第六章 水电站自用电接线

1、第六章 水电站自用电接线 【知识目标】 1了解水电厂自用负荷的特点及分类； 2熟悉自用电的引接方式； 3了解并会分析厂用电接线； 4掌握自用电负荷的统计及能进行自用变压器的选择。 【能力目标】 1能够解释经常、不经常、连续、短时、断续的含义； 2能够解释A、B、C、D类负荷的具体含义； 3能够分析各类厂用电的接线特点。 自用电，是指发电厂和变电站本身的用电。对于发电厂，尤其是火力发电厂，其自身的用电占发电负荷很大的比重，并且是非常重要的负荷。厂用电率是发电厂的重要经济指标。 厂用电接线的基本要求厂用电接线的基本要求 （1）供电可靠、运行灵活。 （2）接线简单清晰、投资少、运行费低。 （3）厂用

2、电源的对应供电性。 （4）接线的整体性。 （5）电厂分期建设时厂用电接线的合理性。 （1 1）水轮发电机组的自用电）水轮发电机组的自用电 调速器压油装置的压油泵、漏油泵；机组轴承的润滑油（水）泵；水轮机顶盖排水泵；机组技术供水泵；蝴蝶阀压油装置压油泵、漏油泵等。 (2)(2)厂内公用电厂内公用电 水电站油、气、水系统的用电；直流操作电源与载波通信电源；厂房桥机、进水阀门和尾水闸门启闭机等；厂房和升压站的照明和电热；全厂通风、采暖及空调、降温系统；主变冷却系统如冷却风扇、油泵、冷却油泵；其他如检修电源、试验室电源等。 (3)(3)厂外公用电厂外公用电 主要是坝区、水利枢纽等用电。 一、水电厂的厂

3、一、水电厂的厂用负荷用负荷 二、火电厂的自二、火电厂的自用负荷用负荷 （1）输煤部分。 （2）锅炉部分。 （3）汽机部分。 （4）电气及公用部分。 （5）事故保安负荷。 （6）出灰部分。 （7）厂外水工部分。 （8）化学水处理部分。 （9）废水处理部分。 （10）辅助车间。 三三. .变电站的自用负荷变电站的自用负荷 变电站的站用电负荷比发电厂厂用电负荷小得多，站用电负荷主要有主变压器的冷却设备、蓄电池的充电设备或硅整流电源、油处理设备、照明、检修器械以及供水水泵等用电负荷。其中，重要负荷有主变压器的冷却风扇或强迫油循环冷却装置的油泵、水泵、风扇以及整流操作电源等。 （二）按重要性分类（二）按

4、重要性分类 1. 1.类负荷类负荷 I I类负荷指短时（即手动切换恢复供电所类负荷指短时（即手动切换恢复供电所需的时间）的停电可能影响人身或设备安全，使发电厂无法需的时间）的停电可能影响人身或设备安全，使发电厂无法正常运行或发电量大幅下降的负荷。正常运行或发电量大幅下降的负荷。 2. 2.类负荷类负荷 类负荷指允许短时停电，但停电时间过类负荷指允许短时停电，但停电时间过长有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。长有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。 3.3.类负荷类负荷 类负荷指较长时间停电不会直接影响发类负荷指较长时间停电不会直接影响发电厂生产的负荷。例如机修间、试验室、油处理设备等。电厂生产的

5、负荷。例如机修间、试验室、油处理设备等。 4. 4.事故保安负荷事故保安负荷 在主发电机停机过程及停机后的一段在主发电机停机过程及停机后的一段时间内，仍应保证供电，否则可能引起主要设备损坏、自动时间内，仍应保证供电，否则可能引起主要设备损坏、自动控制失灵以及危及人身安全的厂用负荷。根据对电源的要求，控制失灵以及危及人身安全的厂用负荷。根据对电源的要求，事故保安负荷可分为两类。事故保安负荷可分为两类。 （1 1）直流保安负荷。）直流保安负荷。 （2 2）交流保安负荷。）交流保安负荷。 根据对电源的要求，事故保安负荷可分为三类： 直流保安负荷，如直流润滑油泵、发电机的直流氢密封油泵、事故照明等。直

