第五章廠用電接線及設計,北方民族大學電信學院電氣工程系,主要內容,概述廠用電接線的設計原則和接線形式不同類型發電廠的廠用電接線廠用變壓器的選擇廠用電動機的選擇和自啟動校驗,目標和要求：了解廠用電的負荷分類，掌握對廠用電接線的要求，熟悉廠用電接線電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接形式；掌握廠用電的接線形式及不同類型發電廠的廠用電接線；掌握廠用電負荷的計算、廠用變壓器的選擇。重點：廠用電的接線形式、廠用變壓器的選擇。難點：不同類型發電廠的廠用電接線分析、電動機的自啟動校驗。,本章學習要點,第一節概述,一、廠用電1、廠用電：保證發電廠（或變電站）正常運行而自己耗用的電能。2、廠用電系統為了敘述方便通常將廠用高壓變壓器以下供電的部分稱為廠用電系統。,3.廠用電率（KP）,平均功率因數，一般取0.8；,不同類型電廠的廠用電率：火電廠：5%8%，熱電廠：8%13%，水電廠：0.5%1.0%。,發電機的額定功率。,二、廠用負荷分類,按用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度可分為五類：,短時（手動切換恢復供電所需要的時間）停電會造成主輔設備損壞、危及人身安全、主機停運及影響大量出力的廠用負荷。通常它們都設有兩套設備互為備用。供電方式：兩個獨立的電源供電，當一個電源斷電后，另一個電源立即自動投入。,類廠用負荷：,二、廠用負荷分類,允許短時停電（幾秒至幾分鐘），恢復供電后，不致造成生產紊亂的廠用負荷。供電方式：兩個獨立的電源供電，并采用手動切換。,按用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度可分為五類：,類廠用負荷：,二、廠用負荷分類,較長時間停電，不會直接影響生產，僅造成生產上的不方便的廠用負荷。供電方式：由一個電源供電。但在大型發電廠，也常采用兩路電源供電。,按用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度可分為五類：,類廠用負荷：,二、廠用負荷分類,在200MW及以上機組的大容量電廠中，自動化程度較高，要求在事故停機過程中及停機后一段時間內仍必須保證供電，否則可能引起主要設備損壞、重要的自動控制失靈或危及人身安全的負荷。根據對電源的要求不同，事故保安負荷又可分為：直流保安負荷：如發電機組的直流潤滑油泵、事故氫密封油泵等；交流保安負荷：如盤車電動機、交流密封油泵、實時控制用的電子計算機等。,按用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度可分為五類：,事故保安負荷：,二、廠用負荷分類,按用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度可分為五類：,供電方式：直流保安負荷的直流電源由蓄電池組供電。交流保安負荷的交流電源由快速自啟動柴油發電機組且有自動投入裝置功能，或燃氣輪機組，或具有可靠的外部獨立電源供電。對交流不間斷供電負荷，可接于蓄電池組的逆變裝置。,事故保安負荷：,二、廠用負荷分類,按用電設備在生產中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度可分為五類：,交流不間斷供電負荷：,在機組啟動、運行以及正常和事故停機過程中，甚至在停機后的一段時間內，需要連續供電并具有恒頻恒壓特性的負荷。如實時控制用電子計算機、熱工儀表及自動裝置等。一般由接于蓄電池組的逆變裝置或由蓄電池供電的直流電動發電機組供電。供電方式：供電電源一般采用由蓄電池組供電的電動發電機組或配備靜態開關的靜態逆變裝置。,按運行方式分類（1）“經常”使用的用電設備（負荷）：即電廠在生產過程中，每天都投入使用的用電設備（負荷）；（2）“不經常”使用的用電設備：只在機組檢修、事故、機組啟停期間內使用。