發(fā)電廠電氣部分計算題答案

1、發(fā)電廠電氣部分計算題答案 設(shè)發(fā)電機(jī)容量為 10萬 kW，發(fā)電機(jī)回路最大持續(xù)工作電流 Imax 6791A，最大負(fù)荷利用小時 Tmax 5200h，三相導(dǎo)體水平布置， 相間距離 a 0.7m，發(fā)電機(jī)出線上短路時間t k，短路電流 I =，I tk/2 ，Itk，周圍環(huán)境溫度 +35，鋁導(dǎo)體彈性模量 E 71010Pa，母線頻率系數(shù) Nf 。要求選擇發(fā)電機(jī)引出導(dǎo)體。 學(xué)過第六章后的做題過程： 解：（1）按長期發(fā)熱允許電流選擇截面 SJ gmax J 5800 8947( mm2 ) 0.76 發(fā)電機(jī)出口母線電流大， 矩形母線不能滿足要求， 選用 2 條 200mm 90mm 12mm標(biāo)準(zhǔn)槽形母線，

2、 S 8080mm2， Kf ， WY 10-6 m3， J 294108m4，I Y25o8800A。求得溫度修正系數(shù) K， 則 I al35 o 88007744 （A） 6800A 在 35時，導(dǎo)體長期工作溫度： ( al I 2max max )I2 al,35 C 35 (70 35) 2 6791 2 61.9 C 7744 I max I maxw w F ( al I al ,35 C I al ,35 Cal (2) 校驗(yàn)熱穩(wěn)定 由于 t k，求得熱效應(yīng) Qk QpQnp t Qp 1k2(I 2 10I t2k 2 It2k ) 161.867(kA)2 S 2 2 2 Q

3、np TI 2 0.2 362 259.2(kA)2 S 正常運(yùn)行時導(dǎo)體溫度為，查表得 C 91， 則滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為 QkK f421.067 106 1.237 2 2 Smin250.795(mm2) 8080(mm2 )k min C 91 滿足熱穩(wěn)定要求 3）共振校驗(yàn) 選擇絕緣子跨距 母線共振校驗(yàn) mS m40401062700（ kg/m） 設(shè)共振頻率 f 1200Hz， 導(dǎo)體不發(fā)生共振時的最大絕緣子跨距： N f EJ 3.56 10.9 Lmax f1 m 200 10 8 7*10 10*294*10 8 1.56(m) 所以為使導(dǎo)體自振頻率大于 200Hz，絕

4、緣子最大跨距不允許 超過 1.56m，取為 1.5m。 4）動穩(wěn)定校驗(yàn) 選擇襯墊跨距 取發(fā)電機(jī)出口短路時，沖擊系數(shù) K 則 ish 1.9 2I 96.732kA ， 1 單位長度上相間電動力： fph 1.735*10 7* is2h*2319.2(N /m) a 相間應(yīng)力為 ph phL2 2319.2 1.52 10W 10 46.5 10 11.2219 106 (Pa) 雙槽形導(dǎo)體間作用力： 8 2 1 8 2 1 fb 5*10 8*is2h*5*10 8 *96732 2 * 2339.27(N / m) h 0.2 條間允許應(yīng)力 fbL2b 12W al ph Lbmax 23

5、39.27 條間襯墊的最大允許跨距： 3.744(m) 12 46.5 10 6 70 11.2219 106 般每隔襯 -0.5m 設(shè)一襯墊，故襯墊跨距 Lb 可取 0.5m設(shè)發(fā)電機(jī)容量為 10萬 kW，發(fā)電機(jī)回路最大持續(xù)工作電流 I max6791A，最大 負(fù)荷利用小時 Tmax5200h，三相導(dǎo)體水平布置，相間距離 a0.7m，發(fā)電機(jī) 出線上短路時間 t k，短路電流 I =，I tk/2 ，I tk ，周圍環(huán)境溫度 +35， 鋁導(dǎo)體彈性模量 E7 1010Pa，母線頻率系數(shù) Nf。要求選擇發(fā)電機(jī)引出導(dǎo) 體。 下面學(xué)過第三章內(nèi)容后：選截面 +熱穩(wěn)校驗(yàn)，不全面，學(xué)過第六章后選擇發(fā) 電機(jī)引出

