第五章 廠用電接線及設(shè)計

第一節(jié)

概

述一、廠用電發(fā)電廠在啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)、停役、檢修過程中，有大量以電動機(jī)拖動的機(jī)械設(shè)備，用以保證機(jī)組的主要設(shè)備（如鍋爐、汽輪機(jī)或水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等）和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理的正常運(yùn)行。這些電動機(jī)以及全廠的運(yùn)行、操作、試驗(yàn)、檢修、照明等用電設(shè)備都屬于廠用負(fù)荷，總的耗電量，統(tǒng)稱為廠用電。第五章

廠用電接線及設(shè)計發(fā)電廠在生產(chǎn)電能的過程中，一方面向系統(tǒng)輸送電能，另一方面發(fā)電廠本身也在消耗電能。

廠用電的電量，大都由發(fā)電廠本身供給，且為重要負(fù)荷。其耗電量的高低與電廠類型、機(jī)械化和自動化程度、燃料種類及其燃燒方式、蒸汽參數(shù)等因素有關(guān)。在一定時間內(nèi)，廠用電耗電量占全部發(fā)電量的百分?jǐn)?shù)，稱為“廠用電率”。

kP=(SC/SN)×100%kP=(SC·cosΦav/PN)×100%其中：SC－廠用計算負(fù)荷SN－發(fā)電機(jī)額定視在功率

cosΦav－平均功率因數(shù)PN－發(fā)電機(jī)額定功率廠用電率是發(fā)電廠主要運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。凝汽式火電廠： 5％～8％

熱電廠： 8％～10％水電廠： 0.5％～1％降低廠用電率可以降低發(fā)電成本，同時也增大了對系統(tǒng)的供電量。二、廠用電負(fù)荷分類(1)Ⅰ類廠用負(fù)荷：不允許停電

通常設(shè)有兩套設(shè)備互為備用，分別接到兩個獨(dú)立電源的母線上，設(shè)有電源自動投入裝置（自動切換）。

Ⅰ類廠用電動機(jī)必須保證自啟動。(2)Ⅱ類廠用負(fù)荷：允許短時停電（幾秒至幾分鐘）

由兩個電源供電，并采用手動切換。(3)Ⅲ類廠用負(fù)荷：允許較長時間停電

一般由一個電源供電。(4)0Ⅰ類負(fù)荷（不停電負(fù)荷）。這類負(fù)荷由一般的電源自動切換系統(tǒng)已無法滿足要求，所以專門采用由不停電電源（UPS）供電。(5)0Ⅱ類負(fù)荷（直流保安負(fù)荷）。發(fā)電廠的繼電保護(hù)和自動裝置、信號設(shè)備、控制設(shè)備以及汽輪機(jī)和給水泵的直流潤滑油泵、發(fā)電機(jī)的直流氫密封油泵等，是由直流系統(tǒng)供電的直流負(fù)荷，稱為直流保安負(fù)荷，或稱為0Ⅱ類負(fù)荷。這類負(fù)荷要求由獨(dú)立的、穩(wěn)定的、可靠的蓄電池組或整流裝置供電。(6)0Ⅲ類負(fù)荷（交流保安負(fù)荷）。在200MW及以上機(jī)組的大容量電廠中，自動化程度較高，要求在停機(jī)過程中及停機(jī)后的一段時間內(nèi)，仍必須保證供電，否則可能引起主要設(shè)備損壞、自動控制失靈或危及人身安全等嚴(yán)重事故的廠用負(fù)荷，稱為交流保安負(fù)荷，或稱為0Ⅲ類負(fù)荷。如盤車電動機(jī)、交流潤滑油泵、交流氫密封油泵、消防水泵等。一、對廠用電接線的要求（1）供電可靠，運(yùn)行靈活。廠用負(fù)荷的供電除了正常情況下有可靠的工作電源外，還應(yīng)保證異?；蚴鹿是闆r下有可靠的備用電源，并可實(shí)現(xiàn)自動切換。另外，由于廠用電系統(tǒng)負(fù)荷種類復(fù)雜、供電回路多，電壓變化頻繁，波動大，運(yùn)行方式的變化多樣，要求無論在正常、事故、檢修以及機(jī)組啟停情況下均能靈活地調(diào)整運(yùn)行方式，可靠、不間斷地實(shí)現(xiàn)廠用負(fù)荷的供電。(2)各機(jī)組的廠用電系統(tǒng)應(yīng)是獨(dú)立的。(3)全廠性公用負(fù)荷應(yīng)分散接入不同機(jī)組的廠用母線或公用負(fù)荷母線。第二節(jié)

廠用電接線的設(shè)計原則和接線形式充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟動等運(yùn)行方式下的供電要求，盡可能地使切換操作簡便，啟動(備用)電源能在短時間內(nèi)投入。(5)供電電源應(yīng)盡量與電力系統(tǒng)保持緊密的聯(lián)系。當(dāng)機(jī)組無法取得正常的工作電源時，應(yīng)盡量從電力系統(tǒng)取得備用電源，這樣可以保證其與電氣主接線形成一個整體，一旦機(jī)組故障時，以便從系統(tǒng)倒送廠用電。(6)充分考慮電廠分期建設(shè)和連續(xù)施工過程中廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，特別要注意對公用負(fù)荷供電的影響，要便于過渡，盡量減少改變接線和更換設(shè)置。①廠用電接線應(yīng)保證對廠用負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)；②接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常、事故、檢修等各種運(yùn)行方式的要求；③廠用電源的對應(yīng)供電性，本機(jī)、爐的廠用負(fù)荷由本機(jī)組供電，這樣，當(dāng)廠用電系統(tǒng)發(fā)生故障時，只影響一臺發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，縮小故障范圍，接線也簡單；④設(shè)計時還應(yīng)適當(dāng)注意其經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展的可能性并積極慎重地采用新技術(shù)、新設(shè)備，使廠用電接線具有可行性和先進(jìn)性；⑤在設(shè)計廠用電系統(tǒng)接線時，還應(yīng)對廠用電的電壓等級、中性點(diǎn)接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進(jìn)行分析和論證。二、廠用電接線的設(shè)計原則廠用電的電壓等級是根據(jù)發(fā)電機(jī)額定電壓、廠用電動機(jī)的電壓和廠用電供電網(wǎng)絡(luò)等因素，相互配合，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后確定的。為了簡化廠用電接線，且使運(yùn)行維護(hù)方便，廠用電電壓等級不宜過多。在發(fā)電廠中，低壓廠用電壓常采用380V，高壓廠用電壓有3kV、6kV、10kV等。在滿足技術(shù)要求的前提下，優(yōu)先采用較低的電壓，以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益；大容量的電動機(jī)采用較低電壓時往往并不經(jīng)濟(jì)。為了正確選擇高壓廠用電的電壓等級，需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。三、廠用電的電壓等級(一）按發(fā)電機(jī)容量、電壓確定高壓廠用電壓等級（1）發(fā)電機(jī)組容量在60MW及以下，發(fā)電機(jī)電壓為10.5kV，可采用3kV作為高壓廠用電壓；發(fā)電機(jī)電壓為6.3kV，可采用6kV作為高壓廠用電壓；（2）當(dāng)容量在100~300MW時，宜選用6kV作為高壓廠用電壓；（3）當(dāng)容量在600MW以上時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可采用6kV一級電壓，也可采用3kV和10kV兩級電壓作為高壓廠用電壓。(二）按廠用電動機(jī)容量、廠用電供電網(wǎng)絡(luò)確定高壓廠用電壓等級發(fā)電廠中拖動各種廠用機(jī)械設(shè)備的電動機(jī)，容量相差懸殊，從數(shù)千瓦到數(shù)千千瓦，而且與電動機(jī)的電壓和容量有關(guān)。在滿足技術(shù)要求的前提下，優(yōu)先采用較低電壓的電動機(jī)，以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益；因?yàn)楦邏弘妱訖C(jī)，制造容量大、絕緣等級高、磁路較長、尺寸較大、價格高、空載和負(fù)載損耗均較大，效率較低。但是，結(jié)合廠用電供電網(wǎng)絡(luò)綜合考慮，電壓等級較高時，可選擇截面較小的電纜或?qū)Ь€，不僅節(jié)省有色金屬，還能降低供電網(wǎng)絡(luò)的投資。火力發(fā)電廠采用3kV、6kV和10kV作為高壓廠用電壓，其特點(diǎn)分述如下：

