《《發(fā)電廠電氣部分》第五章(G).ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《發(fā)電廠電氣部分》第五章(G).ppt（69頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、5.1 概述 5.2 廠用電接線的設計原則和接線形式 5.3 不同類型發(fā)電廠的廠用電接線 5.4 廠用變壓器的選擇 5.5 廠用電動機的選擇和自啟動校驗 5.6 廠用電源的切換,第五章 廠用電接線及設計,一、廠用電 在電力生產過程中，有大量電動機拖動的機械設備，為發(fā)電廠的主要設備（鍋爐、汽輪機或水輪機、發(fā)電機）和輔助設備保證運行。這些電動機再加上全廠的運行、操作、試驗、修配、照明等用電設備的總耗電量，統(tǒng)稱為廠用電或自用電。,5.1 概述,廠用電大都由發(fā)電廠本身供給而且為重要負荷之一。 廠用電耗電量與發(fā)電廠類型、燃料的種類及其燃燒 方式、蒸汽參數(shù)以及機械化程度有關。,在一定時間內，廠用電耗電量占

2、全部發(fā)電量的百分 數(shù)，稱為“廠用電率”。,kP = (SC / SN)100% kP = (SC cosav / PN)100%,其中： SC 廠用計算負荷 SN 發(fā)電機額定視在功率 cosav 平均功率因數(shù) PN 發(fā)電機額定功率,作者： 版權所有,廠用電率是發(fā)電廠主要運行經濟指標。,凝汽式火電廠：5% 8% 熱電廠：8% 13% 水電廠：0.5% 1%,降低廠用電率可以降低發(fā)電成本，并增加對系統(tǒng)的 供電量。,類廠用負荷：不允許停電通常設有兩套設備互為備用，分別接到兩個獨立電源的母線上，設有電源自動投入裝置（自動切換）。類廠用電動機必須保證自啟動。,類廠用負荷：允許短時停電（幾秒至幾分鐘）由兩

3、個電源供電，并采用手動切換。,類廠用負荷：允許較長時間停電一般由一個電源供電。,二、廠用負荷分類,5.2 廠用電接線的設計原則和接線形式,一、對廠用電接線的的要求 二、廠用電接線的設計原則,三、廠用電的電壓等級,同樣功率的電動機，額定電壓越高，自身尺寸越大，重量越大，功率因數(shù)低，價格貴；但因工作電流小，可減小供電電纜截面，節(jié)約有色金屬，降低電能損耗和運行費用。,因此廠用電電壓等級應根據(jù)發(fā)電機額定電壓、廠用 電動機的電壓和廠用電網絡來確定。,廠用高壓：3kV，6kV，10kV 廠用低壓：0.4kV（380/220V）,3kV電壓供電的優(yōu)點： 3kV電動機效率比6kV電動機效率高，價格較低 3kV

4、電動機的最小容量（75kW）比6kV電動機最小 容量（200kW）小 較大截面的電纜數(shù)量減少，減少有色金屬消耗量,6kV電壓供電的優(yōu)點： 6kV網絡節(jié)省有色金屬及費用，而且短路電流小 6kV電動機的功率可制造的較大，以滿足大容量負 荷的要求 可省去高壓廠用變壓器，直接由發(fā)電機電壓母線經 廠用電抗器供電，并可限制短路電流,10kV電壓供電的優(yōu)點： 1000kW以上的電動機采用10kV電壓供電比較經濟合理。 10kV電動機的功率可制造得更大，以滿足大容量負 荷的要求,設計技術規(guī)程規(guī)定廠用高壓的確定原則如下：,火電廠：發(fā)電機容量在60MW以下，UN=10.5kV時，則廠 高壓用3kV 發(fā)電機容量在1

