供電技術(shù)習(xí)題及答案

1、第一章 供電系統(tǒng)習(xí)題（各題后括號中的“*”，“”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種形式） 1-1 簡述供電可靠性的含義，作用及衡量標(biāo)準(zhǔn)。（*）1-2 什么叫電氣設(shè)備的額定電壓？電力系統(tǒng)為什么要采用多種電壓等級？電氣設(shè)備在高于或低于其額定電壓下工作會出現(xiàn)什么問題？（*）1-3 試分析電力系統(tǒng)與供電系統(tǒng)，輸電與配電之間的差別。（）1-4 簡述雙回路與環(huán)形供電系統(tǒng)，放射式與干線式供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。 1-5 什么叫橋式結(jié)線？試述各種橋式結(jié)線的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。（*） 1-6 確定供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮哪些主要因素? 為什么? (1-7 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有哪幾種類型? 各有何特點(diǎn)?

2、 （*） 1-8 在消弧線圈接地系統(tǒng)中，為什么三相線路對地分布電容不對稱，或出現(xiàn)一相斷線時(shí)，就可能出現(xiàn)消弧線圈與分布電容的串聯(lián)諧振? 為什么一旦系統(tǒng)出現(xiàn)這種串聯(lián)諧振，變壓器的中性點(diǎn)就可能出現(xiàn)高電位? （*）思考題選答1-1 所謂供電可靠性，就是供電系統(tǒng)及其設(shè)備、元件等在規(guī)定的運(yùn)行條件下和預(yù)期工作壽命階段，能滿意地完成其設(shè)計(jì)功能的概率。一般用每年用戶不停電時(shí)問的概率值(從零到1 或百分值(0100 來衡量一個(gè)供電系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性。可靠性是供電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是電力負(fù)荷分級的基本依據(jù)。在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)就要根據(jù)負(fù)荷對供電可靠性的要求程度，合理地選擇供電電源和確定供電方案。另外，通過對一個(gè)實(shí)際

3、供電系統(tǒng)可靠性的研究和分析，可以對系統(tǒng)的改進(jìn)甚至對主要設(shè)備的設(shè)計(jì)制造提供充分的依據(jù)。1-2 所謂額定電壓，就是使發(fā)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)獲得最佳經(jīng)濟(jì)效果的電壓。額定電壓是電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造和使用中的重要參數(shù)。在電氣工程中，電力網(wǎng)的額定電壓應(yīng)與電氣設(shè)備的額定電壓相對應(yīng)，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。電力系統(tǒng)采用多種電壓等級是基于以下四種情況；2 電力輸送多采用高壓，這樣可以提高輸送功率，加大輸送距離。換句活說，輸送同樣功率的電能在采用高壓時(shí)，可相應(yīng)減少輸電線路中的電流，因而減少線路上的電能損失和電壓損失，提高輸電效率和供電質(zhì)量。同時(shí)，導(dǎo)線截面亦隨電流的減小而減小，節(jié)省了有色金屬。所以，從

4、發(fā)電廠發(fā)出的電能，除供給附近用戶直接用電外，一般都經(jīng)過升壓變電所變換為高壓電能，經(jīng)遠(yuǎn)距離輸送后，再經(jīng)降壓變電所變?yōu)榈蛪弘娔?，供用戶使用? 高壓輸電的電壓隨國民經(jīng)濟(jì)的需要和電力技術(shù)的發(fā)展而不斷提高。對于中短距離一般采用35kv 輸電；對于長距離、大容量則采用110、330、500kV 輸電。國內(nèi)近年來已有數(shù)條750kV 超高壓輸電線路投入使用。用于1100kV 、1500kV 的超高壓輸電設(shè)備亦在試制中。4 礦山用電設(shè)備，由于功率、安全、制造工藝及經(jīng)濟(jì)性等原因，其額定電壓多采用低壓，如127、220、380、660、1140V 等，只有大型設(shè)備，才采用6 kV 高壓。隨著礦井10kV 下井的研

5、究和實(shí)現(xiàn)，額定電壓為10kV 的電氣設(shè)備也已問世。變、配電所的運(yùn)行人員，應(yīng)盡量保持供用電系統(tǒng)在額定電壓或規(guī)定的電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)線路電壓高于額定值所規(guī)定的范圍時(shí)，有的設(shè)備(如移相電容器 將因過壓而損壞；有的設(shè)備(如變壓器、電動機(jī)等 將因磁飽和而引起激磁電流增加使總電流加大，造成設(shè)備過熱損壞或縮短使用壽命；有的設(shè)備(如避雷器、熔斷器等 在動作時(shí)產(chǎn)生的電弧由于電壓高、電壓恢復(fù)速度快而難以熄滅。電氣設(shè)備在低于額定電壓或規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，照明負(fù)荷的照度及效率降低；感應(yīng)電動機(jī)輸出功率降低，電流增加、溫度升高，大大影響其使用壽命；線路及變壓器由于要輸送同樣的功率，電流必然增大，結(jié)果二者的損耗都增加，輸送

6、效率大大降低。1-3 提示：從服務(wù)對象、電壓等級、供電距離、供電容量等四方面考慮。 1-4 1雙回路供電系統(tǒng)雙回路屬于有備用系統(tǒng)的結(jié)線，分雙回路放射式和雙回路干線式兩種，其中雙回路干線式因繼電保護(hù)復(fù)雜，故障停電機(jī)會多而應(yīng)用較少。雙回路放射式，就是從電源向各負(fù)荷分別引兩條獨(dú)立輸電線的供電方式。其優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，運(yùn)行靈活，電壓損失?。蝗秉c(diǎn)是線路總長度長，電源出線回路多，所用開關(guān)設(shè)備多，因而投資較大。這種系統(tǒng)主要適用于大容量或孤立的一、二級負(fù)荷。2環(huán)形供電系統(tǒng)環(huán)形也屬于有備用系統(tǒng)的結(jié)線，它是一種從電源引出輸電線，沿途串接各負(fù)荷點(diǎn)后又回到電源的供電方式。由于是一個(gè)閉合的電網(wǎng)，故稱為環(huán)形電網(wǎng)。環(huán)形系

7、統(tǒng)所用開關(guān)設(shè)備和線路長度都比雙回路放射式少，每一負(fù)荷點(diǎn)均由兩條線路供電，故供電可靠性較高。環(huán)形電網(wǎng)若閉環(huán)運(yùn)行，則過載能力強(qiáng)，電壓損失小，但繼電保護(hù)整定較復(fù)雜。因此，環(huán)形電網(wǎng)一般采用開環(huán)運(yùn)行方式，此時(shí)導(dǎo)線截面應(yīng)按單回路供電選擇，亦要考慮在電源附近段故障時(shí)擔(dān)負(fù)全部環(huán)內(nèi)負(fù)荷，故大大增加了有色金屬的消耗量。這種供電系統(tǒng)適用于若干彼此相距不遠(yuǎn)，容量相差不大，而都離電源較遠(yuǎn)的一、二級負(fù)荷。3單回路放射式供電系統(tǒng)單回路放射式屬無備用系統(tǒng)的結(jié)線，實(shí)際上就是以電源或變電所母線為中心，向各負(fù)荷點(diǎn)分別引出獨(dú)立輸電線的供電方式。單回路放射式的主要優(yōu)點(diǎn)是供電線路獨(dú)立，出故障時(shí)互不影響，停電機(jī)會少，繼電保護(hù)簡單，動作時(shí)間

