发电厂电气第三、四章

发电厂电气第一章电力系统概述1.组成和特点2.电能质量3.功率平衡4.短路简述第二章发电厂电气一次设备1.安全工作条件2.电力变压器3.高压开关电器4.互感器5.电气主接线第三章发电厂的厂用电1.厂用电接线2.厂用负荷3.厂用电动机第四章发电厂电气二次设备第五章电气设备运行监控与微机远动终端1概述发电厂的厂用电率厂用电：主要设备耗电（锅炉、汽轮机、发电机）辅助设备耗电全厂运行操作、试验、修配、照明、电焊等用电设备耗电厂用电率：厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数厂用电率是电厂的主要运行经济指标：凝汽式电厂热电厂水电厂5%-8%8%-10%0.3%-2%主要设备耗电（锅炉、汽轮机、发电机）辅助设备耗电厂用电的分类I类负荷：

II类负荷：III类负荷：事故保安负荷：不间断供电负荷：短时停电将影响人身或设备安全使得机组停运或发电量大幅度下降的负荷。应当设置备用电源自动切换给水泵凝结水泵送风机吸风机允许短时停电，但是较长时间停电会可能损坏设备或减小机组出力。输煤设备工业水泵疏水泵应当设置备用电源手动切换长时间停电不会直接影响生产的负荷。单电源供电停机过程中及停机后一段时间应保证用电的负荷。否则可能引起主要设备损坏或失灵。直流保安负荷交流保安负荷机组工作中甚至停机后都需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。蓄电池组供电的发电机组配置静态开关的静态逆变装置厂用电系统火电厂一般都设两台以上厂用高压变压器和厂用低压变压器。厂用电系统：厂用负荷及其供电网络厂用变压器或电抗器厂用供电电缆厂用成套配电装置厂用负荷2厂用电接线厂用电压等级厂用电动机容量差别很大一种电压等级不能满足要求根据电机的制造情况选择电压电动机电压(V)2202203803000600010000生产容量范围(kW)<140<300>75>200>200满足技术条件的前提下选择较低电压等级的电动机低压供电网络电压0.4kV(380/220)高压供电网络电压3、6、10kV需要技术论证高压供电网络电压电动机效率价格技术限制（短路电流）功率满足负荷要求厂用电压等级电压等级适用电机容量高压6kV100-300MW10kV只用于300MW以上3kV发电机容量在60MW及以下，电压在10.5kV时；容量在300MW以上，作为厂用电二高压低压380V75kW以下高压电动机：尺寸大、价格高、效率低但容量大、功率大低压电动机：尺寸小、效率高但对大容量机组，电动机数量多厂用电源及其接引供电可靠，满足各级厂用电压负荷的要求工作电源不少于2个可从发电机电压回路获取电源厂用高压工作电源的引接方式G~G~G~G~G~（发电机与系统并联运行）备用电源和起动电源（未用的备用电源）备用电源用于故障情况失去工作电源，起后备作用起动电源在厂用工作电源完全消失情况下，为保证使机组快速启动，向必要的辅助设备供电的电源。引接要求保证独立性具有足够的备用容量最好能与电力系统紧密联系在全厂停电时，尽快从系统获得厂用电源200MW以上大型机组，以起动电源兼作事故备用电源接引方式

从发电厂的电压母线的不同分支上，通过厂用备用变压器引接从与电力系统连接的最低一级电压等级上引接从联络变的低压绕组引接，保证机组在全停情况下获得足够电源容量。当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器获得独立的备用电源或起动电源。备用电源的配置方式明备用暗备用火电厂中一般均装设专门的备用电源小型火电厂中和水电厂中不另设专用备用电源，而由两个厂用工作电源互为备用备用电源厂用变压器

厂用高压变压器厂用变压器容量>厂用分段上的计算负荷。

厂用低压变压器厂用变压器的原副边额定电压必须与引接电源和厂用网络电压一致考虑同时率、负荷率厂用电动机使用情况厂用电抗器厂用高压电压等级与其电源点的电压等级相同时，可以通过电抗器引接

