发电厂电气部分_第3章
发电厂电气部分课件-第三章 导体的短时发热计算
A R B
D
2 I∞
t p 除了与短路切除时间 t k 有关外，还与短路电流的
衰减特性 β ′′ = I ′′ / I ∞ 有关。
0
t p 可查曲线（见图 3-15）得到。
当短路切除时间 t k >5s 时，可以认为短路电流在 5s 后，已达到稳态值。故 t k >5s 时的发热等值时间 t p 可按 下式计算
由于短路电流 I kt 的表达式很复杂，一般难于用简单的解析式求解 Q k 。工程上常采用 近似计算法计算，如等值时间法、实用计算法。 1．等值时间法
Qk = ∫
tk 0
2 I kt
dt =
2 I∞ t eq
≈
2 I∞ tp
+
2 I∞ t np
2 I kt
式中， t p ——短路电流周期分量发热的等值时间（简称 周期分量等值时间） ，s； t np ——短路电流非周期分量发热的等值时间 （简 称非周期分量等值时间） ，s。 (1) 周期分量等值时间 t p
t np = 0.05 I ′′ /
2 I∞
第二节
载流导体短路时的发热计算
·4·
由于短路电流非周期分量衰减很快，当短路切除时间 t k >1s 时，导体的发热主要由短 路电流周期分量来决定，此时可不计非周期分量的影响。 等值时间法由于计算简单，并有一定的精度，目前仍得到广泛应用。但现有的周期分 量等值时间曲线是根据容量为 50MW 以下的发电机， 按短路电流周期分量衰减曲线的平均 值制作的，用于更大容量的发电机，势必产生误差。这时，最好采用其他方法。 例 3-3 2．实用计算法 由数值计算方法可知，任意曲线 y = f ( x) 的定积分，可采用辛卜生法近似计算，即
发电厂电气部分_第三版_习题参考答案
第一章电力系统概述1．何谓电力系统、动力系统及电力网答：电力系统是指由发电机、输配电线路、变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的有机整体。
动力系统由电力系统再加上发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽轮机、热力管网等；水电厂的水库、水轮机、压力管道等）构成。
电力网指在电力系统中，由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络，简称电网。
3．何谓电力系统额定电压我国电网和用电设备的额定电压有哪些等级答：额定电压指某一受电器（电动机、电灯等）、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益的电压。
我国电网和用电设备的额定电压等级有220V、380V、3kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、154 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1000 kV。
4．电能的质量指标有哪几项简要说明其内容。
答：电能的质量指标主要是频率、电压和波形三项。
;（1）频率：对大型电力系统，频率的允许范围为50Hz±，对中小电力系统，频率的允许范围是50Hz±。
（2）我国规定用户处的电压容许变化范围是：1）由35kV及以上电压供电的用户：±5％；2）由10kV及以下电压供电的高压用户和低压电力用户：±7％；3）低压照明用户：-10％～+5％。
（3）波形：电力系统供电电压或电流的标准波形是正弦波。
5．电力系统中性点有哪几种运行方式各有什么优缺点我国大体上用怎样的电压等级范围答：（1）电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式有中性点不接地、直接接地、经电阻接地和经消弧线圈接地运行方式。
其中经电阻接地又分经高电阻接地、经中电阻接地和经低电阻接地三种。
中性点直接接地、经中电阻接地和经低电阻接地称为大接地电流系统；中性点不接地、经消弧线圈接地和经高电阻接地称为小接地电流系统。
（2）各运行方式的优缺点、小接地电流系统的优点：单相接地时，三相间线电压仍保持对称和大小不变，对电力用户的继续供电并无影响。
发电厂电气部分-第三章1-3节
流
Ft=EtAtD
辐射角系数
如何提高导体载流量？ 为提高导体的载流量，应采用电阻率 小的材料。 导体的形状不同，散热面不同。 导体的布置方式不同，散热效果不 同。
磁滞、涡流发热 电流 磁场 环流发热
6
3-7
(3-26)
(辛卜生近似法)
(3-29),
(3-30)
(3-28)可得
(3-31)
3-2
(3-7) (3-26)得
(3-7)
一阶固有频率：
其中： • L为绝缘子跨 距； • Nf为频率系数， 根据导体连续跨 数和支撑方式而 异。
导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力。 对于动态应力的考虑，一般采用修正静态计算方法。 修正静态计算法：在最大电动力Fmax上乘以动态应力系数 （ 为动态应力与静态应力之比值），以求得实际动态过程 中的动态应力的最大值。 动态应力系数 与固有频率f的关系，如图3-14所示。
固有频率在中间范围内变化时， > 1 β 动态应力大； 当固有频率较低时， β < 1 当固有频率较高时， β
≈1
