發(fā)電廠電氣部分第四版-課件

“十一五”國家級規(guī)劃教材第一章能源和發(fā)電5～36第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分37～77第三章常用計算的基本理論和方法78～165第四章電氣主接線及設(shè)計166～258第五章廠用電接線及設(shè)計259～371第六章導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理與選擇372～506第七章配電裝置507～545目錄“十一五”國家級規(guī)劃教材第一章能源和發(fā)電5～36第二章發(fā)“十一五”國家級規(guī)劃教材第八章發(fā)電廠和變電站的控制與信號第九章同步發(fā)電機的運行第十章電力變壓器的運行546～579580～616617～697“十一五”國家級規(guī)劃教材第八章發(fā)電廠和變電站的控制與信號第精品資料精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學(xué)方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”發(fā)電廠電氣部分第四版-ppt課件精品資料精品資料“十一五”國家級規(guī)劃教材第一節(jié)能源和電能一、物質(zhì)、能量和信息第一章能源和發(fā)電能量和信息世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，是客觀存在的；能量是物質(zhì)的屬性，是一切物質(zhì)運動的動力；信息是客觀事物和主觀認識相結(jié)合的產(chǎn)物，沒有信息，物質(zhì)和能量無從認識，也毫無意義。能量是物質(zhì)的一種形態(tài)，既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種形態(tài)，并且能量轉(zhuǎn)換必然遵守能量守恒定律。到目前為止，人類所認識的能量有如下形式：

（1）機械能。

“十一五”國家級規(guī)劃教材第一節(jié)能源和電能一、物質(zhì)、能量和信息“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）化學(xué)能。

（4）輻射能。

（5）核能。

（6）電能。

二、能源含義和能源分類(一）能源含義能源，顧名思義是能量的來源或泉源，即指人類取得能量的來源，包括已經(jīng)開發(fā)可供直接使用的自然資源和經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能量來源，而尚未開發(fā)的自然資源稱為能源資源。

“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）化學(xué)能。（4）輻射能。（5“十一五”國家級規(guī)劃教材

(二）能源分類（1）一次能源和二次能源

（2）常規(guī)能源和新能源（3）可再生能源和非再生能源（4）含能體能源和過程性能源

（5）清潔能源和非清潔能源

（1）煤炭

（2）水能資源（3）其他能源（4）電能三、能源資源“十一五”國家級規(guī)劃教材(二）能源分類“十一五”國家級規(guī)劃教材

電能與其他形式的能源相比，其特點有：

（1）電能可以大規(guī)模生產(chǎn)和遠距離輸送

（2）電能方便轉(zhuǎn)換和易于控制

（3）損耗小

（4）效率高

（5）電能在使用時沒有污染，噪聲小

四、電能“十一五”國家級規(guī)劃教材電能與其他形式的能源相比，“十一五”國家級規(guī)劃教材按一次能源的不同發(fā)電廠分為：（1）火力發(fā)電廠（2）水力發(fā)電廠

（3）核能發(fā)電廠

（4）風(fēng)力發(fā)電廠

（5）地?zé)岚l(fā)電廠

（6）太陽能發(fā)電廠

（7）潮汐發(fā)電廠五、發(fā)電廠“十一五”國家級規(guī)劃教材按一次能源的不同發(fā)電廠分為：五、發(fā)電“十一五”國家級規(guī)劃教材一、火電廠的分類按原動機分

（1）凝汽式汽輪機發(fā)電廠（2）燃氣輪機發(fā)電廠（3）內(nèi)燃機發(fā)電廠（4）蒸汽-燃氣輪機發(fā)電廠等。

（1）燃煤發(fā)電廠（2）燃油發(fā)電廠（3）燃氣發(fā)電廠（4）余熱發(fā)電廠按燃料分第二節(jié)火力發(fā)電廠“十一五”國家級規(guī)劃教材一、火電廠的分類按原動機分“十一五”國家級規(guī)劃教材按蒸汽壓力和溫度分

（1）中低壓發(fā)電廠，其蒸汽壓力在3.92MPa、溫度為450℃的發(fā)電廠，單機功率小于25MW（2）高壓發(fā)電廠，其蒸汽壓力一般為9.9MPa、溫度為540℃的發(fā)電廠，單機功率小于100MW

（3）超高壓發(fā)電廠，其蒸汽壓力一般為13.83MPa、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機功率小于200MW（4）亞臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力一般為16.77MPa、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機功率為300MW直至1000MW不等；“十一五”國家級規(guī)劃教材按蒸汽壓力和溫度分“十一五”國家級規(guī)劃教材

（5）超臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力大于22.11MPa、溫度為550/550℃的發(fā)電廠，機組功率為600MW、800MW及以上；

（6）超超臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓力為26.25MPa、溫度為600/600℃的發(fā)電廠，機組功率為1000MW及以上；按輸出能源分

（1）凝汽式發(fā)電廠，即只向外供應(yīng)電能的發(fā)電廠，其效率較低，只有30%~40%。

（2）熱電廠，即同時向外供應(yīng)電能和熱能的電廠，其效率較高，可達60%~70%?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（5）超臨界壓力發(fā)電廠，其蒸汽壓“十一五”國家級規(guī)劃教材二、火電廠的電能生產(chǎn)過程

火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程概括地說是把煤炭中含有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，如圖1-1所示的凝氣式電廠，整個生產(chǎn)過程可分為三個階段：

（1）燃燒系統(tǒng)：燃料的化學(xué)能在鍋爐燃燒中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎羝Q為燃燒系統(tǒng)；

（2）汽水系統(tǒng)：鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，稱為汽水系統(tǒng)；（3）電氣系統(tǒng)：超由汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，把機械能變?yōu)殡娔埽Q為電氣系統(tǒng)；“十一五”國家級規(guī)劃教材二、火電廠的電能生產(chǎn)過程“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-1凝汽式發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-1凝汽式發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（一）燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)由運煤、磨煤、燃燒、風(fēng)煙、灰渣等環(huán)節(jié)組成，其流程如圖1-2所示。圖1-2火電廠燃燒系統(tǒng)流程示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（一）燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)由“十一五”國家級規(guī)劃教材

燃燒系統(tǒng)包括如下子系統(tǒng)：

（1）運煤系統(tǒng)。（2）磨煤系統(tǒng)。（3）燃燒系統(tǒng)。（4）風(fēng)煙系統(tǒng)。（5）灰渣系統(tǒng)。（二）汽水系統(tǒng)

火電廠的汽水系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機、凝汽器、除氧器、加熱器等設(shè)備及管道構(gòu)成，包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補充給水系統(tǒng)，如圖1-3所示。

“十一五”國家級規(guī)劃教材燃燒系統(tǒng)包括如下“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-3火電廠汽水系統(tǒng)流程示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-3火電廠汽水系統(tǒng)流程示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）電氣系統(tǒng)

發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機、勵磁裝置、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等，如圖1-4所示。

