第三章 常用計(jì)算的基本理論和方法

1、發(fā)電廠電氣部分 電子教案 第三章 常用計(jì)算的基本 理論和方法 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 一、概述一、概述 電氣設(shè)備有電流通過(guò)時(shí)將產(chǎn)生損耗。這些損耗都將轉(zhuǎn)變成熱量使電氣設(shè)備的溫 度升高發(fā)熱。 發(fā)熱發(fā)熱長(zhǎng)期發(fā)熱，是由正常運(yùn)行時(shí)工作電流產(chǎn)生的； 短時(shí)發(fā)熱，是由故障時(shí)的短路電流產(chǎn)生的。 發(fā)熱對(duì)電氣設(shè)備的影響有以下幾點(diǎn)： (1)使絕緣材料的絕緣性能降低。 (2)使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降。 (3)使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。 導(dǎo)體最高允許溫度 為了保證導(dǎo)體可靠地工作，必須使其發(fā)熱溫度不得超 過(guò)一定數(shù)值，這個(gè)限值叫做最高允許溫度。 導(dǎo)體的正常最高允許溫度N : 一般不超過(guò)+70。 u在計(jì)及太陽(yáng)輻射

2、(日照)的影響時(shí)，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo) 體，可按不超過(guò)+80來(lái)考慮。 u當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍(搪)錫的可靠覆蓋層時(shí)，可提高到 +85。有銀覆蓋層時(shí)，可提高到+95。 短時(shí)最高允許溫度ht: 對(duì)硬鋁及鋁錳合金可取200， 硬銅可取320。 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱 導(dǎo)體的發(fā)熱計(jì)算是根據(jù)能量守恒原理，即導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與耗散 的熱量應(yīng)相等來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。 導(dǎo)體的發(fā)熱來(lái)自導(dǎo)體電阻損耗的熱量。 熱量的耗散有對(duì)流對(duì)流、輻射輻射和導(dǎo)熱導(dǎo)熱三種形式。 式中：QR為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電阻損耗的熱量(wm)； Qt為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量(wm)； Ql為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體

3、的對(duì)流散熱量(wm)； Qf為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體向周?chē)橘|(zhì)輻射的散熱量(Wm)。 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 1導(dǎo)體電阻損耗的熱量導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR 導(dǎo)體的交流電阻 式中：Rdc為導(dǎo)體的直流電阻(m)； Kr為導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)； 為導(dǎo)體溫度為20 時(shí)的直流電阻率( mm2m)； t為20 時(shí)的電阻溫度系數(shù)(-1)； w為導(dǎo)體的運(yùn)行溫度()； S為導(dǎo)體截面積(mm2)。 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì) 算 常用電工材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)t見(jiàn)表3-1。 表表3-1 電阻率電阻率p及電阻溫度系數(shù)及電阻溫度系數(shù)t 材料名稱(chēng) p( mm2m) t(-1) 純鋁

4、 鋁錳合金 鋁鎂合金 銅 鋼 O029 OO 0.037 90 O045 80 O017 90 O139 OO O004 03 O004 20 O004 20 O003 85 O004 55 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì) 算 導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。矩形截面導(dǎo)體的 集膚效應(yīng)系數(shù)如圖31所示。圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)如圖32所示。 圖31矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) 圖32圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù) 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 2 2導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量導(dǎo)體吸收太陽(yáng)輻射的熱量Q Qt t 吸收太陽(yáng)輻射(日

5、照)的能量會(huì)造成導(dǎo)體溫度升高，凡安裝在屋外的導(dǎo)體應(yīng) 考慮日照的影響。 3 3導(dǎo)體對(duì)流散熱量導(dǎo)體對(duì)流散熱量Q Ql l 由氣體各部分發(fā)生相對(duì)位移將熱量帶走的過(guò)程，稱(chēng)為對(duì)流。 對(duì)流對(duì)流自然對(duì)流散熱：自然對(duì)流散熱：屋內(nèi)自然通風(fēng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，屬于自然對(duì)流散熱。 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體的形狀、尺寸、布置方式等因素有關(guān)。如圖33 所示。 圖33常用導(dǎo)體對(duì)流散熱面積形式 單條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為：?jiǎn)螚l矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為： 兩條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為：兩條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為： 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 強(qiáng)迫對(duì)流散熱：強(qiáng)迫對(duì)流散熱： 三條矩

6、形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為：三條矩形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為： 槽形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為：槽形導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為： 100mmh200mm: F1=2A1+A2=2(h/1000)+b/1000(m2/m) h200mm :F1=2A1+2A2=2(h/1000)+2(b/1000)(m2/m) 圓管導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為：圓管導(dǎo)體對(duì)流散熱面積為： 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直（），則上式須乘以修正系數(shù) 4 4導(dǎo)體輻射散熱量導(dǎo)體輻射散熱量Q Qf f 熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的過(guò)程熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的過(guò)程輻射。輻射。 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算

7、材 料 輻射系數(shù) 材 料 輻射系數(shù) 絕對(duì)黑體 表面磨光的鋁 氧化了的鋁 氧化了的銅 1.00 0.040 0.200.30 0.600.70 氧化了的鋼 有光澤的黑漆 無(wú)光澤的黑漆 各種顏色的油漆，涂料 0.80 0.82 0.9l 0.920.96 表3-2 導(dǎo)體材料的黑體系數(shù) 單條矩形導(dǎo)體輻射散熱表面積： 二條矩形導(dǎo)體的輻射散熱表面積： 三條矩形導(dǎo)體的輻射表面積 ： （1）矩形導(dǎo)體）矩形導(dǎo)體 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 （2）槽形導(dǎo)體的輻射散熱表面積）槽形導(dǎo)體的輻射散熱表面積 （3）圓管導(dǎo)體的輻射散熱表面積）圓管導(dǎo)體的輻射散熱表面積 5導(dǎo)熱散熱量Qd 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算

8、 三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算（長(zhǎng)期允許電流）三、導(dǎo)體載流量的計(jì)算（長(zhǎng)期允許電流） 1 1導(dǎo)體的溫升過(guò)程導(dǎo)體的溫升過(guò)程 式中： k = K-0 圖35導(dǎo)體溫升的變化曲線 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 2 2導(dǎo)體的載流量導(dǎo)體的載流量 根據(jù) 可計(jì)算導(dǎo)體的載流量，即 則導(dǎo)體的載流量為則導(dǎo)體的載流量為 計(jì)及日照時(shí)導(dǎo)體的載流量為 第一節(jié) 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體載流量計(jì)算 提高導(dǎo)體的載流量的途徑：提高導(dǎo)體的載流量的途徑： 采用電阻率小的材料，如鋁、鋁合金等。 導(dǎo)體的形狀在同樣截面積的條件下，采用表面 積較大的。如圓形導(dǎo)體的表面積較小，而矩形、槽 形的表面積則較大。 布置應(yīng)采取散熱效果最佳的方式，而矩形截面 導(dǎo)體豎放的

