第五章-厂用电接线及设计.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章,厂用电接线 及设计,发电厂电气部分,主要教学内容,厂用电率、厂用负荷分类；,厂用电接线的接线形式和设计原则,不同类型发电厂的厂用电接线及特点,厂用变压器的选择方法,厂用电动机的选择和自启动校验,。,第一节 概 述,一、厂用电,厂用电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备等都属于厂用负荷，总耗电量，统称为,厂用电,或自用电。,厂用电的可靠性，对电力系统的安全运行非常重要。,厂用电的电量，大都由发电厂本身供给。其耗电量与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。,厂用电率,厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数，我们称为厂用电率。即：,式中,Ap-,厂用电耗电量，,kWh,；,A-,同一时期发电厂全部发电量。,Kp,是发电厂的主要运行经济指标之一,，它与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类、燃烧方式及蒸汽参数等因素有关。凝汽式火电厂,:,Kp,=5-8%,；热电厂,:,Kp,=8-10,%,；水电厂,:,Kp,=0.3-2%,。目前，,1000MW,超临界发电机组的厂用电率为,4.45%,。,二、厂用负荷分类,厂用电从系统的角度来说，它是非常重要的负荷。但就厂用电本身来说，按其用电设备的作用和突然供电中断时造成危害的程度，可分为以下,四大类,:,1,、,I,类负荷,凡短时,(0.5,秒以内,),停电,(,包括手动操作恢复供电,),会造成设备损坏、危及人身安全、主机停运的负荷。即使电压下降或消失，也不与电源断开，必须保证自启动。,供电要求,：,设备有两套，且互为备用，分别接到两个独立的电源上，并加装备用电源自投装置。,2,、,II,类负荷,允许短时停电,(,几秒至几分钟,),，恢复供电后，不致造成生产混乱的厂用负荷。如,:,火电厂的工业水泵、疏水泵等。,供电要求：,一般由两段母线供电，并采用手动切换,。,3,、,III,类负荷,较长时间停电,(,几个小时,),，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的负荷。如,:,中央修配厂、试验室的负荷。,供电要求：,通常由一个电源供电。,4,、事故保安负荷,在,20,万,kW,的大容量发电厂，自动化程度比较高，要求在事故停机过程中及停机后一段时间内，仍必须保证供电，否则引起主设备损坏，重要自动控制失灵或危机人身安全的负荷，称之为事故保安负荷。根据其重要程度又分为下列三类,:,0I,类负荷（不停电,负荷）,：实时控制用的计算机、热工保护、自动装置等,。,随着电厂类型的不同，厂用电的重要程度也有较大的差异,。,0III,类负荷（交流保安负荷）,：如盘车电动机、交流润滑油泵等，由快速柴油发电机，外部引接的可靠的电源或蓄电池的逆变装置供电。,0II,类负荷（直流保安负荷）,：如发电机直流润滑油泵，由蓄电池供电。,一、对厂用电接线的要求,【,见书,P,135,】,厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划。除应满足正常运行安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，还应满足,(,六个方面,),1,、供电可靠，运行灵活。,2,、各机组的厂用系统应是独立的。,3,、全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用母线。,4,、充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式的供电要求。,5,、供电电源尽量与电力系统保持紧密联系。,6,、充分考虑分期建设和连续施工过程中的厂用电的运行方式（过渡接线）。,第二节 厂用电接线的设计原则和接线形式,二、厂用电接线的设计原则,【,见书,P136】,其设计原则基本上与主接线的设计相同。,主要有：,应,保证对厂用负荷的可靠和连续供电,，使发电机主机安全运转；,接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求,；,厂用电源的对应供电性，,本机、炉的厂用负荷由本机组供电,；,还应适当注意其经济性和发展的可能性，并积极慎重地采用新技术、新设备；,在设计厂用系统接线时，还应考虑厂用电的电压等级、中性点接地方式及厂用电源的引接等问题。