《发电厂电气部分》第五章G

5.1概述5.2厂用电接线的设计原则和接线形式5.3不同类型发电厂的厂用电接线5.4厂用变压器的选择5.5厂用电动机的选择和自启动校验5.6厂用电源的切换,第五章厂用电接线及设计,一、厂用电在电力生产过程中，有大量电动机拖动的机械设备，为发电厂的主要设备（锅炉、汽轮机或水轮机、发电机）和辅助设备保证运行。这些电动机再加上全厂的运行、操作、试验、修配、照明等用电设备的总耗电量，统称为厂用电或自用电。,5.1概述,厂用电大都由发电厂本身供给而且为重要负荷之一。厂用电耗电量与发电厂类型、燃料的种类及其燃烧方式、蒸汽参数以及机械化程度有关。,在一定时间内，厂用电耗电量占全部发电量的百分数，称为“厂用电率”。,kP=(SC/SN)100%kP=(SCcosav/PN)100%,其中：SC厂用计算负荷SN发电机额定视在功率cosav平均功率因数PN发电机额定功率,作者：版权所有,厂用电率是发电厂主要运行经济指标。,凝汽式火电厂：5%8%热电厂：8%13%水电厂：0.5%1%,降低厂用电率可以降低发电成本，并增加对系统的供电量。,类厂用负荷：不允许停电通常设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上，设有电源自动投入装置（自动切换）。类厂用电动机必须保证自启动。,类厂用负荷：允许短时停电（几秒至几分钟）由两个电源供电，并采用手动切换。,类厂用负荷：允许较长时间停电一般由一个电源供电。,二、厂用负荷分类,5.2厂用电接线的设计原则和接线形式,一、对厂用电接线的的要求二、厂用电接线的设计原则,三、厂用电的电压等级,同样功率的电动机，额定电压越高，自身尺寸越大，重量越大，功率因数低，价格贵；但因工作电流小，可减小供电电缆截面，节约有色金属，降低电能损耗和运行费用。,因此厂用电电压等级应根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电网络来确定。,厂用高压：3kV，6kV，10kV厂用低压：0.4kV（380/220V）,3kV电压供电的优点：3kV电动机效率比6kV电动机效率高，价格较低3kV电动机的最小容量（75kW）比6kV电动机最小容量（200kW）小较大截面的电缆数量减少，减少有色金属消耗量,6kV电压供电的优点：6kV网络节省有色金属及费用，而且短路电流小6kV电动机的功率可制造的较大，以满足大容量负荷的要求可省去高压厂用变压器，直接由发电机电压母线经厂用电抗器供电，并可限制短路电流,10kV电压供电的优点：1000kW以上的电动机采用10kV电压供电比较经济合理。10kV电动机的功率可制造得更大，以满足大容量负荷的要求,设计技术规程规定厂用高压的确定原则如下：,火电厂：发电机容量在60MW以下，UN=10.5kV时，则厂高压用3kV发电机容量在100MW300MW时，厂高压用6kV发电机容量在300MW及以上时，若技术经济合理，可用3kV、10kV两个厂高压水电厂：0.4kV一个等级变电所：0.4kV，但是容量一般不超过750kVA,厂用电动机额定电压确定原则如下：,五、厂用供电电源及其引接,工作电源是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。,(1)高压,A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，供接在该段母线上的机组的厂用电负荷。,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。,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,B当采用发电机变压器单元接线时，厂用高压工作电源一般由主变低压侧引接，供本机组厂用负荷。,优点：厂用电源电压波动小，不受负荷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。,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低压分裂绕组变压器）,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。,(2)低压,低压厂用工作电源采用380/220电压。一般由高压厂用母线上通过低压厂用变压器取得。为了限制短路电流，单台厂用低压变压器容量最大不得超过750kVA。,2.备用和启动电源,备用电源主要指由于事故而失去工作电源时，保证给厂用电供电的电源，故又称事故备用电源。,启动电源是指在厂用工作电源完全消失的情况下，保证使机组快速启动，向必需的辅助设备供电的电源，其实质也是一个备用电源。,125MW及以下的机组的厂用备用电源兼作启动电源,在200MW及以上大容量机组的发电厂中，为了机组的安全和厂用电的可靠，才设置厂用启动电源，并兼作厂用备用电源。,备用电源的引接应保证其独立性，并且有足够的容量，且最好能与系统有较紧密的联系。,有发电机电压母线时，从母线段上由备用变压器或电抗器引接一个备用电源，但不能从该母线段上引接第二个备用电源。,无发电机电压母线时，由供电可靠的有两个电源的最低一级电压母线引接。优点：可靠性高；缺点：投资大。,由联络变压器低压绕组引接，但要保证足够的供电容量。多用作第二个备用电源。此时，备用变压器须采用有载调压方式。,当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路供给。