9、散熱效果比平放的要好。 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 短時(shí)發(fā)熱：短時(shí)發(fā)熱：指短路開(kāi)始至短路被切除止的一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程。指短路開(kāi)始至短路被切除止的一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程。 短時(shí)發(fā)熱的計(jì)算目的：短時(shí)發(fā)熱的計(jì)算目的：確定導(dǎo)體的最高溫度確定導(dǎo)體的最高溫度 ，以校驗(yàn)導(dǎo)體和電器的熱 穩(wěn)定是否滿足要求。 一、導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱過(guò)程一、導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱過(guò)程 短路時(shí)均勻?qū)w的發(fā)熱過(guò)程如圖36所示。 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算的目的在 于確定短路時(shí)導(dǎo)體的最高溫度，它不 應(yīng)超過(guò)所規(guī)定的導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱允許溫 度。當(dāng)滿足這個(gè)條件時(shí)則認(rèn)為導(dǎo)體在 流過(guò)短路電流時(shí)具有熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性。 在導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱過(guò)程中熱量平衡的關(guān)系

10、是，電阻損耗產(chǎn)生的熱量應(yīng)等于使導(dǎo)體溫 度升高所需的熱量。用公式可表示為 QR=Qc (Wm) 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 h l k d C dti S m t kt ) 1 1 ( 1 0 0 0 2 2 導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)：導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)： (1)短路電流大，持續(xù)時(shí)間短短路電流大，持續(xù)時(shí)間短，發(fā)熱時(shí)間很短，基本上是一個(gè)絕熱過(guò)程。即 導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，全都用于使導(dǎo)體溫度升高。 (2)短路前后導(dǎo)體溫度變化范圍很大短路前后導(dǎo)體溫度變化范圍很大，電阻和比熱容也隨溫度而變，故也 不能作為常數(shù)對(duì)待。 根據(jù)短路時(shí)導(dǎo)體發(fā)熱的特點(diǎn)，當(dāng)時(shí)間由0到td(td為短路切除時(shí)間)，導(dǎo)體溫度由 開(kāi)始溫度L上升

11、到最高溫度h，其相應(yīng)的平衡關(guān)系經(jīng)過(guò)變換成為 左邊的 與短路電流產(chǎn)生的熱量成正比，稱(chēng)為短路電流的熱 效應(yīng)，用Qk表示。右邊為導(dǎo)體吸熱后溫度的變化。 dtikt 2 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 式中： 稱(chēng)為短路電流熱效應(yīng)(或稱(chēng)熱脈沖) 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 實(shí)際上，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，采用查算的方法求得最高溫度h?！安椤币?jiàn)圖3-7。 圖37 =f(A)曲線 方法如下： (1)由已知的導(dǎo)體初始溫度 (通常取為正 常運(yùn)行時(shí)最高允許溫度)，從相應(yīng)的導(dǎo) 體材料的曲線上查出Aw； (2)將Aw和Qk值代人式(326)求出Ah； (3)由Ah再?gòu)?f(A)曲線上查出h值。 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)

12、算 二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計(jì)算 由短路全電流瞬時(shí)值ih的表達(dá)式： 可得 式中：Ipt-對(duì)應(yīng)時(shí)間t的短路電流周期分量有效值(kA)； inp0-短路電流非周期分量起始值(kA)； Qp-短路電流周期分量熱效應(yīng)(kA2s)； Qnp-短路電流非周期分量熱效應(yīng)(kA2s ) 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 k tt t ptp t III dtIQ kk k 12 10 2 )( 2 ) 2 /( 2 ) 0 ( 0 2 2 )0( I 1短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的計(jì)算 短路電流周期分量熱效應(yīng)圖示 采用近似的數(shù)值積分法，即可求出 短路電流周期分量熱效應(yīng)為 2 )( k t I -次暫態(tài)短路電流周

13、期分量有效值； - tk/2時(shí)刻短路電流周期分量有效值； - tk時(shí)刻短路電流周期分量有效值。 2 )2/( k t I 2 )0( I tk=tpr+tbr 式中 tk-短路電流持續(xù)時(shí)問(wèn)； tpr -繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間； tbr -斷路器全分閘時(shí)間。 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 k aa k t Tt a Tt t np np TIIeTdteIdti Q 0 22/2/22 0 2 0 )1(2 2短路電流非周期分量熱效應(yīng)Qnp的計(jì)算 短路電流非周期分量熱效應(yīng)圖示 式中 ，稱(chēng)為非周期分量 等效時(shí)間，它的大小決定于Ta及tk。為 了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以從表3-3中查取不同 情況的T 值。 )1

14、( /2 a Tt a eTT 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 短路點(diǎn)短路點(diǎn) T(s)T(s) t tk k0.10.1t tk k0.10.1 發(fā)電機(jī)出口及母線發(fā)電機(jī)出口及母線 發(fā)電機(jī)電壓電抗器后發(fā)電機(jī)電壓電抗器后 0.150.150.20.2 發(fā)電廠升高電壓發(fā)電廠升高電壓 母線及出線母線及出線 0.080.08 0.10.1 變電所各級(jí)電壓變電所各級(jí)電壓 母線及出線母線及出線 0.050.05 表3-3 非周期分量等效時(shí)間T(s) 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 例： 發(fā)電機(jī)出口的短路電流I“(0)=18（kA），I（0.5）=9 （kA），I（1）=7.8（kA），短路電流持續(xù)時(shí)間tk=

15、l（s）， 試求短路電流熱效應(yīng)。 解：短路電流周期分量熱效應(yīng)： =(182+1092+7.82)1/12=101(kA2s ) k tt ptp t III dtIQ kk 12 10 2 )( 2 )2/( 2 )0( 1 0 2 第二節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)發(fā)熱計(jì)算 )( 8 .64182 . 0 222 )0( 1 0 2 0 sKATIdtinp np Q 短路電流熱效應(yīng)短路電流熱效應(yīng)： )( 8 .1658 .64101 2 SkA QQQ nppk 短路電流非周期分量熱效應(yīng)： 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 在配電裝置中，許多地方都存在著電磁作用力。在配電裝置中，許多地方都存在著電磁作