5、00MW300MW時，廠高壓用6kV 發(fā)電機容量在300MW及以上時，若技術經濟合理，可用3kV、10kV兩個廠高壓 水電廠：0.4kV一個等級 變電所：0.4kV，但是容量一般不超過750kVA,廠用電動機額定電壓確定原則如下：,五、廠用供電電源及其引接,工作電源 是保證正常運行的基本電源。通常不少于兩個。,(1)高壓,A當有發(fā)電機電壓母線時，高壓廠用工作電源由各母線段引接，供接在該段母線上的機組的廠用電負荷。,缺點：發(fā)電機電壓母線發(fā)生短路， 發(fā)電機母線電壓下降，廠用電網絡 電壓降低，影響電動機運行。母線 故障，廠用電源部分或全部失去。,優(yōu)點：供電可靠，運行簡單，調 度方便，投資和運行費用較

6、低，可 以直接啟動大容量電動機。同時， 也可由系統(tǒng)取得廠用電源,B當采用發(fā)電機變壓器單元接線時， 廠用高壓工作電源一般由主變低壓側引接，供本機組廠用負荷。,優(yōu)點：廠用電源電壓波動小，不受負荷變化時主變壓器電壓波動的影響；當升高電壓側斷路器跳閘后，仍可由發(fā)電機供給廠用工作電源；若接在主變低壓側，則可由系統(tǒng)倒送廠用電。,廠用分支回路上一般應裝設高壓斷路 器，該斷路器按發(fā)電機機端短路進行選 擇和校驗。（可以考慮加裝電抗器或用 低壓分裂繞組變壓器）,200MW及以上機組，由于短路電流很 大，可不裝設斷路器，而采用分相封閉母線（包括廠用分支），但應保留可拆連接點。變壓器低壓側需裝設斷路器。,(2)低壓,

7、低壓廠用工作電源采用380/220電壓。 一般由高壓廠用母線上通過低壓廠用變壓器取得。 為了限制短路電流，單臺廠用低壓變壓器容量最大 不得超過750kVA。,2. 備用和啟動電源,備用電源主要指由于事故而失去工作電源時，保證給 廠用電供電的電源，故又稱事故備用電源。,啟動電源是指在廠用工作電源完全消失的情況下，保 證使機組快速啟動，向必需的輔助設備供電的電源，其 實質也是一個備用電源。,125MW及以下的機組的廠用備用電源兼作啟動電源,在200MW及以上大容量機組的發(fā)電廠中，為了機組的安 全和廠用電的可靠，才設置廠用啟動電源，并兼作廠用 備用電源。,備用電源的引接應保證其獨立性，并且有足夠的容

8、量，且最好能與系統(tǒng)有較緊密的聯(lián)系。,有發(fā)電機電壓母線時，從母線段上由備用變壓器或電抗器引接一個備用電源，但不能從該母線段上引接第二個備用電源。,無發(fā)電機電壓母線時，由供電可靠的有兩個電源的最低一級電壓母線引接。優(yōu)點：可靠性高；缺點：投資大。,由聯(lián)絡變壓器低壓繞組引接，但要保證足夠的供電容量。多用作第二個備用電源。此時，備用變壓器須采用有載調壓方式。,當技術經濟合理時，可由外部電網引接專用線路供給。,廠用電源的備用方式有“明備用”或“暗備用” 兩種。,明備用,指在正常運行中全廠專設一臺平時不工作的廠用變壓器作為備用電源，當任一臺廠用工作變壓器檢修或故障以及機、爐起停用時，可將廠用備用變壓器投入，

9、以保持廠用電設備的正常工作。,大型火電廠采用，工作變壓器容量?。▊溆米儔浩魅萘颗c最大一臺工作變壓器容量相同），有利于經濟運行，投資少。但需裝設備用電源自動投入裝置。,暗備用,不設專用的備用變壓器，而是當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。正常運行時不滿載，互為備用狀態(tài)。不應裝設備用電源自動投入裝置。,水電廠采用，工作變壓器容量比明備用時大。,3. 事故保安電源,供給事故保安負荷的電源。,對200MW及以上大容量機組，當廠用電源完全消失時， 為確保在事故狀態(tài)下能安全停機，應設事故保安電源。,必須是獨立而又十分可靠的電源，采用380/220V電壓。,交流保安負荷：快速啟動的柴油發(fā)