6、導(dǎo)體的詳細(xì)過程詳見后面。 解：（ 1）按長期發(fā)熱允許電流選擇導(dǎo)體截面 S，并求長期發(fā)熱溫度 附表 1 和附表 2 給出的導(dǎo)體載流量，是按最高允許溫度 70、基準(zhǔn)環(huán) 境溫度 25計算的，由于 I al,25 C 故導(dǎo)體在 35時的載流 量為 I al ,35 C K I al ,25 C I max wF ( al R 其中， K 70 35 70 25 0.88 6791 0.88 B7717 查附表 1 和附表 2 知，發(fā)電機(jī)出口母線電流較大，矩形母線不能滿足 要求，選用 2 條 200mm 90mm 12mm標(biāo)準(zhǔn)槽形母線， S8080mm2，I al,25 8800A。則 I al,35

7、K I al,25 88007744(A) 在 35時， I max I al ,35 C I2max max max I al ,35 C ( al )I2 al ,35 C 35 (70 35) 6791 7744 61.9 C (2) 校驗(yàn)熱穩(wěn)定(實(shí)用計算法) 由于 t k，求得熱效應(yīng) Qk Qp Qnp t Qp 1k2(I 2 10I t2k 2 It2k ) 161.867(kA)2 S 2 2 2 Qnp TI 2 0.2 362 259.2(kA)2 S 由于正常運(yùn)行時導(dǎo)體溫度為，查圖 3-13 得Aw 0.46 1016 Jm4 ，故 11616 Ah2 QkAw62 421

8、.067 106 0.46 1016 hS2 kw (8080 10 6)2 0.5251016 J m4 查圖 3-13 得， h 71 C 200 C 滿足熱穩(wěn)定要求。 學(xué)過第六章后的做題過程： 解：（1）按長期發(fā)熱允許電流選擇截面。 SJ I gmax 5800 8947（mm2） J J 0.76 發(fā)電機(jī)出口母線電流大， 矩形母線不能滿足要求， 選用 2 條 200mm 90mm 12mm標(biāo)準(zhǔn)槽形母線， S8080mm2， Kf ， WY 10-6 m3， J 294 108m4，I Y25o8800A。求得溫度修正系數(shù) K， 則 I al35 o 88007744 （A） 6800A

9、 （2） 校驗(yàn)熱穩(wěn)定 t k，求得熱效應(yīng) QkQpQnp 106（A s） 正常運(yùn)行時導(dǎo)體溫度為，查表得 C91，（導(dǎo)體正常運(yùn)行時溫度計算詳見 上面） 則滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為 Smin QkK f295.07*106*1.237 209.95(mm2) 8080(mm2) 滿足熱穩(wěn)定要求。 3）共振校驗(yàn) 選擇絕緣子跨距 母線共振校驗(yàn) mS m40401062700（ kg/m） 設(shè)共振頻率 f 1200Hz， 導(dǎo)體不發(fā)生共振時的最大絕緣子跨距： max 3.56 200 7*10 10 10 *294*10 10.9 1.56( m) 所以為使導(dǎo)體自振頻率大于 200Hz，絕緣子最大

10、跨距不允許超過 1.56m， 取為 1.5m。 4）動穩(wěn)定校驗(yàn) 取發(fā)電機(jī)出口短路時，沖擊系數(shù) K 則 ish 1.9 2I 96.732kA ， 單位長度上相間電動力： fph 1.735*10 7*is2h* 1 2319.2(N / m) a 相間應(yīng)力為 phL2 2 2319.2 1.52 ph 10W 10 46.5 10 11.2219 106 (Pa) 雙槽形導(dǎo)體間作用力： b 5*10 8 *is2h 1 * 5*10 8 *96732 h 1 0.2 2339.27(N / m) fbL2b Lb 12W al ph b 12W al ph fb 條間允許應(yīng)力 bmax 條間襯

11、墊的最大允許跨距： 12 46.5 106 70 11.2219 106 3.744(m) 2339.27 般每隔襯 -0.5m 設(shè)一襯墊，故襯墊跨距 Lb 可取 0.5m 4-10 220kV 雙母或雙母帶旁母； 110kV 采用雙母帶旁母 411 1) 原始資料分析和主接線方案的擬定 地方熱電廠(小型地區(qū)性電廠， 小于 200MW，單機(jī)容量 650MW) 具有較多的發(fā)電機(jī)電壓出線，在地方負(fù)荷較低時，應(yīng)能將多余電能送入系 統(tǒng)，而地方負(fù)荷較大時，能送系統(tǒng)倒送電能。 發(fā)電機(jī)出口電壓等級 地方負(fù)荷容量不大，最大負(fù)荷 30MW，最小負(fù)荷 20MW，采用 2 臺 25MW發(fā)電機(jī)的直饋線供電為宜。根據(jù)地

