電氣主系統(tǒng)第四章廠用電2版g

第四章廠（所）用電

第一節(jié)概述第二節(jié)廠用電源及廠用電接線的基本形式

第三節(jié)發(fā)電廠和變電所的廠（所）用電典型接線分析

第四節(jié)廠(所)用變壓器的選擇

第五節(jié)廠用電動(dòng)機(jī)的選擇和自起動(dòng)校驗(yàn)

本章計(jì)劃學(xué)時(shí):4~6學(xué)時(shí)

第一節(jié)概述一、廠用電及廠用電率

1.廠用電：保證發(fā)電廠(或變電所)正常運(yùn)行而自己耗用的電能。

2.廠用電率KP：廠用電耗電量AP占同一時(shí)期內(nèi)全廠總發(fā)電量A的百分?jǐn)?shù)。即廠用電率是發(fā)電廠的主要運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，降低廠用電率不僅降低了發(fā)電成本，同時(shí)也相應(yīng)地增大了對(duì)電力系統(tǒng)的供電量。發(fā)電廠的類(lèi)型不同，KP也不同：凝汽式火電廠為5％～8％熱電廠為8％～10％水電廠為0.3％～2％二、廠用負(fù)荷分類(lèi)1.按重要性分類(lèi)(1)Ⅰ類(lèi)廠用負(fù)荷：短時(shí)停電也可能造成發(fā)電廠的主要設(shè)備損壞、危及人身安全、主機(jī)停運(yùn)和大量影響電廠出力的廠用負(fù)荷。

由于不允許停電，保證措施：它們應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，兩個(gè)電源之間自動(dòng)切換。⑵Ⅱ類(lèi)廠用負(fù)荷：僅允許短時(shí)停電（幾秒至幾分鐘），再恢復(fù)供電后，不致造成生產(chǎn)紊亂，損壞設(shè)備或影響機(jī)組正常運(yùn)行的廠用負(fù)荷。

保證措施：應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，兩個(gè)電源之間手動(dòng)切換。⑶Ⅲ類(lèi)廠用負(fù)荷：較長(zhǎng)時(shí)間（幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間）停電，不會(huì)直接影響電廠生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)上不方便的廠用負(fù)荷?？捎蓡坞娫垂╇?，電源故障時(shí),允許進(jìn)行檢修或更換。⑷事故保安負(fù)荷：事故停機(jī)過(guò)程及停機(jī)后一段時(shí)間內(nèi)，停電會(huì)引起主要設(shè)備損壞、重要的自動(dòng)控制失靈或危及人身安全的負(fù)荷。

事故保安負(fù)荷可分為兩類(lèi)：直流保安負(fù)荷：由蓄電池組供電。

交流保安負(fù)荷，如大型機(jī)組的盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)，平時(shí)由交流廠用電源供電，事故后，由快速啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)投入供電。

⑸交流不間斷供電負(fù)荷：在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行以及正常和事故停機(jī)過(guò)程中，甚至在停機(jī)后的一段時(shí)間內(nèi)，需要連續(xù)供電并具有恒頻恒壓特性的負(fù)荷。如實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)、熱工儀表與保護(hù)、自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)裝置等用電負(fù)荷。交流不間斷供電電源一般采用由蓄電池供電的電動(dòng)發(fā)電機(jī)組或逆變裝置。

2.按運(yùn)行方式分類(lèi)⑴按使用機(jī)會(huì)分類(lèi)“經(jīng)?！笔褂玫挠秒娫O(shè)備(負(fù)荷)：即電廠在生產(chǎn)過(guò)程中，每天都投入使用的用電設(shè)備(負(fù)荷）。“不經(jīng)?！笔褂玫挠秒娫O(shè)備：只在機(jī)組檢修、事故、機(jī)組啟停期間內(nèi)使用。⑵按每次使用時(shí)間的長(zhǎng)短分類(lèi)“連續(xù)”運(yùn)行：每次使用時(shí)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2h以上者?！岸虝r(shí)”運(yùn)行：每次使用時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)10～120min的用電設(shè)備?！皵嗬m(xù)”運(yùn)行：從運(yùn)行到停止，反復(fù)周期性地運(yùn)行，每一周期時(shí)間不超過(guò)10min的用電設(shè)備。三、對(duì)廠用電接線的基本要求對(duì)廠用電接線的基本要求：運(yùn)行安全、可靠，保證連續(xù)供電；運(yùn)行、檢修、操作和發(fā)展要方便靈活；技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備新穎，并且經(jīng)濟(jì)合理。非常重要的一點(diǎn)是：各機(jī)組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)該是相互獨(dú)立的，具有對(duì)應(yīng)供電性。一臺(tái)機(jī)組的故障停運(yùn)或其輔機(jī)的電氣故障，不應(yīng)該影響其他機(jī)組的正常運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)本機(jī)組的運(yùn)行。第二節(jié)廠用電源及廠用電接線的基本形式

一、廠用電的電壓等級(jí)

1.影響廠用電電壓等級(jí)的因素

1)