10、電機組或外部引入的可靠電源 直流保安負荷：蓄電池組 交流不停電負荷（熱工儀表和自動裝置）：直流逆變器,3. 事故保安電源 圖為某電廠200MW發(fā)電機組的事故保安電源接線示意圖 1.每臺機組設置一段事故保安母線，兩個機組共用一臺柴油發(fā)電機組。 2.熱工儀表及自動裝置由直流逆變器供電（每臺機組設置一段）,六、廠用電接線的基本形式,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。,因火電廠的廠用負荷大多集中在鍋爐的輔助機械設備 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)分成若干獨立段。,低壓廠用母線也采用單母線分段,大型電廠：按機或按爐分段 中小型

11、電廠或變電所：分為兩段或三段 采用低壓成套配電裝置。,按爐分段的好處： 便于管理，檢修； 縮小故障影響范圍。一段母線故障，僅影響一臺鍋爐； 母線分段運行，可限制短路電流水平，從而選用輕型 電器設備。,5.3 不同類型發(fā)電廠的廠用電接線,一、火電廠廠用電接線 火電廠的輔助機械多、容量大、供電網絡復雜，其主要負荷分布在鍋爐、汽機、電氣、輸煤、除灰、化學水處理以及輔助車間和公用電部分，因此廠用電電壓必須由6kV和0.4kV兩級電壓，以單母線分段接線形式合理地分配廠用各級負荷。,作者： 版權所有,一、火電廠廠用電接線,小容量火電廠的廠用電接線 該發(fā)電廠裝有二機二爐，因機組容量不大，不設高壓廠用母線，少

12、量大功率廠用電動機直接接在機端母線上。 380/220V低壓廠用母線按爐分段。,中型熱電廠的廠用電接線 該發(fā)電廠裝有二機三爐（母管制供氣。高壓廠用母線按爐分三段。 380/220V低壓廠用母線按機組分二段。,大型火電廠的廠用電接線 方案1：不設公用負荷母線段，圖53（a),高壓廠用公用負荷分別接于各機組廠用母線A,B段上。 優(yōu)點：供電可靠性高，投資省。 缺點：高壓廠用母線清掃時，影響公用負荷的備用。,方案2：設公用負荷母線段， 圖53（b),公用負荷集中，無過渡問題。各單元機組獨立性強，便于各機組廠用母線清掃。,二、水電廠廠用電接線,水電廠的廠用電相比同容量的火電廠要簡單得多，因 為水力輔助機

13、械比熱力輔助機械不僅數(shù)量少，而且容量 也小。但是，對水電廠來說，廠用負荷仍然是最重要的 負荷之一。,水電廠廠用機械的數(shù)量、容量及重要程度等與機組容 量有關，并受水頭、流量和水輪機型式以及運行方式等 條件影響。,水電廠的廠用電接線也都采用單母線分段形式。,對中小型水電廠，一般采用一級380/220V電壓，母線通常只分為兩段，由兩臺廠用變壓器以暗備用方式向兩段廠用母線供電。,一般水電廠最基本的廠用負荷是水輪機調速系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的油泵、壓縮空氣系統(tǒng)的空氣壓縮機、發(fā)電機冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的水泵、全廠輔助機械水系統(tǒng)的電動機、閘門啟閉設備、照明及水利樞紐等設施用電。,二、水電廠廠用電接線,對大容量水電廠，

