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1全能值班员技能提升指导丛书电气分册主讲：李卫强23全章内容主要分为以下八节：第一节厂用电及负荷分类第二节厂用电源的切换第三节厂用电系统的中性点接地方式第四节厂用电系统的保护第五节直流系统第六节柴油发电机及保安电源第七节厂用电系统的运行检查、操作第八节厂用电系统的异常及事故处理4第一节厂用电系统一、概述厂用电及厂用电率的定义二、厂用负荷的分类三、厂用电接线的基本要求四、厂用电压等级的合理确定五、厂用电源（工作电源、备用/启动电源）及其引接六、高压厂用电系统接线七、低压厂用电系统接线5一、概述：厂用电定义：发电厂在电力生产过程中，有大量电动机拖动的机械设备，用以保证主要设备和辅助设备的正常运行。这些电动机以及全厂运行、操作、试验、检修、照明灯等用电设备的总耗电量，统称为厂用电。6厂用电率定义：厂用总耗电量占同一时期发电厂全部发电量的百分数。热电厂一般为8%~10%注：降低厂用电率可以降低电能生产成本，同时相应地增大电厂对系统的供电量。7二、厂用电负荷分为五类1、Ⅰ类负荷。指短时间停电将影响人身或设备安全，影响机组停运或发电量大幅下降的负荷。（Ⅰ类负荷必须设备用电源，采用自动）2、Ⅱ类负荷。指允许短时间停电，但长时间停电可能损坏设备或影响机组正常运行的负荷。（Ⅱ类负荷应设有两个独立电源，一般采用手动）83、Ⅲ类负荷。指长时间停电不会影响生产的负荷。（一般由一个电源供电）4、事故保安负荷。是指停机过程中及停机后一段时间内应保证供电的负荷。（直流、交流保安负荷）5、不间断供电负荷。在机组启动、运行和停机过程中，均不允许停电的负荷。（需连续恒频恒压）9三、厂用电接线的基本要求1、重要性：厂用电系统的接线是否合理，对保证厂用负荷的连续供电和发电厂安全经济运行至关重要。由于厂用电负荷多、分布广、工作环境差和操作频繁，厂用电事故在电厂事故中占有很大的比例。所以，必须把厂用电系统接线的合理设计提到相当的高度来认识。102、厂用电接线的要求如下：（1）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，尽可能使用切换操作简单的接线。（2）全厂公用性负荷应分散接入不同机组的厂用母线。（指多台或两台机时）（3）厂用电的工作电源和备用电源接线应能保证机组的安全运行。（4）设置足够的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速自动投入，向保安负荷供电。11四、厂用电压等级1、等级的确定发电厂厂用电系统电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压及容量等诸多方面因素，经过经济、技术综合比较后确定。2、发电厂一般采用供电电压：低压供电电压为0.4KV（380/220V）；高压供电电压有3、6、10KV等。12五、厂用电源及其引接（一）工作电源及其引接1.对厂用工作电源的要求发电厂的厂用工作电源，是保证机组正常运行的基本电源，不仅要求供电可靠，而且应满足各级厂用负荷容量的要求。132.高压厂用工作电源可采用以下两种方式引接：（1）当有发电机电压母线时，由各段母线引线，供给接在该段母线上的厂用负荷。（2）当发电机与主变压器为单元连接时，由主变压器低压侧引接，供给该厂用负荷。300MW及以上的发电机组均采用第二种接线，如下图所示：14153、采用分相封闭母线采用分相封闭母线时，发电机组一般不装设断路器或负荷开关，如上图（a）所示。原因有以下两点：1.发电机出口短路，短路电流较大，要求断路器的开断电流很大，断路器较难选择。2.发电机出口采用分相封闭母线，发生故障的几率很小。但应有可拆的连接片，方便发电机的检修、试验。16当采用上图（b）所示接线，发电机启动和停机时，断开发电机出口断路器，厂用负荷可以从系统经主变压器直接取得电源，这样可以减小当发电机启停机时大量的厂用系统的倒闸操作（在设计上可以考虑省去启动变压器）。注：由于国家推行“厂网分开，竞价上网”政策，所以不采用图（b）引接线。