8、短，便于實(shí)現(xiàn)自動化等占其缺點(diǎn)是電源出線回?cái)?shù)較多，所需開關(guān)設(shè)備也多，因而投資較大。另外，供電可靠性較低，使其應(yīng)用受到很大限制。這種供電系統(tǒng)適用于容量較大的分散性三級負(fù)荷和較次要的二級負(fù)荷。4單回路干線式供電系統(tǒng)這種供電系統(tǒng)也屬無備用系統(tǒng)，有直聯(lián)型和串聯(lián)型兩種形式。直聯(lián)型干線式線路，就是從干線上直接接出分支線引入各負(fù)荷點(diǎn)的供電方式，如圖1-1所示。它的優(yōu)點(diǎn)是電源出線少，能節(jié)省高、低壓開關(guān)設(shè)備，使投資減少；線路總長度短，造價(jià)較低，由于各負(fù)荷點(diǎn)的高峰用電期一般不同時(shí)，因而線路電壓波動和電能損失都比較低。其缺點(diǎn)是由于前段線路公用，增加了故障停電機(jī)會，因而供電可靠性低，為了有選擇地切除線路故障，繼電保護(hù)的

9、動作時(shí)間也就逐級增加，從而延長了故障存在的時(shí)間。這種系統(tǒng)一般只適用于一定數(shù)量的若干個(gè)成直線分布的三級負(fù)荷。串聯(lián)型干線式線路采用的聯(lián)接方法是：干線經(jīng)隔離開關(guān)聯(lián)于負(fù)荷1的母線上，再由負(fù)荷1的母線經(jīng)隔離開關(guān)引出，再經(jīng)隔離開關(guān)聯(lián)于負(fù)荷2的母線上，余類推，如圖1-2所示。這種線路實(shí)際上是直聯(lián)式的改進(jìn)型式。這樣改進(jìn)后可以縮小故障停電的范圍，提高供電系統(tǒng)的可靠性。故障檢修時(shí)可利用隔離開關(guān)的操作使故障點(diǎn)前的各負(fù)荷點(diǎn)不至于長時(shí)間停電。它的缺點(diǎn)是增加了開關(guān)設(shè)備，而且故障不易尋找，其應(yīng)用范圍基本上同直聯(lián)型。 圖1-1 直聯(lián)型干線式線路 圖1-2 串聯(lián)型干線式線路1-5 對于具有兩回電源進(jìn)線，兩臺降壓變壓器的礦井終端

10、總降壓變電所可采用橋式結(jié)線。它實(shí)質(zhì)上是用一座由一臺斷路器和兩臺隔離開關(guān)橫聯(lián)跨接的“橋”，來聯(lián)接兩個(gè)35110kV “線路一一變壓器組”的高壓側(cè)，從而用較少的斷路器組成一個(gè)可靠性較高的，操作靈活的雙回路變、配電系統(tǒng)。橋式結(jié)線根據(jù)跨接橋橫聯(lián)位置的不同，可分為內(nèi)橋、外橋和全橋三種。 1內(nèi)橋結(jié)線這種接線的跨接橋靠近變壓器側(cè)，橋斷路器裝在線路斷路器之內(nèi)，變壓器回路僅裝隔離開關(guān)，由三臺斷路器構(gòu)成“”形，故稱為內(nèi)橋。內(nèi)橋結(jié)線提高了變電所供電的可靠性，倒換線路操作方便，設(shè)備投資與占地面積較少，缺點(diǎn)是倒換變壓器和擴(kuò)建成全橋不如外橋方便，故適用于進(jìn)線距離長，線路故障多，變壓器切換少，高壓側(cè)無穿越功率的終端變電所。

11、 2外橋結(jié)線這種接線的跨接橋靠近線路側(cè)，橋斷路器裝在變壓器斷路器之外，進(jìn)線回路僅裝隔離開關(guān)，由三臺斷路器構(gòu)成“”形，故稱外橋。外橋結(jié)線倒換變壓器操作方便，易于過渡到全橋結(jié)線，且投資少，其運(yùn)行的靈活性與供電的可靠性和內(nèi)橋結(jié)線類似；它的缺點(diǎn)是倒換線路不方便，故適用于進(jìn)線距離短，主變壓器需經(jīng)常切換的礦井終端變電所。3全橋結(jié)線這種結(jié)線，跨接橋居中，進(jìn)線回路與變匿器回路均裝有斷路器，由五臺斷路器構(gòu)成“H ”形，故稱為全橋。全橋結(jié)線適應(yīng)性強(qiáng)，供電可靠性高，操作方便，運(yùn)行靈活，并易于發(fā)展成單母線分段的中間變電所；它的缺點(diǎn)是設(shè)備多，投資大，變電所占地面積大，故適用于負(fù)荷較大，對供電要求較高的大型礦井終端變電所

12、。1-6 提示：應(yīng)考慮電源條件、運(yùn)行方式、負(fù)荷性質(zhì)與分布、礦井產(chǎn)量、瓦斯含量及涌水量等因素。1-7 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為中性點(diǎn)直接接地(又稱大電流接地系統(tǒng) 和中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地(又稱小電流接地系統(tǒng) 兩種接地方式，各接地方式的特點(diǎn)如下：1中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，非故障兩相的電壓不升高，由于接地電流非常大，不會發(fā)生間歇性電弧，同時(shí)內(nèi)部過電壓倍數(shù)較小，因而可以降低對線路絕緣水平的要求。由于單相接地就是單相短路，短路電流較大，保護(hù)裝置迅速而可靠地動作，縮短了故障存在的時(shí)間。缺點(diǎn)是：因短路電流大，開關(guān)及電氣設(shè)備有時(shí)要選用較大的容量或規(guī)格。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)若未能及

13、時(shí)切除，會嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且對通訊的干擾強(qiáng)烈，故常用于110kV 及以上的電網(wǎng)。對于380V 低壓電網(wǎng)，由于用戶需要380V 和220V 兩種電壓等原因，故也采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)這種系統(tǒng)在正常工作時(shí)供電變壓器的中性點(diǎn)，不接地。對于短距離低壓輸電線，它的對地電容較小，發(fā)生接地故障時(shí)入地電流較小，對通訊線的干擾也較小，瞬時(shí)性接地故障往往能自動消除；對于長距離高壓輸電線，由于線路對地電容較大，單相接地電容電流較大時(shí)(6kV系統(tǒng)達(dá)30A ，35kV 系統(tǒng)大于10A ，接地處容易發(fā)生間歇性電弧，在電網(wǎng)中引起高頻振蕩產(chǎn)生過電壓，使電網(wǎng)對地絕緣較低處發(fā)生接地短路故障，因而對