,厂用电源的备用方式有“明备用”或“暗备用”两种。,明备用,指在正常运行中全厂专设一台平时不工作的厂用变压器作为备用电源，当任一台厂用工作变压器检修或故障以及机、炉起停用时，可将厂用备用变压器投入，以保持厂用电设备的正常工作。,大型火电厂采用，工作变压器容量小（备用变压器容量与最大一台工作变压器容量相同），有利于经济运行，投资少。但需装设备用电源自动投入装置。,暗备用,不设专用的备用变压器，而是当厂用工作变压器成对出现时，将每台工作变压器的容量加大。正常运行时不满载，互为备用状态。不应装设备用电源自动投入装置。,水电厂采用，工作变压器容量比明备用时大。,3.事故保安电源,供给事故保安负荷的电源。,对200MW及以上大容量机组，当厂用电源完全消失时，为确保在事故状态下能安全停机，应设事故保安电源。,必须是独立而又十分可靠的电源，采用380/220V电压。,交流保安负荷：快速启动的柴油发电机组或外部引入的可靠电源直流保安负荷：蓄电池组交流不停电负荷（热工仪表和自动装置）：直流逆变器,3.事故保安电源图为某电厂200MW发电机组的事故保安电源接线示意图1.每台机组设置一段事故保安母线，两个机组共用一台柴油发电机组。2.热工仪表及自动装置由直流逆变器供电（每台机组设置一段）,六、厂用电接线的基本形式,发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线，并以成套配电装置接受和分配电能。,因火电厂的厂用负荷大多集中在锅炉的辅助机械设备中，因此一般采用“按炉分段”的接线原则，将厂用高压母线按锅炉台数分成若干独立段。,低压厂用母线也采用单母线分段,大型电厂：按机或按炉分段中小型电厂或变电所：分为两段或三段采用低压成套配电装置。,按炉分段的好处：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。,5.3不同类型发电厂的厂用电接线,一、火电厂厂用电接线火电厂的辅助机械多、容量大、供电网络复杂，其主要负荷分布在锅炉、汽机、电气、输煤、除灰、化学水处理以及辅助车间和公用电部分，因此厂用电电压必须由6kV和0.4kV两级电压，以单母线分段接线形式合理地分配厂用各级负荷。,作者：版权所有,一、火电厂厂用电接线,小容量火电厂的厂用电接线该发电厂装有二机二炉，因机组容量不大，不设高压厂用母线，少量大功率厂用电动机直接接在机端母线上。380/220V低压厂用母线按炉分段。,中型热电厂的厂用电接线该发电厂装有二机三炉（母管制供气。高压厂用母线按炉分三段。380/220V低压厂用母线按机组分二段。,大型火电厂的厂用电接线方案1：不设公用负荷母线段，图53（a),高压厂用公用负荷分别接于各机组厂用母线A,B段上。优点：供电可靠性高，投资省。缺点：高压厂用母线清扫时，影响公用负荷的备用。,方案2：设公用负荷母线段，图53（b),公用负荷集中，无过渡问题。各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。,二、水电厂厂用电接线,水电厂的厂用电相比同容量的火电厂要简单得多，因为水力辅助机械比热力辅助机械不仅数量少，而且容量也小。但是，对水电厂来说，厂用负荷仍然是最重要的负荷之一。,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。,水电厂的厂用电接线也都采用单母线分段形式。,对中小型水电厂，一般采用一级380/220V电压，母线通常只分为两段，由两台厂用变压器以暗备用方式向两段厂用母线供电。,一般水电厂最基本的厂用负荷是水轮机调速系统和润滑系统的油泵、压缩空气系统的空气压缩机、发电机冷却系统和润滑系统的水泵、全厂辅助机械水系统的电动机、闸门启闭设备、照明及水利枢纽等设施用电。,二、水电厂厂用电接线,对大容量水电厂，一般采用6/10kV和380/220V两级电压，母线按机组台数分段，每段由单独的厂用变压器供电，并设置专用备用变压器。,为了供给厂外坝区闸门及水利枢纽防洪、灌溉取水、船闸或升船机、筏道等设施用电，可设专用坝区变压器供电。,三、变电所所用电接线,所用电负荷一般都比较小，其可靠性要求不如发电厂那样高。,主要所用电负荷是变压器冷却装置（包括风扇、油泵、水泵）、直流系统中的充放电装置和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。当变电所装有同步调相机时，还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等负荷。,大、中型变电所或装有调相机的变电所，通常装设两台所用变压器，分别接在最低一级电压母线的不同分段上。另设一台备用变压器。,电压一般只采用380/220V，动力与照明混合供电方式。小型变电所，大多只装一台所用变压器，由最低一级电压引接。,为了正确选择火电厂厂用变压器容量、首先应对厂用主要用电设备的容量、数量及其特点有所了解，并逐项予以统计、分类、综合分析。,一、火电厂主要厂用负荷,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。,5.4厂用变压器的选择,在生产过程中，厂用机械设备的使用情况是不同的。