發(fā)電廠電氣部分-課件

第一節(jié)概述第二節(jié)廠用電接線的設(shè)計原則和接線形式第三節(jié)不同類型發(fā)電廠的廠用電接線第四節(jié)廠用變壓器的選擇第五節(jié)廠用電動機的選擇和自啟動第六節(jié)廠用電源的切換第五章廠用電接線及設(shè)計

第一節(jié)概述一、廠用電

廠用電：發(fā)電廠在發(fā)電過程中自身要有許多廠用電設(shè)備運行，對應(yīng)于這些用電設(shè)備所消耗的電功率，稱為廠用電負荷,簡稱廠用電。電動機及全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明、電焊等

廠用電率：廠用電耗電量占發(fā)電廠全部發(fā)電量的百分數(shù)。凝汽式火電廠：5%－8%，熱電廠：8%－13%水電廠：0.5%－1%精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學(xué)方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”二、廠用負荷分類（1）Ⅰ類廠用負荷

不允許短時停電的負荷火電廠：給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、引風機等水電廠：調(diào)速器、壓油泵、潤滑油泵等。通常有兩套設(shè)備互為備用，分別接到有兩個獨立電源的母線上，自動切換（2）Ⅱ類廠用負荷

允許短時停電（幾秒鐘至幾分鐘）的負荷

火電廠：工業(yè)水泵、疏水泵、灰漿泵、輸煤設(shè)備等水電廠：大部分廠用電機

由兩段母線供電，并采用手動切換（3）Ⅲ類廠用負荷

較長時間停電，不會直接影響生產(chǎn)的負荷通常由一個電源供電，大型發(fā)電廠也采用兩路電源供電（4）事故保安負荷

要求在事故停機過程中及后的一段時間內(nèi)，仍必須供電的負荷。①直流保安負荷發(fā)電機直流潤滑油泵、事故氫密封油泵。②交流保安負荷如盤車電動機、交流潤滑油泵等。由蓄電池組、柴油發(fā)電機組或可靠的外部獨立電源作為事故保安電源（5）不間斷供電負荷

在機組運行期間，以及正?；蚴鹿释C過程中，甚至在停機后的一段時間內(nèi)，需要連續(xù)供電并具有恒頻恒壓特性的負荷。如實時控制用的計算機、熱工保護、自動控制和調(diào)節(jié)裝置等采用蓄電池組供電的電動發(fā)電機或靜態(tài)逆變裝置供電第二節(jié)廠用接線的設(shè)計原則和接線形式（1）各機組的廠用系統(tǒng)應(yīng)是獨立的。（2）全廠性公用負荷應(yīng)分散接入不同機組的廠用母線或公用負荷母線（3）充分考慮發(fā)電廠正常、事故、檢修、啟動等運行方式下的供電要求，盡可能使切換操作簡便，啟動（備用）電源能在短時內(nèi)投入（4）便于分期擴建和連續(xù)施工（5）對200MW及以上機組應(yīng)設(shè)置足夠容量的交流事故保安電源。一、對廠用電接線的要求二、廠用電接線的設(shè)計原則可靠靈活對應(yīng)供電經(jīng)濟性和可發(fā)展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1.火電廠

三、廠用電的電壓等級低壓廠用電壓：380V高壓廠用電壓：3、6、10kV（1）容量為60MW及以下機組，發(fā)電機電壓為10.5kV時，可采用3kV作為廠用高壓電壓（2）容量為100~300MW的機組，宜采用6kV作為廠用高壓電壓（3）600MW的機組，可采用6kV作為廠用高壓電壓，也可采用3kV和10kV兩級電壓

