厂用电接线及设计.ppt

1、第四章 厂用电接线及设计,主讲人： 徐明荣,华北电力大学 城市供用电教研室 （输配电技术研究所,厂用电概念：发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，拖动厂用机械设备的电动机以及全厂的运行、操作、试验、修配、照明、电焊等用电设备的总耗电量，称为厂用电或自用电,4.1 概述,一、发电厂和变电站的主要厂用机械,1、火电厂 （1）输煤负荷：抓斗起重机、扒煤机、推煤机、碎煤机、提升机械、输煤皮带等。 （2）制粉负荷：磨煤机、给煤机、排粉机、螺旋输粉机等。 （3）锅炉负荷：送风机、引风机、排粉机、磨煤机、给煤机、给粉机、除灰泵、螺旋输粉机等。 （4）汽机负荷：凝结水泵、循环水泵、给水泵 （5）电气及公共负荷

2、：变压器冷却通风机、空压机、水泵 （6）事故保安负荷：盘车电动机、顶轴油泵、交流润滑油 （7）其它辅机：化学水处理车间、修配车间等用电设备、油泵、消防泵、疏水泵、各种电动阀门、起重机械等,2、水电厂 （1）水轮机的辅机：调速及润滑系统的油泵、空气压缩机、发电机冷却系统及机组润滑系统的水泵、行车等。 （2）电气部分：变压器冷却用通风机、油泵、水泵等。 （3）大坝及船闸设备：闸门启闭机、升船机、起重机、卷扬机等。 （4）其它辅机：供水泵、排水泵、直流系统的充电设备、备用励磁机、修理厂设备及厂房通风机等。 （5）常用照明和事故照明设备。 3、变电所 大型变电所中主要所用负荷是变压器强油循环冷却装置的

3、油泵、水泵、风扇、蓄电池充电设备、油处理设备、空气压缩机、变压器检修间、采暖通风等。 中小型变电所中主要是变压器的冷却风扇、蓄电池和充电设备或整流操作电源、采暖通风、断路器油的加热设备、照明和检修用电等,一、厂用电率,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%10%， 水电厂：0.5%1.0,发电机的额定功率,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，称为厂用电率Kp,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六类,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

4、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。 如，火电厂：给水泵，凝结水泵等；水电厂：调速器、润滑油泵等。即使电压下降或消失，也不与电源断开，必须保证自启动 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,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。 如：工业水泵、疏水泵、灰浆泵、输煤设备、化学水处理设备等 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四类,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

5、用负荷。 如：实验室、中央修配厂、油处理室等负荷 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四类,类厂用负荷,二、厂用负荷分类,4) 0类负荷：（不停电负荷） 停电会造成数据遗失或生产设备失控，酿成严重后果。 如：实时控制用的计算机、热工保护、自动装置等。 供电方式：由不停电电源（UPS)供电。 (5) 0 类负荷：（直流保安负荷） 发电厂的继电保护、自动装置、信号设备、控制设备、发电机组的直流润滑油泵、事故氢密封油泵成为直流保安负荷 直流保安负荷的直流电源由蓄电池组或整流装置供电,二、厂用负荷分类,在 200M

6、W 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、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。 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。 供电方式：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,6）0 类厂用负荷（交流保安负荷,4.2 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

7、、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

8、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。 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：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

9、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,300MW机组: 6KV和400V 200KW以上的电动机：6KV 200KW以下的电动机：400V 600MW有两种方案： （1）6KV和400V（哈尔滨第三电厂和石洞口二厂） 200KW以上的电动机：6KV 200KW以下的电动机：400V （2）10KV、3KV和400V（平圩、北仑港） 2000KW以上的电动机： 10KV 2002000KW的电动机：3KV 200KW以下的： 400V,按厂用电压划分电动机容量范围： （1）当厂用电压3KV时：100KW以上的电动机一般采用3KV, 100KW以下的电动机一般采

10、用380V； （2）当厂用电压6KV时：200KW以上的电动机一般采用6KV, 200KW以下的电动机一般采用380V； （3）当厂用电压既有3KV时又有10KV两级电压时： 200KW1800KW的电动机一般采用3KV, 1800KW以上的电动机一般采用10KV， 200KW以下的电动机一般采用380V,分类：中性点不接地系统、中性点经高电阻接地系统和中性点经消弧线圈接地系统三种。 （1）中性点不接地系统 特点： a、发生单相接地故障时，流过故障点地电流为电容性电流； b、当厂用电系统的单相电容电流小于10A时，允许继续运行2h，为处理故障赢得时间。 c、当厂用电系统单相接地电容电流大于10