对于屋外配电装置中的铝管导体，取 β = 0.58
导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力。 对于动态应力的考虑，一般采用修正静态计算方法。 修正静态计算法：在最大电动力Fmax上乘以动态应力系数 （ 为动态应力与静态应力之比值），以求得实际动态过程 中的动态应力的最大值。 动态应力系数 与固有频率f的关系，如图3-14所示。
对于重要导体，应使其固有频率在下述 范围之外： 单条导体及一组中的各条导体为 35~135Hz； 多条导体及引下线的单条导体为 35~155Hz； 槽形和管形导体为30~160Hz； 如固有频率在上述范围以外，则 β = 1
发电厂电气部分_第3章
2.导体温度的升高及热平衡式
在稳定状态时： 若 QR＋Qt ＝Qf＋Ql
则导体不会有温升 （导体温度与环境温度相等）。 （由于空气导热量很小，因此裸导体对空气的导热散热量Qd可
略去不计）。 若发热量之和QR ＋Qt ≥散热量之和 Qf ＋ Ql ，则导体温度
升高（高于环境温度），热量为Qc。
通电导体温度不升高时的热平衡式：
3.1 概 述（3）
3.1.3、发热对电气设备的影响 发热引起的主要问题：使材料的物理、化学性能起 变化，机械性能和电气性能下降，最后导致电器设 备的工作故障，甚至造成严重事故。
具体可归纳如下：
1.使绝缘材料的绝缘性能降低
有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐老化， 以致失去弹性和降低绝缘性能。
发电厂电气部分
第3章 常用计算的基本理论和方法
本章学习的主要内容
➢载流导体发热理论 ➢电动力理论 ➢电气设备及主接线的可靠性分
析 ➢主接线方案的技术经济分析
载流导体发热理论部分的相关内容
发热对电气设备的影响 长期发热和短路时发热的特点 通电导体的温升过程分析 导体的载流量和运行温度计算 短路时发热温度的计算方法及应用 大电流导体附近的钢构发热问题及解决办法 大电流封闭母线运行温度的计算
长期发热温度超过： l000C（铝）
短时发热温度超过：
1500C（铜） 2000C（铝）
2500C（铜）时，其抗拉强度 显著下降，因而可能在短路电动力的作用下变形或损 坏。
3.使导体接触部分的接触电阻增加
➢ 当发热温度超过一定值时，接触部分的弹性元 件就会因退火而压力降低，同时发热使导体表 面氧化，产生电阻率很高的氧化层（银的氧化 层电阻不大），使接触电阻增加，引起接触部 分温度继续升高，将会产生恶性循环，破坏正 常工作状态。
发电厂电气部分--第3讲
二、载流导体的短时发热计算
-----指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的 发热过程。
目的：确定导体的最高温度
燃弧 时间
t K t pr t br
短路 时间 保护动 作时间
断路 器的 全开 断时
t br t in t a
断路器固有 分闸时间
1、短时发热的特点
是绝热的过程
0
Aw w
f ( A)的曲线
1 Qk Ah S2
A J /( m 4 )
2）求出Ah
3)查出θ
h
3、短路电流热效应的计算（实用计算法）
Qk I dt Q p Qnp
2 kt 0
tk
周期分量 的热效应
非周期分量 的热效应
Qp
tk
0
tk I dt ( I "2 10 I t2k I t2 ) k 12 2
导体温度变化很大，电阻和比热容随 温度而变化。
短时最高发热温度θ h 为短路电流切除时刻tk 对应的导体温度
短时均匀导体的发热过程
根据热平衡方程:
I R dt mC d
2 kt
l R 0 (1 ) S m m Sl C C 0 (1 )
C0 m 1 1 2 I dt d 2 kt 0 1 S
Ql Q f w ( w 0 ) F
对流散热量
辐射散热量
Ql l ( W 0 ) Fl 273 W 4 273 0 4 Q f 5.7 Ff 100 100
I 2 Rdt mcd w F ( w 0 )dt
发电厂电气部分第三章总结
第三章【一】、对电气主接线的基本要求一.可靠性二. 灵活性1.调度灵活2.检修安全方便3.扩建方便三. 经济性1.节约投资2.占地面积少3.年运行费用少【二】电气主接线的基本接线形式根据是否有母线，主接线的接线形式可以分为有汇流母线的电气主接线无汇流母线的电气主接线两大类。
一、有母线的基本接线形式主要体现为四种形式：1）单母线接线2）双母线接线3）一台半断路器接线4）变压器—母线组接线基本知识一：1、断路器：现场将其称为“开关”，具有灭弧作用，正常运行时可接入或断开电路，故障情况下，受继电器的作用，能将电路自动切断。
2、隔离开关：可辅助切换操作，或用以与带电部分可靠地隔离。
3、母线：起汇集和分配电能的作用。
4、操作时：1）先合上隔离开关，后合上断路器；2）先拉开断路器，后拉开隔离开关；3）对于断路器两端的隔离开关：①先合上电源侧的隔离开关，后合上负荷侧的隔离开关；②先拉开负荷侧的隔离开关，后拉开电源侧的隔离开关基本知识二1、同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。
2、若馈线的用户侧无电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设线路隔离开关。