發(fā)電機(jī)電壓和容量如果發(fā)電機(jī)電壓為6.3kV，應(yīng)選6kV作為廠用高壓電壓。發(fā)電機(jī)容量越大，廠用高壓電壓越高。

高壓廠用電的電壓等級(jí)：3、6、10kV。

低壓廠用電的電壓等級(jí)：380/220V。

2)

廠用電動(dòng)機(jī)的容量

我國(guó)生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)的電壓與容量的關(guān)系如下表所示。電動(dòng)機(jī)電壓/V2203803000600010000生產(chǎn)容量范圍

/kW＜140＜300＞75＞200＞200電動(dòng)機(jī)的容量小于75kW時(shí)，只能選380/220V。電動(dòng)機(jī)的容量在75~200kW時(shí)，只能選380/220V、3kV。電動(dòng)機(jī)的容量大于300kW時(shí)，只能選3、6、10kV。電動(dòng)機(jī)的容量在200~300kW時(shí)，可選380V、3、6、10kV。3)

廠用電網(wǎng)絡(luò)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

由于發(fā)電廠的電動(dòng)機(jī)種類(lèi)較多，只用一種電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)不能滿(mǎn)足要求。低壓電動(dòng)機(jī)，絕緣等級(jí)低、磁路較短、尺寸較小、運(yùn)行損耗小、價(jià)格便宜，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。但大容量不能做成低壓。高壓電動(dòng)機(jī)的制造容量大、絕緣等級(jí)高、磁路較長(zhǎng)、尺寸較大、價(jià)格高、運(yùn)行損耗較大、效率較低。結(jié)合廠用電供電網(wǎng)絡(luò)綜合考慮，用較高電壓等級(jí)時(shí)，可選擇截面較小的電纜和導(dǎo)線，既減少了有色金屬的消耗，也降低了廠用供電網(wǎng)絡(luò)的投資。電動(dòng)機(jī)的容量在200~300kW時(shí)，應(yīng)綜合考慮廠用電網(wǎng)絡(luò)的可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2.廠用電電壓等級(jí)的確定(1)火力發(fā)電廠高壓廠用電壓為：發(fā)電機(jī)組容量在60MW及以下，發(fā)電機(jī)電壓為10.5kV時(shí)，可采用3kV；發(fā)電機(jī)組容量在60MW及以下，發(fā)電機(jī)電壓為6.3kV時(shí)，宜采用6kV；發(fā)電機(jī)組容量在100～300MW時(shí)，宜采用6kV；發(fā)電機(jī)組容量在600MW及以上時(shí)，經(jīng)技術(shù)(發(fā)電機(jī)容量、短路電流、負(fù)荷容量等)經(jīng)濟(jì)比較，可采用6kV或10kV(1000MW機(jī)組)一級(jí)，也可采用3kV和10kV或6kV和10kV(1000MW機(jī)組)兩級(jí)電壓。低壓廠用電壓采用380/220V電壓級(jí)。(2)水電廠廠內(nèi)用電：只設(shè)一個(gè)380/220V電壓等級(jí)，這是因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組的輔助設(shè)備容量不大。壩區(qū)用電：6kV或10kV供電，因在壩區(qū)和水利樞紐裝設(shè)有(3)小容量發(fā)電廠和變電所單機(jī)容量在12MW及以下的小容量發(fā)電廠和變電所，一般廠用電動(dòng)機(jī)容量都不大，只采用380/220V一級(jí)廠用電壓即可。二、廠用電源及其引接方式

為了使供電可靠，廠用電源的設(shè)置不應(yīng)少于兩個(gè)，所有發(fā)電廠都設(shè)有工作電源和備用電源。對(duì)單機(jī)容量在200MW及以上的大型發(fā)電廠還應(yīng)設(shè)置啟動(dòng)電源和事故保安電源。1.廠用工作電源及其引接方式

