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发电厂电气部分计算题答案发电厂电气部分计算题答案 3.9设发电机容量为设发电机容量为10万万kW， 发电机回路最大持续工作电流， 发电机回路最大持续工作电流Imax 6791A，最大负荷利用小时，最大负荷利用小时 Tmax5200h，三相导体水平布置，三相导体水平布置， 相间距离相间距离 a0.7m，发电机出线上短路时间，发电机出线上短路时间 tk0.2s，短路电流，短路电流 I=36.0kA，Itk/228.0kA，Itk24.0kA，周围环境温度，周围环境温度+35， 铝导体弹性模量铝导体弹性模量 E71010Pa， 母线频率系数， 母线频率系数 Nf3.56。 要求选。 要求选 择发电机引出导体。择发电机引出导体。 学过第六章后的做题过程：学过第六章后的做题过程： 解：解： （1）按长期发热允许电流选择截面）按长期发热允许电流选择截面 max2 5800 8947() 0.76 g J I Smm J 发电机出口母线电流大，矩形母线不能满足要求，选用发电机出口母线电流大，矩形母线不能满足要求，选用 2 条条 200mm90mm12mm 标准槽形母线，标准槽形母线，S8080mm2，Kf 1.237，WY46.510-6m3， J29410 8m4， ，IY25o8800A。 求得温度修正系数求得温度修正系数 K0.88， 则则 Ial35o0.8888007744 （A） 6800A 在在 35时，导体长期工作温度：时，导体长期工作温度： 2 2 max 2 ,35 I6791 ()35(7035)61.9 I7744 wal alC C ,35 ,35 () I I I () I ww max maxw alCal wal alC F R F R (2)校验热稳定校验热稳定 由于由于 tk0.2s，求得热效应，求得热效应 QkQpQnp 2222 2 (10)161.867() 12 kk k ptt t QIIIkAS 222 0.2 36259.2() np QTIkAS 正常运行时导体温度为正常运行时导体温度为 61.92o，查表得，查表得 C91， 则满足短路时发热的最小导体截面为则满足短路时发热的最小导体截面为 6 22 min 421.067 101.237 250.795()8080() 91 kf Q K Smmmm C k 满足热稳定要求。满足热稳定要求。 （3）共振校验）共振校验选择绝缘子跨距选择绝缘子跨距 母线共振校验母线共振校验 mS m404010 6 270010.9（kg/m） 设共振频率设共振频率 f1200Hz， 导体不发生共振时的最大绝缘子跨距：导体不发生共振时的最大绝缘子跨距： 108 max 1 3.567*10 *294*10 1.56( ) 20010.9 f N EJ Lm fm 所以为使导体自振频率大于所以为使导体自振频率大于 200Hz，绝缘子最大跨距不允许，绝缘子最大跨距不允许 超过超过 1.56m，取为，取为 1.5m。 （4）动稳定校验）动稳定校验选择衬垫跨距选择衬垫跨距 取发电机出口短路时，冲击系数取发电机出口短路时，冲击系数 K1.9 则则1.9 2 96.732 sh iIkA， 单位长度上相间电动力：单位长度上相间电动力： 72 1 1.735*10*2319.2(/) phsh fiN m a 相间应力为相间应力为 2 2 6 6 2319.2 1.5 11.2219 10 1010 46.5 10 ph ph f L W （Pa） 双槽形导体间作用力：双槽形导体间作用力： 8282 11 5*10 *5*10 *96732 *2339.27(/) 0.2 bsh fiN m h 条间允许应力条间允许应力 2 12 12 alph bb balphb b W f L L Wf 条间衬垫的最大允许跨距：条间衬垫的最大允许跨距： 66 max 12 12 46.5 1070 11.2219 3.744( ) 10 2339.27 alph b b W L f m 一般每隔衬一般每隔衬 0.3-0.5m 设一衬垫，故衬垫跨距设一衬垫，故衬垫跨距 Lb可取可取 0.5m 设发电机容量为 10 万 kW，发电机回路最大持续工作电流 Imax6791A，最 大负荷利用小时 Tmax5200h，三相导体水平布置，相间距离 a0.7m，发 电机出线上短路时间 tk0.2s，短路电流 I=36.0kA，Itk/228.0kA，Itk 24.0kA，周围环境温度+35，铝导体弹性模量 E71010Pa，母线频率系 数 Nf3.56。