發(fā)電廠電氣部分_第3章

1、發(fā)電廠電氣部分第第3 3章章 常用計算的基本理論和方法常用計算的基本理論和方法本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容載流導(dǎo)體發(fā)熱理論載流導(dǎo)體發(fā)熱理論 電動力理論電動力理論 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析析主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 載流導(dǎo)體發(fā)熱理論部分的相關(guān)內(nèi)容載流導(dǎo)體發(fā)熱理論部分的相關(guān)內(nèi)容發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響長期發(fā)熱和短路時發(fā)熱的特點(diǎn)長期發(fā)熱和短路時發(fā)熱的特點(diǎn)通電導(dǎo)體的溫升過程分析通電導(dǎo)體的溫升過程分析導(dǎo)體的載流量和運(yùn)行溫度計算導(dǎo)體的載流量和運(yùn)行溫度計算短路時發(fā)熱溫度的計算方法及應(yīng)用短路時發(fā)熱溫度的計算方法及應(yīng)用大電流導(dǎo)體附近的

2、鋼構(gòu)發(fā)熱問題及解決辦法大電流導(dǎo)體附近的鋼構(gòu)發(fā)熱問題及解決辦法大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算電動力理論電動力理論兩平行載流導(dǎo)體上受到的電動力及其計算兩平行載流導(dǎo)體上受到的電動力及其計算三相導(dǎo)體短路時的受力情況進(jìn)行分析三相導(dǎo)體短路時的受力情況進(jìn)行分析三相導(dǎo)體短路時的最大短路電動力計算三相導(dǎo)體短路時的最大短路電動力計算導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力分析及計算導(dǎo)體振動的動態(tài)應(yīng)力分析及計算分相封閉母線的電動力計算分相封閉母線的電動力計算3.1 概概 述（述（1）3.1.1 運(yùn)行中的電氣設(shè)備發(fā)熱的致因運(yùn)行中的電氣設(shè)備發(fā)熱的致因 1.1.載流導(dǎo)體的電阻損耗；載流導(dǎo)體的電阻損耗； 2.2.載流導(dǎo)

3、體周圍金屬構(gòu)件處于交變磁場中所產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗；載流導(dǎo)體周圍金屬構(gòu)件處于交變磁場中所產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗； 3.3.絕緣材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗等。絕緣材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗等。 上述損耗都會轉(zhuǎn)變成熱量使電氣設(shè)備的溫度升高。上述損耗都會轉(zhuǎn)變成熱量使電氣設(shè)備的溫度升高。(即電器元件、設(shè)備在工作中都有熱損耗。熱源即電器元件、設(shè)備在工作中都有熱損耗。熱源 P（W）能耗）能耗 （零部（零部件的）件的） 溫度升高溫度升高 )3.1 概概 述（述（2）3.1.2 電氣設(shè)備發(fā)熱的分類電氣設(shè)備發(fā)熱的分類為分析問題方便通常分為：為分析問題方便通常分為：1.1.長期發(fā)熱長期發(fā)熱由正常工作電流產(chǎn)生。由正常工作電流產(chǎn)生。2

4、.2.短時發(fā)熱短時發(fā)熱由故障時的短路電流產(chǎn)生。由故障時的短路電流產(chǎn)生。3.1 概概 述（述（3）3.1.3、發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響、發(fā)熱對電氣設(shè)備的影響發(fā)熱引起的主要問題：發(fā)熱引起的主要問題：使材料的物理、化學(xué)性能起使材料的物理、化學(xué)性能起變化，機(jī)械性能和電氣性能下降，最后導(dǎo)致電器設(shè)變化，機(jī)械性能和電氣性能下降，最后導(dǎo)致電器設(shè)備的工作故障，甚至造成嚴(yán)重事故。備的工作故障，甚至造成嚴(yán)重事故。 具體可歸納如下：具體可歸納如下：1.1.使絕緣材料的絕緣性能降低使絕緣材料的絕緣性能降低l有機(jī)絕緣材料長期受到高溫作用，將逐漸老化，有機(jī)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。以致失

5、去彈性和降低絕緣性能。l絕緣材料老化的速度與使用時的溫度有關(guān)。絕緣材料老化的速度與使用時的溫度有關(guān)。l因此，對不同等級的絕緣材料，根據(jù)其耐熱的因此，對不同等級的絕緣材料，根據(jù)其耐熱的性能和使用年限的要求，應(yīng)規(guī)定相應(yīng)使用溫度。性能和使用年限的要求，應(yīng)規(guī)定相應(yīng)使用溫度。l在使用過程中如超過這一溫度，絕緣材料將在使用過程中如超過這一溫度，絕緣材料將 加速老化，大大縮短使用壽命。加速老化，大大縮短使用壽命。2.2.使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降使金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度下降當(dāng)使用溫度超過規(guī)定允許值后，由于退火，當(dāng)使用溫度超過規(guī)定允許值后，由于退火，金屬材料金屬材料機(jī)械強(qiáng)度將顯著下降機(jī)械強(qiáng)度將顯著下降。 例如當(dāng)例如

6、當(dāng) 長期發(fā)熱溫度超過：長期發(fā)熱溫度超過： l00l000 0C C（鋁）（鋁） 1501500 0C C（銅）（銅） 短時發(fā)熱溫度超過：短時發(fā)熱溫度超過： 2002000 0C C（鋁）（鋁） 2502500 0C C（銅）（銅）時，時，其抗拉強(qiáng)度其抗拉強(qiáng)度顯著下降顯著下降，因而可能在短路電動力的作用下變形或損，因而可能在短路電動力的作用下變形或損壞。壞。 3. 3.使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加使導(dǎo)體接觸部分的接觸電阻增加當(dāng)發(fā)熱溫度超過一定值時，接觸部分的彈性元當(dāng)發(fā)熱溫度超過一定值時，接觸部分的彈性元件就會因退火而壓力降低，同時件就會因退火而壓力降低，同時發(fā)熱使導(dǎo)體表發(fā)熱使導(dǎo)體表面氧化面氧化，

7、產(chǎn)生電阻率很高的氧化層（銀的氧化，產(chǎn)生電阻率很高的氧化層（銀的氧化層電阻不大），層電阻不大），使接觸電阻增加使接觸電阻增加，引起，引起接觸部接觸部分溫度繼續(xù)升高分溫度繼續(xù)升高，將會產(chǎn)生惡性循環(huán)，將會產(chǎn)生惡性循環(huán)，破壞正破壞正常工作狀態(tài)常工作狀態(tài)。3.1.4 保證導(dǎo)體可靠地工作最高允許溫度保證導(dǎo)體可靠地工作最高允許溫度 為了保證電器設(shè)備在工作年限內(nèi)可靠工作，必須限制各為了保證電器設(shè)備在工作年限內(nèi)可靠工作，必須限制各種材料的發(fā)熱溫度，使其不超過一定數(shù)值，這個溫度就種材料的發(fā)熱溫度，使其不超過一定數(shù)值，這個溫度就是最高允許發(fā)熱是最高允許發(fā)熱 溫度，簡稱溫度，簡稱最高允許溫度最高允許溫度 a 。材料不