3kV電壓供電的特點(diǎn)：3kV電動機(jī)效率比6kV電動機(jī)約高1%~15%，價格約低20%；將100kW及以上的電動機(jī)接到3kV電壓母線上，100kW以下的電動機(jī)一般采用380V，可使低壓廠用變壓器容量和臺數(shù)減少；由于減少了380V電動機(jī)數(shù)量，使較大截面的電纜數(shù)量減少，從而減少了有色金屬消耗量。由于減少了380V電動機(jī)數(shù)量，使較大截面的電纜數(shù)量減少，從而減少了有色金屬消耗量。二、第三繞組在星形-星形聯(lián)結(jié)的變壓器中通常裝有三角形第三繞組，它的作用如下：（1）減小3次諧波電壓分量。（2）允許對不平衡的三相負(fù)荷供電。三相不平衡負(fù)荷通?？煞纸鉃橐粋€平衡的三相負(fù)荷與一個單相負(fù)荷或兩個單相負(fù)荷。不對稱的負(fù)荷在三角形帶三繞組內(nèi)形成的平衡電流避免了不正常的電壓降。（3）除主負(fù)荷外，給輔助負(fù)荷供電。第三繞組通常制成6～35kV電壓，用來向附近地區(qū)供電，及供發(fā)電廠的廠用啟動/備用電源或用來連接發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)等。歡迎使用本課件

6kV電壓供電的特點(diǎn)：①6kV電動機(jī)的功率可制造得較大，200kW以上的電動機(jī)采用6kV電壓供電，以滿足大容量負(fù)荷要求；②6kV廠用電系統(tǒng)與3kV廠用電系統(tǒng)相比，不僅節(jié)省有色金屬及費(fèi)用，而且短路電流亦較小；③發(fā)電機(jī)電壓若為6kV時，可以省去高壓廠用變壓器，直接由發(fā)電機(jī)電壓母線經(jīng)電抗器供廠用電，以防止廠用電系統(tǒng)故障直接威脅主系統(tǒng)并限制其短路電流。10kV電壓供電的特點(diǎn)：①10kV電動機(jī)的功率可制造得更大一些，以滿足大容量負(fù)荷，例如2000kW以上大容量電動機(jī)的要求；②1000kW以上的電動機(jī)采用10kV電壓供電，比較經(jīng)濟(jì)合理；③適用于300MW以上大容量發(fā)電機(jī)組，但不能為單一的高壓廠用電壓，因?yàn)樗荒軡M足全廠所有高壓電動機(jī)的要求。(三）廠用電壓等級的應(yīng)用（1）300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的廠用電壓分為兩級，高壓為6kV，低壓為380V。（2）600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的廠用電壓，有如下兩種方案：方案1。采用6kV和380V兩個電壓等級。200kW及以上的電動機(jī)采用6kV電壓供電，200kW以下的電動機(jī)采用380V電壓供電。方案2。采用10kV、3kV和380V三個電壓等級。1800kW以上的電動機(jī)采用10kV電壓供電，200~1800kW的電動機(jī)由3kV電壓供電，200kW以下的電動機(jī)采用380V電壓供電。上述方案1采用一個6kV等級的廠用高壓，而方案2采用10kV和3kV兩個等級的廠用高壓。原則上前者可使廠用電系統(tǒng)簡化，設(shè)備較少，但許多2000kW以上大容量電動機(jī)接在6kV母線上，也會帶來設(shè)備選擇和運(yùn)行方面的問題。

600MW機(jī)組廠用電壓等級采用何種方案，應(yīng)經(jīng)過綜合比較后確定。（3）1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組的高壓廠用電壓等級。目前在建和已建的1000MW機(jī)組中，可歸納出以下4種方案：方案1（6kV一級電壓）；方案2（10kV和6kV二級電壓）；方案3（10kV和3kV二級電壓）；方案4（10kV一級電壓）。高壓廠用電壓等級采用上述4種方案中的哪一種，在設(shè)計時應(yīng)經(jīng)過短路電流計算、電動機(jī)啟動電壓校驗(yàn)、變壓器阻抗選擇以及經(jīng)濟(jì)比較后確定。

在上述4種方案中，低壓廠用電壓等級均采用380V。

（4）水力發(fā)電廠的廠用電壓等級。對水力發(fā)電廠，由于水輪發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備使用的電動機(jī)容量均不大，通常只設(shè)380V一種廠用電壓等級，由動力和照明公用的三相四線制系統(tǒng)供電。大型水力發(fā)電廠中，在壩區(qū)和水利樞紐裝設(shè)有大型機(jī)械，如船閘或升船機(jī)、閘門啟閉裝置等，這些設(shè)備距主廠房較遠(yuǎn)，需在那里設(shè)專用變壓器，采用6kV或10kV供電。

高壓（3kV、6kV、10kV）廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇，與接地電容電流的大小有關(guān)：當(dāng)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(dāng)接地電容電流大于10A時，可采用經(jīng)消弧線圈或消弧線圈并聯(lián)高電阻的接地方式。一般發(fā)電廠的高壓廠用電系統(tǒng)多采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。上述中性點(diǎn)接地方式的特點(diǎn)和適用范圍敘述如下：（1）中性點(diǎn)不接地方式。當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，流過短路點(diǎn)的電流為電容性電流，且三相線電壓基本平衡。若單相接地電容電流小于10A時，允許繼續(xù)運(yùn)行2h，為處理故障爭取了時間；若廠用電系統(tǒng)單相接地電容電流大于10A四、廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式1.高壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式時，接地處的電弧不能自動熄滅，將產(chǎn)生較高的電弧接地過電壓（可達(dá)額定相電壓的3.5~5倍）并易發(fā)展成為多相短路，故接地保護(hù)應(yīng)動作于跳閘，中斷對廠用設(shè)備的供電。這種中性點(diǎn)不接地方式曾廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電機(jī)組的高壓廠用電系統(tǒng)，今后仍會在接地電容電流小于10A的高壓廠用電系統(tǒng)中采用。（2）中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。高壓廠用電系統(tǒng)的中性點(diǎn)經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娮杞拥?，可以抑制單相接地故障時健全相的過電壓倍數(shù)不超過額定相電壓的2.6倍，避免故障擴(kuò)大。常采用二次側(cè)接電阻的配電變壓器接地方式，無需設(shè)置大電阻器就可達(dá)到預(yù)期的目的。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，短路點(diǎn)流過固定的電阻性電流，有利于饋線的零序保護(hù)動作。中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式適用于高壓廠用電系統(tǒng)接地電容電流小于10A，且為了降低間歇性弧光接地過電壓水平和便于尋找接地故障點(diǎn)的情況。

（3）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。在這種接地方式下，廠用電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，中性點(diǎn)的位移電壓產(chǎn)生感性電流流過接地點(diǎn)，補(bǔ)償電容電流，將接地點(diǎn)的綜合電流限制到10A以下，達(dá)到自動熄弧、繼續(xù)供電的目的。為了提高接地保護(hù)的靈敏度和選擇性，通常在消弧線圈二次側(cè)并聯(lián)電阻。當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷變化時，需改變消弧線圈的分接頭以適應(yīng)廠用電系統(tǒng)電容電流的變化，但消弧線圈變比的變化又改變了接地點(diǎn)的電流值。為了保持接地故障電流不變，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)二次側(cè)的電阻，所以二次側(cè)電阻應(yīng)有與消弧線圈分接頭相匹配的調(diào)節(jié)分接頭。這一接地方式運(yùn)行比較復(fù)雜，要增加接地設(shè)備投資，而且接地保護(hù)也比較復(fù)雜，適用于大機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)接地電容電流大于10A的情況。

