发电厂电气部分第五章厂用电接线及设计五六

发电厂变电所电气主系统第五章厂用电接线及设计《发电厂电气部分》课题组电力工程学院电气工程系1一、厂用机械特性和电力拖动运动方程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：其一，恒转矩负载特性;其二，具有非线性上升的负载转矩机械特性。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。如图5-10中曲线1所示。第五节厂用电动机的选择和自启动校验2图5-10厂用机械负载转矩特性第五节厂用电动机的选择和自启动校验3

（5-16）M*m0-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)Α-负载转矩随转矩变化的系数，一般等于2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。如图5-10中曲线2所示。变转矩负载特性

第五节厂用电动机的选择和自启动校验4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。代表运动特征的量是转速n、转矩M、角速度以及时间t等。电动机产生的电磁拖动转矩，用以克服机械负荷的阻转距后的剩余转矩，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(5-17)为电动机产生的电磁拖动转矩（N·m）；为机械负载转矩，或称阻转矩（N·m）；为惯性转矩，或称加速转矩（N·m）；J为包括电动机在内的整个机组的转动惯量（kg·m2）；为机组旋转角速度，。第五节厂用电动机的选择和自启动校验5机组的转动惯量J是机组旋转部分惯性的量度，在电力拖动计算中常采用飞轮惯量，二者关系式为(5-18)则实用计算运动方程式为(5-19)由上式可分析电动机的工作状态：（1）当时，，则n=0或n=常数，即电动机静止或等速旋转，拖动系统处于稳定运行状态；（2）当时，，拖动系统处于加速状态；（3）当时，，拖动系统处于减速状态。第五节厂用电动机的选择和自启动校验6二、厂用电动机的类型及其特点异步电动机的机械特性是指电动机的电磁转矩Me与转速n的关系，即。将异步电动机的特性曲线与被拖动的机械设备的负载转矩特性曲线绘于一张图上，如图5-11所示。(一）异步电动机图5-11异步电动机和机械设备的机械特性曲线第五节厂用电动机的选择和自启动校验7由图可见，该拖动系统初始时电动机转动的启动转矩必须大于被拖动机械在时的起始负荷转矩，并且在启动过程中，任一转速下都应有使剩余转矩为正，方能顺利地把机械设备拖动到稳定运行状态。第五节厂用电动机的选择和自启动校验8图5-11中以竖线条示出电动机对于=定值的设备剩余转矩。只有当电动机与厂用负荷相等，即工作在两条曲线的交点上（2或1）时，拖动系统才能稳定运行。异步电动机的启动，一般不需要特殊设备，而采用直接启动方式，启动时的转矩为额定启动转矩，启动时间短，但是启动电流可达额定电流的4~7倍，这不仅使电源电压在启动时发生显著下降，而且更会引起电动机发热，特别在机组转动惯量较大，剩余转矩较小，启动缓慢的情况下更为严重。因此，对启动困难的厂用机械设备如引风机、磨煤机、排粉机等相配套的电动机，必要时需进行启动校验。第五节厂用电动机的选择和自启动校验9在发电厂中广泛使用的鼠笼式异步电动机有三种结构形式，即单鼠笼式、深槽式和双鼠笼式。后两种具有启动转矩大、启动电流较小等较好的启动性能。绕线式异步电动机最大特点是可以均匀地无级调速，如采用转子电路内引入感应电动势的串级调速；也可以在转子电路串接电阻进行调整，即借助调节电阻使其在一定范围内改变转速、启动转矩和启动电流。第五节厂用电动机的选择和自启动校验10同步电动机机具有以下下特点：（1）采用直直流励磁，，可以工作作在“超前前”或“滞滞后”的不不同运行状状态。当工工作在“超超前”运行行状态时，，它可以提提高厂用电电系统的功功率因数，，同时减小小厂用电系系统的损耗耗和电压损损失。（2）结构构比较复杂杂，并需附附加一套励励磁系统。。（3）对电电压波动不不十分敏感感，因其转转矩与电压压成正比，，而异步电电动机的转转矩与电压压的平方成成正比，并并且装有自自动励磁调调节装置且且能强行励励磁，从而而在电压降降低时，仍仍能维持其其运行稳定定性。