要求选择发电机引出导体。 下面学过第三章内容后：选截面下面学过第三章内容后：选截面+热稳校验，不全面，学过第六章后选择发热稳校验，不全面，学过第六章后选择发 电机引出导体的详细过程详见后面。电机引出导体的详细过程详见后面。 解：解： （1）按长期发热允许电流选择导体截面 S，并求长期发热温度w 附表 1 和附表 2 给出的导体载流量，是按最高允许温度 70、基准环 境温度 25计算的，由于 0 ,25 () I wal alC F R ，故导体在 35时的载流 量为 ,35,25max () III al wa aC l lC K F R 其中， 0 7035 0.88 7025 al al K max ,25 6791 I I7717 0.88 alC K 查附表 1 和附表 2 知，发电机出口母线电流较大，矩形母线不能满足 要求， 选用 2 条 200mm90mm12mm 标准槽形母线， S8080mm2， Ial,25 8800A。则 Ial,35KIal,250.8888007744（A） 在 35时， ,35 ,35 () I I I () I ww max maxw alCal wal alC F R F R 故 2 2 max 2 ,35 I6791 ()35(7035) I7744 61.9 wal alC C (2)校验热稳定（实用计算法） 由于 tk0.2s，求得热效应 QkQpQnp 2222 2 (10)161.867() 12 kk k ptt t QIIIkAS 222 0.2 36259.2() np QTIkAS 由 于 正 常 运 行 时 导 体 温 度 为61.9oC ， 查 图3-13得 164 0.46 10 w AJm，故 616 262 164 11 421.067 100.46 10 (8080 10 ) 0.525 10 hkw AQA S Jm 查图 3-13 得，71200 h CC满足热稳定要求。 学过第六章后的做题过程：学过第六章后的做题过程： 解：解： （1）按长期发热允许电流选择截面。 )(8947 76. 0 5800 2 max mm J I S g 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 90mm12mm 标准槽形母线，S8080mm2，Kf1.237，WY46.5 10-6m3， J29410 8m4，IY25o8800A。求得温度修正系数 K0.88， 则 Ial35o0.8888007744 （A） 6800A (2)校验热稳定 tk0.2s，求得热效应 QkQpQnp295.07106（A2s） 正常运行时导体温度为 61.92o，查表得 C91， （导体正常运行时温度计 算详见上面） 则满足短路时发热的最小导体截面为 )(8080)(95.209 91 237. 1*10*07.295 22 6 min mmmm C KQ S fk 满足热稳定要求。 （3）共振校验选择绝缘子跨距 母线共振校验 mSm404010 6270010.9（kg/m） 设共振频率 f1200Hz， 导体不发生共振时的最大绝缘子跨距： 108 max 1 3.567*10 *294*10 1.56( ) 20010.9 f N EJ Lm fm 所以为使导体自振频率大于200Hz， 绝缘子最大跨距不允许超过1.56m， 取为 1.5m。 （4）动稳定校验 取发电机出口短路时，冲击系数 K1.9 则1.9 2 96.732 sh iIkA， 单位长度上相间电动力： 72 1 1.735*10*2319.2(/) phsh fiN m a 相间应力为 2 2 6 6 2319.2 1.5 11.2219 10 1010 46.5 10 ph ph f L W （Pa） 双槽形导体间作用力： 8282 11 5*10 *5*10 *96732 *2339.27(/) 0.2 bsh fiN m h 条间允许应力 2 12 12 alph bb balphb b W f L L Wf 条间衬垫的最大允许跨距： 66 max 12 12 46.5 1070 11.221910 3.744( ) 2339.27 alph b b W Lm f 一般每隔衬 0.3-0.5m 设一衬垫，故衬垫跨距 Lb可取 0.5m 4 4- -1010、某、某 220kV220kV 系统的重要变电站装置系统的重要变电站装置 2 2 台台 120MV120MVA A 的主变压器，的主变压器，220kV220kV 侧有侧有 4 4 回进回进 线，线，110kV110kV 侧有侧有 1010 回进线且均为、类负荷，不允许停电检修出现断路器，应采用回进线且均为、类负荷，不允许停电检修出现断路器，应采用 何种何种接线方式接线方式？画出接线图并简要说明。？画出接线图并简要说明。 4 4- -1111、某新建地方热电厂有、某新建地方热电厂有 2 225MW+225MW+250MW50MW 共共 4 4 台发电机，台发电机，8 . 0cos ，U UN N=6.3kV,=6.3kV, 发电机电压级有发电机电压级有 1010 条电缆馈线，其最大综合负荷为条电缆馈线，其最大综合负荷为 30MW30MW，最小为，最小为 20MW20MW，厂用电率为，厂用电率为 10%10%，高压侧为，高压侧为 110kV110kV，有，有 4 4 回线路与电力系统相连，试初步设计该厂回线路与电力系统相连，试初步设计该厂主接线图主接线图，并，并 选择主变压器台数和容量。主接线图上应画出各主要设备及馈线，可不标注型号和参选择主变压器台数和容量。主接线图上应画出各主要设备及馈线，可不标注型号和参 数。数。 1） 原始资料分析和主接线方案的拟定原始资料分析和主接线方案的拟定 地方热电厂（小型地区性电厂，小于地方热电厂（小型地区性电厂，小于 200MW，单机容量，单机容量 6 50MW）具有较多的发电机电压出线，在地方负荷较低时，应能将）具有较多的发电机电压出线，在地方负荷较低时，应能将 多余电能送入系统，而地方负荷较大时，能送系统倒送电能。多余电能送入系统，而地方负荷较大时，能送系统倒送电能。 发电机出口电压等级发电机出口电压等级 6.3kV 地方负荷容量不大，最大负荷地方负荷容量不大，最大负荷 30MW， 最小负荷最小负荷 20MW，采用，采用 2 台台 25MW 发电机的直馈线供电为宜。根据地方热发电机的直馈线供电为宜。根据地方热 电厂的特点，发电机电压接线采用有母线的接线方式。鉴于电厂的特点，发电机电压接线采用有母线的接线方式。鉴于 6.3kV 出线回出线回 路多，且两台发电机单机容量在路多，且两台发电机单机容量在 25MW, 宜采用双母分段接线，并在分段宜采用双母分段接线，并在分段 母线间及电缆母线间及电缆馈线上安装电抗器以限制短路电流。馈线上安装电抗器以限制短路电流。 因机组数目较多，在满足地方负荷的前提下，因机组数目较多，在满足地方负荷的前提下，50MW 容量机组采用单容量机组采用单 元接线直接将把电能送入元接线直接将把电能送入 110kV 电力系统。 （或扩大单元接线）电力系统。 （或扩大单元接线） 110kV 出线出线 4 回，采用双母线带旁母，并采用专用旁母断路器（或双回，采用双母线带旁母，并采用专用旁母断路器（或双 母线，单母带旁母可靠性和经济性综合考虑） 。母线，单母带旁母可靠性和经济性综合考虑） 。 （2）变压器台数和容量的选择）变压器台数和容量的选择 （a）两电压等级之间的变压器）两电压等级之间的变压器 因为要确保对发电机电压上的负荷供电可靠性， 接于发电机电压母线上因为要确保对发电机电压上的负荷供电可靠性， 接于发电机电压母线上 的主变压器不应少于的主变压器不应少于 2 台，故两电压等级之间采用两台主变。台，故两电压等级之间采用两台主变。 