,三、厂用电的电压等级,厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合比较后确定的。,为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多，在发电厂和变电站中，,低压厂用电压常采用,380v,，高压厂用电压有,3,、,6,、,10kv,等。为了正确选择高压厂用的电压等级，需进行技术经济论证。,1.,按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级,2.,按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级。,1.,按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级,（,1,）容量在,60MW,及以下，发电机电压为,10.5kv,，可采用,3kv,作为厂用高压电压；,（,2,）容量在,100-300MW,时，宜选用,6kv,作为厂用高压电压；,（,3,）容量在,600MW,以上时，经技术经济比较可采用,6kv,级电压，也可采用,3kv,和,10kv,两级电压作为高压厂用电压。,2.,按厂用电动机容量、厂用电供电网络确定高压厂用电压等级,发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，容量相差悬殊，从数千瓦到数千千瓦，而且与电动机的电压和容量有关。,在满足技术要求的前提下，优先采用较低电压的电动机，以获得较高的经济效益；,高压电动机制造容量大，绝缘等级高，磁路较长，价格高、空载和负债损耗均较大，效率低。,结合厂用电供电网络综合考虑，电压等级较高时，可选择截面较小的电缆或导线，不仅节省有色金属，还能降低供电网络的投资。,一般对于火电厂采,用,3,、,6,和,10kv,作为高压厂用电压。,（,1,）,3kv,电压：,3kv,电动机效率比,6kv,电动机约高,1%,15%,，价格约低,20%,；将,100kw,及以上的电动机接到,3kv,电压母线上，,100kw,以下的电动机一般采用,380v,，可使低压厂用变压器容量和台数减少；由于减少了,380v,电动机数量，使较大截面的电缆数量减少，从而减少了有色金属消耗量。,（,2,）,6kv,电压：,6kv,电动机的功率可制造得较大，,200kw,以上的电动机采用,6kv,电压供电，以满足大容量负荷要求；,6kv,厂用电系统与,3kv,厂用电系统相比，不仅节省有色金属及费用，而且短路电流亦较小；,发电机电压若为,6kv,时，可以省去高压厂用变压器，直接有发电机电压母线经电抗器供厂用电，以防止厂用电系统故障直接威胁主系统并限制器短路电流。,（,3,）,10kv,电压：,10kv,电动机的功率可制造得更大些，以满足大容量负荷，如,2000kW,以上大容量电动机的要求；,1000kW,以上的电动机采用,10kv,电压供电比较经济合理；,适用于,300MW,以上大容量发电机组，但不能为单一的高压厂用电压，因为他不能满足全厂所有高压电动机的要求,。,3.,厂用电压等级的应用,（,1,）,300MW,汽轮发电机组的厂用电压分为两级，高压为,6kv,，低压为,380kv,（,2,）,600MW,汽轮发电机组的厂用电压，根据国内若干电厂的设置情况有如下两种方案：,方案,1,：厂用电采用,6kv,和,380v,两个电压等级；,200KW,及以上的电动机采用,6kv,电压供电，,200KW,以下的电动机采用,380v,电压供电。,方案,2,：厂用电采用,10,、,3kv,和,380v,三个电压等级；,1800KW,及以上的电动机采用,10kv,电压供电，,200,1800KW,的电动机由,3kv,电压供电，,200KW,以下的电动机采用,380v,电压供电。,（,3,）,1000MW,汽轮发电机组的高压厂用电压等级。目前其高压厂用电的电压有采用,10,和,3kv,二级电压的。可归纳为,4,种方案：,方案,1:6kv,一级电压；方案,2:10,和,6kv,二级电压；,方案,3:10,和,3kv,二级电压；方案,4:10kv,一级电压。,设计时需经短路电流计算，电动机启动电压校验、变压器阻抗选择以及经济比较后确定具体选择哪种方案。,（,4,）水力发电厂的厂用电压等级。对水力发电厂，由于水轮发电机组辅助设备使用的电动机容量均不大，通常只设,380v,一个厂用电压等级，由动力和照明共用的三相四线制系统供电。,四、厂用电系统中性点接地方式,1,、高压厂用电系统中性点接地方式,【3kV,、,6kV,、,10kV,】,接地,方式的选择与接地容性电流的大小有关。