圖1-4火電廠電氣系統(tǒng)流程示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）電氣系統(tǒng)發(fā)電“十一五”國家級規(guī)劃教材三、火電廠的特點

（1）布局靈活，裝機容量的大小可按需要決定。

（2）一次性建造投資少，單位容量的投資僅為同容量水電廠的一半左右。

（3）耗煤量大。（4）動力設(shè)備繁多，發(fā)電機組控制操作復(fù)雜，廠用電量和運行人員都多于水電廠，運行費用高。

（5）燃煤發(fā)電機組由停機到開機并帶滿負荷需要幾小時到十幾小時，并附加耗用大量燃料。

（6）火電廠擔(dān)負調(diào)峰、調(diào)頻或事故備用，相應(yīng)的事故增多，強迫停運率增高，廠用電率增高。

（7）火電廠的各種排放物（如煙氣、灰渣和廢水）對環(huán)境的污染較大?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材三、火電廠的特點（1）布局靈“十一五”國家級規(guī)劃教材四、火電廠對環(huán)境的影響及處理措施火電廠生產(chǎn)時的污染排放主要是煙氣污染物排放、灰渣排放和廢水排放，其中煙氣中的粉塵、硫氧化物和氮氧化物經(jīng)過煙囪排入大氣，這些一次污染物通過在大氣中的遷移、轉(zhuǎn)化生成二次污染物，會給環(huán)境造成很大的危害。處理措施：（1）廢水：凈化，回收再利用（2）煙氣：除塵，脫硫（3）灰渣：綜合利用“十一五”國家級規(guī)劃教材四、火電廠對環(huán)境的影響及處理措施“十一五”國家級規(guī)劃教材一、水電廠的分類（一）按集中落差的方式分

（1）堤壩式水電廠。在河流中落差較大的適宜地段攔河建壩，形成水庫，將水積蓄起來，抬高上游水位，形成發(fā)電水頭，這種開發(fā)模式稱為堤壩式。由于水電廠廠房在水利樞紐中的位置不同，又分為壩后式和河床式兩種型式。壩后式水電廠示意圖如圖1-6所示。河床式水電廠示意圖如圖1-7所示。第三節(jié)水力發(fā)電廠“十一五”國家級規(guī)劃教材一、水電廠的分類（一）按集中落差的方“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-6壩后式水電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-6壩后式水電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-7河床式水電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-7河床式水電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材

（2）引水式水電廠。由引水渠道造成水頭，用于河床坡度較大的高水頭中小型水電廠。圖1-8引水式水電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）引水式水電廠。圖“十一五”國家級規(guī)劃教材

（3）混合式水電廠。在適宜開發(fā)的河段攔河筑壩，壩上游河段的落差由壩集中，壩下游河段的落差由有壓力引水道集中，而水電廠的水頭則由這兩部分落差共同形成，這種集中落差的方式稱為混合開發(fā)模式，由此而修建的水電廠稱為混合式水電廠，它兼有堤壩式和引水式兩種水電廠的特點。（二）按徑流調(diào)節(jié)的程度分

（1）無調(diào)節(jié)水電廠。

（2）有調(diào)節(jié)水電廠。根據(jù)水庫對徑流的調(diào)節(jié)程度，又可將水電廠分為：日調(diào)節(jié)水電廠，年調(diào)節(jié)水電廠和多年調(diào)節(jié)水電廠?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（3）混合式水電廠。在“十一五”國家級規(guī)劃教材二、水電廠的特點

（1）可綜合利用水能資源。

（2）發(fā)電成本低、效率高。

（3）運行靈活。

（4）水能可儲蓄和調(diào)節(jié)。（5）水力發(fā)電不污染環(huán)境。

（6）水電廠建設(shè)投資較大，工期較長。

（7）發(fā)電不均衡。

（8）給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一些不利，還可能在一定程度破壞自然界的生態(tài)平衡?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材二、水電廠的特點（1）“十一五”國家級規(guī)劃教材三、抽水蓄能電廠（一）工作原理

抽水蓄能電廠是以一定水量作為能量載體，通過能量轉(zhuǎn)換向電力系統(tǒng)提供電能。圖1-9抽水蓄能電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材三、抽水蓄能電廠（一）工作原理“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用

（1）調(diào)峰。

（2）填谷。

（3）事故備用。

（4）調(diào)頻。（5）調(diào)相。

（6）黑啟動。（7）蓄能?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（二）抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）抽水蓄能電廠的效益

（1）容量效益。

（2）節(jié)能效益。

（3）環(huán)保效益。

（4）動態(tài)效益。（5）提高火電設(shè)備利用率。

（6）對環(huán)境沒有污染且可美化環(huán)境。

“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）抽水蓄能電廠的效益“十一五”國家級規(guī)劃教材一、核電廠的分類（一）壓水堆核電廠

圖1-10所示為壓水堆核電廠的示意圖。整個系統(tǒng)分成兩大部分，即一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)。一回路系統(tǒng)中壓力為15MPa的高壓水被冷卻劑主泵送進反應(yīng)堆，吸收燃料元件的釋熱后，進入蒸汽發(fā)生器下部的U形管內(nèi)，將熱量傳給二回路的水，再返回冷卻劑主泵入口，形成一個閉合回路。二回路系統(tǒng)的水在U形管外部流過，吸收一回路水的熱量后沸騰，產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機的高壓缸做功；高壓缸的排汽經(jīng)再熱器再熱提高溫度后，再進入汽輪機的低壓缸做功；膨脹做功后的蒸汽在凝汽器中被凝結(jié)成水，再送回蒸汽發(fā)生器，形成一個閉合回路。第四節(jié)核能發(fā)電廠“十一五”國家級規(guī)劃教材一、核電廠的分類（一）壓水堆核電廠“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-10壓水堆核電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-10壓水堆核電廠示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）沸水堆核電廠

圖1-11所示為沸水堆核電廠的示意圖。在沸水堆核電廠中，堆芯產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)分離器和干燥器除去水分后直接送入汽輪機做功。在沸水堆核電廠中反應(yīng)堆的功率主要由堆芯的含汽量來控制。圖1-11沸水堆核電廠的示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）沸水堆核電廠圖1“十一五”國家級規(guī)劃教材二、核電廠的系統(tǒng)（一）核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)

核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：（1）一回路主系統(tǒng)，包括壓水堆、冷卻劑主泵、蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器等。（2）化學(xué)和容積控制系統(tǒng)。（3）余熱排出系統(tǒng)，又稱停堆冷卻系統(tǒng)。（4）安全注射系統(tǒng)，又稱緊急堆芯冷卻系統(tǒng)。（5）控制、保護和檢測系統(tǒng)?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材二、核電廠的系統(tǒng)（一）核島的核蒸汽供“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）核島的輔助系統(tǒng)

