大型火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng).doc

第一章 緒論第一節(jié) 火力發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)及負(fù)荷分類任一較現(xiàn)代化的工礦企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，必然要使用一些用電動(dòng)機(jī)械。工廠越現(xiàn)代，這些電動(dòng)機(jī)械一般就越多，向其供電的系統(tǒng)也越復(fù)雜。在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中，我們稱這些電氣負(fù)荷為“廠用負(fù)荷”，而將供電系統(tǒng)稱為“廠用電系統(tǒng)”，而組成這套廠用電供電系統(tǒng)的設(shè)備則稱之為“廠用電設(shè)備”?；鹆Πl(fā)電廠也一樣，發(fā)電機(jī)需汽輪機(jī)來拖動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的蒸汽又來自鍋爐，圍繞著這個(gè)主系統(tǒng)，有許多的子系統(tǒng)為其服務(wù)，這些子系統(tǒng)又都是由成百上千的電動(dòng)機(jī)機(jī)械組成的。例如電廠的鍋爐在運(yùn)行時(shí)，需燃料系統(tǒng)為其服務(wù)，這系統(tǒng)就由翻車機(jī)系統(tǒng)、堆料取料機(jī)系統(tǒng)、碎煤機(jī)系統(tǒng)及皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)組成。而翻車機(jī)系統(tǒng)又由重車拖動(dòng)機(jī)械、空車拖動(dòng)機(jī)械、空車平臺(tái)移動(dòng)機(jī)械及翻轉(zhuǎn)機(jī)械等組成。這些大大小小的廠用機(jī)械需有機(jī)地結(jié)合起來一起工作，才能保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，并輸出電力。這些為保證電廠安全運(yùn)行的全部電動(dòng)負(fù)荷，都統(tǒng)歸在發(fā)電廠的廠用電范圍中。人們習(xí)慣地將廠用電負(fù)荷分類，以便于統(tǒng)一管理并分類供電，由于使用的角度不同，分類的方法也不相同，常用的分類方法有以下幾類。一、 按電源的種類分類根據(jù)廠用電負(fù)荷所用電源的種類，可分為交流廠用電負(fù)荷（以下簡稱廠用負(fù)荷）及直流廠用負(fù)荷，由此對(duì)其供電的電源也按其種類分為交流電源和直流電源。絕大部分的廠用負(fù)荷使用交流電源，因?yàn)樵撾娫纯蓮陌l(fā)電機(jī)出口及電力系統(tǒng)經(jīng)降壓獲得，運(yùn)行、維護(hù)都是很方便。而那些必須用直流電源或在全廠各種交流電源消失后仍需繼續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷，則由另設(shè)的直流電源供電，如各種控制、保護(hù)、通信系統(tǒng)及直流電機(jī)等。有一種負(fù)荷，雖然也運(yùn)行在交流電壓下，但究其電源，卻是由直流電源供電，經(jīng)逆變器或不停電電源（UPS）將其轉(zhuǎn)換為交流電源后使用的。這種負(fù)荷我們按其實(shí)際使用的電壓，仍稱其為交流負(fù)荷。將負(fù)荷按電源種類分類，可以使設(shè)計(jì)者了解負(fù)荷的電源要求，以及計(jì)算交直流各電源的容量，并將負(fù)荷按其電壓性質(zhì)分別接入不同系統(tǒng)，而運(yùn)行人員據(jù)此可很容易地找到該負(fù)荷的供電系統(tǒng)。二、 按電源的電壓等級(jí)分類廠用負(fù)荷按其供電電壓可分為高壓廠用負(fù)荷和低壓廠用負(fù)荷。在我國的火力發(fā)電廠中，一般高壓廠用電壓有10kV、6kV及3kV三種，其中6kV最常見。在少數(shù)老電廠或從國外引進(jìn)的大機(jī)組電廠中，也存在10kV及3kV的電壓等級(jí)。老電廠的3kV系統(tǒng)是由解放前延續(xù)而來，現(xiàn)已基本改造完畢。而個(gè)別與國外聯(lián)合設(shè)計(jì)的新型大容量電廠，因考慮發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)大電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電壓要求，也出現(xiàn)過10kV及3kV兩個(gè)高壓廠用電系統(tǒng)。發(fā)電廠的低壓廠用電應(yīng)包括交流廠用電和直流廠用電，但習(xí)慣上人們將低壓交流廠用電系統(tǒng)稱為“低壓廠用電系統(tǒng)”，而將直流廠用電系統(tǒng)單獨(dú)劃為“直流系統(tǒng)”。電廠的低壓廠用電電壓等級(jí)，一般為380/220V。如果電廠采用的是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，那么其低壓廠用電電壓為380V；如果電廠采用的是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，那么其電壓則為380/220V。為減小短路電流水平，節(jié)約銅等有色金屬的消耗，近來有人提出增加660V這一級(jí)電壓，但至今響應(yīng)者不多。在廠用電系統(tǒng)中設(shè)計(jì)中，將根據(jù)廠用負(fù)荷的容量大小來決定此負(fù)荷應(yīng)接入高壓系統(tǒng)還是低壓系統(tǒng)。如把較小的負(fù)荷接入6kV廠用高壓系統(tǒng)，那么其繞組將極細(xì)而絕緣又極厚，不僅工藝較難，且不經(jīng)濟(jì)。反之也同樣。根據(jù)我國的制造工藝及經(jīng)濟(jì)比較，把高低壓廠用負(fù)荷的界限定于200kW，即當(dāng)負(fù)荷容量大于及等于200kW時(shí)，應(yīng)將其接于6kV系統(tǒng)；而小于200kW時(shí)，則接于380/220V系統(tǒng)。當(dāng)然，在就地沒有6kV系統(tǒng)，而低壓廠用電系統(tǒng)的容量又足夠大時(shí)，也允許將略高于200kW的負(fù)荷接于低壓廠用電系統(tǒng)中。當(dāng)廠用電壓為3kV時(shí)，與低壓廠用電系統(tǒng)的負(fù)荷容量分界線定在100kW較為合適。直流廠用電的電壓一般為220V及110V，在中小型發(fā)電機(jī)組中，直流動(dòng)力及控制為一個(gè)供電系統(tǒng)，所以常用220V一級(jí)直流電壓。在大型機(jī)組中，要求將直流的動(dòng)力和控制系統(tǒng)分開供電，所以往往采用220V和110V兩種電壓，前者為動(dòng)力系統(tǒng)電源，后者為控制系統(tǒng)電源。也有個(gè)別的直流設(shè)備電壓要求為75V、15V或其他電壓等級(jí)，這類負(fù)荷的容量一般較小，常單獨(dú)設(shè)一組蓄電池供電。也可從上述廠用直流的蓄電池組中抽頭分壓獲得，由于這種方法會(huì)影響電池的壽命，故現(xiàn)在已很少采用了。將廠用負(fù)荷按其電壓分類的方法，常用于高低壓廠用負(fù)荷的計(jì)算及進(jìn)行廠用負(fù)荷的配置等等。三、 按負(fù)荷的工藝系統(tǒng)分類一個(gè)大型電廠中，廠用負(fù)荷可達(dá)上千臺(tái)，而這上千的廠用負(fù)荷，又相對(duì)按其用途集中在一個(gè)或幾個(gè)工藝系統(tǒng)中，所以設(shè)計(jì)中也常常采用按負(fù)荷的工藝系統(tǒng)分類的方法。這樣一個(gè)電廠大致可分為汽水系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、開式和閉式冷卻水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、循環(huán)水和供水系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、燃油或點(diǎn)火油系統(tǒng)、水預(yù)處理和代化學(xué)水系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電氣、修配、暖通等公用負(fù)荷系統(tǒng)。