若费用不大，为阻止过电压的侵入，也可装设。
3、若电源是发电机，则发电机与其出口断路器之间可不装隔离开关。
但为了便于对发电机单独进行调整和试验，也可装设隔离开关或设置可拆连接点。
图3-1、3-2、3-3、3-4、3-6、3-7、3-8、3-9、3-12、3-16、3-17、3-18及原理旁路母线和旁路断路器的作用：检修任一进出线断路器时，代替其工作，不中断对该回路的供电。
绝不是（母线检修时代替其工作）一台半断路器接线的线路配置原则：同名回路尽量不要布置在同一串上；当只有两串时一般采用交叉连接形式，以提高可靠性。
一台半断路器接线的应用：大机组，超高压。
二、无母线【三】发电机出口也有装设断路器的其理由是：（1）发电机组解、并列时，可减少主变压器高压侧断路器操作次数，特别是500kV或220kV为一台半断路器接线时，能始终保持一串内的完整性。
发电厂电气部分(第四版)课件
电率增高。
（7）火电厂的各种排放物（如烟气、灰渣和废水）对环境的污染较大。
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发电厂电气部分
四、火电厂对环境的影响及处理措施
火电厂生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放和废水排放，其中烟气 中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气，这些一次污染物通过在大气中的 迁移、转化生成二次污染物，会给环境造成很大的危害。 处理措施： （1）废水：净化，回收再利用 （2）烟气：除尘，脱硫 （3）灰渣：综合利用
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发电厂电气部分
燃烧系统包括如下子系统：
（1）运煤系统。
（2）磨煤系统。 （3）燃烧系统。 （4）风烟系统。 （5）灰渣系统。
（二）汽水系统
火电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成 ，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统，如图1-3所示。
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发电厂电气部分
(二）能源分类
（1）一次能源和二次能源 （2）常规能源和新能源 （3）可再生能源和非再生能源 （4）含能体能源和过程性能源
（5）清洁能源和非清洁能源
三、能源资源
（1）煤炭
（2）水能资源 （3）其他能源 （4）电能
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发电厂电气部分
四、电能
电能与其他形式的能源相比，其特点有：
热能转变为机械能，称为汽水系统；
（3）电气系统：超由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械
能变为电能，称为电气系统；
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图1-1凝汽式发电厂生产过程示意图
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（一）燃烧系统
发电厂电气部分第三章习题解答
第三章导体的发热与电动力3-1 研究导体与电气设备的发热有何意义？长期发热与短时发热各有何特点？答：电流将产生损耗，这些损耗都将转变成热量使电器设备的温度升高。
发热对电气设备的影响：使绝缘材料性能降低；使金属材料的机械强度下降；使导体接触电阻增加。
导体短路时，虽然持续时间不长，但短路电流很大，发热量仍然很多。
这些热量在适时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。
同时，导体还受到电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。
由此可见，发热与电动力是电气设备运行中必须注意的问题。
长期发热是由正常工作电流产生的；短时发热是由故障时的短路电流产生的。
3-2 为什么要规定导体与电气设备的发热允许温度？短时发热允许温度与长期发热允许温度是否相同，为什么？答：导体连接部分与导体本身都存在电阻(产生功率损耗)；周围金属部分产生磁场,形成涡流与磁滞损耗；绝缘材料在电场作用下产生损耗，如： tg值的测量载流导体的发热：长期发热：指正常工作电流引起的发热短时发热：指短路电流引起的发热一发热对绝缘的影响绝缘材料在温度与电场的作用下逐渐变化，变化的速度于使用的温度有关；二发热对导体接触部分的影响温度过高→表面氧化→电阻增大↑→↑→I2恶性循环R三发热对机械强度的影响温度达到某一值→退火→机械强度↓→设备变形如：电流应采取哪些措施？答：是根据导体的稳定温升确定的。
为了载流量，宜采用电阻率小的材料，如铝与铝合金等；导体的形状，在同样截面积的条件下，圆形导体的表面积较小，而矩形与槽形的表面积则较大。
导体的布置应采用散热效果最最佳的方式。
3-4 为什么要计算导体短时发热最高温度？如何计算？答：载流导体短路时发热计算的目的在于确定短路时导体的最高温度不应超过所规定导体短路时发热允许温度。