具有一定电抗值的电感元件厂用变压器的原副边额定电压必须与引接电源和厂用网络电压一致

发生短路故障时，限制短路电流的作用

普通型电抗器

分裂型电抗器

正常时电抗小、压降小

短路时电抗大、限流作用强厂用母线段发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能

便于检修，运行按炉分段

使事故影响仅限于一机一炉锅炉的辅助机械设备耗电量大，占电厂负荷的60%

锅炉容量大一炉两段

分配均匀、公用性负荷适当集中或设立公用母线段

低压，对于大型电厂可按炉分段，对小厂可按负荷大小和重要程度分为二段或三段厂用电接线的基本形式

-由发电机母线引接工作电源备用电源6kV10kV工作电源G~柴油发电机380V厂用高压负荷高压厂用电母线低压厂用电母线厂用电接线的基本形式

-由发电机出口引接工作电源备用电源6kV工作电源G~柴油发电机380VG~35kV110kV6kV3厂用负荷的供电类别和供电方式厂用负荷的供电类别经常不经常连续短时厂用负荷包括全厂机、炉、电、燃、运等各方面用电设备，面广量大，且随各厂机炉类型、容量、燃料种类、供水条件等差异较大。负荷类别按其重要性分为五类负荷运行方式根据其使用时间分类断续每天都要使用只在检修、事故或机炉起停期间使用的电动设备区别每次使用时间长短>2h10~120min<10~120min区别使用频率厂用负荷的计算SC=(KP)计算负荷损耗系数与同时率和负荷率有关的系数电动机的计算功率连续运行：P=Pe经常短时，经常断续：P=0.5Pe中央修配：P=0.14Pe+0.4P5给水泵，循环水泵：1.0凝结水泵0.8其他厂用负荷的供电方式个别供电适于高压CT配置发电机变压器出线，母联成组供电适于低压PT配置开关两头发电机中性点母线一组线路35kV以上，对立端有电源，一台，单相发电机两组主厂房内厂用负荷的连接原则锅炉辅机电动机分别连接到所属锅炉的高低压厂用母线；汽轮发电机辅机电动机分别连接到对应锅炉的高、低压厂用母线上。容量400t/h及以上锅炉有两段高、低压厂用母线，则两套辅机应分接在两段母线上。60MW及以下机组，当每台机组仅有一段高、低压厂用母线互为备用的I类负荷可采用交叉供电。主厂房内厂用负荷的连接原则电动给水泵无汽动给水泵：200MW以下机组，每台设三台电动给水泵，两台直接接母线段，第三台跨接。公用负荷无公用母线段：全厂公用负荷应根据负荷平衡和对供电可靠性的要求，分别接到各台锅炉母线段上，适当集中。有汽动给水泵：300MW以下机组，备用给水泵可接在工作母线上有公用母线段：相同用途的I、II类公用电动机不应全部接在同一公用母线段上。4厂用电动机厂用电动机厂用机械设备所使用的拖动电动机厂用电动机的机械特性转矩特性M*L=M*L0+(1-M*L0)n*2M*L0ML=f(n)1恒转矩特性2非线性上升的转矩特性12M*Ln*M*L0与转速无关的摩擦起始转矩标么值=0.15M*L=0.15+0.85n*2厂用电动机的电力拖动运动方程MM-ML=J(d/dt)J(d/dt):惯性转矩（或称加速转矩）。

：机械旋转角速度MM=MLJ：包括电动机在内的整个机组的转动惯量

=2n/60J=GD2/4gMM-ML=（GD2/375）（dn/dt）MM>MLMM<MLdn/dt=0n=0或n=contdn/dt>0dn/dt<0加速减速厂用电动机的类型异步电动机

鼠笼式异步电动机

结构简单

运行可靠

操作维护方便同步电动机

直流电动机

价格便宜

启动电流大

调速困难单鼠笼式

深槽式

双鼠笼式

机械特性转矩特性MM=f(n)MM=f(n)MmaxML*01n*ML*02MM0ML=f(n)m21mn*稳定工作区

工作点1或2MM0>ML*0

竖线表示剩余转矩（ML定值）异步电动机的运行特点直接起动起动转矩额定起动转矩、启动时间短起动电流达额定电流的4~7倍电源电压

电动机发热

不需要特殊设备起动试验过载能力允许过载倍数

=Mmax/MN一般

=1.6~2.5特殊情况2.8~3.0绕线式异步电动机均匀的无级调速转子电路内引入感应电势串级调速转子电路串接电阻调整，改变转速、启动转矩和起动电流同步电动机的运行特点直流励磁U仍维持运行稳定缺点“超前”和“滞后”工作状态对电压不敏感,转矩

