3第三章 常用計算的基本理論和(方).ppt

1、第三章 常用計算的基本理論和方法,主講教師：方鴿飛 ,主要內(nèi)容,導體載流量和運行溫度計算 載流導體短路時發(fā)熱計算 載流導體短路時電動力計算 電氣設備及主接線的可靠性分析 技術經(jīng)濟分析 小結,3.1 導體載流量和運行溫度計算,發(fā)熱對電氣設備的影響 絕緣材料的絕緣性能降低 金屬材料的機械強度下降 導體接觸部分的接觸電阻增加 長期發(fā)熱，短路發(fā)熱 發(fā)熱和電動力是電氣設備運行中必須注意問題,3.1.1 概述,長期、短時最高允許溫度 導體正常最高允許溫度（長期發(fā)熱），一般不超過70；計及太陽輻射（日照）影響時，鋼芯鋁絞線及管形導體，可按80 短路電流（短時發(fā)熱），硬鋁和鋁錳合金200，硬銅300,3.1.

2、2 導體的發(fā)熱和散熱,導體電阻損耗的熱量,導體吸收太陽輻射的熱量,導體對流散熱量,導體輻射散熱量,導熱散熱量 (自學）,3.1.3 導體載流量的計算,3.1.3 導體載流量的計算,3.1.3 導體載流量的計算,影響導體載流量的因素 材料電阻率小的材料 形狀同樣截面積，矩形、槽形比圓形導體表面積大 布置豎放比平放散熱好,提高導體載流量的措施,減少導體電阻 增大導體的換熱面積 提高換熱系數(shù),例題,3.1.4 大電流導體附近鋼構的發(fā)熱（自學）,3.1.5 大電流封閉母線運行溫度的計算（自學）,3.2 載流導體短路時的發(fā)熱計算,3.2.1 導體短時發(fā)熱過程,載流導體和電器耐受短路電流熱效應而不致被損壞

3、的能力，稱為載流導體和電器的熱穩(wěn)定性。 當確定了導體通過短路電流時的最高溫度后，此值若不超過所規(guī)定的導體材料短時發(fā)熱最高允許溫度，則稱該導體在短路時是熱穩(wěn)定的，否則，需要增加導體截面或限制短路電流，以保證其熱穩(wěn)定性。,3.2.1 導體短時發(fā)熱過程,等值時間法,等值時間法,周期分量等值時間,周期分量等值時間,非周期分量等值時間,等值時間法（小結）,例（與例33類似）,例(續(xù)）,實用計算法,非周期分量等值時間 表33,實用計算法（續(xù)）,例,解：計算短路電流的熱效應Qk, 短路電流通過的時間等于繼電保護動作時間與斷路器全開斷時間之和。 tk=tpr+tab=1+0.2=1.2s,例（續(xù)）,3.3 載

4、流導體短路時電動力計算,載流導體位于磁場中，就會受到磁場力的作用，這種力稱為電動力。 當電力系統(tǒng)中發(fā)生短路時，導體中流過很大的短路電流，從而產(chǎn)生巨大的電動力。 如果導體和電氣設備的機械強度不夠時將使其變形或損壞也可能使閉合狀態(tài)的開關電器觸頭打開，造成嚴重事故。所以，為了安全運行，必須對短路電流產(chǎn)生的電動力的大小和特征進行分析和計算。,3.3.1 計算電動力的方法,畢奧沙瓦定律 兩條平行導體間的電動力的計算,3.3.1 計算電動力的方法（續(xù)）,考慮導體截面尺寸和形狀的影響，對上述電動力計算進行修正,3.3.2 三相導體短路時的電動力,電動力的最大值(B相）,3.3.2 三相導體短路時的電動力（續(xù)

5、）,導體振動時動態(tài)應力 配電裝置中的母線具有質(zhì)量和彈性，是一彈性系統(tǒng)。當其受到外力作用，將在平衡位置兩側，按一定頻率作往復振動，形成固有振動，又稱自由振動，其振動頻率稱為固有頻率。由于受到摩擦和阻尼的作用振動會逐漸衰減，最后趨于平衡狀態(tài)。這種衰減振動狀態(tài)對母線強度的影響是不大的。 但是若受到電動力的持續(xù)作用，周期性的電動力會導致強迫振動。電動力中有工頻和二倍工頻兩個周期分量，如果母線的固有頻率接近這兩個頻率之一時，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，使振幅增大，甚至使母線系統(tǒng)遭到破壞。所以在設計時，應避免發(fā)生共振現(xiàn)象。,3.3.2 三相導體短路時的電動力（續(xù)）,一階固有頻率 導體發(fā)生振動時，在導體內(nèi)部產(chǎn)生動態(tài)應