当满足这个条件时，则认为导体在短路时，是具有热稳定性的。
计算方法如下：1）有已知的导体初始温度θw；从相应的导体材料的曲线上查出A w；2）将A w与Q k值代入式：1/S2Q k=Ah-Aw求出A h；3）由A h再从曲线上查得θh值。
发电厂电气部分第三章
第三章常用计算的基本理论和方法3．1 正常运行时导体载流量计算一、概述1、两种工作状态1）正常工作状态：电压和电流都不会超过额定值，导体和电器能够长期安全经济地运行。
2）短路工作状态：系统发生故障，I↑↑，U↓↓，此时，导体和电器应能承受短时发热和电动力的作用。
2、所有电气设备在工作中，会产生各种功率损耗，其损耗有：1）电阻损耗：导体本身存在电阻。
（铜损）2）介质损耗：绝缘材料在电场作用下产生的。
（介损）3）涡流和磁滞损耗：铁磁物质在强大的交变磁场中。
本章主要讨论“铜损”发热问题。
发热不仅消耗能量，而且导致电气设备温度升高，从而产生不良影响。
3、发热对电气设备的影响1）机械强度下降：T↑，会使材料退火软化。
2）接触电阻增加：T过高，接触连接表面会强烈氧化，使接触电阻进一步增加。
3）绝缘性能降低：长期受高温作用，将逐渐变脆和老化，使用寿命大为缩短。
4、发热的分类按流过电流的大小和时间，发热可分为：1）长期发热：由正常工作电流引起的发热。
长期发热的特征：发热时间长；通电持续时间内，发热功率与散热功率平衡，保持为稳定温度；稳定温升2）短时发热：由短路电流引起的发热，导体短路时间很小，但Ik 很大。
Q发仍然很多，且不易散出，另外，还要受到电动力的作用。
短时发热的特征：发热时间短；短路时导体温度变化范围很大，整个发热过程中散热功率远小于发热功率；短路时间虽然不长，但电流大，因此发热量也很大，造成导体迅速升温。
为了保证导体的长期发热和短时发热作用下能可靠、安全地工作，应限制其发热的最高温度。
5、最高允许温度为了保证导体可靠地工作，须使其发热温度不得超过一定的数值。
按照工作状态，它又可分为下述两种：1）正常最高允许温度θal ：对裸铝导体，θal =+70℃， 计入太阳辐射 θal =+80℃ 接触面镀锡时，θal =+85℃ 接触面有银覆盖时，θal =+95℃ 2）短时最高允许温度θsp ：θsp >θal ，因为短路电流持续时间短。
发电厂电气部分
目录第一章电气主接线及设计 (1)第一节电气主接线设计原则和程序 (1)第二节主接线的基本接线形式 (4)第三节发电厂厂用电系统 (9)第二章发电机的运行 (10)第一节发电机基本结构 (10)第二节发电机的运行 (16)第三节发电机的典型操作 (19)第四节发电机常见的异常及故障处理 (22)第五节汽轮发电机运行中的检查和维护 (23)第三章变压器及其运行 (24)第一节变压器的结构、类型及特点 (24)第二节变压器的运行 (30)第三节变压器的监视和操作 (31)第四节变压器的异常及故障处理 (32)第四章高低压开关设备及互感器 (35)第一节高压断路器 (35)第二节隔离开关 (41)第三节互感器 (44)第五章励磁系统 (47)第一节发电机励磁系统 (47)第二节节励磁系统的结构 (49)第三节励磁系统的运行及操作 (49)第四节发电机一变压器组继电保护装置 (50)第六章继电保护及二次控制 (51)第一章电气主接线及设计电气主接线是发电厂，变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。
本章以电气主接线的设计为中心，从工程观点出发，介绍对主接线的基本要求、典型接线形式以及主要设备的作用、配置原则，并对变压器选择、限制短路电流的方法等进行了详尽的分析；综合阐述了各种类型发电厂或变电站电气主接线的特点和主接线设计的一般原则、步骤，并举例说明。
电厂电气系统分为一次系统、二次系统：一次系统——生产、分配、变换、消费（例如厂用电）、输送（个别电厂）电能二次系统——对一次系统进行测量、控制、保护调节第一节电气主接线设计原则和程序电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。
发电厂电气课件——第3章 常用计算的基本理论和方法-3
设导体1中的电流在导体2
最大电动力必须乘以一个动态应力系数，以求得共振时的最
大电动力，即
Fmax 1.73107
L a
ish3
2
称为动态应力系数，为动态应力与静态应力之比值，
它可根据固有频率，从图3-14查得。
•由图3-14可见，固有频率
1.6 1.4
在中间范围变化时，β ＞1， 1.2
动态应力较大；当固有频
• （1）导体具有质量和弹性，组成一弹性系统。 •当收到一次外力作用时，就按一定频率在其平衡位置上下运 动，形成固有振动，其振动频率称为固有频率。 •由于受到摩擦和阻尼作用，振动会逐渐衰减。 •若导体受到电动力的持续作用而发生振动，便形成强迫振 动。如图3-12（c）（d）可知，电动力中工频和二倍工频两 个分量。 •（2）如果导体的固有频率接近这两个频率工频（50Hz）和 两倍工频(100Hz)两个分量之一时，就会出现共振现象，甚 至使导体及其构架损坏，所以在设计时应避免发生共振。
分量。
图3－12三相短路时A相电动力的各分量及其合力 a）不衰减的固定分量；b）按时间常数Ta/2衰减的非周 期分量；c）按时间常数Ta衰减的工频分量； d） 不衰 减的两倍工频分量。e）合力FA
2.电动力的最大值