14、一般采用6/10kV和380/220V兩級電壓，母線按機組臺數(shù)分段，每段由單獨的廠用變壓器供電，并設置專用備用變壓器。,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、筏道等設施用電，可設專用壩區(qū)變壓器供電。,三、變電所所用電接線,所用電負荷一般都比較小，其可靠性要求不如發(fā)電廠那樣高。,主要所用電負荷是變壓器冷卻裝置（包括風扇、油泵、水泵）、直流系統(tǒng)中的充放電裝置和硅整流設備、空氣壓縮機、油處理設備、檢修工具以及采暖、通風、照明、供水等。 當變電所裝有同步調相機時，還有調相機的空氣冷卻 器和潤滑系統(tǒng)的油泵和水泵等負荷。,大、中型變電所或裝有調相機的變電所，通常裝設兩臺所用變壓器，分

15、別接在最低一級電壓母線的不同分段上。另設一臺備用變壓器。,電壓一般只采用380/220V，動力與照明混合供電方式。小型變電所，大多只裝一臺所用變壓器，由最低一級電壓引接。,為了正確選擇火電廠廠用變壓器容量、首先應對廠用 主要用電設備的容量、數(shù)量及其特點有所了解，并逐項 予以統(tǒng)計、分類、綜合分析。,一、火電廠主要廠用負荷,火電廠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。,5.4 廠用變壓器的選擇,在生產過程中，廠用機械設備的使用情況是不同的。,“經?！保好刻於家褂?“不經?！保褐辉跈z修、事故或機爐啟停期間使

16、用,“連續(xù)”：每次帶負荷運轉120min以上 “短時”：每次帶負荷運轉在10120min之間 “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10min,一般由廠用變壓器引出廠用母線，而用電設備從母線 引接。為了合理正確地選擇廠用變壓器的容量，需對每 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。,二、火電廠廠用負荷的統(tǒng)計,廠用負荷的計算常采用“換算系數(shù)法”。公式如下：,Km同時率(新建電廠取0.9，擴建電廠取0.95) Pmax最大運行軸功率(kW) 對應于軸功率的電動機效率 cos對應于軸功率的電動機功率因數(shù) SL低壓廠用計算負荷之和(kVA),利用“換算系數(shù)法

17、”求出廠用計算負荷后，必要時可以“軸功率法”進行校驗。公式如下：,三、火電廠廠用變壓器或廠用電抗器容量選擇,1. 變壓器原、副邊額定電壓必須與引接電源電壓和廠 用電網絡電壓相一致。 2. 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取?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。,當為雙繞組變壓器時按下式選擇容量，即：,當為低壓分裂繞組變壓器時，各繞組容量應滿足,對于低壓廠用工作變壓器，可按下式選擇變壓器容量,K變壓器溫度修正系數(shù) 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),3. 廠用高壓備

18、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。,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40,4. 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?？砂聪率竭x擇電抗器容量,廠用電抗器的電抗百分值也要適當選擇。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，因為電抗器不能調壓，不能保證廠用電 壓質量

19、，所以通常取電抗值在8以內。,5.5 廠用電動機的選擇和自啟動校驗,發(fā)電廠中廠用機械設備的機械特性（即阻轉矩或叫負 載轉矩Mm與轉速n之間的關系）可歸納為兩種類型：,作者： 版權所有,一、廠用機械特性,1. 恒轉矩負載特性,即負載轉矩Mm與轉速n無關， 當轉速n變化時，負載轉矩 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。,2. 變轉矩負載特性,M*m-負載轉矩標么值(以機械在額定出力時的額定轉 矩為基準值） M*m0-與轉速n無關的摩擦起始負載轉矩標么值，一般 取成0.15 n*-轉速的標么值(以同步轉速為基準值) -負載轉矩隨轉矩變化的系數(shù)，一

20、般等于2,作者： 版權所有,即負載轉矩Mm與轉速n有關， 當轉速n變化時，負載轉矩 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。,主要有三類：異步電動機，同步電動機，直流電動機。,二、廠用電動機的類型和特點,異步電動機的機械特性,異步電動機的啟動條件 1.電動機的啟動轉矩 必須大于被拖動機械的起始負荷阻轉矩 2.在啟動過程中的任一轉速下都應有,什么叫電動機的自啟動？,三、電動機的自啟動校驗,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

