發(fā)電廠及其電氣部分第九講

1、第第9 9講講 廠用電接線及設計（廠用電接線及設計（2 2）內(nèi)容提要：u1 概述u2 廠用電接線的設計原則和接線形式u3 不同類型發(fā)電廠的廠用電接線u4 廠用變壓器的選擇u5 廠用電動機的選擇和自啟動校驗u6 廠用電源的切換9.1 廠用變壓器的選擇9.2 廠用電動機的選擇和自啟動校驗9.3 廠用電源的切換主要考慮高壓廠用工作變壓器和啟動備用變壓器的選擇，選擇內(nèi)容包括變壓器的臺數(shù)、形式、額定電壓、容量和阻抗。為了正確選擇廠用變壓器容量，首先應對廠用主要用電設備的容量、數(shù)量及其運行特點有所了解，并逐項予以統(tǒng)計、分類、綜合分析?；痣姀S廠用電負荷包括了全廠鍋爐、汽機、電氣、燃運等各個方面的設備，面廣量

2、大，且隨各廠機爐類型、容量、燃料種類、供水條件等而差異較大。1、火電廠主要廠用負荷各廠用負荷均由母線引接，各母線段的電源即廠用變壓器。需統(tǒng)計廠用變壓器連接的母線上實際所接電動機（負荷）的臺數(shù)和容量。同時還需考慮，在生產(chǎn)過程中，廠用負荷的使用情況是不同的。表征設備電動機的使用機會：p “經(jīng)?！保好刻於家褂胮 “不經(jīng)?！保褐辉跈z修、事故或機爐啟停期間使用表征設備電動機每次使用時間的長短：p “連續(xù)”：每次帶負荷運轉(zhuǎn)120min以上p “短時”：每次帶負荷運轉(zhuǎn)在10120min之間p “斷續(xù)”：每次使用從帶負荷到空載或停止，反復周期性地工作，其每一周期不超過10min1、火電廠主要廠用負荷經(jīng)常連續(xù)

3、運行的負荷全部計入如：引風機、送風機、給水泵、排粉機、凝結(jié)水泵等連續(xù)而不經(jīng)常的負荷應計入如：充電機、備用歷磁機、事故備用油泵、備用電動給水泵等經(jīng)常而斷續(xù)運行的負荷宜應計入如：輸水泵、空氣壓縮機等短時斷續(xù)而又不經(jīng)常運行的負荷一般不予計算如：行車、電焊機等由同一臺變壓器供電的互為備用的設備，只計算同時運行的臺數(shù)對于分裂變壓器，其高低壓繞組負荷應分別計算2、廠用負荷的統(tǒng)計根據(jù)各廠用負荷的使用情況，可對每段母線上引接的電動機的臺數(shù)和容量進行統(tǒng)計和計算。 廠用負荷的計算常采用“換算系數(shù)法”。公式如下：2、廠用負荷的統(tǒng)計() cosmLKKSK PKS廠用分段母線上的計算負荷(kVA)P電動機的計算功率(

4、kW)K換算系數(shù)（可取P151表5-2所列數(shù)值）； Km同時系數(shù)KL負荷率(考慮到電機實際不滿載)效率； cos功率因數(shù)電動機的計算功率 P 的計算 連續(xù)運行的電動機：P=PN 經(jīng)常短時、經(jīng)常斷續(xù)運行： P=0.5PN 不經(jīng)常短時、不經(jīng)常斷續(xù)運行的設備： P=0若經(jīng)電抗器供電，則應全部計算 中央修配廠的用電負荷：P=0.14P +0.4P5 煤場負荷： 中小型機械： P=0.35P +0.6P3 翻斗機：P=0.22P +0.5P5 輪斗機：P=0.13P +0.3P5 照明負荷：P=KdPi，需要系數(shù)Kd一般取0.81.0；Pi為安裝容量2、廠用負荷的統(tǒng)計3、廠用變壓器的選擇額定電壓：一、二