工程上常用电动力的最大值。先求外边相（A相或C相）和中间相（B相） 电动力的最大值，然后进行比较。
发电厂电气部分(第3章)
31
32
33
三. 油断路器和空气断路器 （一）油断路器 利用电弧本身的能量，将油加热，形成油蒸汽和大量 气体所组成的高压力气泡实现吹弧。
1
第一节 电弧的形成和熄灭
电源电压大于10-20V，电流大于80-100mA 出现电弧 要灭弧，先研究电弧形成和熄灭的物理过程
一、电弧的形成和弧隙中介质的游离过程
触头绝缘介质中的中性质点（分子和原子）被游离的结果 电弧是一束游离的气体放电现象。 电弧的形成与维持通常经过电子发射、碰撞游离和热游离 三个阶段
9
由上可知，利用各种方法，人工地强迫冷却电弧的内 部和表面，不仅可增强复合去游离的速度，同时也能 增强扩散去游离的强度，使电弧很快熄灭。
10
三 电弧的特性及灭弧的基本原理
交流电弧的特性
A 燃弧电压 熄弧电压
B
随着正弦交流电流的周期 性变化，交流电弧电流也
将随之每半周过零一次。
O
t
在电弧电流自然过零时，
uarc i
电弧向弧隙输送能量减少， 电弧温度和热游离下降，
电弧将自动熄灭。 电弧电压、电流波形图
11
A B
O
t
uarc i
电弧电压、电流波形图
如果在电流过零电弧自然熄 灭时，采取有效措施加强弧 隙的冷却，使弧隙介质的绝 缘能力达到不会被弧隙外加 电压击穿的程度，则在下半 周电弧就不会重燃而最终熄 灭。
L GC
r Q1
Q2
断路器开断电路时，主触头
Q1先开断，由于有并联电阻r
《发电厂电气主系统》第03章在线测试
《发电⼚电⽓主系统》第03章在线测试《发电⼚电⽓主系统》第03章在线测试
A B
C D 、在母线联络断路器故障不会造成严重停电事故的接线是
A B
C D 、对于⼀组母线检修，同时另⼀组母线发⽣短路也不停电的接线是
A B
C D 、发电机双绕组变压器单元接线的发电机出⼝只需要装
A B
C D 、多⾓形接线中，每个回路都与
A B
C D
E、母线故障时不停电
2、外桥接线适合于以下哪⼏种情况
A、穿越功率较⼩
B、穿越功率较⼤
C、线路较短
D、线路较长
E、变压器需要经常切换
F、变压器不需要经常切换
3、在进⾏主接线⽅案的经济⽐较中，年运⾏费应包括
A、电能损耗费
B、检修费
C、维护费
D、折旧费
E、施⼯费
4、正常运⾏中的电流互感器⼆次绕组开路时，可能产⽣的后果有
A、产⽣很⾼的尖顶波电动势
B、使互感器的误差减⼩
C、引起绕组过热
D、使互感器的误差增⼤
E、引起铁⼼过热
5、单母线分段带旁路母线接线与单母线分段接线相⽐，共同的优点是
A、便于分段检修母线
B、出线断路器检修时可不停电
C、可减⼩母线故障的影响范围
正确错误、对于只有两串的接线，同名元件进⾏交叉换位可以提⾼可靠性．正确错误、在⼯作母线检修时可以⽤旁路母线代替⼯作母线．
正确错误、限制短路电流的⽬的主要是为了选择较⼩截⾯的电缆．
正确错误、双母线分段接线可以降低发电⼚全部停电的可能性．
正确错误。
《发电厂电气部分》第三、第六章计算题 熊信银版
3.9设发电机容量为10万kW ，发电机回路最大持续工作电流I max ＝6791A ，最大负荷利用小时T max ＝5200h ，三相导体水平布置，相间距离a ＝0.7m ，发电机出线上短路时间t k ＝0.2s ，短路电流I ’’=36.0kA ，I tk/2＝28.0kA ，I tk ＝24.0kA ，周围环境温度+35℃，铝导体弹性模量E ＝7×1010Pa ，母线频率系数N f ＝3.56。
要求选择发电机引出导体。
学过第六章后的做题过程： 解：（1）按长期发热允许电流选择截面max 258008947()0.76g J I S mm J=== 发电机出口母线电流大，矩形母线不能满足要求，选用2条200mm ×90mm ×12mm 标准槽形母线，S ＝8080mm 2，K f ＝1.237，W Y ＝46.5×10-6m 3， J ＝294×10－8m 4，I Y25o ＝8800A 。
求得温度修正系数K ＝0.88，则I al35o ＝0.88×8800＝7744 （A ） > 6800A 在35℃时，导体长期工作温度：22max 2,35I 6791()35(7035)61.9I 7744w al al CC θθθθ︒⎛⎫=+-=+-⨯=︒ ⎪⎝⎭,35,35()I I I ()I w w max max w al Cal w al al C F R F R αθθθθθθαθθ︒︒⎛⎫⎫-= ⎪⎪-⎪ ⎪⇒=⎬ ⎪--⎪ ⎪= ⎪⎪⎭⎝⎭(2)校验热稳定由于t k ＝0.2s ，求得热效应Q k ＝Q p ＋Q np22222(10)161.867[()]12k k kp t t t Q I I I kA S ''=++=⋅ 2220.236259.2[()]np Q TI kA S ''==⨯=⋅正常运行时导体温度为61.92o ，查表得C ＝91， 则满足短路时发热的最小导体截面为622min 421.06710 1.237250.795()8080()91k f Q K S mm mm C⨯⨯===<k满足热稳定要求。
发电厂电气部分(第五版)ppt课件
.十一五”国家级规划教材
2014年7月，溪洛渡左岸—浙江金华±800kV特高压直流输电工程正式投运。该工 程在世界上首次实现单回直流工程800万kW连续运行和840万kW过负荷输电运行，创 造了超大容量直流输电的新纪录。