其接地有如下三种形式：,中性点不接地方式,：,适用于单相接地容性电流小于,10A,的厂用电系统。,其特点是：当厂用系统发生单相接地时，可以带病运行,2,个小时,【,供电可靠性高,】,。,广泛采用,。,中性点经高电阻接地方式,：,适用于高压厂用电系统接地,容性电流小于,10A,的厂用电系统,。常采用二次侧接电阻的配电变接地方式，当发生单相接地故障时，,短路点流过固定的电阻性电流,，有利于馈线的零序保护动作。,中性点经消弧线圈接地方式,：,适用于单相接地容性电流大于,10A,的大机组厂用电系统。,补偿方式采用过补偿。,2,、低压厂用电系统的中性点接地方式,【,380/220V,】,中性点经高电阻接地方式：,可以防止由于熔断器一相熔断所造成的电动机两相运转，提高了厂用电系统的运行可靠性。,600MW,机组单元厂用电,400V,系统广泛采用。,中性点直接接地方式：,适用于动力与照明共用的三相四线制系统，但供电可靠性较低，发生单相接地时，动作于跳闸。,五、厂用电源及其引接,1,、设置原则,一般电厂,工作电源,备用电源,对,P,单,200MW,的发电厂,工作电源,备用电源,启动电源,事故保安电源,合并为启备电源,高压,厂用工作电源,应从发电机回路引接，其引接方式与电气主接线形式有关,当有机压母线时，应从各母线段引接，供给接在该母线段的机组的厂用负荷。,单元接线时（包括扩大单元接线）时，应从主变低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。,2,、工作电源及其接线方式,1,）作用：是保证机组正常运转所必须的电源,。,2,）引接要求,:,供电可靠；,容量满足负荷的要求；,不应少于两个,。,3),引接方式,:,厂用分支一般都应装设高压断路器。对,125MW,及以下机组，一般在厂用分支上按额定电流装设,QF,，对,200MW,及以上的机组，厂用分支可不装设,QF,，而采用分相封闭母线。,低压厂用工作电源由高压厂用母线通过低压厂用变压器引接。若高压厂用电设有,10,和,3kv,两个电压等级，则低压厂用工作电源一般从,10kv,厂用母线引接。,3,、备用电源及其引接方式,1,）,作用：作为工作电源的事故备用,2,）引接要求,:,独立性；足够的供电容量,3,）引接方式：,（,1,）从发电机电压母线的不同分段上通过厂用备用变压器（或电抗器）引接；,（,2,）从发电厂联络变压器的低压绕组引接，但应保证在机组全停情况下能够获得足够的电源容量；,（,3,）从与电力系统联系紧密、供电最可靠的一级电压母线引接。,（,4,）当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器取得独立的备用电源或启动电源。,4,）,备用电源的两种设置方式,:,明备用和暗备用,明备用,：专门设置一台备用变压器,(,或线路,),，经常处于备用状态（停运），,当工作电源因故断开时，由备用电源自动投入装置进行切换接通，代替工作电源，承担全部厂用负荷,。它的容量应等于它所代替的厂用工作变中容量最大的一台的容量。在大型电厂，,特别是火电厂，常采用明备用,。,暗备用,(,互为备用,),：不另设专用的备用变,(,或线路,),，而将每台工作变的容量加大，互为备用。,正常工作时，每台工作变在欠载下运行，当任一台工作变因故被切除后，其厂用负荷由完好的工作变承担,。,在水电厂和变电站中广泛采用。,4,、事故保安电源,【,有交流和直流之分,】,当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保在严重事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，对,200MW,及以上的大容量机组应设置事故保安电源，以保证事故保安负荷。,事故保安电源必须使一种独立而又十分可靠的电源，通常采用,快速自动,程序启动的柴油机发电机组、蓄电池组以及逆变器将直流变为交流作为交流事故保安电源。对,200MW,及以上机组还应由附近的,110kv,及以上的变电站或发电厂引入独立可靠专用线路，作为事故备用保安电源。,六、厂用电接线形式,发电厂厂用电系统接线通常都,采用单母线分段接线形式,，并多以成套配电装置接受和分配电能。,高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则,，即将高压厂用母线按锅炉台数分成若干独立段，凡属于同一台锅炉的厂用负荷均接在同一段母线上，与锅炉同组的汽轮机的厂用负荷一般也接在该段母线上，而该段母线有其对应的发电机组供电。