5、次額定電壓必須與引接電源和廠用網(wǎng)絡電壓相一致。臺數(shù)和型式：p 只有6kV或10kV一種電壓時，廠用高壓變可選用1臺全容量分裂繞組變壓器，兩個分裂支路供兩段母線；或選用2臺50%容量的雙繞組變壓器，分別供兩段母線。p 如有10kV和3kV兩種電壓等級，廠用高壓工作變可選用2臺50%容量的三繞組變壓器，分別供四段母線。廠用變壓器阻抗：需綜合考慮限制低壓側(cè)短路容量和廠用電動機自啟動問題。一般應大于10%，可選分裂繞組變壓器。變壓器容量必須滿足廠用機械從電源獲得足夠的功率，并留有適當?shù)脑６?。v 對于高壓廠用工作變壓器，其容量應按高壓廠用電計算負荷的110與低壓廠用電計算負荷之和進行選擇。SH高壓廠用電

6、計算負荷之和SL低壓廠用電計算負荷之和p當為雙繞組變壓器時按下式選擇容量，即：3、廠用變壓器的選擇容量：1.1THLSSSp當為低壓分裂繞組變壓器時，各繞組容量應滿足STS1廠用變壓器高壓繞組額定容量(kVA)STS2廠用變壓器分裂繞組額定容量(kVA) SC廠用變壓器分裂繞組計算負荷(kVA)Sr分裂繞組兩分支重復計算負荷(kVA)3、廠用變壓器的選擇容量：1.1CHLSSS12 高壓繞組：分裂繞組：TSCrTSCSSSSSv對于低壓廠用工作變壓器，可按下式選擇變壓器容量ST低壓廠用工作變壓容量(kVA)SL低壓廠用電計算負荷之和(kVA)K變壓器溫度修正系數(shù)v對于備用啟動變壓器，廠用高壓備

7、用變壓器或啟動變壓器應與最大一臺高壓廠用工作變壓器的容量相同；廠用低壓備用變壓器應與最大一臺低壓廠用工作變壓器的容量相同。3、廠用變壓器的選擇容量：/TLSSK若環(huán)境溫度超過設計溫度，電抗器的允許工作電流應該按下式進行修正I電抗器的允許工作電流(A)IN電抗器的額定電流(A) 100電抗器繞組最高允許溫度()周圍空氣溫度() 0電抗器允許的最高空氣溫度，一般取40廠用電抗器的容量應滿足最大運行負荷的需要，并留有適當?shù)脑６纫苑乐惯^載。0100100NII4、廠用電抗器的選擇廠用電抗器的電抗百分值需適當選擇。電抗值較大雖然對限制廠用系統(tǒng)短路電流有利，但卻增大了正常運行時的電壓降；因為電抗器不能調(diào)壓

8、，不能保證廠用電壓質(zhì)量，所以通常取電抗值在10以內(nèi)。4、廠用電抗器的選擇p 連續(xù)運行及經(jīng)常短時運行的設備應予以計算；p 不經(jīng)常短時及不經(jīng)常斷續(xù)運行的設備不予計算。5、所用變壓器的選擇所用變壓器負荷計算原則：所用變壓器容量選擇換算系數(shù)法：1 123TSK PPPK1 所用動力負荷換算系數(shù)，一般取0.85；P1 、 P2 、 P3 所用動力、電熱、照明負荷(A) 9.1 廠用變壓器的選擇9.2 廠用電動機的選擇和自啟動校驗9.3 廠用電源的切換發(fā)電廠中廠用機械設備的機械特性（即阻轉(zhuǎn)矩或叫負載轉(zhuǎn)矩Mm與轉(zhuǎn)速n之間的關系）可歸納為兩種類型：1） 恒轉(zhuǎn)矩負載特性即負載轉(zhuǎn)矩Mm與轉(zhuǎn)速n無關，當轉(zhuǎn)速n變化時