目前，我国最大的火电机组容量为110万kW（新疆农六师煤电有限公司二期工程
），最大的水电机组容量为80万kW（向家坝水电站），最大的核电机组容量为175万
（7）火电厂的各种排放物（如烟气、灰渣和废水）对环境的污染较大。
.十一五”国家级规划教材
发电厂电气部分
(四) 火电厂对环境的影响及处理措施
火电厂生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放和废水排放，其中烟气中 的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气，这些一次污染物通过在大气中的迁 移、转化生成二次污染物，会给环境造成很大的危害。
.十一五”国家级规划教材
发电厂电气部分
燃烧系统包括如下子系统：
（1）运煤系统。 （2）磨煤系统。 （3）燃烧系统。
（4）风烟系统。 （5）灰渣系统。
2. 汽水系统
火电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成 ，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统，如图1-3所示。
.十一五”国家级规划教材
发电厂电气部分
（3）混合式水电厂。在适宜开发的河段拦河筑坝，坝上游河段的落差由坝集中
，坝下游河段的落差由有压力引水道集中，而水电厂的水头则由这两部分落差共同形 成，这种集中落差的方式称为混合开发模式，由此而修建的水电厂称为混合式水电厂 ，它兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。
电 力 系 统第3章发电厂的电气系统
倍拉长，从而增加了弧隙电阻，同时也增大了介质强度的恢复速度。
5）拉长电弧并加快断路器触头的分离速度 迅速拉长电弧可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面积突然增大，
10
图3.2
吹弧方式
11
有利于冷却电弧和带电质点向周围介质中扩散，使热游离作用削弱，加快离
子的复合速度，从而加速电弧的熄灭。 6）断路器加装并联电阻
④接地装置，包括埋入地中的接地体和接地线，其作用是为电力系统中性点
和电气设备提供良好的工作接地、保护接地和防雷接地，从而保证电力系统 可靠工作和人身、设备安全。
⑤载流导体，如裸导体（包括硬导体和软导线）、电力电缆等，其作用是将
有关电气一次设备连接成电气一次回路，传输电功率。 ⑥互感器，包括电流互感器和电压互感器，其作用是将一次回路中的大电流 和高电压转换成小电流和低电压并供给测量仪表和继电保护装置等二次回路 使用。
电弧中的去游离强度在很大程度上取决于触头材料。若采用熔点高、导热
9
系数和热容量大的耐高温金属作为触头材料，可以减少热电发射和电弧中的 金属蒸气，抑制游离作用。
3）利用气流或油流吹动电弧
电弧在气流或油流中被强烈地冷却而使复合去游离加强，同时,高速油气流 吹弧有利于带电粒子的扩散。
4）采用多断口熄弧
在高压断路器中，每一相采用两个或更多的断口串联熄弧时，断口把电弧分 割成多个小电弧段，在相等的触头行程下，多断口与单断口相比其电弧被数
价格最昂贵的一类开关电器，在发电厂乃至整个电力系统中起着至关重要的
作用。 （1)高压断路器的功能
在系统正常运行时，高压断路器用来将高压电气设备或高压输电线路接入电
路或退出运行，可倒换电气结线的运行方式，起着控制电路的作用。 在系统发生故障时，高压断路器能通过快速断开电路的方式切除故障设备或
《发电厂电气主系统(第2版)》许珉 第3章 电气主接线
电气主接线直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和
安全性，直接影响发电厂、变电所电气设备的选择，配电装 置的布置，保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。所 以电气主接线是电力设计、运行、检修部门以及有关技术人 员必须深入掌握的重要内容。
■
3-2
发电厂电气主系统
电气主接线图：就是用国家规定的电气设备图形与文字符
检修断路器时的不停电倒闸操作过程：
正常运行时，旁路断路器QFp、各进出线回路的旁路隔离 开关是断开的，旁路断路器两侧的隔离开 关是合上的，旁路 母线W3不带电。 如检修WL1的断路器QF1，使该出线不停电的操作步骤为：
■
3-24
发电厂电气主系统
1) 合上QFp; 给旁路母线W3充电，检查旁路母线W3是否完好，如果旁路母 线有故障，QFp在继电保护控制下自动切断故障，旁路母线不 能使用；如果QFp合闸成功，说明旁路母线完好。 2) 合上出线旁路隔离开关QS1p； 此时QS1p的两端等电位。也可以先断开QFp，然后合上QS1p， 再合上QFp，以避免万一合上QS1p前，发生线路故障，QF1事 故跳闸，造成QS1p合到短路故障上。 3) 断开出线WL1的断路器QF1;
有母线的主接线：由于设置了母线，使得电源和引出线之间
连接方便，接线清晰，接线形式多，运行灵活，维护方便，便 于安装和扩建。
《发电厂电气部分》课件第3章 低压开关电器
4．结构和工作原理
（1）结构：由熔管、金属熔体、支持熔体的触刀及绝缘 支持件组成。