6、流保安负荷由蓄电池组供电。 允许短时停电的交流保安负荷，如盘车电动机、顶轴油泵、交流润滑油泵、交流氢密封油泵、消防水泵等。允许短时停电的交流保安负荷平时由交流厂用电源供电，交流电源消失时，由交流保安电源供电。交流保安电源一般采用快速启动的柴油发电机供电，该机组能自动投入运行。 交流不间断供电负荷，是指在机组启动、运行、停机过程中及停机后的一段时间内，需要连续供电的负荷，如实时控制用电子计算机、热工仪表及自动装置设备等。它一般由接于蓄电池组的逆变装置供电。 按运行方式分类 按照运行方式的不同，自用负荷可以分为以下几类： （1）A类 A类负荷即经常连续运转的负荷，主要包括技术供水泵、浮充电电源、轴

7、承润滑油泵或水泵、主变冷却风扇以及照明、通风、取暖和空调等。 （2）B类 B类负荷即经常短时断续运转的负荷，主要包括压油装置油泵、厂房渗漏排水泵、高低压空压机、水轮机顶盖排水泵等。 （3）C类 C类负荷即不经常连续运转的负荷，主要包括机组检修排水泵、蓄电池充电电源、油处理室设备和某些检修用电等。 （4）D类 D类负荷即不经常短时断续运转的负荷，主要包括闸门启闭机、蝴蝶阀压油装置压油泵、消防水泵、各种短时工作的备用泵等。 以上四种类型中，“经常”是指每天都要使用；“不经常”是指正常时不用，只有在检修、事故或开停机时使用；“连续”是指每次带负荷运转2h以上；“短时”是指每次连续带负荷运转在1012

8、0min；“断续”是指每次使用时从带负荷运行到停止，反复周期性地工作，每个周期不超过10min。 按是否自启动分类 按是否自启动，自用负荷分为具有自启动和不具有自启动两类。 电动机自启动是指当自用电源短时消失后又恢复（如切换电源和故障后恢复）时，原来运转的自用电动机在电源消失时停止运行后无需运行人员作启动操作即可自行启动，迅速恢复运转。自启动能大大缩短电动机重新启动的时间，对一些不允许长时间停电的I、类负荷来说是很重要的。 因为自用变压器的容量有限，不可能使所有的电动机都参与自启动，另外有部分电动机短时停电对发电厂正常运行不会造成直接影响，所以自用电动机可分为具有自启动和不具有自启动两类。一般

9、类和部分类自用负荷无需自启动。 厂用电的电压等级厂用电的电压等级 按实践经验，容量在75kW以下的电动机采用380V电压；220kW及以上的电动机采用6kV电压；1000kW以上的电动机采用10kV电压具有比较好的经济性。 大中型火力发电厂厂用电，一般均用两级电压，大多为6kV及380220V两个等级。水力发电厂的厂用电动机容量均不大，通常只设380220V一个电压等级。 大型水电厂中，在坝区和水利枢纽装设有大型机械，如船闸或升船机、闸门启闭装置等，这些设备距主厂房较远，需在那里设专用变压器，采用6kV或10kV供电。 发电厂在一定时间内，厂用电所消耗的电量占发电厂总发电量的百分数，称为厂用电

10、率。其计算公式为： 式中KCY厂用电率，%； ACY厂用电量，kWh； AG总发电量，kWh。厂用电率厂用电率100%CYCYGAKA 发电厂的厂用电率与电厂类型、容量、自动化水平、运行水平等多种因素有关。 （1）自用电的电压等级 自用负荷的供电电压主要取决于发电机的额定容量、额定电压及厂用电动机的电压、容量和数量等因素。发电厂和变电站中自用电的电压通常有两类，其中低压供电网络为0.4kV（380V/220V），高压供电网络有3kV、6kV、10kV等。自用电供电电源自用电供电电源 （2）工作电源 工作电源是指保证发电厂或变电站正常运行的电源。工作电源应不仅要供电可靠，而且要满足自用负荷容量的

