牵引变电所设计2016.ppt

供变电工程课程设计 概述 变电所设计步骤 1.选择供变电工程的主结线 2.根据设备工作的正常条件对设备进行初步选择 3.根据设备工作的异常条件对设备进行校验 4.在完成高压设备的选择设计后，进行配电装置的设计，绘出平面布置图和断面图 5.完成配电装置的设计后，进行防雷系统的设计 概述 6.在完成一次系统的设计后，分别对二次系统的控制、测量和保护部分进行设计，完成对二次设备的选择和校验，绘出二次系统展开图 7.对交流电源、直流电源系统进行设计 上述步骤仅仅是一个一般性流程，在实际设计中，可能存在某些步骤的反复。 概述 对于具体的高压设备来说，设计可归纳为： 选择、校验； 如果校验通过，则选择合格，否则重新 选择，再校验。 对于设备的选择依据通常是设备工作的正常条件； 对于设备的校验依据通常是设备工作的异常条件。 针对设备校验，主要从发热和受力两个方面考虑。 §1.电器与载流导体的发热和负载能力 1、电器与载流导体正常工作下的发热容许温度 电气设备的发热： 导体和电接触部分电阻的存在—电阻损耗 由于交变磁场的作用，在周围的铁磁体内 —涡流、磁滞损耗 绝缘体内的介质损耗 损耗→热能，加热了导体，电气设备温度升高。 发热的结果可能引起： 发热导致金属材料的机械强度下降； 发热导致电器设备的绝缘热老化； 发热导致电能损耗增加； 大电流甚至会烧毁电器（如导体之间的连接处）。 为了防止出现以上情况，在电器与载流导体的选 择时，要根据负荷电流选择电器的额定电流，根据 经济电流密度计算并选择导线截面。 2、电器和载流导体在正常工作容许发热下的过 载能力 发热导致的温度升高，分两种情况：一种是长期 发热，另一种是短期发热。 导体的散热形式有：传导、辐射和对流。 无论是何种发热情况，其热平衡方程式都是： 发热量=散热量+导致温度升高所需要的热量 电气设备的长期发热允许温度主要由绝缘材料的允许温度和接触部分的允许温度确定。 短时发热允许温度主要取决于导体的机械强度和绝缘材料的性能。 容许温度（允许温度）： 指使电气设备能保持正常的连续工作所允许的最高发热温度。 限制条件：(容许电流) (长期工作电流) §2.短路电流通过导体时的发热和电动力计算 1.导体长期发热 导体中没有通过电流时，其温度与周围温度相等。 导体内通过电流时，其内部产生的热量一部分使导体本身温度升高，另一部分散失到周围介质中去，它们之间呈动态分配，直至导体发热过渡到稳态时，导体发热温度达到稳态温升。 这一变化过程可以用热平衡方程描述： 求解微分方程，得到稳定温升： 最后得到： 工程中常采用查表的方式求母线和导体的容许电流(载流量)，它是按环境温度为25℃时由IXU计算式得到的(附录二附表1～3)，当实际环境温度变化时，需按采用的环境温度乘以校正系数Kt 2.导体短时发热 上面在进行导线温升计算时，并没有考虑一旦出现短路的情况，在导线中流过短路电流时，由于短路发生到消失过程很短暂，因此，可以认为，短路电流产生的热量几乎无法散发到大气中，也就是说，短路电流产生的热量全部为导线吸收。 为了保证系统中的导体设备能满足恶劣工况的要求，必须进行短路电流通过时热稳定校验。 目的：找出短路时的发热温度，以便与导体规定的短时发热容许温度比较。 导体短路时，热平衡方程为： 整理后： 要求短路最高发热温度，对上式两边积分： 与短路存在过程中产生的热量成比例，因而称为短路电流的热效应 右边的积分结果为： 则原积分式变为： 变量A的数值与导体材料和导体实际温度有关。 实际应用中，往往将A与导体温度的关系按各种材料的平均参数值代入上式，计算后制成相应曲线 。 将短路全电流id分解为周期分量电流izt与非周期分量电流ift 两部分，则代入后并化简得到： QZ、Qfi分别为短路周期分量电流、非周期分量电流的发热效应。 3.短路电流周期分量和非周期分量热效应的计算 (1) 用数值积分法计算QZ (2) Qfi的计算 当td0.1s 当td≥0.1s 4.短路电流作用下母线电动力计算 电动力的实质是载流导体所受磁场力，可用毕奥-沙伐定律计算 实用中引形状系数Kx修正