,火電廠的主要廠用負荷,（1）鍋爐部分：,火電廠的主要廠用負荷,（2）汽機部分：,火電廠的主要廠用負荷,（3）電氣及公用部分,火電廠的主要廠用負荷,火電廠的主要廠用負荷,（4）事故保安負荷,火電廠的主要廠用負荷,火電廠的主要廠用負荷,（5）輸煤部分,火電廠的主要廠用負荷,火電廠的主要廠用負荷,（6）出灰部分,火電廠的主要廠用負荷,火電廠的主要廠用負荷,（7）廠外水工部分,火電廠的主要廠用負荷,火電廠的主要廠用負荷,（8）,（9）,（10）,安徽電氣工程職業技術學院,水電站的主要站用負荷,水電站的站用負荷通常有以下三類：(1)水輪發電機組的自用電。機組自用電是指機組及其配套的調速器、蝴蝶閥和進水閥門等的輔助機械用電，通常有：調速器壓油裝置的壓油泵、漏油泵，機組軸承的潤滑油(水)泵，水輪機頂蓋排水泵，機組技術供水泵，蝴蝶閥壓油裝置壓油泵和漏油泵，輸水管電動閥門或進水閘門啟閉機，可控硅勵磁裝置的冷卻風扇和起勵電源等。這些負荷直接關系到機組的正常和安全運行，大多是重要負荷。,水電站的主要站用負荷,(2）站內公用電。站內公用電是指直接服務于電站的運行、維護和檢修等生產過程，并分布在主、副廠房、開關站、進水平臺和尾水平臺等處的附屬用電。通常包括：1)水電站油、氣、水系統的用電。2)直流操作電源與載波通信電源。3)廠房橋機、進水口閥門和尾水閘門啟閉機等。4)廠房和升壓站的照明和電熱。5)全廠通風、采暖及空調、降溫系統。6)主變冷卻系統如冷卻風扇、油泵、冷卻水泵等。7)其他如檢修電源、試驗室電源等。,水電站的主要站用負荷,(3)站外公用電。壩區、水利樞紐等用電。主要有：溢洪閘門啟閉機、船閘、筏道電動機械、機修車間電源、生活水泵、壩區及道路照明等,第二節廠用電接線的設計原則和接線形式,一、對廠用電接線的要求,各機組的廠用電系統應是獨立的。全廠性公用負荷應分散接入不同機組的廠用母線或公用負荷母線。充分考慮發電廠正常、事故、檢修、啟動等運行方式下的供電要求，盡可能地使切換操作簡便，啟動（備用）電源能在短時內投入。充分考慮發電廠分期建設和連續施工過程中廠用電系統的運行方式，特別要注意對公用負荷供電的影響，要便于過渡，盡量減少改變接線和更換設置。對200MW及以上大型機組應設置足夠容量的交流事故保安電源。,二、廠用電接線的設計原則,保證對廠用負荷可靠和連續供電，使發電廠主機安全運轉。接線應能靈活地適應正常、事故、檢修等各種運行方式的需要。廠用電源的對應供電性，本機、爐的廠用負荷由本機組供電。適當注意經濟性和發展的可能性，并積極慎重地采用新技術、新設備，使其具有可行性和先進性。對廠用電的電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進行分析和論證。,三、廠用電的電壓等級,廠用電的電壓等級是根據發電機額定電壓、廠用電動機的電壓和廠用電供電網絡等因素，相互配合，經過技術經濟綜合比較后確定的。,與異步電動機的技術規范相適應；解決好同容量的電動機電壓低的價格較低，效率較高，但供電導線的截面較大，使銅耗量和投資增加的矛盾；不同電壓等級的短路電流不同；考慮對電動機自啟動是否有利。,三、廠用電的電壓等級,假設電動機容量為S，,若UN增大，則IN減小，導線及電纜截面減小，但絕緣投資增加；,若UN減小，則絕緣投資降低，但IN增大，導線及電纜截面增大。,結論：對于一定的容量S，應有一個經濟電壓。,三、廠用電的電壓等級,為了簡化廠用電接線，且使運行維護方便，廠用電電壓等級不宜過多。,火電廠：低壓：0.4kV（380/220V）,高壓：3kVPN300MW,水電廠：一般只設0.4kV一種廠用電壓等級（對壩區和水利樞紐需另設專用變壓器）,變電所及小容量發電廠：只設0.4kV一級電壓,四、廠用電系統中性點接地方式,1、電力系統中性點：電力系統三相交流發電機、變壓器接成星形繞組的公共點。2、電力系統中性點接地方式：電力系統中性點與大地間的電氣連接方式。非有效接地系統或小接地電流系統：中性點不接地、經消弧線圈接地、經高阻抗接地的系統；有效接地系統或大接地電流系統：中性點直接接地、經低阻抗接地的系統。