11、要求。 （3）备用电源 为了提高可靠性，每一段厂（站）用母线至少要由两个电源供电，其中一个为工作电源，另一个为备用电源。当工作电源故障或检修时，仍能不间断地由备用电源供电。厂用备用电源有明备用和暗备用两种方式。 明备用就是专门设置一台变压器（或线路），它经常处于备用状态（停运），如图1（a）所示，其中T3为明备用。 暗备用就是不设专用的备用变压器，而将每台工作变压器的容量加大，正常运行时，每台变压器都在半载下运行，互为备用状态，如图1（b）所示，T1和T2互为备用。 厂用备用电源应尽量保证其独立性，即失去工作电源时，不应影响备用电源的供电。此外，还应装设备用电源自动投入装置。 图图1备用电源的

12、类型备用电源的类型（a）明备用；（b）暗备用 （4）事故保安电源 事故保安电源是为保证事故保安负荷的用电而设置的，并能自动投入运行。事故保安电源必须是一种独立而又十分可靠的电源。它分直流事故保安电源和交流事故保安电源两种。前者由蓄电池组供电；后者宜采用快速启动的柴油发电机组或由外部引来的可靠交流电源供电。此外，还应设置交流不停电电源。交流不停电电源宜采用接在直流母线上的逆变机组或静态逆变装置。交流事故保安电源接线如图2所示。图图2 交流事故保安交流事故保安 电源接线示意图电源接线示意图 自用电接线自用电接线 自用电接线是指从自用变压器的高压侧引接到自用负荷供电的整个网络，包括电源引接方式、接线

13、形式和供电网络等部分。 厂用电接线的基本要求 厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地用成熟的技术和设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济地运行。 发电厂的厂用电发电厂的厂用电厂用电接线应满足下列要求：（1）各机组的厂用电系统应是独立的，特别是200MW及以上机组应做到这一点。任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障不应影响另一台机组的运行，并能在短期内恢复运行。（2）充分考虑机组启动和停运过程中的供电要求。一般均应配置可靠的启动电源，在机组启动、停运和事故时的切换操作要少，并能与工作电源短时并列。 （3）充分考虑电厂分期建设和连续施

14、工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响。要便于过渡，尽量避免改变接线和更换设备。（4）200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源，当全厂停电时，可快速启动和自动投入向保安负荷供电。另外，还要设计符合电能质量指标的交流不间断供电，以满足不允许间断供电的热工保护和计算机等负荷。 厂用电的电压等级 确定厂用电电压等级，需从电动机的容量范围和厂用电供电电源两方面综合考虑，这样才能保证供电可靠及良好的经济效果。厂用电电压只用一种电压等级是不太合理的。但电压等级过多，会造成厂用电接线复杂，运行维护不方便，会降低供电可靠性。一般情况下，厂用电供电电压一般选用高压和低压两级。

15、厂用母线的接线方式 发电厂的厂用电系统通常采用单母线不分段或分段接线。 在火电厂中，因为锅炉的辅助设备多、容量大，所以高压厂用母线都按锅炉台数分段。凡属同一台锅炉的厂用电动机都接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用电动机一般也接在该段母线上。但每台汽轮机组有两台循环水泵和两台凝结水泵时，因其中一台属备用性质，允许分别接在不同分段上。锅炉容量在4001000t/h时，每一高压厂用母线应分为两段。 厂用母线按炉分段的优点如下： （1）一段母线故障时，仅影响一台锅炉运行。 （2）锅炉的辅助机械可与锅炉一起检修。 （3）因各段母线分开运行，故可限制厂用电路内的短路电流。 对于低压厂用母线，当锅炉容