8、同，材料不同，作用不同，允許的作用不同，允許的 a不同。通常設(shè)：不同。通常設(shè)： 周圍空氣溫度為周圍空氣溫度為 0； 零部件溫度為零部件溫度為 ；當(dāng)零部件溫度；當(dāng)零部件溫度 0時，時，則溫升則溫升 0； 按標(biāo)準(zhǔn)，按標(biāo)準(zhǔn)， 0取最不利的情況：取最不利的情況：+401.1.導(dǎo)體正常工作時最高允許溫導(dǎo)體正常工作時最高允許溫 a 一般不超過一般不超過 70 0C；在計及太陽輻射（日照）的影響時：在計及太陽輻射（日照）的影響時：鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過鋼芯鋁絞線及管形導(dǎo)體，可按不超過80來考來考 慮；慮；當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時：允許提高當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時：允

9、許提高到到85 0C；當(dāng)有銀的覆蓋層時：當(dāng)有銀的覆蓋層時： 可提高到可提高到95。 2.2.導(dǎo)體通過短路電流時最高允許溫度導(dǎo)體通過短路電流時最高允許溫度硬鋁及鋁錳合金：硬鋁及鋁錳合金： 可取可取2000C，硬銅：硬銅： 可取可取300 0C 。 可見可見短時最高允許溫度可高于正常最可見可見短時最高允許溫度可高于正常最高允許溫度高允許溫度3.1.5 導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計算導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱計算根據(jù)能量守恒原理有熱平衡式：根據(jù)能量守恒原理有熱平衡式：導(dǎo)體的（發(fā)熱量散熱量）使導(dǎo)體溫度升高的熱量導(dǎo)體的（發(fā)熱量散熱量）使導(dǎo)體溫度升高的熱量n求解長期發(fā)熱所對應(yīng)的熱平衡式求解長期發(fā)熱所對應(yīng)的熱平衡式，可得到：，

10、可得到： 1.1.長期發(fā)熱的溫升及其過程；長期發(fā)熱的溫升及其過程； 2.2.導(dǎo)體的允許載流量。導(dǎo)體的允許載流量。n求解短時發(fā)熱所對應(yīng)的熱平衡式求解短時發(fā)熱所對應(yīng)的熱平衡式，可得到：，可得到： 1.1.短時發(fā)熱的最高溫度短時發(fā)熱的最高溫度h h； 2.2. 與短時發(fā)熱量相對應(yīng)（成比例）的短路熱效應(yīng)與短時發(fā)熱量相對應(yīng)（成比例）的短路熱效應(yīng)QQk k（電氣設(shè)備的發(fā)熱耐（電氣設(shè)備的發(fā)熱耐受能力技術(shù)參數(shù)）受能力技術(shù)參數(shù)）。 因此需對熱平衡式中的各發(fā)熱量、散熱量進(jìn)行計算。因此需對熱平衡式中的各發(fā)熱量、散熱量進(jìn)行計算。1.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱n導(dǎo)體的發(fā)熱：導(dǎo)體的發(fā)熱： 來自導(dǎo)體電阻損耗的熱量；日

11、照來自導(dǎo)體電阻損耗的熱量；日照（當(dāng)導(dǎo)體放置在露天時）。（當(dāng)導(dǎo)體放置在露天時）。n熱量的耗散有：熱量的耗散有： 對流、對流、輻射、輻射、導(dǎo)熱三種形式。導(dǎo)熱三種形式。1.導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱續(xù)導(dǎo)體的發(fā)熱和散熱續(xù)1發(fā)熱量和散熱量計算式發(fā)熱量和散熱量計算式發(fā)熱量計算式發(fā)熱量計算式散熱量計算式散熱量計算式導(dǎo)體電阻損耗引起的發(fā)熱量導(dǎo)體電阻損耗引起的發(fā)熱量QR吸收太陽輻射的熱量吸收太陽輻射的熱量Qt導(dǎo)體對周圍輻射散熱量導(dǎo)體對周圍輻射散熱量Qf空氣對流使導(dǎo)體散去的熱量空氣對流使導(dǎo)體散去的熱量Ql2.導(dǎo)體溫度的升高及熱平衡式導(dǎo)體溫度的升高及熱平衡式在穩(wěn)定狀態(tài)時：在穩(wěn)定狀態(tài)時：n若若 Q QR RQ Qt t Q Q

12、f fQ Ql l 則導(dǎo)體不會有溫升則導(dǎo)體不會有溫升 （導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫度相等）。（導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫度相等）。 （由于空氣導(dǎo)熱量很小，因此裸導(dǎo)體對空氣的導(dǎo)熱散熱量由于空氣導(dǎo)熱量很小，因此裸導(dǎo)體對空氣的導(dǎo)熱散熱量Q Qd d可可略去不計略去不計）。）。n若發(fā)熱量之和若發(fā)熱量之和Q QR R Q Qt t 散熱量之和散熱量之和 Q Qf f Q Ql l ，則導(dǎo)體溫度，則導(dǎo)體溫度升高（高于環(huán)境溫度），熱量為升高（高于環(huán)境溫度），熱量為Q Qc c。 通電導(dǎo)體溫度不升高時的熱平衡式：通電導(dǎo)體溫度不升高時的熱平衡式：（1 1）通電導(dǎo)體電阻損耗的熱量）通電導(dǎo)體電阻損耗的熱量Q QR R的計算的計算常用電

13、工材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)如常用電工材料的電阻率及電阻溫度系數(shù)如表表3 3一一1 1所示。所示。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)n 導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)數(shù)與電流的頻率、導(dǎo)體的形狀和尺寸有關(guān)。體的形狀和尺寸有關(guān)。n矩形截面導(dǎo)體矩形截面導(dǎo)體的集膚的集膚效應(yīng)系數(shù)，如圖效應(yīng)系數(shù)，如圖3 31 1所示。所示。導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)系數(shù)2 2n圓柱及圓管導(dǎo)體圓柱及圓管導(dǎo)體的的集膚效應(yīng)系數(shù)，如集膚效應(yīng)系數(shù)，如圖圖3 32 2所示。圖中所示。圖中f f為電源頻率，為電源頻率，R Rdcdc, ,為為100m100m長導(dǎo)體的直長導(dǎo)體的直流電阻。流電阻。（2 2）導(dǎo)體

14、吸收太陽輻射的熱量）導(dǎo)體吸收太陽輻射的熱量QtQt計算計算（3 3）導(dǎo)體對流散熱量）導(dǎo)體對流散熱量Q Ql l計算計算1 1）自然對流散熱系數(shù)）自然對流散熱系數(shù)2 2）強(qiáng)迫對流散熱系數(shù)）強(qiáng)迫對流散熱系數(shù) 單位長度導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。單位長度導(dǎo)體的散熱面積與導(dǎo)體尺寸、布置方式等因素有關(guān)。 導(dǎo)體片（條）間距離越近，對流條件就越差，故有效面積應(yīng)導(dǎo)體片（條）間距離越近，對流條件就越差，故有效面積應(yīng)相應(yīng)減小。相應(yīng)減小。 以下是幾種常用導(dǎo)體（如圖以下是幾種常用導(dǎo)體（如圖3 3一一3 3所示）的對流散熱面積。所示）的對流散熱面積。a.a.單條導(dǎo)體的散熱面積單條導(dǎo)體的散熱面積b.b.