由于這種方法與專業(yè)分工及電廠目前的運(yùn)行體制對(duì)應(yīng)，所以使用很廣，設(shè)計(jì)成品常按上述方法分卷分冊(cè)，而廠用電供電系統(tǒng)也常按此設(shè)置電源，如化學(xué)變壓器，輸煤變壓器等等，都直接表明了該變壓器的主要用途。四、 按負(fù)荷重要性分類各廠用負(fù)荷在電廠正常生產(chǎn)中的性質(zhì)不相同，所以對(duì)它的供電方式也不盡相同。按其在生產(chǎn)過程中的不同重要性，可將廠用負(fù)荷分為如下幾類。I類負(fù)荷：這類負(fù)荷對(duì)于電廠的生產(chǎn)極其重要，即便是在瞬時(shí)斷電而由手動(dòng)恢復(fù)供電前的短時(shí)停電中，也可能危及人身及設(shè)備的安全，使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大幅度下降，如送、引風(fēng)機(jī)及給水泵等負(fù)荷。類負(fù)荷：這類負(fù)荷允許短時(shí)停電，但如停電時(shí)間過長，有可能損壞設(shè)備或影響正常生產(chǎn)，如鋼球磨煤機(jī)、碎煤機(jī)等負(fù)荷。類負(fù)荷：這類負(fù)荷一般與生產(chǎn)工藝過程無直接關(guān)系，即便較長時(shí)間停電，也不會(huì)直接影響到正常運(yùn)行，如油處理設(shè)施及中央修配廠設(shè)備等負(fù)荷。隨著機(jī)組容量加大及自動(dòng)化水平的不斷提高，有些負(fù)荷對(duì)電源可靠性的要求也越來越高，如機(jī)組的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就要求電源的停電時(shí)間不超過5ms，否則將造成數(shù)據(jù)遺失或失控。這類負(fù)荷過去常稱為“不停電負(fù)荷”，現(xiàn)由國家有關(guān)部門規(guī)定，統(tǒng)一稱為“0I類負(fù)荷”，由不停電電源供電，而相應(yīng)地將直流負(fù)荷稱之為“0類負(fù)荷”。還有一類負(fù)荷，在機(jī)組啟停中起極為重要的作用，而在正常運(yùn)行工況時(shí)，只相當(dāng)于上述I類負(fù)荷乃至類負(fù)荷。如發(fā)電機(jī)的盤車電動(dòng)機(jī)及交流潤滑油泵等，如在停機(jī)時(shí)失去電源，將造成發(fā)電機(jī)大軸彎曲和軸瓦燒損的事故。這類負(fù)荷正常時(shí)由低壓廠用電系統(tǒng)供電，一旦全廠停電時(shí)，由一不受本廠廠用電系統(tǒng)及本區(qū)域電力系統(tǒng)影響的獨(dú)立電源供電，以保障發(fā)電機(jī)組順利停機(jī)，不致造成設(shè)備損壞，并能很快地再啟動(dòng)。此電源稱為“保安電源”，這部分負(fù)荷常被稱為“事故保安負(fù)荷”，在設(shè)計(jì)中將其定為“0類負(fù)荷”?；鹆Πl(fā)電廠內(nèi)主要負(fù)荷按其運(yùn)行重要性的分類見表A。以上僅是幾種常用的負(fù)荷分類方法，它們相對(duì)獨(dú)立而又互為交叉，各有特點(diǎn)而又互為補(bǔ)充，沒有一個(gè)分類方法能全面地概括負(fù)荷的性質(zhì)，所以在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)自己的使用特點(diǎn)采用較合適的分類方法。在一項(xiàng)較復(fù)雜的工作中，往往需要幾種方法并用才能得出結(jié)果。如廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需先按各負(fù)荷的電源、電壓及用途性質(zhì)將其分類并計(jì)算，然后才按其重要性接線，這將在以后章節(jié)分別論述。第二節(jié) 廠用負(fù)荷的供電雖然廠用負(fù)荷的分類方法很多，但對(duì)廠用負(fù)荷的供電方式卻主要是由它在運(yùn)行中的重要性來決定的。（1）I類負(fù)荷。對(duì)I類負(fù)荷，常常要求將其接于供電可靠性較高的母線上。對(duì)于接有這類負(fù)荷的供電母線，要求系統(tǒng)可靠，且一旦工作電源故障后，應(yīng)有備用電源自動(dòng)投入。而設(shè)備配置方面，往往采用專門配置備用設(shè)備的方式，一旦工作設(shè)備故障停運(yùn)，則備用設(shè)備自動(dòng)投入，如凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等。但也有個(gè)別I類負(fù)荷不配置備用設(shè)備，而是要求對(duì)這些負(fù)荷作雙電源供電，并設(shè)自動(dòng)切換裝置，以確保設(shè)備運(yùn)行的安全，如發(fā)電機(jī)勵(lì)磁用的硅整流盤通風(fēng)機(jī)及主變壓器的強(qiáng)油循環(huán)泵電源等。（2）類負(fù)荷。類負(fù)荷與I類負(fù)荷的供電方式差不多，接有該負(fù)荷的母線也應(yīng)電源可靠并具有備用電源，所不同的僅是備用電源不用自動(dòng)投入，而用手動(dòng)投入即可。類負(fù)荷往往也設(shè)有備用設(shè)備，互為備用的方式與I類負(fù)荷一樣。（3）類負(fù)荷。類負(fù)荷的供電系統(tǒng)可靠性要求可略低些，允許只有一個(gè)電源。如有可能，最好仍設(shè)有備用電源，以便在工作電源長時(shí)停電時(shí)，設(shè)備也能夠運(yùn)行。這類負(fù)荷一般沒有備用設(shè)備。（4）0I類負(fù)荷。對(duì)于0I類負(fù)荷（即不停電負(fù)荷）的供電，一般的電源自動(dòng)切換系統(tǒng)已不能滿足要求，所以專門采用不停電電源（筒稱UPS）或逆變機(jī)組對(duì)其供電。正常時(shí)由廠用交流電源供電，一旦電源消失，UPS內(nèi)無觸點(diǎn)靜態(tài)快速開關(guān)將電源在極短時(shí)間內(nèi)（3ms）切換至直流系統(tǒng)，改由直流供電并逆變?yōu)榻涣鬏敵?，繼續(xù)維持0I類負(fù)荷的運(yùn)行。而0類負(fù)荷（即直流負(fù)荷），則自始至終一直由直流系統(tǒng)供電。（5）0類負(fù)荷。在大機(jī)組電廠中，一般采用柴油發(fā)電機(jī)作為保安電源向0類負(fù)荷（即事故保安負(fù)荷）供電，因?yàn)樗静皇芡饨缦到y(tǒng)的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)停電或全廠事故停機(jī)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)便快速啟動(dòng)，向0類負(fù)荷供電。有些電廠認(rèn)為柴油發(fā)電機(jī)有維護(hù)、檢修、保養(yǎng)等諸多不便，因而從與本廠相對(duì)獨(dú)立的當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)中拉一回線路作為保安電源。這種方式做為柴油發(fā)電機(jī)的備用電源還可以，但如僅靠這一個(gè)電源來保證事故時(shí)的安全停機(jī)，卻不能做到萬無一失。因?yàn)槿绻龅较到y(tǒng)解裂及區(qū)域性的系統(tǒng)停電故障，上述電源是沒有保障的。在200MW機(jī)組中，也曾用交直流逆變機(jī)組作為保安電源。這種機(jī)組由一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)及一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)同軸耦合而成。正常運(yùn)行時(shí)交流廠用電系統(tǒng)向交流電動(dòng)機(jī)供電，交流電動(dòng)機(jī)呈電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，拖動(dòng)同軸的直流電動(dòng)機(jī)。此時(shí)直流電動(dòng)機(jī)呈發(fā)電機(jī)運(yùn)行，向蓄電池充電。一旦廠用電消失，直流電動(dòng)機(jī)立即成為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，并拖動(dòng)呈發(fā)電機(jī)運(yùn)行的交流電動(dòng)機(jī)，向0類負(fù)荷供電。