2.水電廠由于電動機容量不大，通常只設(shè)380V一種廠用電壓等級。大型水力發(fā)電廠中，在壩區(qū)和水利樞紐裝設(shè)有大型機械，如閘門啟閉裝置、船閘或升船機用電動機，另設(shè)壩區(qū)變壓器，以6KV或10KV供電四、廠用電系統(tǒng)中性點接地方式高壓廠用電系統(tǒng)中性點接地方式（1）中性點不接地方式高壓廠用電系統(tǒng)接地電容電流小于10A（2）中性點經(jīng)高電阻接地方式高壓廠用電系統(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（3）中性點經(jīng)消弧線圈接地方式大機組高壓廠用電系統(tǒng)接地電容電流大于10A的情況2.低壓廠用電系統(tǒng)的中性點接地方式（1）中性點經(jīng)高電阻接地方式600MW機組單元廠用電380V系統(tǒng)（2）中性點直接接地方式火力發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)，特別是原有低壓廠用電系統(tǒng)采用中性點直接接地的擴建電廠和主廠房外供給Ⅱ、Ⅲ類負荷的輔助車間，宜采用中性點直接接地方式五、廠用供電電源及其引接工作電源及其引接（1）高壓工作電源1）具有發(fā)電機電壓母線時，高壓廠用工作電源一般直接從母線上引接為滿足廠用電系統(tǒng)正常、事故、檢修、啟動的要求，設(shè)置工作電源、備用電源，單機容量200MW以上，還應(yīng)設(shè)置啟動電源和事故保安電源。2）發(fā)電機和變壓器為單元接線或擴大單元接線時，從主變壓器的低壓側(cè)引接（2）低壓工作電源低壓廠用工作電源由高壓廠用母線通過低壓斷路器引接，若高壓廠用工作電源有10kV和3kV兩個電壓等級，則380V工作電源一般從10kV廠用母線引接2.備用電源和啟動電源

備用電源：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。

啟動電源：機組在啟動或停運過程中，工作電源不可能供電的工況下為該機組的廠用負荷提供的電源。實質(zhì)上也是一個備用電源。200MW以上大型發(fā)電機組設(shè)置廠用啟動電源，且以啟動電源兼作備用電源，稱啟動（備用）電源。

備用電源的要求：備用電源的引接應(yīng)保證其獨立性，并且具有足夠的容量。備用電源的引接方式（1）從發(fā)電機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（3）從與電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密、供電可靠的最低一級電壓母線引接（4）由外部電網(wǎng)引接專有線路，經(jīng)過變壓器獲得獨立的備用電源或啟動電源備用方式：明備用：大型發(fā)電廠暗備用：中小型水電廠和降壓變電站備用廠用變壓器臺數(shù)配置原則：一般電廠：高壓變6臺及以下，備一臺；6臺以上，備2臺。低壓變8臺及以下，備一臺；8臺以上，備2臺。機、爐、電單元控制：高壓變5臺及以下，備一臺；5臺以上，備2臺。低壓變8臺及以下，備1臺；8臺以上，備2臺。大于等于200MW機組電廠：高壓變2臺，備1臺，3臺及以上，備2臺。低壓變每2臺備1臺。3.事故保安電源300MW及以上機組，應(yīng)設(shè)置事故保安電源以保證事故保安負荷的連續(xù)運行。

事故保安電源是一種獨立而又十分可靠的電源（1）快速自動程序啟動的柴油發(fā)電機組（2）蓄電池組（3）逆變器或逆變機組（4）由110kV及以上電網(wǎng)引入獨立可靠的專用線路（300MW及以上機組）六、廠用接線的基本形式（1）高、低壓廠用母線通常都采用單母線分段的接線形式，并多以成套配電裝置接受和分配電能（2）火電廠的高壓廠用母線一般都采用“按爐分段”，將廠用電母線按鍋爐的臺數(shù)分成若干獨立段。當鍋爐的容量較大時，一臺鍋爐可設(shè)兩段母線。（3）公用負荷分別接到各段母線上，并盡可能均勻分配，當公用負荷較大時，可設(shè)公用母線段。（4）低壓400V廠用母線，在大型火電廠及水電廠中一般亦按爐分段或按水輪機分段；在中、小型電廠中，全廠只分為兩段或三段。第三節(jié)不同類型發(fā)電廠的廠用電接線一、火電廠廠用電接線