15、二條導(dǎo)體的散熱面積二條導(dǎo)體的散熱面積c.c.三條導(dǎo)體的散熱面積三條導(dǎo)體的散熱面積d.d.槽形導(dǎo)體的散熱面積槽形導(dǎo)體的散熱面積e.e.圓管形導(dǎo)體的散熱面積圓管形導(dǎo)體的散熱面積（4 4）導(dǎo)體輻射散熱量）導(dǎo)體輻射散熱量QfQf的計算的計算導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)導(dǎo)體材料的輻射系數(shù)單條導(dǎo)體輻射表面積單條導(dǎo)體輻射表面積兩條導(dǎo)體輻射表面積兩條導(dǎo)體輻射表面積三條導(dǎo)體、槽形導(dǎo)體導(dǎo)體的輻射表面積三條導(dǎo)體、槽形導(dǎo)體導(dǎo)體的輻射表面積（5 5）導(dǎo)熱散熱量）導(dǎo)熱散熱量Q Qd d的計算的計算3.2 導(dǎo)體正常運(yùn)行時的（長期）發(fā)熱與短導(dǎo)體正常運(yùn)行時的（長期）發(fā)熱與短路時的（短時）發(fā)熱計算路時的（短時）發(fā)熱計算3.2.1長期發(fā)熱計

16、算長期發(fā)熱計算3.2.2短時發(fā)熱計算短時發(fā)熱計算學(xué)習(xí)長期發(fā)熱計算后應(yīng)了解和掌握的內(nèi)容學(xué)習(xí)長期發(fā)熱計算后應(yīng)了解和掌握的內(nèi)容1.1.導(dǎo)體正常工作時的溫升過程分析與計算導(dǎo)體正常工作時的溫升過程分析與計算2.2.長期發(fā)熱溫升的特點(diǎn)長期發(fā)熱溫升的特點(diǎn)3.3.導(dǎo)體載流量的計算導(dǎo)體載流量的計算4.4.大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱5.5.大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算學(xué)習(xí)短時發(fā)熱計算后應(yīng)了解和掌握的內(nèi)容學(xué)習(xí)短時發(fā)熱計算后應(yīng)了解和掌握的內(nèi)容1.1.計算短時發(fā)熱的目的計算短時發(fā)熱的目的2.2.導(dǎo)體短路時的發(fā)熱分析過程導(dǎo)體短路時的發(fā)熱分析過程3.3.短路電流熱效應(yīng)的計算方法短路

17、電流熱效應(yīng)的計算方法3.2.1長期發(fā)熱計算長期發(fā)熱計算1.1.導(dǎo)體正常工作時的溫升過程分析導(dǎo)體正常工作時的溫升過程分析 由熱平衡式由熱平衡式(室內(nèi)、不含日照發(fā)熱量室內(nèi)、不含日照發(fā)熱量Q Qt t) )： QcQcQ QR R（Q Ql lQ Qf f） 或或 Q QR R QcQc Q Ql lQ Qf f （3 31212） Q QR R為導(dǎo)體流過電流發(fā)熱產(chǎn)生的熱量。為導(dǎo)體流過電流發(fā)熱產(chǎn)生的熱量。 QcQc為導(dǎo)體溫度升高所需的熱量，當(dāng)其為零時導(dǎo)體無溫升。為導(dǎo)體溫度升高所需的熱量，當(dāng)其為零時導(dǎo)體無溫升。 （Q Ql lQ Qf f）w w（w w0 0）F F 為對流、輻射復(fù)合散熱總散熱量。為

18、對流、輻射復(fù)合散熱總散熱量。 FF導(dǎo)體的散熱面積，導(dǎo)體的散熱面積，m m2 2 w w對流、輻射復(fù)合散熱總散熱系數(shù)。對流、輻射復(fù)合散熱總散熱系數(shù)。熱平衡式（熱平衡式（3 31212）的求解與分析）的求解與分析長期發(fā)熱溫升的特點(diǎn)長期發(fā)熱溫升的特點(diǎn)由由 這就是長期發(fā)熱溫升的特點(diǎn)這就是長期發(fā)熱溫升的特點(diǎn)2.2.導(dǎo)體載流量的計算導(dǎo)體載流量的計算 穩(wěn)定溫升為：穩(wěn)定溫升為：可見：導(dǎo)體（或電器）的載流量與其材料、有效截面積、環(huán)境溫度、可見：導(dǎo)體（或電器）的載流量與其材料、有效截面積、環(huán)境溫度、散熱條件、是否受日照等因素有關(guān)，這就是額定電流的由來。散熱條件、是否受日照等因素有關(guān)，這就是額定電流的由來。提高導(dǎo)體

19、的載流量措施提高導(dǎo)體的載流量措施 當(dāng)導(dǎo)體的材料、尺寸、散熱條件確定之后，導(dǎo)體的載流量亦隨之確定（電氣設(shè)備額定電當(dāng)導(dǎo)體的材料、尺寸、散熱條件確定之后，導(dǎo)體的載流量亦隨之確定（電氣設(shè)備額定電流的確定為同理）。流的確定為同理）。 增加增加 （320） （321） 式中的分子，減小其分母式中的分子，減小其分母可提高導(dǎo)體的載流量可提高導(dǎo)體的載流量，通常的措施有：，通常的措施有：采用電阻率小的材料，如鋁、鋁合金等。采用電阻率小的材料，如鋁、鋁合金等。n在同樣截面積的條件下，采用表面積較大得導(dǎo)體的形狀（圓形導(dǎo)體的表面積較小，而在同樣截面積的條件下，采用表面積較大得導(dǎo)體的形狀（圓形導(dǎo)體的表面積較小，而矩形、槽

20、形的表面積則較大）。矩形、槽形的表面積則較大）。n導(dǎo)體布置應(yīng)采取散熱效果最佳的方式（而矩形截面導(dǎo)體豎放的散熱效果比平放的要導(dǎo)體布置應(yīng)采取散熱效果最佳的方式（而矩形截面導(dǎo)體豎放的散熱效果比平放的要好）。好）。RIQQQtflRRFIQQflww)(03.3.大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱大電流附近的鋼構(gòu)發(fā)熱n剛構(gòu)發(fā)熱的原因：磁滯、渦流損耗。剛構(gòu)發(fā)熱的原因：磁滯、渦流損耗。n導(dǎo)體電流大于導(dǎo)體電流大于3000A時，附近的的措施時，附近的的措施不容忽視。不容忽視。n鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果。鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果。n減少鋼構(gòu)發(fā)熱的措施的措施：減少鋼構(gòu)發(fā)熱的措施的措施：P64P64鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果

21、鋼構(gòu)發(fā)熱可能引起的不良后果n使材料產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形。使材料產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形。n使接觸連接損壞。使接觸連接損壞。n混凝土中的鋼筋受熱膨脹，會使混凝土發(fā)生裂縫?；炷林械匿摻钍軣崤蛎?，會使混凝土發(fā)生裂縫。 鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度規(guī)定：鋼構(gòu)發(fā)熱的最高允許溫度規(guī)定：n人可觸及的鋼構(gòu)為人可觸及的鋼構(gòu)為7070o oC C ；n人不可觸及的鋼構(gòu)為人不可觸及的鋼構(gòu)為100100o oC C ；n混凝土中的鋼筋為混凝土中的鋼筋為8080o oC C 。減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施n（1 1）加大鋼構(gòu)和導(dǎo)體之間的距離）加大鋼構(gòu)和導(dǎo)體之間的距離 使磁場強(qiáng)度減弱，因而可降低渦

