发电厂电气部分-第五章

1、第五章 厂用电接线及设计,北方民族大学电信学院电气工程系,主 要 内 容,概述 厂用电接线的设计原则和接线形式 不同类型发电厂的厂用电接线 厂用变压器的选择 厂用电动机的选择和自启动校验,目标和要求：了解厂用电的负荷分类，掌握对厂用电接线的要求，熟悉厂用电接线电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接形式；掌握厂用电的接线形式及不同类型发电厂的厂用电接线；掌握厂用电负荷的计算、厂用变压器的选择。 重点：厂用电的接线形式、 厂用变压器的选择 。 难点：不同类型发电厂的厂用电接线分析、电动机的自启动校验 。,本章学习要点,第一节 概 述,一、厂用电 1、厂用电：保证发电厂（或变电站）正常 运行而自

2、己耗用的电能。 2、厂用电系统 为了叙述方便通常将厂用高压变压器以 下供电的部分称为厂用电系统。,3.厂用电率（KP）,平均功率因数，一般取0.8；,不同类型电厂的厂用电率： 火电厂：5%8%， 热电厂：8%13%， 水电厂：0.5%1.0%。,发电机的额定功率。,二、厂用负荷分类,按用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度可分为五类：,短时（手动切换恢复供电所需要的时间）停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及影响大量出力的厂用负荷。通常它们都设有两套设备互为备用。 供电方式：两个独立的电源供电，当一个电源断电后，另一个电源立即自动投入。, 类厂用负荷：,二、厂用负荷分类

3、,允许短时停电（几秒至几分钟），恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷。 供电方式：两个独立的电源供电，并采用手动切换。,按用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度可分为五类：, 类厂用负荷：,二、厂用负荷分类,较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上的不方便的厂用负荷。 供电方式：由一个电源供电。但在大型发电厂，也常采用两路电源供电。,按用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度可分为五类：, 类厂用负荷：,二、厂用负荷分类,在 200MW 及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在事故停机过程中及停机后一段时间内仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、重要

4、的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。 根据对电源的要求不同，事故保安负荷又可分为： 直流保安负荷：如发电机组的直流润滑油泵、事故氢密封油泵等； 交流保安负荷：如盘车电动机、交流密封油泵、实时控制用的电子计算机等。,按用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度可分为五类：, 事故保安负荷：,二、厂用负荷分类,按用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度可分为五类：,供电方式： 直流保安负荷的直流电源由蓄电池组供电。 交流保安负荷的交流电源由快速自启动柴油发电机组且有自动投入装置功能，或燃气轮机组，或具有可靠的外部独立电源供电。对交流不间断供电负荷，可接于蓄电池组的逆变装置。,

5、 事故保安负荷：,二、厂用负荷分类,按用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度可分为五类：, 交流不间断供电负荷：,在机组启动、运行以及正常和事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。 如实时控制用电子计算机、热工仪表及自动装置等。一般由接于蓄电池组的逆变装置或由蓄电池供电的直流电动发电机组供电。 供电方式：供电电源一般采用由蓄电池组供电的电动发电机组或配备静态开关的静态逆变装置。,按运行方式分类 （1）“经常”使用的用电设备（负荷）：即电厂在生产过程中，每天都投入使用的用电设备（负荷）； （2）“不经常”使用的用电设备：只在机组检修、事故、机

6、组启停期间内使用。,火电厂的主要厂用负荷,（1）锅炉部分：,火电厂的主要厂用负荷,（2）汽机部分：,火电厂的主要厂用负荷,（3）电气及公用部分,火电厂的主要厂用负荷,火电厂的主要厂用负荷,（4）事故 保安负荷,火电厂的主要厂用负荷,火电厂的主要厂用负荷,（5） 输煤部分,火电厂的主要厂用负荷,火电厂的主要厂用负荷,（6） 出灰部分,火电厂的主要厂用负荷,火电厂的主要厂用负荷,（7） 厂外水工部分,火电厂的主要厂用负荷,火电厂的主要厂用负荷,（8）,（9）,（10）,安徽电气工程职业技术学院,水电站的主要站用负荷,水电站的站用负荷通常有以下三类： (1)水轮发电机组的自用电。 机组自用电是指机组