12、方熱電廠的特點(diǎn)， 發(fā)電機(jī)電壓接線采用有母線的接線方式。鑒于出線回路多，且兩臺發(fā)電機(jī) 單機(jī)容量在 25MW, 宜采用雙母分段接線，并在分段母線間及電纜饋線上安 裝電抗器以限制短路電流。 因機(jī)組數(shù)目較多，在滿足地方負(fù)荷的前提下， 50MW容量機(jī)組采用單元 接線直接將把電能送入 110kV電力系統(tǒng)。(或擴(kuò)大單元接線) 110kV 出線 4 回，采用雙母線帶旁母，并采用專用旁母斷路器(或雙 母線，單母帶旁母可靠性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮) 。 ( 2)變壓器臺數(shù)和容量的選擇 (a)兩電壓等級之間的變壓器 因?yàn)橐_保對發(fā)電機(jī)電壓上的負(fù)荷供電可靠性， 接于發(fā)電機(jī)電壓母線上 的主變壓器不應(yīng)少于 2 臺，故兩電壓等級

13、之間采用兩臺主變。 正常時，應(yīng)能將剩余功率送往系統(tǒng) (2 25 (1 0.1) 20)/2 12.5MW 當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)故障時，從系統(tǒng)倒送功率滿足最大負(fù)荷： (30 25 (1 0.1) / 2 3.75MW 當(dāng)一臺變壓器因故退出，應(yīng)能送出剩余功率的 70以上： (2 25 (1 0.1) 20) 0.7 17.5MW 所以變壓器容量應(yīng)大于，可選 SF7-25000/110 (b) 單元接 線的兩 臺變壓器 1.1 50 (1 0.1) 49.5MW 所 以選 SF7-75000/110 5-10 已知某火電廠廠用 6kV 備用變壓器容量為， UN=6kV， U k% 8 ，要求同時自啟動的電動

14、機(jī)容量為 11400kW，電動機(jī) 啟動電流倍數(shù) Ky=5， cos N 0.8, N 0.9 。試校驗(yàn)該備用變壓器 容量能否滿足自啟動要求 參考答案】 任選一種 1 ）電壓校驗(yàn)：取基準(zhǔn)容量 Sj Seh 12500kVA ，基準(zhǔn)電壓 U j U p 6kV 高壓自啟動電動機(jī)的啟動容量標(biāo)么值： Kh Ph5 11400 S* M6.33 N cos N Seh 0.9 0.8 12500 高壓廠用母線電壓，（只需做一種假設(shè) ）假設(shè)采用無激磁電 壓調(diào)壓變壓器， U*1 S*h 1.05 1 6.33 1.1 0.08 0.68 該高壓廠用母線為失壓或空載自啟動， 0.68 0.7，該組電動 機(jī)不能

15、順利自啟動。 假設(shè)采用有載調(diào)壓變壓器 U *o 1.1， U*1U*o 1.1 0.71 0.7 ，該組電動機(jī)能順利自 *1 1 S*h X*t1 1 6.33 1.1 0.08 啟動。 注意：該電廠為高溫高壓電廠，另外通過備用變壓器取電，所以 U *o 1 2）按容量校驗(yàn)：假設(shè)采用有載調(diào)壓變壓器 U *o 1.1， U *0 U *11.1 0.7 Pm*0 *1 cos St0.9 0.8 12500 11688 11400 U* 1x*tKav0.7 1.1 0.08 5 該組電動機(jī)可以順利自啟動 假設(shè)采用無激磁電壓調(diào)壓變壓器， U *0 U *1 1.05 0.7 11400 Pm*0

16、 *1 cos St0.9 0.8 12500 10227 U* 1x*tKav0.7 1.1 0.08 5 該組電動機(jī)不能順利自啟動。 第六章 67 選擇某 10kV 配電裝置的出線斷路器及出線電抗器。 設(shè)系統(tǒng) 容量為 150MVA，歸算至 10kV 母線上的電源短路總電抗 X* 0.14 （基準(zhǔn)容量 Sd 100MVA ），出線最大負(fù)荷為 560A, 出線保護(hù)動作 時間 tpr 1s。 解： Sd 100MVA ，Ud 10.5kV ， Id 5.5kA 由于UNs 10.5 kV, Imax 560 A，因此選擇 SN10 10/ 630斷路器。 總阻抗 X* 歸算至系統(tǒng)的計算阻抗為：