2.低壓廠用電系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要有中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地和中性點(diǎn)直接接地兩種接地方式。（1）中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。接地電阻值的大小以滿足所選用的接地指示裝置動作為原則，但不應(yīng)超過電動機(jī)帶單相接地運(yùn)行的允許電流值（一般按10A考慮）。在低壓廠用電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時能繼續(xù)運(yùn)行一段時間，可以避免開關(guān)立即跳閘和電動機(jī)停運(yùn)，也防止了由于熔斷器一相熔斷所造成的電動機(jī)兩相運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了低壓廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。但是，采用中性點(diǎn)不接地方式后，使用電壓為220V的設(shè)備必須另設(shè)380/220V的、中性點(diǎn)接地的隔離變壓器，增加了損耗和電壓波動的幾率。

（2）中性點(diǎn)直接接地方式。在低壓廠用電系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，中性點(diǎn)不發(fā)生位移，防止了相電壓出現(xiàn)不對稱和超過250V，保護(hù)裝置立即動作于跳閘。低壓廠用網(wǎng)絡(luò)比較簡單，動力和照明、檢修網(wǎng)絡(luò)可以共用，但照明、檢修回路的故障往往危及動力回路的正常運(yùn)行，降低了廠用電系統(tǒng)的可靠性；同時，100kW以上的低壓電動機(jī)啟動時，會使燈光變暗，高壓熒光燈可能由于電壓降低而熄滅（重燃需歷時6~10min），影響工作。對于采用熔斷器保護(hù)的電動機(jī)，由于一相熔絲熔斷，電動機(jī)會因二相運(yùn)行而燒壞。

發(fā)電廠的廠用電源，必須供電可靠，且能滿足各種工作狀態(tài)的要求，除應(yīng)具有正常的工作電源外，還應(yīng)設(shè)置備用電源、啟動電源和事故保安電源。一般電廠中，都以啟動電源兼作備用電源。發(fā)電廠的廠用工作電源，是保證正常運(yùn)行的基本電源。通常，工作電源應(yīng)不少于兩個。(1)高壓當(dāng)主接線具有發(fā)電機(jī)電壓母線時，則高壓廠用工作電源（廠用變壓器或廠用電抗器）一般直接從母線上引接，如圖5-1（a）所示；五、廠用電源及其引接1.工作電源當(dāng)發(fā)電機(jī)和主變壓器為單元接線時，則廠用工作電源從主變壓器的低壓側(cè)引接，如圖5-1（b）所示。

圖5-1高壓廠用工作電源的引接方式（a）從發(fā)電機(jī)電壓母線上引接；（b）從主變壓器低壓側(cè)引接廠用分支上一般都應(yīng)裝設(shè)高壓斷路器。該斷路器應(yīng)按發(fā)電機(jī)端短路進(jìn)行選擇，其開斷電流可能比發(fā)電機(jī)出口處斷路器的還要大，對大容量機(jī)組可能選不到合適的斷路器，可加裝電抗器或選低壓分裂繞組變壓器，以限制短路電流。如仍選不出時，對125MW及以下機(jī)組，一般可在廠用分支上按額定電流裝設(shè)斷路器、隔離開關(guān)或連接片，此時若發(fā)生故障，應(yīng)立刻停機(jī)；對于200MW及以上的機(jī)組，廠用分支都采用分相封閉母線，故障率較小，可不裝斷路器和隔離開關(guān)，但應(yīng)有可拆連接點(diǎn)，以供檢修和調(diào)試用，這時，在變壓器低壓側(cè)務(wù)必裝設(shè)斷路器。低壓廠用工作電源，由高壓廠用母線通過低壓廠用變壓器引接。若高壓廠用電設(shè)有10kV和3kV兩個電壓等級，則低壓廠用工作電源一般從10kV廠用母線引接。廠用備用電源用于工作電源因事故或檢修而失電時替代工作電源，起后備作用。備用電源應(yīng)具有獨(dú)立性和足夠的供電容量，最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電情況下仍能從系統(tǒng)取得廠用電源。啟動電源一般是指機(jī)組在啟動或停運(yùn)過程中，工作電源不可能供電的工況下為該機(jī)組的廠用負(fù)荷提供電源。因此，啟動電源實(shí)質(zhì)上也是一個備用電源。我國目前對200MW以上大型發(fā)電機(jī)組，為了確保機(jī)組安全和廠用電的可靠才設(shè)置廠用啟動電源，且以啟動電源兼作事故備用電源，統(tǒng)稱啟動/備用電源。2.備用電源和啟動電源啟動/備用電源的引接應(yīng)保證其獨(dú)立性，并且具有足夠的供電容量，以下是最常用的引接方式：（1）從發(fā)電機(jī)電壓母線的不同分段上，通過廠用備用變壓器（或電抗器）引接。（2）從發(fā)電廠聯(lián)絡(luò)變壓器的低壓繞組引接，但應(yīng)保證在機(jī)組全停情況下，能夠獲得足夠的電源容量。（3）從與電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密、供電最可靠的一級電壓母線引接。這樣，有可能因采用變比較大的啟動/備用變壓器，增大高壓配電裝置的投資而致經(jīng)濟(jì)性較差，但可靠性較高。（4）當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時，可由外部電網(wǎng)引接專用線路，經(jīng)過變壓器取得獨(dú)立的備用電源或啟動電源。廠用電源的備用方式有“明備用”或“暗備用”兩種。明備用指在正常運(yùn)行中全廠專設(shè)一臺平時不工作的廠用變壓器作為備用電源，當(dāng)任一臺廠用工作變壓器檢修或故障以及機(jī)、爐起停用時，可將廠用備用變壓器投入，以保持廠用電設(shè)備的正常工作。適合大型火電廠采用，可使工作變壓器容量小（備用變壓器容量與最大一臺工作變壓器容量相同），有利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，投資少。但需裝設(shè)備用電源自動投入裝置。暗備用不設(shè)專用的備用變壓器，而是當(dāng)廠用工作變壓器成對出現(xiàn)時，將每臺工作變壓器的容量加大。正常運(yùn)行時不滿載，互為備用狀態(tài)。不應(yīng)裝設(shè)備用電源自動投入裝置。適合水電廠采用，雖然工作變壓器容量比明備用時大。但是由于水電廠用電率不高，故運(yùn)行損耗不大，該方式但節(jié)省了明備用所需的配電裝置與占地，有利于水電廠地形有限的設(shè)備布置。對200MW及以上的大容量機(jī)組，當(dāng)廠用工作電源和備用電源都消失時，為確保在嚴(yán)重事故狀態(tài)下能安全停機(jī)，事故消除后又能及時恢復(fù)供電，應(yīng)設(shè)置事故保安電源，以保證事故保安負(fù)荷，如潤滑油泵、密封油泵、熱工儀表及自動裝置、盤車裝置、頂軸油泵、事故照明和計算機(jī)等設(shè)施的連續(xù)供電。事故保安電源必須是一種獨(dú)立而又十分可靠的電源，通常采用快速自動程序啟動的柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池組以及逆變器將直流變?yōu)榻涣髯鳛榻涣魇鹿时０搽娫础?00MW及以上機(jī)組還應(yīng)由附近110kV及以上的變電站或發(fā)電廠引入獨(dú)立可靠專用線路，作為事故備用保安電源。3.事故保安電源圖5-2所示為某發(fā)電廠200MW發(fā)電機(jī)組的事故保安電源接線示意圖。圖5-2事故保安電源接線示意圖事故保安電源通常采用380/220V電壓，每臺機(jī)組設(shè)置一段事故保安母線，采用單母線接線。每2臺發(fā)電機(jī)組設(shè)置1臺柴油發(fā)電機(jī)組作為事故保安電源。熱工儀表及自動裝置等要求連續(xù)供電的負(fù)荷，則由直流逆變器所連接的不停電母線（每臺機(jī)組設(shè)置一段）供電，其電壓為220V。對于1000MW發(fā)電機(jī)組，每臺機(jī)組設(shè)置一臺快速啟動的柴油發(fā)電機(jī)組，作為本機(jī)的事故保安電源。每臺機(jī)組設(shè)置二段380V事故保安母線，正常運(yùn)行時分別由低壓工作電源供電，事故時由柴油發(fā)電機(jī)組供電。