22、流使磁場強(qiáng)度減弱，因而可降低渦流和磁滯損耗。和磁滯損耗。 n（2 2）斷開鋼構(gòu)回路，并加上絕緣墊）斷開鋼構(gòu)回路，并加上絕緣墊 消除環(huán)流。消除環(huán)流。減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施（續(xù)減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施（續(xù)1 1）n（3 3）采用電磁屏蔽）采用電磁屏蔽 在磁場強(qiáng)度在磁場強(qiáng)度H H最大的部位套最大的部位套上短路環(huán)（鋁環(huán)或銅環(huán)），利上短路環(huán)（鋁環(huán)或銅環(huán)），利用短路環(huán)中感應(yīng)電流的去磁作用短路環(huán)中感應(yīng)電流的去磁作用以降低導(dǎo)體的磁場，如圖用以降低導(dǎo)體的磁場，如圖3 3一一6 6所示；所示； 在導(dǎo)體與鋼構(gòu)之間安置屏在導(dǎo)體與鋼構(gòu)之間安置屏蔽柵，柵中的電流亦可使磁場蔽柵，柵中的電流亦可使磁場削弱。削弱

23、。減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施（續(xù)減少鋼構(gòu)熱損耗和發(fā)熱的常用措施（續(xù)2 2）n（4 4）采用分相封閉母線。）采用分相封閉母線。 如圖如圖3 3一一7 7所示，每所示，每相母線分別用鋁質(zhì)外殼相母線分別用鋁質(zhì)外殼包住，外殼上的渦流和包住，外殼上的渦流和環(huán)流能起雙重屏蔽作用，環(huán)流能起雙重屏蔽作用，殼內(nèi)和殼外磁場均大大殼內(nèi)和殼外磁場均大大降低，從而使附近鋼構(gòu)降低，從而使附近鋼構(gòu)發(fā)熱得到較好改善。發(fā)熱得到較好改善。4.4.大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：（1 1）大電流封閉母線（全連式分相封閉母線）的使用場合；）大電流封閉母線（全連式分相封閉母線）的使用場合

24、；（P65P65）（2 2）分相封閉母線的優(yōu)點(diǎn)；（）分相封閉母線的優(yōu)點(diǎn)；（P65P65）（3 3）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱的計算式；）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱的計算式；（4 4）大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算。）大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算。 （采用工程算法（采用工程算法利用利用外殼總散熱曲線外殼總散熱曲線、母線母線85 0C時的總散熱時的總散熱曲線曲線、母線散熱差值與母線實(shí)際溫度的關(guān)系曲線母線散熱差值與母線實(shí)際溫度的關(guān)系曲線）（1 1）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱1 1）封閉母線的發(fā)熱）封閉母線的發(fā)熱母線母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗導(dǎo)體的發(fā)熱損耗計算計算母線母線外殼的發(fā)熱損

25、耗外殼的發(fā)熱損耗計算計算2 2）封閉母線的散熱）封閉母線的散熱母線的散熱量計算（母線向外殼的母線的散熱量計算（母線向外殼的輻射散熱輻射散熱和和對流散對流散熱熱）外殼的散熱量計算（外殼對周圍空氣的外殼的散熱量計算（外殼對周圍空氣的輻射散熱輻射散熱和和自自然對流散熱然對流散熱）（1 1）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱1）封閉母線的發(fā)熱計算）封閉母線的發(fā)熱計算母線母線導(dǎo)體的發(fā)熱損耗導(dǎo)體的發(fā)熱損耗計算計算母線母線外殼的發(fā)熱損耗外殼的發(fā)熱損耗計算計算（1 1）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱續(xù)）大電流封閉母線的發(fā)熱和散熱續(xù)1 12）封閉母線的散熱）封閉母線的散熱母線的散熱量計算母線的散

26、熱量計算外殼的散熱量計算外殼的散熱量計算母線向外殼的母線向外殼的輻射散熱量輻射散熱量母線向外殼的母線向外殼的對流散熱量對流散熱量中間相（中間相（B相）外相）外殼的殼的輻射散熱量輻射散熱量外邊相（外邊相（A、C相）外相）外殼的殼的輻射散熱量輻射散熱量外殼的自然外殼的自然對流散熱量對流散熱量封閉母線及其結(jié)構(gòu)封閉母線及其結(jié)構(gòu)n發(fā)變組之間的引出線采用敞露式，容易受到外界的影發(fā)變組之間的引出線采用敞露式，容易受到外界的影響，如表面積灰和發(fā)生相間短路等，使運(yùn)行可靠性降低。響，如表面積灰和發(fā)生相間短路等，使運(yùn)行可靠性降低。n我國我國2020萬一萬一9090萬萬kWkW機(jī)組的母線，已廣泛采用全連式分相機(jī)組的母

27、線，已廣泛采用全連式分相封閉母線，稱為大電流封閉母線。封閉母線，稱為大電流封閉母線。n全連式分相封閉母線結(jié)構(gòu)：母線由鋁管制成，每相母線全連式分相封閉母線結(jié)構(gòu)：母線由鋁管制成，每相母線各封裝在單獨(dú)的外殼內(nèi)，外殼兩端用短路板連接起來。各封裝在單獨(dú)的外殼內(nèi)，外殼兩端用短路板連接起來。其結(jié)構(gòu)參見圖其結(jié)構(gòu)參見圖3 3一一8 8所示所示分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn)分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn) 1 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n運(yùn)行可靠性高運(yùn)行可靠性高 因母線置于外殼中，能防止相間短路，因母線置于外殼中，能防止相間短路，而且外殼多點(diǎn)接地，可保障人體接觸時的安全；而且外殼多點(diǎn)接地，可保障人體接觸時的安全；n短路時母線相間的電動力大大降低

28、短路時母線相間的電動力大大降低 由于外殼渦流和環(huán)由于外殼渦流和環(huán)流的屏蔽作用，使殼內(nèi)磁場減弱，減小短路電動力有明流的屏蔽作用，使殼內(nèi)磁場減弱，減小短路電動力有明顯的效果；顯的效果；n殼外磁場因外殼電流的屏蔽作用而減弱殼外磁場因外殼電流的屏蔽作用而減弱 可較好改善母可較好改善母線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱；線附近鋼構(gòu)的發(fā)熱；n安裝和維護(hù)工作量均小安裝和維護(hù)工作量均小。分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn)分相封閉母線的優(yōu)、缺點(diǎn) 2缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n母線散熱條件較差；母線散熱條件較差；n外殼上產(chǎn)生損耗；外殼上產(chǎn)生損耗；n金屬消耗量增加金屬消耗量增加。1 1）封閉母線的發(fā)熱）封閉母線的發(fā)熱2 2）封閉母線的散熱）封閉母線的散熱（2

29、 2）大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算）大電流封閉母線運(yùn)行溫度的計算n根據(jù)前述的封閉母線的發(fā)熱和散熱計算根據(jù)前述的封閉母線的發(fā)熱和散熱計算式，列出熱平衡方程式解出母線運(yùn)行溫式，列出熱平衡方程式解出母線運(yùn)行溫度度w w。n工程算法是利用三條工程曲線（參見工程算法是利用三條工程曲線（參見P67P67、P68P68）大電流封閉母線運(yùn)行溫度計算大電流封閉母線運(yùn)行溫度計算（工程曲線的應(yīng)用）（工程曲線的應(yīng)用）1 1）外殼的總散熱曲線）外殼的總散熱曲線 如圖如圖3 3一一9 9所示。所示。將式（將式（(3-26)(3-26)、式、式(3-27)(3-27)式（式（3-283-28）相加起來，即）相加起來，即得得

