管母线电动力计算更改后
变电站管母计算书
设计计算书首页电气专业（本计算书一式 1 份，本份系第 1 份）工程名称：工程编号：设计阶段：计算名称：管形母线的计算计算者：罗欢潮201*年* 月* 日校核者：201*年月日审核：201*年月日本计算书连封面共7 页，附图\ 张，附表\ 张备注：计算日期：201*年*月*日管形母线的计算与校验1 115kV 管母计算与校验1.1计算条件（1）气象条件：最大风速s m v /27max =，内过电压风速s m v n /15=，最高气温︒+C 40，最低气温︒+C 4.2。
（2）三相短路电流峰值：.7.65 kA i ch =。
（3）结构尺寸：跨距l=9M ，支持金具长 1.04M ，计算跨距m m m l js 96.704.19=-=。
相间距离a=2.3M 。
管母T 接金具重4.78kg ，装于母线跨距中央。
考虑合适的伸缩量，母线结构采用每一跨设一个伸缩接头。
因此。
可按一跨梁进行计算。
（4）地震力：按9度地震烈度校验。
（5）导体型号及技术特性：导体选用6063G 型90/100ΦΦ铝镁合金管，导体材料的温度线膨胀系数)/(104.236c l a X ︒⨯=-，弹性模数)/(106925cm N E ⨯=,惯性矩)(1694cm J =，导体密度（比重）)/(73.23cm g =γ，导体截面)(14912mm S =，自重)/(08.41m kg q =，导体截面系数)(8.333cm W =。
1.2最大弯矩和弯曲应力的计算采用计算系数法进行机械计算。
（1）正常状态时母线所受的最大弯矩m ax M 和应力max σ的计算。
正常状态时母线所受的最大弯矩由母线自重产生的垂直弯矩、集中荷载（即引下线）产生的垂直弯矩及最大风速产生的水平弯矩产生。
母线自重产生的垂直弯矩cz M 为：查表得均布荷载最大弯矩系数为0.125，则弯矩为)(56.2958.969.708.4125.08.9125.0221Nm l q M js cz =⨯⨯⨯=⨯=集中荷载产生的垂直弯矩cj M 为：查表得集中荷载最大弯矩系数为0.250，则弯矩为)(2.948.969.75250.08.9188.0Nm Pl M js cj =⨯⨯⨯=⨯=最大风速产生的水平弯矩sf M 为：取风速不均匀系数1=v α，取空气动力系数2.1=v K ，最大风速为s m v /27max =，则风压为：)/(374.4162708.02.11162max 2m kg v D K f l v v v =⨯⨯⨯==α )(57.3168.969.737.4125.08.9125.022Nm l f M js v cf =⨯⨯⨯=⨯=正常状态时母线所承受的最大弯矩及应力为：)(12.50257.316)2.9456.295()(2222max Nm M M M M cf cj cz =++=++=)/(2.14858.335021001002max max cm N W M =⨯==σ 此值小于材料的允许应力88202/cm N ，故满足要求。
结合有限元法计算管型母线动稳定电流
结合有限元法计算管型母线动稳定电流廖宝文;曾奕;杨皓宇【摘要】随着社会用电量的增长,发电厂、变电站母线的使用量越来越多,管型母线因具有肌肤效应小、载流量大的特点,被广泛使用.在管型母线出厂时需要对其动稳定电流热稳定电流进行计算,针对动稳定电流的计算,通过有限元法和公式法计算动稳定电流的比较,可知通过结合公式法和有限元法两种方法能够比较精确计算母线动稳定电流.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2013(035)005【总页数】3页(P49-50,66)【关键词】动稳定电流;有限元;管型母线;电动力;Ansoft Maxwell【作者】廖宝文;曾奕;杨皓宇【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系,上海200030;上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系,上海200030;河北工业大学电气工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TM7440 引言母线是电站内部的电力线路，它连接着各种电机和电器，以及传输电流和功率，并通过配电装置分配电能。
由于管型母线的肌肤效应小，提高了载流量，因此目前大量使用管型母线。
当母线发生短路故障时，因短路电流比正常工作电流大许多倍，产生巨大的力效应。
不仅危及母线系统本身的运行，而且给整个电力系统的安全稳定带来了隐患。
因此母线投入使用时，必须考虑到动稳定电流是否满足短路电流的要求，对此，母线生产商很有必要提供母线的动稳定电流。
而母线动稳定电流的求取并无现成的公式可用，但是可以从设计手册中的母线动稳定电流校验的方法推导出出厂母线的动稳定电流计算公式，然而这些公式均是经验公式，在实际应用中会有所偏差。
为了得到出厂管型母线的动稳定电流的精确计算结果，本文在Ansoft Maxwell软件平台上使用有限元法来求解电磁场微分方程，以求得场量、电流、电动力，通过不断校验得到精确的动稳定电流计算结果。
