发电厂电气部分6

1、 第六章第六章 厂用电及其接线厂用电及其接线l第一节 概述l一、厂用电及厂用电率l厂用设备用电；厂用电系统的可靠性；l厂用电耗电量，厂用电率：) 16(%,100cosNcaPPSKPKcaScosNP厂用电率，%；厂用计算负荷，kVA；平均功率因数，一般取0.8；发电机的额定功率，kW；一般凝汽式火电厂为5%-8%，热电厂8%-10%，水电厂0.3%-2%。l二、厂用电负荷的分类l1.类负荷l 类负荷是指短时停电都会影响人身或设备安全，使机组停止或发电量大幅度下降的负荷。这些重要机械通常都设置两套，互为备用。其电动机分别接到两个独立电源的母线（段）上。厂用母线可以从两个电源受电，一个工作一个

2、备用。当工作电源失去后，备用电源立即自动投入。l2.类负荷l 类负荷允许短时停电（几秒到几分），但较长的时间停电有可能损坏设备或影响机组的正常运行。类负荷一般由两段母线供电，采用手动切换。l3.类负荷l 类负荷允许较长时间的停电而不会直接影响生产的正常运行。 类负荷一般由一个电源供电即可。l4.事故保安负荷l 事故保安负荷是指在停机过程中及停机后的一段时间内必须保证供电的负荷，否则将导致主要设备损坏、重要的自动控制失灵或恢复供电的延迟。l（1）直流保安负荷l（2）交流保安负荷l5.不间断供电负荷l 不间断供电负荷必须保证连续供电（发生事故后自动切换时间不大于5ms），并且要求电压和频率非常稳定

3、。l三、厂用电负荷的工作方式l 经常：指每天都要使用的用电设备；l 不经常：指仅在检修、事故或机炉起停期间使用的用电设备；l 连续：每次使用均带负荷运转2h以上的用电设备；l 短时：每次使用均带负荷运转10-20min者；l 断续：每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地 工作，每一周期（工作时间加停止时间）不超过10min者。l表6-1，火力发电厂主要厂用负荷分类情况。l第二节 厂用电接线l 厂用电一般都由主发电机通过厂用变压器或厂用电抗器由电缆线路供电。l一、厂用电系统的电压等级l（1）高压采用3KV。火电厂发电机容量在60MW及以下，发电机电压为10.5KV时，100KW电动机用3KV

4、，100KW以下电动机用380V。l（2）高压采用6KV。火电厂发电机容量在100-300MW时，200KW及以上电动机用6KV， 200KW以下电动机用380V。l（3）高压采用3KV、10KV两级。火电厂发电机容量在300MW以上，例如600MW时， 200KW及以下电动机用380V。200-1800KW的电动机用3KV，超过1800KW的电动机用10KV。l（4）不设高压等级。水电厂厂用机械少，电动机容量不大，通常只设380/220伏一种厂用电电压。（如果坝区有大型机械，则需要专设坝区变电所，以6KV或10KV供电。厂高压电动机功率额定电压3kV100kW用3kV100kW用380V6k

5、V200kW用6kV200kW用380V10kV1800kW 用10kV200kW1800kW用3kV200kW用380V l二、厂用电源的引线方式l1.厂用工作电源的引接l高压：l 当主接线具有发电机电压母线时，厂用高压工作电源从机压母线上引接；l优点：供电可靠，运行简单，调度方便，投资和运行费用较低，可以直接启动大容量电动机。同时，也可由系统取得厂用电源 。l缺点：发电机电压母线发生短路，发电机母线电压下降，厂用电网络电压降低，影响电动机运行。母线故障，厂用电源部分或全部失去l 当发电机、变压器采用单元接线时，厂用高压工作电源从主变压器的低压侧引接；l l优点：厂用电源电压波动小，不受负荷