30、: :計算出計算出QsQs即可查曲線得即可查曲線得s sQQs sQQR R Q QwRwR Q QsRsR )( ssfQ 2 2）母線的總散熱曲線）母線的總散熱曲線 如圖如圖3 3一一1010所示。利用式（所示。利用式（(3(3一一2424）和式（）和式（(3(3一一25)25)，并假，并假定母線溫度。，定母線溫度。，85 9C85 9C，便可得到：便可得到：算出算出s s即可由曲線查出即可由曲線查出QQw85w85)(858585 swcwrWfQQQ 3 3）QQw w，與，與w w，的關(guān)系，的關(guān)系曲線如圖曲線如圖3 3一一1111所示所示QQw w QQw w QQw85w85 Q

31、Qw w Q QwRwRQ QwR wR 、Q QsRsR為為母線的發(fā)熱損母線的發(fā)熱損耗、外殼的發(fā)熱損耗，耗、外殼的發(fā)熱損耗，可直接算得?？芍苯铀愕?。3.2.2 短時發(fā)熱計算短時發(fā)熱計算1.1.計算短時發(fā)熱的目的計算短時發(fā)熱的目的2.2.導(dǎo)體短路時的發(fā)熱過程分析導(dǎo)體短路時的發(fā)熱過程分析 短時發(fā)熱的特點(diǎn)短時發(fā)熱的特點(diǎn) 熱平衡方程式的分析計算熱平衡方程式的分析計算 計算結(jié)果式的應(yīng)用計算結(jié)果式的應(yīng)用3.3.短路電流熱效應(yīng)短路電流熱效應(yīng)Q Qk k的定義及其計算的定義及其計算定義定義計算方法計算方法1.1.計算短時發(fā)熱的目的計算短時發(fā)熱的目的（1 1）確定導(dǎo)體的最高溫度）確定導(dǎo)體的最高溫度（2 2）或

32、算出與導(dǎo)體的最高溫度相對應(yīng)）或算出與導(dǎo)體的最高溫度相對應(yīng)的短路電流熱效應(yīng)的短路電流熱效應(yīng)Q Qk k2.2.導(dǎo)體短路時的發(fā)熱過程分析導(dǎo)體短路時的發(fā)熱過程分析 短時發(fā)熱的特點(diǎn)短時發(fā)熱的特點(diǎn)1）發(fā)熱時間短，是一個絕熱過程）發(fā)熱時間短，是一個絕熱過程 產(chǎn)生的熱量來不及向周圍介質(zhì)散布，可認(rèn)為在短路電流持產(chǎn)生的熱量來不及向周圍介質(zhì)散布，可認(rèn)為在短路電流持續(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，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(rèn)為是一個絕熱過程；即認(rèn)為是一個絕熱過程；2）電阻和比熱容不能再視為常數(shù)）電阻和比熱容不能再視為常數(shù) 短路時導(dǎo)體溫度變化范圍很大，它的，而應(yīng)為溫度的函數(shù)

33、。短路時導(dǎo)體溫度變化范圍很大，它的，而應(yīng)為溫度的函數(shù)。 短路時導(dǎo)體的發(fā)熱過程如短路時導(dǎo)體的發(fā)熱過程如圖圖3 3一一1212所示所示 從短路開始（從短路開始（t tw w) )到短路被到短路被切除（切除（t tk k）這段極短的時）這段極短的時間內(nèi)，導(dǎo)體的溫度從初始間內(nèi)，導(dǎo)體的溫度從初始值值w w，很快上升到最大值，很快上升到最大值h h。在短路被切除后，導(dǎo)。在短路被切除后，導(dǎo)體的溫度從最大值體的溫度從最大值h h、自、自然冷卻到周圍環(huán)境溫度然冷卻到周圍環(huán)境溫度o o熱平衡方程式的分析計算熱平衡方程式的分析計算 計算結(jié)果式的應(yīng)用計算結(jié)果式的應(yīng)用3.3.短路電流熱效應(yīng)短路電流熱效應(yīng)Q Qk k的定

34、義及的定義及其計算其計算（1 1）等值時間法計算）等值時間法計算Q Qk k Q Qp p Q Qnpnp（2 2）實(shí)用計算法計算）實(shí)用計算法計算Q Qk k Q Qp p Q Qnpnp3.3 3.3 載流導(dǎo)體短路時的電動力計算載流導(dǎo)體短路時的電動力計算一、計算電動力的方法一、計算電動力的方法二、三相載流導(dǎo)體短路時的電動力二、三相載流導(dǎo)體短路時的電動力三、分相封閉母線的電動力計算三、分相封閉母線的電動力計算3.3.1計算電動力的方法計算電動力的方法n電動力是磁場對載流導(dǎo)體的一種作用力。電動力是磁場對載流導(dǎo)體的一種作用力。n電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流過導(dǎo)體的工作電電氣設(shè)備在正常狀態(tài)下，由于流

35、過導(dǎo)體的工作電流相對較小，相應(yīng)的電動力也較小，因而不易為流相對較小，相應(yīng)的電動力也較小，因而不易為人們所察覺。而在短路時，特別是短路沖擊電流人們所察覺。而在短路時，特別是短路沖擊電流流過時，電動力可達(dá)到很大的數(shù)值，當(dāng)載流導(dǎo)體流過時，電動力可達(dá)到很大的數(shù)值，當(dāng)載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時，將會產(chǎn)生變形或和電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度不夠時，將會產(chǎn)生變形或損壞。損壞。n為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須研究短路沖擊電為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須研究短路沖擊電流產(chǎn)生電動力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度流產(chǎn)生電動力的大小和特征，以便選用適當(dāng)強(qiáng)度的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證足夠的動穩(wěn)定性。的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，保證足夠的動

36、穩(wěn)定性。n必要時應(yīng)采取限制短路電流的措施，以減小短路必要時應(yīng)采取限制短路電流的措施，以減小短路電動力。電動力。n計算電動力的方法有：計算電動力的方法有：1.1.畢奧一沙瓦定律計算畢奧一沙瓦定律計算2.2.能量守恒定理計算（略）能量守恒定理計算（略）1.1.畢奧一沙瓦定律法計算電動畢奧一沙瓦定律法計算電動力力n如圖如圖3 3一一1616所示，處所示，處在磁場中的導(dǎo)體在磁場中的導(dǎo)體L L，通過電流通過電流i i，根據(jù)畢，根據(jù)畢奧一沙瓦定律可知，奧一沙瓦定律可知，導(dǎo)體單元長度導(dǎo)體單元長度dldl上所上所受的電動力受的電動力dFdF為n將式（將式（3 3一一44)44)沿導(dǎo)體沿導(dǎo)體L L的全長積分，可

37、得的全長積分，可得到導(dǎo)體到導(dǎo)體L L全長上所受的總電動力為全長上所受的總電動力為 2 2兩條平行導(dǎo)體間的電動力的計兩條平行導(dǎo)體間的電動力的計算算n因配電裝置中，因配電裝置中，導(dǎo)體都是平行布導(dǎo)體都是平行布置的，所以在分置的，所以在分析三相導(dǎo)體受力析三相導(dǎo)體受力情況之前，先分情況之前，先分析兩根細(xì)長平行析兩根細(xì)長平行導(dǎo)體間的電動力。導(dǎo)體間的電動力。n利用式（利用式（3 3一一4545）來確定）來確定兩條載流導(dǎo)體間的電動兩條載流導(dǎo)體間的電動力，可以認(rèn)為一條導(dǎo)體力，可以認(rèn)為一條導(dǎo)體處在另一條導(dǎo)體的磁場處在另一條導(dǎo)體的磁場里。設(shè)載流導(dǎo)體里。設(shè)載流導(dǎo)體1 1中的電中的電流流i i1 1在導(dǎo)體在導(dǎo)體2 2處