14、接地電流值有一定的限制規(guī)定。中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)， 無故障兩相的對地電壓升為相電壓的(即升為線電壓 ，危及相間絕緣，易造成兩相接地短路，當(dāng)單相接地電容電流較大時(shí)，易產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓，而且內(nèi)部過電壓的倍數(shù)也較高。這沖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：一相接地時(shí)，接地電流小，保護(hù)裝置不動作，電網(wǎng)還可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，待作好準(zhǔn)備后故障線路再停電。由于360kV 電網(wǎng)在供電系統(tǒng)中占的比重很大，如果采用接地系統(tǒng)，則一相接地就會導(dǎo)致停電，降低了供電的可靠性，故我國360kV 電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。3中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)這種系統(tǒng)主要是利用消弧線圈(電抗器 的感性電流補(bǔ)償電網(wǎng)對地的電容電流

15、，可減小單相接地時(shí)接地點(diǎn)的電流，不產(chǎn)生電弧，避免發(fā)生電弧接地過電壓。完全補(bǔ)償?shù)臈l件是31/L C =，為了避免電網(wǎng)參數(shù)改變時(shí)產(chǎn)生串聯(lián)諧振，一般采取過補(bǔ)償運(yùn)行。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：因要根據(jù)運(yùn)行網(wǎng)路的長短決定消弧線圈投入的數(shù)量與地點(diǎn)，故系統(tǒng)運(yùn)行較復(fù)雜，設(shè)備投資較大，實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)困難。 1-8 如圖1-3所示，為變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈L 接地的供電系統(tǒng)。當(dāng)三相線路對地分布電容不對稱或出現(xiàn)一相斷線時(shí)，線路參數(shù)不再是對稱的，因此負(fù)載中性點(diǎn)將發(fā)生位移，導(dǎo)致0點(diǎn)與'0點(diǎn)之間出現(xiàn)電位差。由于線路參數(shù)的變化使C 與L 的關(guān)系恰好符合公式1/0L C -=時(shí)，在電壓U OO ´的作用下，線路

16、對地回路將發(fā)生消弧線圈與對地分布電容的串聯(lián)諧振?；芈芬坏┏霈F(xiàn)串聯(lián)諧振，由于總阻抗幾乎為零，故即使U OO ´的數(shù)值不大，回路中也會流過很大的電流0i ，0i流過消弧線圈L ，產(chǎn)生較大的壓降，使變壓器中性點(diǎn)0對地呈現(xiàn)高電位，極易損壞變壓器的對地絕緣。 圖1-3對地回路的串聯(lián)諧振示意圖第二章 負(fù)荷計(jì)算與功率因數(shù)計(jì)算習(xí)題（各題后括號中的“*”，“ ”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種形式） 2-1 目前電力負(fù)荷計(jì)算有哪幾種主要的計(jì)算方法? 簡述其特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。(* 2-2 企業(yè)的年耗電量與年電能損耗在計(jì)算上有何不同? 原因是什么?(*2-3 在變電所運(yùn)行過程中，應(yīng)采取哪些措施來降低

17、線路與變壓器的功率損耗?(* 2-4 一個(gè)變電所的運(yùn)行方案，應(yīng)根據(jù)哪些條件確定? 試舉例分析?(2-5 功率因數(shù)過高或過低對用戶各有何危害? 最佳補(bǔ)償方案應(yīng)考慮什么條件? 2-6 提高功率因數(shù)有哪些方法? 其中人工補(bǔ)償有哪幾種類型? 各有何優(yōu)缺點(diǎn)?(*2-7 試分析采用電容器進(jìn)行并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)及用處，為什么在并聯(lián)補(bǔ)償中10kV 及以下線路的補(bǔ)償電容器組常按三角形接線?(*2-8 什么叫電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行? 什么叫無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量? 怎樣確定兩臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案?(*2-9 某年產(chǎn)90萬噸原煤的煤礦，其供電設(shè)計(jì)所需的基本原始數(shù)據(jù)如下：礦年產(chǎn)量： 90萬噸； 服務(wù)年限： 75年； 礦

18、井沼氣等級：煤與沼氣突出礦井； 立井深度：0.36 km ； 凍土厚度： 0.35 m ； 礦井地面土質(zhì)：一般黑土； 兩回35kV 架空電源線路長度：L 1L 26.5km ；兩回35kV 電源上級出線斷路器過流保護(hù)動作時(shí)間：t 1t 22.5s ；本所35kV 電源母線上最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗：X s.min 0.12 （S d 100MV A ）； 本所35kV 電源母線上最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗：X s.max 0.22 （S d 100MV A ）； 井下6kV 母線上允許短路容量：S al 100MV A ；電費(fèi)收取辦法：兩部電價(jià)制，固定部分按最高負(fù)荷收費(fèi)；本所35kV 母線上補(bǔ)償

19、后平均功率因數(shù)要求值：cos 35.a 0.9； 地區(qū)日最高氣溫： m 44 ； 最熱月室外最高氣溫月平均值：m. o42 ； 最熱月室內(nèi)最高氣溫月平均值：m. i32 ； 最熱月土壤最高氣溫月平均值：m. s27 。全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分組及有關(guān)需用系數(shù)、功率因數(shù)等如表21所示。表21 全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分組表 注1：線路類型：C-電纜線路；k-架空線路。注2：電機(jī)型式：Y-繞線異步；X-鼠籠異步；D-直流；T-同步。試對該礦地面356kV 變電所初步設(shè)計(jì)中的負(fù)荷計(jì)算、主變壓器選擇、功率因數(shù)補(bǔ)償及供電系統(tǒng)擬定等各內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。思考題選答：2-1目前電力負(fù)荷計(jì)算的主要方法有需用系數(shù)法、單位產(chǎn)品電耗法、二

20、項(xiàng)式法和利用系數(shù)法等。電氣計(jì)算負(fù)荷ca P 一般采用的是在最大負(fù)荷班里出現(xiàn)的30分鐘時(shí)間間隔的電氣負(fù)荷最大平均值max P ，各種計(jì)算方法力圖使ca P 接近max P。因?yàn)?0分鐘是從較小截面導(dǎo)體的允許發(fā)熱為前提所規(guī)定的，所以，即使是ca P 等于max P。時(shí)也可能比實(shí)際的負(fù)荷大。這說明30分鐘時(shí)間間隔的規(guī)定有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。1需用系數(shù)法變電所各設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷總?cè)萘靠偸切∮谄渎?lián)接設(shè)備(不包括備用 的額定總?cè)萘?，二者的比值稱為需用系數(shù)，根據(jù)聯(lián)接于變電所的設(shè)備總?cè)萘考靶栌孟禂?shù)來計(jì)算變電所電氣負(fù)荷的方法稱需用系數(shù)法。其基本公式如下：c a d Ni P K P = kW (1 需用系數(shù)法是當(dāng)前

21、通用的求計(jì)算負(fù)荷的方法，由于簡單易行，為設(shè)計(jì)人員普遍接受，礦山變電所的負(fù)荷計(jì)算均用此法。各類設(shè)備及設(shè)備組的需用系數(shù)來源于大量的實(shí)際測定組統(tǒng)計(jì)計(jì)算。但這種方法的缺點(diǎn)是把需用系數(shù)x K ，看作是一個(gè)與一組設(shè)備中設(shè)備的多少及設(shè)備容量懸殊情況都無關(guān)的固定值，這是不嚴(yán)格的。實(shí)際上，只有當(dāng)設(shè)備臺數(shù)足夠多，總?cè)萘孔銐虼螅譀]有特大型用電設(shè)備時(shí)，d K 的值才能趨向一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。所以該法較適用于礦井變電所及大型車間變電所的負(fù)荷計(jì)算。2單位產(chǎn)品電耗法這是一種近似的估算法，在有已投產(chǎn)的性質(zhì)相似、規(guī)模相等的礦井或企業(yè)作為參考時(shí)，它是一種簡單而實(shí)用的方法。在作初步設(shè)計(jì)，特別是方案估算時(shí)，使用起來比較方便。單位產(chǎn)品電

