1、發(fā)電廠電氣部分第四講 架空線上一講：1、均勻載流導(dǎo)體長(zhǎng)期發(fā)熱的特點(diǎn)2、導(dǎo)體長(zhǎng)期允許電流的計(jì)算上一講：3、均勻載流導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱的特點(diǎn)4、短路電流熱效應(yīng)的計(jì)算三. 載流導(dǎo)體短路電動(dòng)力計(jì)算(N)(N)1. 兩條平行導(dǎo)體間的電動(dòng)力無(wú)限細(xì)長(zhǎng)載流導(dǎo)體考慮截面因素形狀系數(shù)注：兩導(dǎo)體電流同向相吸；異向相斥短路時(shí)，導(dǎo)體溫度高，還受到電動(dòng)力作用，當(dāng)導(dǎo)體和電氣設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，將會(huì)變形或損壞。必須研究短路電流產(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，保證足夠的動(dòng)穩(wěn)定，必要時(shí)采取限制短路電流的措施。關(guān)于形狀系數(shù)K圓形導(dǎo)體： K =1槽形導(dǎo)體：見表3-4矩形導(dǎo)體：見圖3-18 1)計(jì)算矩形導(dǎo)體相間電動(dòng)

2、力時(shí)不需要考慮K2)計(jì)算矩形導(dǎo)體同相不同條間電動(dòng)力時(shí)必須考慮K注意：例如：根據(jù)安裝地點(diǎn)處應(yīng)承受的最大電動(dòng)力，選擇合適的隔離開關(guān)。否則，短路時(shí)可能將隔離開關(guān)自動(dòng)斷開。V型隔離開關(guān): 承受的電動(dòng)力較小兩柱式隔離開關(guān):承受的電動(dòng)力較大2. 三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力三相短路時(shí):如不計(jì)短路電流周期份量的衰減，三相短路電流為：2. 三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力最大電動(dòng)力： FA的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大的瞬間； Fb的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間。臨界初相角為75、225 .說(shuō)明：短路電動(dòng)力的最大值出現(xiàn)在短路后很短的瞬間，忽略周期分量和非周期份量的衰減，則：FA的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分

3、量之和為最大的瞬間，臨界初相角A=75、225等； FB的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間，臨界初相角A=75、165、225等。2. 三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力t=0.01s 時(shí)，短路電動(dòng)力的幅值最大:2. 三相導(dǎo)體短路的電動(dòng)力3. 兩相短路電動(dòng)力4. 最大短路電動(dòng)力三相導(dǎo)體最大短路電動(dòng)力出現(xiàn)在三相短路故障后的0.01s，作用在中間B相（N）5、導(dǎo)體振動(dòng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力導(dǎo)體的固有振動(dòng)頻率：L 絕緣子跨距L 絕緣子跨距電動(dòng)力固有頻率接近電動(dòng)力頻率（工頻、2倍工頻）導(dǎo)體共振損壞導(dǎo)體及其架構(gòu)5. 導(dǎo)體振動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)力導(dǎo)體是一彈性系統(tǒng)，存在固有頻率，可能與短路電流某頻率產(chǎn)生共振連接發(fā)電機(jī)、主變壓器以及配電裝置中

4、的導(dǎo)體均應(yīng)考慮共振的影響導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力：與導(dǎo)體的固有振動(dòng)頻率f1有關(guān)，而f1與導(dǎo)體材料、質(zhì)量、形狀都有關(guān)系。單條導(dǎo)體的固有頻率：35135Hz; 多條導(dǎo)體：35155Hz; 槽形和管形: 30160Hz若固有頻率落在上述區(qū)間內(nèi)，要查圖3-23乘以；否則， =1動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù)發(fā)電廠和變電站的設(shè)計(jì)方案選擇先提出若干個(gè)可行的接線方案經(jīng)技術(shù)分析評(píng)價(jià)（可靠、先進(jìn)、適用）,逐漸淘汰在剩余滿足技術(shù)要求的幾個(gè)方案中，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較（合理，費(fèi)用少） 經(jīng)濟(jì)比較主要是對(duì)各方案的綜合總投資和年運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合效益比較，確定最佳方案。四、電氣設(shè)備及主接線可靠性分析一、基本概念1、可靠性的含義 可靠性：元件

5、、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下【對(duì)于主接線來(lái)說(shuō)，指的是額定條件】和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)【如一年】完成規(guī)定功能的概率。 規(guī)定功能：可規(guī)定一些判據(jù)來(lái)衡量，判據(jù)越多，越接近工程實(shí)際情況。 2、電氣設(shè)備分類 發(fā)生了故障，經(jīng)過(guò)修理能再次恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)。【電力系統(tǒng)中大部分設(shè)備屬于此類】 發(fā)生了故障不能修理，或者雖能修復(fù)但不經(jīng)濟(jì)。 可修復(fù)元件： 不可修復(fù)元件： 舉例1：可修復(fù)元件 如斷路器等舉例2：不可修復(fù)元件 如燈泡、電容器、三極管等3、電氣設(shè)備的工作狀態(tài) 又稱可用狀態(tài)，元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài)。 又稱不可用狀態(tài)，元件由于故障處于不能執(zhí)行其規(guī)定功能的狀態(tài)。計(jì)劃停運(yùn)是事先安排的，強(qiáng)迫停運(yùn)是隨機(jī)的，為簡(jiǎn)化分