發(fā)電廠（或變電所）的工作電源是保證發(fā)電廠（或變電所）正常運(yùn)行的基本電源。要保證其可靠性，獨(dú)立性和具有對(duì)應(yīng)供電性。⑴高壓廠用工作電源的引接當(dāng)主接線具有發(fā)電機(jī)電壓母線時(shí)，一般直接從該機(jī)組所連接的母線上引接，如圖4-1a所示。大型機(jī)械，如船閘、閘門(mén)啟閉裝置等，這些設(shè)備距主廠房較遠(yuǎn)，需在那里另設(shè)壩區(qū)專(zhuān)用變壓器。當(dāng)發(fā)電機(jī)與主變壓器為單元接線或擴(kuò)大單元接線時(shí)，則高壓廠用工作電源從主變壓器的低壓側(cè)引接，如圖4-1b所示。對(duì)于容量為125MW及以下的機(jī)組，廠用分支上一般裝設(shè)高壓斷路器，當(dāng)開(kāi)斷電流不能滿(mǎn)足要求時(shí)，只用以進(jìn)行正常操作，當(dāng)斷路器后發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)；⑵低壓廠用工作電源的引接一般由對(duì)應(yīng)的高壓廠用母線段上經(jīng)低廠變引接。對(duì)于不設(shè)高壓廠用母線段的發(fā)電廠，低壓廠用工作電源可從發(fā)電機(jī)電壓母線上或發(fā)電機(jī)出口引接。對(duì)于容量為200MW及以上的機(jī)組，廠用分支都采用分相封閉母線，故障率很小，可不裝設(shè)斷路器，這時(shí)，在廠用變壓器低壓側(cè)必須裝設(shè)斷路器。2.備用電源和啟動(dòng)電源及其引接方式（1）備用電源：當(dāng)工作電源故障或檢修退出運(yùn)行時(shí)代替工作電源的工作。備用電源應(yīng)具有獨(dú)立性，與工作電源無(wú)關(guān)聯(lián)，有足夠的容量，應(yīng)與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電時(shí)仍能從系統(tǒng)取得廠用電源。（2）啟動(dòng)電源：指電廠機(jī)組首次啟動(dòng)或工作電源完全消失的情況下，為保證機(jī)組快速啟動(dòng)，向必要的輔助設(shè)備供電的電源。在正常運(yùn)行情況下，這些輔助設(shè)備由工作電源供電，只有當(dāng)工作電源消失后才自動(dòng)切換到啟動(dòng)電源供電，因此，啟動(dòng)電源實(shí)質(zhì)上在兼作事故備用電源,稱(chēng)作啟動(dòng)/備用電源，不過(guò)它對(duì)供電的可靠性要求更高。對(duì)于200MW及以上的大型機(jī)組的廠用備用電源必須具有啟動(dòng)電源的功能。（3）高壓廠用備用電源的引接方式從發(fā)電機(jī)電壓母線的不同分段上(不與接有廠用工作電源的母線同段)，通過(guò)廠用備用變壓器(或電抗器)引接。從與電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密，最低一級(jí)升高電壓母線上引接。從聯(lián)絡(luò)變壓器的低壓繞組引接。當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可由外部電網(wǎng)引接專(zhuān)用線路經(jīng)過(guò)變壓器獲得獨(dú)立的啟動(dòng)/備用電源。（4）備用電源的備用方式暗備用：是指不另設(shè)專(zhuān)門(mén)的備用變壓器，工作變壓器之間互為備用。這種備用方式，需要將每臺(tái)工作變壓器的容量加大，正常運(yùn)行時(shí)均在輕載狀態(tài)下運(yùn)行。廠用負(fù)荷較小，廠用工作變壓器的容量也較小時(shí)可采用這種方式，如水電廠和變電所通常采用暗備用方式。明備用：是指設(shè)有專(zhuān)門(mén)的備用變壓器，當(dāng)某個(gè)廠用工作電源故障退出后，備用電源自動(dòng)投入，恢復(fù)對(duì)該廠用母線段的供電。這種備用方式，備用電源容量應(yīng)等于最大一臺(tái)工作變壓器的容量。大型火電廠廠用負(fù)荷很大，廠用工作變壓器的容量也很大，通常采用明備用方式。3.事故保安電源和交流不間斷供電電源⑴事故保安電源對(duì)200MW及以上的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)廠用工作電源和備用電源都消失時(shí)，為保證事故狀態(tài)下安全停機(jī)，事故消除后又能及時(shí)恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行，應(yīng)設(shè)置事故保安電源。

事故保安電源有以下幾種類(lèi)型：①蓄電池組以及逆變器或逆變機(jī)組；②采用快速自動(dòng)程序啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組；③對(duì)于300MW及以上的發(fā)電機(jī)組還應(yīng)由110kV及以上電網(wǎng)引入獨(dú)立可靠的外部電源，作為事故備用保安電源。

⑵交流不間斷供電電源(UPS)由于快速柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)和切換需要時(shí)間，這短時(shí)的供電中斷對(duì)于某些保安負(fù)荷(如實(shí)時(shí)控制用的計(jì)算機(jī)等)也是不允許的，此時(shí)可由蓄電池經(jīng)靜態(tài)逆變裝置或逆變機(jī)組將直流變?yōu)榻涣?，向不允許中斷供電的交流負(fù)荷供電。由于目前生產(chǎn)的蓄電池組最大容量有限，所以需要柴油發(fā)電機(jī)組或外接電源配合工作。

(2)熱工儀表和自動(dòng)裝置等要求不間斷供電的負(fù)荷，則由直流逆變器(每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一段)供電，其電壓為220V。圖4-2為某電廠200MW發(fā)電機(jī)組的事故保安電源接線示意圖。(1)交流保安電源通常都采用380/220V電壓，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一段事故保安母線，采用單母線接線。每2臺(tái)發(fā)電機(jī)組設(shè)置1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為事故保安電源。三、廠用電接線的基本形式

