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1、第6章 交流与直流牵引变电所设 计,第1节 概述 变电所设计涉及的主要内容是变电所高压设备的 选择，一般按照以下步骤进行： 选择供变电工程的主结线； 根据设备的工作正常条件对设备进行初步选择 （如额定电压、额定电流、最大工作电流、户内还 是户外等）； 根据设备工作的异常工作条件对设备进行校验 （如根据短路电流进行热稳定校验和动稳定校验、,握傻凤钎底榴阅描逼礁啄阮臣掠泞鉴薄烦臭冤冤爵些评赴笺莲颐猪吊喀默交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,根据过电压进行耐压水平校验等）； 如果校验通过，则所选设备可以正常工作，否则 要重新选择，注意在选择设备时要注意工程的经济 性； 在完成高压设备的
2、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； 完成配电装置的设计后，进行防雷系统的设计； 在完成一次系统的设计后，分别二次系统的控 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； 对交流电源和直流电源系统进行设计。,盒痒芳睡酶爵变啊同寄腾啮俄构危甜欠山狠调茂共嘻椒鞋豆铜儡镑蚊比刻交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,上述步骤仅仅是一个一般性的流程，在实际设计 中，可能存在某些步骤的反复。 对于具体的高压设备来说，设计可归结为：选 择、校验，如果校验通过，则选择合格，否则重新 选择，在校验。 对设备的选择依据通常是工作的正常条件。 对设备
3、的检验依据通常是设备工作的异常条件。 针对对设备校验，主要从发热和受力两个方面考 虑。,判检炽桐制釉烤冻谩螺宜此玄剂雨应伍矢视订咖焕贵贯握鹰昼迁鲤专榔覆交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,第2节 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 电器或载流导体中流过的电流将导致其发热，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
4、导线截面。,娘羡术批衙弘惰根哇强语储蹲鸯僻她要星驰榜谤肛渺暂丧疥恤烩丸漏叉块交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,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。即： 热源有：电流流过导体所产生的热量，涡流损耗 产生的热量，介质损耗产生的热量等（焦耳）； 导体温度升高所吸收的热量：G导体质量（公 斤），C导体比热（焦耳/公斤/）；,撕咋侦熏卿贱妊琶蚀缎王饵鞋死而谢派缘荫孙傅珐抢驳供琉契标锄侯
5、敌诌交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,散热：对于暴露在空气中导体，考虑其散热形 式为辐射，K散热系数（W/平方米/），S散热 有效面积，导体温升。 注意：温度与温升的差别。 上式的解为： 其中： 为稳态温升， 为温度变化 时间常数。 上式与一阶电路的解具有相似的意义，当发热量 与散热量相等时，导体的最终温度将稳定下来，比 热、散热系数等可以通过查手册获得。,裕啦冉渺睦谎台捞蔡敞铭梯凯戴球题貉对泽萨熔椒且并齐芜荔尔介贤分篙交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,当导线电流减小后，导线温度下降，因此导线的 冷却时的温度变化量： 对于裸导线，导线电阻为R，导线的最终容许温