核島的輔助系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：（1）設(shè)備冷卻水系統(tǒng)，用于冷卻所有位于核島內(nèi)的帶放射性水的設(shè)備。（2）硼回收系統(tǒng)，用于對一回路系統(tǒng)的排水進行儲存、處理和監(jiān)測，將其分離成符合一回路水質(zhì)要求的水及濃縮的硼酸溶液。（3）反應(yīng)堆的安全殼及噴淋系統(tǒng)。（4）核燃料的裝換料及儲存系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對燃料元件的裝換料和儲存。（5）安全殼及核輔助廠房通風(fēng)和過濾系統(tǒng)。它的作用是實現(xiàn)安全殼和輔助廠房的通風(fēng)，同時防止放射性外泄。（6）柴油發(fā)電機組，為核島提供應(yīng)急電源?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（二）核島的輔助系統(tǒng)“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）常規(guī)島的系統(tǒng)

常規(guī)島的系統(tǒng)與火電廠的系統(tǒng)相似，它通常包括：（1）二回路系統(tǒng)，又稱汽輪發(fā)電機系統(tǒng)，由蒸汽系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組、凝汽器、蒸汽排放系統(tǒng)、給水加熱系統(tǒng)及輔助給水系統(tǒng)等組成。（2）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。（3）電氣系統(tǒng)及廠用電設(shè)備。“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）常規(guī)島的系統(tǒng)“十一五”國家級規(guī)劃教材三、核電廠的運行

核電廠的運行和火電廠相比有以下一些新的特點：

（1）壓水堆核電廠的反應(yīng)堆，只能對反應(yīng)堆堆芯一次裝料，并定期停堆換料。

（2）反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)，核燃料發(fā)生裂變反應(yīng)釋放核能的同時，也放出瞬發(fā)中子和瞬發(fā)射線。

（3）反應(yīng)堆在停閉后，運行過程中積累起來的裂變碎片和、衰變，將繼續(xù)使堆芯產(chǎn)生余熱（又稱衰變熱）。

（4）核電廠在運行過程中，會產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的放射性廢物。（5）核電廠的建設(shè)費用高，但燃料所占費用較為便宜。“十一五”國家級規(guī)劃教材三、核電廠的運行“十一五”國家級規(guī)劃教材第一節(jié)概述一、電氣設(shè)備第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分(一）一次設(shè)備

通常把生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備，如發(fā)電機、變壓器和斷路器等稱為一次設(shè)備。它們包括：

（1）生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備。

（2）接通或斷開電路的開關(guān)電器。“十一五”國家級規(guī)劃教材第一節(jié)概述一、電氣設(shè)備第二章發(fā)電、“十一五”國家級規(guī)劃教材

（3）限制故障電流和防御過電壓的保護電器。

（4）載流導(dǎo)體。（5）互感器，包括電壓互感器和電流互感器。

（6）無功補償設(shè)備。（7）接地裝置?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（3）限制故障電流和防御過電壓“十一五”國家級規(guī)劃教材對一次設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行測量、控制、監(jiān)視和起保護作用的設(shè)備，稱為二次設(shè)備。（1）測量表計，如電壓表、電流表、頻率表、功率表和電能表等，用于測量電路中的電氣參數(shù)。

（2）繼電保護、自動裝置及遠動裝置。（3）直流電源設(shè)備，包括直流發(fā)電機組、蓄電池組和整流裝置等。（4）操作電器、信號設(shè)備及控制電纜。（二）二次設(shè)備“十一五”國家級規(guī)劃教材對一次設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)進“十一五”國家級規(guī)劃教材一次電路：由一次設(shè)備，例如發(fā)電機、變壓器、斷路器等，按預(yù)期生產(chǎn)流程所連成的電路，稱為一次電路，或稱電氣主接線；二次電路：由二次設(shè)備所連成的電路稱為二次電路，或稱二次接線。圖2-1是具有兩種電壓（發(fā)電機電壓及升高電壓）大容量發(fā)電廠的電氣主接線圖。二、電氣接線和裝置(一）電氣接線在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設(shè)備的作用及要求，按一定的方式用導(dǎo)體連接起來所形成的電路稱為電氣接線?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材一次電路：由一次設(shè)備，例如發(fā)電“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-1火電廠的電氣主接線圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-1火電廠的電氣主接線圖“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）配電裝置

配電裝置按電氣設(shè)備裝設(shè)地點不同，可分為屋內(nèi)配電裝置和屋外配電裝置。圖2-1中，由斷路器QF1和QF2，隔離開關(guān)QS1~QS4，母線W1~W3，電抗器L1和L2以及饋線WL1和WL2等，構(gòu)成的配電裝置，布置在屋內(nèi)，稱為屋內(nèi)配電裝置，又稱發(fā)電機電壓配電裝置；而由斷路器QF3~QF5，相應(yīng)的隔離開關(guān)，母線W4和W5以及出線WL3和WL4等，構(gòu)成的配電裝置，稱為屋外配電裝置，又稱高壓配電裝置?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（二）配電裝置配電裝置按電氣“十一五”國家級規(guī)劃教材一、300MW發(fā)電機組電氣部分（一）電氣主接線300MW發(fā)電機組，采用發(fā)電機－變壓器單元接線，如圖2-2所示。變壓器高壓側(cè)，經(jīng)引線接入220kV系統(tǒng)。第二節(jié)發(fā)電廠的電氣部分“十一五”國家級規(guī)劃教材一、300MW發(fā)電機組電氣部分（一）“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-2300MW發(fā)電機組電氣主接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器（為分裂繞組變壓器）4—電壓互感器；5—高壓熔斷器；6—避雷器；7—電流互感器；8—中性點接地變壓器“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-2300MW發(fā)電機組電氣“十一五”國家級規(guī)劃教材

由圖2-2可看出，300MW發(fā)電機組電氣主接線具有下述特點：

（1）發(fā)電機與主變壓器的連接采用發(fā)電機－變壓器單元接線，無發(fā)電機出口斷路器和隔離開關(guān)。

（2）在主變壓器低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電。

（3）在發(fā)電機出口側(cè)，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器。

（4）在發(fā)電機出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有電流互感器4只。（5）發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器。

（6）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相裝有電流互感器4只。

“十一五”國家級規(guī)劃教材由圖2-2可看出，300MW“十一五”國家級規(guī)劃教材

發(fā)電機和主變壓器之間的連接母線及廠用分支母線均采用全連離相封閉母線。其具有以下優(yōu)點：

（1）供電可靠。

（2）運行安全。

（3）基本消除了母線周圍鋼構(gòu)件的發(fā)熱。

（4）施工安裝簡便，運行維護工作量小。

“十一五”國家級規(guī)劃教材發(fā)電機和主變壓器之間的連（二）主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機。（5）高壓熔斷器。