22、耗法的基本作法是已知礦井的年產(chǎn)量及單位產(chǎn)品電能消耗量，先用下式求出礦井年電能需要量n Wn W m = kW ·h (2再據(jù)最大負(fù)荷年利用小時(shí)丁max T (中型礦井max T =30005000h 用下式求出計(jì)算負(fù)荷的估計(jì)值max /ca n P W T = kW (3所謂最大負(fù)荷年利用小時(shí)，就是按最大負(fù)荷來輸送用戶全年實(shí)際消耗的電能所需要的時(shí)間。3二項(xiàng)式法需用系數(shù)法沒有考慮少數(shù)容量特別大的設(shè)備對計(jì)算負(fù)荷有較大的影響，因而在確定聯(lián)接設(shè)備臺數(shù)不太多的車間干線或支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，結(jié)果往往偏小。二項(xiàng)式法是用兩個(gè)系數(shù)來表征負(fù)荷變化的規(guī)律，把計(jì)算負(fù)荷看作由兩個(gè)分量組成，一個(gè)分量是平均負(fù)荷，

23、另一個(gè)分量是若干臺大型設(shè)備參與計(jì)算時(shí)對平均負(fù)荷造成的參差值，利用等效臺數(shù)來固定地反應(yīng)大型設(shè)備的影響，但由于過份突出大型設(shè)備對電氣負(fù)荷的影響，故計(jì)算結(jié)果往往偏大。用二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷的基本公式如下：ca N X P b P cP =+， kW式中 N b P - 用電設(shè)備組的平均負(fù)荷，kW ；X cP 一表示該組中幾臺最大容量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的附加負(fù)荷，X P 為幾臺最大容量設(shè)備的總?cè)萘?，kW ，b ，c- 二項(xiàng)式系數(shù)，可查表求得。目前二項(xiàng)式法還缺乏充分的理論根據(jù)，在對某些臺數(shù)和容量范圍的設(shè)備進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有可能得出一些矛盾的結(jié)論。二項(xiàng)式系數(shù)是機(jī)械部門根據(jù)實(shí)際測定，統(tǒng)計(jì)而總結(jié)出來的，因而僅限予機(jī)械行業(yè)

24、。需要指出，采用二項(xiàng)式法計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意將計(jì)算范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備統(tǒng)一分組，不應(yīng)逐級計(jì)算后再代數(shù)相加，并且計(jì)算的最后結(jié)果不再乘以最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)max si K 。因?yàn)橛啥?xiàng)式法求得的計(jì)算負(fù)荷是總平均負(fù)荷與最大一組附加負(fù)荷之和，它與需用系數(shù)法的各用電設(shè)備組半小時(shí)最大平均負(fù)荷的代數(shù)和占30P 的概念不同。4. 利用系數(shù)法利用系數(shù)法以概率論為理論基礎(chǔ)，分析所有用電設(shè)備在工作時(shí)的功率迭加曲線得到的參數(shù)為依據(jù)，找出g P 。與平均負(fù)荷的關(guān)p P 系，通過利用系數(shù)最l K 大利用系數(shù)m K 。來確定計(jì)算負(fù)荷。其基本公式如下：ca m l Ni P K K P = kW (5利用系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際

25、負(fù)荷，但計(jì)算方法較復(fù)雜，而且l K 、m K 的數(shù)據(jù)目前如較為缺乏，因而應(yīng)用不廣。綜上所述，在電氣負(fù)荷計(jì)算這一領(lǐng)域內(nèi)，還有大量的工作要做，在如何使計(jì)算負(fù)荷比較接近實(shí)際負(fù)荷和平均最大負(fù)荷的時(shí)間間隔規(guī)定合理化等問題上，還有待于提出一些新的方法和見解。2-2 企業(yè)的年耗電量與年電能損耗是兩個(gè)不同的物理量。年電能損耗是指一年內(nèi)沒有用予生產(chǎn)而損耗在設(shè)備(主要是線路和變壓器 中的電能，年耗電量是企業(yè)在一年內(nèi)所消耗的電能，它包括用于生產(chǎn)的電能和年電能損耗兩項(xiàng)。二者的計(jì)算公式如下：max p ca A P T =822210cos pl ca ca N R A P P U -= 28760pT o k A P

26、 P =+p A -企業(yè)年電能消耗量，kW ·h ；pl A -線路年電能損耗，kW ·h ；pT A -對應(yīng)予ca P 時(shí)的變壓器年損耗，kW ·h ；ca P -對應(yīng)于ca P 對的線路損耗，kW ；-最大負(fù)荷損耗小時(shí)，其含義是t 若供電線路的負(fù)荷總是維持ca P 及cos 不變，則它在小對內(nèi)的電能損耗正好等予實(shí)際負(fù)荷在8760小時(shí)內(nèi)的電能損耗，h ；o P -變壓器等效空載損耗(考慮無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量g K ， kW ；k P -變壓器等效短路損耗，kW 。o o q o P P K Q =+（4）k k q k P P K Q =+（5）由上可見年耗電量是由計(jì)算

27、負(fù)荷乘以年最大負(fù)荷利用小時(shí)求得，而年電能損耗是線路 與變壓器的年電能損耗之和，其實(shí)質(zhì)是用對應(yīng)于ca P 的損耗乘以而求得。顯然與max T 和cos av 有關(guān)，因?yàn)樗鼈兌际菑囊粋€(gè)負(fù)荷曲線推導(dǎo)出來的。在實(shí)際應(yīng)用中給出與max T 的關(guān)系曲線，從該曲線中根據(jù)max T 和cos av 的值就可以查出相應(yīng)的值。2-31三相供電線路的有功功率損耗和無功功率損耗分別為223210ca ca NP Q P X U -+=，kW (1 223210ca ca NP Q Q R U -+=，kvar (2 由以上兩式可知，欲降低線路與變壓器的功率損耗，就必須減少線路的電阻，電抗和變電所的無功計(jì)算負(fù)荷。在系統(tǒng)

28、已經(jīng)運(yùn)行的條件下，可采取以下措施。1 在開關(guān)斷流容量允許的情況下，對于一路使用一路備用的雙回供電線路，可改為兩路同時(shí)使用。這樣可使線路的電阻，電抗降為原來的一半，因而大大減少了線路的功率損耗。2 當(dāng)負(fù)荷功率因數(shù)較低時(shí)及時(shí)增投補(bǔ)償電容器組，這樣可大大減小變電所的無功計(jì) 算負(fù)荷，同樣使線路損耗減少。2變壓器的功率損耗包括空載損耗(鐵損 和短路損耗(銅損 兩部分鐵損是由于主磁通在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗和無功損耗。由于變壓器的主磁通只與外加電壓有關(guān)，而與負(fù)荷電流無關(guān)，因此當(dāng)變壓器在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，外加電壓基本不變，故鐵損為一常數(shù)，在運(yùn)行中沒有辦法降低其數(shù)值。銅損是負(fù)荷電流在變壓器繞組中產(chǎn)生的有功損耗

