发电厂电气部分 第三章 常用计算的基本理论和方法2

1、发电厂电气部分第四讲 架空线上一讲：1、均匀载流导体长期发热的特点2、导体长期允许电流的计算上一讲：3、均匀载流导体短时发热的特点4、短路电流热效应的计算三. 载流导体短路电动力计算(N)(N)1. 两条平行导体间的电动力无限细长载流导体考虑截面因素形状系数注：两导体电流同向相吸；异向相斥短路时，导体温度高，还受到电动力作用，当导体和电气设备机械强度不够时，将会变形或损坏。必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定，必要时采取限制短路电流的措施。关于形状系数K圆形导体： K =1槽形导体：见表3-4矩形导体：见图3-18 1)计算矩形导体相间电动

2、力时不需要考虑K2)计算矩形导体同相不同条间电动力时必须考虑K注意：例如：根据安装地点处应承受的最大电动力，选择合适的隔离开关。否则，短路时可能将隔离开关自动断开。V型隔离开关: 承受的电动力较小两柱式隔离开关:承受的电动力较大2. 三相导体短路的电动力三相短路时:如不计短路电流周期份量的衰减，三相短路电流为：2. 三相导体短路的电动力最大电动力： FA的最大值出现在固定分量和非周期分量之和为最大的瞬间； Fb的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间。临界初相角为75、225 .说明：短路电动力的最大值出现在短路后很短的瞬间，忽略周期分量和非周期份量的衰减，则：FA的最大值出现在固定分量和非周期分

3、量之和为最大的瞬间，临界初相角A=75、225等； FB的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间，临界初相角A=75、165、225等。2. 三相导体短路的电动力t=0.01s 时，短路电动力的幅值最大:2. 三相导体短路的电动力3. 两相短路电动力4. 最大短路电动力三相导体最大短路电动力出现在三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相（N）5、导体振动的动态应力导体的固有振动频率：L 绝缘子跨距L 绝缘子跨距电动力固有频率接近电动力频率（工频、2倍工频）导体共振损坏导体及其架构5. 导体振动时动态应力导体是一弹性系统，存在固有频率，可能与短路电流某频率产生共振连接发电机、主变压器以及配电装置中

4、的导体均应考虑共振的影响导体发生振动时，内部产生动态应力：与导体的固有振动频率f1有关，而f1与导体材料、质量、形状都有关系。单条导体的固有频率：35135Hz; 多条导体：35155Hz; 槽形和管形: 30160Hz若固有频率落在上述区间内，要查图3-23乘以；否则， =1动态应力系数发电厂和变电站的设计方案选择先提出若干个可行的接线方案经技术分析评价（可靠、先进、适用）,逐渐淘汰在剩余满足技术要求的几个方案中，进行经济比较（合理，费用少） 经济比较主要是对各方案的综合总投资和年运行费用进行综合效益比较，确定最佳方案。四、电气设备及主接线可靠性分析一、基本概念1、可靠性的含义 可靠性：元件

5、、设备和系统在规定的条件下【对于主接线来说，指的是额定条件】和预定的时间内【如一年】完成规定功能的概率。 规定功能：可规定一些判据来衡量，判据越多，越接近工程实际情况。 2、电气设备分类 发生了故障，经过修理能再次恢复到原来的工作状态。【电力系统中大部分设备属于此类】 发生了故障不能修理，或者虽能修复但不经济。 可修复元件： 不可修复元件： 举例1：可修复元件 如断路器等举例2：不可修复元件 如灯泡、电容器、三极管等3、电气设备的工作状态 又称可用状态，元件处于可执行它的规定功能的状态。 又称不可用状态，元件由于故障处于不能执行其规定功能的状态。计划停运是事先安排的，强迫停运是随机的，为简化分

6、析，可靠性研究中不包括计划检修停运。 运行状态【工作或待命】： 停运状态【故障或检修】： 可修复元件的寿命过程【左图所示】，持续工作时间TU和持续停运时间TD都是随机变量。二、可靠性的主要指标1、不可修复元件的可靠性指标（1）可靠度【R(t)】 一个元件在预定时间t内和规定条件下执行规定功能的概率。（2）不可靠度【F(t)】表示元件在小于或等于预定时间t发生故障的概率。 说明：元件的可靠度与不可靠度是对立的事件，它们都是时间的函数，其概率之和等于1。 R(t)+ F(t)=1 或 R(t)=1- F(t)当t=0时，R(t)=1， F(t)=0；当t=时，R(t)=0，F(t)=1。这说明元件

7、在开始运行时是完好的，但在工作无穷大时间后，元件必然发生故障 （3）故障密度函数f(t) 表示单位时间内发生故障的概率。 （4）故障率(t)： 故障密度函数与可靠度函数的比。它表示元件已正常工作到时刻t，在t时刻以后的下一个时间间隔t内发生故障的条件概率。 所以： 由此可见，R(t)是以故障率(t)对时间积分为指数的指数函数。其故障率(t)的典型形态为浴盆曲线【见图3-9所示】。 早期故障期（A） 故障一般是由设计制造和安装调试方面的原因引起的。其主要任务是严格进行试运转和验收。 偶发故障期（B） 多由运行操作上的失误造成的。这期间故障率较低且稳定，大致为常数，其长度，称为设备的有效使用寿命。