6、变化时主变压器电压波动的影响；当升高电压侧断路器跳闸后，仍可由发电机供给厂用工作电源；若接在主变低压侧，则可由系统倒送厂用电。l 厂用分支回路上一般应装设高压断路器，该断路器按发电机机端短路进行选择和校验。（可以考虑加装电抗器或用l低压分裂绕组变压器）l 200MW及以上机组，由于短路电流很大，可不装设断路器，而采用分相封闭母线（包括厂用分支），但应保留可拆连接点。变压器低压侧需装设断路器。l 当主接线为扩大单元接线时，厂用高压工作电源从发电机出口或主变压器的低压侧引接。l低压：l 一般从厂用高压母线段上引接；l 当无高压厂用高压母线段时，从发电机电压母线上或发电机出口直接接入低压厂用变压器，

7、以取得380/220伏低压工作电源。l低压厂用电系统中性点接地方式(1)中性点经电阻接地方式l优点：发生单相接地故障时，可以避免开关立即跳闸和电动机停运，也防止了由于熔断器一相熔断所造成的电动机两相运转，提高了运行可靠性。l600MW机组单元厂用电系统多采用此种接地方式。l 目前，我国已有不少配电网中性点采用了经电阻接地的运行方式。安装中性点接地电阻柜后，当发生非金属性接地时，受接地点电阻的影响，流过接地点和中性点的电流比金属性接地时有显著降低，同时，健全相电压上升也显著降低，零序电压值约为单相金属性接地的一半。由此可见，采用中性点经电阻接地，可降低单相接地时的暂态过电压、消除弧光接地过电压和

8、某些谐振过电压，并能采用简单的继电保护装置迅速选择故障线路，切除故障点。 (2)中性点直接接地方式l特点：发生单相接地故障时，相电压不会不对称和过电压，保护装置立即动作于跳闸；低压厂用网络比较简单，动力和照明、检修回路可以共用，但会降低可靠性；大容量电动机启动会影响照明。l火力发电厂低压厂用电系统宜采用此种接地方式。l2.厂用备用电源的引接l 当事故情况下厂用负荷失去了工作电源，即会自动切换到备用电源上继续工作，因此要求厂用备用电源具有供电的独立性，并有足够的容量，最好与系统紧密联系，在全厂停电的情况下仍然能从系统获得厂用电源。l（1）从发电机电压母线的不同分段上引接厂用备用电源。l（2）从与

9、电力系统联系紧密的升高电压母线上引接厂用高压备用电源，如有两级与系统联系的升高电压，尽量选用较低一级以节省投资。l（3）从联络两级升高电压的联络变压器的第三绕组引接厂用备用电源。l（4）从外部电网中引接专用线路（经济性差极少采用）。l 火电厂一般采用明备用，即装设专门的备用变压器。l 水电厂（也包括小火电厂）多采用暗备用，不设专用l变压器，而是两个厂用工作变压器容量选大一些，互为备用。l 表6-4，火电厂厂用备用变压器的配置l3.起动电源的取得。l 起动电源是一种可靠性更高的备用电源，可以从外部可靠独立电源经过专门的厂用高压变压器取得。我国目前对200 MW以上大型机组设置厂用起动电源，一般以

10、起动电源兼作事故备用电源。l4.事故保安电源的取得。l 蓄电池是一种独立和十分可靠的直流事故保安电源。在正常运行时，蓄电池组承担全厂操作、信号、保护极其它直流负荷用电；在事故情况下，则提供事故照明、润滑油泵等直流保安负荷用电。此外，还可通过逆变器将直流变成交流，向不允许间断供电的交流负荷供电。l 可快速启动的柴油发电机组或从外系统引入的独立电源l可作为交流事故保安电源。l三、火力发电厂厂用电接线l1.按炉分段的原则同一机炉或在生产程序上相互有关的电动机和其他用电设备都接在同一高压母线分段上，而作为备用的一套则应接在另外的分段上。l好处：便于管理，检修；缩小故障影响范围。一段母线故障，仅影响一台