1 管型母线动稳定电流原理、计算公式及校验方法1.1 管型母线动稳定电流计算原理导体动稳定电流又称导体的额定峰值耐受电流，是对导体动效应的考核，是导体在规定的使用和性能条件下通过规定的电流时不因受电动力而出现扭曲或者变形，甚至脱离出固定的轨道。
短路电动力作用下母线共振的计算与分析预防
短路电动力作用下母线共振的计算与分析预防摘要：通过对短路电动力频谱的分析与计算，修正设计手册中的有关计算参数，得出结论：为防止母线在短路电动力作用下发出共振，其自振频率只能限制在两倍工频以上。
关键词：母线；短路电动力；自振频率在供电系统中选择高低压电器设备和导体时，应进行短路电流动稳定和热稳定的计算校验，其中对重要的母线，应使其自振频率分布在可能的共振频率范围之外，以防止母线在短路电动力作用下发生共振而受到破坏。
1短路电动力及其频率分布以“无限大容量”供电系统为例，三相对称短路是系统中最严重的短路故障，三相母线中任一相上的最大短路电流为(1)式中U m为相电压幅值；Z=R+jX1为从电源至短路点的等效短路阻抗；ω为电源角频率；τa=L/R为短路回路的时间常数，对于一般的高压供电电力系统，常取τa=0.05～0.30 s。
(1)式中第一项为假设最大短路电流的周期分量，第二项为非周期分量。
若三相母线敷设在同一平面内，中间相母线所受的电动力最大，每单位长度母线上的短路电动力［1］为(2)式中k为母线的形状系数，对矩形母线，根据其截面形状查图表［2］确定；I Zm=U m/Z为短路电流周期分量幅值；a为母线中心间距。
设计手册［2，3］将(2)式视为只含有工频和两倍工频分量的表达式，并以此为据提出对母线机械共振的校验条件。
然而，对(2)式稍加分析不难发现，括号内第一项和第二项均为非简谐量，应通过傅里叶积分计算其频谱，获得其简谐频率成分。
将(2)式括号内第一项展开成傅里叶积分，其频谱为同样，(2)式括号内第二项的频谱为如取短路回路的时间常数τa=0.05 s，在图1中绘出短路电动力中各项频谱为：B1(ω)的峰值在6.4 Hz处，B2(ω)的峰值在1.6 Hz处，100 Hz处的单频“尖峰”为(2)式括号内第三项，即两倍工频分量的频谱。
可见，短路电动力的频率主要分布在两倍工频和35 Hz以下的低频处。
2讨论分析母线在短路电动力作用下的振动是一个阻尼强迫振动系统，是否发生共振主要取决于母线的自振频率、短路电动力(即强迫力)的频率分布和阻尼的大小。
高中物理 精讲精析精练 第20点 远距离输电问题的处理思路及基本关系 粤教版选修32
第20点 远距离输电问题的处理思路及基本关系1．远距离输电的处理思路对高压输电问题，正确画出输电过程示意图并在图上标出各物理量．按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析．2．远距离高压输电的几个基本关系(以图1为例)图1(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P 损＋P3.(2)电压、电流关系：U1U2＝n1n2＝I2I1，U3U4＝n3n4＝I4I3，U2＝ΔU ＋U3，I2＝I3＝I 线． (3)输电电流：I 线＝P2U2＝P3U3＝U2－U3R 线. (4)输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线·ΔU ＝I2线R 线＝(P2U2)2R 线． 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n 倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的1n2.对点例题 发电机输出功率为100 kW ，输出电压是250 V ，用户需要的电压是220 V ，输电线电阻为10 Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1)画出此输电线路的示意图；(2)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(3)用户得到的电功率是多少？解题指导 (1)输电线路的示意图如图所示，(2)输电线损耗的功率P 线＝100×4% kW ＝4 kW ，又P 线＝I22R 线所以输电线电流I2＝I3＝ P 线R 线＝20 A 原线圈中输入电流I1＝P U1＝100 000250A ＝400 A 所以n1n2＝I2I1＝20400＝120这样U2＝U1n2n1＝250×20 V ＝5 000 V U3＝U2－U 线＝5 000－20×10 V ＝4 800 V所以n3n4＝U3U4＝4 800220＝24011(3) 用户得到的电功率P 出＝100×96% kW ＝96 kW答案 (1)见解题指导图 (2)1∶20 240∶11(3)96 kW规律总结 处理远距离输电需要注意的问题(1)线路损耗问题计算远距离输电有关线路功率损耗问题时，应注意不同公式中各物理量的含义及对应性，如P 损＝I2R 线，公式改为P 损＝U2/R 线，电压U 指什么电压才无误？