當(dāng)然，由于蓄電池組的容量有限，逆變機(jī)組容量不可能作得太大，一般僅為1530kW，所以它僅用于200MW機(jī)組，且應(yīng)適當(dāng)限制保安負(fù)荷的容量。保安電源一般設(shè)置在200MW及以上的機(jī)組中，這是因?yàn)樵谛C(jī)組中0類負(fù)荷容量很小。一些小負(fù)荷，如潤滑油泵可用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等；而盤機(jī)電動(dòng)機(jī)等較大容量的設(shè)備，可用手動(dòng)盤車等裝置代替，就不用再設(shè)置價(jià)格昂貴的保安電源了。要指出的是，保安電源并不是非?？煽康?，它的職責(zé)是保證發(fā)電機(jī)組能安全地停機(jī)。在全廠停電時(shí)，不可排除柴油發(fā)電機(jī)有數(shù)次啟動(dòng)才能成功的可能性。即便一次投入成功，也要數(shù)秒鐘才能逐步帶上負(fù)荷。因此，有人以為保安電源能夠永遠(yuǎn)有效，將不允許短時(shí)停電的設(shè)備也接在其上，是很錯(cuò)誤的。隨著技術(shù)水平的提高以及新一代的高可靠性設(shè)備的出現(xiàn)，上述接線原則也發(fā)生了較大的變化。尤其是采用了PC（動(dòng)力中心）MCC（電動(dòng)機(jī)控制中心）的接線方式后，它以高可靠性的設(shè)備和清晰的接線，代替了原來的低參數(shù)設(shè)備和復(fù)雜的接線。I類負(fù)荷也被允許接在低一級(jí)的母線（MCC）上，并在電源的切換上也采用了手動(dòng)切換，這在第三章中將予以細(xì)述。第二章 高壓廠用電系統(tǒng)第一節(jié) 高壓廠用電接線一、 對(duì)高壓廠用電系統(tǒng)的接線要求在設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電廠的高壓廠用電接線時(shí)，首先應(yīng)了解各工藝系統(tǒng)在電廠中的作用及區(qū)域，并結(jié)合運(yùn)行、檢修及施工的要求，對(duì)各類負(fù)荷設(shè)計(jì)合理的供電方案。對(duì)于I、類負(fù)荷，應(yīng)考慮其電源有較高的可靠性，并配有備用電源自動(dòng)投入裝置。兩個(gè)互為備用的負(fù)荷，則應(yīng)盡量從不同的母線段引接。而對(duì)那些供電距離較遠(yuǎn)的負(fù)荷，則應(yīng)對(duì)其供電方案作經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。當(dāng)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠時(shí)，也可考慮用電纜或架空線路將廠用電源升壓后送去。高壓廠用電的接線方案可以各有不同，但首先應(yīng)遵循如下幾點(diǎn)原則：（1）各機(jī)組的高壓廠用電系統(tǒng)應(yīng)該相對(duì)獨(dú)立，這一條對(duì)200MW及以上的機(jī)組尤為重要。這主要是為了防止某一臺(tái)機(jī)組的廠用電母線故障時(shí)，不致影響其他機(jī)組的正常運(yùn)行。200MW及以上的機(jī)組是電力系統(tǒng)的主力機(jī)組，一旦幾臺(tái)機(jī)組同時(shí)停機(jī)，極有可能造成電力系統(tǒng)的崩潰和解裂。同時(shí)，由于事故被限制在一個(gè)較小的范圍，也便于事故處理，并使機(jī)組在短時(shí)內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。（2）高壓廠用電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有啟動(dòng)/備用電源，該電源的設(shè)置方式根據(jù)機(jī)組容量的大小和它在系統(tǒng)中的重要性而異，但必須是可靠的，在機(jī)組起停及事故時(shí)的切換操作要少，并且與正常的工作電源能短時(shí)并列運(yùn)行，以滿足機(jī)組在啟動(dòng)和停運(yùn)過程中的供電要求。（3）要考慮全廠的發(fā)展規(guī)劃，各高壓廠用電系統(tǒng)的布置應(yīng)留有充分的擴(kuò)充余地，當(dāng)規(guī)劃容量能看得準(zhǔn)時(shí)，在高壓廠用電系統(tǒng)的容量上應(yīng)考慮足夠的裕度，以免在擴(kuò)建時(shí)造成不必要的重復(fù)性浪費(fèi)。（4）由于大多數(shù)電廠均是一次設(shè)計(jì)分期建設(shè)，所以應(yīng)充分考慮在這種施工情況下的高壓廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式。尤其是對(duì)公用負(fù)荷的供電，既要保證已建成機(jī)組的運(yùn)行，也要考慮到在建機(jī)組建成后便于過渡。應(yīng)盡量減少在數(shù)臺(tái)機(jī)組連續(xù)施工過程中多次停電改變接線和更換設(shè)備的機(jī)率。二、 各種容量機(jī)組的高壓廠用電接線在單機(jī)容量為25MW、50MW，甚至100MW的供熱電廠或小型電廠中，往往機(jī)爐的數(shù)量是不對(duì)應(yīng)的，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入母管，然后向汽輪機(jī)供汽。大容量的負(fù)荷主要集中于鍋爐房及輸煤系統(tǒng)，如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)及輸煤皮帶等。因此在小容量機(jī)組的設(shè)計(jì)概念中，高壓廠用母線應(yīng)按爐分段，如圖2-1所示。隨著發(fā)電機(jī)容量的不斷增大，汽機(jī)輔機(jī)的容量也越來越大，如射水泵、凝結(jié)水泵等設(shè)備都進(jìn)入了高壓負(fù)荷的范圍。由于汽機(jī)房內(nèi)的高壓負(fù)荷逐漸增多，加之在大容量機(jī)組中機(jī)、爐都成單元制運(yùn)行，以爐分段的概念逐漸淡薄。當(dāng)單機(jī)容量為200MW以上時(shí)，實(shí)際已是按機(jī)組分段了。因?yàn)閺S用電系統(tǒng)一般均可隨機(jī)組檢修時(shí)一起停電檢修，加之高壓廠用母線的故障機(jī)率極小，所以無論大小機(jī)組，絕大部分的高壓廠用電系統(tǒng)都采用單母線接線。高壓廠用母線大都設(shè)有工作及備用兩個(gè)電源，當(dāng)工作電壓故障失去時(shí)，備用電壓應(yīng)能自動(dòng)投入。1 小機(jī)組的高壓廠用電接線在小容量機(jī)組中，高壓廠用母線是以爐分段的。一般情況下，當(dāng)鍋爐容量為65t/h及以下時(shí)，兩臺(tái)爐可合用一段母線；鍋爐容量達(dá)到120220t/h時(shí)，則一臺(tái)爐設(shè)一段母線。當(dāng)發(fā)電機(jī)接在一段較低電壓的母線上，而此母線與系統(tǒng)連接時(shí)，由于這段母線的可靠性較高，高壓廠用電源一般從此母線上通過高壓廠用變壓器引接。當(dāng)母線電壓與廠用電壓等級(jí)一致時(shí)，可直接由母線相接。為限制廠用母線上的短路電流，也可通過電抗器限流，如圖2-2（a）所示。這樣，不僅機(jī)組間可互為備用，而且與系統(tǒng)電源連接的也能作為備用/啟動(dòng)電源，在全廠機(jī)組停運(yùn)間將電力反饋回電廠。如機(jī)組通過升壓變壓器直接送入較高的電力電網(wǎng)，則從發(fā)電機(jī)的出口引線處直接引取高壓廠用電源，如圖2-2（b）所示。2 大中容量機(jī)組的高壓廠用電接線大部分100MW機(jī)和125MW及以上的機(jī)組，其高壓廠用電源都是從發(fā)電機(jī)出口母線處通過廠用變壓器引接的，廠用電系統(tǒng)的備用電源另設(shè)。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，先由備用電源向廠用電系統(tǒng)供電，待運(yùn)行正常后，則手動(dòng)切換至工作電源。