6、析，可靠性研究中不包括計(jì)劃?rùn)z修停運(yùn)。 運(yùn)行狀態(tài)【工作或待命】： 停運(yùn)狀態(tài)【故障或檢修】： 可修復(fù)元件的壽命過(guò)程【左圖所示】，持續(xù)工作時(shí)間TU和持續(xù)停運(yùn)時(shí)間TD都是隨機(jī)變量。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)（1）可靠度【R(t)】 一個(gè)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）不可靠度【F(t)】表示元件在小于或等于預(yù)定時(shí)間t發(fā)生故障的概率。 說(shuō)明：元件的可靠度與不可靠度是對(duì)立的事件，它們都是時(shí)間的函數(shù)，其概率之和等于1。 R(t)+ F(t)=1 或 R(t)=1- F(t)當(dāng)t=0時(shí)，R(t)=1， F(t)=0；當(dāng)t=時(shí)，R(t)=0，F(xiàn)(t)=1。這說(shuō)明元件

7、在開始運(yùn)行時(shí)是完好的，但在工作無(wú)窮大時(shí)間后，元件必然發(fā)生故障 （3）故障密度函數(shù)f(t) 表示單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。 （4）故障率(t)： 故障密度函數(shù)與可靠度函數(shù)的比。它表示元件已正常工作到時(shí)刻t，在t時(shí)刻以后的下一個(gè)時(shí)間間隔t內(nèi)發(fā)生故障的條件概率。 所以： 由此可見，R(t)是以故障率(t)對(duì)時(shí)間積分為指數(shù)的指數(shù)函數(shù)。其故障率(t)的典型形態(tài)為浴盆曲線【見圖3-9所示】。 早期故障期（A） 故障一般是由設(shè)計(jì)制造和安裝調(diào)試方面的原因引起的。其主要任務(wù)是嚴(yán)格進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)和驗(yàn)收。 偶發(fā)故障期（B） 多由運(yùn)行操作上的失誤造成的。這期間故障率較低且穩(wěn)定，大致為常數(shù)，其長(zhǎng)度，稱為設(shè)備的有效使用壽命。

8、耗損故障期（C） 主要原因是設(shè)備某些零件的老化和磨損。如能預(yù)知耗損開始時(shí)間，事先進(jìn)行預(yù)防、維修，能延長(zhǎng)設(shè)備的實(shí)際使用壽命。 電力系統(tǒng)的主設(shè)備的故障率(t)具有浴盆曲線中的偶發(fā)故障期的特點(diǎn)，(t)與時(shí)間無(wú)關(guān)，為一常數(shù)。即：(t)=常數(shù) 由此可得：（5）平均無(wú)故障工作時(shí)間MTTF【用TU表示，又稱持續(xù)工作時(shí)間】 是元件壽命時(shí)間TU隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望。 2、可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)（1）可靠度【R(t)】 是指元件在起始時(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）不可靠度【F(t)，又稱失效度】 是指元件在起始時(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。 即：R(t)+ F(t

9、)=1 （3）故障密度函數(shù)f(t) 指元件在t，t+t期間發(fā)生第一次故障的概率。 即： （4）故障率(t) 是指元件從起始時(shí)刻直至?xí)r刻t完好的條件下，在時(shí)刻t以后單位時(shí)間里發(fā)生故障的次數(shù)。 平均故障率為： （次/年），n設(shè)備臺(tái)數(shù)（5）修復(fù)率(t) 元件由停運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)行狀態(tài)的概率。表示在現(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)備正常壽命內(nèi)，、都是常數(shù)。 （6）平均修復(fù)時(shí)間MTTR【用TD表示，又稱平均停運(yùn)時(shí)間】 為設(shè)備連續(xù)檢修所用時(shí)間的平均值，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。 （7）平均運(yùn)行周期MTBF【用TS表示，又稱平均故障間隔時(shí)間】 TS= TU

