发电厂电气部分第五章厂用电接线及设计(一)(二)

发电厂变电所电气主系统1发电厂变电所电气主系统第五章厂用电电气接线及设计《发电厂电气部分》课题组电力工程学院电气工程系发电厂变电所电气主系统2第一节概述一、厂用电发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量以电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。第五章厂用电接线及设计发电厂变电所电气主系统3发电厂在生产电能的过程中，一方面向系统输送电能，另一方面发电厂本身也在消耗电能。厂用电的电量，大都由发电厂本身供给，且为重要负荷。其耗电量的高低与电厂类型、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。在一定时间内，厂用电耗电量占全部发电量的百分数，称为“厂用电率”。kP=(SC/SN)×100%kP=(SC·cosΦav/PN)×100%其中：SC－厂用计算负荷SN－发电机额定视在功率cosΦav－平均功率因数PN－发电机额定功率第一节概述发电厂变电所电气主系统4厂用电率是发电厂主要运行经济指标。凝汽式火电厂：5％～8％热电厂：8％～10％水电厂：0.5％～1％降低厂用电率可以降低发电成本，同时也增大了对系统的供电量。二、厂用电负荷分类①Ⅰ类厂用负荷：不允许停电通常设有两套设备互为备用，分别接到两个独立电源的母线上，设有电源自动投入装置（自动切换）。Ⅰ类厂用电动机必须保证自启动。第一节概述发电厂变电所电气主系统5②Ⅱ类厂用负荷：允许短时停电（几秒至几分钟）由两个电源供电，并采用手动切换。③Ⅲ类厂用负荷：允许较长时间停电一般由一个电源供电。④0Ⅰ类负荷（不停电负荷）。这类负荷由一般的电源自动切换系统已无法满足要求，所以专门采用由不停电电源（UPS）供电。⑤0Ⅱ类负荷（直流保安负荷）。发电厂的继电保护和自动装置、信号设备、控制设备以及汽轮机和给水泵的直流润滑油泵、发电机的直流氢密封油泵等，是由直流系统供电的直流负荷，称为直流保安负荷，或称为0Ⅱ类负荷。这类负荷要求由独立的、稳定的、可靠的蓄电池组或整流装置供电。第一节概述发电厂变电所电气主系统6⑥0Ⅲ类负荷（交流保安负荷）。在200MW及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在停机过程中及停机后的一段时间内，仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、自动控制失灵或危及人身安全等严重事故的厂用负荷，称为交流保安负荷，或称为0Ⅲ类负荷。如盘车电动机、交流润滑油泵、交流氢密封油泵、消防水泵等。第一节概述发电厂变电所电气主系统7一、对厂用电接线的要求（1）供电可靠，运行灵活。厂用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于厂用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行方式的变化多样，要求无论在正常、事故、检修以及机组启停情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现厂用负荷的供电。(2)各机组的厂用电系统应是独立的。(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负荷母线。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统8(4)充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动(备用)电源能在短时间内投入。(5)供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当机组无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时，以便从系统倒送厂用电。(6)充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设置。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统9①厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；②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；③厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围，接线也简单；④设计时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，使厂用电接线具有可行性和先进性；⑤在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。二、厂用电接线的设计原则第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统10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。在发电厂中，低压厂用电压常采用380V，高压厂用电压有3kV、6kV、10kV等。在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电压，以获得较高的经济效益；大容量的电动机采用较低电压时往往并不经济。为了正确选择高压厂用电的电压等级，需进行技术经济论证。三、厂用电的电压等级第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统11(一）按发电机容量、电压确定高压厂用电压等级（1）发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为10.5kV，可采用3kV作为高压厂用电压；发电机电压为6.3kV，可采用6kV作为高压厂用电压；（2）当容量在100~300MW时，宜选用6kV作为高压厂用电压；（3）当容量在600MW以上时，经技术经济比较，可采用6kV一级电压，也可采用3kV和10kV两级电压作为高压厂用电压。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统12(二）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；因为高压电动机，制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、空载和负载损耗均较大，效率较低。