用升压变压器的副线圈电压或用降压变压器原线圈电压都是错误的，必须对应加在导线两端损耗的电压，同理，P 损＝I2R 线的电流不能用升压变压器原线圈或降压变压器副线圈中的电流I1、I4，只能用通过输电导线的电流I2或I3.(2)输电、配电问题解答有关远距离输电的问题时，由于题中涉及几部分的电压、电流和功率，容易混淆，因此在解答这类问题时，最好画一个简单的输电线路示意图，将各部分电流、电压、功率分别标在图上，这样就很容易找到它们之间的关系，为顺利解答问题提供方便．(双选)如图2是远距离输电的示意图，交流发电机E 的输出电压经升压变压器升压后，由电阻为R 的输电线向远方输电，到达用户端时再用降压变压器降压供用户使用，设变压器均为理想变压器，则下列说法正确的是 ( )图2 A ．降压变压器与用户负载连接的总开关S 断开后，输电线上的功率损失为零B ．降压变压器与用户负载连接的总开关S 断开后，线路上的电压损失达最大C ．S 闭合，用户的用电器增多时，输电线上的功率损失减小D ．S 闭合，用户的用电器增多时，用户得到的电压降低答案 AD解析 远距离输电示意图如下(1)从图中可看出功率之间的关系是：P1＝P1′，P2＝P2′，P1′＝Pr ＋P2(2)电压之间的关系是：U1U1′＝n1n1′，U2U2′＝n2n2′，U1′＝Ur ＋U2； (3)电流之间的关系是：I1I1′＝n1′n1，I2I2′＝n2′n2，I1′＝Ir ＝I2. 无负载时，无电流输出，输电线路上的电流为0，电压损失为零，故功率损失为零，所以A正确，B错误；当用户用电器增多即负载功率变大时，需要的输入功率变大，故输电线上的电流变大，输电线上的电压降变大，故输电线上的功率损失增大，用户得到的电压降低，所以C错误，D正确．。
绝缘铜管母线
绝缘铜管母线1. 概述随着变电站主变容量的加大，变压器10千伏侧母线额定电流不断增加（超过3000A），在以往工程中采用多片矩形导体已不适应工作在电流大的回路，而且矩形母线在技术和结构上都很难满足母线发热和电动力的要求，由此引起附加损耗、集肤效应系数的增大，造成载流能力的下降、电流分布不均匀。
当单台主变容量达到180MVA以上时，由于变压器低压侧的额定电流、短路电流、以及单台主变容量所占的比重增大，主变10千伏出线侧不仅有母线桥本身电动力问题、发热问题、还有母线桥支柱绝缘子、钢构架以及母线桥附近混凝土柱、基础内的钢筋在交变强磁场中感应涡流引起的发热问题，一旦母线短路，敞露母线、支柱绝缘子、变压器绕组都遭受损伤，影响变电站的安全运行、供电的可靠性。
为了解决上述问题，本产品采用绝缘母线代替矩形母线的方法来改善母线材料的有效利用率，提高母线机械强度，防止人身触及带电母线及金属物落到母线上产生相间短路等，并在实际工程中得到应用，获得了较好的效果。
为变电站的安全运行、提高供电可靠性、降低损耗起到了积极的作用。
2. 管形绝缘母线与常规矩形母线的比较管形绝缘母线具有如下优点：（1）载流量大管形绝缘母线为空心导体，表面积大，导体表面电流密度分布均匀，铜管导体为Φ100×5mm，截面积： 1491mm2，载流量4000A，电流密度：2.68（A/mm2）;铜管导体为Φ100×10mm，截面积： 2826mm2，载流量6000A，电流密度：2.12（A/mm2）。
因此，绝缘母线特别适合工作电流大的回路。
（2）集肤效应低、功率损失小管形绝缘母线的集肤效应系数低，Kf≦1，交流电阻小，因而母线的功率损失小。
若采用多片矩形导体，随着片数的增加，集肤效应系数不断加大，单位截面的有效载流量下降，片与片之间电流分布不均匀，附加损耗加大，散热条件差。
（3）散热条件好、温升低管形绝缘母线为空心导体，母线内径风道能自然形成热空气对流，（室内和室外的气压差，能自然形成热空气对流），散热条件好。
发电厂电气部分第四版课后习题答案
第一章能源和发电1-1 人类所认识的能量形式有哪些并说明其特点。
答：第一、机械能。
它包括固体一流体的动能，势能，弹性能及表面张力能等。
其中动能和势能是大类最早认识的能量，称为宏观机械能。
第二、热能。
它是有构成物体的微观原子及分子振动与运行的动能，其宏观表现为温度的高低，反映了物体原子及分子运行的强度。
第三、化学能。
它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学瓜是放出的能量，利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素是煤、石油、天然气等燃料中最主要的可燃元素。
第四、辐射能。
它是物质以电磁波形式发射的能量。
如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。
第五、核能。
这是蕴藏在原子核内的粒子间相互作用面释放的能。
释放巨大核能的核反应有两种，邓核裂变应和核聚变反应。
第六、电能。
它是与电子流动和积累有关的一种能量，通常是电池中的化学能而来的。
或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可以通过电灯转换为光能，通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。
