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1、第三章 常用用计算的的基本理理论和方方法31 正常运运行时导导体载流流量计算算一、概述述1、两种种工作状状态1）正常常工作状状态：电电压和电电流都不不会超过过额定值值，导体体和电器器能够长长期安全全经济地地运行。2）短路路工作状状态：系系统发生生故障，I，U，此时，导体和电器应能承受短时发热和电动力的作用。它们都以热量的形式表现出来，使导体的温度升高。2、所有有电气设设备在工工作中，会会产生各各种功率率损耗，其其损耗有有：1）电阻阻损耗：导体本本身存在在电阻。（铜损）2）介质质损耗：绝缘材材料在电电场作用用下产生生的。（介介损）3）涡流流和磁滞滞损耗：铁磁物物质在强强大的交交变磁场场中。（铁铁
2、损） 本本章主要要讨论“铜损”发热问问题。发发热不仅仅消耗能能量，而而且导致致电气设设备温度度升高，从从而产生生不良影影响。3、发热热对电气气设备的的影响1）机械械强度下下降：TT，会使使材料退退火软化化。2）接触触电阻增增加：TT过高，接接触连接接表面会会强烈氧氧化，使使接触电电阻进一一步增加加。3）绝缘缘性能降降低：长长期受高高温作用用，将逐逐渐变脆脆和老化化，使用用寿命大大为缩短短。4、发热热的分类类 按流过过电流的的大小和和时间，发发热可分分为：1）长期期发热：由正常常工作电电流引起起的发热热。长期发热热的特征征：发热热时间长长；通电电持续时时间内，发发热功率率与散热热功率平平衡，保保
3、持为稳稳定温度度；稳定定温升2）短时时发热：由短路路电流引引起的发发热，导导体短路路时间很小，但但Ik很大。QQ发仍然很很多，且且不易散散出，另另外，还还要受到到电动力力的作用用。短时发热热的特征征：发热时时间短；短路时时导体温温度变化化范围很很大，整整个发热热过程中中散热功功率远小小于发热热功率；短路时时间虽然然不长，但但电流大大，因此此发热量量也很大大，造成成导体迅迅速升温温。为了保证证导体的的长期发发热和短短时发热热作用下下能可靠靠、安全全地工作作，应限限制其发发热的最最高温度度。5、最高高允许温温度为了保证证导体可可靠地工工作，须须使其发发热温度度不得超超过一定定的数值值。按照照工作状
4、状态，它它又可分分为下述述两种：1）正常常最高允允许温度度al：对裸铝导导体，al=+70， 计计入太阳阳辐射 al=+80接触面镀镀锡时，al=+85 接触面有银覆盖时，al=+952）短时时最高允允许温度度sp：sp al，因为短短路电流流持续时时间短。硬铝ssp=2000, 硬铜铜sp=3000。3）封闭闭母线最最高允许许温度导体 al=+90 外外壳al=+704）钢构构发热最最高允许许温度 人人可触及及 al=+70 人人不可触触及 al=+1000 混混凝土中中钢筋 al=+80按正常工工作电流流及额定定电压选选择设备备，按短短路情况况来校验验设备二、导体体发热和和散热1、发热热：
5、来自导导体电阻阻损耗产产生的热热量和太太阳日照照的热量量1）导体体电阻损损耗的（热热量）功功率QR单位长度度导体通通过电流流IW时，所所发出的的热量，可可按下式式计算：（W/mm)式中：（/m）式中：导体体的交流流电阻（）导体体温度为为时的直直流电阻阻率（）电阻阻温度系系数（）导体体的运行行温度（）导体体截面积积（）集肤肤效应系系数2）太阳阳日照的的（热量量）功率率Qt凡要装在在屋外的的导体，均均应考虑虑日照的的影响。Qt=EEtAtFt(w/m)式中：EEt-太阳阳辐射功功率密度度（W/m）)（注：我国取取） AAt-导体体的吸收收率，对对铝导体体As=0.66Ft-单单位长度度导体受受太阳