38、所產(chǎn)生的處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為n矩形截面、槽形截面的矩形截面、槽形截面的形狀系數(shù)形狀系數(shù)k k參見圖參見圖3-183-18、表表3-43-4n對于圖對于圖3-183-18而言，而言，3.3.2三相載流導(dǎo)體短路時的電動力三相載流導(dǎo)體短路時的電動力1.電動力的計算電動力的計算邊相、中相的三相短路電動力組成及分量邊相、中相的三相短路電動力組成及分量2.電動力的最大值電動力的最大值nF FA A的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大的瞬間，此時的最大值出現(xiàn)在固定分量和非周期分量之和為最大的瞬間，此時 臨界初相角臨界初相角A A=75=75o o或或255255o o等。等。nF FB

39、 B的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間，此時的最大值出現(xiàn)在非周期分量為最大的瞬間，此時臨界初相角臨界初相角A A為為7575o o, 165, 165o o, 255, 255o o及及345345o o等。等。將臨界初相角分別代人電動力表示式（將臨界初相角分別代人電動力表示式（3-493-49）和式（）和式（3-50)3-50)，一般取，一般取Ta = Ta = 0.05s,0.05s,得到：得到：兩相短路和三相短路時的電動力比較兩相短路和三相短路時的電動力比較3.3.導(dǎo)體振動時的動態(tài)應(yīng)力導(dǎo)體振動時的動態(tài)應(yīng)力3.3.3分相封閉母線的電動力計算分相封閉母線的電動力計算n 采用分相封閉母線后，

40、鄰相母線產(chǎn)生的磁通穿人本相采用分相封閉母線后，鄰相母線產(chǎn)生的磁通穿人本相時，因受到外殼屏蔽作用而大大減弱。母線通過短路時，因受到外殼屏蔽作用而大大減弱。母線通過短路電流時，受到殼內(nèi)磁場的作用，經(jīng)推導(dǎo)得出三相短路電流時，受到殼內(nèi)磁場的作用，經(jīng)推導(dǎo)得出三相短路時的電動力為：時的電動力為：3.4 3.4 電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析一、基本概念一、基本概念二、可靠性的主要指標(biāo)二、可靠性的主要指標(biāo)三、電氣主接線的可靠性三、電氣主接線的可靠性3.4.1基本概念基本概念n發(fā)電廠和變電站能否完成規(guī)定的功能與發(fā)電廠和變電站能否完成規(guī)定的功能與電氣設(shè)備及主接線有著密切的關(guān)系。電氣設(shè)備

41、及主接線有著密切的關(guān)系。n對電氣設(shè)備及主接線進(jìn)行可靠性分析計對電氣設(shè)備及主接線進(jìn)行可靠性分析計算的主要目的，是通過設(shè)備的可靠性數(shù)算的主要目的，是通過設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)來分析計算電氣主接線的可靠性，將據(jù)來分析計算電氣主接線的可靠性，將其分析計算結(jié)果用作：其分析計算結(jié)果用作：（1 1）設(shè)計和評價電氣主接線的依據(jù)；）設(shè)計和評價電氣主接線的依據(jù)；（2 2）選擇最優(yōu)方案的依據(jù)；）選擇最優(yōu)方案的依據(jù)；（3 3）對已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供）對已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供電路徑，選擇最佳運(yùn)行方式；電路徑，選擇最佳運(yùn)行方式；（4 4）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修

42、計劃和采取相應(yīng)對策排檢修計劃和采取相應(yīng)對策（5 5）研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等。）研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等?？煽啃苑治鲇嬎憬Y(jié)果用于可靠性分析計算結(jié)果用于： 1可靠性的含義可靠性的含義n系統(tǒng)系統(tǒng)是由許多是由許多元件元件組成組成n元件元件不能再分解不能再分解n元件與系統(tǒng)是相對的元件與系統(tǒng)是相對的n 可靠性可靠性定義：元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定定義：元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和預(yù)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的條件下和預(yù)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的的概率概率。電氣主接線的可靠性定義電氣主接線的可靠性定義n在規(guī)定的額定條件下和預(yù)定的時間內(nèi)（例如在規(guī)定的額定條件下和預(yù)定的時間內(nèi)（例如一年）完成預(yù)期功能狀況

43、的概率。一年）完成預(yù)期功能狀況的概率。n預(yù)定的功能可規(guī)定一些判據(jù)來衡量。預(yù)定的功能可規(guī)定一些判據(jù)來衡量。n衡量主接線完成功能和喪失功能的判據(jù)：衡量主接線完成功能和喪失功能的判據(jù)：保證某回路或某若干回路供電連續(xù)性的概率；保證某回路或某若干回路供電連續(xù)性的概率；保證發(fā)電出力的概率；保證發(fā)電出力的概率；保證母線電能質(zhì)量的概率保證母線電能質(zhì)量的概率n目前，在設(shè)計主接線時，多以保證連續(xù)供電目前，在設(shè)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)。和發(fā)電出力的概率作為可靠性計算的判據(jù)。 2.從可靠性觀點(diǎn)看電氣設(shè)備的分類從可靠性觀點(diǎn)看電氣設(shè)備的分類n電力系統(tǒng)中使用的設(shè)備（元件）可分為電力系

44、統(tǒng)中使用的設(shè)備（元件）可分為兩類：兩類：可修復(fù)元件可修復(fù)元件和和不可修復(fù)元件不可修復(fù)元件。n可修復(fù)元件可修復(fù)元件：經(jīng)過一段時間工作后，發(fā)：經(jīng)過一段時間工作后，發(fā)生了故障，經(jīng)過修理能再次恢復(fù)到原來生了故障，經(jīng)過修理能再次恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)的設(shè)備，如斷路器、變壓器的工作狀態(tài)的設(shè)備，如斷路器、變壓器等。等。n不可修復(fù)元件不可修復(fù)元件：工作一段時間后，發(fā)生：工作一段時間后，發(fā)生了故障不能修理，或者雖能修復(fù)但不經(jīng)了故障不能修理，或者雖能修復(fù)但不經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，如電阻、電容等。濟(jì)的設(shè)備，如電阻、電容等。n可修復(fù)系統(tǒng)可修復(fù)系統(tǒng)：由可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)。：由可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)。電氣主接線屬于可修復(fù)系統(tǒng)電氣主接

45、線屬于可修復(fù)系統(tǒng)n電力系統(tǒng)中使用的絕大部分設(shè)備，如發(fā)電力系統(tǒng)中使用的絕大部分設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線和輸電線電機(jī)、變壓器、斷路器、母線和輸電線路等都屬于可修復(fù)元件，因此電氣主接路等都屬于可修復(fù)元件，因此電氣主接線亦屬于可修復(fù)系統(tǒng)。線亦屬于可修復(fù)系統(tǒng)。 3 3電氣設(shè)備的工作狀態(tài)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)基本上可分為兩種：基本上可分為兩種：(1)運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)（工作或待命）（工作或待命）可用狀態(tài)，即元件可用狀態(tài)，即元件處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài)處于可執(zhí)行它的規(guī)定功能的狀態(tài)(2)停運(yùn)狀態(tài)停運(yùn)狀態(tài)（故障或檢修）（故障或檢修）不可用狀態(tài)，即元不可用狀態(tài)，即元件由于故障處于不能執(zhí)行其規(guī)定功能的狀態(tài)