國外有些大機(jī)組的高壓廠用變壓器也采用了有載調(diào)壓變壓器，這樣可以很好的保證廠用電的質(zhì)量，尤其是對(duì)存在進(jìn)相運(yùn)行可能的發(fā)電機(jī)組，更是如此。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行工況時(shí)，其功率因數(shù)呈超前狀態(tài)，勵(lì)磁電流較正常運(yùn)行時(shí)小，發(fā)電機(jī)的端電壓也低，如廠用變壓器為有載調(diào)壓變壓器，廠用電的電壓質(zhì)量可以很好地得到保持，否則一旦發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，廠用系統(tǒng)便出現(xiàn)低電壓工況，這不僅使大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特別困難，而且對(duì)于一般電動(dòng)機(jī)的壽命也極為不利。另外，有些電廠采用了有載調(diào)壓變壓器后，在發(fā)電機(jī)的出口再加裝斷路器，如圖2-2（c）所示。這樣，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，可先斷開此斷路器，廠用變壓器由電力系統(tǒng)反送電，待發(fā)電機(jī)投入后，便自動(dòng)由發(fā)電機(jī)供給電源。這種接線方式，可不用再另設(shè)啟動(dòng)電源。高壓負(fù)荷一般都比較重要，大多設(shè)有備用設(shè)置，當(dāng)工作設(shè)備故障時(shí)，備用設(shè)備會(huì)自啟動(dòng)接替工作。為使工作與備用設(shè)備不會(huì)因母線故障而全部停運(yùn)，設(shè)計(jì)中又將母線分為兩段，把互為備用的設(shè)備接于不同段上，以達(dá)到上述目的，如圖2-3（a）所示。隨機(jī)組及高壓廠用變壓器容量的不斷增長，高壓廠用電系統(tǒng)中的短路電流也在加大，為限制短路電流水平，除適當(dāng)加大廠用變壓器的阻抗外，還采用了低壓為分裂繞組的分裂變壓器，并將一臺(tái)機(jī)組的兩段高壓母線接于不同的繞組上，如圖2-3（b）所示。這種分裂變壓器由于兩個(gè)低壓繞組間的分裂電抗很大，在短路時(shí)不僅可有效地阻止另一繞組的電動(dòng)機(jī)反饋電流的流入，與雙繞組變壓器相比較少了短路電流水平，同時(shí)也能極大地減少故障繞組對(duì)非故障繞組母線電壓的影響，使在另一段母線上運(yùn)行的高壓負(fù)荷能較正常地運(yùn)行。在我國，分裂變壓器一般用于200MW及以上的機(jī)組。三、 高壓公用負(fù)荷的接線1 設(shè)置高壓公用段的目的發(fā)電廠中有些負(fù)荷是不以機(jī)組為單元，而是為全廠服務(wù)的公用系統(tǒng)，如輸煤系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)及修配廠、污水處理場等等。對(duì)這類負(fù)荷的供電要避免僅依靠某個(gè)電源或某一臺(tái)機(jī)組，以防止因某電源或某臺(tái)機(jī)停運(yùn)而使公用負(fù)荷不能運(yùn)行，從而造成全廠停運(yùn)的事故。在設(shè)計(jì)公用負(fù)荷的接線時(shí)，還要特別注意其與連續(xù)施工的適應(yīng)性。一般在建設(shè)的第一臺(tái)機(jī)組投運(yùn)前，公用負(fù)荷就必須建成投運(yùn)，以保證第一臺(tái)機(jī)在建成后便能投產(chǎn)。在小機(jī)組的高壓廠用電中，公用負(fù)荷的容量不大，且大半為低壓負(fù)荷，因此如有高壓負(fù)荷直接接于高壓廠用母線上，而其他低壓負(fù)荷就通過接在高壓廠用母線上的降壓變壓器供電。從200MW機(jī)組開始，公用負(fù)荷的容量增加了，并且其中高壓負(fù)荷的成分也在增加，所以有必要就是否設(shè)專門的高壓公用段作經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究。在小機(jī)組電廠中，高壓的公用負(fù)荷非常少，僅影響某一二段廠用接線，當(dāng)全廠停電檢修時(shí)可一并檢修帶有公用負(fù)荷的廠用段。在大型區(qū)域性電廠中，是極少允許全廠停運(yùn)檢修的。如還像小電廠那樣將高壓公用負(fù)荷接于一個(gè)或幾個(gè)廠用段上，那么只要有機(jī)組在運(yùn)行，接有公用負(fù)荷的母線就極難停運(yùn)行檢修。如公用負(fù)荷又分接于多臺(tái)大機(jī)組的廠用段上，則問題就更突出了。所以，在大容量機(jī)組中設(shè)置高壓公用段是很必要的。這不僅加強(qiáng)了機(jī)組的單元性，同時(shí)也有利于全廠公用負(fù)荷的集中管理。2 公用段的接線方式公用段一般也分為兩段，以便將互為備用的負(fù)荷接于不同的公用段上。公用段應(yīng)設(shè)有工作與備用兩個(gè)電源，可分別由高壓廠用系統(tǒng)引4個(gè)不同電源，如圖2-4（a）、（b）所示。也可僅引兩回電源，而兩段公用段互為備用，如圖2-（c）4所示。要注意的是，如采用專門的公用段，那么作為其電源的上一級(jí)高壓廠用段的負(fù)荷容量將大幅度增加。如采用圖2-4（a）、（b）所示的接線方式，一旦公用段失去某一電源，顯而易見的是兩段公用段負(fù)荷將全部作用在作為另一電源的高壓廠用段上，這極易引起某一電源的過負(fù)荷。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意負(fù)荷的合理分配。不僅在事故情況下不使電源過負(fù)荷，在正常運(yùn)行及切換時(shí)，也不應(yīng)因公用與工作負(fù)荷疊加在一起時(shí)引起電源過負(fù)荷。如不能避免上述現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)提出在這種情況時(shí)，通過啟動(dòng)某些互為備用的設(shè)備將部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另一高壓廠用段上。3 公用段的設(shè)置地點(diǎn)當(dāng)公用負(fù)荷距離廠房較近時(shí)，可將公用段設(shè)在廠房內(nèi)；如距離較遠(yuǎn)時(shí)，則可將公用段設(shè)在公用負(fù)荷較為集中心的地區(qū)，以減少電纜的長度及供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電容電流。我們知道，一般大型火力發(fā)電廠的范圍比小型電廠要大很多，廠區(qū)內(nèi)的公用負(fù)荷與高壓廠用配電裝置的距離也較遠(yuǎn)，如從主廠房內(nèi)的高壓配電裝置至煤場、化學(xué)區(qū)域的電纜長度，可以達(dá)數(shù)百米。這不僅使電纜數(shù)量增加，并勢必將增加高壓廠用電系統(tǒng)的電容電流。在我國的設(shè)計(jì)規(guī)程中要求：如采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)由一個(gè)電源供電的高壓廠用電系統(tǒng)的電容電流大于5A時(shí)，在該電源應(yīng)設(shè)單相接地保護(hù)設(shè)施，一旦該系統(tǒng)有接地時(shí)，向運(yùn)行人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如這個(gè)系統(tǒng)的電容電流大于10A時(shí)，則應(yīng)在該系統(tǒng)的每個(gè)回路上加裝單相接地保護(hù)。這要求無論對(duì)于施工、運(yùn)行及維護(hù)，都是比較困難的，所以我們希望將每個(gè)電源的電容電流能限制在10A以下，而分裂變壓器的使用又為此創(chuàng)造了條件。因?yàn)榉至炎儔浩鞯膬蓚€(gè)分裂繞組間不傳遞零序電流，所以電容電流的計(jì)算范圍可僅限制在一個(gè)繞組的負(fù)荷中，相應(yīng)減小了電容網(wǎng)絡(luò)。因此，將公用段就地設(shè)置是減少電容電流最有效的方法。一個(gè)電廠一般只設(shè)一個(gè)高壓公用段，也可設(shè)視情況設(shè)幾個(gè)公用段，此時(shí)按工藝的作用命名公用段，如輸煤段、化學(xué)段等等。