發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)接線通常都采用單母線分段接線，并以成套配電裝置接受和分配電能。因火電廠的廠用負(fù)荷大多集中在鍋爐的輔助機(jī)械設(shè)備中，因此一般采用“按爐分段”的接線原則，將廠用高壓母線按鍋爐臺數(shù)分成若干獨(dú)立段。廠用電各級電壓母線均采用按鍋爐分段接線方式，具有下列特點(diǎn)：若某一段母線發(fā)生故障，只影響其對應(yīng)的一臺鍋爐的運(yùn)行，使事故影響范圍局限在一機(jī)一爐；②廠用電系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流較小，有利于電氣設(shè)備的選擇；③將同一機(jī)爐的廠用電負(fù)荷接在同一段母線上，便于運(yùn)行管理和安排檢修。六、廠用電接線形式隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，汽輪機(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)入了高壓廠用負(fù)荷的范疇。加之大容量機(jī)組都實(shí)行機(jī)、爐單元集中控制，所以“按鍋爐分段”的原則，實(shí)際已是“按機(jī)組分段”了。一、火電廠廠用電接線廠用電接線方式合理與否，對機(jī)、爐、電的輔機(jī)以及整個發(fā)電廠的運(yùn)行可靠性有很大影響。廠用電接線應(yīng)保證廠用供電的連續(xù)性，使發(fā)電廠能安全滿發(fā)，并滿足運(yùn)行安全可靠、靈活方便等要求。1.300MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電接線

300MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)常用的有兩種接線方案，如圖5-3所示。圖5-3（a）所示方案1，不設(shè)6kV公用負(fù)荷母線段，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段母線上；第三節(jié)不同類型發(fā)電廠的廠用電接線

圖5-3（b）所示方案2，單獨(dú)設(shè)置二段公用負(fù)荷母線，集中供全廠公用負(fù)荷用電，該公用負(fù)荷母線段正常由啟動備用變壓器供電。圖5-3高壓廠用電系統(tǒng)供電方案（a）圖所示方案1的優(yōu)點(diǎn)是公用負(fù)荷分接于不同機(jī)組變壓器上，供電可靠性高、投資省，但也由于公用負(fù)荷分接于各機(jī)組工作母線上，機(jī)組工作母線清掃時，將影響公用負(fù)荷的備用。另外，由于公用負(fù)荷分接于兩臺機(jī)組的工作母線上，因此，在機(jī)組G1發(fā)電時，必須也安裝好機(jī)組G2的6kV廠用配電裝置，并由啟動/備用變壓器供電。（b)圖所示方案2的優(yōu)點(diǎn)：公用負(fù)荷集中，無過渡問題，各單元機(jī)組獨(dú)立性強(qiáng)，便于各機(jī)組廠用母線清掃。其缺點(diǎn)：由于公用負(fù)荷集中，并因啟動/備用變壓器要用工作變壓器作備用（若無第二臺啟動/備用變壓器作備用時），故工作變壓器也要考慮在啟動/備用變壓器檢修或故障時帶公用負(fù)荷母線段運(yùn)行。因此，啟動/備用變壓器和工作變壓器均較方案1變壓器分支的容量大，配電裝置也增多，投資較大。

300MW汽輪發(fā)電機(jī)組廠用電接線舉例。某廠廠用電接線如圖5-4所示。廠用電壓共分兩級，高壓為6kV，低壓為380/220V，不設(shè)全廠6kV公用廠用母線。圖5-4300MW汽輪發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)接線圖每臺300MW汽輪發(fā)電機(jī)從各單元機(jī)組的變壓器低壓側(cè)接引一臺高壓廠用工作變壓器作為6kV廠用電系統(tǒng)的工作電源。為了限制短路電流，選用分裂繞組變壓器，啟動/備用變壓器引自升高電壓用線，采用明備用。

600MW機(jī)組單元高壓廠用電系統(tǒng)的接線，與采用的電壓等級數(shù)、廠用工作變壓器的型式和臺數(shù)、啟動備用變壓器的型式和臺數(shù)、啟動備用變壓器平時是否帶公用負(fù)荷等因素有關(guān)。

600MW機(jī)組通常都為一機(jī)一爐單元設(shè)置，采用機(jī)、爐、電為一單元的控制方式，因此，廠用電系統(tǒng)也必須按單元設(shè)置，各臺機(jī)組單元（包括機(jī)、爐、電）的廠用電系統(tǒng)必須是獨(dú)立的，而且采用單母線多分段（兩段或四段）接線供電。600MW機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)有下述兩種接線形式。2.600MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電接線方案1。高壓廠用電采用6kV一個電壓等級。如圖5-5所示，高壓廠用電壓采用6kV，設(shè)置一臺高壓廠用三相三繞組（或分裂繞組）工作變壓器T1AB、兩臺三相雙繞組啟動/備用變壓器Tfal、Tfa2，啟動/備用變壓器平時帶公用負(fù)荷。圖5-5

600MW機(jī)組高壓廠用電6KV系統(tǒng)接線高壓廠用電采用6kV電壓等級接線的主要特點(diǎn)是：（1）機(jī)組單元（機(jī)、爐、電）廠用負(fù)荷由兩段高壓廠用母線（1A和1B）分擔(dān)。正常運(yùn)行時由高壓廠用工作變壓器供電，將雙套或更多套設(shè)備均勻地分接在兩段母線上，以提高供電可靠性。高壓廠用工作變壓器不帶公用負(fù)荷，故其容量較小。（2）公用負(fù)荷由兩段廠用公用母線（C1和C2）分擔(dān)。正常運(yùn)行時，兩臺啟動/備用變壓器各帶一段公用母線（亦稱公用段），兩段公用母線分開運(yùn)行。由于啟動/備用變壓器常帶公用負(fù)荷，故又稱其為公用備用變壓器。（3）當(dāng)一臺啟動/備用變壓器停役或由于其他設(shè)備有異常使一臺啟動/備用變壓器不能運(yùn)行時，可由另一臺啟動/備用變壓器帶兩段公用母線。因此，對公用負(fù)荷而言，2臺啟動/備用變壓器是互為備用的電源。

方案2。高壓廠用電采用10kV和3kV兩個電壓等級。如圖5-6所示，每個機(jī)組單元設(shè)置2臺三相三繞組工作變壓器（高壓廠用變壓器）T1A、T1B，分接至四段高壓廠用母線，既帶機(jī)組單元負(fù)荷，又帶公用負(fù)荷。每兩臺機(jī)組設(shè)公用的2臺三繞組變壓器作啟動/備用變壓器T12A、T12B，平時不帶負(fù)荷。

圖5-6600MW機(jī)組高壓廠用電10kV和3kV系統(tǒng)接線高壓廠用電采用10kV和3kV兩個電壓等級接線的特點(diǎn)：工作電源經(jīng)2臺三繞組變壓器，啟動/備用變壓器某廠1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)接線，如圖5-7所示。3.1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓廠用電接線