46、。件由于故障處于不能執(zhí)行其規(guī)定功能的狀態(tài)。n不可用狀態(tài)中計劃停運(yùn)狀態(tài)是事先安排的。不可用狀態(tài)中計劃停運(yùn)狀態(tài)是事先安排的。n強(qiáng)迫停運(yùn)狀態(tài)是隨機(jī)的。強(qiáng)迫停運(yùn)狀態(tài)是隨機(jī)的。n為簡化分析，可靠性研究中不包括計劃停運(yùn)狀態(tài)。為簡化分析，可靠性研究中不包括計劃停運(yùn)狀態(tài)?？尚迯?fù)元件的壽命過程流程圖可修復(fù)元件的壽命過程流程圖n圖中圖中“1”1”表示運(yùn)行狀態(tài)，表示運(yùn)行狀態(tài)，“0”0”表示停運(yùn)狀態(tài)，持續(xù)表示停運(yùn)狀態(tài)，持續(xù)工作時間工作時間T TU U和持續(xù)停運(yùn)時間和持續(xù)停運(yùn)時間T TD D都是隨機(jī)變量，元件運(yùn)行都是隨機(jī)變量，元件運(yùn)行一段時間一段時間T TU1U1后，隨機(jī)地發(fā)后，隨機(jī)地發(fā)生故障，為恢復(fù)其功能進(jìn)行生故障，

47、為恢復(fù)其功能進(jìn)行修理，經(jīng)修理，經(jīng)T TD1D1時間后又投人時間后又投人運(yùn)行。運(yùn)行。n整個元件的壽命處在整個元件的壽命處在“運(yùn)運(yùn)行行”、“停運(yùn)停運(yùn)”兩種狀態(tài)的兩種狀態(tài)的交替之中，是一個循環(huán)過程交替之中，是一個循環(huán)過程。3.4.2可靠性的主要指標(biāo)可靠性的主要指標(biāo) 可靠性指標(biāo)既可以從成功（及完成某可靠性指標(biāo)既可以從成功（及完成某功能）的角度來描述，也可以從失敗功能）的角度來描述，也可以從失?。ㄊВ┑慕嵌葋砻枋?。（失效）的角度來描述。 常用的指標(biāo)有：常用的指標(biāo)有：可靠度可靠度、可用度可用度、故故障率障率、平均無故障時間平均無故障時間（又稱平均工（又稱平均工作時間）和作時間）和平均停運(yùn)時間平均停運(yùn)時間

48、。 1不可修復(fù)元件的常用可靠性指標(biāo)不可修復(fù)元件的常用可靠性指標(biāo)（1）可靠度可靠度R（t） 一個元件在預(yù)定時間內(nèi)和規(guī)定條件下，一個元件在預(yù)定時間內(nèi)和規(guī)定條件下，執(zhí)行規(guī)定功能的概率。執(zhí)行規(guī)定功能的概率。（2）不可靠度不可靠度F（t） 與可靠度相反，不可靠度函數(shù)與可靠度相反，不可靠度函數(shù)F(t）表示元件在小于或等于預(yù)定時間表示元件在小于或等于預(yù)定時間t發(fā)生故障的概率。發(fā)生故障的概率。（3）故障率故障率（t） 對一個不可修復(fù)元件，故障率表示元對一個不可修復(fù)元件，故障率表示元件在件在t時刻以前處于正常工作狀態(tài)，在時刻以前處于正常工作狀態(tài)，在t時刻以后的下一時刻以后的下一個時間間隔個時間間隔t內(nèi)發(fā)生故障的

49、條件概率。內(nèi)發(fā)生故障的條件概率。（4）平均無故障工作時間平均無故障工作時間（Mean time to failuer）MU 是元件連續(xù)工作時間是元件連續(xù)工作時間TU隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望各指標(biāo)之間的關(guān)系各指標(biāo)之間的關(guān)系可靠度可靠度R R（t t）與與不可靠度不可靠度F F（t t）是是 時間的函數(shù)。兩態(tài)情況下時間的函數(shù)。兩態(tài)情況下, ,下面關(guān)下面關(guān)系成立：系成立： 元件的可靠度和不可靠度是對立的事件，其概率之和等于元件的可靠度和不可靠度是對立的事件，其概率之和等于1 1，所以當(dāng)，所以當(dāng)t=0t=0時，時，R(t)R(t)1 1；t t,R(t,R(t）0 0。這說明元件在開始運(yùn)行

50、時是完。這說明元件在開始運(yùn)行時是完好的，可靠度好的，可靠度R(0)R(0)1 1，但在工作無窮大時間以后，元件必然發(fā)生故，但在工作無窮大時間以后，元件必然發(fā)生故障（失效），故障（失效），故R(R(）0 0。 R(t)R(t)表示可靠度在時間上如何從表示可靠度在時間上如何從1 1向向0 0減減小的情況，（如圖小的情況，（如圖3 3一一2525所示）。所示）。不可靠度和可靠度說明的問題相同。不可靠度和可靠度說明的問題相同。 設(shè)總共有設(shè)總共有n n個相同元件，運(yùn)行個相同元件，運(yùn)行t t時間以后已有時間以后已有n nf f(t)(t)個元件損壞，還剩個元件損壞，還剩n ns s(t)(t)個元件完好，

51、則有個元件完好，則有 可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系f(t)f(t)稱為稱為故障密度函數(shù)故障密度函數(shù)是不可靠度是不可靠度F(t)F(t)對時間對時間t t的一階微分，表示單位時的一階微分，表示單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。間內(nèi)發(fā)生故障的概率。故障率函數(shù)為故障密度函數(shù)故障率函數(shù)為故障密度函數(shù)f(tf(t）與可靠度函數(shù)）與可靠度函數(shù)R(tR(t）的比。式（）的比。式（3 3一一6666）表明可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系，對元件的大量觀測統(tǒng)計，表明可靠度、不可靠度和故障率三者的關(guān)系，對元件的大量觀測統(tǒng)計，可以找出可以找出R(t)R(t)或或F(t)=1-R(t

52、)F(t)=1-R(t)，則可按式（，則可按式（3 3一一6666）求得）求得（t）n設(shè)備可靠度設(shè)備可靠度R(t)R(t)是以故障率是以故障率 （t）對時間積分為指數(shù)的指數(shù)函數(shù)對時間積分為指數(shù)的指數(shù)函數(shù) ，這個結(jié)論非常重要這個結(jié)論非常重要故障率越小可靠度越高。故障率越小可靠度越高。n當(dāng)當(dāng)（t）= 為常數(shù)時為常數(shù)時n設(shè)備可靠度設(shè)備可靠度R(t)R(t)按時間呈指數(shù)分布，并且按時間呈指數(shù)分布，并且只與故障率一個參數(shù)有關(guān)，不反只與故障率一個參數(shù)有關(guān)，不反映設(shè)備的維修狀態(tài)，所以只能用作描述不可修復(fù)元件的靠性。映設(shè)備的維修狀態(tài)，所以只能用作描述不可修復(fù)元件的靠性。平均無故障工作時間平均無故障工作時間M

