三河口電站導體穩定計算

楊澤江

(四川水利職業技術學院,四川都江堰,611830)

1 基本概況

三河口電站位于四川省馬邊縣境內,為徑流式水電站,壩前無調節水庫,設計引用流量11.67m3/s,額定水頭 222.5m,裝機容量 22MW,多年平均年發電量 9030.04kW.h,年利用小時數4105h,保證出力 4.155MW。

經水能計算確定為裝機 2臺,單機容量11MW,發電機額定電壓 10.5kV,只發不供,主變一臺容量為 SF9-31500/110,一回 20km線路上網。通過共箱母線的沖擊短路電流為 ich=47.6kA,周圍環境溫度按 40℃考慮。擬定的主接線方案見圖 1。

圖 1 三河口電站主接線方案

2 主變低壓側母線的選擇計算

主變低壓側額定電流為:

由于母線安裝在密封罩內散熱條件較差,鋁母線的載流量按 70%考慮,則共箱母線的持續工作電流為:

周圍環境溫度為 40℃,則溫度修正系數為:

共箱母線的最大持續工作電流:

在周圍環境溫度為 40℃下,選 LMY-2(125×10)型共箱母線,豎放。

3 所選母線的動穩定校驗計算

3.1 滿足機械強度要求時母線的最大允許跨距

LMY-2(125×10)型母線,豎放滿足機械強度最大允許跨距不超過 lm:

片間襯墊的臨界跨距為:

取小于 lli的片間襯墊間距 l1=50cm,片間應力:

短路時多片矩形母線受到的機械應力為:

將 σ限制在鋁母線的允許應力 σxu=6860(N/cm2)

設母線相間距離 a=30cm

3.2 避免機械共振和滿足機械強度要求下的跨距

不發生共振的最大跨距:lg=108cm

片間襯墊跨距為:ld=61cm

避免發生機械共振的跨距 l=90cm～100cm

3.3 校驗母線自振頻率

三相母線布置在同一平面上,自振頻率計算式如下:

式中:ri——母線的慣性半徑(cm),雙導體豎放時,ri=1.04b=1.04×1cm;

b——導體的厚度(cm);

ε——材料系數,鋁為 1.55×104。

將 l=100cm及 ε、ri各值代入,可得

短路時,為了避免母線在電動力作用下產生機械共振,對于每相多片矩形母線,其自振頻率應排除在 35HZ～155HZ范圍之外。計算結果表明,所選母線可以避免機械共振。同樣,若取 l=90cm時,也能滿足要求。

3.4 校驗母線裝置短路時承受的機械應力

3.4.1 所選母線相間應力計算:

式中:l——絕緣子間跨距(cm),取 100cm;

a——相間距離,取 30cm;

W——導體斷面系數 (cm2)。此處,W=1.44hb2,其中 h為導體的高度(cm);b為導體的厚度(cm);

β——振動系數,此處取 1;

ich——沖擊電流 47.6kA。

由此計算出:

3.4.2 所選母線承受的機械應力計算

由前計算可知,當片間襯墊間距為 50cm時,片間機械應力 σx=200N/cm2;當母線絕緣子跨距 l=100cm時,相間應力 σx-x=726N/cm2。

已選母線的總應力:

4 結論

所選共箱母線裝置,既滿足正常情況下持續工作電流的要求,也符合短路時各項動穩定計算校驗要求。歸納已選共箱母線各項計算,結果如下:

(1)母線選 LMY-2(125×10);

(2)每相 2片鋁母線間襯墊中心距離 l1=500mm;

(3)母線相間距離 a=300mm;

(4)支持母線絕緣子間跨距 l=900mm～1000mm。