第六章厂用电系统

第六章厂用电系统火力发电厂的发电机需要汽轮机来拖动，而驱动汽轮机的蒸汽又来自锅炉，围绕着这个主系统，有许多的子系统为其服务，这些子系统又都是有成百上千的电动机械组成的。例如电厂的锅炉在运行时，需要燃料系统为其服务，这系统就由翻车系统、堆料取料机系统、碎煤机系统及其皮带输送系统组成。而翻车系统又是由许多大大小小的系统组成的。这些厂用机械需有机的结合起来一起工作，才能保证发电机组正常运行，并输出电力。这些为保证电厂安全运行的全部电动负荷，都统归在发电厂的厂用电范围内。厂用电的接线形式与机组容量密切相关，单机容量越大，在电力系统当中占有的的地位越重要，则接线形式要求的可靠性越高。此外，机组的蒸气压力、温度等参数越高、机组的自动化水平越高、相应地对供电可靠性和灵活性的要求也就越苛刻。不仅要求机组在正常运行和起停时有安全可靠的供电能力，而且要求工艺系统的辅机故障或电力系统发生短路且系统电压波动、频率摇摆等事故状态下，都应该可靠的供电，且电压质量还应该合格。因此，厂用电系统应满足以下基本要求：（1）厂用电系统应按机组单元自成体系，每台机组的厂用电系统能在允许的频率、电压质量范围内正常工作，不受外部电力系统故障的干扰，同时一台机组的故障不影响其它发电机组的正常运行。（2）配置合理而经济的启动/停机电源和备用电源。当采用专门的启动/备用电源时，要求工作电源故障时电源的切换快速简便。（3）在满足机组安全运行的前提下，厂用电系统力求简洁清晰。（4）合理地配置全厂性公用负荷。随着发电机组越来越多的采用超临界参数和脱硫装置，电动给水泵容量和厂用电负荷大幅度增加，对高压厂用电接线的设计提出了更高的要求。第一节厂用电的配置与国内其他电厂相比，玉环电厂更现代化，其厂用电动机械更多，供电系统也更复杂。我们称这些电气负荷为“厂用负荷”，而为其供电的供电系统为“厂用电系统”，组成这套厂用电供电系统的设备为“厂用电设备”。一、厂用电配置原则大型机组接线方式很多，不同的设计思想，会导致厂用电接线大相径庭。为了不使讨论范围过于广泛，对玉环电厂应首先确定如下原则：（1）1000MW机组的高压厂用工作电源，按机组单元自成体系的要求，引接自发电机出口。由于发电机引出线及高压厂用工作变压器高压侧厂用分支全部采用分相封闭母线，多年的运行经验表明，不仅接线清晰美观，而且避免了短路故障，安全可靠。（2）当发电机出口不装设断路器时，高压厂用工作变压器高压侧采用无激磁调压，而不采用有载调压。（3）在我国的火力发电厂中，一般高压厂用电有10kV、6kV和3kV三种，其中6kV昀常见。发电厂低压厂用电包括交流厂用电和直流厂用电，但习惯上人们将低压交流厂用电系统称为“低压厂用电系统”，而将直流厂用电系统称为“直流系统”。电厂的低压厂用电电压等级，一般为380/220V。如果电厂采用的是中性点不接地系统，那么其低压厂用电电压为380V；如果电厂采用的是中性点直接接地系统，那么其电压则为380/220V.在上述限定条件下，厂用电接线主要取决于以下几个因素：工艺系统的设计特点；90厂用电系统设备的短路承受水平；是否采用发电机出口断路器；公用负荷的供电方式；电动给水泵的供电方式。脱硫负荷的供电方式。二、厂用电的分类厂用电可以从以下几个方面分类：1、按厂用电负荷的重要性分类各厂用负荷在电厂正常生产的性质不同，所以对它的供电方式也不尽相同。按其在生产过程中的重要性，将厂用负荷分为如下几类：Ⅰ类负荷：凡是属于单元机组本身运行所必需的负荷，短时停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运及影响大量出力的负荷，都属于Ⅰ类负荷。这类负荷对于电厂的生产极其重要，即便是在瞬时断电而由手动恢复供电前的短时停电中，也可能危及人身及设备的安全，使生产停顿或发电量大幅度下降，如送、引风机及给水泵等负荷。Ⅱ类负荷：允许停电短时（几分钟至几个小时），恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，属于Ⅱ类负荷。