(二）同步步电动机第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验11同步电动机机启动、控控制均较麻麻烦，启动动转矩不大大，在厂用用电系统中中，只在大大功率低转转速的机械械上有时采采用，例如如循环水泵泵等设备。。(三）直流流电动机直流电动机机具有以下下特点：（1）借助调调节磁场电电流，可在在大范围内内均匀而平平滑地调速速，且调速速电阻器消消耗较省。。（2）启动动转矩较大大。（3）不依依赖厂用交交流电源。。直流电动机机用于对调调速性能和和启动性能能要求较高高的厂用机机械，如给给粉机。此此外，直流流电动机还还用于事故故保安负荷荷中的汽轮轮机直流备备用润滑油油泵等。但但直流电动动机制造工工艺复杂、、成本高、、维护量大大、工作可可靠性也较较差。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验12三、厂用电电动机选择择（1）型式选选择厂用电动机机一般都采采用交流电电动机。只只有要求在在很大范围围内调节转转速及当厂厂用交流电电源消失后后仍要求工工作的设备备才选择直直流电动机机。只有对对反复、重重载启动或或需要小范范围内调速速的机械，，如吊车、、抓斗机等等才选用线线绕式电动动机或同步步电动机。。对200MW以上上机组的大大容量辅机机，为了提提高运行的的经济性可可采用双速速电动机。。厂用电动机机的防护型型式应与周周围环境条条件相适应应，根据发发电厂厂用用设备安置置地点可分分别选用开开启式、防防护式、封封闭式及防防爆式等型型式。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验13（2）容量选选择选择拖动厂厂用机械的的电动机时时，其电压压应与供电电网络电压压相一致，，电机的转转速应符合合被拖动设设备的要求求，电动机机容量ＰＮ必须满足在在额定电压压和额定转转速下大于于满载工作作的机械设设备轴功率率ＰＳ，并留有适适当的储备备，即(kW)(5-20)式中，PN为电动机额额定容量（（kW）；PS为被拖动机机械设备轴轴功率(kW)。。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验14二、电动机机的自启动动校验厂用用电电系系统统中中运运行行的的电电动动机机，，当当突突然然断断开开电电源源或或厂厂用用电电压压降降低低时时，，电电动动机机转转速速就就会会下下降降，，甚甚至至会会停停止止运运行行，，这这一一转转速速下下降降的的过过程程称称为为惰惰行行。。若若电电动动机机失失去去电电压压以以后后，，不不与与电电源源断断开开，，在在很很短短时时间间（（一一般般在在0.5~1.5s））内内，，厂厂用用电电压压又又恢恢复复或或通通过过自自动动切切换换装装置置将将备备用用电电源源投投入入，，此此时时，，电电动动机机惰惰行行尚尚未未结结束束，，又又自自动动启启动动恢恢复复到到稳稳定定状状态态运运行行，，这这一一过过程程称称为为电电动动机机的的自自启启动动。。若参参加加自自启启动动的的电电动动机机数数量量多多、、容容量量大大时时，，启启动动电电流流过过大大，，可可能能会会使使厂厂用用母母线线及及厂厂用用电电网网络络电电压压下下降降，，甚甚至至引引起起电电动动机机过过热热，，将将危危及及电电动动机机的的安安全全以以及及厂厂用用电电网网络络的的稳稳定定运运行行，，因因此此必必须须进进行行电电动动机机自自启启动动校校验验。。若若经经校校验验不不能能自自启启动动时时，，应应采采取取相相应应的的措措施施。。第五五节节厂厂用用电电动动机机的的选选择择和和自自启启动动校校验验15根据运行行状态，，自启动动可分为为三类：：（1）失压压自启动动。运行行中突然然出现事事故，厂厂用电压压降低，，当事故故消除、、电压恢恢复时形形成的自自启动；；（2）空空载自启启动。备备用电源源处于空空载状态态时，自自动投入入失去电电源的工工作母线线段时形形成的自自启动；；（3）带带负荷自自启动。。备用电电源已带带一部分分负荷，，又自动动投入失失去电源源的工作作母线段段时形成成的自启启动。厂用工作作电源一一般仅考考虑失压压自启动动，而厂厂用备用用电源或或启动电电源则需需考虑失失压自启启动、空空载自启启动及带带负荷自自启动等等三种方方式。第五节厂厂用电电动机的的选择和和自启动动校验16异步电动动机的电电磁转矩Me(如如图5-12所所示)与与电压U的平方方成正比比，即通常，异异步电动动机在额额定电压压下运行行时，其其最大转转矩Memax约为额额定转矩矩MeN的2倍倍。即随着电压压下降，，电动机机电磁转转矩将急急剧下降降。