6、辐辐射的面面积（mm2/m）,对于圆圆管导体体Fs=D(D:导体体直径，mm)2、热量量的传递递过程（散散热）从物理本本质而盐盐，可分分为：导导流、对对流、辐辐射1)对流流Ql：气体体各部分分相对位位移将热热量带走走的过程程对流换热热Ql：（W/mm）由于对流流条件不不同，可可分为自自然对流流散热（风风速小于于0.22m/ss）和强强迫对流流散热两两种情况况。a. 自然对流流散热空气自然然对流散散热系数数： 单位长度度导体的的散热面面积与导导体尺寸寸、布置置方式等等因素有有关。下下面列出出几种常常用导体体的对流流散热面面积：1）单条条导体： 22）二条条导体： 33）三条条导体： 44）槽形形
7、导体： 55）圆管管导体：b.强迫迫对流散散热 强迫迫对流散散热系数数：若风向与与导体不不垂直，二二者间有有夹角，则则须进行行修正强迫对流流散热量量为：2)辐射射Qf：热量量从高温温物体，以以热辐射射方式传传至低温温物体的的传播过过程。辐辐射换热热量： （WW/m）式中，-导体材材料的辐辐射系数数；-导导体的辐辐射换热热面积（mm2/m）。单条导体体辐射散散热面积积：二条导体体辐射散散热面积积：三条导体体辐射散散热面积积：槽行导体体辐射散散热面积积：圆管行导导体辐射射散热面面积：3、导热热Qd固体中由由于晶格格振动和和自由电电子运动动，使热热量由高高温区传传至低温温区。或或在气体体中，由由于分
8、子子不停地地运动，使使热量从从由高温温区传至至低温区区，称为为导热。式中，-导体的的导热面面积WW/（mmc）; -物体厚厚度-导体的的导热面面积MM2； 1,2-高低低温区温温度注：导体体内部由由于温度度处处相相同，没没有导热热，另外外，由于于空气的的导热系系数很少少，可以以忽略不不计。因因此，QQd=03、根据据能量守守恒原理理：导体体产生的的热量=耗散热热量 导体体电阻损损耗热量量+吸收收太阳热热量之和和=导体体辐射散散热+空空气对流流散热（）三、导体体载流量量的计算算计算目的的：确定定导体的的长期允允许工作作电流，即即载流量量。1、 导体的温温升过程程导体在未未通过电电流时，其其温度和
9、和周围介介质温度度相同。当当通过电电流时，由由于发热热，使温温度升高高，并因因此与周周围介质质产生温温差，热热量将逐逐渐散失失到周围围介质中中去。在在正常工工作情况况下，导导体通过过的电流流是持续续稳定的的，因此此经过一一段时间间后，电电流所产产生的全全部热量量将随时时完全散散失到周周围介质质中去，即即达到发发热与散散热的平平衡，使使导体的的温度维维持在某某一稳定定值。当当工作状状况改变变时，热热平衡被被破坏，导导体的温温度发生生变化；再过一一段时间间，又建建立新的的热平衡衡，导体体在新的的稳定温温度下工工作。所所以，导导体温升升过程也也是一个个能量守守恒的过过程。导体的温温度由起起始温度度（
10、k）开始始上升，经经过一段段时间后后达到稳稳定温度度（w）。导导体所产产生的热热量（QQR），一一部分用用于本身身温度升升高所需需的热量量（Qc），另另一部分分散失到到周围的的介质中中（Ql+Qf）。根据热平平衡方程程式：QR=QQc+Ql+Qf 【暂暂不考虑虑日照QQt的影响响】 （1）（W/mm）【复复合换热热】式中，导体体的总换换热系数数 导体的的换热面面积导体体的温度度 周围空空气的温温度在时间内内，有 式中：流过过导体的的电流 导体体的电阻阻导体体的质量量 导体的的比热容容导体通过过正常工工作电流流时，其其温度变变化范围围不大，因因此认为为R、CC、为常常数（实实际上，RR、C、为温
11、度的函数）设温升，则则，有 (2)(2)式式为一阶阶常系数数微分方方程。初始条件件:t=0，=k(起始始温升)=k-0，则两边边取拉式式变换得得则有： 则方程式式的解为为 热热时间常常数： 稳定温温升： 则有： 解得：式中，TTt=mcc/F-发发热时间间常数；= I22R/F-稳定温温升。当时，导导体的温温升趋于于稳定温温升： 此时 即在稳定定发热状状态下，导导体中产产生的全全部热量量都散失失在周围围环境中中发热时间间常数表示发热热进程的的快慢，与导体的热容量成正比，与导体的散热能力成反比，而与电流无关，实际上，当时，已趋于稳定温升，（1）温升过程是按指数曲线变化，开始阶段上升很快，随着时间