9、，負載轉(zhuǎn)矩Mm保持不變。比如火電廠中的磨煤機、碎煤機、輸煤皮帶、絞車、起重機等就屬于這類機械。M*mn*1.00.01.01、廠用機械特性與電力拖動運動方程*常數(shù)mM以機械在額定出力時的額定轉(zhuǎn)矩為基準值的標幺值轉(zhuǎn)速標幺值2）變轉(zhuǎn)矩負載特性M*m0-與轉(zhuǎn)速n無關的摩擦起始負載轉(zhuǎn)矩標么值，一般取0.15-負載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)矩變化的系數(shù)，一般等于21、廠用機械特性與電力拖動運動方程*0*0*(1)mmmMMMn即負載轉(zhuǎn)矩Mm與轉(zhuǎn)速n有關，當轉(zhuǎn)速n變化時，負載轉(zhuǎn)矩Mm與n的二次方或高次方成比例，具有非線性上升關系。比如火電廠中的風機、油泵就屬于這類機械。M*mn*1.00.01.0M*m01、廠用機械特性與

10、電力拖動運動方程由電動機和廠用機械設備組成的電力拖動系統(tǒng)是一個機械運動系統(tǒng)，其中有能量、功率和轉(zhuǎn)矩的傳遞。代表運動特征的量有轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩M、角速度及時間t。電動機產(chǎn)生的電磁拖動轉(zhuǎn)矩Me，用以克服機械負荷轉(zhuǎn)矩Mm后的剩余轉(zhuǎn)矩，就會使機械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生加速運動，其旋轉(zhuǎn)動力方程為：ddemMMJt電動機的三種工作狀態(tài)：靜止或等速旋轉(zhuǎn)、加速、減速廠用電動機主要有三類：異步電動機，同步電動機，直流電動機。2、廠用電動機的類型和特點結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、操作維護方便、價格低廉、過載能力強等。缺點：啟動電流大、調(diào)速困難，對電壓很敏感（Me 正比于電壓U2 ）異步電動機2、廠用電動機的類型和特點異步電動機異步電動

11、機的啟動條件：p電動機的啟動轉(zhuǎn)矩M*e0必須大于被拖動機械的起始負荷阻轉(zhuǎn)矩M*m0p在啟動過程中的任一轉(zhuǎn)速下都應有：M* e M*m1）鼠籠式優(yōu)點：不用任何特殊啟動設備，可在電網(wǎng)電壓下直接啟動，操作簡單，可靠性高。缺點：啟動電流大，可達額定電流的47倍，不能拖動起始負載轉(zhuǎn)矩大的機械，難于調(diào)速。2）繞線式優(yōu)點：可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速（為均勻無級調(diào)速） 、啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流；啟動電流?。~定電流的23倍），啟動轉(zhuǎn)矩大。缺點：啟動操作麻煩，維護復雜，價格貴，運行中變阻器電能損耗大。 例如：吊車、抓斗機、起重機等2、廠用電動機的類型和特點異步電動機發(fā)電廠中用的異步電動機主要有鼠籠式和繞組式異步電機。2、廠用電動機

12、的類型和特點同步電動機優(yōu)點：采用直流勵磁，可工作在超前和滯后狀態(tài)，可作為無功發(fā)電機提高廠用系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少廠用系統(tǒng)的能量損失，效率高；轉(zhuǎn)速恒定；對電壓波動不十分敏感（Me 正比于電壓U），且裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置，能強行勵磁。缺點：結(jié)構(gòu)復雜，需一套勵磁系統(tǒng)，啟動控制麻煩，啟動轉(zhuǎn)矩不大；價格貴。例如：大功率低轉(zhuǎn)速的機械：給水泵2、廠用電動機的類型和特點直流電動機優(yōu)點：借助調(diào)節(jié)磁場電流，在大范圍內(nèi)均勻平滑調(diào)速，調(diào)速電阻器消耗電能少，啟動轉(zhuǎn)矩較大，不依賴廠用交流電源。缺點：與鼠籠式比，制造工藝復雜，價格貴，需要專門的直流電源，運行可靠性低。 例如：對調(diào)速性能和啟動性能要求高的機械：給粉機、事故保安