（2）工作原理：熔断器串联接入被保护电路中，在正常 工作情况下，由于电流较小，通过熔体时熔体温度虽然上 升，但不致熔化，电路可靠接通；一旦电路发生过负荷或 短路，电流增大，熔体由于自身温度超过熔点而熔化，将 电路切断。
第3章 低压开关电器
低压开关电器是用来接通或断开交流1000V以下和直 流1500V以下交流和直流电路的开关电器。常用的低压开 关有刀开关、接触器、磁力启动器和自动空气开关等。
3.1 刀开关
1．作用： 用于不频繁地手动接通和分断低压电路的正常工作电流或 作隔离开关的作用。一般用于额定电流1500A，只能手动 操作，为了能在短路或过负荷时自动切断电路，闸刀开关 必须与熔断器配合使用。
2．分类 按极数分：单极、双极、三极。 按灭弧结构分：带灭弧罩和不带灭弧罩。 按操作方式分：中央手柄式、侧面手柄式和杠杆式。 按转换方向分：单投和双投。
3.2 接触器
1.作用 用于远距离接通和断开 负荷电流的低压开关， 但不能切断短路电流和 过负荷电流，必须与熔 断器配合使用。
2.基本结构
3.3 磁力启动器
磁力启动器由三极交流接触器、串 接在两相中的两个热继电器、以及 按钮组成。用来远距离控制三相异 步电动机（在发电厂和变电所，一 般用于40KW及以下的异步电动机） 的起动、停止和正反运转，并可兼 作电动机的低压和过负荷保护；但 是不能断开短路电流，必须与熔断 器配合使用。
3.4 自动空气开关ห้องสมุดไป่ตู้
简称自动开关，是低压开 关中性能最完善的开关， 它不仅可以切断电路的 负荷电流，而且可以断开 短路电流，常用在低压大 功率电路中作主要控制电 器，如低压配电中变电所 的总开关，大负荷电路和 大功率电动机的控制等。 当电路发生过负荷、短 路、电压降低或失压时， 自动开关都能自动切断电 路。但不适用于频繁操作 的电路。
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F—导体的散热面积，m2
α w—对流、辐射复合散热总散热系数。
热平衡式（3－12）的求解与分析
长期发热温升的特点
由
这就是长期发热温升的特点
2.导体载流量的计算
稳定温升为：
可见：导体（或电器）的载流量与其材料、有效截面积、环境温度、 散热条件、是否受日照等因素有关，这就是额定电流的由来。
提高导体的载流量措施
导体的发热： 来自导体电阻损耗的热量；日照 （当导体放置在露天时）。
热量的耗散有：
①对流、②辐射、③导热三种形式。
1.导体的发热和散热－续1
发热量和散热量计算式 发热量计算式
导体电阻损耗引起的发热量QR 吸收太阳辐射的热量Qt
散热量计算式
导体对周围辐射散热量Qf 空气对流使导体散去的热量Ql
2.导体温度的升高及热平衡式
机械强度将显著下降。
长期发热温度超过： 短时发热温度超过：
例如当
l000C（铝） 1500C（铜） 2000C（铝） 2500C（铜）时，其抗拉强度
显著下降，因而可能在短路电动力的作用下变形或损 坏。
3.使导体接触部分的接触电阻增加
当发热温度超过一定值时，接触部分的弹性元
件就会因退火而压力降低，同时发热使导体表
发电厂电气部分
第 3章
常用计算的基本理论和方法
本章学习的主要内容
载流导体发热理论 电动力理论 电气设备及主接线的可靠性分
析 主接线方案的技术经济分析
载流导体发热理论部分的相关内容
发热对电气设备的影响
长期发热和短路时发热的特点 通电导体的温升过程分析 导体的载流量和运行温度计算 短路时发热温度的计算方法及应用
大电流导体附近的钢构发热问题及解决办法
大电流封闭母线运行温度的计算
电动力理论
两平行载流导体上受到的电动力及其计算
三相导体短路时的受力情况进行分析 三相导体短路时的最大短路电动力计算 导体振动的动态应力分析及计算 分相封闭母线的电动力计算
3.1 概 述（1）
3.1.1 运行中的电气设备发热的致因
外壳的自然对流散热量
封闭母线及其结构
发－变组之间的引出线采用敞露式，容易受到外界的影
响，如表面积灰和发生相间短路等，使运行可靠性降低。
我国20万一90万kW机组的母线，已广泛采用全连式分相 封闭母线，称为大电流封闭母线。
全连式分相封闭母线结构：母线由铝管制成，每相母线
各封装在单独的外壳内，外壳两端用短路板连接起来。 其结构参见图3一8所示
面氧化，产生电阻率很高的氧化层（银的氧化
层电阻不大），使接触电阻增加，引起接触部
分温度继续升高，将会产生恶性循环，破坏正 常工作状态。
3.1.4 保证导体可靠地工作最高允许温度
为了保证电器设备在工作年限内可靠工作，必须限制各 种材料的发热温度，使其不超过一定数值，这个温度就 是最高允许发热 温度，简称最高允许温度 同，作用不同，允许的a不同。通常设：
（1）通电导体电阻损耗的热量QR的计算
常用电工材料的电阻率及电阻温度系数如 表3一1所示。
导体的集肤效应系数
导体的集肤效应系
数与电流的频率、导 体的形状和尺寸有关。
矩形截面导体的集肤 效应系数，如图3－1 所示。
导体的集肤效应系数2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
圆柱及圆管导体的 集肤效应系数，如 图3－2所示。图中
P68）
大电流封闭母线运行温度计算 （工程曲线的应用）
1）外壳的总散热曲线 如图3一9所示。 将式（(3-26)、式(3-27) 式（3-28）相加起来，即 得:
Q
f ( s )