16、用力。 短路電流產(chǎn)生的電磁力稱(chēng)為電動(dòng)力效應(yīng)。短路電流產(chǎn)生的電磁力稱(chēng)為電動(dòng)力效應(yīng)。 短路電流數(shù)值很大，產(chǎn)生的電動(dòng)力也非常大，足以使電氣設(shè)備和載短路電流數(shù)值很大，產(chǎn)生的電動(dòng)力也非常大，足以使電氣設(shè)備和載 流導(dǎo)體產(chǎn)生變形或破壞。流導(dǎo)體產(chǎn)生變形或破壞。 載流導(dǎo)體處在磁場(chǎng)中將受到電磁作用力載流導(dǎo)體處在磁場(chǎng)中將受到電磁作用力。 研究短路沖擊電流產(chǎn)生電動(dòng)力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度的研究短路沖擊電流產(chǎn)生電動(dòng)力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度的 導(dǎo)體和電氣設(shè)備，導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證足夠的動(dòng)穩(wěn)定性保證足夠的動(dòng)穩(wěn)定性，必要時(shí)也可采取限制短路，必要時(shí)也可采取限制短路 電流的措施。電流的措施。 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路

17、時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 一、計(jì)算電動(dòng)力的方法一、計(jì)算電動(dòng)力的方法 1 1畢奧一沙瓦定律法畢奧一沙瓦定律法 電動(dòng)力是磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的一種作用力電動(dòng)力是磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的一種作用力.如圖38所示，處 在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體L(單位為m)，通過(guò)電流i(單位為A)，則導(dǎo)體單 元長(zhǎng)度出上所受的電動(dòng)力dF為 導(dǎo)體L全長(zhǎng)上所受的總電動(dòng)力為 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 兩根平行載流導(dǎo)體1和2， 分別流過(guò)電流il和i2。若導(dǎo) 體長(zhǎng)度L遠(yuǎn)大于兩導(dǎo)體軸線間 距離a，而軸線間距離a又比 導(dǎo)體直徑大得多，則可以把 導(dǎo)體當(dāng)作無(wú)限長(zhǎng)來(lái)處理。 2 2、平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)、平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力計(jì)算力計(jì)算 配電裝置中，導(dǎo)體都是平行布置的配

18、電裝置中，導(dǎo)體都是平行布置的 。 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電流i2在導(dǎo)體1軸線位置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： 其中 a兩導(dǎo)體軸線間距(m)； 0真空中的磁導(dǎo)率（H/m）, 0=410-7（H/m）。 a i B 2 20 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 在導(dǎo)體1軸線上每一點(diǎn)B的方向處處與導(dǎo)體1軸 線垂直。因此導(dǎo)體1受力的大小為： 其中L為導(dǎo)體長(zhǎng)度(m)。導(dǎo)體2受力與導(dǎo)體1受力 相等。 )( 2 210 N a Li i F 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 力力F F 的方向：的方向：電流il和i2在兩平 行導(dǎo)體中流向相同時(shí)，產(chǎn)生相互 吸引的力。電流il和i2的流向相 反時(shí)，產(chǎn)生互相排斥

19、的力。 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 電動(dòng)力F在導(dǎo)體上實(shí)際是均勻分布的。單位長(zhǎng)度載流導(dǎo)體上的 受力為： 受鄰近效應(yīng)的影響，實(shí)際電流il 和i2并非在軸線而是向?qū)w 截面外側(cè)排擠，電流在導(dǎo)體截面上分布不均勻。所以在公式 中應(yīng)引入一個(gè)形狀系數(shù)形狀系數(shù)K K。 )/( 1 102 21 7 mN a iif )/( 1 102 21 7 mNL a iiF 導(dǎo)體全長(zhǎng)所受電動(dòng)力：導(dǎo)體全長(zhǎng)所受電動(dòng)力： 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 對(duì)于圓形、管形導(dǎo) 體，形狀系數(shù)K=1。 對(duì)于槽形導(dǎo)體，在 計(jì)算相間和同相條間 的電動(dòng)力時(shí)， K1。 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 3.3.兩相短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算兩

20、相短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算 在三相交流電路中發(fā)生兩相短路時(shí)，設(shè)短 路電流周期分量不衰減，短路電流大小可表示 為 其中 I(2)兩相短路次暫態(tài)電流(A)； Ta 非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)(s)。 )cos(2i /)2(2) teI a Tt 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 兩相短路電流在平行導(dǎo)體中產(chǎn)生的電動(dòng)力大小 為 最大電動(dòng)力出現(xiàn)在短路開(kāi)始后0.01秒。這時(shí)的 短路電流最大，等于沖擊電流ish(2) N a L teI a Tt F 2 /27 )2( cos2102 a L i 102 F 2 (2) sh -7 max (2) a L i 101.5 F 2 (3) sh -7 max (2)

21、 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 短路電流變化曲線 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 三相平行載流導(dǎo)體流過(guò)三相短路電流： 其中U剛短路時(shí)U相電流的初相位。 U相導(dǎo)體受V相和W相電流作用力；V相導(dǎo)體受U相和W相電流作用 力。 coscosI 2= i /(3)(3) U UU Tt te a 3 2 cos 3 2 cosI 2= i /(3)(3) V UU Tt te a 3 2 cos 3 2 cosI 2= i /(3)(3) W UU Tt te a 二二. .三相短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算三相短路時(shí)電動(dòng)力的計(jì)算 1.1. 電動(dòng)力的計(jì)算電動(dòng)力的計(jì)算 （3-36） 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力

22、計(jì)算 三相短路時(shí)三相母線所受電動(dòng)力 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 UWUVU FFF VWVUV FFF WU FF U相導(dǎo)體受V相和W相電流作用力；V相導(dǎo)體受U相和W 相電流作用力?？蓪?xiě)出下列關(guān)系： 。 W相導(dǎo)體位置與U 相導(dǎo)體位置相同，所以 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 )( 102 F )3()3()3()3(-7 VVWVU iiii a L (1)作用在中間相（作用在中間相（V）的電動(dòng)力）的電動(dòng)力 由（3-36）式，經(jīng)變換得 FV 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 /2)iii(i102 F (3) W (3) U (3) V (3) U -7 U a L (2)作用在外邊相

