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1、发电厂电气主系统,邵阳学院电气工程系,罗庆跃 主讲,第五章 厂用电接线及设计,电 话：,E-mail：,主要教学内容 本章以火力发电厂为重点，讲述厂用电率、厂用负荷分类以及厂用系统接线原则等基本概念。对厂用系统供电电压的合理确定，厂用电源的正确引接和厂用变压器的选择方法进行了详细的论证。然后，再分别介绍了各种类型电厂的厂用电系统接线的特点。教学重点及难点 1、厂用电源的设置方法及引接方式；2、电动机自启动校验。计划授课时数 6课时学完后，学生应具备的能力 能熟练分析厂(所)用电系统的特点、供电可靠性及设计的一般原则，掌握电动机自启动校验方法。,第一节 概 述,一、基本概念二、厂用负荷分类,主要
2、内容:,一、基本概念,1、什么叫厂用电？为保证发电厂正常运行而装设的用电设备的总耗电量。,2、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。即：,Kp是发电厂的主要运行经济指标之一，它与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类、燃烧方式及蒸汽参数等因素有关。凝汽式:Kp=5-8%；热电厂:Kp=8-10%；水电厂:Kp=0.3-2%。目前，1000MW超超临界发电机组的厂用电率为4.45%。,式中,-厂用电耗电量；A-同一时期发电厂全部发电量。,二、厂用负荷分类,厂用电从系统的角度来说，它是非常重要的负荷。但就厂用电本身来说，按其用电设备的作用和突然供电中断时造成危害的程度，可分为以
3、下四大类:,1、I类负荷 凡短时(0.5秒以内)停电(包括手动操作恢复供电)会造成设备损坏、危及人身安全、主机停运的负荷。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。供电要求：设备有两套，且互为备用，分别接到两个独立的电源上，并加装备用电源自投装置。,2、II类负荷 允许短时停电(几秒至几分钟)，恢复供电后，不致造成生产混乱的厂用负荷。如:火电厂的工业水泵、疏水泵等。供电要求：一般由两段母线供电，并采用手动切换。,3、III类负荷 较长时间停电(几个小时)，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的负荷。如:中央修配厂、试验室的负
4、荷。供电要求：通常由一个电源供电。,4、事故保安负荷 在P单20万kW 的大容量发电厂，自动化程度比较高，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，否则引起主设备损坏，重要自动控制失灵或危机人身安全的负荷。根据其重要程度又分为下列三类:0I类负荷（不停电负荷UPS）：实时控制用的计算机、热工保护、自动装置等。,随着电厂类型的不同，厂用电的重要程度也有较大的差异。,厂用负荷的供电网络，统称为厂用电系统。,0III类负荷（交流保安负荷）：如盘车电动机、交流润滑油泵等，由快速柴油发电机，外部引接的可靠的电源或蓄电池的逆变装置供电。,0II类负荷（直流保安负荷）：如发电机直流润滑油泵，由
5、蓄电池供电。,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二、厂用电接线的设计原则三、厂用电的电压等级四、厂用电系统中性点接地方式五、厂用电源及其引接,主要内容:,一、对厂用电接线的要求【见书P135】,厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划。除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，还应满足(六个方面),1、供电可靠，运行灵活。2、各机组的厂用系统应是独立的。3、全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用母线。4、充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式的供电要求。5、供电电源尽量与电力系统保持紧密联系。6、充分