11、A时，接地电弧不能自动消除，将产生较高的电弧接地过电压，并宜发展为多项短路，故此时，接地保护应动作于跳闸，中断对厂用电设备的供电； d、实现有选择性的接地保护比较困难，需要采用灵敏的零序方向保护； e、无需中性点接地装置。 适用范围：可用在单相接地电容电流小于10A的高压厂用电系统,四、厂用电系统中性点接地方式,1、高压（3、6、10KV）厂用电系统中性点接地方式,2）中性点经高电阻接地系统 特点： a、选择适当的电阻值，可以抑制单相接地故障时健全相的过电压倍数不超过额定相电压的2.6倍，避免故障扩大； b、单相接地故障时，故障电流过一固定值的电阻性电流，保证馈线的零序保护动作； c、常采用二

12、次侧接电阻器的配电变压器接地方式，无需放置大电阻器就可达到预期的要求。 适用范围：适用于高压厂用电系统接地电容电流小于10A、但为了降低间隙性电弧接地的过电压水平和便于寻找接地故障点的情况,1、高压（3、6、10KV）厂用电系统中性点接地方式,3）中性点经消弧线圈接地系统 特点： a、单相接地故障时，中性点的位移电压产生感性电流流过接地点，补偿电容电流，将接地点的综合电流限制在10A以下，达到自动熄弧，继续供电的目的； b、为了提高接地保护的灵敏度和选择性，通常在消弧线圈二次侧并联电阻； c、消弧线圈的电感电流可根据工程的具体情况决定； d、这一接地方式运行比较复杂，要增加接地设备投资，而且接

13、地保护也比较复杂； 适用范围：适用于大机组高压厂用电系统接地电容电流大于10A时,1、高压（3、6、10KV）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,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

14、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,含义： 保证正常运行的基本电源 要求： 供电可靠 电压和容量满足要求 引接方式： 有机压母线的机组：从该母线上引接。 单元接线的机组：从主变低压侧引接。 扩大单元接线的机组：从发电机出口或主变低压侧引接,1. 工作

15、电源,注：对于单元接线，P发125MW，一般在厂用分支上装设QF，P发200MW，厂用分支不装设QF，而采用分相封闭母线,2)低压厂用工作电源(380 V /220V,一般由高压厂用母线上取得,五、厂用电源及其引接,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,2. 备用电源,当有机压母线时，由与工作电源不同的分段上引接。 当无机压母线时，由与电力系统连接的最低一级电压母线上引接，或由联络变的第三绕组引接,五、厂用电源及其引

16、接,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,2. 备用电源,备用电源配置： 火电厂中，高、低压备用电源的数量与发电厂装机台数、单机容量、主接线形式及控制方式等因素有关，一般按照下表的原则配置,五、厂用电源及其引接,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

17、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,3. 启动电源,五、厂用电源及其引接,含义： 用于工作、备用电源都消失时，向事故保安负荷供电的电源,4. 事故保安电源,五、厂用电源及其引接,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,4. 事故保安电源

18、,交流不停电电源,每台机组设置一套两台并联运行容量为60kVA静止型交流不停电电源装置(UPS)。UPS采用引进的静态逆变装置，由整流器、逆变器、静态转换开关、隔离变压器、稳压调压器和馈线柜等组成。 UPS交流输入电压为三相三线380V士10%，50Hz。输出交流电压为单相220V，50Hz。正常运行时由事故保安段供交流380V电源给整流器，经逆变器逆变后由静态开关向负荷供电。当事故停电失去交流电源时，或整流器发生故障时，由单元机组220V蓄电池组经逆变后向负荷供电。若逆变器故障，静态开关自动切换至旁路系统，由事故保安段经隔离变压器、稳压调压器、静态开关向负荷供电,五、厂用电源及其引接,4.

19、事故保安电源,六、厂用电接线形式,通常采用单母线接线形式； 火电厂一般都采用“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,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,4.3 不同类型发电厂厂用电接线,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,方案：设置公

20、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,三、变电站站用电接线,设计出该发电厂的高压工作电源和备用电源,第四节 厂用电动机的选择和自启动校验,1、恒转矩负载特性：它的负载转矩（又称阻转矩）Mm与转速n无关， Mm是个常数， Mmf(n)特性为一水平线。常见负荷有磨、碎煤机，输煤皮带，起重机，绞车等。 2、具有非线性上升的负载转矩机械特性：它