二、水電廠廠用電接線三、變電所所用電接線1.300MW汽輪發(fā)電機組高壓廠用電接線一、火電廠廠用電接線2.600MW汽輪發(fā)電機組高壓廠用電接線（1）工作電源從發(fā)電機電壓主母線引接（T11、T12、T13）分別接于主母線兩個段上。（2）6KV廠用高壓母線按鍋爐臺數(shù)（3臺）分為三段。（3）廠用低壓母線為380/220V，分為兩段。（4）備用電源為明備用方式（T10）,主母線故障時，T10經(jīng)備用母線通過T2供電。（5）T20為低壓廠用電備用電源。（6）廠用電動機供電方式采用個別供電（M1、M2）和成組供電（M3）兩種。（7）該種電廠由于容量不大，未設(shè)啟動電源和事故保安電源。（1）G—T為單元接線，且為分相封閉母線連接。（2）工作電源從G的出口引接，經(jīng)T1分裂變壓器供6KV的A段和B段。（3）備用電源從110KV經(jīng)T0降至6KV分別接至1、2段廠用母線，并全廠公用。備用6KV1、2段互為備用。（4）低壓廠用負荷為6段，（T11、T12、T13、T14、T15、T16）6臺變壓器低壓側(cè)分別接到6段母線上，構(gòu)成低壓系統(tǒng)，以成組供電方式分別向輔助機械等供電。（5）具有事故保安電源（備用柴油發(fā)電機）。（6）A段或B段可分別提供全廠供電，A、B段故障時，備用電源提供全廠用電，工作電源、備用電源全消失時，由柴油發(fā)電機組提供事故保安電源。二、水電廠廠用電接線水電廠廠用電的接線形式采用單母分段形式中、小型水電廠：母線通常只分兩段，由兩臺廠用變以暗備用方式向兩段廠用母線供電。大容量水電廠：廠用母線按機組臺數(shù)分段，每段由單獨廠用變供電。廠外壩區(qū)供電，設(shè)專用壩區(qū)變壓器，可采用6KV或10KV電壓供電。（1）發(fā)電機與變壓器采用單元接線。（2）廠用電采用6KV和0.4KV兩級電壓。6KV高電壓工作電源分成三段，分別由T11、T12、T13提供，直接供壩區(qū)樞紐負荷。低壓公用負荷電源可由低壓公共廠用變提供，也可由機組自用動力盤供電。（3）機組自用負荷分別由單獨的低壓變饋電。（4）T11、T12、T13按暗備用方式選用，正常運行時的容量小于選用的容量。（5）當全廠因故不發(fā)電時，廠內(nèi)仍可通過T1從電網(wǎng)系統(tǒng)取得電源。三、變電站站用電接線

1.站用負荷變壓器的冷卻裝置，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)，2.小型變電站，大多只裝1臺站用變壓器，從變電站的低壓母線上引接。3.中型變電站或裝有調(diào)相機的變電站，通常都裝設(shè)2臺站用變，分別接在變電站低壓母線的不同分段上，380V站用母線采用低壓斷路器進行分段，并以低壓成套配電裝置供電