29、和無功損耗，因而其大小與變壓器的負(fù)荷率有關(guān)。求變壓器功率損耗的公式如下：C （3） （4）式中 o Q 一一變壓器空載無功損耗；0%100o T I Q S = k Q 一一變壓器額定無功損耗%100d k T U Q S = 由公式(3、(4可以看出，在變壓器已經(jīng)運(yùn)行的條件下，只有降低變壓器的負(fù)荷率才能顯著地減少其功率損耗。因此關(guān)鍵是設(shè)法降低變電所的運(yùn)行負(fù)荷s S ，其方法有三：1 合理安排各組負(fù)荷的供電時(shí)間，壓低負(fù)荷曲線上的高峰負(fù)荷；2 人工補(bǔ)償功率因數(shù)，減少無功負(fù)荷，從而使總的s S 變??；3 按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案來投、切變壓器。2-4 提示：考慮電源條件、負(fù)荷性質(zhì)，設(shè)備容量、繼電保護(hù)裝置、短

30、路容量對設(shè)備選擇的影響、電網(wǎng)電容電流、工人技術(shù)水平及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等條件。2-5 功率因數(shù)是交流電路有功功率與視在功率的比值，用cos ，表示 功率因數(shù)過低對用戶有如下危害： 1 使電氣設(shè)備(如變壓器、發(fā)電機(jī)等 的容量不能充分利用。電氣設(shè)備都有一定的額定電壓和額定電流，在正常情況下是不允許超過的。根據(jù)功率表達(dá)式cos N N P I ，如果功率因數(shù)低了，則有功輸出也將隨之降低。反過來此時(shí)要想維持一定的有功輸出，則必然會導(dǎo)致電流的增大。2 增加礦內(nèi)配電線路的功率損失。通過導(dǎo)線的電流由公式/cos P I I=決定。當(dāng)線路電I 必 然增加，使功率損失(223/, 3P I R Q I X = 大大增

31、加。3 增加礦內(nèi)配電線路的電壓損失。線路的電壓損失由公式( /N U PR QX U =+決定。功率因數(shù)變小時(shí)，通過線路的無功功率增加，于是線路電壓損失U 也增加。結(jié)果用電設(shè) 備的端電壓下降，有時(shí)甚至低于允許值，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)行。特別是在用電高峰時(shí)期，功率因數(shù)偏低，會出現(xiàn)大面積地區(qū)的電壓降低，給生產(chǎn)帶來不良后果。功率因數(shù)過高(即產(chǎn)生過補(bǔ)償 對用戶有以下危害：1 增加補(bǔ)償裝置安裝處以前的輸、配電線路的功率損失。當(dāng)出現(xiàn)過補(bǔ)償時(shí)，線路中產(chǎn)生超前電壓90度的電容電流，該電流與電阻電流合成后使總電流I 增加，故功率損失亦會增加。2 造成線路電壓超過規(guī)定值，甚至?xí)寡a(bǔ)償裝置處的電壓高于線路首端的電壓。

32、其相量圖如圖2-1所示。圖中I 超前2U 的角度為，IR 為線路電阻壓降，IX 為線路電抗壓降，由圖可以看出21|U U > 這說明，當(dāng)出現(xiàn)過補(bǔ)償時(shí)，線路末端電壓有可能高于始端電壓，從而使用電設(shè)備所承受的電壓超過規(guī)定值。另外，由于補(bǔ)償電容的無功功率輸出與裝設(shè)處電壓的平方成正比，故母線電壓的提高又會使過補(bǔ)償?shù)某潭雀訃?yán)重。 cos . I ，. R I . 圖2-1過補(bǔ)償時(shí)的線路電壓相量圖電容補(bǔ)償?shù)淖罴逊桨缚煽紤]下列條件確定：1 使線路電能損失為最小。2 補(bǔ)償節(jié)電的經(jīng)濟(jì)性比較，一般功率因數(shù)越接近1，電容補(bǔ)償裝置的投資越大，而節(jié)電的相對收益越小。3 負(fù)荷的穩(wěn)定性。4 負(fù)荷的分布情況。5 補(bǔ)償

33、裝置的投運(yùn)方式。2-6 提高功率因數(shù)的關(guān)鍵在于如何減少電力系統(tǒng)中各個(gè)部分所需用的無功功率，特別是減少負(fù)載從電網(wǎng)中取用的無功功率，使電網(wǎng)在輸送一定的有功功率時(shí)，盡量少輸送或不輸送無功功率。提高功率因數(shù)的方法可分為兩大類：1提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)。一般有以下五項(xiàng)措施；1）盡量采用鼠籠式異步電機(jī)。以為它結(jié)構(gòu)緊密、氣隙小、漏磁少，因而本身的功率因數(shù)就比繞線式異步電動機(jī)高。2）避免電動機(jī)與變壓器的輕載運(yùn)行。因此時(shí)有功功率小而激磁所用的無功功率不變，故cos 較低。所以，應(yīng)力求電動機(jī)在接近額定負(fù)荷的條件下運(yùn)行，變壓器的負(fù)荷率也不宜低于50。3）對不需調(diào)速的大型設(shè)備，盡量采用同步電動機(jī)。同步電動機(jī)的功率

34、因數(shù)可達(dá)到1，并且在過激磁的條件下，還可向電網(wǎng)輸送無功功率，減輕電網(wǎng)輸送無功功率的負(fù)擔(dān)因而提高了功率因數(shù)。礦井可使用同步電動機(jī)的設(shè)備有扇風(fēng)機(jī)，空氣壓縮機(jī)等。4）繞線式異步電動機(jī)同步化運(yùn)行。這一措施同樣可將功率因數(shù)提到1，但由于經(jīng)濟(jì)和維護(hù)問題使其推廣使用受到一定的限制。5 盡量采用高壓電動機(jī)。這樣可以省掉降壓變壓器，從而消除了該變壓器產(chǎn)生的無功損耗，一般變壓器的無功損耗約為有功損耗的五倍以上。礦井可用高壓電動機(jī)的設(shè)備有主排水泵、提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)和扇風(fēng)機(jī)等。2人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)，這是一種使用供應(yīng)無功功率的設(shè)備就地補(bǔ)償用電設(shè)備所需要的無功功率，來提高其功率因數(shù)的方法。當(dāng)用戶在