正常时，应能将剩余功率送往系统正常时，应能将剩余功率送往系统 (2 25 (1 0.1)20)/212.5MW 当一台发电机故障时，从系统倒送功率满足最大负荷：当一台发电机故障时，从系统倒送功率满足最大负荷： (3025 (1 0.1)/23.75MW 当一台变压器因故退出，应能送出剩余功率的当一台变压器因故退出，应能送出剩余功率的 70以上：以上： (2 25 (1 0.1)20) 0.717.5MW 所以变压器容量应大于所以变压器容量应大于 17.5MW，可选，可选 SF7-25000/110 （b）单元接线的两台变压器）单元接线的两台变压器 1.1 50 (1 0.1)49.5MW 所以选所以选 SF7-75000/110 5-10 已知某火电厂厂用已知某火电厂厂用 6kV 备用变压器容量为备用变压器容量为 12.5MVA， UN=6kV，%8 k U， 要求同时自启动的电动机容量为， 要求同时自启动的电动机容量为11400kW， 电动机启动电流倍数电动机启动电流倍数 Ky=5，cos0.8,0.9 N N 。 试校验该备用试校验该备用 变压器容量能否满足自启动要求。变压器容量能否满足自启动要求。 【参考答案参考答案】任选一种任选一种 1 1 ） 电压 校验：） 电压 校验： 取 基准 容量取 基准 容量12500 jeh SSkVA， 基准 电压， 基准 电压 6 jp UUkV 高 压 自 启 动 电 动 机 的 启 动 容 量 标 么 值 ：高 压 自 启 动 电 动 机 的 启 动 容 量 标 么 值 ： * 5 11400 6.33 cos0.9 0.8 12500 hh M NNeh KP S S 高压厂用母线电压， （高压厂用母线电压， （只需做一种假设只需做一种假设）假设采用）假设采用无激磁电无激磁电 压调压变压器，压调压变压器， * *1 * 1 1.05 0.68 11 6.33 1.1 0.08 o ht U U SX 该高压厂用母线为失压或空载自启动，该高压厂用母线为失压或空载自启动，0.680.7，该组电动该组电动 机不能顺利自启动。机不能顺利自启动。 假设采用有载调压变压器假设采用有载调压变压器 * 1.1 o U， * *1 * 1 1.1 0.710.7 11 6.33 1.1 0.08 o ht U U SX ，该组电动机能顺利自，该组电动机能顺利自 启动。启动。 注意：该电厂为高温高压电厂，另外通过备用变压器取电，所以注意：该电厂为高温高压电厂，另外通过备用变压器取电，所以 * 1 o U 2）按容量校验：）按容量校验：假设采用有载调压变压器假设采用有载调压变压器 * 1.1 o U， 01 1av cos t t UU S U x K * m * P 1.1 0.7 0.9 0.8 125001168811400 0.7 1.1 0.08 5 该组电动机该组电动机可以顺利自启动可以顺利自启动 假设采用假设采用无激磁电压调压变压器，无激磁电压调压变压器， 01 1av cos t t UU S U x K * m * P 1.050.7 0.9 0.8 125001022711400 0.7 1.1 0.08 5 该组电动机不能顺利自启动。该组电动机不能顺利自启动。 第六章第六章 67 选择某选择某 10kV 配电装置的出线断路器配电装置的出线断路器及出线电抗器。设系及出线电抗器。设系 统容量为统容量为 150MVA，归算至，归算至 10kV 母线上的电源短路总电抗母线上的电源短路总电抗 * 0.14X （基准容量（基准容量100 d SMVA） ，出线最大负荷为） ，出线最大负荷为 560A, 出线出线 保护动作时间保护动作时间1 pr ts。 解：解：100 d SMVA，10.5 d UkV，5.5 d IkA 由于由于10.5 Ns UkV, max 560IA，因此选择，因此选择10 10/630SN断路器。断路器。 总阻抗总阻抗 * X 归算至系统的计算阻抗为： 归算至系统的计算阻抗为： * 150 0.140.21 100 X 假设没有加装出线电抗器，系统提供的短路电流为假设没有加装出线电抗器，系统提供的短路电流为 * 11501150 39.3 0.213 10.53 10.5 I X kA 而而10 10/630SN断路器的额定开断电流为断路器的额定开断电流为16 Nbr I，小于，小于I，因此，因此 需要加装出线电抗器，以满足轻型断路器的要求。需要加装出线电抗器，以满足轻型断路器的要求。 