廠用電接線通常都采用單母線(或稱(chēng)單母線獨(dú)立分段)接線形式，一段母線故障不影響其他母線段。⑴高壓廠用母線火電廠的高壓廠用母線一般都采用“按爐分段”的接線原則。因?yàn)殄仩t的耗電量很大，約占廠用電量的60％以上，按爐分段便于運(yùn)行、檢修，能使故障影響范圍局限在一機(jī)一爐，不致影響正常運(yùn)行的完好機(jī)爐。⑵低壓廠用母線大型火電廠亦按爐分段；水電廠按水輪發(fā)電機(jī)組分段；在中、小型發(fā)電廠和變電所中，則根據(jù)電廠的具體情況，廠用低壓負(fù)荷的大小和重要程度，全廠可分為二段或三段。當(dāng)鍋爐容量為400t/h及以上時(shí)，每爐的高壓廠用母線至少設(shè)兩段(雙套輔機(jī)設(shè)備)，兩段母線可由一臺(tái)高壓廠用變壓器供電。⑶廠用公用母線段全廠公用性負(fù)荷，應(yīng)根據(jù)負(fù)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(duì)于200MW及以上的大型機(jī)組，如廠用公用負(fù)荷較多，容量也較大，當(dāng)采用集中供電方式合理時(shí)，可設(shè)置公用母線段。正常運(yùn)行時(shí)，可由啟動(dòng)/備用變壓器向公用母線段供電。第三節(jié)發(fā)電廠和變電所的廠（所）用電典型接線分析

一、火力發(fā)電廠的廠用電接線1.小容量火電廠的廠用電接線如圖4-4所示。該發(fā)電廠裝設(shè)有二機(jī)二爐。發(fā)電機(jī)電壓為6.3kV，發(fā)電機(jī)電壓母線采用分段單母線接線，通過(guò)主變壓器與110kV系統(tǒng)相聯(lián)系。因機(jī)組容量不大，大功率的廠用電動(dòng)機(jī)數(shù)量很少，所以不設(shè)高壓廠用母線，少量的大功率廠用電動(dòng)機(jī)M，直接接在發(fā)電機(jī)電壓母線上。小功率的廠用電動(dòng)機(jī)及照明負(fù)荷，由380/220V低壓廠用母線供電。380/220V低壓廠用母線按爐分段，每段低壓廠用母線由一臺(tái)廠用工作變壓器供電，引接發(fā)電機(jī)電壓母線上。該電廠廠用電的備用電源采用明備用方式，備用變壓器接在與電力系統(tǒng)有聯(lián)系的發(fā)電機(jī)電壓主母線段上。2.中型熱電廠的廠用電接線圖4-5所示為某中型熱電廠的廠用電接線簡(jiǎn)圖。該電廠裝設(shè)有二機(jī)三爐(母管制供汽)。發(fā)電機(jī)電壓為10.5kV，發(fā)電機(jī)電壓母線采用雙母線分段接線，通過(guò)兩臺(tái)主變壓器與110kV電力系統(tǒng)相聯(lián)系。高壓廠用工作變壓器T11、T12和T13分別接于主母線的兩個(gè)分段上。高壓備用電源采用明備用方式，備用變壓器T10也接在發(fā)電機(jī)電壓主母線上。采用明備用。

廠用低壓電壓采用380/220V。由于機(jī)組容量不大,負(fù)荷較小，廠用低壓母線只設(shè)兩段(每段又使用隔離開(kāi)關(guān)分為兩個(gè)半段)，分別由接于高壓廠用母線Ⅰ段和Ⅲ段上的低壓廠用工作變壓器T21和T22供電。廠用低壓備用電源采用明備用方式，由接于高壓廠用母線Ⅱ段(該段上未接廠用低壓工作變壓器)上的廠用低壓備用變壓器T20供電。3.大型火電廠的廠用電接線⑴高壓廠用電系統(tǒng)的接線方案方案Ⅰ不設(shè)高壓公用負(fù)荷母線段，如圖4-6a所示。將全廠公用負(fù)荷（如輸煤、除灰、化水等）分別接在各機(jī)組A、B段廠用母線上。此方案的優(yōu)點(diǎn)是高壓廠用公用負(fù)荷分接于不同機(jī)組的高壓廠用母線段上，供電可靠性高，投資省；其不足是由于高壓廠用公用負(fù)荷分接于不同機(jī)組的高壓廠用母線段上，機(jī)組的高壓廠用工作母線清掃時(shí)，將影響公用負(fù)荷。方案Ⅱ設(shè)置高壓公用負(fù)荷母線段，如圖4-6b所示。其特點(diǎn)是將全廠公用負(fù)荷分別接在公用廠用母線段Ⅰ、Ⅱ上，公用負(fù)荷集中，無(wú)過(guò)渡問(wèn)題，各單元機(jī)組獨(dú)立性強(qiáng)，便于各機(jī)組廠用母線的清掃。

