发电厂及其电气部分第九讲

1、第第9 9讲讲 厂用电接线及设计（厂用电接线及设计（2 2）内容提要：u1 概述u2 厂用电接线的设计原则和接线形式u3 不同类型发电厂的厂用电接线u4 厂用变压器的选择u5 厂用电动机的选择和自启动校验u6 厂用电源的切换9.1 厂用变压器的选择9.2 厂用电动机的选择和自启动校验9.3 厂用电源的切换主要考虑高压厂用工作变压器和启动备用变压器的选择，选择内容包括变压器的台数、形式、额定电压、容量和阻抗。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、数量及其运行特点有所了解，并逐项予以统计、分类、综合分析。火电厂厂用电负荷包括了全厂锅炉、汽机、电气、燃运等各个方面的设备，面广量

2、大，且随各厂机炉类型、容量、燃料种类、供水条件等而差异较大。1、火电厂主要厂用负荷各厂用负荷均由母线引接，各母线段的电源即厂用变压器。需统计厂用变压器连接的母线上实际所接电动机（负荷）的台数和容量。同时还需考虑，在生产过程中，厂用负荷的使用情况是不同的。表征设备电动机的使用机会：p “经常”：每天都要使用p “不经常”：只在检修、事故或机炉启停期间使用表征设备电动机每次使用时间的长短：p “连续”：每次带负荷运转120min以上p “短时”：每次带负荷运转在10120min之间p “断续”：每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一周期不超过10min1、火电厂主要厂用负荷经常连续

3、运行的负荷全部计入如：引风机、送风机、给水泵、排粉机、凝结水泵等连续而不经常的负荷应计入如：充电机、备用历磁机、事故备用油泵、备用电动给水泵等经常而断续运行的负荷宜应计入如：输水泵、空气压缩机等短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算如：行车、电焊机等由同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对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算2、厂用负荷的统计根据各厂用负荷的使用情况，可对每段母线上引接的电动机的台数和容量进行统计和计算。 厂用负荷的计算常采用“换算系数法”。公式如下：2、厂用负荷的统计() cosmLKKSK PKS厂用分段母线上的计算负荷(kVA)P电动机的计算功率(

4、kW)K换算系数（可取P151表5-2所列数值）； Km同时系数KL负荷率(考虑到电机实际不满载)效率； cos功率因数电动机的计算功率 P 的计算 连续运行的电动机：P=PN 经常短时、经常断续运行： P=0.5PN 不经常短时、不经常断续运行的设备： P=0若经电抗器供电，则应全部计算 中央修配厂的用电负荷：P=0.14P +0.4P5 煤场负荷： 中小型机械： P=0.35P +0.6P3 翻斗机：P=0.22P +0.5P5 轮斗机：P=0.13P +0.3P5 照明负荷：P=KdPi，需要系数Kd一般取0.81.0；Pi为安装容量2、厂用负荷的统计3、厂用变压器的选择额定电压：一、二

5、次额定电压必须与引接电源和厂用网络电压相一致。台数和型式：p 只有6kV或10kV一种电压时，厂用高压变可选用1台全容量分裂绕组变压器，两个分裂支路供两段母线；或选用2台50%容量的双绕组变压器，分别供两段母线。p 如有10kV和3kV两种电压等级，厂用高压工作变可选用2台50%容量的三绕组变压器，分别供四段母线。厂用变压器阻抗：需综合考虑限制低压侧短路容量和厂用电动机自启动问题。一般应大于10%，可选分裂绕组变压器。变压器容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率，并留有适当的裕度。v 对于高压厂用工作变压器，其容量应按高压厂用电计算负荷的110与低压厂用电计算负荷之和进行选择。SH高压厂用电

6、计算负荷之和SL低压厂用电计算负荷之和p当为双绕组变压器时按下式选择容量，即：3、厂用变压器的选择容量：1.1THLSSSp当为低压分裂绕组变压器时，各绕组容量应满足STS1厂用变压器高压绕组额定容量(kVA)STS2厂用变压器分裂绕组额定容量(kVA) SC厂用变压器分裂绕组计算负荷(kVA)Sr分裂绕组两分支重复计算负荷(kVA)3、厂用变压器的选择容量：1.1CHLSSS12 高压绕组：分裂绕组：TSCrTSCSSSSSv对于低压厂用工作变压器，可按下式选择变压器容量ST低压厂用工作变压容量(kVA)SL低压厂用电计算负荷之和(kVA)K变压器温度修正系数v对于备用启动变压器，厂用高压备