7、及其配套的调速器、蝴蝶阀和进水阀门等的辅助机械用电，通常有：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和漏油泵，输水管电动阀门或进水闸门启闭机，可控硅励磁装置的冷却风扇和起励电源等。这些负荷直接关系到机组的正常和安全运行，大多是重要负荷。,水电站的主要站用负荷,(2）站内公用电。 站内公用电是指直接服务于电站的运行、维护和检修等生产过程，并分布在主、副厂房、开关站、进水平台和尾水平台等处的附属用电。通常包括： 1)水电站油、气、水系统的用电。 2)直流操作电源与载波通信电源。 3)厂房桥机、进水口阀门和尾水闸门启闭机等。 4

8、)厂房和升压站的照明和电热。 5)全厂通风、采暖及空调、降温系统。 6)主变冷却系统如冷却风扇、油泵、冷却水泵等。 7)其他如检修电源、试验室电源等。,水电站的主要站用负荷,(3)站外公用电。 坝区、水利枢纽等用电。 主要有：溢洪闸门启闭机、 船闸、 筏道电动机械、 机修车间电源、 生活水泵、 坝区及道路照明等,第二节 厂用电接线的设计原则和接线形式,一、对厂用电接线的要求,各机组的厂用电系统应是独立的。 全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。 充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。 充分考虑发电

9、厂分期建设和连续施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，尽量减少改变接线和更换设置。 对200MW及以上大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。,二、厂用电接线的设计原则,保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转。 接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的需要。 厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电。 适当注意经济性和发展的可能性，并积极慎重地采用新技术、新设备，使其具有可行性和先进性。 对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。,三、厂用电的电压等级,厂用电的电压等级是根

10、据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。,与异步电动机的技术规范相适应； 解决好同容量的电动机电压低的价格较低，效率较高，但供电导线的截面较大，使铜耗量和投资增加的矛盾； 不同电压等级的短路电流不同； 考虑对电动机自启动是否有利。,三、厂用电的电压等级,假设电动机容量为S，,若UN增大，则IN减小，导线及电缆截面减小， 但绝缘投资增加；,若UN减小，则绝缘投资降低， 但IN增大，导线及电缆截面增大。,结论：对于一定的容量S，应有一个经济电压。,三、厂用电的电压等级,为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。,火电厂：

11、低压：0.4kV（380/220V）,高压：3kV PN 300MW,水电厂：一般只设0.4kV一种厂用电压等级 （对坝区和水利枢纽需另设专用变压器）,变电所及小容量发电厂：只设0.4kV一级电压,四、厂用电系统中性点接地方式,1、电力系统中性点：电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共点。 2、电力系统中性点接地方式：电力系统中性点与大地间的电气连接方式。 非有效接地系统或小接地电流系统：中性点不接地、经消弧线圈接地、经高阻抗接地的系统； 有效接地系统或大接地电流系统：中性点直接接地、经低阻抗接地的系统。,四、厂用电系统中性点接地方式,高压（3、6、10kV）厂用电系统中性点接地方式

12、的选择，与接地电容电流的大小有关： 当接地电容电流小于10A时，可采用不接地方式，也可采用高电阻接地方式； 当接地电容电流大于10A时，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。 一般发电厂的高压厂用电系统多采用中性点经高电阻接地方式。,1. 高压厂用电系统中性点接地方式,四、厂用电系统中性点接地方式,中性点经高电阻接地方式 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。 600MW机组单元厂用电系统多采用此种接地方式。 中性点直接接地方式 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