（2）主變壓器。

（6）電流互感器。（3）高壓廠用變壓器。（7）發(fā)電不均衡。（4）電壓互感器。

（8）中性點接地變壓器。

（二）主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材二、600MW發(fā)電機組電氣部分(一）電氣主接線圖2-3600MW發(fā)電機組電氣主接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；3—高壓廠用變壓器4—高壓公用變壓器；5—勵磁變壓器；6—中性點接地變壓器；7—電壓互感器；8—熔斷器；9—高壓避雷器“十一五”國家級規(guī)劃教材二、600MW發(fā)電機組電氣部分(一）“十一五”國家級規(guī)劃教材由圖2-3可看出，600MW發(fā)電機組電氣主接線具有下述特點：（1）發(fā)電機與主變壓器的連接采用發(fā)電機－變壓器單元接線，發(fā)電機和主變壓器之間沒有斷路器和隔離開關(guān)。

（2）主變壓器采用三相雙繞組變壓器，低壓側(cè)繞組接成三角形，高壓側(cè)繞組接成星形。變壓器高壓側(cè)中性點接地方式為直接接地。（3）在主變壓器低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器和一臺高壓公用變壓器，供給廠用電。（4）在發(fā)電機出口側(cè)，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器。

（5）在發(fā)電機出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有電流互感器4只。

（6）發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器。

“十一五”國家級規(guī)劃教材由圖2-3可看出，600MW發(fā)“十一五”國家級規(guī)劃教材（7）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器3只。

（8）主變壓器高壓側(cè)每相各配置套管式電流互感器3只，中性點配置電流互感器1只

（二）主要電氣設(shè)備

（1）發(fā)電機。（5）電流互感器。（2）主變壓器。（6）中性點接地變壓器。（3）高壓廠用變壓器。（7）高壓熔斷器。（4）電壓互感器。（8）避雷器。

“十一五”國家級規(guī)劃教材（7）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，“十一五”國家級規(guī)劃教材三、1000MW發(fā)電機組電氣部分（一）電氣主接線1000MW發(fā)電機組，采用發(fā)電機－變壓器單元接線，如圖2-4所示。變壓器高壓側(cè)，經(jīng)隔離開關(guān)和引線接入500kV系統(tǒng)，500kV側(cè)采用一個半斷路器接線方式?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材三、1000MW發(fā)電機組電氣部分（一“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-41000MW發(fā)電機組電氣主接線圖1—發(fā)電機；2—主變壓器；3、4—高壓廠用變壓器；5—勵磁變壓器；6—中性點接地變壓器；7、8—電壓互感器；9—高壓避雷器；10—隔離開關(guān)；11—電壓互感器“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-41000MW發(fā)電機組電氣主“十一五”國家級規(guī)劃教材由圖2-4可看出，1000MW發(fā)電機組電氣主接線具有下述特點：（1）發(fā)電機與主變壓器的連接采用發(fā)電機－變壓器單元接線，發(fā)電機和主變壓器之間沒有斷路器和隔離開關(guān)，但在主母線上設(shè)有可拆連接點。（2）發(fā)電機出口主封閉母線上有接地刀閘，母線接地刀閘能承受主回路動、熱穩(wěn)定的要求。接地刀閘附近有觀察接地刀閘位置的窺視孔。（3）主變壓器采用三臺單相雙繞組油浸式變壓器，低壓側(cè)繞組接成三角形，高壓側(cè)繞組接成星形。變壓器高壓側(cè)中性點接地方式為直接接地。（4）在主變壓器低壓側(cè)引接兩臺容量相同的高壓廠用變壓器，供給廠用電。

“十一五”國家級規(guī)劃教材由圖2-4可看出，1000“十一五”國家級規(guī)劃教材（5）在發(fā)電機出口主封閉母線有短路試驗裝置，主回路T接引至電壓互感器柜，通過高壓熔斷器接有三組三相電壓互感器和一組避雷器。（6）在發(fā)電機出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有套管式電流互感器4只。（7）發(fā)電機中性點經(jīng)隔離開關(guān)接有中性點接地變壓器。（8）高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相配置套管式電流互感器3只。（9）主變壓器高壓側(cè)每相各配置套管式電流互感器4只，中性點配置電流互感器2只。

“十一五”國家級規(guī)劃教材（5）在發(fā)電機出口主封閉母線（二）主要電氣設(shè)備

（1）發(fā)電機。（2）主變壓器。（3）高壓廠用變壓器。（4）電壓互感器。

（5）電流互感器。

（6）中性點接地變壓器。（二）主要電氣設(shè)備（1）發(fā)電機?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（三）超超臨界發(fā)電機組的特點與問題前述300MW發(fā)電機組為亞臨界火力發(fā)電機組，600MW發(fā)電機組為超臨界火力發(fā)電機組，1000MW發(fā)電機組為超超臨界火力發(fā)電機組。

超超臨界火力發(fā)電機組和常規(guī)發(fā)電機組相比，具有無可比擬的優(yōu)越性。但是，發(fā)展超超臨界機組，在設(shè)計和制造方面還有許多關(guān)鍵技術(shù)問題有待解決，例如開發(fā)新材料就是關(guān)鍵的問題?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（三）超超臨界發(fā)電機組的特點與問題“十一五”國家級規(guī)劃教材（一）數(shù)字化發(fā)電廠概念四、數(shù)字化發(fā)電廠

數(shù)字化發(fā)電廠是采用數(shù)字方式映射的物理電廠，把龐大的發(fā)電廠通過數(shù)字0、1精確地表示在電腦的桌面上。也就是說，從電廠前期可行性研究、設(shè)計、基建開始，到生產(chǎn)運營、企業(yè)管理的全過程，全部采用數(shù)字描述和數(shù)字化存儲。（二）數(shù)字化發(fā)電廠模式

數(shù)字化發(fā)電廠的模式有以下5種：

（1）基于上層網(wǎng)絡(luò)模式（信息網(wǎng)絡(luò)）。

（2）基于下層網(wǎng)絡(luò)模式（FCS網(wǎng)絡(luò)）。（3）基于控制網(wǎng)絡(luò)模式（DCS網(wǎng)絡(luò)）。（4）上中下網(wǎng)絡(luò)合一模式（3層網(wǎng)絡(luò)）。（5）數(shù)字化發(fā)電廠5層網(wǎng)絡(luò)模型?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（一）數(shù)字化發(fā)電廠概念四、數(shù)字化發(fā)電“十一五”國家級規(guī)劃教材

5層網(wǎng)絡(luò)模型組成的數(shù)字化發(fā)電廠：

（1）一次設(shè)備層。

（2）DCS層：控制系統(tǒng)。本層為二次系統(tǒng)層。

（3）SIS層：優(yōu)化增值。（4）MIS層：高端信息。（5）Internet層：網(wǎng)絡(luò)媒體?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材5層網(wǎng)絡(luò)模型組成的“十一五”國家級規(guī)劃教材

（三）實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)電廠的核心技術(shù)