23、作用在外邊相(U相或相或W相相)的電動(dòng)力。的電動(dòng)力。 FuFu由四個(gè)分量組成：由四個(gè)分量組成： 不衰減的固定分量，如圖不衰減的固定分量，如圖3 312(a)12(a)所示；所示； 按時(shí)間常數(shù)按時(shí)間常數(shù)TaTa2 2衰減的非周期分量，如圖衰減的非周期分量，如圖3 312(b)12(b)所示；所示； 按時(shí)間常數(shù)按時(shí)間常數(shù)TaTa衰減的工頻分量，如圖衰減的工頻分量，如圖3 312(c)12(c)所示；所示； 不衰減的二倍工頻分量，如圖不衰減的二倍工頻分量，如圖3 312(d)12(d)所示。這四部分之所示。這四部分之 和為和為F FU U，如圖，如圖3 312(e)12(e)所示。所示。 F FV

24、V中沒(méi)有固定分量中沒(méi)有固定分量，僅有其他三個(gè)分量。，僅有其他三個(gè)分量。 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 Fw(N) 圖312三相短路時(shí)A相電動(dòng)力的各分量及其合力 (a)不衰減的固定分量；(b)按時(shí)間常數(shù)Ta2衰減的非周期分量； (c)按時(shí)間常數(shù)Ta衰減的工頻分量；(d)不衰減的二倍工頻分量；(e)合力Fw 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 U相或W相(旁邊相)所受最大電動(dòng)力為 V相(所謂中間相)所受最大電動(dòng)力為 三相短路時(shí)中間相(V相)所受電動(dòng)力最大。 N a L iFF shWU 2 ) 3( 7 max.max. 10616. 1 N a L iF shV 2 ) 3( 7 max. 1

25、073. 1 2.2.三相短路時(shí)電動(dòng)力的最大值三相短路時(shí)電動(dòng)力的最大值 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 u 導(dǎo)體具有質(zhì)量和彈性，作為一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，也具有固有振動(dòng)導(dǎo)體具有質(zhì)量和彈性，作為一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，也具有固有振動(dòng) 頻率。頻率。 u 如果短路電動(dòng)力中的工頻分量和二倍工頻分量的頻率與導(dǎo)體固有如果短路電動(dòng)力中的工頻分量和二倍工頻分量的頻率與導(dǎo)體固有 頻率相等或接近，導(dǎo)體將產(chǎn)生共振頻率相等或接近，導(dǎo)體將產(chǎn)生共振( (強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)) )。( (持續(xù)作用）持續(xù)作用） u 振動(dòng)時(shí)的位移在兩支點(diǎn)中間就是振動(dòng)時(shí)的位移在兩支點(diǎn)中間就是撓度撓度，撓度越大，導(dǎo)體材料所受，撓度越大，導(dǎo)體材料所受 彎曲應(yīng)力

26、越大，超過(guò)容許極限應(yīng)力時(shí)導(dǎo)體將變形損壞。彎曲應(yīng)力越大，超過(guò)容許極限應(yīng)力時(shí)導(dǎo)體將變形損壞。 3.3.導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)力導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)力 凡連接發(fā)電機(jī)、主變壓器以及配電裝置中的導(dǎo)體均屬重要回路，需要考凡連接發(fā)電機(jī)、主變壓器以及配電裝置中的導(dǎo)體均屬重要回路，需要考 慮共振的影響。慮共振的影響。 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 ？ 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)的位移 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 因?qū)w常由絕緣子、構(gòu)架等分間隔固定，形成多跨的連續(xù)梁彈性系統(tǒng)，因?qū)w常由絕緣子、構(gòu)架等分間隔固定，形成多跨的連續(xù)梁彈性系統(tǒng)， 其一階固有頻率為：其一階固有頻率為： 導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生

27、動(dòng)態(tài)應(yīng)力。導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力。對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng) 力的考慮，一般是采用修正靜態(tài)計(jì)算法，采用修正靜態(tài)計(jì)算法，即在最大電動(dòng)力在最大電動(dòng)力FmaxFmax的的 基礎(chǔ)上乘以動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)基礎(chǔ)上乘以動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù) ( 為動(dòng)態(tài)應(yīng)力與靜態(tài)應(yīng)力之比值)，以 求得實(shí)際動(dòng)態(tài)過(guò)程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力的最大值。動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù) 與固有頻 率的關(guān)系，如圖3一14所示。 式中：L為絕緣子跨距(m)；Nf為頻率系數(shù)，根據(jù)導(dǎo)體連續(xù)跨數(shù) 和支撐方式而異，其值如表34所示。 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 跨數(shù)及支承方式 Nf 單跨、兩端簡(jiǎn)支 1.57 單跨、一端固定、一端簡(jiǎn)支，兩等跨、簡(jiǎn)支 2.45 單跨、兩端固定，多等跨簡(jiǎn)支

28、3.56 單跨、一端固定、一端活動(dòng) 0.56 表34導(dǎo)體在不同固定方式下的頻率系數(shù)Nr值 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 圖314動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù) 第三節(jié) 載流導(dǎo)體短路時(shí)電動(dòng)力計(jì)算 由圖314可見(jiàn)，固有頻率大于頻率大于30Hz30Hz時(shí)，時(shí)， 1 1，動(dòng)態(tài)應(yīng)力較大，動(dòng)態(tài)應(yīng)力較大；當(dāng)固 有頻率小于30Hz30Hz時(shí)時(shí)時(shí)， l；而固有頻率大于大于180Hz180Hz時(shí)，時(shí)， l l。對(duì)于 屋外配電裝置中的鋁管導(dǎo)體，取=0.58。 為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險(xiǎn)的共振，對(duì)于重要的導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率在 下述范圍以外：以外： 單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體為單條導(dǎo)體及一組中的各條導(dǎo)體為3535135Hz135Hz；

29、多條導(dǎo)體及引下線的單條導(dǎo)體為多條導(dǎo)體及引下線的單條導(dǎo)體為3535155Hz155Hz； 槽形和管形導(dǎo)體為槽形和管形導(dǎo)體為3030160Hz160Hz。 如果固有頻率在上述范圍以外，可取 = =l。若在上述范圍內(nèi)，則電動(dòng)力 便應(yīng)乘上動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù) 。即 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 發(fā)電廠的升壓變電站和電力網(wǎng)中的各級(jí)變電站功能： 電能從一個(gè)電壓等級(jí)變換成另一個(gè)電壓等級(jí)，輸送電能，且在同一電壓等 級(jí)的連接回路之進(jìn)行電能匯集和分配。 對(duì)電氣主接線進(jìn)行可靠性分析計(jì)算的目的，主要有以下幾點(diǎn)。 (1)通過(guò)設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)來(lái)分析計(jì)算電氣主接線的可靠性，作為設(shè)計(jì)和作為設(shè)

