31概述 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（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和辅助设备的正常运行。这些电动机以及全厂的运行操作、试验、修配、照明、电焊等用电设备的总耗电量，统称为厂用电或自用电。 一、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，称为厂用电率。额定工况下，厂用电率用下式计算 （ 3 1） 式中Kp厂用电率（）； Sc厂用计算负荷；1东北电力学院电力工程系 第 页 C0av平均功率因数，一般取0.8； PN发电机的额定功率（kw）。 厂用电率是发电厂主要运行经济指标之一。凝汽式火电厂厂用电率为 5 8，热电厂为810，水电厂为0.32.0。降低厂用电率不仅能降低电能成本，同时相应地增大了对系统的供电量。 二、厂用负荷分类 厂用电负荷，按其用电设备在生产中的作用和突然供电中断时造成危害的程度可分为四类：（1）I类厂用负荷 凡短时停电（包括手动操作恢复供电所需的时间）会造成设备损坏、危及人身安全、主机停运及大量影响出力的厂用负荷，都属于I类厂用负荷。通常2东北电力学院电力工程系 第 页设有两套设备互为备用，分别接到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。（2） II类厂用负荷 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。（3）III类厂用负荷 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，通常由一个电源供电。（4）事故保安负荷 在停机过程中及停机后一段时间内仍应保证供电的负荷，否则将引起主要设备损坏，重要的自动控制装置失灵或推迟恢复供电，甚至可能危及人身安全的负荷称为事故保安负荷。根据对电源的不同要求，事故保安负荷又可分为：直流保安负荷：发电机组的直流润滑油泵等，其直流电源由蓄电池组供电；3东北电力学院电力工程系 第 页交流保安负荷：如盘车电动机、实时控制用的电子计算机等。通常交流保安电源采用快速自启动的柴油发电机组且有自动投入装置功能，或采用燃气轮机组，或者具有可靠的外部独立电源进行供电。有时对交流不间断供电负荷如实时控制用的计算机，可接于蓄电池组的逆变装置供电。 随着发电厂的类型及容量的不同，厂用电的重要程度也有所差异。火电厂一般都应设两台以上厂用高压变压器和厂用低压变压器，以满足厂用负荷对供电的要求。而水电厂和变电所一般则只设厂用低压变压器。厂用负荷的供电网络，统称为厂用电系统。4东北电力学院电力工程系 第 页三、厂用电接线基本要求 厂用电接线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，尚应满足： 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，尽可能地使切换操作简便，启动（备用）电源能在短时内投入。 2）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。对200MW及以上大型机组，厂用电系统应是独立的，以保证一台机组故障停运或其辅助机械的电气故障，不应影响到另一台机组的正常运行。并能在短时间内恢复本机组的运行。5东北电力学院电力工程系 第 页3）便于分期扩建或连续施工，不致中断厂用电的供应。对公用厂用负荷的供电，须结合远景规模统筹安排，尽量便于过渡且少改变接线和更换设备。 4）对 200MW及以上大型机组应设置足够容量的交流事故保安电源。 5）积极慎重地采用经过试验鉴定的新技术和新设备，使厂用电系统达到技术先进、经济合理，保证机组安全满发地运行。 32厂用电接线的设计原则和接线形式 厂用电接线的设计原则基本上与主接线的设计原则相同。首先，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；6东北电力学院电力工程系 第 页其次，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；一、厂用电供电电压等级的确定 发电厂厂用电系统电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电网络的可靠运行等诸方面因素，相互配合，经过经济、技术综合比较后确定的。 发电厂中拖动各种厂用机械设备的电动机，其容量相差很大，从几瓦到几千千瓦，而电动机的电压和容量有关。因此，只有一种电压等级的电动机是不能满足要求的，必须根据所拖动设备的功率以及电动机的制造情况来进行电压选择。通常在满足技术要求的前提下，应优先选用较低电压的电动机，以获得较高的经济效益，7东北电力学院电力工程系 第 页因为高压电动机，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，所以应优先考虑较低电压级。但是，电压较高时，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。8东北电力学院电力工程系 第 页 发电厂和变电所中一般供电网络的电压：低压供电网络为0.4kV（380220V）；高压供电网络有3、6、1O kV等。 1） 3kV电压供电的优点：3kV电动机效率比6kV的约高115，价格约低20；3kV电动机的最小容量比6kV电动机小，可以将75KW以上的电动机接到3kV电压母线上，从而使O.4kV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。9东北电力学院电力工程系 第 页2） 6kV电压供电的优点：对同样的厂用电系统， 6kV网络不仅节省有色金属及费用，而且短路电流亦较小；6kV电动机功率可制造得较大，以满足大容量负荷要求；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） 1OkV电压作为厂用电系统电压，只能用于300MW以上大容量机组，也不能为单一厂用电压，因为不能满足全厂所有高压电动机的要求，在经济与技术上均属欠佳。对于火电厂，当发电机容量在60MW及以下，发电机电压为1O.5kV时，可采用3kV作为厂用高压电压；当容量在 100300MW时，宜选用6kV作为厂用高压电压；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两段电压。10东北电力学院电力工程系 第 页 对于水电厂，由于水轮发电机组辅助设备使用的电动机容量不大，通常只设0.4kV一种厂用电压等级，由动力和照明共用的三相四线制系统供电。