导线两端由拼头套焊接形成冷却介质的导流通道。密闭蒸发自循环内冷系统就是由这些液流支路互相并联的线棒、下液管、下汇流管、下绝缘引管、上绝缘管、上汇流管、出气管、冷凝器等部件组成一个全密闭系统,在冷却系统内充入一定量的绝缘性能、防火灭弧性能好的液态新氟碳化合物。发电机运行时,绕组发热使空心导线内的液体升温,达到饱和温度后即沸腾,吸收汽化潜热使绕组得到冷却。冷却液汽化后,在空心导线内形成蒸汽与液体相混合的两相混合流体,其密度低于下液管中的液体密度,由于密度不同造成压力差,推动冷却系统中的介质自循环。蒸汽上升进入冷凝器,与冷却水发生热交换使它冷凝恢复成液体,进入下液管,如此自循环使发电机绕组得到冷却。
21. 分析电力系统产生电压偏移的原因、电压偏移过大危害及调压措施。
产生电压偏移的原因:线路或变压器环节的电压损失为电力系统正常运行时,负荷多为感性,无功功率Q>0,而且输电线路的感抗XL一般大于电阻R(10kV及以下电压等级配电线路往往R>XL),因此高压输电线路由于传输无功功率Q产生的电压损失较大,这也是造成电压偏低的主要原因。
另外,对高压空负荷线路充电时,或正处在空负荷运行的高压线路,由于线路分布电容的影响,使Q为容性小于零,会出现线路末端电压高于首端电压的现象。
电压偏移过大的危害:
(1)烧坏电动机。
(2)电灯发暗或烧坏。
(3)增大电能损耗。
(4)送变电设备能力降低。
(5)发电机有功出力降低。
(6)造成大面积停电事故。
可见,电网电压偏移过大时对安全生产和可靠经济供电均有危害。线路传输的有功功率和无功功率对电压质量均有影响,并且有功功率是必须通过线路送给负荷的。因此,电力网主要通过控制无功的平衡来保证电压的质量。同时,在调节有功功率时,对节点电压也有一定的影响。
电力系统的调压措施有:
(1)改变同步发电机励磁调压。
(2)改变变压器分接头调压。
(3)串联电容补偿调压。
(4)并联电容和调相机补偿调压。
(5)静止无功补偿装置。
(6)并联电抗器。
(7)综合调压,提高电压质量。
22. 论述水电站计算机监控系统应具备的功能。
水电站计算机监控系统的基本功能是监视和控制水电站水工设备、水轮发电机组和输变电设备的安全经济运行,因此在开发这些功能时必须兼顾全面和具体的原则。理由如下:
(1)水库的经济运行:可以进行水库水情预报,给出机组的负荷运行建议。
(2)最优发电控制:根据电力系统对水电站有功功率的需要,调整机组出力,达到机组最优配合和负荷的最优分配,保证水电站的电压质量和无功功率的合理分配。
(3)安全监视:包括大坝安全监测、水库防洪监测和运行设备的监视等。
(4)自动控制:包括机组开停、发电、调相状态的转换,发电机的并列运行,机组有功功率和无功功率的调节,进水闸门的开闭,倒闸操作,辅助设备的切换等。
(5)自动处理事故,事故追忆和记录。
23. 什么是水轮发电机的进相运行?进相运行应考虑哪些问题?
减少发电机励磁电流i
F,使发电机电势
减小,功率因数角φ就变为超前的,发电机负荷电流
产生助磁电枢反应,发电机向系统输送有功功率,但吸收无功功率,这种运行状态称为进相运行。
同步发电机进相运行中要考虑的问题:一是解决系统稳定性降低;二是解决发电机端部漏磁引起的定子发热;三是解决发电机端电压的下降。
(1)系统稳定性的降低。
已知发电机单机对无限大容量的功率为
因而进相运行时,在输出功率P恒定的前提下,随着励磁电流i
F的减小,发电机电势E
q随之减小,功率角蹴会增大,从而使静态稳定性降低。
上式是相应于发电机直接接在无限大容量母线上的情况,实际上,发电机总是要经变压器、输电线才接上系统的。所以,需要计及这些元件的电抗(统称为系统电抗),此时系统的静态稳定性还要进一步降低。
(2)发电机端部漏磁引起的定子发热。
在相同的视在功率和端部冷却条件下,发电机由迟相向进相转移时,端部漏磁磁密值相应增高,引起定子端部构件的严重发热,致使发电机出力要相应降低。发电机端部漏磁是定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁共同组成的,它的大小与发电机的结构、材料、定子电流大小、功率因数等有关。发电机的上述合成漏磁总是尽可能地通过磁阻最小的路径形成闭路的。因此,由磁性材料制成的定子端部铁芯、压圈以及转子护环等部件便通过较大的漏磁。漏磁在空间与转子同速旋转,对定子则有相对运动,故在定子端部铁芯齿部、压圈等部件中感应的涡流磁滞损耗较大。
(3)发电机端电压下降。
厂用电通常引自发电机出口或发电机电压母线。进相运行时,随着发电机励磁电流的降低,发电机无功功率的倒流,发电机出口处的厂用电电压也要降低。正常运行时,进相运行的水轮发电机端电压还不致降低到额定电压的95%。但在厂用电支路发生短时故障后恢复供电时,某些大容量厂用电动机自启动会发生困难。
24. 分析电气主接线为多角形接线的应用场合。
多角形接线一般适合用于引出线较少、发展可能性不大的场合。
多角形接线存在很多优点:
(1)短路器数等于回路数,比相同回路数的单短路器双母线接线少了一台短路器。但每一回路却有两台短路器,因而具有双短路器双母线接线的优点,既经济灵活而且可靠性又高。
(2)检修任一短路器时,全部电源和引出线仍可继续工作。
(3)所有隔离开关只用于检修时隔离电压,不作操作之用,易于实现自动化和遥控。
多角形接线也存在很多缺点:
(1)检修任一短路器和它两侧的隔离开关时,多角形接线的环形被解开,此时,若其他回路发生故障,多角形接线就被分割成两个独立部分,各电源的功率分配可能不平衡。
(2)设备流过的最大电流增加,投资增加,选型困难。
(3)继电保护装置整定复杂。
(4)以后扩建困难。
基于以上特点,多角形接线一般适合用于引出线较少、发展可能性不大的场合。
25. 试分析水轮发电机组转速和出力周期性摆动的原因。
水轮发电机组转速和出力周期性摆动的原因很多:
(1)电网频率波动引起机组转速、出力和接力器摆动。其判别方法,最好是用示波器录制导叶接力器位移和电网频率波动的波形,比较两者波动的频率,如果一致,则为电网频率波动所引起,此时,应从整个电网考虑来分析解决频率波动问题,其中调频机组的水轮机调速器性能及其参数整定,是重点分析的原因之一。
(2)转子电磁振荡与调速器共振。其判别方法,也是用示波器录制发电机转子电流、电压、调速器自振荡频率和接力器行程摆动的波形,将之进行比较即可判定是否为共振。这种故障,可用改变缓冲时间常数Td以改变调速器自振频率的办法来解决。
(3)机组引水管道水压波动与调速器发生共振。有时,虽然引水管道水压波动的幅值不大,但当其波动频率与调速器自振频率相等或很接近时,就会发生共振,引起调节系统不稳定。其处理方法也是通过改变缓冲时间常数来消除共振。
(4)缓冲时间常数乃和暂态转差系数bt太大。当调速器运行时间较长之后,有些参数可能发生变化,从而引起调节系统不稳定。