7、用变压器或启动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同；厂用低压备用变压器应与最大一台低压厂用工作变压器的容量相同。3、厂用变压器的选择容量：/TLSSK若环境温度超过设计温度，电抗器的允许工作电流应该按下式进行修正I电抗器的允许工作电流(A)IN电抗器的额定电流(A) 100电抗器绕组最高允许温度()周围空气温度() 0电抗器允许的最高空气温度，一般取40厂用电抗器的容量应满足最大运行负荷的需要，并留有适当的裕度以防止过载。0100100NII4、厂用电抗器的选择厂用电抗器的电抗百分值需适当选择。电抗值较大虽然对限制厂用系统短路电流有利，但却增大了正常运行时的电压降；因为电抗器不能调压

8、，不能保证厂用电压质量，所以通常取电抗值在10以内。4、厂用电抗器的选择p 连续运行及经常短时运行的设备应予以计算；p 不经常短时及不经常断续运行的设备不予计算。5、所用变压器的选择所用变压器负荷计算原则：所用变压器容量选择换算系数法：1 123TSK PPPK1 所用动力负荷换算系数，一般取0.85；P1 、 P2 、 P3 所用动力、电热、照明负荷(A) 9.1 厂用变压器的选择9.2 厂用电动机的选择和自启动校验9.3 厂用电源的切换发电厂中厂用机械设备的机械特性（即阻转矩或叫负载转矩Mm与转速n之间的关系）可归纳为两种类型：1） 恒转矩负载特性即负载转矩Mm与转速n无关，当转速n变化时

9、，负载转矩Mm保持不变。比如火电厂中的磨煤机、碎煤机、输煤皮带、绞车、起重机等就属于这类机械。M*mn*1.00.01.01、厂用机械特性与电力拖动运动方程*常数mM以机械在额定出力时的额定转矩为基准值的标幺值转速标幺值2）变转矩负载特性M*m0-与转速n无关的摩擦起始负载转矩标么值，一般取0.15-负载转矩随转矩变化的系数，一般等于21、厂用机械特性与电力拖动运动方程*0*0*(1)mmmMMMn即负载转矩Mm与转速n有关，当转速n变化时，负载转矩Mm与n的二次方或高次方成比例，具有非线性上升关系。比如火电厂中的风机、油泵就属于这类机械。M*mn*1.00.01.0M*m01、厂用机械特性与

10、电力拖动运动方程由电动机和厂用机械设备组成的电力拖动系统是一个机械运动系统，其中有能量、功率和转矩的传递。代表运动特征的量有转速n、转矩M、角速度及时间t。电动机产生的电磁拖动转矩Me，用以克服机械负荷转矩Mm后的剩余转矩，就会使机械传动系统产生加速运动，其旋转动力方程为：ddemMMJt电动机的三种工作状态：静止或等速旋转、加速、减速厂用电动机主要有三类：异步电动机，同步电动机，直流电动机。2、厂用电动机的类型和特点结构简单、运行可靠、操作维护方便、价格低廉、过载能力强等。缺点：启动电流大、调速困难，对电压很敏感（Me 正比于电压U2 ）异步电动机2、厂用电动机的类型和特点异步电动机异步电动

11、机的启动条件：p电动机的启动转矩M*e0必须大于被拖动机械的起始负荷阻转矩M*m0p在启动过程中的任一转速下都应有：M* e M*m1）鼠笼式优点：不用任何特殊启动设备，可在电网电压下直接启动，操作简单，可靠性高。缺点：启动电流大，可达额定电流的47倍，不能拖动起始负载转矩大的机械，难于调速。2）绕线式优点：可调节转速（为均匀无级调速） 、启动转矩和启动电流；启动电流小（额定电流的23倍），启动转矩大。缺点：启动操作麻烦，维护复杂，价格贵，运行中变阻器电能损耗大。 例如：吊车、抓斗机、起重机等2、厂用电动机的类型和特点异步电动机发电厂中用的异步电动机主要有鼠笼式和绕组式异步电机。2、厂用电动机