选择出线电抗器，根据选择出线电抗器，根据10.5 Ns UkV, max 560IA，初选，初选 NKL10 600 型电抗器。型电抗器。 选择电抗值，令选择电抗值，令16 Nbr IIkA，则，则 * (%)( )100% 5.50.6 10.5 (0.14)100% 165.5 10 2.33% dNd L dN II U xx II U 所以选择所以选择 NKL106004 型电抗器， 其型电抗器， 其(%)4% L x，38.3 es ikA， 222 34 () t I tkAs。 电压损失和残压校验：电压损失和残压校验： 首先重算电抗器后短路电流首先重算电抗器后短路电流 * (%) 5.5 10 0.04 0.6 10.5 0.35 dN LL Nd I U xx I U * 0.350.140.49 L xxx 换 算 到 系 统 的 计 算 电 抗 为换 算 到 系 统 的 计 算 电 抗 为 * 150 0.490.735 100 xx 短路电流短路电流 * 11501150 11.2 0.7353 10.53 10.5 I X kA 电压损失电压损失 max 560 (%)(%)sin0.040.62.24%5% 600 L N I Ux I 残压校验残压校验 11.2 (%)0.0474.7%60 70% 0.6 reL N I Ux I 动稳定校验和热稳定校验动稳定校验和热稳定校验 短路计算时间短路计算时间 1 0.050.061.11 kprina tttts 222 11.21.11 139.2() k QItkAs 1.92 11.230.09 sh ikA 断路器：断路器：1611.2 Nbr II 4 03 0 . 0 9 N c ls h Ii 22 162512139.2 tk I tQ 4030.09 essh ii 电抗器：电抗器： 22 34139.2 tk I tQ，38.330.09 essh ii 610 设发电机容量为设发电机容量为 25MW, 10.5 N UkV，最大负荷利用小时，最大负荷利用小时 max 6000Th， 三相导体水平布置 （导体平放） ， 相间距离， 三相导体水平布置 （导体平放） ， 相间距离0.35am， 发电机出线上短路时间发电机出线上短路时间0.2 k ts， 短路电流， 短路电流 27.2IkA， 2 21.9 k t IkA， 19.2 k t IkA，周围环境，周围环境 0 40 C。试选择发电机引出导体。试选择发电机引出导体。 解：解： 1） 按经济电流密度选择母线截面。 母线最大持续电流为） 按经济电流密度选择母线截面。 母线最大持续电流为 （注（注 意最大持续电流计算中的意最大持续电流计算中的 1.05） max 1.051.05 25 1.804 3cos3 10.5 0.8 N N P I U （kA) 根据图根据图 617 查得查得 max 6000Th时，时， 2 0.68 /JA mm，根据式，根据式 656 有有 2 max 1804 2653() 0.68 J I Smm J 查附表查附表 1，选用每相，选用每相 2 条条 2 12510( 2500mmmmmm）矩形铝导体矩形铝导体（注（注 意选接近计算得到的标准截面）意选接近计算得到的标准截面） ，平放时，平放时3152 N IA，1.45 f K 。 根据式根据式 654、655 得到，当周围环境得到，当周围环境 0 40 C时允许电流为时允许电流为 7040 315225531804 7025 alN IKIAA 满足长期允许发热条件。满足长期允许发热条件。 2）热稳定校验。）热稳定校验。 短短路周期分量热效应路周期分量热效应 2222222 2 0.2 ( 10)(27.210 21.919.2 )98.41() 1212 kk k ptt t QIIIkAs 短路非周期分量的热效应短路非周期分量的热效应 222 0.2 27.2147.97() np QTIkAs 短路热效应短路热效应 2 98.41 147.97246.38() kpnp QQQkAs 正常运行时最高温度为正常运行时最高温度为 220 max 1804 ()()40(7040)()55() 2553 wh al I C I