圖5-71000MW機(jī)組高壓廠用電10kV系統(tǒng)接線由圖可以看出，高壓廠用電壓采用10kV，高壓廠用電系統(tǒng)采用單母線接線，每臺機(jī)組設(shè)置10kV高壓廠用工作母線A、B、C、D四段，分別由兩臺分裂低壓繞組的高壓廠用工作變壓器供電。工作變壓器的高壓側(cè)電源由本機(jī)組發(fā)電機(jī)引出線上引接，其中A、B段10kV母線由第一臺高壓廠用工作變壓器的兩個低壓分裂繞組經(jīng)共箱母線引接；C、D段10kV母線由第二臺高壓廠用工作變壓器的兩個低壓分裂繞組經(jīng)共箱母線引接。互為備用及成對出現(xiàn)的高壓廠用電動機(jī)及低壓廠用變壓器分別由不同的10kV母線段上引接。啟動/備用變壓器10kV側(cè)通過共箱母線連接到每臺機(jī)組的四段10kV工作母線上作為備用電源，A、B段10kV母線由第一臺啟動/備用變壓器的兩個低壓分裂繞組經(jīng)共箱母線引接；C、D段10kV母線由第二臺啟動/備用變壓器的兩個低壓分裂繞組經(jīng)共箱母線引接。廠用高壓變壓器、啟動/備用變壓器低壓中性點(diǎn)采用低電阻接地方式，接地電阻為60Ω。兩臺啟動/備用變壓器分別由220kV升壓站各引接一回電源，確保在一臺啟動/備用電源檢修或其他情況下，可保證有一臺啟動/備用變壓器投入工作。高壓廠用工作變壓器與啟動/備用變壓器裝有備用電源快速切換裝置。這種高壓廠用電系統(tǒng)接線的特點(diǎn)是，高壓廠用母線設(shè)4段，互為備用的負(fù)荷接入兩臺廠用變壓器的兩個低壓分裂繞組上?？膳c啟動/備用變壓器組成一對一的接線方式，任何一臺廠用變壓器停運(yùn)，只要投入相應(yīng)的啟動/備用變壓器即可供電，可靠性極高，調(diào)度也非常靈活。二、水電廠廠用電接線

對水電廠來說，廠用電負(fù)荷屬最重要負(fù)荷之一。水電廠廠用機(jī)械的數(shù)量、容量及重要程度等與機(jī)組容量有關(guān)，并受水頭、流量和水輪機(jī)型式以及運(yùn)行方式等條件影響。一般水電廠最基本的廠用負(fù)荷是水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)油泵、壓縮空氣系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的水泵、全廠輔助機(jī)械系統(tǒng)的電動機(jī)、閘門啟閉設(shè)備、照明及水利樞紐等設(shè)施用電。水電廠的廠用電接線也都采用單母線分段形式。中、小型水電廠通常廠用母線只分為兩段，由兩臺廠用變壓器以暗備用方式給兩段廠用母線供電；大容量水電廠，廠用母線則按機(jī)組臺數(shù)分段，每段由單獨(dú)廠用變壓器供電，并設(shè)置專用備用變壓器。為了供給廠外壩區(qū)閘門及水利樞紐防洪、灌溉取水、船閘或升船機(jī)、筏道、魚梯等設(shè)施用電，可設(shè)專用壩區(qū)變壓器，按其距主廠房遠(yuǎn)近、負(fù)荷大小以及發(fā)電機(jī)電壓等條件，可采用6kV或10kV電壓供電，其余廠用電負(fù)荷均以380/220V供電。圖5-8所示為大型水電廠的廠用電接線。圖5-8大型水電廠廠用電接線該廠裝有4臺發(fā)電機(jī)組，具有6kV大容量電動機(jī)拖動的壩區(qū)機(jī)械設(shè)備，且距廠房較遠(yuǎn)，同時水庫還兼有防洪、航運(yùn)等任務(wù)，因此，廠用電采用6kV及380V兩級電壓。6kV公用系統(tǒng)為單母線分段接線，由高壓廠用變壓器T9和T10供電，備用方式為暗備用方式，每臺機(jī)組的廠用電負(fù)荷采用了380/220V電壓，分別由廠用變壓器T5~T8供電，從各自的發(fā)電機(jī)出口處引接。此外，還在2臺發(fā)電機(jī)組的出口處裝設(shè)了斷路器QF1和QF2，這樣，即使在全廠停運(yùn)時，仍可以從電力系統(tǒng)取得廠用電源，即廠用電由變壓器T1或T4低壓側(cè)取得電源。三、變電站站用電接線變電站的主要站用電負(fù)荷是變壓器冷卻裝置，直流系統(tǒng)中的充放電裝置和晶閘管整流設(shè)備，照明、檢修及供水和消防系統(tǒng)，對500kV變電站，還包括高壓斷路器和隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)電源。盡管這些負(fù)荷的容量并不太大，但由于500kV變電站在電力系統(tǒng)中的樞紐地位，出于運(yùn)行安全的考慮，其站用電系統(tǒng)必須具有高度的可靠性。小型變電站，大多只裝一臺站用變壓器，從變電站低壓母線上引接，站用變壓器二次側(cè)為380/220V中性點(diǎn)直接接地的三相四線制系統(tǒng)。對于中型變電站或裝有調(diào)相機(jī)的變電站，通常都裝設(shè)2臺站用變壓器，分別接在變電站低壓母線的不同分段上，380V站用電母線采用低壓斷路器（即自動空氣開關(guān)）進(jìn)行分段，并以低壓成套配電裝置供電。小型變電站，大多只裝一臺站用變壓器，從變電站低壓母線上引接，站用變壓器二次側(cè)為380/220V中性點(diǎn)直接接地的三相四線制系統(tǒng)。500kV變電站必須裝設(shè)2臺或2臺以上的站用工作變壓器。當(dāng)有可靠的外接電源時，一般設(shè)置1臺與站用工作變壓器容量相同的備用變壓器作為備用電源，并且裝設(shè)備用電源自動投入裝置，以保證工作變壓器因故退出運(yùn)行時，備用變壓器能自動投入運(yùn)行。當(dāng)無可靠的外接電源時，可設(shè)1臺自啟動的柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，其容量應(yīng)至少滿足主變壓器的冷卻裝置負(fù)荷和斷路器及隔離開關(guān)的操動機(jī)構(gòu)電源的需要。

500kV變電站的站用電源引接方式，有下述三種：（1）由變電站內(nèi)主變壓器第三繞組引接，站用變壓器高壓側(cè)要選用較大斷流容量的開關(guān)設(shè)備，否則要加限流電抗器。（2）當(dāng)站內(nèi)有較低電壓母線時，一般由這類電壓母線上引接2個站用電源，這種站用電源引接方式具有經(jīng)濟(jì)性好和可靠性高的特點(diǎn)。（3）500kV變電站的外接站用電源多由附近的發(fā)電廠或變電站的低壓母線引接。圖5-9

500kV變電站的站用電接線示意圖。一、火電廠主要廠用電負(fù)荷為了正確選擇廠用變壓器容量，不但要統(tǒng)計變壓器連接的分段母線上實(shí)際所接電動機(jī)的臺數(shù)和容量，還要考慮它們是經(jīng)常工作的還是備用的，是連續(xù)運(yùn)行的還是斷續(xù)運(yùn)行的。為了計及這些不同的情況，選出既能滿足負(fù)荷要求又不致容量過大的變壓器，所以又提出按使用時間對負(fù)荷運(yùn)行方式進(jìn)行分類：經(jīng)?！刻於家褂玫呢?fù)荷（電動機(jī)）；不經(jīng)?！辉跈z修、事故或機(jī)爐啟停期間使用的負(fù)荷（電動機(jī)）；連續(xù)——每次連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2h以上的負(fù)荷；短時——每次僅運(yùn)轉(zhuǎn)10~120min的負(fù)荷；第四節(jié)廠用變壓器的選擇斷續(xù)——每次使用從帶負(fù)荷到空載或停止，反復(fù)周期性地工作，其每一周期不超過10min的負(fù)荷。上述“經(jīng)?！焙汀安唤?jīng)常”主要用來表征該類設(shè)備電動機(jī)的使用機(jī)會。而“連續(xù)”、“短時”和“斷續(xù)”則用來區(qū)分該類設(shè)備每次使用時間的長短。表5-1列出火電廠主要廠用電負(fù)荷及其類別，供參考。注I表示I類廠用負(fù)荷，II表示II類廠用負(fù)荷，III表示III類廠用負(fù)荷，保安表示保安廠用負(fù)荷。分類名稱負(fù)荷類別運(yùn)行方式備注鍋爐負(fù)荷引風(fēng)機(jī)I送風(fēng)機(jī)I