12、的延长，其上升速度逐渐减小。（2）导体温升过程快慢取决于导体发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体散热能力成反比，而与通过电流大小无关；（3）对于某一导体，当通过的电流不同，发热量不同，稳定温升也就不同。电流大时，稳定温升高；电流小时，稳定温升低。（4）大约经过（34）T的时间，导体的温升即可认为已趋近稳定温升W。稳定温度度，w=0+=0+ II2R/F】（5）导导体达到到稳定发发热状态态后，由由电阻损损耗产生生热量全全部以对对流和辐辐射形式式散失掉掉，导体体温升趋趋于稳定定，且稳稳定温升升与导体体初始温温度无关关2、导体体的载流流量限制导体体（或其其它电气气设备）长长期工作作电流的的
13、根本条条件：是是其稳定定温度不不应超过过长期发发热最高高允许温温度，即即wp(al)允许电流流：根据稳定定温升的的公式：有：而稳定温温升，其其中是环环境温度度，是导导体正常常工作时时长期发发热稳定定温度在环境温温度0下，使使电气设设备的稳稳定温度度正好为为允许温温度，即即使w=al的电电流，称称为该环环温下的的允许电电流，记记为Ial（0）（载流流量）为为： (3)计及日照照影响时时，屋外外导体载载流量为为 (4)在制造规规范确定定的标准准环境温温度N及标准准冷却方方式=N下，电电气设备备的容许许电流称称为额定定电流IIN，即IN=Ial（0）即：IN= (5)通常，厂厂家给出出的导体体载流量
14、量是在环环境温度度为额定定环境温温度时得得出的，而而当导体体工作的的实际环环境温度度与该温温度不同同时，则则该导体体的实际际载流量量应进行行修正。即当实际际环境温温度为时时，导体体的实际际载流量量 K= 环境境温度修修正系数数工程上往往往以额额定参数数作为已已知量来来计算实实际运行行允许量量（33）或（44）/（55）导体允许许长期工工作电流流 Ial（0）=式中，KKa= 散热热方程式式修正系系数；工程条件件：ImaxxIal（0）说明：上上述公式式的应用用1)求导导体的载载流量，此此时 =al=770(没没有特殊殊说明时时)举例1：设求解：2)求导导体的正正常发热热温度ww，此时时应知道道
15、实际运运行的IImaxx举例2：设求（）3)求导导体的截截面积SS3、提高高允许电电流的方方法a）减小小导体交交流电阻阻：1） 采用小小的材料料，如铜铜、铝合合金等；2） 减少接触触电阻，接接触面镀镀银，搪搪锡等；3） 增大S（但但S不宜宜太大，要要考虑集集肤效应应的影响响）S增大，往往往集肤肤系数(Kf)也跟跟着增加加，所以以单条导导体的截截面积不不宜做得得过大，如如矩形截截面铝导导体，单单条导体体最大截截面积不不超过112500mm22b）增大大有效散散热面积积F F与导体体的几何何形状有有关。在在相同的的S下，圆圆柱形外外表表面面最小，矩矩形、槽槽形外表表面较大大，管形形母线内内表面，只
16、只有在母母线开槽槽或强迫迫冷却时时，才起起放热作作用。c)提高高换热系数数1）加强强冷却。如如改善通通风条件件或采用用强制通通风，采采用专用用冷却介介质等；对200000AA以上的的大电流流母线，可可强迫水水冷和风风冷；2）合理理布置导导体，可可提高自自然放热热系数；3）导体体表面涂涂漆，利利用漆辐辐射系数数大的特特点，可可提高辐辐射散热热能力。屋内母线线，能增增加电流流，并以以此识别别相序，黄黄（A），绿绿（B），红红（C）；屋外母母线，为为减少对对太阳辐辐射的吸吸收，不不应涂漆漆，而保保留其光光亮表面面。第二节 载流导体体短路时时发热计计算计算目的的：校验验热稳定定，确定定导体在在短路时时