6、考虑分期建设和连续施工过程中的厂用电的运行方式（过渡接线）。,二、厂用电接线的设计原则【见书P136】,其设计原则基本上与主接线的设计相同。主要有：应保证对厂用负荷的可靠和连续供电，使主机安全运转；接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电；还应适当注意其经济性和发展的可能性，并积极慎重地采用新技术、新设备；在设计厂用系统接线时，还应考虑厂用电的电压等级、中性点接地方式及厂用电源的引接等问题。,三、厂用电的电压等级,考虑因素有三:,1、发电机额定电压 由电力系统规划确定,2、厂用电动机的电压 其容量差别很大，从几瓦到几千千瓦，因
7、此只有一种电压等级显然是不合理的。应设厂用高压、厂用低压。其原因：,大容量的电动机采用低压供电时，额定电流大，导线截面大，体积大，成本高，不经济。小容量电动机采用高压供电时，绝缘水平要求高，价格较高，磁路较长，损耗增加，效率也较低。,3、厂用电网络的供电可靠性要求 电压等级不宜过多,火电厂：发电机单机容量小于60MW，且发电机出口电压为10.5kV时，应采用3kV；当发电机单机容量在100-300MW时，应采用6kV；当发电机单机容量在600MW时，有两种方案：一是采用6kV作为厂用高压，二是采用10kV、3kV两种电压作为厂用高压。当发电机单机容量在1000MW时，用10kV、3kV两种电压
8、作为厂用高压。水电厂：通常只设0.38/0.22kV一种厂用等级，动力与照明共用的三相四线制系统供电。但是坝区和水利枢纽，常另设坝区变压器。小容量的发电厂或变电所：只设0.38/0.22kV一种等级。但对于 500kV变电站，必须装设2台或2台以上的站用工作变，同时，还要装设1台可靠的备用变，并采用备用电源自投装置。,实践经验表明：,四、厂用电系统中性点接地方式,1、高压厂用电系统中性点接地方式【3kV、6kV、10kV】,接地方式的选择与接地容性电流的大小有关。其接地有如下三种形式：,中性点不接地方式：适用于单相接地容性电流小于10A的厂用电系统。其特点是：当厂用系统发生单相接地时，可以带病
9、运行2个小时【供电可靠性高】。广泛采用。,中性点经高电阻接地方式：适用于单相接地容性电流小于10A的厂用电系统。常采用二次侧接电阻的配电变接地方式，当发生单相接地故障时，短路点流过固定的电阻性电流，有利于馈线的零序保护动作。,中性点经消弧线圈接地方式：适用于单相接地容性电流大于10A的大机组厂用电系统。补偿方式采用过补偿。,2、低压厂用电系统的中性点接地方式【380/220V】,中性点经高电阻接地方式：可以防止由于熔断器一相熔断所造成的电动机两相运转，提高了厂用电系统的运行可靠性。600MW机组单元厂用电400V系统广泛采用。,中性点直接接地方式：适用于动力与照明共用的三相四线制系统，但供电可
10、靠性较低，发生单相接地时，动作于跳闸。,五、厂用电源及其引接,1、设置原则,一般电厂,对P单200MW的发电厂,2、工作电源及其接线方式,1）作用：是保证机组正常运转所必须的电源。,2）引接要求:,3)引接方式:,(1)高压厂用工作电源【有两种见图5-1所示】,应从发电机回路引接，其引接方式与电气主接线形式有关,当有机压母线时，应从各母线段引接，供给接在该母线段的机组的厂用负荷。,单元接线时（包括扩大单元接线）时，应从主变低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。,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