用于送粉時為I排粉機(jī)I或II經(jīng)常、連續(xù)無煤粉倉時為I磨煤機(jī)I或II

無煤粉倉時為I給煤機(jī)I或II

給粉機(jī)I

汽輪機(jī)負(fù)荷射水泵I用汽動給水泵凝結(jié)水泵I經(jīng)常、連續(xù)就無給水泵項(xiàng)循環(huán)水泵I

給水泵I不經(jīng)常、連續(xù)備用給水泵I

表5-1火電廠主要廠用電負(fù)荷及其類別續(xù)表5-1火電廠主要廠用電負(fù)荷及其類別電氣及公共負(fù)荷充電機(jī)II不經(jīng)常、連續(xù)

浮充電裝置II或保安經(jīng)常、連續(xù)空壓機(jī)II經(jīng)常、短時變壓器冷卻風(fēng)機(jī)II經(jīng)常、連續(xù)通信電源I經(jīng)常、連續(xù)事故保安負(fù)荷盤車電動機(jī)保安不經(jīng)常、連續(xù)

頂軸油泵保安不經(jīng)常、短時交流潤滑油泵保安不經(jīng)常、連續(xù)浮充電裝置保安經(jīng)常、連續(xù)機(jī)爐自控電源保安經(jīng)常、連續(xù)輸煤負(fù)荷輸煤皮帶II經(jīng)常、連續(xù)

碎煤機(jī)II經(jīng)常、連續(xù)篩煤機(jī)II經(jīng)常、連續(xù)續(xù)表5-1火電廠主要廠用電負(fù)荷及其類別出灰負(fù)荷灰漿泵II經(jīng)常、連續(xù)

碎渣機(jī)II經(jīng)常、連續(xù)電氣除塵器II經(jīng)常、連續(xù)廠外水工負(fù)荷中央循環(huán)水泵I經(jīng)常、連續(xù)與工業(yè)水泵合用消防水泵I不經(jīng)常、短時時生活水泵負(fù)荷生活水泵II或III經(jīng)常、短時類別為II冷卻塔通風(fēng)機(jī)II經(jīng)常、連續(xù)

輔助車間負(fù)荷化學(xué)水處理室I或II經(jīng)常（或短時）、連續(xù)大于300MW機(jī)中央修配間III經(jīng)常、連續(xù)組時，化學(xué)水處電氣試驗(yàn)室III不經(jīng)常、短時理室負(fù)荷類別為I起重機(jī)械III不經(jīng)常、斷續(xù)

二、廠用電負(fù)荷的計算

（1）經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷應(yīng)全部計入。如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵、排粉機(jī)、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、真空泵等用的電動機(jī)。（2）連續(xù)而不經(jīng)常運(yùn)行的負(fù)荷亦應(yīng)計入。如充電機(jī)、備用勵磁機(jī)、事故備用油泵、備用電動給水泵等用的電動機(jī)。（3）經(jīng)常而斷續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷亦應(yīng)計入。如疏水泵、空氣壓縮機(jī)等用的電動機(jī)。（4）短時斷續(xù)而又不經(jīng)常運(yùn)行的負(fù)荷一般不予計算。如行車、電焊機(jī)等。但在選擇變壓器時，變壓器容量應(yīng)留有適當(dāng)裕度。（5）由同一臺變壓器供電的互為備用的設(shè)備，只計算同時運(yùn)行的臺數(shù)。（6）對于分裂繞組變壓器，其高壓繞組、低壓繞組的負(fù)荷應(yīng)分別計算。(一）廠用電負(fù)荷的計算原則

（1）換算系數(shù)法。廠用電負(fù)荷的計算方法常采用換算系數(shù)法，按下式計算

（5-1）（5-2）(二）廠用電負(fù)荷的計算方法

S－該廠用分段母線上的計算負(fù)荷(kVA)P－電動機(jī)的計算功率(應(yīng)根據(jù)前面提到的其運(yùn)行方式和特點(diǎn)來確定)K－換算系數(shù)，可取表5-2所列的數(shù)值Km－同時系數(shù)KL－負(fù)荷率(考慮到電機(jī)實(shí)際不滿載)

η－效率cosφ－功率因數(shù)

表5-2換算系數(shù)機(jī)組容量（MW）≤125≥200給水泵及循環(huán)水泵電動機(jī)1.01.0凝結(jié)水泵電動機(jī)0.81.0其他高壓電動機(jī)及低壓廠用變壓器（kV·A）0.80.85其他低壓電動機(jī)0.80.7電動機(jī)的計算功率P，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的運(yùn)行方式及特點(diǎn)確定。1）對經(jīng)常、連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備和連續(xù)而不經(jīng)常運(yùn)行的設(shè)備，即連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)均應(yīng)全部計入，按下式計算（5-3）式中PN，為電動機(jī)額定功率（kW）。2）對經(jīng)常短時及經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)應(yīng)按下式計算（5-4）

3）對不經(jīng)常短時及不經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，一般可不予計算（5-5）這類負(fù)荷如行車、電焊機(jī)等。在選擇變壓器容量時由于留有裕度，同時亦考慮到變壓器具有較大的過載能力，所以該類負(fù)荷可以不予計入。但是，若經(jīng)電抗器供電時，因電抗器一般為空氣自然冷卻，過載能力很小，這些設(shè)備的負(fù)荷均應(yīng)全部計算在內(nèi)。

4）對修配廠的用電負(fù)荷，通常按下式計算（5-6）為全部電動機(jī)額定功率總和（kW）

為其中最大5臺電動機(jī)的額定功率之和（kW）。

5）煤場機(jī)械負(fù)荷中，對大型機(jī)械應(yīng)根據(jù)機(jī)械工作情況具體分析確定。對中、小型機(jī)械，則按下式計算（5-7）(5-8)(5-9)

為其中最大3臺電動機(jī)的額定功率之和（kW）翻斗機(jī)

輪斗機(jī)

6）對照明負(fù)荷計算式為(5-10)

Kd為需要系數(shù)，一般取0.8~1.0；

PA為安裝容量（kW）

（2）軸功率法。廠用電負(fù)荷用軸功率法進(jìn)行計算。軸功率法的算式為(5-11)Km為同時率，新建電廠取0.9，擴(kuò)建電廠取0.95

Pmax為最大運(yùn)行軸功率（kW）；為對應(yīng)于軸功率的電動機(jī)功率因數(shù)；為對應(yīng)于軸功率的電動機(jī)效率；為低壓廠用計算負(fù)荷之和（kV·A）。三、廠用變壓器的選擇

(一）額定電壓

廠用變壓器的額定電壓應(yīng)根據(jù)廠用電系統(tǒng)的電壓等級和電源引接處的電壓確定，變壓器一、二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)電壓相一致。(二）工作變壓器的臺數(shù)和型式