U非

U2(异步电动机)自励磁装置和强行励磁结构比较复杂,附加一套励磁系统起动控制较复杂起动转矩不大厂用系统中,只在大功率低转速机械上使用,如循环水泵直流电动机的运行特点平滑调速启动转矩较大不依赖厂用交流电源借助调节磁场电流,且调速电阻器只消耗较少电能缺点工艺复杂成本高、维护量大可靠性差应用调速性能起动性能要求较高的厂用机械（给粉机）事故保安负荷中的汽轮机直流备用润滑油泵厂用电动机的选择电压转速与厂用供电系统的电压一致容量符合被拖动设备的要求额定电压额定转速下大于满载工作的机械设备轴功率，同时留有适当储备长期运行温升问题结构形式冷却方式与周围环境相适应厂用电动机的自起动正常操作起动自起动利用闸刀开关或接触器或断路器将电动机开动起来自起动问题电动机失去电压以后不与相应厂用供电母线断开，经过很短时间，厂用母线电压恢复或通过自动转换装置设备使备用电源投入，电动机从惰行自动起动恢复到稳态运行。厂用母线电压最低限值自起动电动机允许容量的确定电压下降、超标绕组发热超标作业第三章思考题第1，2，3，4题（P94）：发电厂电气第一章电力系统概述1.组成和特点2.电能质量3.功率平衡4.短路简述第二章发电厂电气一次设备1.安全工作条件2.电力变压器3.高压开关电器4.互感器5.电气主接线第三章发电厂的厂用电1.厂用电接线2.厂用负荷3.厂用电动机第四章发电厂电气二次设备1.控制与信号2.继电保护3.自动装置第五章电气设备运行监控与微机远动终端1概述电气二次系统的内容二次设备

对一次设备的工作进行检测、控制、调节、保护及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的电气设备。测量仪表继电器控制操作开关按钮自动控制设备计算机信号设备控制电缆交直流电源设备二次系统

由互感器二次侧交流供电的全部交流回路和由直流电源的正极到负极的大部分直流回路。控制回路监测回路调节回路信号回路保护回路操作回路励磁回路在控制、信号、保护和监测设备中以低电压，弱电流来代替原来一般的强电式电压和电流。选线化弱电化二次设备的四化以一个控制开关通过切换开关有选择地操作若干个被控对象或对若干个被控对象进行分组操作的方法。选控、选测远动化电气设备的远距离监测和控制技术---四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）电子化新电子技术和各种无触点元件---微机发电站综自发电厂二次系统二次回路接线图1)表示工作原理；展开接线图原理接线图交流电流回路2)表示各元器件的电气联系；交流电压回路直流操作回路信号回路IIT+++至信号3)常开点，常闭点；安装接线图平面布置图

屏背面接线图端子排图控制电缆联系图控制电缆清册二次回路的电源系统

目前发电厂中广泛采用蓄电池作为直流操作电源。交流电源直流电源CT二次侧作为交流电流二次设备的电流源PT二次侧作为交流电压二次设备的电压源独立性内阻抗放电时间和放电容量自放电额度容量最大放电电流值运行方式（充电放电方式、浮充电方式）2发电厂电气控制与信号发电厂控制方式

单机10万kW以下主控制室控制方式

全厂电气集中控制

要求监视方便，操作灵活

单机容量20万kW以上

机、炉、电集中在一个单元控制室控制。单元控制室的控制方式

一台锅炉和一台汽机构成独立的单元系统，不同的单元系统间没有横的联系。断路器的控制回路中间放大操作手柄现场控制屏台上由操作手柄远距离控制断路器操作手柄断路器合分对控制的要求

能手动自动跳

能反映位置

能监视控制回路完好

能防跳

单相跳

接线简单电气中央信号

当主设备发生事故，如发电机内部短路使断路器跳闸时。事故信号

灯光信号

音响信号

用于反映机组及设备运行时的不正常状态，但该状态不立即造成设备损坏和危及人身安全。

也有灯光和音响信号组成，但延时启动，延时可调，防误动预告信号中央信号装置，是对全厂电气设备的信号进行集中监控的装置，安装在主控制室内中央信号屏上。3继电保护继电保护的一般问题能反映电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态，并作用于断路器跳闸或发出信号的一种装置。继电保护装置的作用继电保护装置的定义

在极短的时间内发现故障，并使断路器动作，由选择地切除故障部分。

反应设备的不正常状态，根据状态发信号、减负或跳闸。基本原理电气量

电压增大发生故障判断故障电气量改变实现保护

电流增大

电流、电压之间相位角发生变化

方向保护

参量保护非电气量

瓦斯保护

温度保护输入信号测量逻辑执行输出信号工作流程继电保护的基本要求选择性尽量缩小停电范围，采用后备保护快速性0.02~0.04s各种状态下不拒动，也不误动灵敏性反应能力，用灵敏系数Ks表示可靠性（一）选择性：选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围。

当d1短路时，保护1、2动→跳1DL、2DL，有选择性当d2短路时，保护5、6动→跳5DL、6DL，有选择性当d3短路时，保护7、8动→跳7DL、8DL，有选择性若保护7拒动或7DL拒动，保护5动→跳5DL（有选择性）若保护7DL正确动作于跳闸，保护5动→跳5DL，则越级跳闸（非选择性）