35、采用了各種“自身提高”的措施后仍達(dá)不到規(guī)定的要求時(shí)，就要考慮增設(shè)人工補(bǔ)償裝置。人工補(bǔ)償法一般有四種類型。1 并聯(lián)移相電容器組。其原理主要是利用電容器產(chǎn)生的無功功率與電感負(fù)載的無功功率相互變換，從而減少負(fù)載向電網(wǎng)吸取無功功率，使得補(bǔ)償裝置處以前的電網(wǎng)無功負(fù)荷減少，即提高了整個(gè)負(fù)荷相對電源的功率因數(shù)。并聯(lián)電容補(bǔ)償法具有投資省、有功功率損耗小(每kvar 損耗約34 W、運(yùn)行維護(hù)方便，故障范圍小、無振動與噪聲、安裝地點(diǎn)較靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而為礦山地面變電所廣泛采用。目前多在6kV 母線上并聯(lián)電容器組進(jìn)行所謂集中補(bǔ)償。電容補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是只能有級調(diào)節(jié)而不能隨負(fù)荷無功功率需要量的變化進(jìn)行連續(xù)平滑的自動調(diào)節(jié)。另外

36、，當(dāng)通風(fēng)不良，運(yùn)行溫度過高或線路電壓超限時(shí)，電容器容易損壞。2 采用同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)大容量的空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，其功率大都在5000kW 及以上，在過激磁時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)無功發(fā)電機(jī)。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以無級調(diào)節(jié)無功功率，但也有造價(jià)高、有功損耗大、需要專人維護(hù)等缺點(diǎn)。因而主要用于電力系統(tǒng)的大型樞紐變電所，來調(diào)整區(qū)域電網(wǎng)的功率因數(shù)和潮流分布。3 采用可控硅靜止無功補(bǔ)償器。這是一種性能較優(yōu)越的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，由移相電容器、飽和電抗器、可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及濾波器等組成。其特點(diǎn)是將可控的飽和電抗器與移相電容器并聯(lián)作用，電容器可補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的沖擊無功功率的全部或大部。當(dāng)無沖擊無功功率時(shí)

37、，則利用由飽和電抗器所構(gòu)成的可調(diào)感性負(fù)載將電容器供給的過剩的無功吸收，從而使功率因數(shù)保持在要求的水平上。濾波器可以吸收沖擊負(fù)荷所產(chǎn)生的高次諧波，保證電壓質(zhì)量。這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速，損耗小，特別適合對功率因數(shù)變化劇烈的大型負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，如用于礦山提升機(jī)的大功率可控硅整流裝置供電的直流電動機(jī)拖動機(jī)組等。其缺點(diǎn)是投資較大，設(shè)備體積大，因而占地面積也較大。4 采用進(jìn)相機(jī)改善功率因數(shù)。進(jìn)相機(jī)叫轉(zhuǎn)子自激相位補(bǔ)償機(jī)，是一種新型的感性無功功率補(bǔ)償設(shè)備，只適用于對繞線式異步電動機(jī)進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，電動機(jī)容量一般為951000kW 。進(jìn)相機(jī)的外形與電動機(jī)相似，沒有定子及繞組，僅有和直流電動機(jī)相似的

38、電樞轉(zhuǎn)子，由單獨(dú)的、容量為1.14.5kW 左右的輔助異步電動機(jī)拖動。其補(bǔ)償原理如下：工作時(shí)進(jìn)相機(jī)與繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)運(yùn)行，主機(jī)轉(zhuǎn)子電線束流在進(jìn)相機(jī)繞組上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速為23000/n p =的旋轉(zhuǎn)磁場；進(jìn)相機(jī)由輔助電動機(jī)拖動順著該旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)進(jìn)相機(jī)轉(zhuǎn)速2k n n >時(shí)，其電樞上產(chǎn)生相位超前于主機(jī)轉(zhuǎn)子電流090的感應(yīng)電勢E k 迭加到主機(jī)轉(zhuǎn)子電勢2E 上，改變了主電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流的相位，從而改變了主電動機(jī)定子電流的相位；調(diào)整k E 就可以使主電動機(jī)在cos 1=的條件下運(yùn)行。這種補(bǔ)償方法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，補(bǔ)償效果好而且徹底，還可以大大降低主電動機(jī)的負(fù)荷電流，因而節(jié)電效果

39、也很顯著，一般運(yùn)行兩、三個(gè)月后就可以收回設(shè)置進(jìn)相機(jī)的投資；其缺點(diǎn)是進(jìn)相機(jī)本身是一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，還要由一輔助電動機(jī)拖動，故增加了維護(hù)和檢修的負(fù)擔(dān)，另外它只適宜負(fù)荷變動不大的大容量繞線式電動機(jī)，故應(yīng)用受到一定的限制。2-7 并聯(lián)補(bǔ)償是將電容器并聯(lián)在變電所的母線上。并聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹饕康氖菫榱颂岣哂脩裟妇€上的功率因數(shù)，對以電容器裝設(shè)處母線引出的配電線直至用電設(shè)備均無補(bǔ)償收益，因母線后配電網(wǎng)路中流通的無功功率并沒有減少，只是無功功率的提供者不同罷了。并聯(lián)補(bǔ)償一般在礦井各級變、配電所作集中補(bǔ)償和單獨(dú)補(bǔ)償用。串聯(lián)補(bǔ)償主要用于電力輸電線路。將電容器與線路串聯(lián)，可以改變線路參數(shù)，從而減少線路的電壓損失，提高末端的電壓

40、水平，減少電網(wǎng)的功率損失和電能損失，提高輸送電能的能力。在并聯(lián)補(bǔ)償中，10kV 及以下線路的補(bǔ)償電容器組常按三角形接線，主要出于以下幾點(diǎn)原因：1 三角形接線可以防止電容器容量不對稱(如個(gè)別電容器的熔斷器熔斷 而出現(xiàn)的過電壓，電熔器對過電壓是最敏感的。若為星形接線，則由于中性點(diǎn)位移，使部分相欠電壓而部分相過電壓。更嚴(yán)重的是當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，其余兩相將升為線電壓(中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) ，電容器將很容易損壞。2 三角形接線若發(fā)生一相斷線，只是使各相的補(bǔ)償容量有所減少，不致于嚴(yán)重不平衡；而星形接線若發(fā)生一相斷線，就使該相失去補(bǔ)償，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。3 采用三角形接線可以充分發(fā)揮電容器的補(bǔ)償能力。電容器的補(bǔ)

41、償容量與加在其兩端的電壓有關(guān)，即22/N c Q UI U X CU =，kvar (1電容器采用三角形接法時(shí)，每相電容承受線電壓，而采用星形接法時(shí)，每相電容承受相電壓，所以有 2. (C Y Q C U = 2/3/3C CU Q =，kvar (2上式表明，具有相同電容量的三個(gè)單相電容器組，采用三角形接法時(shí)的補(bǔ)償容量是采用星形接法的3倍。因此，在電壓相符的情況下，應(yīng)盡量采用三角形接法。2-81電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行使電力系統(tǒng)的有功損耗最小而獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行方式稱電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這里要注意兩個(gè)問題，一是要使整個(gè)電力系統(tǒng)的有功損耗為最小而不是單純考慮某一臺設(shè)備的損耗；二是設(shè)備的運(yùn)行方式，