此类负荷不需要24小时连续运行，但如停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产，如钢球磨煤机、碎煤机等。Ⅲ类厂用负荷：可以较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上的不方便者，都属于Ⅲ类厂用负荷。如修配车间、实验室及油处理室等负荷。0Ⅰ类负荷，如机组的计算机控制系统要求电源的停电时间不得超过5ms，否则将造成数据遗失或失控，过去叫做“不停电负荷”，现在统一称为“0Ⅰ类负荷”。相应地称直流负荷为“0Ⅱ类负荷”。0Ⅲ类负荷，即事故保安负荷。在正常运行工况下时相当于Ⅰ、Ⅱ类负荷，一旦全厂停电时，不受本厂厂用电及本区域电力系统影响的独立电源供电，以保证发电机组顺利停机，不致造成损坏，并能很快地再启动。2、按电源的电压等级分类厂用电的电压等级与电动机的容量有关。大容量电动机宜采用较高的电压，厂用电的电压与采用的电动机电压相匹配。电厂中拖动各种厂用机械的电动机，其容量差别很大，从一般的几千瓦、几十千瓦，大到几百千瓦和几千千瓦，不可能只采用一个电压等级的电动机，但力求电压等级尽量减少。对于1000MW的大型发电厂，设置了两个电压等级：厂用高压和厂用低压。100～200kW以上的电动机采用高压。三、厂用电的配置发电-输电-配电构成电力系统一个不可分割的网络，简称电网。电厂发出的电经过输送后，从110kV开始（玉环电厂为500kV），直至10kV(含6kV及3kV)，通过变电所，将电能逐级降低，逐级分配，这一部分称为高压配电，而0.4kV以下的网络称为低压配电。现在一般将10kV(含6kV及3kV)高压配电从高压配电网中划分出来，称为中压配电。第二节厂用电的接线随着超临界机组及脱硫装置的广泛应用，对大容量机组的厂用电接线的设计带来了新的课题，高压厂用电系统的设计优化，归根结底，是要以技术进步为前提，提高高压厂用电设备的开断水平，是解决问题的一个思路。大型发电厂如玉环电厂通常将主变压器作为降压变压器倒送厂用电，为了保证厂用电动机启动91时高压厂用母线的电压水平，主变压器或高压厂用变压器需采用有载调压型，也会导致可靠性下降。同时此调压开关价格昂贵，投资增加。此外，发电机出口装设断路器后，可以减少高压厂用备用变压器的台数和容量。一方面使厂用电系统接线及布置简单清晰，另一方面可以节省备用变压器在热备用方式下的空载电能损耗。当发电机装设出口断路器后，备用变压器主要有两种用途：一种是在高压厂用变压器检修时作为其备用电源，或者在任一段高压厂用母线工作进线电源开关误跳时为厂用母线提供备用电源，同时在主变压器或高压厂用工作变压器内部故障导致主变压器高压侧开关跳开时作为停机电源，此时备用变压器的容量应与昀大一台高压厂用工作变压器容量相同；另一种则仅考虑其作为事故停机变压器，其容量可按昀大一台高压厂用工作变压器容量60%选择。根据上述分析，玉环电厂有两个电压等级：厂用高压和厂用低压。因此其电气主接线将分类介绍：一、高压厂用电接线在设计一个发电厂的高压厂用电接线时，首先应了解各工艺系统在电厂中的作用及区域，并结合运行、检修及施工的要求，对各类负荷设计合理的供电方案。对于Ⅰ、Ⅱ类负荷，应考虑其电源有较高的可靠性，并配有备用电源自动投入装置。两个互为备用的负荷，则应尽量从不同的母线段引接。而对那些供电距离较远的负荷，则应对其供电方案作经济技术比较。当经济合理、技术可靠时，也可考虑用电缆或架空线路将厂用电源升压后送去。高压厂用电的接线方案可以各有不同，但首先应遵循如下几点原则：（1）各级组的高压厂用电系统应该相对独立。这主要是为了防止某一台机组的厂用电母线故障时，不致影响其它机组的正常运行。同时，由于事故被限制在一个较小范围内，也便于事故处理，并使机组在短时间内恢复运行。（2）高压厂用电系统应设有启动/备用电源，该电源的设置方式根据机组容量的大小和它在系统中的重要性而异，但必须是可靠的，在机组启停和事故时的切换操作要少，并且与正常的工作电源能短时并列运行，以满足机组在启动和停运过程中的供电要求。