21、们的负载转矩与转速的二次方或高次方成比例。如引、送风机，油泵，离心式水泵等,一、厂用设备的机械特性,二、电力拖动运动方程,1、电力拖动方程： 2、电力拖动工作分析,二、电力拖动运动方程,1、拖动系统启动条件： 2、拖动系统稳定运行条件： 图中交点1和2,1、异步电动机的特点： 结构简单、运行可靠、操作维护方便、价格便宜；缺点：启动电流大、调速困难； 2、同步电动机的特点： 直流励磁，可“超前”或“滞后”工作； “超前”可提高厂用电的功率因数，减小厂用电损耗和电压损失； 对电压波动不十分敏感，有励磁装置且能强行励磁，电压降低时能稳定运行； 结构比较复杂，并需附加一套励磁系统； 启动、控制较麻烦，

22、启动转矩不大； 3、直流电动机的特点： 可借助调节磁场电流均匀而平滑调速，且调速能耗低； 启动转矩较大； 不依赖厂用交流电源。 制造工艺复杂、成本高、维护量大、工作可靠性低,三、厂用电动机的类型及特点,电压与厂用供电系统一致； 转速符合被拖动设备一致； 在额定电压和转速下，容量大于满载工作时机械设备轴功率，并有适当储备； 结构形式及冷却方式与周围环境相适应。一般选择异步电动机。 直流电动机：要求在很大范围内调节转速及当厂用电源消失后仍需工作的设备用直流电动机。 同步电动机：反复、重载启动或需小范围调速的机械用同步电动机。 大机组可用双速电动机,四、厂用电动机的选择,1、定义：当电源断开或厂用电

23、压降低时，厂用电动机转速会下降，甚至会停运，这一转速下降的过程称为惰行。厂用电动机失压后，经过0.51.5s后厂用供电母线电压恢复或备用电源投入，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定运行状态，这一过程称为电动机的自启动。 2、危害：因为同时有很多电动机参加自启动，因而自启动过程中会出现厂用供电系统电压下降和电动机本身发热，将危及厂用供电系统的稳定运行和电动机的安全和寿命。 3、分类： （1）失压自启动：运行中突然出现事故，电压下降，当事故消除，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

24、，又自动投入失去电源的工作段所形成的自启动,四、厂用电动机的自启动,要保证厂用电动机自启动的安全，应满足：厂用母线电压不低于电压最低限值； 参加自启动电动机的总容量不超过自启动允许容量。 1、电动机自启动厂用母线电压 最低限值 异步电动机的转矩与电压的平方 成正比在额定电压下，其最大转 矩约为额定转矩的两倍。图为电 动机转矩与电压、转速的关系曲 线。当电压下降到0.7UN时，若 电动机带额定负载，则电动机会 因其最大转矩小于被拖动机械的 轴转矩而开始惰行，最终可能停 止运转,下表为厂用电动机自启动要求的最低母线电压： 2、自启动电动机允许容量 当厂用电动机自启动时，厂用供电母线电压达到上表所示

25、允许最低母线电压值，参加自启动电动机的最大允许容量称为自启动电动机允许容量,3、为保证重要厂用电动机自启动采取的措施 限制参加自启动电动机的数量。次要电动机装设低电压保护，延时0.5s动作； 阻转矩为恒定值的重要厂用电动机，因其自启动电压要求较高（接近额定电压），也装设低电压保护和自动重合闸装置，当电压低时从母线断开，而母线恢复后又自动投入，从而实行电动机分级自启动，并改善这些设备的自启动条件； 对重要的厂用机械设备，要选用具有较高启动转矩和较大允许过载倍数的电动机； 不得已情况下，可增大厂用变压器容量或减小厂用变压器的阻抗值,1、单台电动机自启动或成组电动机自启动电压校验 （1）单台电动机自

26、启动校验 其中： U*0的取值：一般采用经电抗器供厂用电时取1； 采用无激磁调压变压器时取1.05； 采用有载调压变压器时取1.1,五、厂用电动机的自启动校验,2）成组电动机自启动电压校验 其中： 其中,2、电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验 （1）高压母线电压校验 （2）低压母线电压校验 S*H为自启动前厂用高压母线已带负荷的标么值和自启动总容量的标么值之和； S*L为厂用低压母线的合成负荷之和,第五节 厂用电源的切换,概述,机组启动,机组停机,备用电源,工作电源,工作电源,备用电源,要求,1.厂用电系统的任何设备（电动机、断路器）不能由于厂用电 的切换而承受不允许的过载和冲击,2.在切换中，必须尽可能保证机组的连续输出功率、机组控制 的稳定