（1）采用成熟的FCS數(shù)字化儀表或裝置。（2）發(fā)電廠“爐、機、電、輔”DCS一體化控制和數(shù)字化升壓站NCS。

（3）數(shù)字化CCTV（工業(yè)）網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)視技術(shù)。（4）廠級運營優(yōu)化增值服務(wù)技術(shù)。（5）信息層面的數(shù)字化高端應(yīng)用。 （6）系統(tǒng)工程、軟件技術(shù)、流程技術(shù)和先進的計算機輔助設(shè)計（CAD）、三維技術(shù)（3D）等其它技術(shù)?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（三）實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)電廠的核心“十一五”國家級規(guī)劃教材一、高壓交流輸變電概述

影響輸電電壓等級的發(fā)展主要有以下原因：

由于大容量發(fā)電廠的建設(shè)地點遠離負荷中心，如果采用低壓輸電，勢必造成輸送功率的巨大浪費和電能質(zhì)量的下降，因此，提高輸電電壓等級就成為必然的選擇。不同電壓等級的輸送功率和輸送距離的關(guān)系如表2-1所示。（一）長距離輸送電能第三節(jié)高壓交流輸變電“十一五”國家級規(guī)劃教材一、高壓交流輸變電概述影“十一五”國家級規(guī)劃教材表2-1不同電壓等級的輸送功率和輸送距離

隨著電力系統(tǒng)發(fā)電容量的增大，特別是大型坑口電站和核電站的投產(chǎn)，雖然輸電距離不長，但輸送容量很大，也需要采用較高的電壓等級。（二）大容量輸送電能“十一五”國家級規(guī)劃教材表2-1不同電壓等級的輸送功率和“十一五”國家級規(guī)劃教材

如果以輸送每km每kW電力的線路造價作為單位造價，則在各級電壓相應(yīng)的經(jīng)濟輸送容量范圍內(nèi)，線路的單位造價將隨輸送電壓等級的升高而降低。在相同的輸送容量和距離的條件下，輸電線的總損耗（包括電阻損耗和電暈損耗）隨輸電電壓等級的升高而降低。如表2-2所示，750kV線路的線損率約為330kV線路的1/2。表2-2電壓等級與線損率的關(guān)系（三）節(jié)省基建投資和運行費用“十一五”國家級規(guī)劃教材表2-2電壓等“十一五”國家級規(guī)劃教材

此外，輸送相同容量電力的線路走廊的寬度，也隨著采用電壓等級的升高而降低。走廊用地在線路總造價中所占比重較大（如美國本部地區(qū)500kV線路約占15%~30%），為減少走廊占地費用，采用超高壓輸電也就在所難免。

電力系統(tǒng)的發(fā)展，必然會打破歷史形成的地方電力系統(tǒng)的疆域，逐漸連成大區(qū)域或跨區(qū)域的聯(lián)合電力系統(tǒng)。為了增強電網(wǎng)輸送能力，提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，大區(qū)電網(wǎng)間的連接多采用500kV或750kV超高壓電壓等級，甚至采用1150kV的特高壓電壓等級。（四）電力系統(tǒng)互聯(lián)“十一五”國家級規(guī)劃教材此外，輸送相同容量電力的線路“十一五”國家級規(guī)劃教材二、500kV輸變電系統(tǒng)

目前，我國500kV變電站的電氣接線一般采用雙母線四分段帶專用旁路母線和3/2斷路器兩種接線方式。如圖2-5所示，兩組母線W1和W2間有兩串?dāng)嗦菲?，每一串的三組斷路器之間接入兩個回路引出線，如WL1、WL2，處于每串中間部位的斷路器稱為聯(lián)絡(luò)斷路器（如QF12），由于平均每條引出線裝設(shè)一臺半斷路器，故稱為一臺半斷路器接線。（一）500kV變電站電氣主接線“十一五”國家級規(guī)劃教材二、500kV輸變電系統(tǒng)目“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-5500kV變電站電氣主接線“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-5500kV變電站電氣主接線“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）500kV變電站主要電氣設(shè)備

500kV超高壓變電站的主要電氣設(shè)備有：

（1）主變壓器：500kV升壓變壓器和500kV自耦變壓器。（2）斷路器。（3）隔離開關(guān)。（4）電壓互感器。（5）電流互感器。（6）避雷器。

“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）500kV變電站主要電氣設(shè)備“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器（一）并聯(lián)高壓電抗器的作用：

（1）限制工頻電壓升高。（2）降低操作過電壓。（3）消除發(fā)電機帶長線出現(xiàn)自勵磁。（4）避免長距離輸送無功功率并降低線損。（5）限制潛供電流，有利于單相自動重合閘。

（二）抽能并聯(lián)高壓電抗器：

500kV并聯(lián)電抗器及抽能系統(tǒng)，如圖2-7所示?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材（三）并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-7500kV并聯(lián)電抗器及抽能系統(tǒng)接線圖“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-7500kV并聯(lián)電抗器及抽“十一五”國家級規(guī)劃教材（四）串聯(lián)電容器補償（一）基本原理：

高壓輸電線路的靜態(tài)穩(wěn)定輸送功率可由下式表示，即

當(dāng)線路中安裝有串聯(lián)電容器補償后，線路的靜態(tài)穩(wěn)定輸送功率變?yōu)?/p>

在同一個相角差的條件下，裝有串聯(lián)電容器補償前后的穩(wěn)定輸送功率之比為“十一五”國家級規(guī)劃教材（四）串聯(lián)電容器補償（一）基本原其中，KC=XC/XL為補償度，補償度一般取在25~60%左右。因此，采用串聯(lián)電容器補償可以大幅度地減低線路電抗，提高電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，也是提高遠距離輸電線路的輸送能力的一種有效措施?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材

（二）串聯(lián)電容器補償裝置的電氣接線：

（1）

根據(jù)使用的目的不同：串聯(lián)電容器補償?shù)男褪接谐Ｒ?guī)固定式串補、有可控制的串補和晶閘管控制串補。

（2）

對于固定式串補按照過電壓保護方案和故障切除后要求串聯(lián)補償重投的時間，其電氣線接一般有以下形式：單間隙串聯(lián)補償接線；雙間隙串聯(lián)補償接線；其中，KC=XC/XL為補償度，補償度一般取在25~60%左單間隙串聯(lián)補償接線；雙間隙串聯(lián)補償接線；“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-8非線性電阻并帶觸發(fā)間隙的串聯(lián)補償接線單間隙串聯(lián)補償接線；“十一五”國家級規(guī)劃教材圖2-8非“十一五”國家級規(guī)劃教材

（三）串聯(lián)補償裝置的主要設(shè)備：（1）電容器組。

（2）非線性電阻器。

（3）觸發(fā)型火花間隙。

（4）旁路斷路器。

（5）阻尼回路。（6）電流互感器。“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）串聯(lián)補償裝置的主要設(shè)備“十一五”國家級規(guī)劃教材