工作變壓器的臺數(shù)和型式與廠用高壓母線的段數(shù)有關(guān)，而母線的段數(shù)又與廠用高壓母線的電壓等級有關(guān)。當(dāng)只有6kV或10kV一種電壓等級時，一般分2段；200MW以上機(jī)組可分4段；當(dāng)10kV與3kV電壓等級同時存在時，則分4段（10kV2段和3kV2段）。當(dāng)只有6kV或10kV一種電壓等級時，高壓廠用工作變壓器可選用1臺全容量的低壓分裂繞組變壓器，兩個分裂支路分別供2段母線；或選用2臺50%容量的雙繞組變壓器，分別供2段母線。當(dāng)只有6kV或10kV一種電壓等級時，一般分2段；對于200MW以上機(jī)組可分4段；對于200MW以上機(jī)組，高壓廠用工作變壓器可選用2臺低壓分裂繞組變壓器，分別供四段母線；當(dāng)出現(xiàn)10kV和3kV兩種電壓等級時，高壓廠用工作變壓器可選用2臺50%容量的三繞組變壓器，分別供四段母線。(三）廠用變壓器的容量

廠用變壓器的容量必須滿足廠用電機(jī)械從電源獲得足夠的功率。因此，對高壓廠用工作變壓器的容量應(yīng)按高壓廠用計算負(fù)荷的110%與低壓廠用計算負(fù)荷之和進(jìn)行選擇；而低壓廠用工作變壓器的容應(yīng)留有10%左右的裕度。（1）高壓廠用工作變壓器容量。當(dāng)為雙繞組變壓器時按下式選擇容量(5-12)SH為高壓廠用計算負(fù)荷之和；SL為低壓廠用計算負(fù)荷之和。當(dāng)選用分裂繞組變壓器時，其各繞組容量應(yīng)滿足高壓繞組(5-13)分裂繞組(5-14)S1N為廠用變壓器高壓繞組額定容量（kV·A）；S2N為廠用變壓器分裂繞組額定容量（kV·A）；SC為廠用變壓器分裂繞組計算負(fù)荷（kV·A）；Sr為分裂繞組兩分支重復(fù)計算負(fù)荷（kV·A）。（2）高壓廠用備用變壓器容量。高壓廠用備用變壓器或啟動變壓器應(yīng)與最大一臺高壓廠用工作變壓器的容量相同；低壓廠用備用變壓器的容量應(yīng)與最大一臺低壓廠用工作變壓器容量相同。（3）低壓廠用工作變壓器容量?？砂聪率竭x擇變壓器容量(5-15)S為低壓廠用工作變壓器容量（kV·A）；為變壓器溫度修正系數(shù)。一般對裝于屋外或由屋外進(jìn)風(fēng)小間內(nèi)的變壓器，可取=1，但宜將小間進(jìn)出風(fēng)溫差控制在10℃以內(nèi)；對由主廠房進(jìn)風(fēng)小間內(nèi)的變壓器，當(dāng)溫度變化較大時，隨地區(qū)而異，應(yīng)當(dāng)考慮溫度進(jìn)行修正。廠用變壓器容量的選擇，除了考慮所接負(fù)荷的因素外，還應(yīng)考慮：①電動機(jī)自啟動時的電壓降；②變壓器低壓側(cè)短路容量；③留有一定的備用裕度。變壓器的阻抗是廠用工作變壓器的一個重要指標(biāo)。廠用工作變壓器的阻抗要求比一般電力變壓器的阻抗大，這時因?yàn)橐拗谱儔浩鞯蛪簜?cè)的短路容量，否則將影響到開關(guān)設(shè)備的選擇，一般要求阻抗應(yīng)大于10%；但是，阻抗過大又將影響廠用電動機(jī)的自啟動。(四）廠用變壓器的阻抗

廠用工作變壓器如果選用分裂繞組變壓器，則能在一定程度上緩解上述矛盾，因?yàn)榉至呀M變壓器在正常工作時具有較小阻抗，而分裂繞組出口短路時則具有較大的阻抗。一、廠用機(jī)械特性和電力拖動運(yùn)動方程發(fā)電廠中廠用機(jī)械設(shè)備的機(jī)械特性（即阻轉(zhuǎn)矩或叫負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mm與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系）可歸納為兩種類型：其一，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性;其二，具有非線性上升的負(fù)載轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性即負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mm與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mm保持不變。比如火電廠中的磨煤機(jī)、碎煤機(jī)、輸煤皮帶、絞車、起重機(jī)等就屬于這類機(jī)械。如圖5-10中曲線1所示。第五節(jié)廠用電動機(jī)的選擇和自啟動校驗(yàn)圖5-10廠用機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

（5-16）

M*m0-負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值(以機(jī)械在額定出力時的額定轉(zhuǎn)矩為基準(zhǔn)值）M*m0-與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的摩擦起始負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值，一般取成0.15

n*-轉(zhuǎn)速的標(biāo)么值(以同步轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)值)

Α-負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)矩變化的系數(shù)，一般等于2即負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mm與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化時，負(fù)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(guān)系。比如火電廠中的風(fēng)機(jī)、油泵就屬于這類機(jī)械。如圖5-10中曲線2所示。非線性負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