13、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。 火力发电厂低压厂用电系统宜采用此种接地方式。,2. 低压厂用电系统中性点接地方式,五、厂用电源及其引接,发电厂的厂用电源除应具有正常工作电源外，还应设置备用电源。 对单机容量在200MW及以上的发电厂，还应考虑设置启动电源、事故保安电源和交流不停电电源。,1、 厂用工作电源及其引接方式,是保证发电机正常运行的最基本电源。 1）高压厂用工作电源的引接,（1）当发电机直接接在发电机电压母线时，高压厂用工作电源一般由该机所连的母线段引接。 （2）当发电机与主变压器成单元或扩大单元接线时，高压厂

14、用工作电源由该单元主变压器低压侧引接。 （3）各高压厂用工作电源的低压侧分别接至对应机组的高压厂用母线段。,（4）容量为125MW及以下机组，厂用分支上一般都装有高压断路器；对于200MW及以上机组，其高压厂用工作变压器宜采用分裂变压器（600MW及以上机组可能有两台），厂用分支通常与发电机出口回路一并采用分相封闭母线,2）低压厂用工作电源的引接 由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。若有10KV和3KV两个电压等级时：一般从10KV母线引接。 无高压厂用母线段时，发电机电压母线或发电机出口经厂用变压器或电抗器引接。,2、 厂用备用和启动电源,厂用备用电源主要用于事故情况失去工作电源时起后备作

15、用，所以又称事故备用电源。 对于200MW及以上大容量机组，为了保证机组的启动和停机的负荷用电，需设置启动电源并兼做事故备用电源，所以又称启动备用电源。 启动备用电源的设置对保证大容量机组的快速启动，提高电力系统运行的稳定性具有重要作用。,含义 用于事故情况失去工作电源时，起后备作用的电源 要求： 供电独立性 足够的供电容量 引接方式： 从发电机电压母线的不同分段上引接； 从与系统连接紧密、供电可靠的最低一级电压母线上引接； 从联络变压器的低压绕组引接。,1） 备用电源,2、 厂用备用和启动电源,厂用备用电源,如图：从发电机电压母线引接，应避免与高压厂用工作电源接在同一母线段。,高压厂用备用电

16、源的引接1,厂用备用电源,高压厂用备用电源的引接2,高压厂用备用电源的引接3,厂用备用电源,高压厂用备用电源的引接4,厂用备用电源,高压厂用备用电源的引接5,厂用备用电源,厂用备用电源,一般均从高压厂用母线的不同分段上引接，经专门的厂用低压备用变压器获得厂用低压备用电源。,设置方式： 明备用： 专门设置一台备用变压器，它的容量等于厂用变压器中最大一台的容量，多用于大中型电厂，特别是火电厂。 暗备用： 不另设专用的备用变压器，而将每台工作变压器的容量加大。多用于中小型水电厂或变电所。,1） 备用电源,2、 厂用备用和启动电源,含义： 在厂用工作电源完全消失情况下，为保证机组快速启动，向必要的辅助

17、设备供电的电源 实质上它也是一个备用电源，只对 200MW 以上机组，用于工作电源完全消失时保证机组快速启动的电源。 引接方式： 从与系统联系紧密、供电可靠的最低一级电压母线上引接； 从联络变压器的低压绕组引接； 从外部电网通过专用线路引接。,2） 启动电源,2、 厂用备用和启动电源,在正常运行情况下，这些辅助设备由工作电源供电，只有当工作电源消失后才自动切换为启动电源供电。 启动电源实质上是兼作事故备用电源，故称启动备用电源，不过对供电可靠性的要求比备用电源更高。,200MW及以上大型机组才设置启动电源，因其出口 不装断路器，不可能由主变压器倒送电启动(单元并 入系统前，主变压器高压侧断路器

18、是断的)。,厂用启动电源,厂用启动/备用电源,启动电源的的引接 参见备用电源的引接,3）厂用备用和启动电源设置的数量,取决于发电厂的装机台数、单机容量及控制方式等，一般按下表的原则配置。 当全厂有两个及以上高压厂用备用或启动/备用电源时，应尽量保持备用电源之间的相对独立性。,备用电源或启动/备用电源设置的数量,3、 事故保安电源,含义： 工作、备用电源都消失时，向事故保安负荷供电的电源,引接方式： 蓄电池组：一种独立而又十分可靠的保安电源 正常运行时：承担全厂直流负荷用电； 事故情况下：一方面提供直流保安负荷用电，另一方面经过逆变器将直流变为交流，兼作交流保安电源。 柴油发电机组： 一种广泛采