,低压厂用母线也采取按锅炉分段的原则,，厂用电源由相应的高压厂用母线供电。,采用按锅炉分段接线方式的特,点：,（,1,）若某一段母线发生故障，只影响其对应的一台锅炉的运行，使故障影响的范围局限在一机一炉；,（,2,）厂用电系统发生短路时，短路电流比较小，有利于电气设备的选择；,（,3,）将同一机炉的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和安排检修。,第四节 厂用变压器的选择,一、,火力发电厂的主要负荷,二、,厂用负荷的计算,三、厂用变压器的选择,主要内容,:,两个基本要求,:,1,、原、副边额定电压与外接电源电压和厂用网络电压相一致；,2,、容量必须满足厂用负荷的要求。,一、火电厂的主要厂用负荷,火电厂的厂用电负荷包括机、炉、电、燃运等的用电设备，面广量大，且随各厂机炉类型、容量、燃料种类、供水条件等而差异较大。,将负荷按使用时间和使用机率分类：,1,、经常：每天都要使用的电动设备。,2,、不经常：只在检修、事故或在机炉起停过程中使用的电动设备。,3,、连续：每次带负荷运行时间在,2,小时以上者。,4,、短时：每次带负荷运行时间在,10,分钟到,2,小时以内者。,5,、断续：每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一个周期不超过,10,分钟者。,二、厂用负荷的计算,1,、计算原则,(1),经常连续运行的负荷应全部计入；,（,2,）连续而不经常运行的负荷亦应计入；,（,3,）经常而断续运行的负荷亦应计入；,（,4,）短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算；,（,5,）由同一台变压器供电的互为备用的设备，只计算同时运行的台数；,（,6,）对于分裂变压器，其高低压绕组负荷应分别计算,2,、计算方法,换算系数法,式中,k,-,换算系数；,P,-,电动机的计算功率,(kW),；,S,-,厂用分段上的计算负荷,(kVA),。,三、厂用变压器的选择,1,、额定电压,厂用变压器一、二次额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。,2,、工作变压器的台数和型式,工作变压器的台数与锅炉、机组的台数有关。,工作变压器的形式主要与厂用高压母线的段数有关，而母线的段数又与厂用高压母线的电压等级有关。,当机组容量在,200MW,及以上，每台炉分,2,段时，厂用高压变压器可选用,1,台分裂绕组变压器。两个分裂支路分别供,2,段母线；,当机组容量在,200MW,以下，厂用高压变压器可选用,1,台双绕组变压器,3,、厂用变压器的容量,容量必须满足厂用负荷的要求,1),厂用高压工作变压器容量,当为双绕组变压器时按下式选择容量,S,H,-,高压厂用计算负荷；,S,L,-,低压厂用计算负荷,当选用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足,高压绕组容量,分裂绕组容量：,式中,Sc,厂用变压器分裂绕组计算负荷，,Sr,分裂绕组两分支重复计算负荷。,2,）厂用低压工作变压器的容量。,可按下式选择变压器的容量,变压器的温度修正系数,一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，可取,厂用变压器容量的选择，除了考虑所接负荷的因素外，还应考虑：,电动机自启动时的电压降；变压器低压侧短路容量；留有一定的备用裕度,3,）厂用高压备用变压器容量,厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台厂用高压功能工作变压器的容量相同；常用低压备用变压器的容量应与最大一台厂用低压工作变压器的容量相同,。,第五节 厂用电动机的选择和自启动校验,一、,厂用机械特性和电力拖动运动方程,【,不,讲,】,二、,厂用电动机的类型及其特点,三、电动机自启动校验,主要内容,:,一、厂用机械特性和电力拖动运动方程,1,、厂用机械的负载转矩特性分类,【,可分两类,】,恒转矩负载特性：负载转矩与转速无关，如磨煤机，输煤皮带等。,具有非线性上升的负载转矩特性：负载转矩与转速有关，如风机、油泵等。,由电动机和厂用机械设备组成的电力拖动系统是一个机械运动系统，其中与能量、功率和转矩的传递。代表运动特征的量是转速、转矩、角速度以及时间等。运动方程式：,电动机的工作状态；,当,Me=Mm,时，即电动机静止或等速旋转，拖动系统处于稳定运行状态；,当,Me,Mm,时，拖动系统处于加速状态；,当,Me,Mm,时，拖动系统处于减速状态。