8、耗损故障期（C） 主要原因是设备某些零件的老化和磨损。如能预知耗损开始时间，事先进行预防、维修，能延长设备的实际使用寿命。 电力系统的主设备的故障率(t)具有浴盆曲线中的偶发故障期的特点，(t)与时间无关，为一常数。即：(t)=常数 由此可得：（5）平均无故障工作时间MTTF【用TU表示，又称持续工作时间】 是元件寿命时间TU随机变量的数学期望。 2、可修复元件的可靠性指标（1）可靠度【R(t)】 是指元件在起始时刻正常运行条件下，在时间区间0，t不发生故障的概率。（2）不可靠度【F(t)，又称失效度】 是指元件在起始时刻完好条件下，在时间区间0，t发生首次故障的概率。 即：R(t)+ F(t

9、)=1 （3）故障密度函数f(t) 指元件在t，t+t期间发生第一次故障的概率。 即： （4）故障率(t) 是指元件从起始时刻直至时刻t完好的条件下，在时刻t以后单位时间里发生故障的次数。 平均故障率为： （次/年），n设备台数（5）修复率(t) 元件由停运状态转向运行状态的概率。表示在现有检修能力和维修组织安排的条件下，平均单位时间内能修复设备的台数。在设备正常寿命内，、都是常数。 （6）平均修复时间MTTR【用TD表示，又称平均停运时间】 为设备连续检修所用时间的平均值，是元件连续停运时间TD随机变量的数学期望。 （7）平均运行周期MTBF【用TS表示，又称平均故障间隔时间】 TS= TU

10、 +TD（8）可用度A【又称可用率，有效度】 是指稳态下元件或系统处于正常运行状态的概率。它与可靠度的区别在于：可靠度要求元件在时间区间0，t连续地处于工作状态，而可用度无此要求。对于可修复元件：A（t）R（t） 对于不可修复元件：A（t）=R（t） 设备在长期运行中，由于寿命处于“运行”与“停运”两种状态的交替中，则可用度应为： （9）不可用度 【又称不可用率，无效度】是可用度的对立事件 元件的不可用度常用强迫停运率【FOR】来表示 （10）故障频率f 【注与不同】 表示设备在长期运行条件下，每年平均故障次数。 三、电气主接线的可靠性计算 是假定系统每一个元件只有两种状态【运行和停运】为前提

11、，根据系统运行方式及各元件的失效模式绘出逻辑图，建立可靠性数学模型，通过数值计算求得可靠性指标。但复杂系统建立和简化逻辑图比较困难。 建立在马尔科夫模型基础上，在处理复杂系统或网络时，具有较大的灵活性，目前广泛应用于计算电力系统的稳定性。 网络法： 状态空间化： 1、串联系统 系统中任何一个元件发生故障，便构成系统故障，称为串联系统。 这里的所说的“串联”与同电路中元件的串联概念不能混为一谈【见图3-10所示】。 1）不可修复系统 串联系统的可靠度RS为： 当各元件的故障率为常数时，则 串联系统的可靠度比其中任何一个元件的可靠度都小，要提高串联系统的可靠度，首先要提高系统中可靠度最弱元件的可靠

12、度，同时不宜采用多元件的串联系统。串联系统的平均寿命TUS 由此可知，串联系统的寿命比最差元件的寿命还要短。2）可修复系统 要同时考虑故障率和修复率，电气设备的和都可看作常数，则可用度为 修复率S： 由 得 其它同不可修复系统 2、并联系统若所有元件都有发生故障时，才构成系统故障，称为并联系统 1）不可修复系统 设元件的可靠度Ri(i=1,2,n)，则各元件的不可靠度为 所有元件都发生故障时系统才发生故障，则系统的不可靠度为： 可靠度为: 平均无故障工作时间【又称平均寿命】当各元件故障率相等，即 并等于常数时 可得 由此可见，并联系统的寿命比单个元件的寿命长。2）可修复系统不可用度: 可用度:

13、修复率:故障率： 由 得 3、串并联混合系统 先将系统分解成若干个串联、并联子系统，然后按照先后顺序，分别计算各子系统的可靠度，最后计算整个系统的可靠度。1、方案的经济比较项目（1）综合总投资主要包括变压器、开关设备、配电装置综合投资以及不可预见的附加投资等。只需计算方案不同部分的投资。I0: 主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、母线、 配电装置及明显的增修桥梁、公路和拆迁等费用。a: 不明显的附加费用比例系数，如基础加工、电缆沟道开挖费用等，220kV取70，110kV 取90（2）运行期的年运行费用主要包括一年中变压器的电能损耗及检修、维护、折旧费等。变压器的电能损耗，kW.h电价检

14、修维护费率，0.0220.042折旧费率，0.0050.058年电能损耗的计算（1）双绕组变压器 -n 台同类型同容量双绕组变压器并联运行变压器年运行小时数每台变压器的空载有功和无功损耗每台变压器的短路有功和无功损耗单位无功损耗引起的有功损耗系数.发电机母线上的变压器取0.02,系统中的变压器取0.10.15最大负荷损耗小时数n台担负的总负荷/每台额定容量（2）三绕组变压器。参见 （3106）2. 常用的技术经济分析方法（1）年费用比较法 将全部支出费用折算至工程建成年后再折算为年费用。折算至工程建成年的年费用折算至工程建成年的总投资折算至工程建成年的年运行费生产运行期电力工业基准收益率或折现率（2）低偿年限法方案1和方案2的投资方案