12、的类型和特点同步电动机优点：采用直流励磁，可工作在超前和滞后状态，可作为无功发电机提高厂用系统的功率因数，减少厂用系统的能量损失，效率高；转速恒定；对电压波动不十分敏感（Me 正比于电压U），且装有自动励磁调节装置，能强行励磁。缺点：结构复杂，需一套励磁系统，启动控制麻烦，启动转矩不大；价格贵。例如：大功率低转速的机械：给水泵2、厂用电动机的类型和特点直流电动机优点：借助调节磁场电流，在大范围内均匀平滑调速，调速电阻器消耗电能少，启动转矩较大，不依赖厂用交流电源。缺点：与鼠笼式比，制造工艺复杂，价格贵，需要专门的直流电源，运行可靠性低。 例如：对调速性能和启动性能要求高的机械：给粉机、事故保安

13、负荷中的直流备用润滑油泵等。3、厂用电动机的选择p 一般选交流电动机，只有要求在很大范围内调节转速（无极调速）及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备，才选择直流电动机。p 只有对反复启动、重载启动或需小范围内调速的机械，如吊车、抓斗机等，才选用绕线式电动机或同步电动机。p 厂用电动机的防护型式应与周围环境相适应。根据厂用设备安置地点，可选用开启式、防护式、封闭式、防爆式等。型式选择3、厂用电动机的选择p 电压应与供电系统电压一致；p 转速应符合被拖动设备的要求；p 容量PN 必须满足额定电压和额定转速下，大于满载工作的机械设备轴功率PS，并留有适当的储备，即容量选择PN PS (kW)v什么叫

14、电动机的自启动？厂用电系统中运行的电动机，当断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一过程称为惰行。若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短时间(一般在0.51.5s)内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。4、电动机的自启动校验如果参加自启动的电动机的数量多、容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电系统电压下降，甚至引起电动机本身发热。这些数值如果超过允许指标，将危及厂用电系统的稳定运行和电动机的安全与寿命，因此必须进行电动机自启动校验。若校验不能进行自启动时，应采取

15、相应的措施v为什么要进行电动机的自启动的校验？4、电动机的自启动校验根据运行状态，电动机的自启动可分为三类：(1)失压自启动：运行中突然出现事故，电压降低，当事故消除后电压恢复时形成的自启动(2)空载自启动：备用电源空载状态时，自动投入失去电源的工作段所形成的自启动(3)带负荷自启动：备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作段时形成的自启动厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源或启动电源则需要考虑上述三种自启动方式。4、电动机的自启动校验v电动机自启动时厂用母线电压最低限值异步电动机的电磁转矩M*eU*2通常，电动机在额定电压U*N下运行时，其最大转矩M*emax约为额定转矩

16、M*eN的2倍，即4、电动机的自启动校验* max*2eeNMM随着电压下降，电动机电磁转矩将急剧下降。当下降到某一数值时，如下降到70U*N时，它的最大转矩相应变为：v电动机自启动时厂用母线电压最低限值4、电动机的自启动校验2* max0.721eM若此时电动机已经带有额定负载，则此刻的剩余转矩变为负值，电动机受到制动而开始惰行，并最终可能停止运行。出现惰行的电压称为临界电压U*cr，这时电动机的最大电磁转矩M*emax恰好等于负载转矩M*m。根据M*eU*2可得：于是M*emax-电动机在额定电压(U*=1)下的最大转矩标么值U*cr-临界电压标么值v电动机自启动时厂用母线电压最低限值4、

17、电动机的自启动校验2* max1creUM* max1creUM通常，异步电动机的M*emax为1.82.4，故U*cr为0.640.75，即电压降低到额定电压的64%75%，电动机就开始惰行。为了系统能稳定运行，规定电动机正常启动时，厂用母线电压的最低允许值为额定电压的80；电动机端电压最低值为70。v电动机自启动时厂用母线电压最低限值4、电动机的自启动校验* max1creUM在自启动时，为了保证厂用类负荷自启动并同时考虑到机械惯性因素，规定厂用母线电压在自启动时，应不低于下表中的数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