19、用的事故保安电源，通常与蓄电池配合使用。 通常每2台发电机组设1台柴油发电机组。 可靠的外部独立电源： 从外部系统引进独立专用线路。,六、厂用电接线形式,通常采用单母线接线形式； 火电厂高压厂用母线一般都采用“按炉分段”的接线原则： 即将厂用电母线按照锅炉的台数分成若干独立段（可靠性高：故障范围在一机一炉；调度灵活；运行、检修方便）； 对大容量锅炉（大于400t/h），每台锅炉可由两段母线供电；,采用按炉分段接线的优点,1）同一台锅炉的厂用电动机接在同一段母线上，既便于管理又方便检修； 2）可使厂用母线事故影响范围局限在一机一炉，不致过多干扰正常机组运行； 3）厂用电回路故障时，短路电流较小，

20、可使厂用电系统采用成套的高、低压开关柜或配电箱。,六、厂用电接线形式,低压380/220V厂用电的接线： 大型火（水）电厂：采用单母线分段接线，接炉（或水轮发电机组）分段； 中、小型电厂和变电所：全厂（或全所）只分二段或三段。,对火电厂具体情况是： 1）锅炉容量为220th，且在母线上接有机炉的I类负荷时，宜按炉或机分段； 2）锅炉容量为400th670th时，每炉设两段(可由一台低压厂用变压器供电)； 3）锅炉容量为1000th及以上时，每炉设两段及以上。 4）低压厂用母线分段方式与高压厂用母线基本相似,低压380220V厂用母线,5.厂用公用母线段 全厂公用性负荷，应根据负荷功率及可靠性的

21、要求， 分别接在各段母线上，做到尽量均匀分配。对于200MW及 以上的大型机组，如厂用公用负荷较多，容量也较大， 当采用集中供电方式合理时，可设置公用母线段。正常 运行时，可由启动/备用变压器向公用母线段供电。,六、厂用电接线形式,第三节 不同类型发电厂的厂用电接线,一、火电厂厂用电接线 火力发电厂的机、炉以及燃料运输和煤粉 设备等系统，辅助机械较多，容量大，范围 广。 多采用6KV和380/220V两级电压，以单母 线接线形式组成厂用电系统，根据按炉分段 原则分配厂用各级负荷。,一、火电厂厂用电接线,方案：不设公用负荷母线,1. 300MW汽轮发电机组高压厂用电接线,一、火电厂厂用电接线,方

22、案：设置公用负荷母线,1. 300MW汽轮发电机组高压厂用电接线,一、火电厂厂用电接线,方案：高压厂用电采用6kV一个电压等级,2. 600MW汽轮发电机组高压厂用电接线,一、火电厂厂用电接线,方案：高压厂用电采用10kV和3kV两个电压等级,2. 600MW汽轮发电机组高压厂用电接线,二、水电厂厂用电接线,1、对于中小型水力发电厂，厂用电母线一般 都采用单母线分段，且只分两段。 两台厂用变电器以暗备用方式向两段母线供 电。 2、对于大型水力发电厂，厂用电母线则按机 组台数分段，每段由单独厂用变压器供电， 并设置专用的备用变压器。,三、变电站的厂用电接线,1、小型变电站 大多只装1台站用变压器

23、。 2、大中型枢纽变电站或装有同步调相机的变电站 一般装设2台站用变压器，分别接到母线的不 同分段上。 380V站用电母线采用低压空气断路器分段。,3、 大型枢纽变电站 1）有外接电源时：设置1台备用变压器，容量与工作变压器容量相同站用变压器。装设备用电源自动投入装置。 2）无外接电源时：设置1台自启动的柴油发电机组做备用电源。容量至少应该满足主变冷却装置负荷和断路器及隔离开关操作机构电源的需要。,第四节 厂用变电器的选择,一、厂用电负荷的计算 （1）换算系数法 换算系数按下式计算（也可取表5-2所列的数值） 根据换算系数K和电动机的计算功率P(KW)，便可求得厂用 计算负荷S(KVA)，即S