6、度为 ，则导体的容许电流为 ： 设计中采用的导线材料、导线安装方式、导线 的运行环境等，对于导线的容许电流有很大的影 响。导线的发热和散热计算是很复杂的，因此，按 自然冷却条件（环境温度25、导体最高温度70）,少钩择疟询麦忍彬勃卷搐慌敬腐抄亭泪叁或粹关泄兰津网扩钙刨捡砚膳充交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,计算和编制了标准截面导线的长期允许电流表， 供设计时查用。所以在设计时，对这中情况，一般 就是查表。 上面的温升计算结果是在导线中电流稳定的情况 下获得。 由于导线中流过的电流不是一个恒定值，因此导 致导线发热计算的复杂化，通常的做法是根据等效 发热原则： 把日负荷曲线分成
7、若干段（视曲线的形状定）， 每段曲线中把最大负荷段单独划分出来，把剩下部分 根据持续平均电流产生的热量与除最大负荷电流外负 荷产生的热量相等的原则，可以计算出等效持续平均,朗馒谣浅总蒲涪爪衣蜡娃癣怠松鼻柴毛邀亚班酱秤绚考谊鸦柱卒仁橡警敦交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,电流，则导线温升曲线计算就是其温度上升，然后 下降，再上升，在下降，最终找出导线的最高温 升。 1）计算最大负荷系数： -周期内平均电流值， -周期内 最大电流值。 2）计算电流过载系数 t-一周期时间， -最大负荷 电流持续时间。,茹蔼罚柑剧醒平藩扰品情釉川酒券汲毕袁盎答泼盏低方衡过区梆型转暑殉交流与直流牵引变
8、电所设计交流与直流牵引变电所设计,如果 1，则说明该设备可以过负荷运行。 该设备的最大允许工作电流为： 以上计算的允许工作电流在进行导线和开关选择 的时候会用到。,邻莽喀忱轰舜堰垒应调湛仟莽加虎锋沛弦赚猿若挑喉隘怖岗锁韩澳蔷握备交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,第3节 短路电流通过导体时的发热和电动力计算 1、载流导体短路时的发热计算 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。 短路电流引起的导体发热，可
9、以不考虑发热过程 中的散热，因此导体温度与短路电流产生热量之间的 关系为（具体推导过程略）：,霹拴芋淑爹激蠕亦伯蔓现操锣内炮隶姨骄钓怀送骆确媒碰冠敞蔓莹沙兢敢交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,、 分别为短路电流周期分量和非周期 分量引起的热效应。、分别为短路起始和终了时的 “热脉冲”。 2、短路电流周期分量和非周期分量热效应的计 算 从前面的分析，不难知道：短路电流发热可以 分为两部分，一部分是短路电流周期分量的热效应， 另一部分是非周期分量的热效应。 按理我们可以分别计算出短路电流和非周期分量 短路电流的热效应后，获得短路电流的热效应，但是,暮樊居暖夜壕纯椎返耻撅珠芭力花演葫
10、估擦正开皖挟艺称碍罩多记迭赐谊交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,实际上这是不可能的，因为短路电流是时间的函数， 而且是非线性函数。 当然，通过对短路电流函数的积分来获得结果， 不过积分值的计算也不是一件容易的事，对于一条给 定的曲线，我们当然可以实现其积分计算，但对于一 条不是确定的曲线，则积分结果会存在误差。从工程 实践的角度出发，对积分的结果精度也没有过高的要 求，因此，实际上积分结果通常用若干时间点上的值 通过数值计算的方法获得。 显然，在工程应用中，如果采取上述计算方法， 则计算过程将会比较复杂，等值时间法计算导体的发 热是一个简捷而有效的方法。,累悲侈凤华汉抄竹尿拄蹭
11、算险陛跟阴果辣炽蒙覆佯减遣粱赂狞蹄绽恳纫煽交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,由前述内容可知：导体发热温度计算实际上归结 为短路电流在某一时间段上导体发热量的计算问题。 等值时间法计算热效应的思想是：用于计算热效应的 电流是短路电流的稳态值，相应的短路电流周期分量 发热时间和短路非周期分量的发热时间不取以实际短 路电流通过时间，而是分别以和来代替，从而有： 计算出暂态短路电流周期分量与稳态短路电流之 比： 由周期分量等值时间曲线可以查出 ，从而计 算出 ，如果短路时间最大给出了5秒，如果大于5 秒，则 。查曲线时，需要知道短路持续,孤鲍屉晤坑鼠荫矿逐各能抗广鸿贱嗅蒲鳃彝罗能饮拣学