16、量在230t/h及以下时，一般也按机炉数对应分段，并用闸刀开关将母线分为两段；锅炉容量在400t/h及以上时，每台机炉一般由两段母线供电，两段母线可由同一台变压器供电；锅炉容量在1000t/h上时，每段母线可由一台变压器供电。 对于水电厂，其高压和低压的厂用电接线一般采用单母线不分段或分段形式。 厂用电源的引接方式 厂用电的引接点是指自用变压器的高压侧与电厂或电网的连接点。 （1）高压厂用工作电源的引接方式 高压厂用工作电源应由发电机电压回路引接，并尽量满足炉、机、电的对应性要求。 当有发电机电压母线时，高压厂用工作电源由各母线段引接，供给接在该母线段的机组的厂用负荷。 当发电机与主变压器成单

17、元连接时，高压厂用工作电源一般由主变压器低压侧引接，供给该机组的厂用负荷。 当兼有发电机电压母线和单元连接机组时，根据上述原则引接各自的高压厂用工作电源。 高压厂用工作电源的引接方式如图3所示。图图3 高压厂用工作高压厂用工作电源的引接方式电源的引接方式（a）从发电机电压母线上引接；（b）从主变压器低压侧引接；（c）从发电机母线侧和主变的高压侧引接；（d）从发电机母线侧和主变的高压侧母线引接 自用电接线 （2）低压厂用电源的引接方式 低压厂用工作变压器一般由高压厂用母线段上引接。当无高压厂用母线段时，可从发电机电压主母线上或发电机出口引接。 按炉分段的低压厂用母线，其工作变压器应由对应的高压厂

18、用母线段供电。（3）备用电源和启动电源的引接方式厂用备用电源在工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得厂用电源。启动电源一般是指机组在启动或停运过程中，工作电源不可能供电的情况下为该机组的厂用负荷提供的电源。 备用电源的引接应保证其独立性，并且具有足够的供电容量，以下是其最常用的引接方式： 从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器）引接。 从发电厂联络变压器的低压绕组引接，但应保证在机组全停情况下，能够获得足够的电源容量。 从与电力系统联系紧密、供电可靠的最低一级的电压

19、母线引接。这样，有可能因采用比较大的厂用高压变压器，增大高压配电装置的投资而使经济性较差，但这种方法可靠性较高。 当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源及启动电源。 变电站用电设备的用电系统称为站用电。站用电比厂用电小得多。在大、中型变电站中，站用负荷要大些，它包括主变压器的强迫油循环冷却装置的油泵、水泵，变压器修理间和油处理室的动力设备；当采用压缩空气断路器或气动操动机构时，还有空气压缩机；当装有同步调相机时，还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等。 变电站的自用电接线变电站的自用电接线站用电源的设置 根据技术规程以及实践经验，500kV变电站必须装

20、设2台或2台以上的站用工作变压器。 当有可靠的外接电源时，一般设置1台与站用工作变压器容量相同的备用变压器作为备用源；当无可靠的外接电源时，可设1台自启动的柴油发电机组作为备用电源，其容量应至少满足主变压器的冷却装置负荷和断路器及隔离开关的操动机构电源的需要。当变电站装设站用备用变压器时，一般均装备用电源自动投入装置，以保证工作变压器因故退出运行时，备用变压器能自动投入运行。对于中型变电站或装有调相机的变电站，通常都装设2台站用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V站用电母线采用低压断路器（即自动空气开关）进行分段，并以低压成套配电装置供电，如图4（a）所示。小型变电站大多只装l