当电电压下降降到70％UN时，，它的最最大转矩矩相应变变为若此时电电动机已已经带有有额定负负载，则则此刻的的剩余转转矩变为为负值，，电动机机受到制制动而开开始惰行行，并最最终可能能停止运运行。(一）电电动机自自启动时时厂用母母线电压压最低限限值第五节厂厂用电电动机的的选择和和自启动动校验17图5-12异异步电动动机转矩矩与电压压、转速速的关系系第五节厂厂用电电动机的的选择和和自启动动校验18出现惰行行的电压压称为临临界电压压Ucr，，这时电电动机的的最大电电磁转矩矩M*emax恰好等等于负载载转矩M*m。。根据可得于是(5-21)通常，异异步电动动机的M*emax=1.8～2.4，所所以U*cr=0.64～0.75，即电电压降低低到额定定电压的的64%～75%，电电动机就就开始惰惰行。第五五节节厂厂用用电电动动机机的的选选择择和和自自启启动动校校验验19为了了系系统统能能稳稳定定运运行行，，规规定定电电动动机机正正常常启启动动时时，，厂厂用用母母线线电电压压的的最最低低允允许许值值为为额额定定电电压压的的80％％；；电电动动机机端端电电压压最最低低值值为为70％％。。在自自启启动动时时，，为为了了保保证证厂厂用用Ⅰ类类负负荷荷自自启启动动并并同同时时考考虑虑到到机机械械惯惯性性因因素素，，规规定定厂厂用用母母线线电电压压在在自自启启动动时时，，应应不不低低于于下下表表5-4中中的的数数值值表5-4电电动动机机自自启启动动要要求求的的厂厂用用母母线线最最低低电电压压名

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65~70①中压电厂60~65①低压厂用母线由低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55第五五节节厂厂用用电电动动机机的的选选择择和和自自启启动动校校验验20(1)高高压压电电动动机机自自启启动动时时的的电电压压校校验验如图图5-13所所示示为为一一组组电电动动机机经经厂厂用用高高压压变变压压器器自自启启动动的的接接线线图图及及等等值值电电路路。。(各各元元件件标标么么值值以以厂厂用用高高压压变变压压器器的的额额定定容容量量为为基基准准值值)(二二））电电动动机机自自启启动动校校验验图5-13厂厂用用电电动动机机自自启启动动接接线线及及等等值值电电路路第五五节节厂厂用用电电动动机机的的选选择择和和自自启启动动校校验验21由图图5-13（（b））可可得得电电压压关关系系。。（5-22））由此此可可得得（5-23））式中中，，I*为参参加加自自启启动动电电动动机机的的启启动动电电流流标标幺幺值值总总和和；；U*0为电电源源母母线线电电压压标标幺幺值值，，一一般般采采用用经经电电抗抗器器供供厂厂用用电电时时取取1，，采采用用无无励励磁磁调调压压变变压压器器时时取取1.05，，采采用用有有载载调调压压变变压压器器时时取取1.1；；X*m为厂厂用用变变压压器器或或电电抗抗器器的的电电抗抗标标幺幺值值；；为为参参加加自自启启动动电电动动机机的的等等值值电电抗抗标标幺幺值值。。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验22电动机自启启动开始瞬瞬间，高压压厂用母线线上的电压压为（5-24）则自启动开开始瞬间厂厂用母线上上的电压为为（5-25）对一台静止止的电动机机，在启动动瞬间的电电抗有的的关系系。如果所所有自启动动的电动机机取一个平平均的启动动电流倍数数Kav，则则全部电动动机折算后后的等值总总电抗可写写为（5-26）第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验23将式（5-26）代代入式（5-25））则自启动动开始瞬间间厂用母线线上的电压压为（5-27）其中为自启动时时电动机的的容量标么么值由上式计算算出的厂用用母线的电电压(标么值)不应低于于允许值，，才能保证证电动机顺顺利启动。。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验24(2)高高、低压电电动机经高高压厂用变变压器和低低压变压器器串联自启启动母线电电压校验。。图5-14表示厂用用高、低压压变压器串串联，高、、低压电动动机同时自自启动的等等效电路。。假设高压压母线已带带有负荷，，自启动过过程中继续续运行。在在这种情况况下，应对对高压厂用用母线电压压和低压厂厂用母线电电压分别进进行校验。。