三、750kV超高壓輸變電示范工程圖2-9750kV輸變電示范工程接線示意圖“十一五”國家級規(guī)劃教材三、750kV超高壓輸變電示范“十一五”國家級規(guī)劃教材四、1000kV特高壓輸變電試驗示范工程2006年8月19日，特高壓試驗示范工程1000kV晉東南－南陽－荊門工程正式奠基，這是我國首個特高壓交流試驗示范工程。該試驗示范工程包括三站兩線，起于山西長治境內(nèi)的晉東南變電站，經(jīng)河南南陽境內(nèi)的南陽開關(guān)站，止于湖北荊門境內(nèi)的荊門變電站，線路全長653.8km。系統(tǒng)額定電壓為1000kV，最高運行電壓1200kV，自然輸送功率約500萬kW。（一）1000kV特高壓試驗示范工程規(guī)模

“十一五”國家級規(guī)劃教材四、1000kV特高壓輸變電試驗示范“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）輸送容量大，送電距離長。（2）工程投資省，節(jié)省土地資源，線路損耗低。

（3）聯(lián)網(wǎng)能力強。

（4）可解決500kV電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問題。

（5）特高壓同步電網(wǎng)覆蓋范圍大，連接多個電源基地和負荷中心，潮流方式變化大，運行控制和安全穩(wěn)定控制相對比較復(fù)雜，技術(shù)要求高。

（二）1000kV特高壓電網(wǎng)的主要特點“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）輸送容量大，送電距離長。“十一五”國家級規(guī)劃教材

（1）減少裝機，節(jié)約投資。

（2）降低燃煤成本。

（3）降低短路電流，避免更換500kV斷路器。

（4）充分利用水電資源，減少棄水。

（5）特高壓輸電將抑制電價上漲。（三）特高壓輸電具有良好的經(jīng)濟效益“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）減少裝機，節(jié)約投資。（三）（四）特高壓輸電將取得巨大的社會效益

（1）節(jié)約土地資源。

（2）有利于煤炭資源的集約化開發(fā)和利用。

（3）減少環(huán)境造成的經(jīng)濟損失，取得環(huán)保效益。

（4）減輕鐵路運輸壓力，有效緩解煤電運緊張的局面。（四）特高壓輸電將取得巨大的社會效益（1）節(jié)約土地資源。“十一五”國家級規(guī)劃教材第一節(jié)

正常運行時導(dǎo)體載流量計算一、概述第三章

常用計算的基本理論和方法

電氣設(shè)備有電流通過時將產(chǎn)生損耗。長期發(fā)熱，是由正常運行時工作電流產(chǎn)生的；短時發(fā)熱，是由故障時的短路電流產(chǎn)生的。發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響：

（1）使絕緣材料的絕緣性能降低。有機絕緣材料長期受到高溫作用，將逐漸老化，以致失去彈性和降低絕緣性能。

“十一五”國家級規(guī)劃教材第一節(jié)正常運行時導(dǎo)體載流量計算一“十一五”國家級規(guī)劃教材

（2）使金屬材料的機械強度下降。當(dāng)使用溫度超過規(guī)定允許值后，由于退火，金屬材料機械強度將顯著下降。（3）使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加。

最高允許溫度：為了保證導(dǎo)體可靠地工作，須使其發(fā)熱溫度不得超過一定限值，這個限值叫作最高允許溫度。按照有關(guān)規(guī)定：（1）導(dǎo)體的正常最高允許溫度，一般不超過+70℃；在計及太陽輻射（日照）的影響時，鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過+80℃來考慮；當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時，允許提高到+85℃；

當(dāng)有銀的覆蓋層時，可提高到95℃。“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）使金屬材料的機械強度下降。“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）導(dǎo)體通過短路電流時，短時最高允許溫度可高于正常最高允許溫度，對硬鋁及鋁錳合金可取200℃，硬銅可取300℃。二、導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱

導(dǎo)體的發(fā)熱計算，根據(jù)能量守恒原理，（3-1）“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）導(dǎo)體通過短路電流時，短時最高允“十一五”國家級規(guī)劃教材

單位長度（1m）的導(dǎo)體，通過母線電流IW（A）時，由電阻損耗產(chǎn)生的熱量，可用下式計算（3-2）導(dǎo)體的交流電阻

為（3-3）式中：為導(dǎo)體的運行溫度；Rac為1000m長導(dǎo)體在20℃的直流電阻；S為導(dǎo)體截面積。材料電阻率與電阻溫度導(dǎo)數(shù)見表3-1.（一）導(dǎo)體電阻損耗的熱量QR“十一五”國家級規(guī)劃教材單位長度（1m）的導(dǎo)體，通過“十一五”國家級規(guī)劃教材

導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf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3-1所示，圖中f為電流頻率。圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf如圖3-2所示。表3-1電阻率

及電阻溫度系數(shù)

“十一五”國家級規(guī)劃教材導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)Kf與電“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-1矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-1矩形導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)

“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-2圓柱及圓管導(dǎo)體的集膚效應(yīng)“十一五”國家級規(guī)劃教材

吸收太陽輻射（日照）的能量會造成導(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。對于單位長度圓管導(dǎo)體，

可用下式計算

（W/m）

（3-4）

對于屋內(nèi)導(dǎo)體，因無日照的作用，這部分熱量可忽略不計。（二）導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量Qt

由氣體各部分發(fā)生相對位移將熱量帶走的過程，稱為對流。由傳熱學(xué)可知，對流散熱所傳遞的熱量，與溫差及散熱面積成正比，即導(dǎo)體對流散熱量

為

（W/m）

（3-5）（三）對流散熱量QL“十一五”國家級規(guī)劃教材吸收太陽輻射（日照）的能量會“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）自然對流散熱。屋內(nèi)自然通風(fēng)或屋外風(fēng)速小于0.2m/s，屬于自然對流散熱?？諝庾匀粚α魃嵯禂?shù)，[W/（m2·℃）]（3-6）

單位長度導(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)。導(dǎo)體片（條）間距離越近，對流散熱條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。幾種常用導(dǎo)體的對流散熱面積如圖3-3所示。圖3-3常用導(dǎo)體對流散熱面積形式“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）自然對流散熱。屋內(nèi)自然通風(fēng)或屋“十一五”國家級規(guī)劃教材單條矩形導(dǎo)體對流散熱面積為

如圖3-3(b)所示，二條矩形導(dǎo)體對流散熱面積為“十一五”國家級規(guī)劃教材單條矩形導(dǎo)體對流散熱面“十一五”國家級規(guī)劃教材

如圖3-3(c)所示，三條矩形導(dǎo)體對流散熱面積為

當(dāng)

如圖3-3(d)所示，槽形導(dǎo)體對流散熱面積：

當(dāng)100mm<h<200mm時，為

當(dāng)h>200mm時，為“十一五”國家級規(guī)劃教材如圖3-3(c)所示，三條矩“十一五”國家級規(guī)劃教材當(dāng)