17（二）备用电源和启动电源的引接1.定义备用电源：是指事故情况下失去厂用工作电源时，起后备作用的电源。启动电源：是指在机组未发电或厂用工作电源完全消失的情况下，为保证机组快速启动，向主要设备供电的电源。（启动电源实质上也是个备用电源）182.备用电源应满足以下两个条件：（1）备用电源与厂用电源保证独立性，分别应从不同的系统引接。（2）要有足够的供电容量。注：系统电压波动超过5%时，备用电源应考虑采用有载调压。193.高压厂用启动/备用电源的引接方式（1）当技术经济合理时，可由外部电网引接专用电源（2）全厂需要2个及以上启动/备用电源时，应引自两个相对独立的系统。（3）从220KV及以上中性点直接接地的电力系统中引接启动/备用变压器。（其中性点的接地线上不应装设隔离开关）20六、高压厂用电系统接线1.接线原则高压负荷一般都比较重要，大多数设有备用，当工作设备故障时，备用设备会自启动代替工作。为使工作与备用设备不会因母线故障而全部停运，设计中将母线分为两段，把互为备用的设备接到不同段上，以达到上述目的。2.高压厂用电的接线方式（如下图所示）2122七、低压厂用电系统接线低压厂用电基本接线方式：目前大部分机组中采用的一种低压厂用接线是：400v动力中心—电动机控制中心接线。其方式也简称为PC—MCC接线。23特点是:接线简单，供电可靠。每一套PC—MCC的电源是由互为备用的两台变压器构成。当其中一个电源的断路器因变压器停运或其他原因断开时，分段断路器才会合闸，由另一台变压器承担全部PC—MCC母线的负荷，如下图所示：2425•第二节厂用电源的切换•一、概述•主要讲述工作电源、备用/启动电源、正常切换、事故切换等基本概念。•二、厂用电的切换原理•分别介绍快速切换、同步捕捉切换和残压切换的原理•三、厂用电源切换方式的分类正常切换1、按运行状态区分事故切换26•并联切换2、按断路器动作顺序串联切换同时切换快速切换3、按切换速度慢速切换四、对厂用电源切换的要求27第二节厂用电源的切换一、概述•厂用电的安全可靠关系到机组、电厂乃至整个系统的安全运行。•火力发电厂中，厂用电一般包括高压和低压厂用电。•厂用电源分为工作电源和备用电源两种。当发电机—变压器组为单元式接线时，在发电机出口并列的高压厂用变压器，称为工作电源。28•发电机正常运行时，厂用负荷由高压厂用变压器供电。为发电机的启动，必须设置专门的启动/备用变压器。•机组启动时，厂用负荷由起/备变压器供电，机组并网并带有一定负荷后，厂用电源由起/备变压器切换至高压厂用变压器供电。•当机组正常停机时则首先将厂用电源由工作电源切换至备用电源，以保证安全停机。•以上两种切换称为“正常切换”。29•当发电机—变压器组系统出现故障、电气继电保护或热工保护动作跳闸时，这时要求备用电源尽快投入，其目的也是为了安全停机。这种切换称为“事故切换”。•根据厂用电系统的可靠性要求，大容量机组的厂用备用电源应取自与本厂出线电源相对独立的电源系统。经上所述：厂用电源的切换在厂用电系统中是非常重要的环节，在启动、停机、消缺、解列及工作电源故障等情况下，都涉及电源的切换，因此必须给予重视。30二、厂用电的切换原理1.快速切换•假设如下图5-1所示的厂用电系统，工作电源由发电机端经高压工作变压器引入，备用电源由系统经启动/备用变压器引入，正常运行时厂用母线由工作电源供电。•当工作电源侧发生故障时，必须跳开工作电源开关1QF，合2QF。跳开1QF时厂用母线失电，由于厂用负荷多为异步电动机，电动机将惰走。母线电压为众多电动机的合成反馈电压，称其为残压，残压的频率和幅值将逐渐衰减。3132•用极坐标形式绘出的厂用6KV母线残压相量变化轨迹，如图5-2所示33•正常运行时，工作电源与备用电源同相，其电压相量端点为A。当母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动。如能在AB段范围内合上备用电源，则既保证电动机安全又不使电动机转速下降太多，这就是所谓的“快速切换”。•快速切换的整定值有两个，即频差和相角差。