,加速和减速过程统称为动态运动状态,二、厂用电动机的类型及其特点,异步电动机,结构简单，运行可靠，操作维护方便，过载能力强，且价格便宜。但启动电流大，,转矩与端电压的平方成正比,，调速困难。,机械特性是指电动机的电磁转矩,Me,与转速,n,的关系。如图,5-11,所示。,异步电动机的启动一般不需要特殊的设备，而采用直接启动方式，启动时转矩为额定转矩，启动时间短，但是启动电流可达额定电流的,4-7,倍，这不仅使电源电压在启动时发生显著下降，而且会引起电动机发热,同步电动机,特点,：,（,1,）采用直流励磁，可以工作在超前和滞后的不同运行状态。,（,2,）结构比较复杂，并需附加一套励磁系统,（,3,）对电压波形不十分敏感,同步电动机启动、控制均较麻烦，启动转矩不大，,在厂用电,系统中，只在大功率低转速的机械上有时采用，例如循环水泵等设备。,直流电动机,特点：,（,1,）借助调节磁场电流，可在大范围内均匀而平滑的调速，且调速电阻器消耗较省；,（,2,）启动转矩较大；,（,3,）不依赖厂用交流电源,直流电动机,用于对调速性能和启动性能要求较高的厂用,机械,三、电动机的自启动校验,1,、厂用电系统中运行的电动机，当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一,转速下降的过程称为惰行。,2,、若电动机失去电压以后，不与电源断开，在短时间内（一般在,0.5-1.5s,），厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰性尚未结束，又自启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为,电动机的自启动,。（,转速上升的过程,）,启动电流大，导致,：厂用母线电压降低，降低了供电可靠性；使电动机发热严重。因此，必须进行自启动校验。,3,、自启动分类,1,）失压自启动：,运行中突然出现事故，电压下降，当事故消除，电压恢复时形成的自启动。,2,）空载自启动：,备用电源空载状态时，自动投入失去电源的,工作母线段,所形成的自启动。,3,）带负荷自启动：,备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的,工作母线段,所形成的自启动。,厂,用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源（或启动电源）应考虑上述三种情况的自启动。,4,、自启动过程中厂用母线电压最低允许值,为了保证厂用一类负荷自启动且考虑到机械的因素，规定厂用母线电压在电动机自启动时，应不低于表,5,4,所列的数值。,注：,对于高压厂用母线，失压或空载自启动时取上限值，带负荷自启动时取下限值,5,、电动机自启动校验,电动机自启动校验可分为：,电压校验,一是单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验；,二是电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验。,容量校验,计算 的值大于表,5-4,中所对应的值时，则自启动满足要求。,（一）电压校验,（,1,）单台电动机自启动或成组电动机自启动母线电压校验,假设成组电动机在电压消失或下降时全部处于制动状态，电压恢复后，同时自启动。,忽略外电路中所有元件的电阻。,系统电源视为无穷大电源。,基准值：变压器低压侧的额定容量，厂用电电网额定电压。,一般采用经电抗器供厂用电时取,1,，采用无励磁调压变压器时取,1.05,，采用有载调压变压器时取,1.1,对于一台静止的电动机，在启动瞬间的电抗,如果所有自启动的电动机取平均的启动电流倍数,kav,，则全部电动机经折算后的等值电抗标幺值可写为,对备用电源一般当快速切换时,kav,可取,2.5,，慢速切换时取,5,如果计算出厂用母线的电压（标幺）值不应低于自启动要求的厂用母线最低电压值，方能保证电动机顺利启动。,（,2,）电动机经厂用高压变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验,如图所示厂用高、低压电动机同时自启动的等值电路。,假设厂用高压母线已带有非电动机负荷，自启动过程中继续运行，其它假设与上述相同。,高压母线电压校验,求,低压母线电压校验,求,注：利用短路电流基本知识解,小 结,重点掌握内容：,作业,【,见书,P168】,：,5-1,、,5-3,、,5-7,1,、厂用负荷的分类。,2,、厂用电源的设置原则，工作电源、备用电源的作用、引接要求、引接方式。,3,、明备用与暗备用的区别、适用范围。,4,、按炉分段原则，有何优越性。,5,、自启动的危害性及校验方法。,