四、 高壓廠用啟動(dòng)/備用電源為給發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)提供電源，必須提供一啟動(dòng)電源。保證高壓廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行安全，設(shè)置廠用備用電源也是非常必要的。然而在現(xiàn)在設(shè)計(jì)中，一般將上述兩種功能的電源合二為一，統(tǒng)稱為“啟動(dòng)/備用電源”。由于啟動(dòng)/備用電源所具備的功能，要求該電源應(yīng)從與廠用電源相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)引接，所引接的系統(tǒng)應(yīng)有兩個(gè)以上的電源，并具有足夠的容量。為保障電壓質(zhì)量，當(dāng)啟動(dòng)/備用變壓器的阻抗大于10.5%或所接電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)超過5%時(shí)，還應(yīng)考慮采用有載調(diào)壓設(shè)施。1 啟動(dòng)/備用電源的引接在小機(jī)組電廠中，數(shù)臺(tái)機(jī)組常接于同一發(fā)電機(jī)電壓母線上，此時(shí)啟動(dòng)/備用電源常直接從該電壓母線引接。如電源的短路電流太大，則加裝限流電抗器加以限制。當(dāng)廠內(nèi)還有與電力系統(tǒng)連接的更高一級(jí)電壓母線，而系統(tǒng)的反饋容量又足夠大時(shí)，為在全廠停電時(shí)能迅速取得備用電源，也可從此母線引接。圖2-5為大中型電廠高壓廠用啟動(dòng)/備用電源引接方式。在大中型機(jī)組中，由于基本都是發(fā)電機(jī)主變壓器單元制接線，因此啟動(dòng)/備用電源一般從廠內(nèi)最低一級(jí)的升高電壓母線引接，但先決條件是該母線與系統(tǒng)電源相連并具有足夠的容量，如圖2-5（a）、（b）所示。作為較少的一種接線方式，也有將啟動(dòng)/備用電源從兩個(gè)系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)變壓器的第三繞組引接的。這種接線方式固然可降低啟動(dòng)/備用變壓器的造價(jià)，且可分別由兩個(gè)系統(tǒng)引接啟動(dòng)/備用電源。但一旦聯(lián)絡(luò)變壓器故障，則啟動(dòng)/備用電源也隨此消失。因此這種接法使用不多，常見于變電所的所用電接線中，如圖2-5（c）所示。當(dāng)大型發(fā)電廠內(nèi)只有一級(jí)超高壓母線時(shí)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)諸方面分析，啟動(dòng)/備用電源從此電壓引接是不合適的。這種情況下，可從附近具有足夠容量的較低級(jí)電壓系統(tǒng)用專用線路引入電廠所需電源，如圖2-5（d）所示。由第一節(jié)所述，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口母線上加裝斷路器后，廠用電源有可能同時(shí)兼作機(jī)組的啟動(dòng)電源，不另設(shè)啟動(dòng)/備用電源。這在原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的大型電廠中較多見，但需另設(shè)一臺(tái)同參數(shù)的高壓廠用變壓器作為“倉庫備用”，一旦運(yùn)行時(shí)的高壓廠用變壓器故障，則將機(jī)組停運(yùn)并立即換上備用變壓器，然后再并網(wǎng)發(fā)電。由于大型機(jī)組的高壓廠用變壓器事故率很低，因此這種方式也可作為啟動(dòng)/備用電源的一種方式。啟動(dòng)/備用電源的接線方式還有幾種，但因?qū)嵱眯圆淮?，故不一一敘述? 啟動(dòng)/備用電源的數(shù)量根據(jù)實(shí)際調(diào)查及研究分析，我國對(duì)啟動(dòng)/備用電源的數(shù)量做如下規(guī)定：（1）在單機(jī)容量為100MW以下的電廠中，當(dāng)設(shè)置第六個(gè)高壓廠用電源時(shí)配置第二個(gè)啟動(dòng)/備用電源。第二個(gè)啟動(dòng)/備用電源最好從與第一個(gè)啟動(dòng)/備用電源相對(duì)獨(dú)立的電源系統(tǒng)引接。（2）在單機(jī)容量為100125MW時(shí)，設(shè)置第五個(gè)高壓廠用電源配置第二個(gè)啟動(dòng)/備用電源。（3）在單機(jī)容量達(dá)200300MW時(shí)，每兩臺(tái)同型機(jī)組可設(shè)一個(gè)啟動(dòng)/備用電源。、（4）當(dāng)單機(jī)容量達(dá)600MW及以上時(shí)，一般每兩臺(tái)機(jī)組設(shè)一個(gè)高壓啟動(dòng)/備用電源。但由于我國對(duì)于此容量等級(jí)發(fā)電機(jī)的廠用電設(shè)計(jì)剛起步不久，為安全起見，在有關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中要求：在發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，“應(yīng)考慮一臺(tái)高壓用啟動(dòng)/備用變壓器檢修時(shí)，不影響任一臺(tái)機(jī)組的啟停”。為了履行這條規(guī)定，國內(nèi)設(shè)計(jì)的600MW機(jī)組每一啟動(dòng)/備用電源都由兩臺(tái)較小容量的啟動(dòng)/備用變壓器組成，以滿足一臺(tái)高壓廠用啟動(dòng)/備用變壓器檢修時(shí)，另一臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器仍能滿足機(jī)組啟停的要求，如圖2-5（e）所示。3 啟動(dòng)/備用電源間的連接圖2-6為兩個(gè)啟動(dòng)/備用電源與各廠用母線段連接方式。在小機(jī)組電廠中，兩個(gè)啟動(dòng)/備用電源的二次側(cè)（變壓器、電抗器或直接從母線引接時(shí)的廠用電源斷路器）往往相互連接，以便在其中一個(gè)電源故障時(shí)能互為備用，如圖2-6（a）、（b）所示。在大中型機(jī)組中，這種互為備用的連接方式就顯得力不從心了，如圖2-6（c）中互連線L。這主要是因?yàn)榇诉B線兩側(cè)的斷路器與正常工作的啟動(dòng)/備用電源的斷路器間的連鎖太繁瑣，以致使各元件的連鎖要求互相抵觸。而為解決此問題設(shè)置的復(fù)雜的二次回路，反過來又增加了回路的故障率?？紤]到大中型機(jī)組中啟動(dòng)/備用電源本來便是備用元件，其運(yùn)行可靠性相對(duì)較高，再設(shè)置備用的備用意義不大，故在大中型機(jī)組中一般不設(shè)置兩個(gè)啟動(dòng)/備用電源間的再次互為備用。4 啟動(dòng)/備用電源的運(yùn)行方式啟動(dòng)/備用電源的運(yùn)行方式有兩種。從提前發(fā)現(xiàn)問題，保證投入成功率方面講，在正常運(yùn)行時(shí)將啟動(dòng)/備用電源投入空載運(yùn)行，使其處于“熱備用”狀態(tài)是有利的，設(shè)計(jì)中常常按這種工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。但從節(jié)約能源方面考慮，正常時(shí)將啟動(dòng)/備用電源不投入，在“冷備用”工作狀態(tài)，以減少空載損耗，也是可行的。在80年代以前，考慮節(jié)約更多些，當(dāng)時(shí)的啟動(dòng)/備用電源大都運(yùn)行在冷備用狀態(tài)，而如今考慮機(jī)組的安全更多一些，所以有相當(dāng)多的電廠已是采用了熱備用的方式。從及時(shí)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)/備用電源故障，更好地保障安全運(yùn)行的前提出發(fā)，在電廠還是應(yīng)提倡熱備用的運(yùn)行工況。關(guān)于啟動(dòng)/備用電源的容量選擇，將在本章第三節(jié)中詳細(xì)闡述。五、 200300MW機(jī)組的高壓廠用電系統(tǒng) 一般來講，200300MW機(jī)組的高壓廠用電接線方式基本相同，僅是廠用變壓器的容量有所改變而已。