,四、廠用電系統中性點接地方式,高壓（3、6、10kV）廠用電系統中性點接地方式的選擇，與接地電容電流的大小有關：當接地電容電流小于10A時，可采用不接地方式，也可采用高電阻接地方式；當接地電容電流大于10A時，可采用經消弧線圈或消弧線圈并聯高電阻的接地方式。一般發電廠的高壓廠用電系統多采用中性點經高電阻接地方式。,1.高壓廠用電系統中性點接地方式,四、廠用電系統中性點接地方式,中性點經高電阻接地方式優點：發生單相接地故障時，可以避免開關立即跳閘和電動機停運，也防止了由于熔斷器一相熔斷所造成的電動機兩相運轉，提高了運行可靠性。600MW機組單元廠用電系統多采用此種接地方式。中性點直接接地方式特點：發生單相接地故障時，相電壓不會不對稱和過電壓，保護裝置立即動作于跳閘；低壓廠用網絡比較簡單，動力和照明、檢修回路可以共用，但會降低可靠性；大容量電動機啟動會影響照明?；鹆Πl電廠低壓廠用電系統宜采用此種接地方式。,2.低壓廠用電系統中性點接地方式,五、廠用電源及其引接,發電廠的廠用電源除應具有正常工作電源外，還應設置備用電源。對單機容量在200MW及以上的發電廠，還應考慮設置啟動電源、事故保安電源和交流不停電電源。,1、廠用工作電源及其引接方式,是保證發電機正常運行的最基本電源。1）高壓廠用工作電源的引接,（1）當發電機直接接在發電機電壓母線時，高壓廠用工作電源一般由該機所連的母線段引接。（2）當發電機與主變壓器成單元或擴大單元接線時，高壓廠用工作電源由該單元主變壓器低壓側引接。（3）各高壓廠用工作電源的低壓側分別接至對應機組的高壓廠用母線段。,（4）容量為125MW及以下機組，廠用分支上一般都裝有高壓斷路器；對于200MW及以上機組，其高壓廠用工作變壓器宜采用分裂變壓器（600MW及以上機組可能有兩臺），廠用分支通常與發電機出口回路一并采用分相封閉母線,2）低壓廠用工作電源的引接由高壓廠用母線通過低壓廠用變壓器引接。若有10KV和3KV兩個電壓等級時：一般從10KV母線引接。無高壓廠用母線段時，發電機電壓母線或發電機出口經廠用變壓器或電抗器引接。,2、廠用備用和啟動電源,廠用備用電源主要用于事故情況失去工作電源時起后備作用，所以又稱事故備用電源。對于200MW及以上大容量機組，為了保證機組的啟動和停機的負荷用電，需設置啟動電源并兼做事故備用電源，所以又稱啟動備用電源。啟動備用電源的設置對保證大容量機組的快速啟動，提高電力系統運行的穩定性具有重要作用。,含義用于事故情況失去工作電源時，起后備作用的電源要求：供電獨立性足夠的供電容量引接方式：從發電機電壓母線的不同分段上引接；從與系統連接緊密、供電可靠的最低一級電壓母線上引接；從聯絡變壓器的低壓繞組引接。,1）備用電源,2、廠用備用和啟動電源,廠用備用電源,如圖：從發電機電壓母線引接，應避免與高壓廠用工作電源接在同一母線段。,高壓廠用備用電源的引接1,廠用備用電源,高壓廠用備用電源的引接2,高壓廠用備用電源的引接3,廠用備用電源,高壓廠用備用電源的引接4,廠用備用電源,高壓廠用備用電源的引接5,廠用備用電源,廠用備用電源,一般均從高壓廠用母線的不同分段上引接，經專門的廠用低壓備用變壓器獲得廠用低壓備用電源。,設置方式：明備用：專門設置一臺備用變壓器，它的容量等于廠用變壓器中最大一臺的容量，多用于大中型電廠，特別是火電廠。暗備用：不另設專用的備用變壓器，而將每臺工作變壓器的容量加大。多用于中小型水電廠或變電所。,1）備用電源,2、廠用備用和啟動電源,含義：在廠用工作電源完全消失情況下，為保證機組快速啟動，向必要的輔助設備供電的電源實質上它也是一個備用電源，只對200MW以上機組，用于工作電源完全消失時保證機組快速啟動的電源。引接方式：從與系統聯系緊密、供電可靠的最低一級電壓母線上引接；從聯絡變壓器的低壓繞組引接；從外部電網通過專用線路引接。,2）啟動電源,2、廠用備用和啟動電源,在正常運行情況下，這些輔助設備由工作電源供電，只有當工作電源消失后才自動切換為啟動電源供電。