⑵300MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)接線圖4-7所示為某大型火電廠2×300MW機(jī)組廠用電系統(tǒng)接線。該電廠兩臺(tái)發(fā)電機(jī)均采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線，廠用電從主變壓器低壓側(cè)引接，高壓廠用工作變壓器采用無(wú)載調(diào)壓的低壓分裂繞組變壓器。從與系統(tǒng)有聯(lián)系的220kV母線上引接一臺(tái)有載調(diào)壓的低壓分裂繞組變壓器，作為電廠的啟動(dòng)/備用高壓廠用變壓器。(3)單機(jī)容量為600MW及以上的特大型機(jī)組火電廠的高壓廠用電系統(tǒng)600MW及以上的特大型機(jī)組火電廠之高壓廠用電系統(tǒng)的電壓等級(jí)可選用:6kV一級(jí)(600MW)10kV一級(jí)(1000MW)10kV和3kV二級(jí)10kV和6kV(1000MW)二級(jí)四種方案，高壓廠用工作變和備用變的臺(tái)數(shù)可選擇一臺(tái)(600MW)或兩臺(tái)，電壓等級(jí)和廠用變的臺(tái)數(shù)要根據(jù)具體情況如發(fā)電機(jī)容量、短路電流大小、廠用負(fù)荷大小、電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)校驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)性等論證確定。上圖為某1000MW機(jī)組大型火電廠高壓廠用電系統(tǒng)接線方案示例。發(fā)電機(jī)容量1000MW，機(jī)端電壓27kV，從發(fā)電機(jī)出口引接廠用高壓工作電源，2臺(tái)分裂低壓繞組變壓器，容量68/34-34MVA，電壓27/10/3kV，無(wú)載調(diào)壓變壓器。起動(dòng)/備用變壓器從220kV電壓主母線通過(guò)2臺(tái)有載調(diào)壓分裂低壓繞組變壓器取得，起動(dòng)/備用變壓器容量68/34-34MVA，電壓220/10/3kV，為2臺(tái)發(fā)電機(jī)合用。二、水力發(fā)電廠的廠用電接線圖4-9為一大型水電廠的廠用電系統(tǒng)接線示例。該水電廠有4臺(tái)大容量機(jī)組，均采用發(fā)電機(jī)—雙繞組變壓器組單元接線，其中發(fā)電機(jī)G2和G3的出口處只設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，在發(fā)電機(jī)G1和G4的出口處裝設(shè)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。

1)低壓廠用電系統(tǒng)

采用380/220V電壓等級(jí)，按機(jī)組臺(tái)數(shù)分段，分別由接自發(fā)電機(jī)出口的廠用變壓器T21～T24供電。

2)高壓廠用電系統(tǒng)供給壩區(qū)閘門(mén)及水利樞紐的防洪、灌溉取水、船閘或升船機(jī)等大功率設(shè)施用電，設(shè)有兩段6kV高壓母線段，分別由專(zhuān)用的壩區(qū)變壓器T11和T12供電。壩區(qū)變壓器T11和T12采用暗備用方式，分別由＃1和＃4機(jī)組的主變壓器低壓側(cè)引接。這樣，在發(fā)電廠首次啟動(dòng)或全廠停電時(shí)，仍可由系統(tǒng)通過(guò)主變壓器倒送功率向廠用電系統(tǒng)供給電能。

三、變電所的所用電接線圖4-10為某大型變電所所用電系統(tǒng)接線，380/220V低壓所用電系統(tǒng)采用單母線分段接線，且分為兩段。所用電源從主變壓器低壓側(cè)母線引接，通過(guò)兩臺(tái)所用變壓器T21和T22分別向兩段低壓所用母線供電，兩臺(tái)所用變壓器之間可以實(shí)現(xiàn)暗備用方式互相備用。為了進(jìn)一步提高所用電系統(tǒng)的供電可靠性，還設(shè)有一臺(tái)專(zhuān)用的所用備用變壓器T20（其容量與一臺(tái)工作變壓器的容量相同），由所外35kV系統(tǒng)引接，作為低壓所用工作變壓器的明備用，并設(shè)置備用電源自動(dòng)投入裝置，當(dāng)工作變壓器故障退出運(yùn)行時(shí)，備用變壓器自動(dòng)投入運(yùn)行。

第四節(jié)廠(所)用變壓器的選擇

一、火電廠廠用變壓器的選擇

1.火電廠的主要廠用電負(fù)荷火電廠的廠用電負(fù)荷包括全廠爐、機(jī)、電、燃運(yùn)等用電設(shè)備，面大量廣，且隨各電廠機(jī)組類(lèi)型、容量、燃料種類(lèi)、供水條件等因素影響而有較大的差異。選擇廠用變壓器容量時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的運(yùn)行特性，取不同的權(quán)重，既能滿(mǎn)足負(fù)荷要求又能避免容量選的過(guò)大。2.廠用負(fù)荷計(jì)算⑴換算系數(shù)法換算系數(shù)按下式計(jì)算(也可取表4-4所列的數(shù)值)式中K

m——

同時(shí)系數(shù)；

KL——

負(fù)荷率；η

——

電動(dòng)機(jī)的效率；根據(jù)換算系數(shù)K和電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率P(kW)，便可求得廠用計(jì)算負(fù)荷S(kVA)，即