30、計(jì)和 評(píng)價(jià)電氣主接均依據(jù)。評(píng)價(jià)電氣主接均依據(jù)。 (2)對(duì)不同主接線方案進(jìn)行可靠性指標(biāo)綜合比較，提供計(jì)算結(jié)果，作為選作為選 擇最優(yōu)方案依據(jù)的。擇最優(yōu)方案依據(jù)的。 (3)對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供電路徑，選擇最佳運(yùn)行方式。選擇最佳運(yùn)行方式。 (4)尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計(jì)劃和采取相應(yīng)對(duì)策采取相應(yīng)對(duì)策。 (5)研究可靠性可靠性和經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配最佳搭配等。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 過(guò)程：過(guò)程： 一般假定某一電源點(diǎn)為起點(diǎn)，以某二次母線(低壓母線）為終點(diǎn)，依據(jù)電 氣設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)，應(yīng)用可靠性理論和方法，建

31、立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù) 值計(jì)算來(lái)論證電氣主接線的可靠性，使設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修等工作建立在更 加科學(xué)的基礎(chǔ)上。 一、基本概念一、基本概念 1可靠性的含義可靠性的含義 可靠性定義為元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和預(yù)定時(shí)間內(nèi)，完元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和預(yù)定時(shí)間內(nèi)，完 成規(guī)定功能的成規(guī)定功能的概率概率。 對(duì)電氣主接線來(lái)講，也就是在規(guī)定的額定條件下額定條件下和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)預(yù)定的時(shí)間內(nèi)(例如一年） 完成預(yù)期功能狀況的概率。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 預(yù)定的功能可規(guī)定一些判據(jù)來(lái)衡量。目前在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，多以保保 證證連續(xù)供電連續(xù)供電和和發(fā)電出力發(fā)電出力的概率作

32、為可靠性計(jì)算的判據(jù)。的概率作為可靠性計(jì)算的判據(jù)。 2 2電氣設(shè)備的分類(lèi)電氣設(shè)備的分類(lèi) 從可靠性觀點(diǎn)： 可修復(fù)元件 可修復(fù)元件 不可修復(fù)元件不可修復(fù)元件 3 3電氣設(shè)備的工作狀態(tài)電氣設(shè)備的工作狀態(tài) 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)(工作或待命) 停運(yùn)狀態(tài)停運(yùn)狀態(tài)(故障或檢修) 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 一個(gè)可修復(fù)元件的壽命過(guò)程流程圖，見(jiàn)圖315。 整個(gè)元件的壽命處在“運(yùn)行”、“停運(yùn)”兩種狀態(tài)的交替之中，是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。 圖圖3 31515可修復(fù)元件的狀態(tài)變化圖可修復(fù)元件的狀態(tài)變化圖 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 二、可靠性的

33、主要指標(biāo)二、可靠性的主要指標(biāo) 1不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)不可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo) 可靠度 不可靠度、 故障率 平均無(wú)故障工作時(shí)間 (1)(1)可靠度可靠度- - R R（t)t)。 指元件在預(yù)定時(shí)間t內(nèi)和規(guī)定條件下執(zhí)行規(guī)定功能的概率。 (2)(2)不可靠度不可靠度- - F(t)F(t)。 表示元件在小于或等于預(yù)定時(shí)間t內(nèi)發(fā)生故障的概率。 設(shè)總共有n個(gè)相同元件，運(yùn)行t時(shí)間以后，已有nf(t)個(gè)元件損壞，還 剩ns(t)個(gè)元件完好，則有： 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 元件的可靠度和不可靠度是對(duì)立的事件，其概率之和等于1，所以 可靠度與不可靠度的變化關(guān)系

34、見(jiàn)圖3-16。兩者說(shuō)明的問(wèn)題相同。 圖316可靠度和不可靠度 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 表示單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率，稱(chēng)為故障密度函數(shù)故障密度函數(shù)。 (3)(3)故障率函數(shù)故障率函數(shù)- - (t)(t)。 表示元件已正常工作到時(shí)刻表示元件已正常工作到時(shí)刻t t，在，在t t時(shí)刻以后的下一個(gè)時(shí)間間隔時(shí)刻以后的下一個(gè)時(shí)間間隔t t內(nèi)發(fā)內(nèi)發(fā) 生故障的條件概率。生故障的條件概率。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 可靠度可靠度R(t)是以故障率是以故障率(t)對(duì)時(shí)間積分為指數(shù)的指數(shù)函數(shù)，這個(gè)結(jié)論非常重對(duì)時(shí)間積分為指數(shù)的

35、指數(shù)函數(shù)，這個(gè)結(jié)論非常重 要。要。 由多個(gè)零件構(gòu)成的設(shè)備，其故障率(t)的典型形態(tài)如圖317所示，稱(chēng) 浴盆曲線。浴盆曲線。 圖圖317設(shè)備的典型故障率曲線設(shè)備的典型故障率曲線 (A)一早期故障期；(B)一偶發(fā)故障期； (c)一耗損故障期；A一規(guī)定故障率 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 由圖可見(jiàn)，故障率(t)大致分為三個(gè)階段。 階段（階段（A A）：）：早期故障期。早期故障期。 階段（階段（B B）：）：偶發(fā)故障期偶發(fā)故障期 階段（階段（C C）：）：耗損故障期耗損故障期 對(duì)于可修復(fù)元件， (t)具有階段（B）的特點(diǎn)，此時(shí)(t)為常數(shù)。即 共同特點(diǎn)：按時(shí)按

36、時(shí) 間呈指數(shù)分布。間呈指數(shù)分布。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 （4 4）平均無(wú)故障工作時(shí)間（）平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTTF)-TMTTF)-TU U 在階段（在階段（B），）， 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 2.2.可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo) （1 1）可靠度）可靠度- R- R（t t） 指元件在起始時(shí)刻正常運(yùn)行條件下，在時(shí)間區(qū)間0，t不發(fā)生故障的概率。 （2 2）不可靠度（失效度）不可靠度（失效度）- F- F（t t） 指元件在起始時(shí)刻完好條件下，在時(shí)間區(qū)間0，t發(fā)生首次故障的概率。