17、X* 0.14 150 0.21 * * 100 假設(shè)沒有加裝出線電抗器，系統(tǒng)提供的短路電流為 I 1150 1 150 39.3 kA X*3 10.5 0.21 3 10.5 而 SN10 10 / 630斷路器的額定開斷電流為 INbr 16，小于 I ，因此 需要加裝出線電抗器，以滿足輕型斷路器的要求。 選擇出線電抗器，根據(jù) U Ns 10.5 kV, Imax 560 A，初選 NKL10 600 型電抗器。 選擇電抗值，令 I INbr 16kA，則 xL (%) (Id x* ) INUd 100% I * IdUN (5.5 (16 0.6 10.5 0.14) 100% 5.

18、5 10 2.33% 所以選擇 NKL 10 600 4 型電抗器，其 xL(%) 4%，ies 38.3kA ， 2 2 2 It2t 342(kA)2gs 。 電壓損失和殘壓校驗(yàn)： 首先重算電抗器后短路電流 0.35 x*x*L x * 0.35 0.14 0.49 換算到系統(tǒng)的計算電抗為 150 x*x*0.49 0.735 100 短路電流 I 1 150 1 150 11.2 kA X* 3 10.5 0.735 3 10.5 電壓損失 U(%) xL(%) I max sin IN 0.04 560 0.6 2.24% 5% 600 I 殘壓校驗(yàn) Ure xL (%) 0.04 1

19、1.2 74.7% 60 70% IN 0.6 動穩(wěn)定校驗(yàn)和熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路計算時間 t k tpr tin t a 1 0.05 0.06 1.11s Qk 2 2 2 I 2 t 11.22 1.11 139.2( kA)2 s i sh 1.9 2 11.2 30.09kA 斷 路 器 ： INbr 16 I 11.2 I Ncl 40 ish 30.09 It2t 162 2 512 Qk 139.2 i es 40 i sh 30.09 電抗器： 22 It2t 342 Qk 139.2 ， ies 38.3 ish 30.09 xL (%) IdUN INUd 0.04 5.5 1

20、0 0.6 10.5 610 設(shè)發(fā)電機(jī)容量為 25MW, UN 10.5kV ，最大負(fù)荷利用小時 Tmax 6000h ，三相導(dǎo)體水平布置 （導(dǎo)體平放），相間距離 a 0.35m ， 發(fā)電機(jī)出線上短路時間 tk 0.2s，短路電流 I 27.2kA ，I tk 21.9kA ， Itk 19.2kA ，周圍環(huán)境 400C 。試選擇發(fā)電機(jī)引出導(dǎo)體。 解：1）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面。 母線最大持續(xù)電流為 （注 意最大持續(xù)電流計算中的） max 1.05PN 3U N cos 31.0150.5250.8 1.804(kA) 根據(jù)圖 617 查得Tmax 6000h時， J 0.68A / mm

21、2 ，根據(jù)式 656 SJ max J 1804 0.68 2 2653(mm2) 查附表 1，選用每相 2 條 125mm 10mm（ 2500mm2）矩形鋁導(dǎo)體 （注 意選接近計算得到的標(biāo)準(zhǔn)截面） ，平放時 IN 3152 A ， Kf 1.45 根據(jù)式 654、655 得到，當(dāng)周圍環(huán)境 400 C時允許電流為 70 40 I al KI N 3152 2553A 1804A 70 25 滿足長期允許發(fā)熱條件。 2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。 短路周期分量熱效應(yīng) Qp tk (I 2 12 10It2k2 It2k) 0.2 2 2 2 2 (27.22 10 21.92 19.22 ) 98.41( kA) 2 s 12 短路非周期分量的熱效應(yīng) 2 2 2 Qnp TI 2 0.2 27.22 147.97(kA)2 s 短路熱效應(yīng) 2 Qk Qp Qnp 98.41 147.97 246.38(kA) 2 s 正常運(yùn)行時最高溫度為 w ( h )( I max )2 40 (70 40)(1804)2 55(0C) I al2553 查表 69，得到熱穩(wěn)定系數(shù) C 93，根據(jù)式 657 可得 Smin 1 QkK f 1 246.38 106 1.45 203.2mm2 2500mm2 C 93 滿足熱穩(wěn)定。 3) 共振校驗(yàn)。根據(jù)式 660 計算不發(fā)生共振的