11、源(380 V/220V),一般由高压厂用母线上取得,3、备用电源及其引接方式,1）作用：作为工作电源的事故备用,2）引接要求:独立性；足够的供电容量。,3）引接方式【有二种，见图5-2所示】,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。,4）备用电源的两种设置方式:明备用和暗备用,明备用：专门设置一台备用变压器(或线路)，它的容量应等于它所代替的厂用工作变中容量最大的一台的容量。在大型电厂，特别是火电厂，常采用明备用【配置原则见下表所示】,暗备用(互为备用)：不另设专用的备用变(或线路)，而将每台工作变的容
12、量加大。正常工作时，每台工作变在欠载下运行，当任一台工作变因故被切除后，其厂用负荷由完好的工作变承担。在水电厂和变电站中广泛采用。,4、启动电源,对P单200MW的大型机组，考虑全厂首次启动而设置的电源。启动电源一般和备用电源合并，称为启备变。,由与电力系统联系紧密、供电最可靠的一级电压母线上引接，或由联络变的第三绕组引接。从外部引接。,5、事故保安电源【有交流和直流之分】,可靠的外部独立电源；蓄电池组；快速柴油发电机。,六、厂用电接线形式,通常都采用单母线分段接线形式,1、按炉分段原则,定义：高压厂用母线按锅炉的台数分成若干独立工作段,优越性：即便于运行、检修，又能使故障局限在一机一炉,不致
13、过多的干扰正常运行机炉，同时可以减小厂用系统的短路电流。,2、各段上的负荷分配,1)同一机炉或在生产过程上相互有关的电动机和其他用电设备应接在同一分段上，同一机炉自用机械有两套互为备用，则应接在不同分段上。2)全厂公用负荷，可根据要求，设置公用段。3)当锅炉容量在400t/h时，由于辅设容量大，每台锅炉可用两段母线供电。【如图5-2(b)所示】,第三节 不同类别发电厂的厂用电接线（略讲）,【见书P142-148】,第四节 厂用变压器的选择,一、火力发电厂的主要负荷二、厂用负荷的计算三、厂用变压器的选择,主要内容:,两个基本要求:1、原、副边额定电压与外接电源电压和厂用网络电压相一致；2、容量必
14、须满足厂用负荷的要求。,一、火电厂的主要厂用负荷,为了正确选择厂用变的容量，首先对厂用主要用电设备及其特性应有所了解【即进行厂用负荷统计】，然后在此基础上，按照主机满发的要求及厂用电母线按炉分段原则，进行容量选择。厂用负荷与机炉类型、容量、燃料种类和供水条件等因素有关。P149表5-1中列出了火电厂的厂用主要负荷，以供参考。,将负荷按使用时间和使用机率分类：1、经常：每天都要使用的电动设备。2、不经常：只在检修、事故或在机炉起停过程中使用的电动设备。3、连续：每次带负荷运行时间在2小时以上者。4、短时：每次带负荷运行时间在10分钟到2小时以内者。5、断续：每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期
15、性地工作，其每一个周期不超过10分钟者。,二、厂用负荷的计算,1、计算原则【见书P150】,2、计算方法,（1）换算系数法,S=(kP),式中 k-换算系数,一般取表5-2中的数据【见书P151】；P-电动机的计算功率(kW)，【具体计算见书P150-151】；S-厂用分段上的计算负荷(kVA)。,（2）轴功率法,三、厂用变压器的选择,1、额定电压,原、副边额定电压与外接电源电压和厂用网络电压相一致。,2、台数和型式(针对P大于300MW的电厂来说）,当只有6kV或10kV一种电压等级时【高压厂用】：可选一台全容量的分裂低压绕组变压器；选用两台50%容量的双绕组变压器。当有10kV、3kV两种
16、电压等级时：用两台50%容量的三绕组变压器。,3、厂用变压器的容量,容量必须满足厂用负荷的要求,1)高压工作变,当为双绕组,SH-高压厂用计算负荷SL-低压厂用计算负荷,分裂低压绕组变压器,高压绕组容量：,分裂绕组容量：,式中，：厂用变压器分裂绕组计算负荷，；：分裂绕组两分支重复计算负荷。,2）低压工作变的容量,式中，：变压器的温度修正系数，随地区而异。装于屋外或由屋外进风的小间内的变压器；，由主厂房进风的小间内的变压器，。,3）厂用高（低）压备用变或启动变的容量,应与它所代替的工作变中最大一台的容量相同,4、厂用变压器的阻抗,为限制厂用系统的短路电流，厂用变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻
17、抗大【阻抗电压的百分数大于10%】。一般采用分裂低压绕组变压器。,注：选择实例见书P153【例5-1】,第五节 厂用电动机的选择和自启动校验,一、厂用机械特性和电力拖动运动方程【略讲】二、厂用电动机选择 三、电动机自启动校验,主要内容:,一、厂用机械特性和电力拖动运动方程,1、厂用机械的负载转矩特性分类【可分两类】,恒转矩负载特性：负载转矩与转速无关，如磨煤机，输煤皮带等。具有非线性上升的负载转矩特性：负载转矩与转速有关，如风机、油泵等。,2、运动方程,二、厂用电动机选择,1、型式选择,异步电动机 结构简单，运行可靠，操作维护方便，广泛采用。但启动电流大，转矩与端电压的平方成正比，调速困难。,
18、直流电动机 调速方便，启动转矩大。但制造工艺复杂，成本高，维护量大。因此，只有要求在很大范围内调速及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。,同步电动机 对电压波动不十分敏感，并装有自动励磁装置，在电压降低时，仍维持其运行的稳定性。但结构复杂，启动控制较麻烦。因此，只有对反复、重载启动或需要小范围内调速的机械才采用。,2、容量选择,注：电压应与供电系统电压一致。转速应符合被拖动设备的要求或通过变速传动机构与之适应。,三、电动机自启动校验,1、什么叫惰行？转速下降的过程,2、什么叫自启动？转速上升的过程,启动电流大，导致：厂用母线电压降低，降低了供电可靠性；使电动机发热严重。因此，
19、必须进行自启动校验。,3、自启动分类,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，又自动投入失去电源的工作段所形成的自启动。,厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源（启动电源）应考虑上述三种情况的自启动。,4、自启动过程中厂用母线电压最低允许值,【见书158表5-4所示】,注：对于高压厂用母线，失压或空载自启动时取上限值【高温高压电厂65，中压电厂60】，带负荷自启动时取下限值【高温高压电厂70，中压电厂65】。,5、电动机自
20、启动校验,1）电压校验,（1）厂用高压母线单独自启动情况,假设成组电动机在电压消失或下降时全部处于制动状态，电压恢复后，同时自启动。忽略外电路中所有元件的电阻。,系统电源视为无穷大电源。,基准值：变压器低压侧的额定容量，厂用电电网额定电压。,计算 的值大于表5-4中所对应的值时，则自启动满足要求。,式中，：电源电压标么值，对于电抗器取1，普通调压变取1.05，有载调压变取1.1。,：变压器电抗标么值，,：参与自启动电动机群总等效标幺电抗，,：平均自启动电流倍数，对备用电源快速切换时（小于0.8秒），慢速切换时（大于0.8秒），。,怎么来的？,怎么来的？,：参与自启动的电动机容量之和，即,（2）
21、高低压厂用变压器串联自启动母线电压校验,假设厂用高压母线已带有非电动机负荷，自启动过程中继续运行，其它假设与上述相同。,注：利用短路电流基本知识解,2）自启动允许容量校验,由式(1)可知，电动机自启动时厂用母线上的电压：与变压器的容量和电抗有关；与 和 有关。因此，若把厂用最低允许自启动电压当作已知值，校验最大允许自启动电动机的总容量，则由式(1)变形可得：,(1),校验或选择厂用变的容量。此时，取实际值，取规定值。若，则自启动满足要求，反之，不满足要求。,注 上式的两大功能:,由已知 及 校验，此时，取规定值，校验自启动容量。若，则自启动满足要求，反之，不满足要求。,(2),3）改善自启动条件的方法【见书P162】,4）说明,在、不知的情况下，可取，,【注：P162，例5-3有错误】,小 结,重点掌握内容：,作业【见书P168】：,5-1、5-3、5-7、5-10,1、厂用负荷的分类。2、厂用电源的设置原则，工作电源、备用电源的作用、引接要求、引接方式。3、明备用与暗备用的区别、适用范围。4、按炉分段原则，有何优越性。5、自启动的危害性及校验方法。,