24、=(KP),用电设备的计算功率P应根据负荷的运行方式 及特点确定： 1）对经常及不经常连续运行的电动机应全部计入， 即P=PN 式中，PN为电动机的额定功率（KW）。 2）经常短时及经常断续运行的电动机应适当计入， 即P=0.5PN 3）不经常短时及不经常断续运行的电动机可不计入变 压器的容量，即P=0,（2）轴功率法,二、厂用变压器的选择 1、电压的选择 变压器原边电压必须与引接电源电压一致，副边 电压与厂用网络电压一致。 2、容量的确定 厂用变压器的容量必须满足厂用负荷从电源获得 足够的功率。 并考虑周围温度的影响及变压器允许过负荷能力。,第五节 厂用电动机的选择和自动启校验,一、厂用机械

25、特性 1、厂用机械的负载转矩特性 恒转矩负载特性 具有非线性上升的负载转矩机械特性,电力拖动运动方程 电动机产生的电磁转矩Me，用以克服机械负荷的阻转矩 Mm后的剩余转矩，就会使机械传动系统产生加速运动。 其旋转运动的方程式为：,二、厂用电动机的类型及其特点 1）异步电动机（使用最多） 异步电动机特点： A、结构简单、运行可靠、操作维护方便，过载能力强，价格便宜。 B、启动电流大，调速困难。,2）同步电动机 同步电动机特点： A、采用直流励磁，可以工作在“超前”或“滞后”的不同运行状态。 当工作在“超前”运行状态时，它可以提高厂用电系统的功率因数，同时减小厂用电系统的损耗和电压损失。 B、结构

26、比较复杂，并需附加一套励磁系统。 C、对电压波动不十分敏感。,3）直流电动机 直流电动机特点： A、借助调节磁场电流，可在大范围内均匀而平滑地调速； B、启动转矩较大； C、不依赖厂用交流电源； D、直流电动机制造工艺复杂、成本高、维护量大、工作可靠性也较差。 直流电动机适用范围 A、对调速性能和启动性能要求较高的厂用机械； B、直流保安负荷中的汽轮机直流备用润滑油泵等。,四、电动机的自启动校验 电动机的自启动： 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，又自动启动恢复到 稳定状态运行。

27、 为什么要进行电动机自启动校验? 若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,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。,电动机自启动可分为三种类型,（1）失压自启动：当运行中突然出现事故，造成电压降低，在事故消除电压恢复时形成的自启动； （2）空载自启动：备用电源处于空载状态时，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：备用电源已带有一部分负荷，又自动投入失去电源的工作段时形成的自启动。,（一）自启动时厂用母线电压的最低限值,1.异步电动机的电磁转矩Me与电压U

28、的平方成正比关 系 。电压下降到某一数值时，如果电动机已带有额定负载 转矩M*m，剩余转矩将变为负值，电动机受到制动而开始 惰行，最终可能停止运转。 2.出现惰行的电压称为临界电压Ucr ，电压降低到额定值 的6475，电动机就开始惰行。 3.为了保证厂用I类负荷自启动且考虑到惯性因素，规定 厂用母线电压在电动机自启动时，母线电压的最低限值应 不低于下表所列数值。,电动机自启动要求的最低母线电压,（二） 成组电动机自启动电压校验,成组电动机经厂用高压变压器自启动的接线图及等值电路,成组电动机自启动电压校验,（1）,（2）,（3）,成组电动机自启动电压校验,式中 I*ST 参加自启动电动机的启动电流总和； U*0 电源母线电压标幺值，一般采用经电抗器供 厂用电时取l，采用无激磁调压变压器时取 l.05，采用有载调压变压器时取1.1； X*T 厂用高压变压器或电抗器的电抗标幺值； X*m参加成组自启