S

=Σ(

K

P

)

——

電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。用電設(shè)備的計(jì)算功率P應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的運(yùn)行方式及特點(diǎn)確定：對(duì)經(jīng)常、連續(xù)運(yùn)行和不經(jīng)常、連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，功率P

N應(yīng)全部計(jì)入，即

P

=

PN

對(duì)經(jīng)常短時(shí)運(yùn)行和經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其計(jì)算功率為

P

=

0.5

PN

對(duì)不經(jīng)常、短時(shí)及不經(jīng)常、斷續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)可不計(jì)入廠用變壓器容量，即

P

=

0對(duì)中央修配廠的計(jì)算功率，通常按下式計(jì)算P

=

0.14P∑+

0.4P∑5

P∑——全部電動(dòng)機(jī)額定功率總和(kW)；

P∑5——其中最大5臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定功率之和(kW)。

在煤場(chǎng)機(jī)械負(fù)荷中，應(yīng)對(duì)中、小型機(jī)械和大型機(jī)械分別計(jì)算：中、小型機(jī)械

P

=

0.35P∑+

0.6P∑3

卸煤翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)P

=

0.22P∑+

0.5P∑5

輪斗機(jī)系統(tǒng)P

=

0.13P∑+

0.3P∑5

P∑3和P∑5代表其中最大3臺(tái)和最大5臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定功率之和(kW)。

照明負(fù)荷等于照明負(fù)荷安裝容量Pi(kW)與需要系數(shù)Kd(一般取0.8～1.0)的乘積，即

P

=

Kd

P

i

3.廠用變壓器的選擇⑴廠用變壓器的型式和電壓的選擇廠用變壓器的型式應(yīng)滿(mǎn)足廠用電系統(tǒng)供電及設(shè)備選擇的要求。例如，大型機(jī)組一爐兩段，宜采用低壓分裂繞組變壓器，兩個(gè)低壓分裂繞組分別向兩段廠用母線段供電；也可選用兩臺(tái)雙繞組變壓器分別向兩段廠用母線段供電，為了限制廠用變壓器低壓側(cè)的短路電流，能合理選擇廠用系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，一般要求選用阻抗大于10％的高阻抗變壓器。

廠用變壓器的一、二次側(cè)額定電壓應(yīng)分別與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓相一致。

⑵廠用工作變壓器容量選擇變壓器的容量必須滿(mǎn)足廠用機(jī)械從電源獲得足夠的功率。因此，高壓廠用工作變壓器的容量應(yīng)按高壓廠用電計(jì)算負(fù)荷的110％與低壓廠用電計(jì)算負(fù)荷之和進(jìn)行選擇；而低壓廠用工作變壓器的容量應(yīng)留有10％左右的裕度。

廠用高壓工作變壓器容量選擇①當(dāng)廠用變壓器為雙繞組變壓器時(shí)，其容量按下式計(jì)算ST≥1.1SH+

SL

式中SH——廠用電高壓計(jì)算負(fù)荷之和（按S

=Σ(

K

P

)計(jì)算）；

SL——廠用電低壓計(jì)算負(fù)荷之和（按S

=Σ(

K

P

)計(jì)算）。

②當(dāng)廠用變壓器為低壓分裂繞組變壓器時(shí)，高壓繞組應(yīng)滿(mǎn)足

Sts1≥ΣSC-

Sr

低壓分裂繞組應(yīng)滿(mǎn)足Sts2≥SC

式中SC、Sr——

分別為廠用變壓器分裂繞組計(jì)算負(fù)荷和分裂繞組兩分支重復(fù)計(jì)算負(fù)荷。

廠用低壓工作變壓器容量選擇S

=

SL/

Kθ

式中SL——相應(yīng)廠用低壓工作變壓器低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷（kV·A）；

Kθ——變壓器溫度修正系數(shù)。對(duì)安裝于屋外或由屋外進(jìn)風(fēng)的小間內(nèi)的變壓器，一般取Kθ＝1，但宜將小間進(jìn)出風(fēng)溫差控制在10℃以?xún)?nèi)；對(duì)由主廠房進(jìn)風(fēng)的小間內(nèi)的變壓器，當(dāng)溫度變化較大時(shí)，隨地區(qū)而異，應(yīng)適當(dāng)考慮溫度的修正。

⑶廠用備用變壓器容量選擇廠用高壓（低壓）備用變壓器或啟動(dòng)/備用變壓器的容量應(yīng)與最大一臺(tái)廠用高壓（低壓）工作變壓器的容量相同。

第五節(jié)廠用電動(dòng)機(jī)的選擇和自啟動(dòng)校驗(yàn)一、廠用設(shè)備的機(jī)械特性和電力拖動(dòng)方程

1.廠用設(shè)備的機(jī)械特性發(fā)電廠中廠用機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可歸納為兩種類(lèi)型示。⑴恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：即該設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(阻轉(zhuǎn)矩)M*m與轉(zhuǎn)速n*無(wú)關(guān)，M*m＝f(n*)特性為一水平直線，如圖4-10中直線1所示。火電廠中屬于這類(lèi)機(jī)械的有碎煤機(jī)、磨煤機(jī)、絞車(chē)、起重機(jī)等。