其接線如圖2-4（a）、（b）所示。由圖可見，高壓廠用電源由發(fā)電機(jī)的出口引接，經(jīng)一臺(tái)分裂變壓器降壓后，分別向兩段高壓廠用母線供電，兩段母線間無聯(lián)絡(luò)開關(guān)。高壓廠用母線的啟動(dòng)/備用電源來自高壓啟動(dòng)/備用變壓器，與廠用變壓器一樣，高壓啟動(dòng)/備用變壓器也采用分裂變壓器，兩個(gè)低壓繞組分別向兩個(gè)廠用母線供給啟動(dòng)/備用電源。所不同的是，由于系統(tǒng)電壓變動(dòng)范圍較大，一般高壓啟動(dòng)/備用變壓器多采用有載調(diào)壓器，而發(fā)電機(jī)的出口電壓穩(wěn)定，高壓廠用變壓器多采用無載調(diào)壓變壓器。另設(shè)的兩段高壓公用段，其工作電源及備用電源引接，有如下兩個(gè)常用的方案。（1）從高壓啟動(dòng)/備用變壓器引接正常工作電源，而其備用電源自1號(hào)機(jī)的高壓廠用段引接，如圖2-4（a）所示。這是目前較常見的接線方式，其優(yōu)點(diǎn)是公用段隨1號(hào)機(jī)一次建成后便不受其他擴(kuò)建機(jī)組的影響；（2）正常電源及備用電源分別自1、2號(hào)機(jī)高壓廠用段引接，如圖2-4（b）所示。其優(yōu)點(diǎn)是接于高壓廠用段上的啟動(dòng)/備用電源可使公用段又得到一個(gè)安全運(yùn)行的保障。遺憾的是這種接線方式不能隨1號(hào)機(jī)一次建成，因此在2號(hào)機(jī)未投運(yùn)前，公用段的另一電源得先暫由高壓啟動(dòng)/備用變壓器過渡引接，待2號(hào)機(jī)正常投運(yùn)后，再將接線改接過來。因此，雖然理論上此方案可行，實(shí)際中極少使用。也有一些設(shè)計(jì)將公用負(fù)荷分散在各臺(tái)機(jī)組高壓廠用段上，急用的先上，以后再投的接于后幾臺(tái)機(jī)組上。但是一旦有一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)，就必然影響公用負(fù)荷的正常運(yùn)行，這對(duì)正在運(yùn)行的機(jī)組是很不安全的。六、 600MW的高壓廠用電接線當(dāng)機(jī)組容量增大至600MW及以上等級(jí)時(shí)（包括500MW），對(duì)于高壓廠用變壓器的設(shè)置有以下兩種方式。1 采用一臺(tái)大容量分裂變壓器這種方式是采用一臺(tái)大容量的分裂變壓器，由于變壓器供給的短路電流也大，需將廠用系統(tǒng)的斷路器開斷電流提高到50kA及以上，兩個(gè)分裂低壓繞組的電壓按設(shè)計(jì)需要可以相同，也可不同。這種接線大多見于由國外引進(jìn)的機(jī)組。如元寶山電廠由法國引進(jìn)的600MW機(jī)組，采用了一臺(tái)63/35-35MVA（高壓繞組容量為63MVA，低壓分裂繞組容量各為35MVA）的分裂變壓器作為高壓廠用變壓器，其阻抗百分?jǐn)?shù)為14%（以高壓側(cè)容量為基準(zhǔn)）。2 采用兩臺(tái)較小相同容量的分裂變壓器國產(chǎn)600MW機(jī)組的廠用變壓器設(shè)置，從一開始就采用了較小的兩臺(tái)同容量分裂變壓器并列運(yùn)行的方式。這即可降低廠用電系統(tǒng)的短路電流水平以及每個(gè)低壓繞組出口斷路器的額定電流，提高廠用電源的運(yùn)行可靠性，又與高壓廠用啟動(dòng)/備用電源的設(shè)置相銜接。由于每臺(tái)600MW機(jī)組使用了兩臺(tái)高壓廠用分裂變壓器并列運(yùn)行，因此高壓廠用段也分成了四段，其所需四個(gè)備用電源分別從兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器引接。目前國內(nèi)600MW機(jī)組的高壓廠用電壓等級(jí)有103kV及6kV兩個(gè)方案，其高壓廠用電系統(tǒng)主要接線如圖2-7所示。圖2-7（a）、（b）兩種方案的電壓等級(jí)均為103kV。圖2-7（a）方案的10、3kV系統(tǒng)分別由獨(dú)立的廠用變壓器供電，為保證在一臺(tái)備用變壓器檢修時(shí)不影響任一機(jī)組的啟停，高壓啟動(dòng)/備用變壓器采用兩臺(tái)低壓側(cè)為10kV、3kV的三繞組變壓器。這種接線方式廠用變壓器總?cè)萘啃?，投資較省。但任一臺(tái)廠用變壓器事故停運(yùn)時(shí)都必須投入兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器，并將另一臺(tái)廠用變壓器也停下來。圖2-7（b）方案為平圩電廠的接線方式，廠用變壓器為兩臺(tái)相同容量的三繞組變壓器。這種方式雖然投資較高，但啟動(dòng)/備用變壓器與廠用變壓器為一對(duì)一的接線方式。任一廠用變壓器事故停運(yùn)時(shí)只投入相應(yīng)的啟動(dòng)/備用變壓器既可。圖2-7（c）圖2-7（e）方案的電壓等級(jí)均為6kV，而圖2-7（c）、（e）方案的不同僅在于備用負(fù)荷的引接。圖2-7（e）方案將互為備用的高壓負(fù)荷接于同一臺(tái)廠用變壓器的兩個(gè)低壓分裂繞組上，在計(jì)算其高壓側(cè)容量時(shí)可只計(jì)工作負(fù)荷，因此廠用變壓器的高壓繞組容量的相應(yīng)減少，能降低一些投資。但出于與圖2-7（a）方案同樣的理由，兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器不能與廠用變壓器形成一對(duì)一的備用，而是交叉接入，因此在任一臺(tái)廠用變壓器故障停運(yùn)時(shí)都必須將兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器投入。圖2-7（c）方案將互為備用的負(fù)荷分開接入兩臺(tái)廠用變壓器的低壓側(cè)，使高壓繞組的容量增大，投資增加。但它可與啟動(dòng)/備用變壓器形成一對(duì)一的接線方式，任一臺(tái)廠用變壓器停運(yùn)，只要投入相應(yīng)的啟動(dòng)/備用變壓器既可。圖2-7（d）方案采用了一臺(tái)廠用變壓器，但為滿足“一臺(tái)啟動(dòng)/備用變壓器檢修而不影響任一機(jī)組的啟?！钡囊螅瑔?dòng)/備用變壓器為兩臺(tái)，分別對(duì)廠用變壓器的兩個(gè)分裂機(jī)組作備用。此方案的高壓廠用系統(tǒng)短路電流很大，一般應(yīng)采用50kA等級(jí)的斷路器，致使投資加大。但此方案接線清晰，運(yùn)行操作方便。當(dāng)啟動(dòng)/備用變壓器也僅采用一臺(tái)時(shí)，便是在國外大機(jī)組廠用電中采用較多的方案。還有一種接線方式，每臺(tái)機(jī)設(shè)置兩臺(tái)雙繞組變壓器作為一組廠用變壓器，啟動(dòng)/備用變壓器也同樣處理。這種接線方式更清晰，操作方便。但由于事故時(shí)每段上的電動(dòng)機(jī)反饋電流幾乎增加一倍，所以需采用50kA開斷電流的斷路器，這在價(jià)格上較為昂貴。但如輔以50kA開斷F-C回路（詳見第四章），其設(shè)計(jì)思想是很可取的。無論以上哪個(gè)方案，高壓公用段仍只有兩段，其兩個(gè)電源的連接與200300MW機(jī)組公用段的引接基本一樣。第二節(jié) 高壓廠用電壓一、 高壓廠用電壓的等級(jí)如上面一章所述，目前國內(nèi)高壓廠用電的電壓等級(jí)為3、6、10kV。在其他一些國家，由于各自沿用的慣例及標(biāo)準(zhǔn)不一，采用的電壓等級(jí)也不相同。這在進(jìn)出口電廠的技術(shù)談判中要特別注意，否則將因電壓等級(jí)與國內(nèi)不一致而使電動(dòng)機(jī)設(shè)備無法自行配套。有一些論點(diǎn)認(rèn)為，在滿足技術(shù)要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先采用較低的電壓等級(jí)，經(jīng)獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。從理論上講，這是正確的，但還應(yīng)考慮國內(nèi)高壓電動(dòng)機(jī)的系列配套情況。電廠的高壓電動(dòng)機(jī)品種多、定貨面廣且每種的數(shù)量都不多，如特殊訂貨不僅價(jià)格高、時(shí)間長，能接受定貨的廠家也極少。