4.500kV變電站廠用電設(shè)有2臺或2臺以上的站用變壓器，并應(yīng)裝設(shè)一臺從站外可靠電源引接的專用備用變壓器。備用變壓器一般均裝設(shè)備用電源自動投入裝置站用電的引接可以從站內(nèi)主變壓器的第三繞組引接，也可以從站內(nèi)較低電壓母線上引接，外接站用電源多是從附近的發(fā)電廠或變電站的低母線引接第四節(jié)廠用變壓器的選擇一、火電廠主要廠用負荷二、廠用負荷的計算三、廠用變壓器容量選擇一、火電廠主要廠用負荷及其分類1、按使用頻率分類（1）“經(jīng)?！笔褂蒙a(chǎn)過程中，每天都使用的設(shè)備。（2）“不經(jīng)?！笔褂弥辉跈z修、事故或機、爐啟停期間使用的設(shè)備2、按每次使用時間的長短分類（1）“連續(xù)”運行——每次帶負荷運行2小時以上（2）“短時”運行——每次帶負荷運行10~120分鐘（3）“斷續(xù)”運行——反復(fù)周期性地運轉(zhuǎn)，每一周期不超過10分鐘二、廠用負荷的計算１.計算原則（１）經(jīng)常而連續(xù)運行的設(shè)備應(yīng)予以計算（２）機組運行時，不經(jīng)常而連續(xù)運行的設(shè)備也應(yīng)予以計算（３）經(jīng)常而短時及經(jīng)常而斷續(xù)運行的設(shè)備應(yīng)適當計算，不經(jīng)常而短時及不經(jīng)常而斷續(xù)運行的設(shè)備不應(yīng)予以計算（４）由同一廠用電源供電的互為備用的設(shè)備只計算運行部分，對于分裂繞組變壓器，應(yīng)分別計算其高低壓側(cè)負荷。（５）由不同廠用電源供電的互為備用的設(shè)備，應(yīng)全部計算（６）對于分裂電抗器，應(yīng)分別計算每臂中通過的負荷２.計算方法換算系數(shù)法：S—廠用母線分段上的計算負荷（kVA）P—電動機的計算功率（kW）K

—換算系數(shù)，取0.8~1.0Km－同時系數(shù)KL－負荷率η－效率cosφ－功率因數(shù)機組容量（MW）≤125≥200給水泵及循環(huán)水泵電動機1.01.0凝結(jié)水泵電動機0.81.0其他高壓電動機及廠用低壓變壓器0.80.85其他低壓電動機0.80.7換算系數(shù)電動機的計算功率（4）對中央修配廠的用電負荷

P=0.14PΣ+0.4PΣ5PΣ：全部電動機額定功率之和，kWPΣ5:其中最大5臺電動機的額定功率之和，kW（1）經(jīng)常、連續(xù)運行和邊續(xù)面不經(jīng)常運行的電動機均應(yīng)計算在內(nèi)

P=PN（2）經(jīng)常短時和經(jīng)常斷續(xù)運行的電動機應(yīng)按下式計算

P=0.5PN（3）對不經(jīng)常短時及不經(jīng)常斷續(xù)運行的設(shè)備，一般可不予計算

P=0（6）照明負荷

P=KdPi式中Kd－需要系數(shù)，一般取0.8-1.0

Pi－安裝容量，kW（5）煤廠機械負荷大型機械應(yīng)根據(jù)機械工作情況具體分析，對中小型機械則按下式計算：

P=0.35PΣ+0.6PΣ3翻斗機：P=0.22PΣ+0.5PΣ5輪斗機：P=0.13PΣ+0.3PΣ3三、廠用變壓器的選擇1）雙繞組變壓器

ST≥1.1SH+SL

式中SH－高壓廠計算負荷之和，kVASL－低壓廠計算負荷之和，kVA

1.額定電壓變壓器一、二次額定電壓必須與引接電源電壓和廠用網(wǎng)絡(luò)的電壓相一致3.廠用變壓器的額定容量（1）廠用高壓工作變壓器的容量按廠用高壓計算負荷的110%與廠用電低壓計算負荷之和進行選擇2.廠用變壓器的臺數(shù)和形式2）分裂繞組變壓器分裂繞組Sts2≥SC=1.1SH+SL高壓繞組Sts1≥ΣSC–SrSts1－廠用變壓器高壓繞組容量，kVASts2－廠用變壓器分裂繞組容量，kVASC－廠用變壓器分裂繞組的計算負荷，kVASr－分裂繞組兩分支重復(fù)計算負荷，kVA還應(yīng)考慮：①電動機啟動時的電壓降；②變壓器低壓側(cè)短路容量；③留有一定的備用裕度（3）廠用低壓變壓器容量

