发电厂电气部分第五章-厂用电接线及设计

夏成军[e-mail]:37229926华南理工大学电力学院发电厂电气部分发电厂、变电所电气部分第五章厂用电接线及设计第一节概述一、厂用电发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。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、蒸汽参数等因素都有关。厂用电耗电量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一。二、厂用电负荷分类厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类：(1)I类厂用负荷(2)II类厂用负荷(3)III类厂用负荷(4)事故保安负荷(5)不间断供电负荷直流保安负荷交流保安负荷凡是属于短时（手动切换恢复供电所需要是时间）停电会造成主辅设备损坏、危机人身安全、主机停运及影响大量出力的厂用负荷，都属于Ⅰ类负荷。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到有两个独立电源的母线上，当一个电源断电后，另一个电源就立即自动投入。允许短时停电（几秒至几分钟），恢复供电后，不致造成生产紊乱的厂用负荷，均属于Ⅱ类厂用负荷。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷，都属于Ⅲ类厂用负荷。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂，也常采用两路电源供电。在200MW及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在事故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、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷，称为事故保安负荷。为满足事故保安负荷的供电要求，对大容量机组应设置事故保安电源。在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频、恒压特性的负荷，称为不间断供电负荷。不间断供电电源一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或配备数控的静态逆变装置。第二节厂用电接线的设计原则和接线形式一、对厂用电接线的要求(1)各机组的厂用电系统应是独立的。(2)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。(3)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）电源能在短时内投入。(4)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。(5)200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。二、厂用电接线的设计原则①厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电；②能灵活适应正常、事故、检修等各种运行方式要求；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。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400V，高压厂用电压有3、6、10kV等。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。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)当容量在100~300MW时，宜选用6kV作为厂用高压电压；(3)当容量在300MW以上时，若技术经济合理，可采用两种高压厂用电压，即3kV和10kV两级电压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各种厂用机械的电动机容量差别很大，从几瓦到几千千瓦，而电动机的容量与其额定电压有关。选用厂用电动机时，在满足技术要求前提下优先采用较低电压等级，少数大容量电动机才选用高电压等级。因为高压电动机绝缘要求高、尺寸大、价格贵、磁路长、损耗大、效率低(但供电导体截面小，电缆投资和损耗也小)。火力发电厂采用3、6kV和10kV作为高压厂用电压，其特点如下：(1)3kV电压：①3kV电动机效率比6kV电动机约高1%~15%，价格约低20%；②将75kW以上的电动机接到3kV电压母线上，可使0.4kV低压厂用变压器容量和台数减少；③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：①6kV电动机的功率可制造得较大，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。(3)10kV电压：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；②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。300MW汽轮发电机组的厂用电压分为两级，高压为6kV，低压为380kV。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：(1)方案一厂用电采用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。(2)方案二厂用电采用10、3kV和380V三个电压等级。2000kW及以上的电动机采用10kV电压供电，200~2000kW的电动机由3kV电压供电，200kW以下的电动机采用380V电压供电。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，由动力和照明公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高压（3、6、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：(1)中性点不接地方式(2)中性点经高电阻接地方式(3)中性点经消弧线圈接地方式2、低压厂用电系统的中性点接地方式(1)中性点经高电阻接地方式(2)中性点直接接地方式发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。一般电厂中，都以启动电源兼作备用电源。五、厂用电源及其引接1、工作电源发电厂或变电站的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。具有发电机电压母线时工作电源的引接~~当发电机和主变压器为单元接线时工作电源的引接~~~2、备用电源和启动电源备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得厂用电源。启动电源一般是指机组在启动或停运过程中，工作电源不可能供电的工况下为该机组的厂用负荷提供的电源。因此，启动电源实质上也是一个备用电源。对200MW以上大型发电机组，为了确保机组安全和厂用电的可靠才设置厂用启动电源，且以启动电源兼作事故备用电源，统称启动/备用电源。常用的引接方式：(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、供电可靠的最低一级电压母线引接。(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。~~~~~~~~~~备用电源的备用方式明备用方式：设置专用的备用变压器，经常处于备用状态，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。暗备用方式：不设专用的备用变压器，而将每台工作变压器容量增大，相互备用，当其中任一台厂用工作变压器退出运行时，该台工作变压器所承担负荷由另一台厂用工作变压器供电。这种备用方式，正常工作时，每台变压器只在半载下运行，投资较大，运行费用高。在大中型发电厂特别是火电厂中，由于每台机炉的厂用负荷很大，为了不使每台厂用变压器的容量过大，一般均采取明备用方式；中小型水电厂和降压变电站，多采用暗备用方式。火电厂备用厂用变压器的设置原则电厂类型厂用高压变压器厂用低压变压器一般电厂6台以下设1台备用6台及以上设2台备用8台以下设l台备用8台及以上设2台备用机、炉、电单元控制5台以下设1台备用5台及以上设2台备用8台以下设1台备用8台及以上设2台备用单机容量大于或等于200MW电厂3台及以下设1台备用3台以上每2台设1台备用每2台设1台备用；大于或等于300MW每台机组设1台备用3、事故保安电源300MW及以上的大容量机组，当工作电源和备用电源都消失时，为确保在事故下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以保证事故保安负荷供电，如润滑油泵、密封油泵、热工仪表及自动装置、盘车装置、顶轴油泵、事故照明和计算机等。事故保安电源必须是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。交流保安电源通常采用380/220V电压，每台机组设一段事故保安母线，每2台发电机组设1台柴油发电机组作为事故保安电源，热工仪表和自动装置等要求连续供电的负荷，则由直流逆变器供电。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。为了保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，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，而该段母线由其对应的发电机组供电。低压厂用母线一般也按锅炉分段，厂用电源则由相应的高压厂用母线供电。厂用电各级电压均采用单母线分段（按锅炉分段）接线方式，具有下列特点：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，使事故影响范围局限在一机一炉；②厂用电系统发生短路时，短路电流较小，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。第三节不同类型发电厂的厂用电接线一、火电厂厂用电接线1、300MW汽轮发电机组高压厂用电接线方案I：不设6kV公用负荷母线段，将全厂公用负荷(如输煤、除灰、化水等)分别接在各机组A、B段母线上；优点：供电可靠性、投资省；缺点：当工作母线清扫时，将影响公用负荷。由于公用负荷分接于2台机组的工作母线上，在机组G1发电时，必须安装好机组G2的6kV厂用配电装置，并启动备用变压器供电。方案Ⅱ：单独设置二段公用负荷母线，集中供全厂公用负荷用电，该公用母线段正常由启动备用变压器供电。缺点：由于公用负荷集中，并因启动备用变压器要用工作变压器作备用(若无第二台启动备用变压器作备用时)，因此，启动备用变压器和工作变压器均较方案I变压器的容量大，配电装置也增多，投资较大。优点：公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线清扫。2、600MW汽轮发电机组高压厂用电接线600MW机组厂用电系统接线，与采用的电压等级数、厂用工作变压器的型式和台数、启动备用变压器的型式和台数、启动备用变压器平时是否带公用负荷等因素有关。600MW机组通常为一机一炉单元设置，采用机、炉、电单元的控制方式，因此，厂用电系统也必须按单元设置，各台机组单元的厂用电系统是独立的，而且采用单母线多分段(两段或四段)接线。(1)方案I