17、可能出出现的最最高短时时发热温温度h。如果没有有超过所所规定的的导体短短时发热热允许温温度，则则称该导导体在短短路时是是热稳定定的；否否则，需需要增大大导体截截面积或或限制短短路电流流以保证证导体在在短路时时的热稳稳定热稳定校校验的根根本条件件是：导导体短时时发热最最高温度度不得超超过短时时最高允允许值ssp。即即hsp导体的短短时发热热是指短路路开始到到短路切切除为止止，很短短一段时时间内导导体通过过短路电电流所引引起的发发热。一、 短路时发发热过程程从短路开开始（ww）到短短路被切切除（kk）这段段时间内内，导体体的温度度从初始始值w很快上上升到最最大值hh。【见见图3-3所示示】h短短路
18、电流流切除时时刻k对应导导体温度度特点：发热时时间短（00.155秒-8秒），生生产的热热量来不不及向周周围介质质散布，即即全部用用来使导导体温度度升高，基基本上是是绝热过过程。温度变变化范围围大，RR、C不能视视为常数数，随温温度而变变化。根据短路路时导体体发热的的特点可可列出热热平衡： 在时间内内，热平平衡方程程式： 其中：将、mm带入热热平衡方方程式，整整理可得得：为了求出出短路切切除时导导体的最最高温度度，可对对上式两两边求积积分。左边积分分从0到到（短路路切除时时间，等等于继电电保护动动作时间间与断路路器全开开断时间间之和）右边从起起始温度度到最高高温度整理后，得得上式左边边： 与短
19、路电电流产生生的热量量成正比比；称为为短路电电流热效效应，用用QK表示。上式左边边：上式表明明，对于于材料一一定的导导体来说说， ，均为常常数，其其A值只与与温度有有关。即即A=ff（），对对于不同同的导体体它们之之间的关关系已绘绘成了曲曲线，实实际应用用只要查查图就可可以了于是有：为了简化化和的计算算，已按按照各种种材料的的平均参参数，做做出了的的曲线，如如图：二、计算算的步骤骤根据该曲曲线计算算的步骤骤如下：求出导体体正常工工作时的的温度与和I有有关 1）由导导体初始始温度（如如不知，通通常取正正常运行行时最高高允许温温度）；2）由和和导体的的材料查查曲线得得到3）计算算短路电电流热效效应
20、4）计算算5）最后后由查曲曲线得到到注意：检检查是否否超过导导体短路路时最高高允许温温度三、热效效应的计计算法由于短路路电流变变化复杂杂，工程程上常采采用近似似计算法法来计算算，有两种种方法：等值时间间法、实实用计算算法【辛辛卜生法法】短路全电电流由两两部分构构成： 短路全电电流有效效值为：式中，对对应于时时间t的的短路电电流周期期分量的的有效值值短路电流流非周期期分量的的起始值值，=Ta:衰衰减时间间常数，一一般取代入得：1、求周周期分量量的热效效应 QQp对任意曲曲线的定定积分，可可采用辛辛普森近近似计算算，实用计算算中，取取足够准准确，将将其带入入上式得得：为了进一一步简化化计算，近近似
21、认为为因为：2、求非非周期分分量的热热效应 Qnp式中，TT-非周周期分量量等效时时间，其其值可查查书P773表33-3所所示。说明：当当tk1ss时，发发热主要要由周期期分量决决定，即即可不计计非周期期分量的的影响。【注：PP73中中例3-4可略略讲】第三节 载流导体体短路时时电动力力计算载流导体体位于磁磁场中，要要受到磁磁场力的的作用，这这种力称称为电动动力。当当系统发发生短路路时，因因短路电电流很大大，电动动力也很很大，如如机械强强度不够够，将使使导体变变形或损损坏。因因此，需需对电动动力进行行计算分分析。计算的目目的：校校验导体体和设备备的电动动力。电气设备备中的载载流导体体当通过过电
22、流时时，除了了发热效效应以外外，还有有载流导导体相互互之间的的作用力力，称为为电动力力。为了保证证电器和和载流导导体不致致破坏，短短路冲击击电流产产生的电电动力不不应超过过电器和和载流导导体的允允许应力力；载流导体体之间电电动力的的大小和和方向，取取决于电电流的大大小和方方向，导导体的尺尺寸、形形状和相相互之间间的位置置以及周周围介质质的特性性。一、计算算电动力力的方法法1、毕奥奥沙瓦瓦定律通过电流流i的导导体，处处在磁感感应强度度为B的的外磁场场中，导导体L上上的单元长度度dL上上所受到到的电动动力dFF为：对上式沿沿导体LL全长积积分，可可得L全全长上所所受电动动力为： 2、两条条平行细细