6、力。當一階固有頻率在一定范圍內(nèi)時，最大電動力應乘上動態(tài)應力系數(shù)加以修正,3.4 電氣設備及主接線的可靠性分析,目的（P82） 設計和評價主接線 不同主接線方案比較，選擇最優(yōu)方案 選擇最優(yōu)運行方式 尋找主接線薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計劃和采取相應對策 可靠性和經(jīng)濟性的最佳搭配,3.4.1 基本概念,可靠性的含義 可靠性定義為元件、設備、系統(tǒng)等在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率 電力系統(tǒng)可靠性定義：在任何情況下，能保質(zhì)保量連續(xù)供電的能力 設計主接線時，多以保證連續(xù)供電和發(fā)電出力的概率作為可靠性計算的判據(jù),3.4.1 基本概念（續(xù)）,電氣設備的分類 可修復元件（系統(tǒng)）：若元件(系統(tǒng))

7、投入使用一段時間后發(fā)生故障，經(jīng)過修理后能再次恢復到正常狀態(tài)，稱之為可修復元件(系統(tǒng)) 不可修復元件（系統(tǒng)）：若元件(系統(tǒng))投入使用后，一旦發(fā)生故障便無法修復，或雖能修復但很不經(jīng)濟，稱之為不可修復元件(系統(tǒng)) 發(fā)電機 變壓器 斷路器 輸電線路等; 電容器電燈泡等,3.4.1 基本概念（續(xù)）,電氣設備的工作狀態(tài) 運行狀態(tài)（工作或待命），又稱為可用狀態(tài)，即元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài) 停運狀態(tài)（故障或檢修），又稱為不可用狀態(tài)，即元件處于故障不能執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài) 元件的壽命處在“運行”、“停運”兩種狀態(tài)的交替過程中，是一個循環(huán)過程。,3.4.2 可靠性的主要指標,不可修復元件的可靠性指標 可

8、靠度 不可靠度 故障率 平均無故障時間,3.4.2.1不可修復元件的可靠性指標,3.4.2.1不可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,3.4.2.1不可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,3.4.2.1不可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,3.4.2.1不可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,3.4.2.1不可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,3.4.2.2 可修復元件的可靠性指標,3.4.2.2 可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,FOR 強迫停運率,3.4.2.2 可修復元件的可靠性指標（續(xù)）,故障頻率：表示設備在長期運行條件下，每年平均故障次數(shù)。平均運行周期的倒數(shù)。,3.4.2.3電氣主接線的可靠性指標,可用度 平均無故障工作時

9、間 每年平均停運時間 故障頻率 ,3.4.3電氣主接線的可靠性計算,網(wǎng)絡法邏輯圖、雙態(tài)模型 狀態(tài)空間法馬爾可夫模型,3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng),串聯(lián)系統(tǒng)：（參見圖327）,3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)（續(xù)）,例37,3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)（續(xù)）,串連系統(tǒng)特點 系統(tǒng)可靠度元件可靠度 系統(tǒng)平均壽命元件平均壽命 從提高系統(tǒng)可靠度或延長系統(tǒng)壽命來講，不宜采用多元件的串連系統(tǒng),3.4.3.1 串聯(lián)系統(tǒng)（續(xù)）,可修復系統(tǒng),例38,3.4.3.2 并聯(lián)系統(tǒng),3.4.3.2 并聯(lián)系統(tǒng)(續(xù)）,3.4.3.2 并聯(lián)系統(tǒng)(續(xù)）,例39,3.4.3.3 串并聯(lián)混合系統(tǒng),將系統(tǒng)分解成若干個串、并聯(lián)的子系統(tǒng)，然后按照先后順序，分別計算各個子系統(tǒng)的可靠度，最后得到系統(tǒng)的可靠度 圖3-30 例310,3.4.4 電氣主接線可靠性的計算程序,根據(jù)主接線的形式，列出其中所有元件 給出每個元件的故障率、修復率、計劃檢修率和停運時間等 確定系統(tǒng)故障判據(jù)，即規(guī)定主接線正常和故障條件 建立數(shù)學模型，選擇要計算的可靠性指標 采用合適的可靠性計算方法，計算電氣主接線系統(tǒng)的可靠性指標,3.5 技術經(jīng)濟分析（閱讀了解）,最小費用法（費用現(xiàn)值法和年費用比較法） 式391 式394 式395、396 閱讀了解其他部分,小結,導體長期發(fā)熱 發(fā)熱散熱，載流量 短路發(fā)熱 等值時間法、實用計算法 電動力 三相短路、中間相、動態(tài)應力、固有頻率