（3）要考虑全厂的发展规划，各高压厂用电系统的布置应留有充分的扩充余地，当规划容量能看得准时，在高压公用系统的容量上应考虑足够的裕度，以免在扩建时造成不必要的重复性浪费。二、1000MW机组的高压厂用电接线因为1000MW机组的辅机为双套设置，并且任一套辅机故障仍能保证机组维持50%的出力。因此，每台机组的高压厂用母线段不应少于两段，且任意一段母线上出现较大扰动时不应影响到另一段。高压厂用电源都是从发电机出口母线处通过厂用变压器引接的，厂用电系统的备用电源另设。机组启动时，先由备用电源向厂用电系统供电，待运行正常以后，则手动切换至工作电源。高压厂用变压器采用有载调压变压器，可以很好的保证厂用电的质量，尤其是对于存在进相运行可能的发电机组，更是如此。因为发电机进入进相运行工况时，其功率因数呈超前状态，励磁电流较正常运行时小，发电机的端电压也低，如厂用变压器为调压变压器，厂用电的电压质量可以很好地得到保持，否则一旦发电机进相运行，厂用系统便出现低电压工况，这不仅使大电动机的启动特别困难，而且对于一般电动机的寿命也极为不利。另外，有些电厂采用了有载调压变压器后，在发电机的出口再加装断路器。这样，机组启动时，可先断开此断路器，厂用变压器由电力系统反送电，待发电机投入后，便自动由发电机供给电源。这种接线方式，可不用另设启动电源。高压负荷一般都比较重要，大多设有备用设备，当工作设备故障时，备用设备会自动启动接替工作。为使工作与备用设备不会因母线故障而全部停运，设计中又将母线分为两段，把互为备用的设备接于不同段上，以达到上述目的。随机组及高压厂用变压器容量的不断增长（尤其是1000MW机组），高压厂用电系统中的短路电流也在加大。为限制短路电流水平，除适当加大厂用变压器的阻抗外，还采用了低压为分裂绕组的分裂变压器，并将一台机组的两段高压母线接于不同绕组上。这种分裂变压器由于两个低压绕组间92的分裂电抗很大，在短路时不仅可以有效的阻止另一绕组的电动机反馈电流的流入，与双绕组变压器相比减少了短路电流水平，同时也能极大地减少故障绕组母线电压的影响，使在另一段母线上运行的高压负荷能较正常地运行。三、高压共用负荷的接线1．设置高压公用段的目的发电厂有些负荷是不以机组为单元，而是为全厂服务的公用系统，如输煤系统、污水处理厂等。对这类负荷的供电要避免仅依靠某个电源或某一机组，以防止因某电源或某台机停运而使公用负荷不能运行，从而造成全厂停运的事故。例如电动给水泵启动时的母线电压水平：亚临界机组的电动给水泵容量为6000KW级，而超临界机组电动给水泵容量为8000KW级。随着环保要求的提高，大容量机组越来越多的设置脱硫装置。600MW机组脱硫装置的负荷容量为8000~10000kW，而且其多数为风机类负荷，昀大电动机的容量可以达到4000~5000kW，短路时的电动机反馈电流相当大。此外，也要考虑厂用电系统设备的短路承受水平，实际上主要是指高压厂用母线的动稳定耐受水平和断路器的额定电流、额定分断能力和额定关合电流（峰值）。上述数值决定了6kV厂用母线的三相短路电流，也就决定了高压厂用变压器低压卷的容量和阻抗，同时也就间接决定了高压厂用电压的波动范围和电动机启动时母线的电压水平。也就是说，既要使母线或馈线上发生短路时，母线和设备能够承受其短路冲击电流且其三相短路电流水平能被限制在断路器的额定遮断电流能力以下，又要使母线上昀大电动机或成组电动机自起动时母线电压在允许值以上，并且当电源电压和厂用负荷正常变动时厂用母线的电压偏移满足要求。2．公用段的接线方式公用段一般也分为两段，以便将互为备用的负荷接于不同的公用段上。公用段应设有工作与备用两个电源，可分别由高压厂用系统引4个不同电源。也可仅引用两回电源，而两段公用段又互为备用。当公用负荷距厂房较近时，可将公用段设在厂房内；在距离较远时，则可将公用段设在公用负荷较为集中的地区，以减少电缆的长度及供电网络产生的电容电流。一般大型火电厂发电厂的范围比小型电厂要大很多，厂区内的公用负荷与高压厂用配电装置的距离也较远，如从主厂房内的高压配电装置至煤场和化学区域的电