23、长导体体间的电电动力计算两导导体间的的电动力力可以不不考虑导导体截面面大小形形状的影影响，而而视为集集中在导导体的中中心线上上（aL）（截截面s相距距a导体长长度L）。在配电装装置中，导导体都是是三相水水平布置置的如图图3-55所示，首首先分析析两根平平行无限限长导体体通以电电流i1、i2产生相相互作用用力F的的情况，载流导体体1中的的电流在在导体22中所产产生的磁磁感应强强度为：式中， 空气的的导磁系系数【注：aa-两导体体中心距距（m）；L-导导体的长长度（mm）】由式（33-444），可可得导体体2在ddl上所所受的电电动力为为：由于，则则 同理导体体2在导导体1所所产生的的磁感应应强度
24、为为：导体1全全长所受受的电动动力：则，它们是一一对作用用力与反反作用力力，大小小相等，方方向相反反。F11=F2=F3、电流流分布对对电动力力的影响响上述讨论论的电动动力没有有考虑截截面尺寸寸和形状状的影响响，实际际使用的的导体截截面有矩矩形、圆圆形、槽槽形等。可可以将之之看成若若干无限限细长导导体的组组成，再再按上述述方法求求及其合合力。（1）实实际电流流在导体体截面上上的分布布并不是是集中在在轴线上上，导体体的截面面形状和和尺寸影影响电动动力的大大小；（2）当当导体的的边沿距距离（净净距）小小于其截截面的周周长时，应应考虑电电流在截截面上的的分布。（3）电电流分布布对电动动力的影影响可以
25、以用一个个形状系系数来修修正，修修正后的的电动力力为K表表示实际际形状导导体所受受电动力力与细长长导体（把把电流看看作是集集中在轴轴线上）电电动力之之比【注：KK可根据据截面形形状查图图、查表表求得，见见书P775-776】形状系数数的确定定：矩形导导体的形形状系数数已制成成曲线，示示于图33-188中；导体净距距离大于于导体截截面半周周长的两两倍，即即时，KK=1圆管导导体 K=11槽行导导体，在在计算相相间和同同相条间间的电动动力时，二、 三相导体体短路时时的电动动力1、分析析受力情情况三相系统统中，发发生短路路时作用用于每相相导体的的电动力力，取决决于该相相导体中中的电流流与其它它两相导
26、导体中电电流的相相互作用用力；当发生三三相短路路时，如如不考虑虑短路电电流周期期分量的的衰减，则则三相短短路电流流为：三相短路路时，中中间相（BB相）和和边相（AA、C相相）受力力情况不不一样，如如图：（1）作作用在边边相（AA、C）的的电动力力把短路电电流、代入上上式，经经三角变变换后，得得由四个分分量组成成：（11）不衰衰减的固固定分量量； （22）按时时间常数数衰减的的非周期期分量； （33）按时时间常数数衰减的的工频分分量； （44）不衰衰减的两两倍工频频分量。见书上图图（2）作作用在中中间相（BB相）的的电动力力把短路电电流、代入上上式，经经三角变变换后，得得B相所受受电动力力中只包
27、含含三个分分量，即即：（11）按时时间常数数衰减的的非周期期分量； （22）按时时间常数数衰减的的工频分分量； （33）不衰衰减的两两倍工频频分量。而没有不不衰减的的固定分分量。可以分析析证明：发生三三相对称称短路时时，B相相（中间间相）所所受的电电动力为为最大。由由于三相相导体选选择同一一型号同同一材料料，所以以只要找找出工作作条件最最恶劣的的一相就就可以了了。2、电动动力的最最大值工程上常常常要用用到三相相短路时时电动力力的最大大值。因因此，需需要先求求出边相相和中间间相各自自的最大大值来比比较；而由和的的计算公公式可见见，和是和的函数数，因此此只能近近似计算算；可以认为为：为最大值值时的