11、锅炉；母线分段运行，可限制短路电流水平，从而选用轻型电器设备。l 全厂的公用负荷则可分别接到各个分段上。当公用负荷很多时，应单独设置公用母线段。但相同的类公用机械的电动机不要接在同一母线段上。l2.火力发电厂厂用电接线举例l 中型火电厂Page153 图6-3l4*100MW机组火电厂厂用电接线page154 图6-4l 6KV、380/220V两级电压；l200MW机组火电厂厂用电接线page156 图6-5l 厂用高压变采用低压绕组分裂变压器，从发电机出口引 接；l 发电机出口至变压器包括厂用分支采用全链式分相封闭母线；l 从220KV高压母线引线的高压变压器既作高压备用变压器，又作机组起

12、动和停机的电源；l 每机组6KV母线分A、B两段；l 每两台200MW机组设置一台起动备用变压器；l 两台柴油发电机作为交流保安电源。l600MW机组火电厂厂用电接线page157 图6-6l 高压油10KV、3KV两级；备用高压变压器两台，从220KV引线。l四、水力发电厂厂用电接线l 水力发电厂厂用电比火力发电厂简单。l 中小型水电厂大多仅有380/220伏一级厂用电且只分两段，两台厂用变压器互为备用。page157 图6-7l 大型水电厂因坝区有大型机械，还需6（10）KV供电。l 大容量水电厂地位重要，厂用电可靠性要求高，一般按机组台数构成单母线分段，每段由单独的厂用变压器供电，并设置

13、专用备用变压器（明备用）。lpage158 图6-8l 厂用变引自扩大单元的主变低压侧，互为备用；l 设两台机组自用变压器，电源分别引自6KV1段和2段母线，供给四台机组，互为备用，有足够的可靠性。l第三节 厂用变压器或电抗器的选择l一、厂用负荷的统计计算l（一）计算原则l（1）经常连续运行的负荷全部计入。l（2）不常连续运行的负荷也应计入。l（3）经常而断续运行的负荷亦应计入。l（4）不经常短时或不经常断续运行的负荷不计入，如修理车间的行车、电焊机等。在选择相关变压器时，容量一般都有裕度。但若由电抗器供电时，因电抗器无过载能力，则应全部计入。l（5）由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算

14、同时运行的台数。l（6）由不同电源供电的互为备用的设备，应全部计入。l但当台数较多时，允许扣除其中一部分。l（7）对分裂变压器，当两个低压绕组有互为备用设备时，对高压绕组只计算同时运行的部分，而对低压绕组则应全部计入。l（8）对分裂电抗器，应分别计算每一臂中通过的负荷。l（二）计算方法l 厂用电负荷计算一般采用“换算系数法”。如果按换算系数法求得的计算负荷与所选的变压器容量很接近，可用“轴功率法”进行校验。l1.换算系数法l )26(),(KPSSPK厂用分段母线上的计算负荷，电动机及其他用电设备的计算负荷换算系数，见表6-5l l电动机及其他用电设备的计算功率根据其运行特点分别加以计算：l（

15、1）对经常连续和不经常连续运行的电动机NPP l（2）对经常短时或断续运行的电动机NPP5 . 0l（3）不经常短时或断续运行的电动机l（4）对照明负荷AxPKP xKAP需要系数，一般取0.8-1.0。安装容量，kW。l（5）对机修车间的电动机l（6）对煤场机械应分别计算l1）中小型机械54 . 014. 0PPPP5P全部电动机额定容量的总和， kW。其中最大五台电动机额定容量的总和，kW。36 . 035. 0PPPl2）翻斗车55 . 022. 0PPPl3）轮斗车53 . 013. 0PPPl2.轴功率法)106,.()cos(maxSPKStStKmaxPcos同时率，新建电厂取0