37、第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 (3)(3)故障率。故障率。 指元件從起始時(shí)刻直至?xí)r刻t完好條件下，在時(shí)刻t以后單位時(shí)間里發(fā)生故障 的次數(shù)。 平均故障率 (4)(4)修復(fù)率修復(fù)率- -(t)(t)。 在現(xiàn)有檢修能力和維修組織安排的條件下，平均單位時(shí)間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備 的臺(tái)數(shù)。在設(shè)備正常壽命期內(nèi)，和都是常數(shù)。 (5)(5)平均修復(fù)時(shí)間平均修復(fù)時(shí)間(MTTRMTTR)- 平均停運(yùn)時(shí)間（TD） 是元件連續(xù)停運(yùn)時(shí)間是元件連續(xù)停運(yùn)時(shí)間TD隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望。隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 （(t)為常數(shù)，T

38、D服從指數(shù)分布） (6)(6)平均運(yùn)行周期平均運(yùn)行周期- Ts- Ts (7)(7)可用度可用度- A- A 指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率。指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率。 可用度與可靠度的不同： 可靠度的定義中要求元件在時(shí)間區(qū)間0，t連續(xù)地處于工作狀態(tài)，而 可用度則無(wú)此要求。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 (8)(8)不可用度（不可用度（FOR)FOR)。 指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)失去規(guī)定功能而處于停運(yùn)狀態(tài)的概率。 （無(wú)量綱） 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 (9)(9)故障頻率。故障頻率。 故

39、障頻率表示設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，每年每年平均故障次數(shù)。 3.3.電氣主接線的可靠性指標(biāo)電氣主接線的可靠性指標(biāo) 用某種供電方式下的： 可用度可用度 平均無(wú)故障工作時(shí)間平均無(wú)故障工作時(shí)間 每年平均停運(yùn)時(shí)間每年平均停運(yùn)時(shí)間 故障頻率故障頻率 等表示。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 三、電氣主接線的可靠性分析計(jì)算三、電氣主接線的可靠性分析計(jì)算 目前所采用的計(jì)算方法： 求解邏輯圖為基礎(chǔ)的-網(wǎng)絡(luò)法主接線的可靠性 建立在求解狀態(tài)空間模型基礎(chǔ)上的-狀態(tài)空間法 電力系統(tǒng)的可靠性 1 1串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng) 如果系統(tǒng)中任何一個(gè)元件發(fā)生故障，便構(gòu)成系統(tǒng)故障，這種系統(tǒng)稱(chēng)為串聯(lián)系統(tǒng)

40、。 為什么圖為什么圖3一一18(a)所示為電路中兩電容器相并聯(lián)的原理圖，應(yīng)畫(huà)成如圖所示為電路中兩電容器相并聯(lián)的原理圖，應(yīng)畫(huà)成如圖318(b) 所示串聯(lián)邏輯圖，且任何一個(gè)電所示串聯(lián)邏輯圖，且任何一個(gè)電-容器失效都會(huì)引起系統(tǒng)失效容器失效都會(huì)引起系統(tǒng)失效 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 圖318(c)、(d)分別表示由n個(gè)元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)和其等效系統(tǒng)。 圖318電路與串聯(lián)系統(tǒng)框圖 (a)電容器的并聯(lián)；(b)圖(a)的串聯(lián)邏輯圖；(c)串聯(lián)系統(tǒng)；(d)等效系統(tǒng) 當(dāng)各元件故障率為常數(shù)時(shí)當(dāng)各元件故障率為常數(shù)時(shí) 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主

41、接線的可靠性分析 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度等于各元件可靠度的乘積，而串聯(lián)系統(tǒng)的故串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度等于各元件可靠度的乘積，而串聯(lián)系統(tǒng)的故 障率等于各元件故障率之和。障率等于各元件故障率之和。 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度比其中任何一元件的可靠度都小，也就是系串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度比其中任何一元件的可靠度都小，也就是系 統(tǒng)的可靠度要低于最弱元件的可靠度。統(tǒng)的可靠度要低于最弱元件的可靠度。 如果要堤高串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度，首先要提高系統(tǒng)中可靠度最弱元件的可靠度。 如果要得到較高可靠度的系統(tǒng)，則不宜采用多元件的串聯(lián)系統(tǒng)。 串聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命TUS和元件的平均壽命Tui(i=l，2，n)有如下的關(guān)系 串聯(lián)系統(tǒng)的壽命比最差元件壽命還要

42、短，因此要想延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的壽命，串聯(lián)系統(tǒng)的壽命比最差元件壽命還要短，因此要想延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的壽命， 首先要延長(zhǎng)最差元件的壽命，從延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命的觀點(diǎn)來(lái)看，串聯(lián)過(guò)多元件首先要延長(zhǎng)最差元件的壽命，從延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命的觀點(diǎn)來(lái)看，串聯(lián)過(guò)多元件 是不利的。是不利的。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 對(duì)可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)，則要同時(shí)考慮故障率對(duì)可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)，則要同時(shí)考慮故障率和修復(fù)率和修復(fù)率。電氣設(shè)備。電氣設(shè)備 的的和和都可看作是常數(shù)。當(dāng)都可看作是常數(shù)。當(dāng)和和均為常數(shù)時(shí)，可用度的時(shí)間函數(shù)均為常數(shù)時(shí)，可用度的時(shí)間函數(shù)A(t)A(t)為為 當(dāng) t=0， A(t)=1 t

43、， （穩(wěn)態(tài)）（穩(wěn)態(tài)） 由由 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 串聯(lián)系統(tǒng)的可用度串聯(lián)系統(tǒng)的可用度A為為 2 2并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng) 凡在一個(gè)系統(tǒng)中，若所有元件都發(fā)生故障時(shí)才構(gòu)成系統(tǒng)故障，這種系統(tǒng)稱(chēng)為并 聯(lián)系統(tǒng)。 【例3-5】 圖320并聯(lián)系統(tǒng)框圖 (a)并聯(lián)系統(tǒng)；(b)等效系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 系統(tǒng)的不可靠度為系統(tǒng)的不可靠度為 （邏輯（邏輯“與與”） 可靠度為可靠度為 并聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命為并聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命為 當(dāng)各元件故障率相等時(shí)當(dāng)各元件故障率相等時(shí) 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接