53、MU U與故障率與故障率（t）的關(guān)系的關(guān)系n根據(jù)期望的定義根據(jù)期望的定義 M MU U M MU U 由式（由式（(3(3一一7373）可見，在上述條件下平均無故）可見，在上述條件下平均無故障工作時間障工作時間M MU U和該設(shè)備的故障率和該設(shè)備的故障率互為倒數(shù)?；榈箶?shù)。當(dāng)故障率為常數(shù)又時，設(shè)備的平均無故障工作當(dāng)故障率為常數(shù)又時，設(shè)備的平均無故障工作時間時間M MU U =1/ =1/ 也是一個常數(shù)。也是一個常數(shù)。故障率故障率（t）的典型形態(tài)的典型形態(tài)n故障率故障率（t）的典型形態(tài)的典型形態(tài)如圖如圖3-263-26所示所示, ,其形似其形似浴盆，故稱浴盆曲線。浴盆，故稱浴盆曲線。對可修復(fù)元件

54、講，對可修復(fù)元件講，原則原則上示每件設(shè)備都能經(jīng)歷上示每件設(shè)備都能經(jīng)歷故障率曲線的各個階段故障率曲線的各個階段。而不可修復(fù)設(shè)備由于壽而不可修復(fù)設(shè)備由于壽命只有一次，在曲線上命只有一次，在曲線上只有一個點(diǎn)來表示。只有一個點(diǎn)來表示。 2可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)(1)（1 1）故障率）故障率 (t(t） 元件由運(yùn)行狀態(tài)向停運(yùn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概元件由運(yùn)行狀態(tài)向停運(yùn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（或單位時間內(nèi)（如一年）元件發(fā)生故障而停運(yùn)的率密度（或單位時間內(nèi)（如一年）元件發(fā)生故障而停運(yùn)的次數(shù)）次數(shù)）（2 2）修復(fù)率）修復(fù)率(t(t） 元件由運(yùn)行停運(yùn)狀態(tài)經(jīng)過修理后轉(zhuǎn)向元件由運(yùn)行停運(yùn)狀態(tài)經(jīng)過修理后轉(zhuǎn)向運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（表示

55、修理能力的指標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率密度（表示修理能力的指標(biāo)平均平均單位時間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備的臺數(shù)）單位時間內(nèi)能修復(fù)設(shè)備的臺數(shù)）（3 3）平均修復(fù)時間）平均修復(fù)時間M MD D 元件連續(xù)停運(yùn)時間元件連續(xù)停運(yùn)時間T TD D隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望，亦稱平均停運(yùn)時間。期望，亦稱平均停運(yùn)時間。（4 4）平均運(yùn)行周期）平均運(yùn)行周期T TS S 可修復(fù)元件的平均故障間隔時間可修復(fù)元件的平均故障間隔時間（Mean time between failureMean time between failure），或稱為平均運(yùn)行周期。），或稱為平均運(yùn)行周期。2 2可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)可修復(fù)元件的可靠性指標(biāo)(2

56、)(2)（5 5）可用度）可用度A A 又稱可用率、有效度，是指穩(wěn)態(tài)下元件或又稱可用率、有效度，是指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率。系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的概率。 可用度與可靠度的不同在于，可靠度的定義中要求元件可用度與可靠度的不同在于，可靠度的定義中要求元件在時間區(qū)間在時間區(qū)間0,t0,t連續(xù)地處于工作狀態(tài)，而可用度則無此連續(xù)地處于工作狀態(tài)，而可用度則無此要求。故而可用度能確切地描述可修復(fù)元件的有效程度。要求。故而可用度能確切地描述可修復(fù)元件的有效程度。（6 6）不可用度）不可用度 （又稱不可用率、無效度）指穩(wěn)態(tài)下元（又稱不可用率、無效度）指穩(wěn)態(tài)下元件或系統(tǒng)失去規(guī)定功能而處于停運(yùn)狀態(tài)的

57、概率，是可用件或系統(tǒng)失去規(guī)定功能而處于停運(yùn)狀態(tài)的概率，是可用度的對立事件，。度的對立事件，。（7 7）故障頻率）故障頻率 表示設(shè)備在長期運(yùn)行條件下，每年平均表示設(shè)備在長期運(yùn)行條件下，每年平均故障次數(shù)，為平均運(yùn)行周期故障次數(shù)，為平均運(yùn)行周期T TS S的倒數(shù)的倒數(shù)Af各可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系各可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系（1）n平均修復(fù)時間平均修復(fù)時間 n平均運(yùn)行周期平均運(yùn)行周期 n可用度可用度 111MMMMMDUUSUA11MMMDUSMD各各可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系（可靠性指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其相互關(guān)系（2 2）n不可用度不可用度n故障頻率故障頻率 MMMDUDA

58、A1AAfMMTDUS 11算例【例36】3.電氣主接線的可靠性指標(biāo)（1）n發(fā)電廠和變電站的電氣主接線由發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、發(fā)電廠和變電站的電氣主接線由發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、母線和輸電線路等元件組合而成母線和輸電線路等元件組合而成，設(shè)備多、連接復(fù)雜，各種，設(shè)備多、連接復(fù)雜，各種設(shè)備的操作、計劃檢修及故障，對整個主接線的可靠性都有設(shè)備的操作、計劃檢修及故障，對整個主接線的可靠性都有影響。影響。n主接線可靠性的判據(jù)隨著主接線的功能及在電力系統(tǒng)中地位主接線可靠性的判據(jù)隨著主接線的功能及在電力系統(tǒng)中地位不同而異。例如：不同而異。例如： 對終端變電站，其可靠性判據(jù)就是對低壓母線供電的可靠對終端變電

59、站，其可靠性判據(jù)就是對低壓母線供電的可靠程度；程度； 對中間變電站，其可靠性判據(jù)除要考慮對低壓母線供電的對中間變電站，其可靠性判據(jù)除要考慮對低壓母線供電的可靠程度外，還要考慮保證高壓側(cè)功率流動交換的可靠程度可靠程度外，還要考慮保證高壓側(cè)功率流動交換的可靠程度等。等。3.電氣主接線的可靠性指標(biāo)（2）n對主接線可靠性的衡量對主接線可靠性的衡量 以是否保證連續(xù)供以是否保證連續(xù)供電和保證發(fā)出給定電力的概率為基本判據(jù)，如電和保證發(fā)出給定電力的概率為基本判據(jù)，如果不能連續(xù)供電就算系統(tǒng)不可靠，對發(fā)電系統(tǒng)，果不能連續(xù)供電就算系統(tǒng)不可靠，對發(fā)電系統(tǒng)，即使連續(xù)供電，只要發(fā)電容量不能滿足負(fù)荷需即使連續(xù)供電，只要發(fā)電

60、容量不能滿足負(fù)荷需求就算不可靠。求就算不可靠。n主接線的可靠性指標(biāo)用某種供電方式下的主接線的可靠性指標(biāo)用某種供電方式下的可用可用度度A A、平均無故障工作時間平均無故障工作時間T TU U、每年平均停運(yùn)時每年平均停運(yùn)時間間T TD D和和故障頻率故障頻率等表示。等表示。3.4.33.4.3電氣主接線的可靠性計算電氣主接線的可靠性計算n1.1.串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng) 如果系統(tǒng)中任何一個元件發(fā)生故障，如果系統(tǒng)中任何一個元件發(fā)生故障，便構(gòu)成系統(tǒng)故障，這種系統(tǒng)稱為便構(gòu)成系統(tǒng)故障，這種系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)。注意。注意這里所說的這里所說的“串聯(lián)串聯(lián)”一詞，與電路中元件的串聯(lián)一詞，與電路中元件的串聯(lián)概念不同。