但是，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。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统13火力发电厂采用3kV、6kV和10kV作为高压厂用电压，其特点分述如下：3kV电压供电的特点：①3kV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；①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。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。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统146kV电压供电的特点：①6kV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；②6kV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；③发电机电压若为6kV时，可以省去高压厂用变压器，直接由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其短路电流。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统1510kV电压供电的特点：①10kV电动机的功率可制造得更大一些，以满足大容量负荷，例如2000kW以上大容量电动机的要求；②1000kW以上的电动机采用10kV电压供电，比较经济合理；③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，因为它不能满足全厂所有高压电动机的要求。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统16(三）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380V。（2）600MW汽轮发电机组的厂用电压，有如下两种方案：方案1。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。采用10kV、3kV和380V三个电压等级。1800kW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。上述方案1采用一个6kV等级的厂用高压，而方案2采用10kV和3kV两个等级的厂用高压。原则上前者可使厂用电系统简化，设备较少，但许多2000kW以上大容量电动机接在6kV母线上，也会带来设备选择和运行方面的问题。600MW机组厂用电压等级采用何种方案，应经过综合比较后确定。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统17（3）1000MW汽轮发电机组的高压厂用电压等级。目前在建和已建的1000MW机组中，可归纳出以下4种方案：方案1（6kV一级电压）；方案2（10kV和6kV二级电压）；方案3（10kV和3kV二级电压）；方案4（10kV一级电压）。高压厂用电压等级采用上述4种方案中的哪一种，在设计时应经过短路电流计算、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。在上述4种方案中，低压厂用电压等级均采用380V。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统18（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一种厂用电压等级，由动力和照明公用的三相四线制系统供电。大型水力发电厂中，在坝区和水利枢纽装设有大型机械，如船闸或升船机、闸门启闭装置等，这些设备距主厂房较远，需在那里设专用变压器，采用6kV或10kV供电。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统19高压（3kV、6kV、10kV）厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关：当接地电容电流小于10A时，可采用不接地方式，也可采用高电阻接地方式；当接地电容电流大于10A时，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。一般发电厂的高压厂用电系统多采用中性点经高电阻接地方式。上述中性点接地方式的特点和适用范围叙述如下：（1）中性点不接地方式。当高压厂用电系统发生单相接地故障时，流过短路点的电流为电容性电流，且三相线电压基本平衡。若单相接地电容电流小于10A时，允许继续运行2h，为处理故障争取了时间；若厂用电系统单相接地电容电流大于10A四、厂用电系统中性点接地方式(一）高压厂用电系统中性点接地方式第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统20时，接地处的电弧不能自动熄灭，将产生较高的电弧接地过电压（可达额定相电压的3.5~5倍）并易发展成为多相短路，故接地保护应动作于跳闸，中断对厂用设备的供电。这种中性点不接地方式曾广泛应用于火力发电机组的高压厂用电系统，今后仍会在接地电容电流小于10A的高压厂用电系统中采用。（2）中性点经高电阻接地方式。高压厂用电系统的中性点经过适当的电阻接地，可以抑制单相接地故障时健全相的过电压倍数不超过额定相电压的2.6倍，避免故障扩大。常采用二次侧接电阻的配电变压器接地方式，无需设置大电阻器就可达到预期的目的。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。中性点经高电阻接地方式适用于高压厂用电系统接地电容电流小于10A，且为了降低间歇性弧光接地过电压水平和便于寻找接地故障点的情况。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式发电厂变电所电气主系统21（3）中性点经消弧线圈接地方式。在这种接地方式下，厂用电系统发生单相接地故障时，中性点的位移电压产生感性电流流过接地点，补偿电容电流，将接地点的综合电流限制到10A以下，达到自动熄弧、继续供电的目的。为了提高接地保护的灵敏度和选择性，通常在消弧线圈二次侧并联电阻。当机组的负荷变化时，需改变消弧线圈的分接头以适应厂用电系统电容电流的变化，但消弧线圈变比的变化又改变了接地