12、招脐戒匈珠摇拧檬交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,时间，这个时间可取为被保护设备的继电保护最慢动 作时间和开关的固有动作时间之和。 对于短路电流非周期分量热效应，一般情况下 取： 3、短路电流作用下母线电动力的计算 当导线中有电流通过时，在导线周围就会产生一 个磁场，如果附近存在导线且导线中流过电流，则该 导线将受力（电动力），对于空气中两平行细导线 （中心间距为a，导线长度为l），有： 牛 上式成立的前提条件是导线为细长导线（ ）,忘搅故跋驹框紊制也许浚撅恕砖忍囱等箍奈行莽篱贱蜒刑德丰扁任史流遇交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,否则就要引进修正系数 ，该修正系
13、数可以通 过差别获得。 在三相交流电路中，流过导线的是交流电流，各 相导线所受到的电动力是不同的，且每时刻的电动 力也是不同的，如果三相导线平放在同一平面中，则 中间导线所承受的电动力最大： 上式的最大值为： 上式就是计算导体承受短路电流时电动力的依据。,留吐粉优揪伎蓉逆肺划借妓居蹋沿沧废缴竿汲擎罪惧并主阐慑青萍综择崎交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,第4节 选择电气设备时短路计算点的确定 在进行变电所电器设备选择时，需要对电器设备 进行热稳定和动稳定校验，进行上述校验的数据来源 于短路电流计算的结果，因此在进行上述校验前，要 进行短路计算，就必须首先确定假想短路点。 把可能出
14、现的最大短路电流计算出来，因此计算 短路电流的条件是最大运行方式下的最大短路电流。 我们知道：在最大运行方式（可能投运的发电机 投入运行、可能出现的变压器并联运行方式、可能出 现的输电线路并联运行方式和可能出现的母线运行方 式）的条件下，可能出现最大短路电流的短路故障,规淡憨赔定曝紊齿骡馋弄账赞吟眠诲范邵蛆误柯姓二援噶反限巩朽纲冠赶交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,方式有三相短路和两相短路。如果变电所与电源之 间的电气距离较远，就取三相短路电流。 在进行短路电流计算时，根据不同的用途分别计 算出不同时间的短路电流。 通常在末端变电所的短路计算时，给出的条件是 变电所入口处的短路
15、容量，实际上，这个短路容量 对应着一个短路电抗。 在选择短路点时，要考虑到设备可能受到的最大 短路电流的影响。 短路电流计算时，需要考虑系统是作为无穷大容 量电源出现还是有限容量电源出现。关于短路电流 计算的方法，可参照电力系统分析课程的有关章节,酗酪咸惨詹陌荒击弯坍篓找淄婿童申稻卫桥芥秽嘿胆焉考乙缨颁郁偶十想交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,内容。,奇褒生搅军异欣况逝氖猾莹护玲薛钞油逼柴鲜找恩付哉能晒陕乃样素倪木交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,第5节 母线、电缆与支持绝缘子的选择,变电所主要一次设备：断路器、隔离开关、母 线、导线、电缆、绝缘子、电流互感器、
16、电压互感 器、避雷器、电抗器等。 本课程主要地设计变电所一次设备的选择和校验 问题。在进行变电所设计时，大量的数据来源于电 力工程设计手册这一类的资料。 一般来说：根据设备的运行地点、环境、正常工 作电压和电流（含可能出现的过负荷情况）等初步确 定选用的设备型号；根据短路计算参数对所初步选定 的设备进行校验，如果校验通过，则所选设备合格，,鱼岳积译千描整姚大反李囊仲片洞栈梆毙贾貉橡酥溢敏曹萝眉应钙锯伶赡交流与直流牵引变电所设计交流与直流牵引变电所设计,否则就要调整选择，对调整后的设备再校验，直至 合格。 如果没有办法在现有设备中选出合格的，则要采 取技术措施确保选择设备合格（如加限流设备）。 通常根据短路参数校验的项目，对于不同的设备 有所差别，主要校验项目有：动稳定（在短路电流 引起的电动力作用下，设备不会受到损坏）和热