啟動電源實質上是兼作事故備用電源，故稱啟動備用電源，不過對供電可靠性的要求比備用電源更高。,200MW及以上大型機組才設置啟動電源，因其出口不裝斷路器，不可能由主變壓器倒送電啟動(單元并入系統前，主變壓器高壓側斷路器是斷的)。,廠用啟動電源,廠用啟動/備用電源,啟動電源的的引接參見備用電源的引接,3）廠用備用和啟動電源設置的數量,取決于發電廠的裝機臺數、單機容量及控制方式等，一般按下表的原則配置。當全廠有兩個及以上高壓廠用備用或啟動/備用電源時，應盡量保持備用電源之間的相對獨立性。,備用電源或啟動/備用電源設置的數量,3、事故保安電源,含義：工作、備用電源都消失時，向事故保安負荷供電的電源,引接方式：蓄電池組：一種獨立而又十分可靠的保安電源正常運行時：承擔全廠直流負荷用電；事故情況下：一方面提供直流保安負荷用電，另一方面經過逆變器將直流變為交流，兼作交流保安電源。柴油發電機組：一種廣泛采用的事故保安電源，通常與蓄電池配合使用。通常每2臺發電機組設1臺柴油發電機組?？煽康耐獠开毩㈦娫矗簭耐獠肯到y引進獨立專用線路。,六、廠用電接線形式,通常采用單母線接線形式；火電廠高壓廠用母線一般都采用“按爐分段”的接線原則：即將廠用電母線按照鍋爐的臺數分成若干獨立段（可靠性高：故障范圍在一機一爐；調度靈活；運行、檢修方便）；對大容量鍋爐（大于400t/h），每臺鍋爐可由兩段母線供電；,采用按爐分段接線的優點,1）同一臺鍋爐的廠用電動機接在同一段母線上，既便于管理又方便檢修；2）可使廠用母線事故影響范圍局限在一機一爐，不致過多干擾正常機組運行；3）廠用電回路故障時，短路電流較小，可使廠用電系統采用成套的高、低壓開關柜或配電箱。,六、廠用電接線形式,低壓380/220V廠用電的接線：大型火（水）電廠：采用單母線分段接線，接爐（或水輪發電機組）分段；中、小型電廠和變電所：全廠（或全所）只分二段或三段。,對火電廠具體情況是：1）鍋爐容量為220th，且在母線上接有機爐的I類負荷時，宜按爐或機分段；2）鍋爐容量為400th670th時，每爐設兩段(可由一臺低壓廠用變壓器供電)；3）鍋爐容量為1000th及以上時，每爐設兩段及以上。4）低壓廠用母線分段方式與高壓廠用母線基本相似,低壓380220V廠用母線,5.廠用公用母線段全廠公用性負荷，應根據負荷功率及可靠性的要求，分別接在各段母線上，做到盡量均勻分配。對于200MW及以上的大型機組，如廠用公用負荷較多，容量也較大，當采用集中供電方式合理時，可設置公用母線段。正常運行時，可由啟動/備用變壓器向公用母線段供電。,六、廠用電接線形式,第三節不同類型發電廠的廠用電接線,一、火電廠廠用電接線火力發電廠的機、爐以及燃料運輸和煤粉設備等系統，輔助機械較多，容量大，范圍廣。多采用6KV和380/220V兩級電壓，以單母線接線形式組成廠用電系統，根據按爐分段原則分配廠用各級負荷。,一、火電廠廠用電接線,方案：不設公用負荷母線,1.300MW汽輪發電機組高壓廠用電接線,一、火電廠廠用電接線,方案：設置公用負荷母線,1.300MW汽輪發電機組高壓廠用電接線,一、火電廠廠用電接線,方案：高壓廠用電采用6kV一個電壓等級,2.600MW汽輪發電機組高壓廠用電接線,一、火電廠廠用電接線,方案：高壓廠用電采用10kV和3kV兩個電壓等級,2.600MW汽輪發電機組高壓廠用電接線,二、水電廠廠用電接線,1、對于中小型水力發電廠，廠用電母線一般都采用單母線分段，且只分兩段。兩臺廠用變電器以暗備用方式向兩段母線供電。2、對于大型水力發電廠，廠用電母線則按機組臺數分段，每段由單獨廠用變壓器供電，并設置專用的備用變壓器。,三、變電站的廠用電接線,1、小型變電站大多只裝1臺站用變壓器。2、大中型樞紐變電站或裝有同步調相機的變電站一般裝設2臺站用變壓器，分別接到母線的不同分段上。380V站用電母線采用低壓空氣斷路器分段。,3、大型樞紐變電站1）有外接電源時：設置1臺備用變壓器，容量與工作變壓器容量相同站用變壓器。裝設備用電源自動投入裝置。