发电厂电气部分计算题答案.docx
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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
发电厂电气部分计算题答案
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
Imax
＝6791A，最大负荷利用小时Tmax＝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tk＝0.2s，短路电流
I’’=36.0kA，Itk/2＝28.0kA，Itk＝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Nf＝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
Igmax
5800
2
SJ
0.76
8947（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＝8080mm2，Kf
＝1.237，WY＝46.5×10-6m3，J＝294×10－8m4，IY25o＝8800A。
求得温度修正系数K＝0.88，
则Ial35o＝0.88×8800＝7744（A）>6800A
在35℃时，导体长期工作温度：
Imax2
2
（al
35（7035）
6791
w
）2
61.9C
Ial,35C
7744
wF（w
）
Imax
Imax
R
w
wF（al
）
Ial,35C
al
Ial,35C
R
（2）校验热稳定
由于tk＝0.2s，求得热效应Qk＝Qp＋Qnp
Qp
tk
（I
2
2
2
）161.867[（kA）
2
S]
12
10Itk2
Itk
QnpTI
2
0.2362
259.2[（kA）2S]
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
QkKf
6
Smin
421.067101.237
250.795（mm2）8080（mm2）k
C
91
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m＝Sm＝4040×10－6×2700＝10.9（kg/m）
设共振频率f1＝200Hz，
导体不发生共振时的最大绝缘子跨距：
Nf
EJ
3.56
7*1010*294*10
8
Lmax
m
200
10.9
1.56（m）
f1
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—>选择衬垫跨距
取发电机出口短路时，冲击系数K＝1.9
则ish1.92I''96.732kA，
单位长度上相间电动力：
fph
1.735*107*ish2*1
2319.2（N/m）
a
相间应力为
fphL2
2319.2
1.52
611.221910
6
（Pa）
ph
10
46.5
10
10W
双槽形导体间作用力：
fb5*108*ish2
*1
5*108*967322*
1
2339.27（N/m）
h
0.2
条间允许应力
fbLb2
Lb
12Walph
b
alph
fb
12W
条间衬垫的最大允许跨距：
12Wal
ph
1246.51067011.2219106
Lbmax
3.744（m）
fb
2339.27
一般每隔衬0.3-0.5m设一衬垫，故衬垫跨距Lb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Imax＝6791A，最大负荷利用小时Tmax＝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tk＝0.2s，短路电流I’’=36.0kA，Itk/2＝28.0kA，Itk
＝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Nf＝3.56。
要求选择发电机引出导体。
下面学过第三章内容后：
选截面+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。
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I
al,25C
wF（
al
0）
，故导体在
℃时的
R
35
载流量为
Ial,35C
wF（
al
）
K
Ial,25
C
Imax
R
其中，K
al
70
35
0.88
70
25
al
0
Ial,25C
Imax
6791
7717
K
0.88
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200mm×90mm×12mm标准槽形母线，S＝8080mm2，
I
al,25℃＝
。
则
I
al,35℃＝
K
×Ial,25℃＝
×
＝
（
）
8800A
0.88
8800
7744A
在35℃时，
Imax
wF（w
）
R
Imax
w
Ial,35C
wF（
al
）
Ial,35C
al
R
故
Imax2
2
w
（
al
）
35（7035）
6791
Ial2
35C
7744
61.9C
（2）校验热稳定（实用计算法）
由于tk＝0.2s，求得热效应Qk＝Qp＋Qnp
Qp
tk（I2
10It2k
2
It2k）
161.867[（kA）2
S]
12
Qnp
TI2
0.2362
259.2[（kA）2
S]
由于正常运行时导体温度为
o
3-13得
61.9C，查图
Aw0.461016Jm4，故
Ah
12Qk
Aw
1
6
）
2421.067106
0.461016
S
（808010
0.525
1016J
m4
查图3-13得，h71
C200C满足热稳定要求。
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。
SJ
5800
8947（mm2）
Igmax
J
0.76
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＝8080mm2，Kf＝1.237，WY
＝46.5×10-6m3，J＝294×10－8m4，IY25o＝8800A。
求得温度修正系数K
＝0.88，
则Ial35o＝0.88×8800＝7744（A）>6800A
（2）校验热稳定
tk＝0.2s，求得热效应Qk＝Qp＋Qnp＝295.07×106（A2s）
o
正常运行时导体温度为61.92，查表得C＝91，（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
Smin
QkKf
295.07*10
6
*1.237
209.95（mm2）8080（mm2）
C
91
满足热稳定要求。
（3）共振校验—>选择绝缘子跨距
－6
母线共振校验m＝Sm＝4040×10×2700＝10.9（kg/m）
设共振频率f1＝200Hz，
导体不发生共振时的最大绝缘子跨距：
Nf
EJ
3.56
7*1010*294*10
8
Lmax
m
200
10.9
1.56（m）
f1
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K＝1.9
则ish1.92I''96.732kA，
单位长度上相间电动力：
7
2
1
fph
1.735*10
*ish*a
2319.2（N/m）
相间应力为
fphL2
2319.2
1.5
2
11.2219
10
6
（Pa）
10W
10
46.5
10
6
ph
双槽形导体间作用力：
fb5*108*ish2
*1
5*108*967322*
1