28、，应应能使固固定分量量和衰减减的非周周期分量量的和为为最大为最大值值时的，应应能使非非周期分分量为最最大通常：和表达式式为（33-511）和（33-522）短路发生生后半个个周期即即时，短短路电流流幅值最最大短路冲击击电流：代入以上上条件，最最后得出出：A相相电动力力最大值值为 BB相电动动力最大大值为 比较上述述二式可可知：故三相短短路时电电动力最最大值出出现在中中间相（BB相）上上。三、不同同故障类类型，最最大电动动力的比比较1、单相相接地短短路只有接地地相有IIK通过，所所以，不不存在电电动力。2、两相相短路对于同一一系统来来说，在在同一地地点发生生三相短短路故障障和两相相短路故故障时由
29、于 所以： 则两相短短路电动动力最大大值为：最后比较较：可见：以以三相短短路时BB相电动动力为最最大。四、结论论由上分析析可知，导导体发生生三相短短路故障障时，中中间相所所受到的的电动力力最大，其其最大值值为，最最大值出出现在短短路后最最初半个个周期（即即t=00.011s）。因此，校验导体和电器设备的的动稳定应以三相短路时中间相所受到的电动力为准。因此计算算电动力力最大值值应为：五、导体体振动的的动态应应力任何物体体都具有有一定的的质量和和弹性，比比如导体体及支撑撑它的绝绝缘子。由由弹性物物体构成成的组合合体称为为弹性系系统；自由振动动；自由振动动的频率率称为固固有频率率；但是如果果母线所所
30、受的外外力是持持续的、周周期性的的（如短短路电动动力），母母线系统统将发生生强迫振振动；在强迫振振动中，当当外力频频率和母母线系统统固有频频率接近近或相等等，就会会产生机机械共振振现象；此时母线线振幅特特别大，可可能使母母线及其其支撑构构架遭到到破坏；凡是连接接发电机机、变压压器及其其配电装装置的导导体均属属于重要要回路。这这些回路路需要考考虑共振振的影响响；导体和绝绝缘子均均参加的的振动称称为双频频振动系系统。当当绝缘子子的固有有频率远远大于导导体的固固有频率率时，共共振可按按只有导导体参加加振动的的单频振振动系统统计算。导体的一一阶固有有频率为为：（对对矩形）L绝绝缘子跨跨距 频率系系数，
31、如如表3-5所示示E导导体材料料的弹性性摸量 JJ导体体截面惯惯性矩 m导体单单位长度度的质量量修正静态态计算法法：即母线在在电动力力作用下下的动态态应力，可可以化为为静态负负荷下的的应力，乘乘以动态态应力系系数即是说，在在最大电电动力基基础上乘乘以动态态应力系系数，以以求得实实际动态态过程中中动态应应力的最最大值。与导体固固有振荡荡频率的的关系如如图所示示为了避免免在母线线及其构构架中引引起危险险的共振振，设计计时，对对于重要要回路的的导体，应应尽量使使母线的的固有频频率在下下列范围围之外。此此时，可可取固有频率率范围： 单条条导体及及一组中中的各条条导体 351355HZ 多多条导体体及有
32、引引下线的的单条导导体 351555HZ槽形和管管形导体体 3001660HZZ可以通过过改变母母线的截截面大小小、形状状及布置置或改变变支撑绝绝缘子的的跨距，来来改变母母线的固固有振动动频率。六、分相相封闭母母线的电电动力三相短路路时电动动力为： 简化计算算时，分分相封闭闭母线单单位长度度电动力力可近似似按敞露露母线电电动力的的值来计计算。最大计算算应力 母线导体体计算应应力应小小于母线线导体所所用材料料容许应应力 （硬硬铝） （硬硬铜）第四节 电气设设备及主主接线的的可靠性性分析前言：【见见书P882】对电气主主接线进进行可靠靠性分析析计算的的目的，主主要是：（1）分分析计算算电气主主接线
33、的的可靠性性，作为为设计和和评价电电气主接接线的依依据；（2）对对不同方方案进行行可靠性性指标综综合比较较，作为为选择最最优方案案的依据据；（3）对对已经运运行的主主接线，寻寻求可能能的供电电路径，选选择最佳佳运行方方式；（4）寻寻找主接接线的薄薄弱环节节，以便便合理安安排检修修计划和和采取相相应对策策；（5）研研究可靠靠性和经经济性的的最佳搭搭配等。一、基本本概念1、可靠靠性的含含义系统是由由许多元元件组成成的，元元件【最最小的基基本单位位】不能能再分解解。不过过元件与与系统是是相对的的，视分分析问题题而定。如如把系统统定义为为一座发发电厂，元元件指厂厂内的发发电机、变变压器、断断路器等等；