1-2 能源分类方法有哪些电能的特点及其在国民经济中的地位和作用答：一、按获得方法分为一次能源和二次能源；二、按被利用程度分为常规能源和新能源；三、按能否再生分为可再生能源和非再生能源；四、按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源。
电能的特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。
随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛的渗透到人类生活的每个层面。
电气化在某种程度上成为现代化的同义词。
电气化程度也成为衡量社会文明发展水平的重要标志。
1-3 火力发电厂的分类，其电能生产过程及其特点答：按燃料分：燃煤发电厂；燃油发电厂；燃气发电厂；余热发电厂。
按蒸气压力和温度分：中低压发电厂；高压发电厂；超高压发电厂；亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂。
按原动机分：凝所式气轮机发电厂；燃气轮机发电厂；内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂。
2020年注册电气工程师发输变电专业案例考试真题及答案下午卷
2020年注册电气工程师发输变电专业案例考试真题及答案下午卷题1-4:某受端区域电网有一座500kV变电站，其现有规模及远景规划见下表，主变采用带三绕组的自耦变压器，第三绕组的电压为35kV，除主变回路外220kV侧无其他电源接入，站内一布置并联电抗器补偿线路充电功率。
投运后，为在事故情况下给近区特高压直流换流站提供动态无功/电压支撑，拟加装2台调相机，采用调相机变压器单元接至站内500kV母线，加装调相机后该站500kV母线起始三相短路周期分量有效值为43kA，调相机短路电流不考虑非周期分量和励磁因素，请解答以下问题。
远景规划现状本期建设主变压器4×1000MVA(自耦变) 2×1000MVA(自耦变)500kV出线8回4回220kV出线16回10回500kV主接线3/2接线3/2接线220kV主接线双母线分段接线双母线接线调相机调相机变压器1、若500kV边电焊调相机年运行时间为8300小时/台，请按电力系统设计手册估算全站调相机空载损耗至少不小于下列哪项数值？A、24900MWhB、19920MWhC、9960MWhD、74700MWh2、当变电站500kV母线发生三相短路时，请计算电网侧提供的起始三相短路电流周期分量有效值应为下列哪项数值？A、41.46kAB、39.9 kAC、36.22 kAD、43 kA3、该变电站220kV出线均采用2×LGJ-400导线，单回线路最大输送功率为600MVA，220kV母线最大穿越功率为150MVA，则220kV母联断路器额定电流宜取下列哪项数值？A、1500AB、2500AC、3150AD、4000A4、该变电站500kV线路均采用4×LGJ-630导线（充电功率1.18Mvar/km），现有4回线路总长度为390km，500kV母线装设了120Mvar并联电抗器，为补偿充电功率，则站内的35kV 侧需配置电抗器容量应为下列哪项数值？A、8×60MvarB、4×60MvarC、2×60MvarD、1×60Mvar题5-8：某热电厂安装有3台50MW级汽轮发电机组，配4台燃煤锅炉，3台发电机组均通过双绕组变压器（简称“主变”）升压至110kV，采用发电机-变压器组单元接线，发电机设SF6出口断路器。
华北电力大学《发电厂电气部分》习题总结答案
《发电厂电气部分》复习第一章能源和发电1、火、水、核等发电厂的分类火电厂的分类：（1）按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂。
（2）按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂。
（3）按原动机分：凝汽式汽轮发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽--燃气轮轮机发电厂。
（4）按输出能源分：凝汽式发电厂，热电厂（5）按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂，中容量发电厂，大中容量发电厂，大容量发电厂。
水力发电厂的分类：（1）按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂（坝后式，河床式），引水式水电厂，混合式水电厂。
（2）按径流调节的程度分类：无调节水电厂，有调节水电厂（根据水库对径流的调节程度：日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。
核电厂的分类：压水堆核电厂，沸水堆核电厂。
2、抽水蓄能电厂的作用调峰，填谷，备用，调频，调相。
3、发展联合电力的效益（1）各系统间电负荷的错峰效益。
（2）提高供电可靠性、减少系统备用容量。
（3）有利于安装单机容量较大的机组。
（4）进行电力系统的经济调度。
（5）调峰能力互相支援。