⑵非線性轉(zhuǎn)矩負(fù)載：該類(lèi)設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方或高次方成比例，如圖4-11中曲線2所示。非線性負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可用下式表示

M*m0——與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的摩擦起始負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值，一般取0.15；

a——指數(shù)，與機(jī)械設(shè)備型式有關(guān)。M*m=0.15+0.85例如：通風(fēng)型負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成比例，即⑶電力拖動(dòng)方程電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Me(N?m)克服機(jī)械負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩Mm(N?m)后的剩余轉(zhuǎn)矩，便會(huì)使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程為

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械角速度Ω(rad/s)

＝2πn/60。機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J(kg?m2)常采用飛輪慣量GD

2(n?m2)來(lái)表示，即

Me＝Mm時(shí)，dn/dt=0，則n=0或n=常數(shù)，拖動(dòng)系統(tǒng)(電動(dòng)機(jī))處于靜止或穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)(等速旋轉(zhuǎn))；

Me＞Mm時(shí)，dn/dt＞0，拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速狀態(tài)；

Me＜Mm時(shí)，dn/dt＜0，拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。

二、廠用電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及其特點(diǎn)

發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中使用的電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)三類(lèi)。1.異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Me與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，即M*e＝f(n*)，如圖4-12所示。

異步電動(dòng)機(jī)能夠順利啟動(dòng)的條件是：1)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M*e0必須大于被拖動(dòng)機(jī)械在n*＝0時(shí)的起始負(fù)荷阻轉(zhuǎn)矩M*m0；2)在啟動(dòng)過(guò)程中的任一轉(zhuǎn)速下都應(yīng)有M*e＞M*m，使剩余轉(zhuǎn)矩為正。直到電動(dòng)機(jī)的M*e＝

f(n*)與被拖動(dòng)機(jī)械的M*m＝f(n*)相等的穩(wěn)定工作點(diǎn)上，如圖4-11中的1點(diǎn)或2點(diǎn)處，才能穩(wěn)定運(yùn)行。

異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：1)異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，一般采用直接啟動(dòng)方式。該啟動(dòng)方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流也大，會(huì)引起廠用系統(tǒng)電壓下降和電動(dòng)機(jī)本身發(fā)熱，所以需進(jìn)行啟動(dòng)校驗(yàn)。

2)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)分為單鼠籠式（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，啟動(dòng)電流大），深槽式和雙鼠籠式。后兩種具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小等較好的啟動(dòng)性能。

3)線繞式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好，可采用轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速，也可采用在轉(zhuǎn)子電路串接調(diào)節(jié)電阻，借調(diào)節(jié)電阻在一定范圍內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流。2.同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)有一套勵(lì)磁系統(tǒng)，可以工作在“超前”或“滯后”的不同工作狀態(tài)，調(diào)整廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓成正比(異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比)，對(duì)電壓波動(dòng)不太敏感，運(yùn)行穩(wěn)定性好。但是，同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高，且啟動(dòng)、控制較麻煩。所以，在廠用電系統(tǒng)中，只在大功率低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備上有時(shí)采用。3.直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：借助調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流，可在大范圍內(nèi)均勻而平滑的調(diào)速；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；不依賴(lài)廠用交流電源。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維護(hù)量大和工作可靠性較差。所以，直流電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)對(duì)調(diào)速性能和啟動(dòng)性能要求較高的廠用機(jī)械。三、廠用電動(dòng)機(jī)選擇廠用電動(dòng)機(jī)主要根據(jù)功率大小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求和調(diào)速要求進(jìn)行合理選擇。(1)型式選擇廠用電動(dòng)機(jī)一般采用交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)；對(duì)于反復(fù)、重載啟動(dòng)或小范圍內(nèi)調(diào)速的機(jī)械，如吊車(chē)，抓斗機(jī)等可選用線繞式異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)；對(duì)于要求在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或當(dāng)廠用交流電源消失后仍要求工作的設(shè)備采用直流電動(dòng)機(jī)。廠用電動(dòng)機(jī)的防護(hù)型式應(yīng)與周?chē)h(huán)境條件相適應(yīng)：①屋內(nèi)干燥無(wú)塵場(chǎng)所可使用開(kāi)啟式；②空氣清潔而有滴落水滴的場(chǎng)所宜使用防護(hù)式；③塵埃較多、潮濕和水土飛濺的場(chǎng)所應(yīng)使用封閉式；④有爆炸性氣體的場(chǎng)所要使用防爆式。(2)電壓、轉(zhuǎn)速和容量選擇電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)與廠用供電網(wǎng)絡(luò)電壓相一致；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)滿(mǎn)足被拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的要求；電動(dòng)機(jī)的額定容量PN必須滿(mǎn)足在額定電壓和額定轉(zhuǎn)速下滿(mǎn)載工作的機(jī)械設(shè)備的軸功率Ps，并留有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備，即PN＞Ps