10、 +TD（8）可用度A【又稱可用率，有效度】 是指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率。它與可靠度的區(qū)別在于：可靠度要求元件在時(shí)間區(qū)間0，t連續(xù)地處于工作狀態(tài)，而可用度無(wú)此要求。對(duì)于可修復(fù)元件：A（t）R（t） 對(duì)于不可修復(fù)元件：A（t）=R（t） 設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于壽命處于“運(yùn)行”與“停運(yùn)”兩種狀態(tài)的交替中，則可用度應(yīng)為： （9）不可用度 【又稱不可用率，無(wú)效度】是可用度的對(duì)立事件 元件的不可用度常用強(qiáng)迫停運(yùn)率【FOR】來(lái)表示 （10）故障頻率f 【注與不同】 表示設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，每年平均故障次數(shù)。 三、電氣主接線的可靠性計(jì)算 是假定系統(tǒng)每一個(gè)元件只有兩種狀態(tài)【運(yùn)行和停運(yùn)】為前提

11、，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式及各元件的失效模式繪出邏輯圖，建立可靠性數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值計(jì)算求得可靠性指標(biāo)。但復(fù)雜系統(tǒng)建立和簡(jiǎn)化邏輯圖比較困難。 建立在馬爾科夫模型基礎(chǔ)上，在處理復(fù)雜系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)時(shí)，具有較大的靈活性，目前廣泛應(yīng)用于計(jì)算電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 網(wǎng)絡(luò)法： 狀態(tài)空間化： 1、串聯(lián)系統(tǒng) 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，稱為串聯(lián)系統(tǒng)。 這里的所說(shuō)的“串聯(lián)”與同電路中元件的串聯(lián)概念不能混為一談【見圖3-10所示】。 1）不可修復(fù)系統(tǒng) 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度RS為： 當(dāng)各元件的故障率為常數(shù)時(shí)，則 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度比其中任何一個(gè)元件的可靠度都小，要提高串聯(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

12、度，同時(shí)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 由此可知，串聯(lián)系統(tǒng)的壽命比最差元件的壽命還要短。2）可修復(fù)系統(tǒng) 要同時(shí)考慮故障率和修復(fù)率，電氣設(shè)備的和都可看作常數(shù)，則可用度為 修復(fù)率S： 由 得 其它同不可修復(fù)系統(tǒng) 2、并聯(lián)系統(tǒng)若所有元件都有發(fā)生故障時(shí)，才構(gòu)成系統(tǒng)故障，稱為并聯(lián)系統(tǒng) 1）不可修復(fù)系統(tǒng) 設(shè)元件的可靠度Ri(i=1,2,n)，則各元件的不可靠度為 所有元件都發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)才發(fā)生故障，則系統(tǒng)的不可靠度為： 可靠度為: 平均無(wú)故障工作時(shí)間【又稱平均壽命】當(dāng)各元件故障率相等，即 并等于常數(shù)時(shí) 可得 由此可見，并聯(lián)系統(tǒng)的壽命比單個(gè)元件的壽命長(zhǎng)。2）可修復(fù)系統(tǒng)不可用度: 可用度:

13、修復(fù)率:故障率： 由 得 3、串并聯(lián)混合系統(tǒng) 先將系統(tǒng)分解成若干個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)子系統(tǒng)，然后按照先后順序，分別計(jì)算各子系統(tǒng)的可靠度，最后計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。1、方案的經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)目（1）綜合總投資主要包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、配電裝置綜合投資以及不可預(yù)見的附加投資等。只需計(jì)算方案不同部分的投資。I0: 主體設(shè)備的綜合投資，包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、母線、 配電裝置及明顯的增修橋梁、公路和拆遷等費(fèi)用。a: 不明顯的附加費(fèi)用比例系數(shù)，如基礎(chǔ)加工、電纜溝道開挖費(fèi)用等，220kV取70，110kV 取90（2）運(yùn)行期的年運(yùn)行費(fèi)用主要包括一年中變壓器的電能損耗及檢修、維護(hù)、折舊費(fèi)等。變壓器的電能損耗，kW.h電價(jià)檢

14、修維護(hù)費(fèi)率，0.0220.042折舊費(fèi)率，0.0050.058年電能損耗的計(jì)算（1）雙繞組變壓器 -n 臺(tái)同類型同容量雙繞組變壓器并聯(lián)運(yùn)行變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)每臺(tái)變壓器的空載有功和無(wú)功損耗每臺(tái)變壓器的短路有功和無(wú)功損耗單位無(wú)功損耗引起的有功損耗系數(shù).發(fā)電機(jī)母線上的變壓器取0.02,系統(tǒng)中的變壓器取0.10.15最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)n臺(tái)擔(dān)負(fù)的總負(fù)荷/每臺(tái)額定容量（2）三繞組變壓器。參見 （3106）2. 常用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法（1）年費(fèi)用比較法 將全部支出費(fèi)用折算至工程建成年后再折算為年費(fèi)用。折算至工程建成年的年費(fèi)用折算至工程建成年的總投資折算至工程建成年的年運(yùn)行費(fèi)生產(chǎn)運(yùn)行期電力工業(yè)基準(zhǔn)收益率或折現(xiàn)率（2）低償年限法方案1和方案2的投資方案