42、對于變壓器來說，就是分裂運(yùn)行、還是并聯(lián)運(yùn)行，單獨(dú)運(yùn)行還是同時(shí)運(yùn)行，或者是在多大負(fù)荷率下運(yùn)行的問題。2無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量電力系統(tǒng)的有功損耗，不僅與各用電設(shè)備的有功損耗有關(guān)，而且與它們的無功損耗也有關(guān)。因?yàn)樵O(shè)備所消耗的無功功率也要由電力系統(tǒng)供給，這使得電網(wǎng)線路在輸送一定的有功電流的同時(shí)，也要輸送一定的無功電流，結(jié)果總的視在電流就增大了，而線路有功損耗是用視在電流來計(jì)算的，即23t ca P I R =。所以，由于各設(shè)備無功損耗的存在，使電力系統(tǒng)的有功損耗增加了一定的數(shù)值。為了計(jì)算設(shè)備無功損耗所引起電力系統(tǒng)有功損耗的增加量而定義的換算系數(shù)稱無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，用q K 表示。它表示電力系統(tǒng)多輸送1kva

43、r 的無功功率時(shí)，將使電力系統(tǒng)中增加有功功率損耗的kW 數(shù)，其單位是kW kvar 。q K 的值與電力系統(tǒng)的容量，結(jié)構(gòu)及計(jì)算點(diǎn)的具體位置等多種因素有關(guān)，對于工礦企業(yè)變、配電所0.20.1q K =，對由發(fā)電機(jī)直配的負(fù)荷0.020.04q K =；對經(jīng)兩級變壓的負(fù)荷0.050.07q K =，對經(jīng)三級以上變壓的負(fù)荷0.080.1q K =。3確定兩臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案礦井主變壓器是全礦的供電電源，因此搞好變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對節(jié)約電能有很大的意義。我們先來考慮單臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器即有有功損耗，又有無功損耗，這些損耗都要引起電力系統(tǒng)有功損耗的增加，但由于變壓器的有功損耗遠(yuǎn)比無功損耗小，因此

44、在考慮電力系統(tǒng)有功損耗增量時(shí)，可以忽略變壓器有功損耗的影響。要確定變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件，可以采用數(shù)學(xué)分析中求極值的方法。將變壓器本身的有功損耗再加上變壓器的無功損耗在電力系統(tǒng)中引起的有功損耗增量，二者之和稱為變壓器有功損耗換算值，然后對電力系統(tǒng)單位容量負(fù)荷的有功損耗換算值求導(dǎo)數(shù)，并令導(dǎo)數(shù)為零，就可以得到變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷。設(shè)某變壓器的負(fù)荷為s S ，則其有功損耗換算值為T q T P Q K Q =+22o k q o q k P P K Q K Q =+2( o q o k q k P K Q P K Q =+ (1式中一一變壓器的負(fù)荷率，. /s N T S S =。要使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷

45、下，就必須滿足負(fù)荷單位容量的有功損耗換算值/s P S 為最小的條件。令(/ 0s sd P S dS =，就可得到變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為. ec T N T S S = (2 變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷與其額定容量之比稱為變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)，即ec T K = (3 下面來確定兩臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案。設(shè)某礦地面變電所有兩臺同型號，同容量的主變壓器，變電所總負(fù)荷為s S 。所謂兩臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，實(shí)際上就是求出其臨界負(fù)荷來確定在什么負(fù)荷條件下應(yīng)該一臺運(yùn)行，在什么負(fù)荷條件下應(yīng)該兩臺同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)一臺變壓器運(yùn)行時(shí)，它承擔(dān)總負(fù)荷s S ，故由公式(1得其有功損耗換算值為2. ( s I o q o k q

46、 k N T S P P K Q P K Q S =+ 兩臺變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，每臺承擔(dān)負(fù)荷約為/2s S ，而總的有功損耗換算值為此時(shí)一臺 換算值的兩倍，即2. /22( s o q o k q k N T S P P K Q P K Q S =+ (2. 12( 2s o q o k q k N T S P K Q P K Q S =+ 我們以s P S 和，為坐標(biāo)可畫出兩條曲線，表示兩種情況下有功損耗換算值對總負(fù)荷s S 的關(guān)系。兩曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的負(fù)荷就稱為兩變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷，用ec S 表示。當(dāng)s ec S S S =<時(shí)，因s ec S S S =>，故宜于一臺運(yùn)

47、行；當(dāng)s ec S S S =>時(shí)，因P P <，故宜于兩臺同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)s ij S S =，P P =，即2( s I h q k q be S P P K Q P K Q S =+ (212( 2s h q h q be S P K Q P K Q S =+ 由此可求得兩臺變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為. ec N T S S = (4 對于幾臺與(n一1 臺同型同容變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷，同樣可以推導(dǎo)出其表達(dá)式為。. ec N T S S =(5 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，除與變壓器本身損耗有關(guān)外，還與兩部電價(jià)制的收費(fèi)方式有很大的關(guān)系。目前我國實(shí)行的兩部電價(jià)制，實(shí)際上對用戶有兩種不

48、同的收費(fèi)辦法，即固定電費(fèi)有按最高負(fù)荷收費(fèi)和按變壓器接用容量收費(fèi)兩種。對于后一種收費(fèi)辦法，實(shí)際變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案就有較大困難。因這種情況下，供電設(shè)計(jì)上常選用兩臺變壓器臺運(yùn)行，一臺備用的運(yùn)行方式，以減少固定電費(fèi)支出。2-9 解題思路工礦企業(yè)負(fù)荷計(jì)算，首先需收集必要的負(fù)荷資料，按表2-9的格式做成負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算表，計(jì)算或查表求出各負(fù)荷的需用系數(shù)和功率因數(shù)（例題已給出），然后由低壓到高壓逐級計(jì)算各組負(fù)荷，在進(jìn)行負(fù)荷歸總時(shí)，應(yīng)計(jì)入各低壓變壓器的損耗，考慮組間同時(shí)系數(shù)后，就可求得礦井kV 母線上的總計(jì)算負(fù)荷，作為初選主變壓器臺數(shù)容量的主要依據(jù)功率因數(shù)的補(bǔ)償計(jì)算與主變壓器的容量、負(fù)荷率及運(yùn)行方式密不可分，題

49、意是要求將35kV 母線的功率因數(shù)提高到0.9以上，故應(yīng)將主變壓器的功率損耗也計(jì)入總的負(fù)荷中，在計(jì)算過程中將會存在估算與最后驗(yàn)算的反復(fù)。擬定供電系統(tǒng)，主要是綜合考慮礦井負(fù)荷性質(zhì)，主變壓器的臺數(shù)、容量及電源線的情況來決定礦井地面356kV 變電所的主接線方式。并繪制供電系統(tǒng)一次接線圖。本題可按以下八步求解。（一）計(jì)算各組負(fù)荷并填入表2-2中1114各欄。（二）選擇各低壓變壓器并計(jì)算其損耗。（三）計(jì)算6kV 母線上補(bǔ)償前的總負(fù)荷并初選主變壓器。（四）功率因數(shù)補(bǔ)償計(jì)算與電容器柜選擇。（五）主變壓器校驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（六）全礦電耗與噸煤電耗計(jì)算。（七）擬定并繪制礦井地面供電系統(tǒng)一次接線圖。（八）設(shè)計(jì)計(jì)算