图5-14厂厂用高高、低压电电动机同时时自启动的的等值电路路第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验251）高压厂厂用母线电电压校验。。由图5-14可知知电压关系系，得（5-28）电动机自启启动时，通通过高压厂厂用变压器器的电流为为（5-29）式中第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验26故通过高压压厂用变压压器的电流流为为因为项所所占占比重很小小，可以略略去，且K0=1，，将代代入入电压关系系式（5-28）中，即得而第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验27故有（5-30）当高压厂用用变压器采采用分裂绕绕组变压器器时，高压压绕组额定定容量为S1N，分裂绕组组额定容量量为S2N，即（5-31）第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验282）低压厂用母母线电压校校验。假设设低压母线线带有负荷荷，低压厂厂用变压器器容量为St2，由电压关关系可得（5-32）代入电压关关系式，可可得（5-33）又因第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验29由前面计算算结果可知知，电动机机自启动时时厂用母线线上的电压压不仅与变变压器的电电抗和容量量有关，而而且与总启启动电流倍倍数和参加加自启动的的电动机容容量有关。。因此，若若把厂用母母线最低允允许自启动动电压当作作已知值，，则可由式反过来计计算出自启启动时，最最大允许电电动机总容容量为：（5-35）（5-36）(二）容量量校验第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验30重要结论：：①当电动动机额定启启动电流倍倍数大，变变压器短路路电压高，，机端残压压要求高时时，允许自自启动的功功率就小；；②发电机机母线电压压高，厂用用变压器容容量大，电电动机效率率和功率因因数均高时时，允许参参加自启动动的功率就就大。因此，为保保证重要厂厂用机械的的电动机能能自启动，，通常可采采取以下措措施：限制参加自自启动的电电动机数量量。对不重重要设备的的电动机加加装低电压压保护装置置，延时0.5s断断开，不参参加自启动动。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验31负载转矩为为定值的重重要设备的的电动机，，因它只能能在接近额额定电压下下启动，也也不应参加加自启动，，可采用低低电压保护护和自动重重合闸装置置，即当厂厂用母线电电压低于临临界值时，，把该设备备从母线上上断开，而而在母线电电压恢复后后又自动投投入对重要的厂厂用机械设设备，应选选用具有较较高启动转转矩和允许许过载倍数数较大的电电动机与其其配套。在不得已的的情况下，，或增大厂厂用变压器器的容量，，或结合限限制短路电电流问题一一起考虑时时适当减小小厂用变压压器的阻抗抗值。第五节厂厂用电动机机的选择和和自启动校校验32第六节*厂厂用电源源的切换厂用母线工工作电源被被除后，由由于母线上上运行的电电动机定子子绕组将产产生变频反反馈电压，，即母线存存在残压，，其大小和和频率都随随时间而降降低，衰减减的速度与与母线上所所接的电动动机的台数数、负荷大大小等有关关，转速下下降的快慢慢主要决定定于负荷和和机械时间间常数，一一般经0.5s后降降至（0.85~0.95））额定转速速。切除电源前前负荷越大大，电压衰衰减就越快快，频率下下降也越快快。一、厂用母母线失电影影响和分析析33第六节*厂厂用电源源的切换避免UD和US接近反相时时进行厂用用电源的切切换34第六节*厂厂用电源源的切换1、厂用电电源切换原原因二、厂用电电源的切换换2、厂用电电源的切换换按厂用电系系统的运行行状态正常切换事故切换按操作控制制手动切换自动切换按断路器的的动作顺序序并联切换同时切换断电切换35第六节*厂厂用电源源的切换二、厂用电电源的切换换2、厂用电电源的切换换指在厂用电电源切换期期间，工作作厂用电源源和备用电电源有短时时并联运行行的切换。。优点：保证厂用电电连续供给给由于并联运运行时间很很短（一般般在几秒内内），发生生事故的几几率低，所所以在正常常切换中被被广泛采用用。——并联切换缺点：并联运行期期间短路容容量增大，，增加了断断路器的断