（二）速动性：

（1）快速切除故障。（2）提高系统稳定性；减少用户在低电压下的动作时间；（3）减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。（三）灵敏性：

指在规定的保护范围内，对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。（四）可靠性：

指发生了属于它改动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不改动作时，他能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）

继电保护的基本要求DL-5DL-6DL-8DL-4DL-7DL-2DL-1DL-3d-1d-2d-3d-1故障DL-1、DL-2跳d-2故障DL-5跳d-3故障DL-6，后备DL-5跳继电器

是一种能自动动作的电器，当控制它的物理量达到一定数值时，能使被控制的物理量突然变化。分类定义根据物理量根据反应原理根据物理量电量：暗电量：电流、电压、阻抗、功率温度、转速、压力过量继电器低量继电器机电继电器晶体管型继电器大型汽轮机组继电保护配置要求

最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围

尽可能避免不必要的突然停机

对某些异常工况采用自动处理装置

特别要避免保护装置误动作和拒绝动作大型汽轮机组继电保护的可能配置故障（短路）过电流保护定子绕组相间短路，导致失火，最严重。纵差动保护定子绕组单相接地，可使铁芯局部熔化，使故障扩大为相间短路。单相接地保护定子绕组一相匝间短路，线圈局部过热。过电流保护励磁回路一点或两点接地，使发电机发生机械振动。过电流保护转子失去励磁电流。短路保护用以反应各种被保护区域内发生的各种短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏。为防止保护装置拒动，设主保护，后备保护大型汽轮机组继电保护的可能配置

不正常运行情形不正常运行过负荷造成危害的异常工况过负荷保护外部元件短路引起的过电流异常运行保护用以反应各种可能造成危害的异常工况，但这些工况不会或不能很快造成机组的直接破坏装设一套专用继电器，不设后备保护保护装置的控制对象故障、不正常状态不同，则处理方法、控制对象亦不同，对发电机双绕组变压器组有：全停解裂灭磁解列断开高压侧断路器。减出力减小原动机输出功率发信号对双母线接线，断开母联断路器，缩小故障波及范围断开高压侧断路器，灭磁，断开高压厂用变压器低压侧断路器。停汽机、锅炉，断开高压侧断路器，灭磁，断开高压厂用变压器低压侧断路器，使机炉及其辅机停止工作。发电机保护的配置-纵差动保护发电机内部间短路是发电机内部最严重的故障。在发电机内部及靠近断路器出口处装设变比相同的CT、1LH、2LH。纵差动保护是根据保护元件始端及末端电流数值和相位的原理而构成的。环流相连、异性相接，差动回路内接CT。发电机保护的配置-纵差动保护正常时保护范围外短路II=IIIIK=I1-I2=0Izd>IunbIK=I1-I2

0保护范围内短路IK=I1+I2=(II+III)/nL=ID/nLIK>

Izd变压器保护的配置-纵差动保护电流互感器的变比选择正常/保护范围外短路I1=I2=II/KTA1=III/KTA2Izd>IunbIK=I1-I2

0保护范围内短路IK=I1+I2=II/KTA1+III/KTA2>

IzdKKDIKI1I2IIIIITA1TA2保护范围内短路KDIKI1I2IIIIITA1TA2K保护范围外短路KTKT=?发电机-双绕组变压器双重快速保护纵差保护实际接线其它保护方式：不平衡保护等继电保护部分的重点整定值保护范围继电保护的原理继电保护的执行方式某种保护动作启动时的物理量的最大（小）标准值应用案例应用案例应用案例应用案例应用案例发电厂电气第一章电力系统概述1.组成和特点2.电能质量3.功率平衡4.短路简述第二章发电厂电气一次设备1.安全工作条件2.电力变压器3.高压开关电器4.互感器5.电气主接线第三章发电厂的厂用电1.厂用电接线2.厂用负荷3.厂用电动机第四章发电厂电气二次设备1.控制与信号2.继电保护3.自动装置第五章电气设备运行监控与微机远动终端自动装置概述电气自动装置概述电力系统自动化分为三个不同的控制系统电力系统自动监视和控制发电厂动力机械自动控制电力系统自动装置发电自动装置主接线运行操作P、f控制自动调频系统Q、U控制励磁自动控制正常运行操作同期装置反事故操作发电自动控制示意图同步发电机自动准同期并列同步发电机自动准同期并列装置发电机并上系统后并列应遵循原则对发电机组的冲击电流尽量小应能快速进入同步运行状态，过渡时间要短准同期的基本原理A同时准同期要求冲击电流小0当US=UG满足同期原则G~