KθS≥SL

S－廠用低壓變壓器容量，kVA

Kθ－變壓器溫度修正系數(shù)（4）廠用備用變壓器容量廠用高壓備用變壓器或啟動變壓器應(yīng)與最大一臺廠用高壓工作變壓器容量相同；廠用低壓備用變壓器的容量應(yīng)與最大一臺廠用低壓工作變壓器的容量相同4.廠用變壓器的阻抗要求比一般動力變壓器的阻抗大，一般要求阻抗大于10%5.廠用電抗器的容量滿足最大運行負荷的需要，并留有適當?shù)脑６纫苑肋^載第五節(jié)廠用電動機的選擇和自啟動校驗一、廠用機械特性和電力拖動運動方程1、廠用機械設(shè)備的機械特性和電力拖動方程（2）非線性負載轉(zhuǎn)矩特性

M*m=M*m0+(1-M*m0)n*2如風機、油泵等。（1）恒轉(zhuǎn)矩負載特性

Mm=f(n)為一直線如磨煤機、碎煤機、起重機等。2、電力拖動運動方程3、電動機工作狀態(tài)（1）當Me=Mm時，dn/dt=0，拖動系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)（2）當Me>Mm時，dn/dt>0，拖動系統(tǒng)處于加速狀態(tài)（3）當Me<Mm時，dn/dt<0，拖動系統(tǒng)處于減速狀態(tài)機組的轉(zhuǎn)動慣量J用飛輪慣量表示：角速度rad/s則

二、廠用電動機的類型及其特點1.異步電動機：鼠籠式：優(yōu)點：啟動簡單，可靠性高缺點：啟動電流大，啟動轉(zhuǎn)矩小，難于調(diào)速繞線式：優(yōu)點：可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流，啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大缺點：啟動操作麻煩，維護復(fù)雜，價格較貴。3、異步電動機和機械設(shè)備的機械特性曲線機械特性：M*e=f(n*)1）必須有M*e0>M*m0，方能啟動2）啟動過程中，任一轉(zhuǎn)速下都應(yīng)有:M*e>M*m，才能進入穩(wěn)定狀態(tài)3）當M*e＝M*m（兩曲線的交點1或2處）時，拖運系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行2.同步電動機直流勵磁，可以提高廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)；對電壓波動不十分敏感；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需附加一套勵磁系統(tǒng)，啟動控制均較麻煩。只在大功率低轉(zhuǎn)速的機械上有時采用，如循環(huán)水泵等。3.直流電動機均勻平滑調(diào)速；啟動轉(zhuǎn)矩大，不依賴廠用交流電源；制造工藝復(fù)雜，啟動復(fù)雜，維護量大。用來拖動要求均勻調(diào)速，且調(diào)速范圍很大的給粉機，也用來拖動汽輪機的備用油泵。三、電動機的選擇1.型式的選擇

根據(jù)調(diào)速要求、被拖動機械的特性、啟動條件等選擇電動機的類型根據(jù)環(huán)境條件選擇電動機外殼的防護形式：防護式、封閉式、防爆式2.額定電壓的選擇：與廠用系統(tǒng)的額定供電電壓一致4.容量的選擇：滿足被拖動機械在最高出力下的需要3.額定轉(zhuǎn)速的選擇：與被拖動機械的正常轉(zhuǎn)速相配合四、電動機的自啟動校驗