18、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55v电动机自启动时厂用母线电压最低限值4、电动机的自启动校验4、电动机的自启动校验电动机自启动校验电压校验容量校验单台（或成组）电动机自启动母线电压校验电动机经高压厂用变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验TM1M2M3主母线厂用母线X*TX*mU*0=1 视为无穷大电源U*1变压器(电抗器)电抗自启动电动机等值电抗I*qv单台（或成组）电动机自启动电压校验如图为一组电动机经厂用高压变压器自启动的接线图及等值电路。(各元件标么值以厂用高压变压器的额定容量为基准值)4、电动机的自启动校验自启动开始瞬间厂用母线上的电压为：v

19、单台（或成组）电动机自启动电压校验4、电动机的自启动校验TM1M2M3主母线厂用母线X*TX*mU*0=1 视为无穷大电源U*1变压器(电抗器)电抗自启动电动机等值电抗I*q*0*1*mTmUXUXX对一台静止的电动机，在启动瞬间的电抗有X*m=1/K关系，其中K为该电动机的启动电流倍数。如果所有自启动的电动机取一个平均的启动电流倍数Kav，则全部电动机折算后的等值总电抗可写为厂用变压器的额定容量厂用变压器的额定容量电动机总容量电动机总容量电动机自启动电流平均倍数电动机自启动电流平均倍数v单台（或成组）电动机自启动电压校验4、电动机的自启动校验*1TmavmSXKS因此，自启动开始瞬间厂用母线

20、上的电压为：其中：v单台（或成组）电动机自启动电压校验4、电动机的自启动校验*0*0*0*1*111cosmmmTmTavTavTTUXUUUSPXXXKXKSS*0*1TmUXS*1cosmmavTPSKS参加自启动的电动机功率参加自启动的电动机功率电动机效率和功率因素的电动机效率和功率因素的乘积，一般取乘积，一般取0.8自启动时电动机的容量标么值自启动时电动机的容量标么值因此，只有由上计算出的厂用母线的电压(标么值)不低于允许值，才能保证电动机顺利启动。v单台（或成组）电动机自启动电压校验4、电动机的自启动校验*0*1*1TmUUXSX*t1X*1I*t1U*0X*0X*t2X*2U*1U

21、*2I*0I*2I*1S0S1S2v高、低压厂用变压器串联自启动母线电压校验4、电动机的自启动校验假设高压厂用母线已带有负荷S0，自启动中S0继续运行。在此情况下，需对高压厂用母线电压U*1和低压厂用母线电压U*2分别进行校验。* 1*0*1*2TIIII*0*1* 1* 1TTUUIX据图：v高、低压厂用变压器串联自启动母线电压校验4、电动机的自启动校验01*001*01TSUIK UXS1*0001TSXKS同理：1*1111TSIKUS2*2221TSIK USK0、K1、K2分别为负荷支路0、1、2的电动机启动电流倍数。X*t1X*1I*t1U*0X*0X*t2X*2U*1U*2I*0

22、I*2I*1S0S1S2v高、低压厂用变压器串联自启动母线电压校验4、电动机的自启动校验012* 1011122111TTTTSSSIK UKUK USSS当S2比S1和S0小很多时，I*2可以忽略；同时，由于S0不参加自启动，故K0=1，因此：*0*1* 1* 1TTUUIX1* 10111()TTUXSK SSX*t1X*1I*t1U*0X*0X*t2X*2U*1U*2I*0I*2I*1S0S1S2故，厂高压母线电压为：其中S*H为厂用高压母线合成负荷标么值：S S0 0为高压母线已带负荷为高压母线已带负荷v高、低压厂用变压器串联自启动母线电压校验4、电动机的自启动校验又有：11/( cos )SP*0*1* 1*1THUUXS011*11cosHTTSKPSSS厂高压母线电压为：当高压厂用变压器采用分裂绕组变压器时：S S2N2N为分裂绕组额定容量为分裂绕组额定容量v高、低压厂用变压器串联自启动母线电压校验4、电动机的自启动校验*0*1* 1*1THUUXS011*22cosHNNSKPSSS2* 11%1.1100kNTNUSXSS S1N1N为高压绕组额定容量为高压绕组额定容量高压厂用变压器电抗标幺值高压厂用变压器电抗标幺