21、台站用变压器，从变电站低压母线上引接，站用变压器二次侧为380/220V中性点直接接地的三相四线制系统，如图4（b）所示。图图4 站用电源的设置站用电源的设置（a）2台站用变压器；（b）1台站用变压器 站用电源的引接 （1）当站内有较低电压母线时，一般均由较低电压母线上引接12台站用变压器，这种引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。如果能用不同电压等级的母线上分别引接两个站用电源，则更可保证站用电的不间断供电。 （2）由主变压器第三绕组引接时，站用变压器的高压侧要选用断流容量大的开关设备，否则要加装限流电抗器。 （3）由于低压电网故障机会较多，故从站外低压电网引接站用备用电源的可靠性较差，多用

22、于只有一台主变压器或一段较低电压母线时的过渡阶段。500kV变电站多由附近的发电厂或变电站引接专用线路作为站用备用电源。图5所示为站用电源常用的引接方式。图图5 站用电源的引接站用电源的引接(a),(b)一台站用变压器接到两段低压母线上；(c)两台站用变压器接到两段低压母线上；（d）一台站用变压器接到低压母线上，另一台接到连络线路的断路器外侧；（e）两台站用变压器中的一台引接在主变压器低压侧，另一台及调相机启动变压器接到站外电源上 站用电接线方式 站用电系统采用380220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源。其接线方式如下： （1）站用电母线低压侧多采用单母线接线方式。当有两

23、台站用变压器时，采用单母线分段接线方式平时分列运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。 （2）500kV变电站设置有不间断供电装置向通信设备、交流事故照明及监控计算机等负荷供电，其余负荷都允许停电一段时间，故可不设置失压启动的备用电源自动投入装置，但要避免备用电源投合在故障母线上，扩大成全站停电事故。 （3）具备条件时，调相机专用负荷优先采用从站用变压器低压侧直接供电的方式。 对水电厂来说，厂用电负荷属重要负荷之一。水电厂厂用机械的数量、容量及重要程度等与机组容量有关，并受水头、流量和水轮机型式以及运行方式等条件影响。一般水电厂最基本的厂用电负荷是水轮机调速系统和润滑系统油泵、压缩空气系统的空气

24、压缩机、发电机冷却系统和润滑系统的水泵、全厂辅助机械系统的电动机、闸门启闭设备、照明及水利枢纽等设施用电。 水电厂厂用电接线一般采用单母线分段接线形式。 水电厂自用电接线实例及分析水电厂自用电接线实例及分析 图7所示为某大型水电厂的厂用电接线图。该电厂共有四台发电机组，厂用高压为10kV，通过T21、T22、T23、T24四台高压工作厂用变压器分别从四台主变压器低压侧引过来，另外还从降压站引接一条全厂的备用线过来，以保证发电机全部停电时，仍可从该段取得电源。低压厂用母线共分为5段，它们之间互为暗备用。10kV的母线通过电缆线一方面接到低压厂用变压器降为380/220V电压等级供电给低压负荷，另

25、一方面接到升船机等高压负荷。图图7 某大型水电厂厂用电接线某大型水电厂厂用电接线 变电站的主要站用电负荷是变压器冷却装置，直流系统中的充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修及供水和消防系统，对500kV变电站，还包括高压断路器和隔离开关的操动机构电源。尽管这些负荷的容量并不太大，但由于500kV变电站在电力系统中的枢纽地位，出于运行安全的考虑，其站用电系统必须具有高度的可靠性。 变电站自用电接线实例及分析变电站自用电接线实例及分析 图8所示为某变电站自用电网络的接线图。 由主变压器低压侧35kV母线引接两台500kVA站用变压器，备用变压器电源由附近的变电站10kV母线引接。在主要车间设置专用

26、屏，通过双投刀开关由（或）段站用母线上引接电源。 图图8 500kV变电站的站用电接线示意图变电站的站用电接线示意图 厂用变压器的厂用变压器的选择选择厂用变压器的选择 厂用变压器的选择主要考虑厂用高压工作变压器和启动或备用变压器的选择，其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、容量等。 为了正确选择厂用变压器容量，首先应对厂用主要用电设备的容量、数量及其运行方式有所了解，并予以分类和统计，最后确定厂用变压器容量。6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 6.4.1.1 厂用电负荷的计算原则 （1）经常连续运行的负荷应全部计入，如引风机、送风机、给水泵、排粉机、循环水泵、凝结水泵、真空泵等的电动机