s
计算出Σ Qs即可查曲线得 θ s
Σ Qs＝Σ QR＝ QwR ＋QsR
2）母线的总散热曲线 如图3 一10所示。利用式（(3一 24）和式（(3一25)，并假 定母线温度。，＝85 9C， 便可得到：
减少钢构热损耗和发热的常用措施（续2）
（4）采用分相封闭母线。
如图3一7所示，每 相母线分别用铝质外壳 包住，外壳上的涡流和 环流能起双重屏蔽作用， 壳内和壳外磁场均大大 降低，从而使附近钢构 发热得到较好改善。
4.大电流封闭母线运行温度的计算
主要内容： （1）大电流封闭母线（全连式分相封闭母线）的使用场合； （P65） （2）分相封闭母线的优点；（P65） （3）大电流封闭母线的发热和散热的计算式； （4）大电流封闭母线运行温度的计算。
a
。材料不
周围空气温度为0；
零部件温度为 ；当零部件温度 0时，则温升 ＝ －
0；
按标准，0取最不利的情况：+40℃
1.导体正常工作时最高允许温 a
一般不超过 ＋70 0C；
在计及太阳辐射（日照）的影响时： 钢芯铝绞线及管形导体，可按不超过＋80℃来考 虑； 当导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时：允许提高
1.长期发热——由正常工作电流产生。
2.短时发热——由故障时的短路电流产生。
3.1 概 述（3）
3.1.3、发热对电气设备的影响 发热引起的主要问题：使材料的物理、化学性能起
变化，机械性能和电气性能下降，最后导致电器设
备的工作故障，甚至造成严重事故。 具体可归纳如下：
1.使绝缘材料的绝缘性能降低
Q
W 85
Q
wr 85
Q
wc 85
f ( s )
算出θ s即可由曲线查出
Σ Qw85
3 ）Σ
Δ Qw，与θ w，的关系
曲线如图3一11所示
Σ Δ Qw＝ Σ Qw－ Σ Qw85 Σ Qw ＝QwR QwR
、QsR为母线的发热损
分相封闭母线的优、缺点 2
缺点：
①母线散热条件较差； ②外壳上产生损耗；
③金属消耗量增加。
1）封闭母线的发热
2）封闭母线的散热
（2）大电流封闭母线运行温度的计算
根据前述的封闭母线的发热和散热计算 式，列出热平衡方程式解出母线运行温 度θw。
工程算法是利用三条工程曲线（参见P67、
减少钢构热损耗和发热的常用措施
（1）加大钢构和导体之间的距离 使磁场强度减弱，因而可降低涡流 和磁滞损耗。 （2）断开钢构回路，并加上绝缘垫 消除环流。
减少钢构热损耗和发热的常用措施（续1）
（3）采用电磁屏蔽
在磁场强度H最大的部位套 上短路环（铝环或铜环），利
用短路环中感应电流的去磁作
用以降低导体的磁场，如图3 一6所示； 在导体与钢构之间安置屏 蔽栅，栅中的电流亦可使磁场 削弱。
当导体的材料、尺寸、散热条件确定之后，导体的载流量亦随之确定（电气设备额定电 流的确定为同理）。
增加
I
w
F ( w 0) R
Q Q
l
f
（3－20）
R
I
Q Q Q
l f
t
R
（3－21）
式中的分子，减小其分母可提高导体的载流量，通常的措施有： 采用电阻率小的材料，如铝、铝合金等。
在同样截面积的条件下，采用表面积较大得导体的形状（圆形导体的表面积较小，而
矩形、槽形的表面积则较大）。 导体布置应采取散热效果最佳的方式（而矩形截面导体竖放的散热效果比平放的要 好）。
3.大电流附近的钢构发热
刚构发热的原因：磁滞、涡流损耗。
导体电流大于3000A时，附近的的措施
不容忽视。
有机绝缘材料长期受到高温作用，将逐渐老化，
以致失去弹性和降低绝缘性能。
绝缘材料老化的速度与使用时的温度有关。
因此，对不同等级的绝缘材料，根据其耐热的
性能和使用年限的要求，应规定相应使用温度。
在使用过程中如超过这一温度，绝缘材料将 加速老化，大大缩短使用寿命。
2.使金属材料的机械强度下降
当使用温度超过规定允许值后，由于退火，金属材料
f为电源频率，Rdc,
为100m长导体的直
流电阻。
（2）导体吸收太阳辐射的热量Qt计算
（3）导体对流散热量Ql计算
1）自然对流散热系数
2）强迫对流散热系数
单位长度导体的散热面积与导体尺寸、布置方式等因素有关。 导体片（条）间距离越近，对流条件就越差，故有效面积应 相应减小。
以下是几种常用导体（如图3一3所示）的对流散热面积。
然对流散热）
（1）大电流封闭母线的发热和散热
1）封闭母线的发热计算
母线导体的发热损耗计算
母线外壳的发热损耗计算
（1）大电流封闭母线的发热和散热－续1
2）封闭母线的散热
母线的散热量计算
母线向外壳的辐射散热量
母线向外壳的对流散热量
外壳的散热量计算
中间相（B相）外 壳的辐射散热量 外边相（A、C相）外 壳的辐射散热量
3.2.2短时发热计算
学习长期发热计算后应了解和掌握的内容
1.导体正常工作时的温升过程分析与计算 2.长期发热温升的特点 3.导体载流量的计算 4.大电流附近的钢构发热
5.大电流封闭母线运行温度的计算
学习短时发热计算后应了解和掌握的内容
1.计算短时发热的目的
2.导体短路时的发热分析过程 3.短路电流热效应的计算方法
（采用工程算法——利用外壳总散热曲线、母线85 0C时的总散热
曲线、母线散热差值与母线实际温度的关系曲线）
（1）大电流封闭母线的发热和散热
1）封闭母线的发热
◆母线导体的发热损耗计算
◆母线外壳的发热损耗计算
2）封闭母线的散热 ◆母线的散热量计算（母线向外壳的辐射散热和对流散