13、負荷中的直流備用潤滑油泵等。3、廠用電動機的選擇p 一般選交流電動機，只有要求在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速（無極調(diào)速）及當廠用交流電源消失后仍要求工作的設備，才選擇直流電動機。p 只有對反復啟動、重載啟動或需小范圍內(nèi)調(diào)速的機械，如吊車、抓斗機等，才選用繞線式電動機或同步電動機。p 廠用電動機的防護型式應與周圍環(huán)境相適應。根據(jù)廠用設備安置地點，可選用開啟式、防護式、封閉式、防爆式等。型式選擇3、廠用電動機的選擇p 電壓應與供電系統(tǒng)電壓一致；p 轉(zhuǎn)速應符合被拖動設備的要求；p 容量PN 必須滿足額定電壓和額定轉(zhuǎn)速下，大于滿載工作的機械設備軸功率PS，并留有適當?shù)膬?，即容量選擇PN PS (kW)v什么叫

14、電動機的自啟動？廠用電系統(tǒng)中運行的電動機，當斷開電源或廠用電壓降低時，電動機轉(zhuǎn)速就會下降，甚至會停止運行，這一過程稱為惰行。若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(nèi)，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(jié)束，又自動恢復到穩(wěn)定狀態(tài)運行，這一過程稱為電動機的自啟動。4、電動機的自啟動校驗如果參加自啟動的電動機的數(shù)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(tǒng)電壓下降，甚至引起電動機本身發(fā)熱。這些數(shù)值如果超過允許指標，將危及廠用電系統(tǒng)的穩(wěn)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。若校驗不能進行自啟動時，應采取

15、相應的措施v為什么要進行電動機的自啟動的校驗？4、電動機的自啟動校驗根據(jù)運行狀態(tài)，電動機的自啟動可分為三類：(1)失壓自啟動：運行中突然出現(xiàn)事故，電壓降低，當事故消除后電壓恢復時形成的自啟動(2)空載自啟動：備用電源空載狀態(tài)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廠用工作電源一般僅考慮失壓自啟動，而廠用備用電源或啟動電源則需要考慮上述三種自啟動方式。4、電動機的自啟動校驗v電動機自啟動時廠用母線電壓最低限值異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩M*eU*2通常，電動機在額定電壓U*N下運行時，其最大轉(zhuǎn)矩M*emax約為額定轉(zhuǎn)矩

16、M*eN的2倍，即4、電動機的自啟動校驗* max*2eeNMM隨著電壓下降，電動機電磁轉(zhuǎn)矩將急劇下降。當下降到某一數(shù)值時，如下降到70U*N時，它的最大轉(zhuǎn)矩相應變?yōu)椋簐電動機自啟動時廠用母線電壓最低限值4、電動機的自啟動校驗2* max0.721eM若此時電動機已經(jīng)帶有額定負載，則此刻的剩余轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨撝?，電動機受到制動而開始惰行，并最終可能停止運行。出現(xiàn)惰行的電壓稱為臨界電壓U*cr，這時電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩M*emax恰好等于負載轉(zhuǎn)矩M*m。根據(jù)M*eU*2可得：于是M*emax-電動機在額定電壓(U*=1)下的最大轉(zhuǎn)矩標么值U*cr-臨界電壓標么值v電動機自啟動時廠用母線電壓最低限值4、

17、電動機的自啟動校驗2* max1creUM* max1creUM通常，異步電動機的M*emax為1.82.4，故U*cr為0.640.75，即電壓降低到額定電壓的64%75%，電動機就開始惰行。為了系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，規(guī)定電動機正常啟動時，廠用母線電壓的最低允許值為額定電壓的80；電動機端電壓最低值為70。v電動機自啟動時廠用母線電壓最低限值4、電動機的自啟動校驗* max1creUM在自啟動時，為了保證廠用類負荷自啟動并同時考慮到機械慣性因素，規(guī)定廠用母線電壓在自啟動時，應不低于下表中的數(shù)值名稱類型自啟動電壓為額定電壓的百分值(%)高壓廠用母線高溫高壓電廠6570中壓電廠6065低壓廠用母線由低

18、壓母線單獨供電電動機自啟動60由低壓母線與高壓母線串接供電電動機自啟動55v電動機自啟動時廠用母線電壓最低限值4、電動機的自啟動校驗4、電動機的自啟動校驗電動機自啟動校驗電壓校驗容量校驗單臺（或成組）電動機自啟動母線電壓校驗電動機經(jīng)高壓廠用變壓器和低壓變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗TM1M2M3主母線廠用母線X*TX*mU*0=1 視為無窮大電源U*1變壓器(電抗器)電抗自啟動電動機等值電抗I*qv單臺（或成組）電動機自啟動電壓校驗如圖為一組電動機經(jīng)廠用高壓變壓器自啟動的接線圖及等值電路。(各元件標么值以廠用高壓變壓器的額定容量為基準值)4、電動機的自啟動校驗自啟動開始瞬間廠用母線上的電壓為：v