21、很短時間 (一般在0.51.5s)內，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。,為什么要進行電動機的自啟動的校驗？,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，應采取相應的措施,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

22、,(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,(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。,1. 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矩Me與電壓U的平方成正比，即,通常，異步電動機在額定電壓下運行時，其最大轉矩 Memax約為額定轉矩MeN的2倍，即,隨著電壓下降，電動機電磁轉矩將急劇下降。當電壓 下降到某一數(shù)值時，如下

23、降到70UN時，它的最大轉矩 相應變?yōu)?若此時電動機已經帶有額定負載，則此刻的剩余轉矩 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Ucr，這時電動機的最大 電磁轉矩M*emax恰好等于負載轉矩M*m。根據(jù),可得,于是,M*emax-電動機在額定電壓(U*=1)下的最大轉矩標么值 U*cr-臨界電壓標么值,通常，異步電動機的M*emax=1.82.4，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

24、。,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,2. 電動機自啟動校驗,(1) 單臺（或成組）電動機自啟動電壓校驗,如圖為一組電動機經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),自啟動開始瞬間廠用母線上的電壓為,自啟動開始瞬間廠用母線上的電壓為,對一臺靜止的電動機，在啟動瞬間的電抗有 的關系。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,電動機總容量,電動機自啟動電流平均倍數(shù),自啟動開始瞬間廠用母線上的

25、電壓為,其中,為自啟動時電動機的 容量標么值,(式5-27),由 (式5-27) 計算出的廠用母線的電壓(標么值)不應低于允許值，才能保證電動機順利啟動。,(2) 高、低壓廠用變壓器串聯(lián)自啟動母線電壓校驗,a. 廠高壓母線電壓為,若為分裂繞組變壓器，則St1換為Sts2(分裂繞組容量),X*t1-廠用高壓變壓器電抗標么值 S*h-廠用高壓母線合成負荷標么值,S0為高壓母線已帶負荷,b. 廠低壓母線電壓為,X*t2-廠用低壓變壓器電抗標么值 S*L-廠用低壓母線合成負荷標么值,(3) 自啟動電動機允許容量計算,由前面計算結果可知，電動機自啟動時廠用母線上的電 壓不僅與變壓器的電抗和容量有關，而且

26、與總啟動電流 倍數(shù)和參加自啟動的電動機容量有關。 因此，若把廠用母線最低允許自啟動電壓當作已知值， 則可由(5-27)式反過來計算出自啟動時，最大允許電動 機總容量為：,(5-35),而,(5-35),所以,(5-36),(5-36),當電動機額定啟動電流倍數(shù)大(Kav) 、變壓器短路電 壓大(x*t)，機端殘壓要求高(U*1)時，允許參加自啟動 的功率就小。 發(fā)電機母線電壓高(U*0) 、廠用變壓器容量大(St) 、 電動機效率和功率因數(shù)高(、cos)時，允許參加自 啟動的功率就大。,因此，當同時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?？刹扇∪缦麓胧?限制同時參加自啟動的電動機數(shù)量。 對于負載轉矩為定值的重要設備電動機，因其只能在 額定電壓下啟動，因此可不參加自啟動?？刹捎玫碗妷?保護和自動重合閘裝置。 對重要的機械設備，應選用具有高啟動轉矩和允許過 載倍數(shù)較大的電動機。 在不得已的情況下，增大廠用變壓器的容量。,1、廠用電系統(tǒng)的運行狀態(tài) 正常切換、事故切換 2、斷路器的動作順序 并聯(lián)切換、斷電切換、同時切換 3、廠用電源切換的速度 快速切換、慢速切換,5.6 廠用電源的切換,