2）無外接電源時：設置1臺自啟動的柴油發電機組做備用電源。容量至少應該滿足主變冷卻裝置負荷和斷路器及隔離開關操作機構電源的需要。,第四節廠用變電器的選擇,一、廠用電負荷的計算（1）換算系數法換算系數按下式計算（也可取表5-2所列的數值）根據換算系數K和電動機的計算功率P(KW)，便可求得廠用計算負荷S(KVA)，即S=(KP),用電設備的計算功率P應根據負荷的運行方式及特點確定：1）對經常及不經常連續運行的電動機應全部計入，即P=PN式中，PN為電動機的額定功率（KW）。2）經常短時及經常斷續運行的電動機應適當計入，即P=0.5PN3）不經常短時及不經常斷續運行的電動機可不計入變壓器的容量，即P=0,（2）軸功率法,二、廠用變壓器的選擇1、電壓的選擇變壓器原邊電壓必須與引接電源電壓一致，副邊電壓與廠用網絡電壓一致。2、容量的確定廠用變壓器的容量必須滿足廠用負荷從電源獲得足夠的功率。并考慮周圍溫度的影響及變壓器允許過負荷能力。,第五節廠用電動機的選擇和自動啟校驗,一、廠用機械特性1、廠用機械的負載轉矩特性恒轉矩負載特性具有非線性上升的負載轉矩機械特性,電力拖動運動方程電動機產生的電磁轉矩Me，用以克服機械負荷的阻轉矩Mm后的剩余轉矩，就會使機械傳動系統產生加速運動。其旋轉運動的方程式為：,二、廠用電動機的類型及其特點1）異步電動機（使用最多）異步電動機特點：A、結構簡單、運行可靠、操作維護方便，過載能力強，價格便宜。B、啟動電流大，調速困難。,2）同步電動機同步電動機特點：A、采用直流勵磁，可以工作在“超前”或“滯后”的不同運行狀態。當工作在“超前”運行狀態時，它可以提高廠用電系統的功率因數，同時減小廠用電系統的損耗和電壓損失。B、結構比較復雜，并需附加一套勵磁系統。C、對電壓波動不十分敏感。,3）直流電動機直流電動機特點：A、借助調節磁場電流，可在大范圍內均勻而平滑地調速；B、啟動轉矩較大；C、不依賴廠用交流電源；D、直流電動機制造工藝復雜、成本高、維護量大、工作可靠性也較差。直流電動機適用范圍A、對調速性能和啟動性能要求較高的廠用機械；B、直流保安負荷中的汽輪機直流備用潤滑油泵等。,四、電動機的自啟動校驗電動機的自啟動：電動機失去電壓以后，不與電源斷開，在很短時間(一般在0.51.5s)內，廠用電壓又恢復或通過自動切換裝置將備用電源投入，此時，電動機惰行尚未結束，又自動啟動恢復到穩定狀態運行。為什么要進行電動機自啟動校驗?若參加自啟動的電動機的數量多、容量大時，啟動電流過大，可能會使廠用母線及廠用電系統電壓下降，甚至引起電動機本身發熱,危及廠用電系統的穩定運行和電動機的安全與壽命，因此必須進行電動機自啟動校驗。,電動機自啟動可分為三種類型,（1）失壓自啟動：當運行中突然出現事故，造成電壓降低，在事故消除電壓恢復時形成的自啟動；（2）空載自啟動：備用電源處于空載狀態時，自動投入失去電源的工作段所形成的自啟動；（3）帶負荷自啟動：備用電源已帶有一部分負荷，又自動投入失去電源的工作段時形成的自啟動。,（一）自啟動時廠用母線電壓的最低限值,1.異步電動機的電磁轉矩Me與電壓U的平方成正比關系。電壓下降到某一數值時，如果電動機已帶有額定負載轉矩M*m，剩余轉矩將變為負值，電動機受到制動而開始惰行，最終可能停止運轉。2.出現惰行的電壓稱為臨界電壓Ucr，電壓降低到額定值的6475，電動機就開始惰行。3.為了保證廠用I類負荷自啟動且考慮到慣性因素，規定廠用母線電壓在電動機自啟動時，母線電壓的最低限值應不低于下表所列數值。,電動機自啟動要求的最低母線電壓,（二）成組電動機自啟動電壓校驗,成組電動機經廠用高壓變壓器自啟動的接線圖及等值電路,成組電動機自啟動電壓校驗,（1）,（2）,（3）,成組電動機自啟動電壓校驗,式中I*ST參加自啟動電動機的啟動電流總和；U*0電源母線電壓標幺值，一般采用經電抗器供廠用電時取l，采用無激磁調壓變壓器時取l.05，采用有載調壓變壓器時取1.1；X*T廠用高壓變壓器或電抗器的電抗標幺值；X*m參加成組自啟動