44、線的可靠性分析 3.3.串串- -并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng) 可靠度計(jì)算方法：先分解可靠度計(jì)算方法：先分解計(jì)算各子系統(tǒng)可靠度計(jì)算各子系統(tǒng)可靠度計(jì)算系統(tǒng)可靠度。計(jì)算系統(tǒng)可靠度。 4 4復(fù)雜結(jié)構(gòu)的割集法復(fù)雜結(jié)構(gòu)的割集法 圖322橋形網(wǎng)絡(luò) 最小割集定義：最小割集是指只要集合中的任何一個(gè)元件沒(méi)有失效，就最小割集定義：最小割集是指只要集合中的任何一個(gè)元件沒(méi)有失效，就 不會(huì)造成系統(tǒng)失效的一種割集。不會(huì)造成系統(tǒng)失效的一種割集。 即：最小割集中的所有元件都必須處于失效狀態(tài)才能造成系統(tǒng)失效。即：最小割集中的所有元件都必須處于失效狀態(tài)才能造成系統(tǒng)失效。 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析

45、 表表36 橋形網(wǎng)絡(luò)的最小割集橋形網(wǎng)絡(luò)的最小割集 最小割集編號(hào) 割集中的元件 最小割集編號(hào) 割集中的元件 1 AB 3 AED 2 CD 4 BEC 由最小割集的定義可知：由最小割集的定義可知：每一最小割集中的元件以并聯(lián)形式連接。每一最小割集中的元件以并聯(lián)形式連接。 割集與割集之間是串聯(lián)形式連接。割集與割集之間是串聯(lián)形式連接。 圖323橋形網(wǎng)絡(luò)的最小割集等效可靠性框圖 第四節(jié)第四節(jié) 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析 由于同一元件出線在多個(gè)最小割集中，不能直接應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的概率計(jì)由于同一元件出線在多個(gè)最小割集中，不能直接應(yīng)用串聯(lián)系統(tǒng)的概率計(jì) 算公式，而需應(yīng)用算公式，而需應(yīng)

46、用“并并”集的原理處理。設(shè)第集的原理處理。設(shè)第i i個(gè)最小割集用個(gè)最小割集用C Ci i表示，它發(fā)生表示，它發(fā)生 的概率用的概率用P(CP(Ci i) )表示，則系統(tǒng)不可靠度為表示，則系統(tǒng)不可靠度為 第五節(jié)第五節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 要確定某一規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，只有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面都合理后，設(shè)計(jì)方案才 能實(shí)施。因此，對(duì)各規(guī)劃設(shè)計(jì)方案必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，這是設(shè)計(jì)方案選擇 的主要依據(jù)之一。 一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的內(nèi)容 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析內(nèi)容包括財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、不確定性分析和方案比較 四個(gè)方面。 1 1財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)是從企業(yè)角度根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行財(cái)稅制度和現(xiàn)行價(jià)

47、格，分析測(cè)算分析測(cè)算工程 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和費(fèi)用，考察考察項(xiàng)目的獲利能力、清償能力及外匯效果等財(cái)務(wù)狀 況，以判別建設(shè)工程項(xiàng)目財(cái)務(wù)上的可行性可行性。 主要評(píng)價(jià)指標(biāo)：內(nèi)部收益率內(nèi)部收益率、投資回收期投資回收期、固定資產(chǎn)投資借款償還年限固定資產(chǎn)投資借款償還年限。 輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)：投資利潤(rùn)率、投資利稅率、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、凈現(xiàn)值率投資利潤(rùn)率、投資利稅率、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、凈現(xiàn)值率 第五節(jié)第五節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是從國(guó)家整體角度考察考察工程項(xiàng)目的效益和費(fèi)用，計(jì)算分析計(jì)算分析項(xiàng)目 給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的凈效益，評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)上的合理性合理性。 主要指標(biāo)：經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值率經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收

48、益率、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值率 可行標(biāo)準(zhǔn)：若項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率大于或等于社會(huì)折現(xiàn)率經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率大于或等于社會(huì)折現(xiàn)率時(shí)，則認(rèn)為該項(xiàng)目 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中是可行的。 二者的相互關(guān)系是以國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)為主，當(dāng)二者分析結(jié)論相矛盾時(shí)，項(xiàng)目及 方案的取舍取決于國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果。 財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的主要區(qū)別有下面4點(diǎn)。 (1)(1)分析問(wèn)題的角度不同。分析問(wèn)題的角度不同。 (2)(2)效益與費(fèi)用的含義和計(jì)算范圍不同。效益與費(fèi)用的含義和計(jì)算范圍不同。 (3)(3)使用價(jià)格不同。使用價(jià)格不同。 (4)(4)主要參數(shù)不同。主要參數(shù)不同。 第五節(jié)第五節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 3 3方案比較方案比較 不確定性分

49、析是分析可變因素以測(cè)定工程項(xiàng)目或設(shè)計(jì)方案可承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的能力。不確定性分析是分析可變因素以測(cè)定工程項(xiàng)目或設(shè)計(jì)方案可承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的能力。 2.2.不確定性分析不確定性分析 對(duì)于電力工程項(xiàng)目，主要分析固定資產(chǎn)投資、燃料費(fèi)用、售電價(jià)格、 電量、施工期等因素變化時(shí)對(duì)主要經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的影響。 方案比較主要用于多方案篩選，排列出不同方案經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)劣次序。 方案比較常用的方法有最小費(fèi)用法、凈現(xiàn)值法、內(nèi)部收益率法，抵償年限法等。 第五節(jié)第五節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 二、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本原則二、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本原則 1 1多方案比較的原則多方案比較的原則 2 2可比性原則可比性原則- 4- 4個(gè)方面?zhèn)€方面 (1

50、)滿足需要上可比。滿足需要上可比。 (2)價(jià)格指標(biāo)上可比。價(jià)格指標(biāo)上可比。 (3)時(shí)間上可比。時(shí)間上可比。 (4)消耗費(fèi)用上可比。消耗費(fèi)用上可比。 3 3綜合利用效益原則綜合利用效益原則 4 4國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益原則國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益原則 5 5企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益原則企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益原則 6 6不確定性分析原則不確定性分析原則 7 7綜合評(píng)價(jià)原則綜合評(píng)價(jià)原則 本章內(nèi)容結(jié)束 第三節(jié) 母線和電纜的選擇 8.3.1 母線的選擇 配電裝置中的母線，應(yīng)根據(jù)具體使用情 況按下列條件選擇和校驗(yàn)： 母線材料、截面形狀和布置方式； 母線截面尺寸； 電暈；熱穩(wěn)定；動(dòng)穩(wěn)定；共 振頻率。 一、母線材料、截面形狀和 布置方式選擇 l母線材料