五、電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)1.電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)及其意義和要求(1)電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)當(dāng)電源突然消失或廠用電壓降低時(shí)，一些重要機(jī)械的電動(dòng)機(jī)并不立即斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)下降(稱(chēng)為惰行)，甚至停轉(zhuǎn)，若在很短時(shí)間(一般為1s左右)內(nèi)，廠用電壓又恢復(fù)或備用電源自動(dòng)投入，電動(dòng)機(jī)從惰行又自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這一過(guò)程稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)。

(2)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的意義重要廠用機(jī)械的電動(dòng)機(jī)參加自啟動(dòng)，保證了不因廠用母線的暫時(shí)失壓而使發(fā)電機(jī)組被迫停機(jī)。減少了停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠、安全和穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩M*e與其端電壓的平方U*2成正比。最大轉(zhuǎn)矩M*emax約為額定轉(zhuǎn)矩M*e的2倍,即M*emax=2。當(dāng)U*下降至0.7時(shí)，其相應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩變?yōu)?0.7)2×2＜1時(shí)，若電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的機(jī)械為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即M*m＝1，則此時(shí)電動(dòng)機(jī)受到制動(dòng)而減速，進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，最終停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)電壓最低限值，也就是最大轉(zhuǎn)矩M’*emax等于額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩（M*m＝1）的電壓，又稱(chēng)為臨界電壓U*cr，即異步電動(dòng)機(jī)的M*emax與電動(dòng)機(jī)的型式和種類(lèi)有關(guān)，約為1.8～2.4，所以臨界電壓U*cr為0.64～0.75，即電壓下降到額定值的64%～75%時(shí)，電動(dòng)機(jī)就開(kāi)始惰行。

(3)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)廠用母線電壓最低限值2.電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)自啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題：成組的電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流較大，會(huì)引起廠用電母線電壓下降，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。為什么要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)校驗(yàn)：若參加自啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)數(shù)量過(guò)多、總?cè)萘枯^大，則啟動(dòng)電流過(guò)大，將使電壓下降過(guò)多，電動(dòng)機(jī)會(huì)過(guò)熱，將危及廠用電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行以及電動(dòng)機(jī)的安全，使自啟動(dòng)失敗，造成發(fā)電機(jī)停機(jī)。因此必須進(jìn)行電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)校驗(yàn)，以保證廠用電母線電壓在要求的水平。

電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)校驗(yàn)方法:有電壓校驗(yàn)和容量校驗(yàn)兩種。(1)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的廠用母線電壓校驗(yàn)1)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)或成組電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)廠用高壓母線電壓校驗(yàn)。圖4-16所示為一組電動(dòng)機(jī)在廠用高壓母線上進(jìn)行自啟動(dòng)的電路及其等效電路。從等效電路可得如下關(guān)系

根據(jù)串聯(lián)分壓得自啟動(dòng)開(kāi)始瞬間，高壓廠用母線電壓為x*m—

參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的等值電抗標(biāo)幺值；

I*—

參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流總和的標(biāo)幺值。

U*0—

電源母線電壓標(biāo)幺值，電抗器供電時(shí)取1，無(wú)載調(diào)壓變壓器供電時(shí)取1.05，有載調(diào)壓變壓器供電時(shí)取1.1；U*1—

自啟動(dòng)時(shí)高壓廠用母線電壓標(biāo)幺值；x*t—

高壓廠用變壓器或電抗器的電抗標(biāo)幺值:電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)為K與啟動(dòng)瞬間的電抗x*m的關(guān)系：

x*m=1/K。對(duì)于成組電動(dòng)機(jī)，如果所有自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)取一平均的啟動(dòng)電流倍數(shù)Kav，全部電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘繛镾mΣ(kVA)，廠用變壓器的容量為St(kVA)，則全部電動(dòng)機(jī)經(jīng)折算后的等值電抗標(biāo)幺值（以St為基準(zhǔn)）可寫(xiě)為

代入得式中PmΣ——參加自啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)總功率(kW)；

ηcosφ——電動(dòng)機(jī)的效率與功率因數(shù)的乘積，一般取0.8；

2)電動(dòng)機(jī)經(jīng)高壓廠用變壓器和低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動(dòng)廠用母線電壓校驗(yàn)。圖4-17所示為廠用高、低壓變壓器串連，高、低壓電動(dòng)機(jī)同時(shí)自啟動(dòng)的等效電路。假設(shè)廠用高壓母線原已帶有負(fù)荷S

0，自啟動(dòng)過(guò)程中S

0繼續(xù)運(yùn)行。

廠用高壓母線電壓U

*1校驗(yàn)。在圖4-17中，所有電壓、電流和電抗參數(shù)均以高壓廠用變壓器額定電壓、電流和容量為基準(zhǔn)。

其中，U*2為廠用低壓母線電壓的標(biāo)幺值；