4、火电厂的电能生产过程及其能量转换过程P14火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。
整个过程可以分为三个系统：1、燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；2、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；3、由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。
能量的转换过程是：燃料的化学能－热能－机械能－电能。
5、水力发电厂的基本生产过程答：基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。
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②
在内部过电压下风速产生的水平弯矩及应力
v kg/m f v ac kc D1 = 2.194 16 K1 fvl 2 M sf Nm js 9.8 = 82.813
由以上可得短路状态母线所受的最大弯矩Md及应力σ d为
2
)2 ( M cz M cj ) 2 = 434.987 M d ( M sd M sf
②
q1l 4 js 100 EJ
Pl 3 js 100 EJ
=
0.166
cm
集中载荷产生的挠度
y2 K 4
③=Biblioteka 0.096cm合成挠度为 y=y1+y2 = 0.262 cm
此值小于0.5D1= 6.5 cm，故满足要求。
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母线电动力计算
山东泰开电力建设工程有限公司
结论 情况 安全系数 正常状态 10.27 合格 短路状态 16.01 合格 地震状态 15.31 合格 挠度校验 合格
vd 2 = 0.880 kg/m 16 K1 fv M sf l2 Nm js 9.8 = 33.217
由以上可得短路状态母线所受的最大弯矩及应力为
)2 ( M cz M cj )2 M d ( M dx M sf = = 454.784
Nm
d 100
Nm
d 100
Md W
=
550.95 N/mm2 8820 N/cm2，故满足要求。
dz计算
此值小于材料的允许应力
3）地震状态时母线所受的最大弯矩Mdz和应力σ ① 地震产生的水平弯矩Mdx Mdx = ② 139.379 Nm
地震时计算风速所产生的弯矩及风压
f v av kv D1
= M sf K1 fvl 2 js 9.8
由以上可得正常状态母线所受的最大弯矩及应力为
2 M max ( M cz M cj )2 M sf
=
677.869
Nm
max 100
M max = 858.582 N/mm2 W
8820 N/cm2，故满足要求。
此值小于材料的允许应力
Md W
= 576.025 N/mm2 8820 N/cm2，故满足要求。
此值小于材料的允许应力
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4）挠度校验 查表知 均布载荷重挠度计算系数 0.632 (K3) 集中载荷重挠度计算系数 1.079 (K4) ① 母线自重产生的挠度
y1 K 3
LF21 - 130 / 116 513.2
2 710000 kg/cm 惯性矩
2705
mm2
自重
7.384 kg/m
截面系数 79.0
查表知
均布载荷最大弯矩系数为 0.107 (K1) 集中载荷最大弯矩系数为 0.161 (K2)
1）正常状态时母线所受的最大弯矩Mmax和应力σ ① 母线自重产生的垂直弯矩 M cz
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2）短路状态时母线所受的最大弯矩Md和应力σ d计算 ① 短路电动力产生的水平弯矩Msd及短路电动力fd
2 ich kg/m = 0.729 a M sd K1 f d l 2 Nm js 9.8 = 27.525
f v 1.76
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管母线电动力校核
已知条件 最大风速 跨距 38 m/s 6 m 内部过电压风速 相间距 15 kg 材料的许用应力为 cm4 密度 8820 2.73 N/mm2 g/cm3 cm3 15 m/s 1.4 m 三相短路电流峰值 10 kA
隔离开关静触头+相关金具重 所选管母的型号 弹性模量 截面积 按 4 跨计算
max计算
M cz K1q1l 2 js 9.8 =
②
278.758
Nm
集中载荷产生的垂直弯矩 M cj
M cj K 2 Pl js 9.8 =
③
142.002
Nm
最大风速产生的水平弯矩 M sf
f v av kv D1 vmax 16
=
14.079 531.477
kg/m Nm
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