16、.9,扩建电厂取0.95;电动机最大运行轴功率,kW;对应于轴功率的电动机的效率;对应于轴功率的电动机的功率因数;接于高压母线的低压厂用计算负荷之和kVA。l l二、厂用变压器的选择l（一）对厂用变压器的基本要求l（1）厂用变压器原边额定电压必须与引接处电压一致,如从发电机出口分支引接，应为发电机额定电压（10.5,13.8,15.75,18,20KV)。l（2）厂用变压器副边额定电压则与厂用电压配合，如6.3,0.4KV等.l（3）厂用变压器可以选用双绕组变压器，但大型机组的厂用变压器多选择低压绕组分裂变压器。l（4）当高压厂用变压器阻抗电压大于10.5%时，或引接处电压波动超过5%时，宜采

17、用有载调压变压器，其调压范围应达20%，且分接头电压级差不宜过大。l（5）厂用变压器的阻抗电压不宜太小，否则短路电流大，l厂用系统的高压断路器无法选择价格低廉的轻型断路器（一般系指国产SN10-10、SN10-10、SN10-10少油断路器）；也不能太大，否则无法满足电压波动和电动机起动要求。l（6）厂用变压器的容量必须满足厂用电动机正常运转和自起动的需要。l（7）为了使厂用高压母线的备用段与工作段在电压相位上一致，一般从电厂升高电压母线引接的厂用备用变压器，其绕组连接组别要给以特别注意。l（二）厂用变压器容量的确定l1.低压厂用工作变压器的容量l 低压厂用工作变压器容量选择时宜留有裕度（一般

18、为10%左右）。可按下式计算：)116,.( KSScaNLl低压厂用工作变压器额定容量，kVA;l由该变压器供电的低压厂用工作母线上的计算负荷， kVA;l变压器温度修正系数，一般可取1.0,但在南方地区安装在由主厂房进风的小间内时,取值为0.9-0.97之间。NLScaSK2.低压厂用备用变压器的容量 低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器的容量相同。3.高压厂用变压器的容量 高压厂用工作变压器容量应按由其供电的厂用高压母线段上各高压电动机计算负荷的1.1倍加上0.85倍的所带低压厂用变压器额定容量之和。l当高压厂用变压器采用低压分裂绕组变压器时，其高、低压绕组容量应分别计

19、算：l 6.3kV分裂绕组额定容量仍然采用（6-12）计算。l 15.75kV高压绕组额定容量则为)126,.(85. 01 . 1NLcaNhSSSNhScaSl高压厂用工作变压器额定容量， kVA;l各高压电动机的计算负荷， kVA;l由高压厂用工作变压器供电的各低压厂用变压器容量之和， kVA;NLS)136,.(2jNNhSSSjS分裂绕组两分支重复的计算负荷， kVA。l4.高压厂用备用或起动/备用变压器容量l 高压厂用备用或起动/备用变压器容量应大于最大一台高压厂用工作变压器的容量。l 当起动/备用变压器还带有部分公用负荷时，还应计入这部分公用负荷。考虑到起动/备用变压器检修时这部

20、分公用负荷要能切换到其他工作或备用变压器上去，计算相关工作或备用变压器容量时，也应计入这部分容量。l5.厂用电抗器容量l 当厂用高压母线直接由厂用电抗器供电时，电抗器容量为：)146,.( caNSScaSNS电抗器的额定容量， kVA;由电抗器供电的厂用高压母线段上的计算负荷，kVA，应与高压厂变容量选择公式相同。l 电抗器没有过载能力，因此应留有适当裕量，经济上合理时，可放大一级。当周围环境温度超过设计值时，其工作电流要相应降低：)156,.(401001000NalILalLNI040100电抗器允许的工作电流，A;电抗器的额定电流，A;电抗器实际的环境温度，0C，可取电抗器小室的排风温

21、度;电抗器绕组的最高允许温度， 0C；电抗器的标准环境温度。l 电抗器的电抗百分值通常取为8%以内，过大会增加正常运行时的电压降，过小则对短路电流的限制能力不够。l 表6-6给出了常用电变压器容量选择实例。l第四节 厂用电动机自起动校验l一、电动机自起动的概念l 当厂用母线电压降低较多或突然消失时，由其供电的厂用电动机转速就会下降，甚至完全停止。电动机转速明显下降的过程称为惰行。当故障排除或备用电源自动投入，（约需0.5-1.5s）后，仍然连于电源上处于惰行状态的电动机又会加速，恢复到稳定状态，这一 过程称为电动机的自起动。l 电动机自起动校验的理由：处于同一母线段的电动机同时自起动，总的起动