19、單臺（或成組）電動機自啟動電壓校驗4、電動機的自啟動校驗TM1M2M3主母線廠用母線X*TX*mU*0=1 視為無窮大電源U*1變壓器(電抗器)電抗自啟動電動機等值電抗I*q*0*1*mTmUXUXX對一臺靜止的電動機，在啟動瞬間的電抗有X*m=1/K關系，其中K為該電動機的啟動電流倍數(shù)。如果所有自啟動的電動機取一個平均的啟動電流倍數(shù)Kav，則全部電動機折算后的等值總電抗可寫為廠用變壓器的額定容量廠用變壓器的額定容量電動機總?cè)萘侩妱訖C總?cè)萘侩妱訖C自啟動電流平均倍數(shù)電動機自啟動電流平均倍數(shù)v單臺（或成組）電動機自啟動電壓校驗4、電動機的自啟動校驗*1TmavmSXKS因此，自啟動開始瞬間廠用母線

20、上的電壓為：其中：v單臺（或成組）電動機自啟動電壓校驗4、電動機的自啟動校驗*0*0*0*1*111cosmmmTmTavTavTTUXUUUSPXXXKXKSS*0*1TmUXS*1cosmmavTPSKS參加自啟動的電動機功率參加自啟動的電動機功率電動機效率和功率因素的電動機效率和功率因素的乘積，一般取乘積，一般取0.8自啟動時電動機的容量標么值自啟動時電動機的容量標么值因此，只有由上計算出的廠用母線的電壓(標么值)不低于允許值，才能保證電動機順利啟動。v單臺（或成組）電動機自啟動電壓校驗4、電動機的自啟動校驗*0*1*1TmUUXSX*t1X*1I*t1U*0X*0X*t2X*2U*1U

21、*2I*0I*2I*1S0S1S2v高、低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗4、電動機的自啟動校驗假設高壓廠用母線已帶有負荷S0，自啟動中S0繼續(xù)運行。在此情況下，需對高壓廠用母線電壓U*1和低壓廠用母線電壓U*2分別進行校驗。* 1*0*1*2TIIII*0*1* 1* 1TTUUIX據(jù)圖：v高、低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗4、電動機的自啟動校驗01*001*01TSUIK UXS1*0001TSXKS同理：1*1111TSIKUS2*2221TSIK USK0、K1、K2分別為負荷支路0、1、2的電動機啟動電流倍數(shù)。X*t1X*1I*t1U*0X*0X*t2X*2U*1U*2I*0

22、I*2I*1S0S1S2v高、低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗4、電動機的自啟動校驗012* 1011122111TTTTSSSIK UKUK USSS當S2比S1和S0小很多時，I*2可以忽略；同時，由于S0不參加自啟動，故K0=1，因此：*0*1* 1* 1TTUUIX1* 10111()TTUXSK SSX*t1X*1I*t1U*0X*0X*t2X*2U*1U*2I*0I*2I*1S0S1S2故，廠高壓母線電壓為：其中S*H為廠用高壓母線合成負荷標么值：S S0 0為高壓母線已帶負荷為高壓母線已帶負荷v高、低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗4、電動機的自啟動校驗又有：11/( cos )SP*0*1* 1*1THUUXS011*11cosHTTSKPSSS廠高壓母線電壓為：當高壓廠用變壓器采用分裂繞組變壓器時：S S2N2N為分裂繞組額定容量為分裂繞組額定容量v高、低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗4、電動機的自啟動校驗*0*1* 1*1THUUXS011*22cosHNNSKPSSS2* 11%1.1100kNTNUSXSS S1N1N為高壓繞組額定容量為高壓繞組額定容量高壓廠用變壓器電抗標幺值高壓廠用變壓器電抗標幺