惰行：自啟動：斷電或電壓下降時，電動機的轉(zhuǎn)速下降的過程電動機惰行尚未結(jié)束，又自啟動恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的過程自啟動的分類：（1）失壓自啟動：電壓降低而又恢復(fù)時形成的自啟動（2）空載自啟動：工作母線段失去工作電源，備用電源在空載狀態(tài)自動投入工作段形成的自啟動（3）帶負荷自啟動：備用電源已帶一部分負荷，又自動投入到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只考慮失壓自啟動，備用電源或啟動電源則需考慮失壓自啟動、空載自啟動和帶負荷自啟動校驗內(nèi)容（1）已知參加自啟動的電動機的容量，計算自啟動時廠用母線段上的電壓是否能大于最低限值；或是把廠用母線電壓的最低限值當作已知條件，計算允許參加自啟動的電動機的容量。（2）電動機自啟動過程中，定、轉(zhuǎn)子繞組溫升是否超過允許值電動機自啟動時廠用母線電壓的最低限值臨界電壓：出現(xiàn)惰行時的電壓規(guī)定電動機正常啟動時：母線電壓的最低允許值為0.8UN電動機電壓的最低允許值為0.7UN。電動機自啟動時廠用母線電壓的最低限值：廠用高壓母線：60%-70%廠用低壓母線：55%-60%電動機自啟動校驗基準電壓：廠用母線的額定電壓基準容量：廠用變壓器低壓繞組的額定容量前提：忽略外電路所有元件的電阻及電動機的等值電阻（1）單臺電動機自啟動或成組電動機自啟動校驗U*0－采用電抗器供廠用電時取1，采用無激磁調(diào)壓變壓器時取1.05，采用有載調(diào)壓變壓器時取1.1對于一臺靜止的電動機，在啟動瞬間的電抗有以電動機額定電抗為基準：以變壓器額定電抗為基準：計算出的廠用母線電壓值不應(yīng)低于自啟動要求的廠用母線最低電壓值Kav：電動機的自啟動電流平均倍數(shù)St：變壓器容量，kVASmΣ：全部電動機的總?cè)萘浚琸VA例：

某高溫高壓電廠的6kV高壓廠用備用變壓器為雙繞組有載調(diào)壓變壓器，容量St=12500kVA，Uk%=8，要求同時自啟動的電動機容量為P1=11400kW，Kav=5，cosφ=0.8，η=0.9，校驗?zāi)芊駶M足自啟動。解：(2).電動機經(jīng)廠用高、低壓變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗1）高壓母線電壓校驗S0不參加自啟動，故K0=1S2比S1和S0小很多時，可忽略；如不可忽略，可假設(shè)K2=K1，U*2=U*1S*h－高壓廠用母線的合成負荷標幺值St1－高壓變壓器高壓側(cè)容量St2－高壓變壓器低壓側(cè)容量2）低壓廠用母線電壓校驗S*L－低壓廠用母線的合成負荷標幺值x*t2－低壓廠用變壓器電抗標幺值3)自啟動電動機允許容量的確定結(jié)論：電動機啟動電流倍數(shù)K大，變壓器的Uk%大，U*1機端殘壓大，則允許自啟動的功率就小當發(fā)電機的U*0高，廠用變的容量大，電動機的效率和功率因數(shù)高，允許參加自啟動的功率就大

當自啟動容量超過允許值時，為保證重要廠用機械電動機能自啟動，通常采取以下措施：（1）限制參加自啟動電動機的數(shù)量。（2）負載轉(zhuǎn)矩為定值的重要設(shè)備電動機，不參加自啟動，采用低壓保護和自動重合閘。（3）對重要的機械設(shè)備，應(yīng)選用高啟動轉(zhuǎn)矩和允許過載倍數(shù)較大的電動機（4）在不得已的情況下，增大廠用變壓器的容量。例5-2：某廠廠用電系統(tǒng)為6kV和380V兩級電壓。高壓廠用備用變壓器為分裂繞組變壓器，其高壓繞組的額定容量為50000kV?A，低壓繞組額定容量為25000kV?A，以高壓繞組為基準的半穿越電抗為19%，高壓廠用母線U*0=1.1，廠用低壓變壓器額定容量為1000kV?A，阻抗電壓為10%；高壓廠用備用變壓器已帶負荷6200kW，參加自啟動的電動機的總?cè)萘繛?3363kW，低壓母線上參加自啟動的電動機容量為500kW。試計算高壓廠用備用變壓器自投高、低壓母線串接啟動時，能否實現(xiàn)自啟動。解：1）高壓廠用母線電壓校驗：高壓廠用母線的合成負荷標幺值為