22、电流很大，产生电压降，使电动机端电压降低，或使电动机堵转，或延长起动时间，有损于电动机。l二、电动机自起动时厂用母线电压的最低限值l 出现惰行时的电压称为临界电压UCr，一般临界电压UCr，为64%-75%UN。为维持系统稳定运行，规定电动机正常起动时，厂用母线电压的最低限值为80%UN，电动机的端电压最低限值为70%UN。l 表6-7，火电厂厂用母线电压最低限值名称类型自启动电压为额定电压的百分值(%)高压厂用母线高温高压电厂6570中压电厂6065低压厂用母线由低压母线单独供电电动机自启动60由低压母线与高压母线串接供电电动机自启动55三、电动机自起动时母线电压的校验TM1M2M3主母线厂

23、用母线X*TX*mU*0=1 视为无穷大电源U*1厂用变压器(电抗器)电抗标么值自启动电动机等值电抗标么值I*ql图6-9 （a） （b）l由图6-9（b），得：)166(,.1)(*1*1*2*1MTMTMMMTXXUXXXUXIUXXIU*1U*2U*I*TX*MX电源电压标幺值，一般电抗器取1.0,无载调压变压器取1.05,有载调压变压器取1.1;自起动开始瞬间厂用高压母线电压标幺值;参加自起动的各电动机起动电流标幺值之和;厂用高压变压器的电抗标幺值, 参加自起动的各电动机合成总电抗标幺值。100%) 1 . 10 . 1 (*kTUXl 对一台从静止起动的电动机,在起动瞬间起动电流倍数

24、 l 等于其电抗标幺值(以电动机自身容量为基准)的倒数,即*1MstXKstK 厂用高压变压器的额定容量, kVA;电动机的平均起动电流倍数,当失压后备用电源自动时间大于0.8s时， ，小于0.8s时,参加自起动电动机的总功率,kVA;厂用高压母线上参加自起动电动机的总功率,Kw;电动机的效率和功率因数,均为平均数,乘积可取0.8。)176,.(*COSPSSKSXMMMstTMTSstKMPMS0 . 5stK5 . 2stKCOSl这样，电动机自起动瞬间厂用高压母线电压为：)186,.(cos1*1*2TTMstSXPKUUl四、高、低压厂用变压器串联自起动时母线电压的校验l1.高、低压串

25、联自起动时厂用高压母线电压l厂用工作高压变压器故障，厂用备用高压变压器投运，l图6-10)196,.(cos1*1*2TTMstSXPKUUMMMPPPl2.高、低压串联自起动时厂用低压母线电压)206,.(cos1*2*3TTMstSXPKUU*2U*3UMP*TXTS按式（6-19）计算出的 厂用高压母线电压标幺值；厂用低压母线电压标幺值；厂用低压电动机自起动总功率，Kw；厂用低压变压器电抗标幺值，以本身容量为基准；厂用低压变压器额定容量，Kva。五、允许参加自起动的电动机的总容量 若把厂用母线最低允许值作为已知量，反求允许参加自起动的电动机的总容量，有：TstTMSKXUUUP*2*2*1cos)()216,.(cos)(*3*3*2TstTMSKXUUUP 如果厂用高压母线由电抗器供电时，上述公式中的ST应以电抗器的容量（ ）代替， 也相应改成电抗器电抗标幺值（以本身容量为基准）。 由上述公式可见： 电源电压越低，电动机端残压要求越高，变压器电抗大，或电动机起动电流大，允许参加自起动的电动机总功率就小； 而电源电压较高，电动机效率和功率因数较高，或厂用变压器容量较大，允许参加自起动的电动机总功率就大。 当拟参加自起动的电动机总功率超过允许值时，一般可采取以下措