2339.27（N/m）
h
0.2
条间允许应力
b
fbLb2
al
ph
Lb
12W
al
ph
12W
fb
条间衬垫的最大允许跨距：
12W
al
ph
12
46.5
106
70
11.2219106
Lbmax
fb
2339.27
3.744（m）
一般每隔衬0.3-0.5m设一衬垫，故衬垫跨距Lb可取0.5m
4-10
220kV双母或双母带旁母；110kV采用双母
带旁母
4－11
1）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200MW，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
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6.3kV地方负荷容量不大，最大负荷30MW，最小负荷20MW，采用2台25MW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6.3kV出线回路多，且两台发电机单机容量在25MW,宜采用双母分段接线，并在分段母线间及电缆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，50MW容量机组采用单元接线直接将把电能送入110kV电力系统。
（或扩大单元接线）
110kV出线4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）。
（
2）变压器台数和容量的选择
（a）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。
正常时，应能将剩余功率送往系统（225（10.1）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：
（3025（10.1））/23.75MW
当一台变压器因故退出，应能送出剩余功率的70％以上：
（225（10.1）20）0.717.5MW
所以变压器容量应大于17.5MW，可选SF7-25000/110
（b）单元接线的两台变压器1.150（10.1）49.5MW所以选
SF7-75000/110
5-10已知某火电厂厂用6kV备用变压器容量为12.5MVA，
UN=6kV，Uk%8，要求同时自启动的电动机容量为
11400kW，电动机启动电流倍数Ky=5，cosN0.8,N0.9。
试校验该备用变压器容量能否满足自启动要求。
【参考答案】任选一种
1
）电压校验：
取基准容量SjSeh
12500kVA，基准电压
Uj
Up6kV
高压自启动电动机的启动容量标么值：
KhPh
5
11400
S*M
0.9
6.33
NcosNSeh
0.812500
高压厂用母线电压，（只需做一种假设）假设采用无激磁电压调压变压器，
U*o
1.05
U*1
X*t1
0.68
1S*h
16.331.10.08
该高压厂用母线为失压或空载自启动，0.680.7，该组电动
机不能顺利自启动。
假设采用有载调压变压器U*o
1.1，
U*o
1.1
，该组电动机能顺利自
U*1
0.710.7
1S*hX*t116.33
1.10.08
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U*o1
2）按容量校验：
假设采用有载调压变压器
U*o1.1，
U*0
U*1
cosSt
1.1
0.7
125001168811400
Pm
0.71.1
0.90.8
U*1x*tKav
0.085
该组电动机可以顺利自启动
假设采用无激磁电压调压变压器，
U*0
U*1
cosSt
1.05
0.7
Pm
0.71.1
0.90.8125001022711400
U*1x*tKav
0.085
该组电动机不能顺利自启动。
第六章
6－7选择某10kV配电装置的出线断路器及出线电抗器。
设系
统容量为150MVA，归算至10kV母线上的电源短路总电抗
X*'
0.14（基准容量Sd
100MVA），出线最大负荷为560A,出线
保护动作时间tpr1s。
解：
Sd
100MVA，Ud
10.5kV，Id5.5kA
由于UNs
10.5kV,Imax
560A，因此选择SN1010/630断路器。
总阻抗X*'归算至系统的计算阻抗为：
X*'
0.14
150
0.21
100
假设没有加装出线电抗器，系统提供的短路电流为
I"
1
150
1
150
39.3kA
X*'
310.5
0.21
310.5
而SN10
10/630断路器的额定开断电流为INbr
16，小于I"，因
此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UNs10.5kV,Imax560A，初选NKL－10
－600型电抗器。
选择电抗值，令I"
INbr16kA，则
xL（%）
（Id
x'*
）INUd
100%
I"
IdUN
（5.5
0.14）0.6
10.5
100%
16
5.5
10
2.33%
所以选择NKL－10－600－4
型电抗器，其xL（%）
4%，
ies38.3kA，It2t
342（kA）2s。
电压损失和残压校验：
首先重算电抗器后短路电流
x*L
IdUN
xL（%）
INUd
5.510
0.04
0.610.5
0.35
x*
x*L
x'*
换算到系统的计算电抗为
0.35
0.14
0.49
x*"
x*
0.49
150
0.735
100
短路电流
I"
1
150
1
150
11.2kA
X*"
310.5
0.735
310.5
电压损失
残压校验
U（%）
xL（%）
Imax
sin
0.04
560
0.62.24%5%
IN
600
Ure
xL（%）I"
0.04
11.2
74.7%
60~70%
IN
0.6
动稳定校验和热稳定校验
短路计算时间tk
tpr
tin
ta
1
0.05
0.06
s
1.11
Qk
I"2t
11.221.11
139.2[（kA）2
s]
ish
1.9
2
11.2
30.09kA
断
路
器
：
INbr
16
I"
11.2
INcl40ish30.0
It2t
162
2
512
Qk
139.2
ies
40
ish
30.09
电抗器：
It2t342
Qk
139.2，ies
38.3
ish
30.09
6－10设发电机容量为25MW,UN10.5kV，最大负荷利用小时
Tmax6000h，三相导体水平布置（导体平放），相间距离a0.35m，
发电机出线上短路时间tk0.2s，短路电流I"27.2kA，
Itk21.9kA，Itk19.2kA，周围环境＋400C。
试选择发电机引出
2
导体。
解：
1）按经济电流密度选择母线截面。
母线最大持续电流为（注
意最大持续电流计算中的1.05）
Imax
1.05PN
1.0525
（kA）
3UNcos
1.804
310.50.8
根据图
6－17查得Tmax6000h时，J
0.68A/mm2，根据式6－56
有
SJ
Imax
1804
2653（mm2）
J
0.68
查附表
1，选用每相2条125mm
10mm（
2500mm2）矩形铝导体（注
意选接近计算得到的标准截面），平放时IN3152A，Kf1.45。
根据式6－54、6－55得到，当周围环境＋400C时允许电流为
70
40
IalKIN
31522553A1804A
70
25
满足长期允许发热条件。
2）热稳定校验。
短路周期分量热效应
Qp
tk（I"210It2k
It2k）
0.2
（27.22
1021.92
19.22）98.41[（kA）2s]
12
2
12
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