由電動機(jī)和廠用機(jī)械設(shè)備組成的電力拖動系統(tǒng)是一個機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)，其中有能量、功率和轉(zhuǎn)矩的傳遞。代表運(yùn)動特征的量是轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩M、角速度以及時間t等。電動機(jī)產(chǎn)生的電磁拖動轉(zhuǎn)矩，用以克服機(jī)械負(fù)荷的阻轉(zhuǎn)距后的剩余轉(zhuǎn)矩，就會使機(jī)械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生加速運(yùn)動，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方程式為(5-17)為電動機(jī)產(chǎn)生的電磁拖動轉(zhuǎn)矩（N·m）；為機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩，或稱阻轉(zhuǎn)矩（N·m）；為慣性轉(zhuǎn)矩，或稱加速轉(zhuǎn)矩（N·m）；J為包括電動機(jī)在內(nèi)的整個機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；為機(jī)組旋轉(zhuǎn)角速度，。機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量J是機(jī)組旋轉(zhuǎn)部分慣性的量度，在電力拖動計算中常采用飛輪慣量，二者關(guān)系式為(5-18)則實(shí)用計算運(yùn)動方程式為(5-19)由上式可分析電動機(jī)的工作狀態(tài)：（1）當(dāng)時，，則n=0或n=常數(shù)，即電動機(jī)靜止或等速旋轉(zhuǎn)，拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；（2）當(dāng)時，，拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài)；（3）當(dāng)時，，拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài)。二、廠用電動機(jī)的類型及其特點(diǎn)異步電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Me與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，即。將異步電動機(jī)的特性曲線與被拖動的機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性曲線繪于一張圖上，如圖5-11所示。1.異步電動機(jī)圖5-11異步電動機(jī)和機(jī)械設(shè)備的機(jī)械特性曲線由圖可見，該拖動系統(tǒng)初始時電動機(jī)轉(zhuǎn)動的啟動轉(zhuǎn)矩必須大于被拖動機(jī)械在時的起始負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，并且在啟動過程中，任一轉(zhuǎn)速下都應(yīng)有使剩余轉(zhuǎn)矩為正，方能順利地把機(jī)械設(shè)備拖動到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。圖5-11中以豎線條示出電動機(jī)對于=定值的設(shè)備剩余轉(zhuǎn)矩。只有當(dāng)電動機(jī)與廠用負(fù)荷相等，即工作在兩條曲線的交點(diǎn)上（2或1）時，拖動系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行。異步電動機(jī)的啟動，一般不需要特殊設(shè)備，而采用直接啟動方式，啟動時的轉(zhuǎn)矩為額定啟動轉(zhuǎn)矩，啟動時間短，但是啟動電流可達(dá)額定電流的4~7倍，這不僅使電源電壓在啟動時發(fā)生顯著下降，而且更會引起電動機(jī)發(fā)熱，特別在機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量較大，剩余轉(zhuǎn)矩較小，啟動緩慢的情況下更為嚴(yán)重。因此，對啟動困難的廠用機(jī)械設(shè)備如引風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、排粉機(jī)等相配套的電動機(jī)，必要時需進(jìn)行啟動校驗(yàn)。在發(fā)電廠中廣泛使用的鼠籠式異步電動機(jī)有三種結(jié)構(gòu)形式，即單鼠籠式、深槽式和雙鼠籠式。后兩種具有啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流較小等較好的啟動性能。繞線式異步電動機(jī)最大特點(diǎn)是可以均勻地?zé)o級調(diào)速，如采用轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入感應(yīng)電動勢的串級調(diào)速；也可以在轉(zhuǎn)子電路串接電阻進(jìn)行調(diào)整，即借助調(diào)節(jié)電阻使其在一定范圍內(nèi)改變轉(zhuǎn)速、啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流。同步電動機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1）采用直流勵磁，可以工作在“超前”或“滯后”的不同運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)工作在“超前”運(yùn)行狀態(tài)時，它可以提高廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)，同時減小廠用電系統(tǒng)的損耗和電壓損失。（2）結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并需附加一套勵磁系統(tǒng)。（3）對電壓波動不十分敏感，因其轉(zhuǎn)矩與電壓成正比，而異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，并且裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置且能強(qiáng)行勵磁，從而在電壓降低時，仍能維持其運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.同步電動機(jī)同步電動機(jī)啟動、控制均較麻煩，啟動轉(zhuǎn)矩不大，在廠用電系統(tǒng)中，只在大功率低轉(zhuǎn)速的機(jī)械上有時采用，例如循環(huán)水泵等設(shè)備。3.直流電動機(jī)直流電動機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1）借助調(diào)節(jié)磁場電流，可在大范圍內(nèi)均勻而平滑地調(diào)速，且調(diào)速電阻器消耗較省。（2）啟動轉(zhuǎn)矩較大。（3）不依賴廠用交流電源。直流電動機(jī)用于對調(diào)速性能和啟動性能要求較高的廠用機(jī)械，如給粉機(jī)。此外，直流電動機(jī)還用于事故保安負(fù)荷中的汽輪機(jī)直流備用潤滑油泵等。但直流電動機(jī)制造工藝復(fù)雜、成本高、維護(hù)量大、工作可靠性也較差。三、廠用電動機(jī)選擇（1）型式選擇廠用電動機(jī)一般都采用交流電動機(jī)。只有要求在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及當(dāng)廠用交流電源消失后仍要求工作的設(shè)備才選擇直流電動機(jī)。只有對反復(fù)、重載啟動或需要小范圍內(nèi)調(diào)速的機(jī)械，如吊車、抓斗機(jī)等才選用線繞式電動機(jī)或同步電動機(jī)。對200MW以上機(jī)組的大容量輔機(jī)，為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性可采用雙速電動機(jī)。廠用電動機(jī)的防護(hù)型式應(yīng)與周圍環(huán)境條件相適應(yīng)，根據(jù)發(fā)電廠廠用設(shè)備安置地點(diǎn)可分別選用開啟式、防護(hù)式、封閉式及防爆式等型式。（2）容量選擇選擇拖動廠用機(jī)械的電動機(jī)時，其電壓應(yīng)與供電網(wǎng)絡(luò)電壓相一致，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)符合被拖動設(shè)備的要求，電動機(jī)容量ＰＮ必須滿足在額定電壓和額定轉(zhuǎn)速下大于滿載工作的機(jī)械設(shè)備軸功率ＰＳ，并留有適當(dāng)?shù)膬?，?/p>

(kW)(5-20)式中，PN為電動機(jī)額定容量（kW）；PS為被拖動機(jī)械設(shè)備軸功率(kW)。四、電動機(jī)的自啟動校驗(yàn)

廠用電系統(tǒng)中運(yùn)行的電動機(jī)，當(dāng)突然斷開電源或廠用電壓降低時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就會下降，甚至?xí)Ｖ惯\(yùn)行，這一轉(zhuǎn)速下降的過程稱為惰行。若電動機(jī)失去電壓以后，不與電源斷開，在很短時間（一般在0.5~1.5s）內(nèi)，廠用電壓又恢復(fù)或通過自動切換裝置將備用電源投入，此時，電動機(jī)惰行尚未結(jié)束，又自動啟動恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，這一過程稱為電動機(jī)的自啟動。若參加自啟動的電動機(jī)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網(wǎng)絡(luò)電壓下降，甚至引起電動機(jī)過熱，將危及電動機(jī)的安全以及廠用電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此必須進(jìn)行電動機(jī)自啟動校驗(yàn)。若經(jīng)校驗(yàn)不能自啟動時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施。根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，自啟動可分為三類：（1）失壓自啟動。運(yùn)行中突然出現(xiàn)事故，廠用電壓降低，當(dāng)事故消除、電壓恢復(fù)時形成的自啟動；（2）空載自啟動。備用電源處于空載狀態(tài)時，自動投入失去電源的工作母線段時形成的自啟動；（3）帶負(fù)荷自啟動。備用電源已帶一部分負(fù)荷，又自動投入失去電源的工作母線段時形成的自啟動。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考慮失壓自啟動、空載自啟動及帶負(fù)荷自啟動等三種方式。

異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Me(如圖5-12所示)與電壓U的平方成正比，即通常，異步電動機(jī)在額定電壓下運(yùn)行時，其最大轉(zhuǎn)矩Memax約為額定轉(zhuǎn)矩MeN的2倍。即隨著電壓下降，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩將急劇下降。當(dāng)電壓下降到70％UN時，它的最大轉(zhuǎn)矩相應(yīng)變?yōu)槿舸藭r電動機(jī)已經(jīng)帶有額定負(fù)載，則此刻的剩余轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)值，電動機(jī)受到制動而開始惰行，并最終可能停止運(yùn)行。(一）電動機(jī)自啟動時廠用母線電壓最低限值

圖5-12異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與電壓、轉(zhuǎn)速的關(guān)系

出現(xiàn)惰行的電壓稱為臨界電壓Ucr，這時電動機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩M*emax恰好等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩M*m。根據(jù)可得于是(5-21)通常，異步電動機(jī)的M*emax=1.8～2.4，所以U*cr=0.64～0.75，即電壓降低到額定電壓的64%～75%，電動機(jī)就開始惰行。為了系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，規(guī)定電動機(jī)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(jī)端電壓最低值為70％。在自啟動時，為了保證廠用Ⅰ類負(fù)荷自啟動并同時考慮到機(jī)械慣性因素，規(guī)定廠用母線電壓在自啟動時，應(yīng)不低于下表5-4中的數(shù)值表5-4電動機(jī)自啟動要求的廠用母線最低電壓名

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65~70①中壓電廠60~65①低壓廠用母線由低壓母線單獨(dú)供電電動機(jī)自啟動60由低壓母線與高壓母線串接供電電動機(jī)自啟動55如圖5-13所示為一組電動機(jī)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(biāo)么值以廠用高壓變壓器的額定容量為基準(zhǔn)值)(二）電動機(jī)自啟動校驗(yàn)圖5-13廠用電動機(jī)自啟動接線及等值電路

1.電壓校驗(yàn)由圖5-13（b）可得電壓關(guān)系。（5-22）由此可得

（5-23）式中，I*為參加自啟動電動機(jī)的啟動電流標(biāo)幺值總和；U*0為電源母線電壓標(biāo)幺值，一般采用經(jīng)電抗器供廠用電時取1，采用無勵磁調(diào)壓變壓器時取1.05，采用有載調(diào)壓變壓器時取1.1；X*m為廠用變壓器或電抗器的電抗標(biāo)幺值；為參加自啟動電動機(jī)的等值電抗標(biāo)幺值。電動機(jī)自啟動開始瞬間，高壓廠用母線上的電壓為（5-24）則自啟動開始瞬間廠用母線上的電壓為