時，因內(nèi)部熱量不易從縫隙散出，平面位置不產(chǎn)生對流，故

如圖3-3(e)所示，圓管導(dǎo)體對流散熱面積為

（2）強迫對流散熱。屋外配電裝置中的管形導(dǎo)體，常受到大氣中風(fēng)吹的作用，風(fēng)速越大，對流散熱的條件就越好，因而形成強迫對流散熱。

強迫對流散熱系數(shù)a1為“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）強迫對流散熱。屋外配電裝置中的“十一五”國家級規(guī)劃教材（3-7）如果風(fēng)向與導(dǎo)體不垂直，其值為將式（3-7）乘以修正系數(shù)

后，代入式（3-5）中，即得強迫對流散熱量為（3-8）“十一五”國家級規(guī)劃教材“十一五”國家級規(guī)劃教材

熱量從高溫物體以熱射線方式傳給低溫物體的傳播過程，稱為輻射。根據(jù)斯蒂芬—波爾茲曼定律，導(dǎo)體向周圍空氣輻射的熱量，與導(dǎo)體和周圍空氣絕對溫度四次方差成正比，即導(dǎo)體輻射散熱量Qf為

（3-9）

式中，為導(dǎo)體材料的相對輻射系數(shù)，見表3-2。

（四）導(dǎo)體輻射散熱量Qf

“十一五”國家級規(guī)劃教材熱量從高溫物體以熱射線方式傳“十一五”國家級規(guī)劃教材表3-2導(dǎo)體材料的黑度系數(shù)

Ff為單位長度導(dǎo)體的輻射散熱表面積。計算時參見圖3-4“十一五”國家級規(guī)劃教材表3-2導(dǎo)體材料的黑度系數(shù)“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-4導(dǎo)體的輻射散熱（a）單條矩形導(dǎo)體；（b）二條矩形導(dǎo)體“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-4導(dǎo)體的輻射散熱“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-4（a）所示，單條矩形導(dǎo)體輻射散熱表面積為

圖3-4（b）所示，二條矩形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)縫隙間的面積僅有一部分能起向外輻射作用。故二條矩形導(dǎo)體的輻射散熱表面積為三條矩形導(dǎo)體的輻射表面積，可按二條導(dǎo)體相同理由求得

槽形導(dǎo)體的輻射散熱表面積為“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-4（a）所示，單條矩形導(dǎo)體輻射“十一五”國家級規(guī)劃教材（五）導(dǎo)熱散熱量

根據(jù)傳熱學(xué)可知，導(dǎo)熱散熱量Qd為

（3-10）圓管導(dǎo)體的輻射散熱表面積為

為導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m·℃）]；Fd為導(dǎo)熱面積（m2）；為物體厚度（m）；

分別為高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度（℃）。“十一五”國家級規(guī)劃教材（五）導(dǎo)熱散熱量根據(jù)“十一五”國家級規(guī)劃教材三、導(dǎo)體載流量的計算

工程上為了便于分析和計算，常把輻射散熱量表示成與對流散熱量相似的計算形式，用一個總散熱系數(shù)

和總散熱面積F來表示對流散熱和輻射散熱的作用，即

在導(dǎo)體升溫過程中，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量QR

，一部分用于本身溫度升高所需的熱量QC

，一部

分散失到周圍介質(zhì)中(Ql+Qf)。由此可寫出熱量平衡方程如下

（3-12）（3-11）（一）導(dǎo)體的溫升過程“十一五”國家級規(guī)劃教材三、導(dǎo)體載流量的計算工程上為了“十一五”國家級規(guī)劃教材

設(shè)導(dǎo)體通過電流I時，在t時刻導(dǎo)體運行溫度為

，則其溫升

，在時間dt內(nèi)的熱量平衡微分方程為

（3-13）

導(dǎo)體通過正常工作電流時，其溫度變化范圍不大，因此電阻R、比熱容c及散熱系數(shù)

均可視為常數(shù)。

設(shè)t＝0時，初始溫升

。當(dāng)時間由0→t時，溫升由

，對上式進行積分

“十一五”國家級規(guī)劃教材設(shè)導(dǎo)體通過電流I時，在“十一五”國家級規(guī)劃教材

（3-14）由此可求得

（3-15）經(jīng)過很長時間后

，導(dǎo)體的溫升亦趨于穩(wěn)定值

，故穩(wěn)定溫升為

（3-16）導(dǎo)體的發(fā)熱時間常數(shù)

（3-17）“十一五”國家級規(guī)劃教材“十一五”國家級規(guī)劃教材升溫過程表達式（3-18）

上式說明升溫的過程是按指數(shù)曲線變化，大約經(jīng)過t=(3~4)Tr時間，

便趨近穩(wěn)定溫升

，如圖3-5所示。圖3-5導(dǎo)體溫升

的變化曲線“十一五”國家級規(guī)劃教材升溫過程表達式“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）導(dǎo)體的載流量

根據(jù)穩(wěn)定溫升公，可計算導(dǎo)體的載流量，即

（3-19）

則導(dǎo)體的載流量為

（3-20）對于屋外導(dǎo)體，計及日照時導(dǎo)體的載流量為

（3-21）

“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）導(dǎo)體的載流量根據(jù)穩(wěn)定溫“十一五”國家級規(guī)劃教材一、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱計算的目的：確定短路時導(dǎo)體的最高溫度

，它不應(yīng)超過所規(guī)定的導(dǎo)體短時發(fā)熱允許溫度。當(dāng)滿足這個條件時則認為導(dǎo)體在流過短路電流時具有熱穩(wěn)定性。短路時導(dǎo)體的發(fā)熱過程如圖3-6所示。第二節(jié)

載流導(dǎo)體短路時發(fā)熱計算“十一五”國家級規(guī)劃教材一、導(dǎo)體短路時發(fā)熱過程載流導(dǎo)“十一五”國家級規(guī)劃教材

導(dǎo)體短路時發(fā)熱有下列特點：

（1）短路電流大，持續(xù)時間短，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量來不及向周圍介質(zhì)散布，可認為圖3-6短路時均勻?qū)w的發(fā)熱過程“十一五”國家級規(guī)劃教材導(dǎo)體短路時發(fā)熱有下列特點：圖“十一五”國家級規(guī)劃教材

在短路電流持續(xù)時間內(nèi)所產(chǎn)生的全部熱量都用來升高導(dǎo)體自身的溫度，即認為是一個絕熱過程。

（2）短路時導(dǎo)體溫度變化范圍很大，它的電阻和比熱容不能再視為常數(shù)，而應(yīng)為溫度的函數(shù)。

根據(jù)短路時導(dǎo)體發(fā)熱的特點，在時間

內(nèi)，可列出熱平衡方程式

（3-22）“十一五”國家級規(guī)劃教材在短路電流持續(xù)時間內(nèi)所產(chǎn)生“十一五”國家級規(guī)劃教材導(dǎo)體短路時發(fā)熱的微分方程式