在装置发出合闸命令前，瞬间将实测值与整定值进行比较、判断，看其是否满足瞬间进行，因此频差和相差整定必须取较小值，一般在1Hz和30°以内，快速切换的时间一般应小于0.2s。342.同步捕捉切换•图5-2中，过B电后BC段为不安全区域，不允许切换。•在C点后至CD段实现的切换，以前通常称为延时切换或短延时切换。由于用固定延时的方法切换不可靠，因此，最好的办法是实时跟踪残压的频差和角差变化。•切换装置能够在反馈电压与备用电源电压相位第一次重合时合闸，这种切换称为“同步捕捉切换”。切换时间以残压衰减的快慢决定。35•同步捕捉切换对电动机的自启动也很有利。3.残压切换•当母线残压衰减到20%~40%额定电压后实现的切换，通常称为残压切换。•残压切换虽能保证电动机安全，但对于大型机组，由于母线失电时间过长，电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到较大限制。36•总结：上述三种切换方式，在运行时，一般以第一种切换方式为主，特别是对于大型发电机组在事故解列情况下，有利于安全停机，以保证设备安全。当由于某种原因第一种切换没有成功时，切换装置自动进行同步捕捉切换。如果同捕切换也没有成功，装置自动进行残压切换。37三、厂用电源的切换方式厂用电源的切换方式，除按操作控制分为手动与自动外，还可以按运行状态、断路器的动作顺序、切换的速度等进行区分。1.按运行状态区分：（1）正常切换：在正常运行时，由于运行的需要（开、停机）厂用母线从一个电源切换到另一个电源，对切换速度没有特殊要求。38（2）事故切换：由于发生事故（包括单元接线中的厂总变压器、发电机、主变压器、汽轮机和锅炉等事故），厂用母线的工作电源被切除时，要求备用电源自动投入，以实现尽快安全切换。2.按断路器的动作顺序区分（1）并联切换：在切换期间，工作电源和备用电源时短时并联运行的，它的优点是保证厂用电连续供电，缺点是并联期间短路容量增大，增大了断路器的断路电流。•但由于并联时间很短，发生事故的几率低，所以在正常的却换中被广泛采用。但注意切换时应观察工作电源与备用电源之间的差拍电压和相角差。39（2）串联切换（断电切换）：•其切换过程是，一个电源切除后，才允许投入另一个电源，一般是利用被切除电源断路器的辅助触点去接通备用电源断路器的合闸回路。因此，厂用母线上出现一个断电时间，断电时间的长短与断路器的合闸速度有关。•串联切换主要用于事故切换。因为在事故情况下，当故障点或故障元件没有被切除之前，不允许备用断路器合闸，所以，事故情况下不能用并联切换。40（3）同时切换：在切换时，切除一个电源和投入另一个电源的脉冲信号同时发出。由于断路器分闸时间和合闸时间的长短不同以及本身动作时间的分散性，在切换期间，一般有几个频率的断电时间，但也有可能出现1~2个频率两个电源并联的情况。同时切换只适用于正常切换。所以在厂用母线故障时应闭锁切换装置，否则会因短路容量增大而有可能造成断路器爆炸的危险。413.按切换速度区分（1）快速切换：一般指在厂用母线上的电动机反馈电压（即母线残压）与待投入电源电压的相角差还没有达到电动机不允许承受的合闸冲击电流前合上备用电源。•快速切换的断路器动作顺序可以是先断后合或同时进行，前者称为快速断电切换，后者称为快速同时切换。（2）慢速切换：主要是指残压切换，即工作电源切除后，当母线残压下降到额定电压的20%~40%42后合上备用电源。残压切换虽然能保证电动机所受的合闸冲击电流不致过大，但由于停电时间较长，对电动机自启动和机炉运行工况产生不利影响。•除快速切换和慢速切换外，还有一种切换即同步捕捉切换。•说明：目前大部分机组正常切换采用并联切换，事故切换采用串联切换（断电切换）43四、对厂用电源切换的要求（1）“正常切换”中，必须保证机组的连续输出功率、机组控制的稳定和机炉的安全运行。（2）由于“事故切换”一般采用“串联切换”，因此在切换过程中，应保证厂用电系统的所有设备（电动机、断路器）不因厂用电源的切换而承受不允许的过载和冲击。（3）由于“事故切换”采用串联、快速切换，因此要求厂用高压配电装置应采用快速断路器，不能使用少油