50、選擇結(jié)果匯總。解（一）計(jì)算各組負(fù)荷與填表利用表28中811各列的數(shù)據(jù)和公式（219）, 分別算出各設(shè)備或設(shè)備組的P ca 、Q ca 、及S ca , 并填入表29中1214列。例如，對于主井提升機(jī)有P ca.1=K d1P N1=0.95×1000=950 kWQ ca.1=tanP ca . 1=0.62×950=589 kvarca.11118S = kVA 又如，對于扇風(fēng)機(jī)1，由同步電動機(jī)拖動，表28中其cos 標(biāo)出負(fù)值，其原因是：同步電動機(jī)當(dāng)負(fù)荷率0.9，且在過勵(lì)磁的條件下，其功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，故為負(fù)值。此時(shí)同步電動機(jī)的無功補(bǔ)償率約為4060%，近

51、似計(jì)算取50%，故其補(bǔ)償能力可按下式計(jì)算：P ca.3=K d3P N3=0.88×800=704 kWQ ca.3= 0.5（P ca.3tan 3）=0.5×704×（0.46）=162 kvarca 3722S = kVA 同理可得其余各組數(shù)據(jù)見表2-2。在表2-2的合計(jì)欄中，合計(jì)有功負(fù)荷9591 kW 和無功負(fù)荷5357 kvar 是表中12列、13列的代數(shù)和，而視在負(fù)荷10986 kVA ，則是據(jù)上述兩個(gè)數(shù)值按公式(219 計(jì)算得出，視在容量的代數(shù)和無意義。 第三章 短路電流計(jì)算習(xí) 題（各題后括號中的“*”，“ ”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種

52、形式）3-1 解釋下列名詞：穿越性短路，兩相接地短路，暫態(tài)電流；次暫態(tài)電流；短路穩(wěn)態(tài)電流，零序電流。（*） 3-2 沖擊系數(shù)sh K (1.3sh K 1.8 為什么靠近電源處取大值? 遠(yuǎn)離電源處取小值? (3-3 試推導(dǎo)出無限大電源容量系統(tǒng)短路電流瞬時(shí)值d i 的表達(dá)式即公式(2一1。(+ 3-4 什么叫有限電源容量與無限大電源容量? 為什么在計(jì)算短路電流時(shí)，要考慮電 源容量大小這一因素? (*3-5 為了簡化短路電流計(jì)算，有哪些基本假設(shè)? (+3-6 發(fā)生三相短路時(shí)，各相短路電流非周期分量之和等于零；各相全短路電流之和 也為零這兩種說法對不對? 為什么? (*3-7 在短路計(jì)算時(shí)，必須收集

53、哪些數(shù)據(jù)后才能進(jìn)行? 計(jì)算短路電流有什么用處?(+3-8 用絕對值法計(jì)算短路電流適用于什么電網(wǎng)條件? 有何優(yōu)缺點(diǎn)? 短路回路中各元件的電抗值如何汁算? (+3-9 用相對值法計(jì)算短路電流有何優(yōu)點(diǎn)? 短路回路中各元件的相對電抗如何計(jì)算? (+ 3-10 在計(jì)算短路回路中各元件的相對電抗時(shí)，必須選取一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)容量，其大小可以任意選定，而其基準(zhǔn)電壓必須采用該元件所在線路的平均電壓，不得任意選取，原因何在? (*3-11 什么叫轉(zhuǎn)移阻抗? 轉(zhuǎn)移阻抗可采用哪些方法進(jìn)行計(jì)算? 試證明之。 (*3-12 什么叫正序電抗、負(fù)序電抗和零序電抗? 為什么正、負(fù)序電抗只在旋轉(zhuǎn)電機(jī)上才不相等? 而零序電抗在有零序

54、電流通過的線路上比正、負(fù)序電抗值大? (*3-13 什么叫最大運(yùn)行方式、最小運(yùn)行方式和正常運(yùn)行方式? 在計(jì)算短路電流時(shí)應(yīng)如何考慮? (+3-14 煤礦井下低壓電網(wǎng)兩相短路電流計(jì)算曲線考慮了哪些因素忽略了哪些因素? 為什么這些因素可以忽略? (+3-15 在什么情況下應(yīng)考慮大容量高壓電動機(jī)對短路電流的影響? 在什么情況下可以不考慮? (*3-16 短路電流對電氣設(shè)備會產(chǎn)生哪些危害? 什么樣的設(shè)備應(yīng)考慮其動穩(wěn)定? 什么祥的設(shè)注1：線路類注2：電機(jī)類型備應(yīng)考慮其熱穩(wěn)定? (十3-17 什么叫短路電流作用的假想時(shí)間? 假想時(shí)間與哪些參數(shù)有關(guān)? (*3-18 在高壓電器的熱穩(wěn)定校驗(yàn)中，如何確定假想時(shí)間i

55、 t ? (十 。3-19 某供電系統(tǒng)如圖3-1所示，電源容量為無限大。其余各元件參數(shù)如下：線路13, L L 為架空線，線路34, L L 電纜，1L =10km，2L =15km，3L =4L =1km，變壓器12, T T 參數(shù)相同，. T N S =10000kVA ，%k U =7.5；電抗器12, L L 參數(shù)相同，. L N U =6kV，. L N I =500A，%L X =3。求：1123, , k k k 點(diǎn)的短路參數(shù)(3, , k sh k I i S ;23k 點(diǎn)發(fā)生三相短路對兩段6kV 母線上的殘壓1U 和2U 。 S k 1=S k 2=圖3-1 習(xí)題3-19的供

56、電系統(tǒng)圖3-20 在圖3-2所示的供電系統(tǒng)中，設(shè)在k 點(diǎn)短路時(shí)電源6.3KV 母線電壓能維持不變。若要求k 點(diǎn)的短路沖擊電流不得超過40KA ，求允許并聯(lián)的電纜根數(shù)是多少？各線路參數(shù)相同，即電抗器：. 6L N U KV =，. 200L N I A =，%4L X =； 電纜：1.25, L km = 00.08/, x km = 00.37/r km =。 圖3-2 習(xí)題3-20的供電系統(tǒng)圖思考題選答3-11穿越性短路穿越性短路主要是針對線路控制開關(guān)而言，當(dāng)控制一條線路的開關(guān)負(fù)荷側(cè)發(fā)生A 相接地短路，同時(shí)其電源側(cè)又發(fā)生B 相接地短路，此時(shí)形成的兩相接地短路故障將越出開關(guān)的控制范圍之外，即使

57、開關(guān)跳閘，故障并不能切除，只是改變了類型。另外，當(dāng)不同線路的開關(guān)前后發(fā)生異相接地所形成的兩相接地短路，也具有這種特點(diǎn)。一般把單條或兩條線路的開關(guān)前后發(fā)生異相接地所形成的兩相接地短路稱為穿越性短路。 2兩相接地短路 兩相接地短路是指在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中兩相在不同地點(diǎn)與地短接，從而通過大地所形成的不對稱短路，其特點(diǎn)是線路中要產(chǎn)生零序電流。而兩相短路和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生的兩相接地而造成的短路，由于沒有零序電流的通路，故沒有零序電流產(chǎn)生。 3暫態(tài)電流(瞬變電流 對于無限大電源容量系統(tǒng)，暫態(tài)電流是指短路瞬間(即0t =時(shí) 短路電流周期分量的有效值。由于在無限大電源容量系統(tǒng)中短路電流周期分量不衰減，故最大暫態(tài)電流就等