27、。 （2）连续而不经常运行的负荷亦应计入，如充电机、备用励磁机、事故备用油泵、备用电动给水泵等的电动机。6.4.1 厂用电负荷的计算厂用电负荷的计算6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 （3）经常而断续运行的负荷亦应计入，如疏水泵、空气压缩机等的电动机。 （4）短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算，如行车、电焊机等。但在选择变压器时，变压器容量应留有适当裕度。 （5）向一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数。 （6）对于分裂变压器，其高、低压绕组负荷应分别计算。6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 6.4.1.2 厂用电负荷的计算方法 （1）换算系数法 厂用电负荷的计算方法常

28、采用换算系数法，按下式计算： 式中S厂用母线上的计算负荷，kVA； P电动机的计算功率，kW； K换算系数，可取表6.1所列的数值；)(KPScosLmKKK （6.2） （6.3）6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 Km同时率； KL负荷率； 效率； cos功率因数。 表表6.1 换算系数换算系数6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 电动机的计算功率P，应根据负荷的运行方式及特点确定。 对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机均应全部计入，并按下式计算： P=Pe 式中Pe电动机额定功率，kW。 （6.4） 6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 对经常短时及经常断

29、续运行的电动机，应按下式计算： P=0.5Pe 对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不予计算，即： P=0 这类负荷如行车、电焊机等。在选择变压器容量时由于留有裕度，同时亦考虑到变压器具有较大的过载能力，所以该类负荷可以不予计入。但是，若经电抗器供电时，因电抗器一般为空气自然冷却，过载能力很小，这些设备的负荷均应全部计算在内。（6.5） （6.6） 6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算： 式中P 全部电动机额定功率总和，kW； P5其中最大5台电动机的额定功率之和，kW。54 . 014. 0PPP（6.7） 6.3 发电厂、变电站自用电接线举例

30、煤场机械负荷中，对于大型机械，应根据机械工作情况具体分析确定；对于中、小型机械，则按下式计算： 其中，翻斗机按下式计算： 轮斗机按下式计算： 式中P3其中最大3台电动机的额定功率之和，kW。36 . 035. 0PPP55 . 022. 0PPP53 . 013. 0PPP（6.8） （6.9） （6.10） 6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 对照明负荷，其计算式为： 式中需要系数，一般取0.81.0；安装容量，kW。idPKP dKiP（6.11） 6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 （2）轴功率法 厂用电负荷可用轴功率法进行计算。轴功率法的计算公式为： 式中 同时率，新建电厂取0.9

31、，扩建电厂 取0.95； 最大运行轴功率，kW； 对应于轴功率的电动机效率； 对应于轴功率的电动机功率因数； 厂用低压计算负荷之和，kVA。LmSPKScosmax（6.12） mKmaxPLScos6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 （1）额定电压 厂用变压器的额定电压应根据厂用电系统的电压等级和电源引接处的电压确定，变压器一、二次侧额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。6.4.2 厂用变压器的选择厂用变压器的选择6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 （2）工作变压器的台数和型式 工作变压器的台数和型式主要与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。当只有6kV一种电压等级时，母线一般分为两段；当10kV与3kV电压等级同时存在时，则分为四段（10kV和3kV各两段）。当只有6kV一种电压等级时，厂用高压作变压器可选用一台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供两段母线；或选用50容量的双绕组变压器，分别供两段母线。如出现10kV和3kV两种电压等级时，厂用高压工作变压器可选用两台50容量的三绕组变压器，分别供四段母线。6.3 发电厂、变电站自用电接线举例 （3）厂用变压器的容量 厂用变压器的容量必须满足厂用电负荷