34、如把把系统定定义为一一台变压压器，元元件指绕绕组、铁铁心及套套管等。可靠性：元件、设设备和系系统在规规定的条条件下【对对于主接接线来说说，指的的是额定定条件】和和预定的的时间内内【如一一年】完完成规定定功能的的概率。其其中，规规定功能能可规定定一些判判据来衡衡量，判判据越多多，越接接近工程程实际情情况，其其可靠性性计算也也越复杂杂。目前前，在设设计主接接线时，多多以保证证连续供供电和发发电出力力的概率率作为可可靠性计计算的判判据。2、电气气设备分分类从可靠性性的观点点，可分分两类：可修复元元件：发发生了故故障，经经过修理理能再次次恢复到到原来的的工作状状态【电电力系统统中大部部分设备备属于此此
35、类，由由可修复复元件组组成的系系统称为为可修复复系统】不可修复复元件：发生了了故障不不能修理理，或者者虽能修修复但不不经济。3、电气气设备的的工作状状态运行状态态【工作作或待命命】：又又称可用用状态，元元件处于于可执行行它的规规定功能能的状态态。停运状态态【故障障或检修修】：又又称不可可用状态态，元件件由于故故障处于于不能执执行其规规定功能能的状态态。计划划停运是是事先安安排的，强强迫停运运是随机机的，为为简化分分析，可可靠性研研究中不不包括计计划检修修停运。可修复元元件的寿寿命过程程【见图图3-77所示】，持持续工作作时间TTU和持续续停运时时间TD都是随随机变量量。二、可靠靠性的主主要指标
36、标1、不可可修复元元件的可可靠性指指标（1）可可靠度【R(t)】一个元件件在预定定时间tt内和规规定条件件下执行行规定功功能的概概率。（2）不不可靠度度【F(t)】表示元件件在小于于或等于于预定时时间t发发生故障障的概率率。说明：元元件的可可靠度与与不可靠靠度是对对立的事事件，它它们都是是时间的的函数，其其概率之之和等于于1。即即：R(t)+ FF(t)=1 或 R(tt)=11- FF(t)当t=00时，RR(t)=1， F(tt)=00；当tt=时，RR(t)=0，FF(t)=1。这这说明元元件在开开始运行行时是完完好的，但但在工作作无穷大大时间后后，元件件必然发发生故障障（失效效）【见见
37、图3-8所示示】。故障密度度函数ff(t)：表示示单位时时间内发发生故障障的概率率。 （3）故故障率(t)：故障障密度函函数与可可靠度函函数的比比。它表表示元件件已正常常工作到到时刻tt，在tt时刻以以后的下下一个时时间间隔隔t内发发生故障障的条件件概率。所以：由此可见见，R(t)是是以故障障率(t)对时间间积分为为指数的的指数函函数。其其故障率率(t)的典型型形态为为浴盆曲曲线【见见图3-9所示示】。早期故障障期：故故障率随随时间下下降，故故障一般般是由设设计制造造和安装装调试方方面的原原因引起起的。其其主要任任务是严严格进行行试运转转和验收收，并加加强管理理，找出出不可靠靠原因。偶发故障障
38、期：多多由运行行操作上上的失误误造成的的，这就就要求严严格按操操作规程程正确操操作。这这期间故故障率较较低且稳稳定，大大致为常常数，是是设备的的最佳状状态时期期。这个个时期的的长度，称称为设备备的有效效使用寿寿命。耗损故障障期：发发生在设设备寿命命期末，故故障率再再度上升升。主要要原因是是设备某某些零件件的老化化和和磨磨损。如如能预知知耗损开开始的时时间，事事先运行行预防、维维修或更更换，就就可使上上升速度度的故障障率降低低，以延延长设备备的实际际使用寿寿命。电力系统统的主设设备的故故障率(t)具有浴浴盆曲线线中的偶偶发故障障期的特特点，(t)与时间间无关，为为一常数数。即：(t)=常数数由此