51、：一般采用導(dǎo)電率高的鋁、銅 型材制成。 l母線形狀：常用的硬母線截面形狀為矩 形、槽形和管形。 l母線的散熱條件和機(jī)械強(qiáng)度與母線的布 置方式有關(guān)。 矩形母線的布置方式 二、母線截面尺寸選擇 為了保證母線的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，母線導(dǎo)體在額 定環(huán)境溫度tim和導(dǎo)體正常發(fā)熱允許最高溫度 N下的允許電流IN ，經(jīng)過(guò)修正后的數(shù)值應(yīng)大 于或等于流過(guò)導(dǎo)體的最大持續(xù)工作電流Iwmax。 為了考慮母線長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，除了配電裝 置的匯流母線以及斷續(xù)運(yùn)行或長(zhǎng)度在20米以下 的母線外，一般均應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體 的截面。 二、母線截面尺寸選擇 導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)截面Ssec計(jì)算公式： 式中 Iwmax 正常工作時(shí)的最大持續(xù)

52、工作電流(A)； j經(jīng)濟(jì)電流密度(Amm2)。 j Iw S max sec 三、電暈電壓校驗(yàn) 電暈放電會(huì)造成電暈損耗、無(wú)線電干擾、噪音 和金屬腐蝕等許多危害。 110220千伏裸母線晴天不發(fā)生可見(jiàn)電暈的條 件是：電暈臨界電壓Ucj應(yīng)大于最高工作電壓 Uwmax，即 UcUwmax 對(duì)于330500千伏超高壓配電裝置,電暈是選 擇導(dǎo)線的控制條件。要求在1.1倍最高工作相 電壓下，晴天夜晚不應(yīng)出現(xiàn)可見(jiàn)電暈。 四、熱穩(wěn)定校驗(yàn) 裸導(dǎo)體熱穩(wěn)定校驗(yàn)公式為： 式中S所選導(dǎo)體截面（mm2）； Smin根據(jù)熱穩(wěn)定條件決定的導(dǎo)體最小允許截面 （mm2）； Qk短路電流熱效應(yīng)； kf集膚效應(yīng)系數(shù)； C熱穩(wěn)定系數(shù)，

53、其值與材料及發(fā)熱溫度有關(guān)。 C Qk SS kf min 五、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 單條母線的應(yīng)力計(jì)算 在電動(dòng)力的作用下，當(dāng)跨距數(shù)大于2時(shí)，母線 所受的最大彎矩為 式中 f單位長(zhǎng)度母線上所受最大相間電動(dòng)力(N m)； L母線支持絕緣子之間的跨距(m)。 單條母線的應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)跨距數(shù)等于2時(shí)，母線所受最大彎矩為 母線最大相間計(jì)算彎曲應(yīng)力 式中W為母線對(duì)垂直于作用力方向軸的截 面系數(shù)(或稱(chēng)抗彎矩)。 )( max Pa W M c 單條母線的應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)三相母線水平布置且相間距離為a(m)時(shí)， 三相短路的最大電動(dòng)力為 母線最大相間計(jì)算應(yīng)力cmax 式中ish(3) 三相短路沖擊電流值(A) N a i f

54、sh 1 1073. 1 2 ) 3( 7 max N aW L c ish 2 2 ) 3 ( 7 max 1073. 1 單條母線的應(yīng)力計(jì)算 求出的母線最大相間計(jì)算應(yīng)力cmax不 超過(guò)母線材料的允許應(yīng)力y，即 則認(rèn)為母線的動(dòng)穩(wěn)定是滿足要求的。母 線材料的允許應(yīng)力y見(jiàn)相應(yīng)表格。 yc max 絕緣子間的最大允許跨距Lmax 在設(shè)計(jì)中，常根據(jù)母線材料的最大允許應(yīng)力 y來(lái)決定絕緣子間的最大允許跨距Lmax m f W y L max max 10 絕緣子間的最大允許跨距Lmax 計(jì)算得到的Lmax可能較大，為了避免水平 放置的母線因自重而過(guò)分彎曲，所選擇 的跨距一般不超過(guò)1.52米。 為便于安裝

55、絕緣子支座及引下線，最好 選取跨距等于配電裝置的間隔寬度。 六、母線共振的校驗(yàn) 母線應(yīng)盡量避免共振。為了避開(kāi)共振和校驗(yàn)機(jī) 械強(qiáng)度，對(duì)于重要回路(如發(fā)電機(jī)、變壓器及 匯流母線等)的母線應(yīng)進(jìn)行共振校驗(yàn)。 母線的一階自振頻率f1可按下式計(jì)算 m EI L f f 2 N 1 六、母線共振的校驗(yàn) 其中 L母線絕緣子之間的跨距(m)； E導(dǎo)體材料的彈性模量(Nm2)； I導(dǎo)體截面的慣性矩(m4)； m單位長(zhǎng)度母線導(dǎo)體的質(zhì)量(kgm)； Nf頻率系數(shù)，與母線的連接跨數(shù)和支承方 式 有關(guān)，可由相應(yīng)表格查得。 六、母線共振的校驗(yàn) 為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險(xiǎn)的共振，對(duì)于重要回路 的母線，應(yīng)使其固有振動(dòng)頻率在下述范圍以外： v 單條母線及母線組中各單條母線：35150Hz v 對(duì)于多條母線組及帶引下線的單條母線： 35155Hz v 對(duì)于槽形母線和管形母線：30160 Hz 六、母線共振的校驗(yàn) 當(dāng)母線固有振動(dòng)頻率無(wú)法限制在共振頻率 范圍之外時(shí)，母線受力計(jì)算必須乘以振動(dòng) 系數(shù)，值可由相應(yīng)曲線查得。 在考慮母線共振影響的母線絕緣子之間的 最大允許跨距為 m EI f N L f 0 max 六、母線共振的校驗(yàn) 若已知母線的材料、形狀、布置方式和應(yīng)避 開(kāi)共振的固有振動(dòng)頻率f0(一般f0=200Hz)時(shí)， 可由上式算出母線不發(fā)生共振所允許的最大 絕緣子跨距 ，如選擇的絕緣子跨距小于 Lmax