,“经常”：每天都要使用“不经常”：只在检修、事故或机炉启停期间使用,“连续”：每次带负荷运转120min以上“短时”：每次带负荷运转在10120min之间“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10min,一般由厂用变压器引出厂用母线，而用电设备从母线引接。为了合理正确地选择厂用变压器的容量，需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。,二、火电厂厂用负荷的统计,厂用负荷的计算常采用“换算系数法”。公式如下：,Km同时率(新建电厂取0.9，扩建电厂取0.95)Pmax最大运行轴功率(kW)对应于轴功率的电动机效率cos对应于轴功率的电动机功率因数SL低压厂用计算负荷之和(kVA),利用“换算系数法”求出厂用计算负荷后，必要时可以“轴功率法”进行校验。公式如下：,三、火电厂厂用变压器或厂用电抗器容量选择,1.变压器原、副边额定电压必须与引接电源电压和厂用电网络电压相一致。2.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。,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。,当为双绕组变压器时按下式选择容量，即：,当为低压分裂绕组变压器时，各绕组容量应满足,对于低压厂用工作变压器，可按下式选择变压器容量,K变压器温度修正系数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),3.厂用高压备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。,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40,4.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。可按下式选择电抗器容量,厂用电抗器的电抗百分值也要适当选择。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，不能保证厂用电压质量，所以通常取电抗值在8以内。,5.5厂用电动机的选择和自启动校验,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：,作者：版权所有,一、厂用机械特性,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，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。,2.变转矩负载特性,M*m-负载转矩标么值(以机械在额定出力时的额定转矩为基准值）M*m0-与转速n无关的摩擦起始负载转矩标么值，一般取成0.15n*-转速的标么值(以同步转速为基准值)-负载转矩随转矩变化的系数，一般等于2,作者：版权所有,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。,主要有三类：异步电动机，同步电动机，直流电动机。,二、厂用电动机的类型和特点,异步电动机的机械特性,异步电动机的启动条件1.电动机的启动转矩必须大于被拖动机械的起始负荷阻转矩2.在启动过程中的任一转速下都应有,什么叫电动机的自启动？,三、电动机的自启动校验,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。,为什么要进行电动机的自启动的校验？,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，应采取相应的措施,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,(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。,1.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Me与电压U的平方成正比，即,通常，异步电动机在额定电压下运行时，其最大转矩Memax约为额定转矩MeN的2倍，即,随着电压下降，电动机电磁转矩将急剧下降。当电压下降到某一数值时，如下降到70UN时，它的最大转矩相应变为,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Ucr，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,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,通常，异步电动机的M*emax=1.82.4，所以U*cr=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。,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,2.电动机自启动校验,(1)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),自启动开始瞬间厂用母线上的电压为,自启动开始瞬间厂用母线上的电压为,对一台静止的电动机，在启动瞬间的电抗有的关系。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,电动机总容量,电动机自启动电流平均倍数,自启动开始瞬间厂用母线上