因此在考慮采用哪種電壓等級(jí)時(shí)，不僅要進(jìn)行技術(shù)上研究，同時(shí)也應(yīng)顧及到國內(nèi)的電工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。國內(nèi)現(xiàn)今適用于電壓的高壓電氣設(shè)備基本都為6kV，經(jīng)過數(shù)十年的生產(chǎn)，品種系列都比較齊全。因此，在可能的條件下，電廠的高壓廠用電系統(tǒng)應(yīng)盡量采用6kV。例如當(dāng)機(jī)組容量在60MW及以下，發(fā)電機(jī)電壓為10.5kV時(shí)，由于其輔機(jī)中超過200kW容量的極少，因此經(jīng)濟(jì)分析表明將高壓廠用電的電壓等級(jí)定在3kV是合理的，這樣可以降低廠用系統(tǒng)的投資。但實(shí)際中由于國內(nèi)3kV的電動(dòng)機(jī)系列不全，上述電廠往往還是采用了6kV作為高壓廠用電的電壓等級(jí)。當(dāng)機(jī)組為100MW及以上時(shí)，則應(yīng)采用6kV作為高壓廠用電的電壓等級(jí)。一般，將200kW及以上的負(fù)荷接于6kV，將200kW以下的負(fù)荷接在低壓系統(tǒng)。二、 600MW機(jī)組的高壓廠用電電壓等級(jí)當(dāng)機(jī)組容量到達(dá)600MW時(shí)，電壓等級(jí)須引起重視。本節(jié)試通過對(duì)600MW機(jī)組高壓廠用電電壓等級(jí)的研究，給讀者提供一個(gè)分析廠用電電壓等級(jí)的方法。確定機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)的電壓等級(jí)涉及到的因數(shù)有很多，而最主要的有以下幾點(diǎn)。1 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間，會(huì)出現(xiàn)57倍于正常運(yùn)行電流的啟動(dòng)電流。此電流在廠用變壓器和饋電線路中將形成很大的壓降，從而使母線電壓降低。選擇合適的電壓等級(jí)，可以最終使上述壓降被限制在允許的范圍內(nèi)，使母線電壓滿足安全運(yùn)行的要求。我國對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的母線最低電壓要求見表2-1。（1）成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的母線最低電壓。成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)狀態(tài)有三種：表 2-1 單臺(tái)電動(dòng)機(jī)及成組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線允許最低電壓名稱類型母線最低電壓/母線額定電壓（%）單臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓80電動(dòng)機(jī)成組自啟動(dòng)時(shí)高壓廠用母線電壓高溫高壓電廠中電廠65706065電動(dòng)機(jī)成組自啟動(dòng)時(shí)低壓廠用母線電壓低壓母線單獨(dú)自啟動(dòng)低壓母線與高壓母線串聯(lián)自啟動(dòng)6055注 對(duì)于高壓廠用母線，失壓或空載自啟動(dòng)電壓取上限值；帶負(fù)荷自啟動(dòng)電壓取下限值。1）空載自啟動(dòng)。當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)的正常工作電源因各種原因突然失去時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置將立即投入備用電源，此時(shí)母線所接電動(dòng)機(jī)將因瞬時(shí)斷電再接通而形成成組自啟動(dòng)。備用電源此時(shí)如未帶其它負(fù)荷，就呈現(xiàn)“空載自啟動(dòng)”狀況。2）帶負(fù)荷自啟動(dòng)。在上述工況中，如備用電源在自動(dòng)投入前已帶部分負(fù)荷（如公用負(fù)荷等），則稱為“帶負(fù)荷自啟動(dòng)”。3）失壓自啟動(dòng)。在運(yùn)行中因其他非正常原因使母線電壓的瞬間降低，但隨即事故消除電壓又恢復(fù)正常，這種工況所形成的電動(dòng)機(jī)群自啟動(dòng)，是“失壓自啟動(dòng)”。為保證I類負(fù)荷電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)成功，要求在上述各種成組自啟動(dòng)狀況下的母線電壓應(yīng)保持在65%70%額定電壓。（2）最大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線最低電壓。按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定的要求：“當(dāng)高壓廠用系統(tǒng)中最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)，廠用母線的電壓不低額定電壓的80%。容易啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的端電壓應(yīng)不低于額定電壓的70%，當(dāng)制造廠有明確合理的啟動(dòng)電壓要求時(shí)，應(yīng)滿足制造廠的要求?！痹趯?duì)大多數(shù)電廠的廠用電設(shè)備中，給水泵的電動(dòng)機(jī)是容量最大，200MW及以下容量機(jī)組中，給水泵電動(dòng)機(jī)大多數(shù)為20003000kW，極個(gè)別為4000kW。如果滿足了上面（1）的要求，給水泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓基本都能滿足。300MW機(jī)組中，給水泵的電動(dòng)機(jī)容量為5500kW，600MW機(jī)組時(shí)給水泵電動(dòng)機(jī)容量為6300kW。由于大機(jī)組的廠用電系統(tǒng)都采用了快速動(dòng)作的真空斷路器或SF6斷路器，實(shí)現(xiàn)了備用電源快速切換，可以滿足電動(dòng)機(jī)成組自啟動(dòng)時(shí)的最低電壓要求，因此給水泵電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)的母線電壓就顯得非常突出。大量的計(jì)算證明，當(dāng)機(jī)組容量為300MW及以上時(shí)，給水泵電動(dòng)機(jī)的容量將成為影響高壓廠用電參數(shù)（電壓、變壓器阻抗和短路電流等）的選擇的主要因素。（3）電動(dòng)機(jī)串接自啟動(dòng)時(shí)的低壓廠用母線最低電壓。在高壓電動(dòng)機(jī)成組自啟動(dòng)時(shí)，有部分低壓負(fù)荷要隨之自啟動(dòng)，要求在這種串接自啟動(dòng)的工況下，低壓廠用母線的電壓至少應(yīng)維持在55%的額定電壓以上。（4）遠(yuǎn)距離供電的負(fù)荷的自啟動(dòng)最低電壓。大中型發(fā)電廠中，往往需要向距廠區(qū)很遠(yuǎn)的廠用負(fù)荷供電，而這類負(fù)荷的容量也較大，如補(bǔ)給水泵房、中繼水泵房、灰水回收泵房等等。這些遠(yuǎn)距離負(fù)荷成組自啟動(dòng)或單臺(tái)自啟動(dòng)時(shí)，其母線電壓均應(yīng)滿足上述的各項(xiàng)要求。2 短路電流水平三相短路電流周期分量的起始值為 （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）以上四式中 短路電流周期分量的起始有效值（kA）； 廠用電源短路電流周期分量的起始有效值（kA）；電動(dòng)機(jī)反饋電流周期分量的起始有效值（kA）；In基準(zhǔn)電流（kA）；系統(tǒng)電抗（標(biāo)么值）；廠用變壓器的電抗（標(biāo)么值）；KM電動(dòng)機(jī)反饋電流倍數(shù)；IM計(jì)及反饋的電動(dòng)機(jī)額定電流之和（A）；Sn基準(zhǔn)容量（MVA）；Un基準(zhǔn)電壓（kV）。 