（3-22）

整理后得

（3-23）

對上式兩邊求積分（3-24）

“十一五”國家級規(guī)劃教材導(dǎo)體短路時發(fā)“十一五”國家級規(guī)劃教材短路電流熱效應(yīng)為（3-25）式（3-24）右端積分

式中

“十一五”國家級規(guī)劃教材短路電流熱效應(yīng)為“十一五”國家級規(guī)劃教材

于是式（3-24）可寫成

（3-26）

為了簡化Aw和Ah的計算，已按各種材料的平均參數(shù)作成曲線，如圖3-7所示。圖中橫坐標(biāo)是A值，縱坐標(biāo)是值。圖3-7的曲線“十一五”國家級規(guī)劃教材于是式（3-24）可寫“十一五”國家級規(guī)劃教材二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算

由電力系統(tǒng)短路計算可知，短路全電流瞬時值

的表達式為

（3-27）

（3-28）“十一五”國家級規(guī)劃教材二、短路電流熱效應(yīng)Qk的計算“十一五”國家級規(guī)劃教材（一）短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的計算

對于短路電流周期分量熱效應(yīng)

，可采用辛卜生法進行計算。即

（3-29）

在計算周期分量熱效應(yīng)時，代入

，

。當(dāng)取n=4時，則

，為了進一步簡化，可以認為

。可得

（3-30）

“十一五”國家級規(guī)劃教材（一）短路電流周期分量熱效應(yīng)Qp的“十一五”國家級規(guī)劃教材

由式（3-28）可得

（3-31）（二）短路電流非周期分量熱效應(yīng)Qnp的計算

如果短路電流切除時間tk>ls，導(dǎo)體的發(fā)熱主要由周期分量來決定，在此情況下，則非周期分量的影響可略去不計，即

“十一五”國家級規(guī)劃教材由式（3-28）可得（二）短路“十一五”國家級規(guī)劃教材表3-3非周期分量的等效時間T“十一五”國家級規(guī)劃教材表3-3非周期分量的等效時間T“十一五”國家級規(guī)劃教材一、計算電動力的方法

如圖3-8所示，處在磁場中的導(dǎo)體L（單位為m），通過電流i（單位為A），根據(jù)畢—沙瓦定律可知，導(dǎo)體單元長度dl上所受的電動力dF為

(3-32)

根據(jù)式（3-32），載流導(dǎo)體2在dl上所受的電動力

（3-33）

（一）畢奧—沙瓦定律法第三節(jié)

載流導(dǎo)體短路時電動力計算“十一五”國家級規(guī)劃教材一、計算電動力的方法如圖3-“十一五”國家級規(guī)劃教材圖3-8磁場對載流導(dǎo)體的電動力

電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流過導(dǎo)體的工作電流相對較小，相應(yīng)的電動力也較小。而在短路時，特別是短路沖擊電流流過時，電動力可達到很大的數(shù)值,當(dāng)載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機械強度不夠時，將會產(chǎn)生變形或損壞?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材圖3-8磁場對載流導(dǎo)體的電動力“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）兩條平行導(dǎo)體間的電動力計算

設(shè)兩條平行細長導(dǎo)體長度為L，中心距離為a，兩條導(dǎo)體通過的電流分別為i1和i2

，且二者方向相反，如圖3-9所示。當(dāng)L>>a和a>>d（d為導(dǎo)體直徑）時，可以認為導(dǎo)體中的電流集中在各自的軸線上流過。

圖3-9兩平行細長載流導(dǎo)體間的電動力“十一五”國家級規(guī)劃教材（二）兩條平行導(dǎo)體間的電動力計算“十一五”國家級規(guī)劃教材為了利用式（3-33）來確定兩條載流導(dǎo)體間的電動力，可以認為一條導(dǎo)體處在另一條導(dǎo)體的磁場里。設(shè)載流導(dǎo)體1中的電流i1在導(dǎo)體2處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為

根據(jù)式（3-32），載流導(dǎo)體2在dl上所受的電動力

由于導(dǎo)體2與磁感應(yīng)強度

的方向垂直，故=90°，=1，作用在載流導(dǎo)體2全長上的電動力

（3-34）“十一五”國家級規(guī)劃教材為了利用式（3-33）來確定“十一五”國家級規(guī)劃教材

當(dāng)考慮截面的因素時，常乘以形狀系數(shù)K（形狀系數(shù)表示實際形狀導(dǎo)體所受的電動力與細長導(dǎo)體電動力之比）。這樣，實際電動力為

（3-35）

形狀系數(shù)K，已繪成曲線。對于矩形導(dǎo)體，如圖3-10所示。K是

和

的函數(shù)。圖中表明<1，即導(dǎo)體豎放時，K＜1；當(dāng)>1，即導(dǎo)體平放時，K>1；當(dāng)

＝1，即導(dǎo)體截面為正方形時，K≈1。當(dāng)

增大時（即加大導(dǎo)體間的凈距），K趨近于1；當(dāng)

≥2，即導(dǎo)體間的凈距等于或大于截面周長時，K=1，可以不考慮截面形狀對電動力的影響，直接應(yīng)用式（3-34）計算兩母線間的電動力。

對于圓形、管型導(dǎo)體，形狀系數(shù)K=1?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材當(dāng)考慮截面的因素時，常乘以形“十一五”國家級規(guī)劃教材

對于槽形導(dǎo)體，在計算相間和同相條間的電動力時，一般均取形狀系數(shù)K≈1。

圖3-10矩形截面形狀系數(shù)曲線“十一五”國家級規(guī)劃教材對于槽形導(dǎo)體，在計算相間和同“十一五”國家級規(guī)劃教材二、三相導(dǎo)體短路時的電動力（一）電動力的計算

如不計短路電流周期分量的衰減，三相短路電流為

三相短路時，中間相（B相）和外邊相（A、C相）受力情況并不相同，如圖3-11所示。下面分別進行敘述。（3-36）“十一五”國家級規(guī)劃教材二、三相導(dǎo)體短路時的電動力（一）電動“十一五”國家級規(guī)劃教材

（1）作用在中間相（B相）的電動力。假設(shè)電流的方向如圖3-11（a）所示，中間相受到兩個邊相（A、C相）的作用力FBA

和FBC

，即圖3-11對稱三相短路時的電動力（a）作用在中間相（B相）的電動力；（b）作用在外邊相（A相或C相）的電動力“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）作用在中間相（B相）的“十一五”國家級規(guī)劃教材將短路電流算式（3-36）代入上式，經(jīng)三角公式變換后，得(3-37)

（2）作用在外邊相（A相或C相）的電動力。外邊相如A相，受到B相和C相的作用力分別為

和

，故

（3-38）

“十一五”國家級規(guī)劃教材將短路電流算式（3-36）