39、可得得：其共同特特点是：都按时时间呈指指数分布布。（4）平平均无故故障工作作时间MMTTFF【用TU表示】是元件寿寿命时间间TU随机变变量的数数学期望望。2、可修修复元件件的可靠靠性指标标（1）可可靠度【R(t)】是指元件件在起始始时刻正正常运行行条件下下，在时时间区间间0，t不发生故障的概率。（2）不不可靠度度【F(t)，又又称失效效度】是指元件件在起始始时刻完完好条件件下，在在时间区区间00，t 发生生首次故故障的概概率。即即：R(t)+ F(t)=1故障密度度函数ff(t)：指元元件在t，t+t期期间发生生第一次次故障的的概率。即即：（3）故故障率(t)：是指指元件从从起始时时刻直至至时
40、刻tt完好的的条件下下，在时时刻t以以后单位位时间里里发生故故障的次次数。平均无故故障率为（次/年年）（4）修修复率(t)：元件件由停运运状态转转向运行行状态的的概率。表表示在现现有检修修能力和和维修组组织安排排的条件件下，平平均单位位时间内内能修复复设备的的台数。在在设备正正常寿命命内，、都是常常数。（5）平平均修复复时间MMTTRR【用TD表示，又又称平均均停运时时间】为设备连连续检修修所用时时间的平平均值，是是元件连连续停运运时间TTD随机变变量的数数学期望望。（6）平平均运行行周期MMTBFF【用TS表示，又又称平均均故障间间隔时间间】TS= TU +TTD（7）可可用度AA【又称称可
41、用率率，有效效度】是指稳态态下元件件或系统统处于正正常运行行状态的的概率。它它与可靠靠度的区区别在于于：可靠靠度要求求元件在在时间区区间00，t连续地地处于工工作状态态，而可可用度无无此要求求。对于可修修复元件件：A（tt）R（tt）对于不可可修复元元件：AA（t）=R（tt）设备在长长期运行行中，由由于寿命命处于“运行”与“停运”两种状状态的交交替中，则则可用度度应为：（8）不不可用度度【又称称不可用用率，无无效度】是可用度度的对立立事件。元件的不不可用度度常用强强迫停运运率【FFOR】来来表示。（9）故故障频率率【f，注与与不同】表示设备备在长期期运行条条件下，每每年平均均故障次次数。 3
42、、电电气主接接线的可可靠性指指标主接线的的可靠性性指标一一般用某某种供电电方式下下的可用用度、平平均无故故障工作作时间、每每年平均均停运时时间和故故障频率率表示。三、电气气主接线线的可靠靠性计算算目前所采采用的方方法：网络法：是假定定系统每每一个元元件只有有两种状状态【运运行和停停运】为为前提，根根据系统统运行方方式及各各元件的的失效模模式绘出出逻辑图图，建立立可靠性性数学模模型，通通过数值值计算求求得可靠靠性指标标。但复复杂系统统建立和和简化逻逻辑图比比较困难难。状态空间间化：建建立在马马尔科夫夫模型基基础上，在在处理复复杂系统统或网络络时，具具有较大大的灵活活性，目目前广泛泛应用于于计算电
43、电力系统统的稳定定性。1、串联联系统系统中任任何一个个元件发发生故障障，便构构成系统统故障，称称为串联联系统。这里的所说的“串联”与同电路中元件的串联概念混为一谈【见图3-10所示】。1）不可可修复系系统串联系统统的可靠靠度RSS为：当各元件件的故障障率为常常数时，则则由此可知知，串联联系统的的可靠度度等于各各元件可可靠度的的乘积，故故障率等等于各元元件故障障率之和和。串联联系统的的可靠度度比其中中任何一一个元件件的可靠靠度都小小，要提提高串联联系统的的可靠度度，首先先要提高高系统中中可靠度度最弱元元件的可可靠度，同同时不宜宜采用多多元件的的串联系系统。串联系统统的平均均寿命TTUS由此可知知，串联联系统的的寿命比比最差元元件的寿寿命还要要短。2）可修修复系统统要同时考考虑故障障率和修修复率，电电气设备备的和都可看看作常数数，则可可用度为为：修复率S：由 得其它同不不可修复复系统。2、并联联系统若所有元元件都有有发生故故障时，才才构成系系统故障障，称为为并联系系统【见见图3-11所所示】。1）不可可修复系系统设元件的的可靠度度Ri(i=1,22,n)，则各各元件的的不可靠靠度为：由于所有有元件都都发