由式（2-1）、式（2-2）和式（2-4）可見，對(duì)于同一個(gè)電廠和同一臺(tái)機(jī)組來講，系統(tǒng)電抗XS及電動(dòng)機(jī)反饋電流是一個(gè)常數(shù)。因此，基準(zhǔn)電壓Un（即高壓廠用電系統(tǒng)的電壓）越高，則基準(zhǔn)電流In越小，從而將導(dǎo)致三相短路電流周期分量起始值的降低。反過來說，當(dāng)要求值一定時(shí)，所取的電壓等級(jí)Un越高，則允許采用的廠用變壓器電抗便越小，從而電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的母線電壓也就越高，而這恰恰是上一節(jié)所需要的。當(dāng)然，對(duì)于上述公式也可以有另一個(gè)解釋的方法，即不改變電壓等級(jí)，只要降低廠用變壓器的電抗，也同樣可以達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)母線電壓的目的。但這樣一來，勢必將增大三相短路電流周期分量起始值I，從而給廠用系統(tǒng)中斷路器的選擇造成困境。因?yàn)槎搪冯娏鲾?shù)值加大后，必然要提高斷路器的開斷容量，這不僅使工程費(fèi)用大幅增加，并且由于制造技術(shù)的限制，并不是可以任意提高的。3 高壓廠用斷路器的開斷電流高壓廠用斷路器的開斷容量間接地限制了變壓器阻抗的任意下降，因此與電壓等級(jí)的選取也有極大的關(guān)系。根據(jù)目前我國的斷路器制造水平，無論是3kV，還是6kV或10kV電壓，斷路器的開斷電流一般限制在40kV（周期分量、有效值）以內(nèi)。當(dāng)需采用50kA的開斷電流時(shí)，斷路器的大部分主要元件都需進(jìn)口，而當(dāng)短路電流水平達(dá)到63kV及以上時(shí)，世界上只有很少廠家能制造。所以，從國內(nèi)實(shí)際技術(shù)水平出發(fā)，將高壓廠用電系統(tǒng)的短路電流水平限制在40kA及以下，是比較合適的。在短路電流確實(shí)較高的情況下，可將高壓廠用系統(tǒng)分為兩個(gè)電壓等級(jí)，在必須的系統(tǒng)中采用少量開斷電流為50kA的斷路器，另一系統(tǒng)仍為40kA開斷等級(jí)，以降低整個(gè)廠用系統(tǒng)的造價(jià)。4 國內(nèi)電氣設(shè)備的配套情況在確定一個(gè)高壓廠用電系統(tǒng)的電壓等級(jí)時(shí)，還應(yīng)認(rèn)真考慮除斷路器外的其他電氣設(shè)備配套情況，如電動(dòng)機(jī)、電纜、互感器及所有必需的輔助設(shè)備。當(dāng)大部分設(shè)備無法系列配套時(shí)，設(shè)計(jì)再好，計(jì)算結(jié)果再佳，也是很難實(shí)現(xiàn)的。例如電動(dòng)機(jī)，按計(jì)算結(jié)果可能10kV電壓等級(jí)最佳，但國內(nèi)適用于電壓的10kV電動(dòng)機(jī)系列并不配套，致使電壓內(nèi)的大多數(shù)電動(dòng)機(jī)需特殊定貨，而各新建電廠間的電動(dòng)機(jī)容量并不相同，再建另一新電廠時(shí)又需特殊定貨。在這種貨源、工期都沒有保障的情況下，就應(yīng)將配套情況也輸入計(jì)算中，從而得到一個(gè)與國情符合的電壓等級(jí)。三、 600MW機(jī)組高壓廠用電壓的選擇在我國自行設(shè)計(jì)制造600MW機(jī)組前，國內(nèi)所裝進(jìn)口的600MW機(jī)組高壓廠用電壓為6kV，短路電流水平在50kA等級(jí)。每臺(tái)機(jī)組使用一臺(tái)分裂變壓器作為高壓廠用變壓器，其容量為60/35-35MVA、電壓變比為20/6.3kV其接線如圖2-3（b）所示。由于在本章第一節(jié)中所述的原因，國內(nèi)每臺(tái)600MW機(jī)組的高壓廠用系統(tǒng)采用2臺(tái)分裂變壓器并列運(yùn)行的接線方式。下面，就國產(chǎn)第一臺(tái)600MW機(jī)組高壓廠用電壓選擇和國內(nèi)自行設(shè)計(jì)的第一臺(tái)國產(chǎn)600MW機(jī)組高壓廠用電壓選擇的比較，介紹一下高壓廠用電壓等級(jí)的選擇。1 國產(chǎn)第一臺(tái)600MW機(jī)組的高壓廠用電壓等級(jí)在中外聯(lián)合設(shè)計(jì)第一臺(tái)600MW機(jī)組時(shí)，曾分別對(duì)高壓廠用電壓等級(jí)做了1030kV、6kV及63kV三個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，其中63kV的方案因在技術(shù)上明顯不合理而被放棄。103kV方案中，每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)容量是40/20/15MVA、電壓變比是20/10.5/3.15kV的三繞組變壓器作為高壓廠用變壓器。6kV方案則采用每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)容量為40/20-20MVA（高壓繞組容量為40MVA，分裂繞組的容量分別各為20MVA，以下同）、電壓變比為20/6.3-6.3kV（高壓繞組的額定電壓為20kV，分裂繞組的額定電壓分別同為6.3kV，以下同）的分裂變壓器。兩方案的接線圖見圖2-7（b）、（c）。發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)主變壓器升壓至500kV送出。因500kV線路長度近200km，電廠側(cè)又未裝并聯(lián)電抗器，為調(diào)節(jié)線路小負(fù)荷時(shí)中端的電壓，發(fā)電機(jī)有時(shí)將處于進(jìn)相欠勵(lì)磁運(yùn)行的狀態(tài)。經(jīng)計(jì)算，發(fā)電機(jī)功率因數(shù)可達(dá)0.95（標(biāo)么值）長期運(yùn)行。結(jié)合上述情況，由外方進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。認(rèn)為從經(jīng)濟(jì)上分析，無論是設(shè)備投資還是年運(yùn)行費(fèi)用，兩方案都相差不多。而技術(shù)分析結(jié)果顯示103kV方案更合適，其計(jì)算結(jié)果見表2-2。在計(jì)算中，已經(jīng)考慮各廠用變壓器空載時(shí)其低壓側(cè)電壓與高壓側(cè)電壓1.05：1.00的變比升壓。分析表2-2，設(shè)計(jì)部門認(rèn)為103kV方案較6kV在最大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓高4%左右。因此其結(jié)論為：“由于6kV方案的裕度相當(dāng)小，電動(dòng)機(jī)的清單還不完善，電纜的阻抗亦未考慮。而103kV方案較多裕度，故103kV方案為推薦方案?！痹撾姀S的高壓由此定為103kV等級(jí)。1800kW及以上的高壓電動(dòng)機(jī)接入10kV系統(tǒng)，1800kW以下的高壓電動(dòng)機(jī)接入3kV系統(tǒng)，低壓廠用變壓器則分別從10kV、3kV系統(tǒng)引接。由表2-2可見，6kV方案中的3kV系統(tǒng)的斷路器開斷電流采用了50kA等級(jí)。價(jià)格是比較貴的。表 2-2 國產(chǎn)第一臺(tái)600MW機(jī)組高壓廠用電電壓方案計(jì)算結(jié)果接線方式圖2-7（b）圖2-7（c）電壓（kV）10366高壓廠用變壓器容量（MVA）高壓側(cè)4040低壓側(cè)25152020廠用母線短路電流（kA）31.2844.893838高壓廠用變壓器阻抗（40MVA為基準(zhǔn)，%）8.5522.9613.6813.42最大啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量（kW）給水泵6000凝結(jié)水泵1600給水泵6000引風(fēng)機(jī)4000母線電壓（%，標(biāo)么值）1發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)母線電壓為95%正常運(yùn)行時(shí)廠用高壓96.2