但对坝区和水利枢纽，一般距厂区较远，可能有些大型机械，如闸门启闭装置、航运使用的船闸或升船机和鱼道、筏道等设施用电，需另设专用坝区变压器，以6kV或10kV供电。 对小容量发电厂或变电所，一般电动机容量都不大，只需0.4kV一级电压即可。每台低压厂用变压器（简称厂低变）的容量最大不宜超过750kVA 二、厂用供电电源及其引接 1工作电源 发电厂或变电所的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。不仅要求电源供电可靠，而且应满足各级厂用电压负荷容量的要求。通常，工作电源应不少于两个。11东北电力学院电力工程系 第 页从发电机电压回路通过厂用高压变压器或电抗器取得厂用高压工作电源足够可靠，若发电机组全部停止运行，仍可从电力系统倒送电能供给厂用电源。这种引接方式，操作简单、调度方便、投资和运行费都比较低，常被广泛采用。当主接线具有发电机电压母线时，则厂用工作电源（厂用变压器或厂用电抗器）一般直接从母线上引接见图 3 1（ a）、（ b）；当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接，见图31（c）；当主接线为扩大单元接线时，则厂用工作电源应从发电机出口或主变压器低压侧引接，如图31（d）中的实线或虚线所示。各台厂用高压变压器应尽量满足相对应机组的炉、机、电和主变压器的厂用负荷12东北电力学院电力工程系 第 页13东北电力学院电力工程系 第 页厂用分支上一般都应装设高压断路器。该断路器应按发电机端短路进行选择，其开断电流可能比发电机出口处还要大，对大容量机组往往可能选不到合适的断路器。于是，可加装电抗器或选低压分裂绕组变压器，以限制短路电流。如仍选不出时，对125MW及以下机组，一般可在厂用分支上按额定电流装设断路器、隔离开关或连接片，此时若发生故障，应立刻停机。对于200M W及以上的机组，通常厂用分支都采用分相封闭母线，故障率较小，可不装断路器和隔离开关，但应有可拆连接点，以便检修、调试方便。这时，在变压器低压侧务必装设断路器。 厂用低压工作电源，一般均采用O.4kV电压等级，从发电机电压母线上引接，通过厂用低压变压器向厂用动力负荷、照明以及其它用电器件供电。或者从发电机出口，经厂用 低压变压器获得厂用低压工作电源。14东北电力学院电力工程系 第 页 2备用电源和启动电源 厂用备用电源主要用于事故情况失去工作电源时，起后备作用，又称事故备用电源。 启动电源系指在厂用工作电源完全消失情况下，为保证使机组快速启动，向必要的辅助设备供电的电源。这些辅助设备在正常运行时由工作电源供电，只有当工作电源消失后，才自动切换到启动电源供电。因此，启动电源实质上也是一个备用电源。我国目前对 200MW以上大型机组，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。 备用电源的引接应保证其独立性，并且具有足够的供电容量，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获得厂用电源。以下是最常用的引接方式。 1）从发电机电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（电抗器）引接。15东北电力学院电力工程系 第 页 2）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。这样，有可能因采用变比较大的厂用高压变压器，增大高压配电装置的投资而致经济性较差，但可靠性较高。 3）从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。 4）当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过变压器获得独立的备用电源或启动电源。16东北电力学院电力工程系 第 页在水电厂及变电所中，多采用暗备用方式，即不另设专用的备用变压器，而将每台工作变压器的容量加大，正常运行时，每台变压器都在不满载状态下运行，互为备用状态，当任一台工作变压器因故障而被迫停运后，厂用负荷由完好的厂用变压器承担。 3事故保安电源对 300MW及以上的大容量机组，应设置事故保安电源，当厂用工作电源和备用电源都消失时，为确保在事故状态下能安全停机，事故消除后又能及时恢复供电，以保证事故保安负荷，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、电子计算机等设施的连续供电。17东北电力学院电力工程系 第 页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或逆变机组将直流变为交流作为交流事故保安电源。对300MW及以上机组还应由110 k V及以上电网引入独立可靠专用线路，作为事故备用保安电源。图32为200MW机组保安电源接线示意图。交流保安电源通常采用380220V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要求连续供电的负荷，则由直流逆变器供电。18东北电力学院电力工程系 第 页19东北电力学院电力工程系 第 页三、厂用电接线的基本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。火电厂的厂用负荷容量较大，分布面较广，尤以锅炉的辅助机械设备耗电量大，如吸风机、送风机、排粉机、磨煤机、给粉机、电动给水泵等大型设备，其用电量约占厂用电量的60以上，为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性，且便于灵活调度，一般都采用“按炉分段”的接线原则，即将厂用电母线按照锅炉的台数分成若干独立段，既便于运行、检修，又能使事故影响范围局限在一机一炉，不致过多干扰正常运行的完好机炉。当锅炉容量较大（如大于 400th），20东北电力学院电力工程系 第 页21东北电力学院电力工程系 第 页辅助设备容量大时，每台锅炉可由两段厂用母线供电，厂用负荷在各段上应尽可能分配均匀，且符合生产程序要求。全厂公用性负荷应适当集中，可设立公用厂用母线段。图33（a）、（b）分别示出由发电机电压母线和发电机出口引接厂用工作电源，并设有备用电源。及事故保安电源兼作启动电源的典型厂用系统接线图。低压380220 V厂用电的接线，对大型火电厂及大容量水电厂，一般亦采用单母线分段接线，即按炉分段或按水轮发电机组分段；对中、小型电厂和变电所，则根据工程具体情况，厂用低压负荷的大小和重要程度，全厂可只分为二段或三段，仍采用低压成套配电装置供电。22东北电力学院电力工程系 第 页 33不同类型发电厂的厂用电接线 随着火电厂、水电厂及变电所类型和容量的不同，厂用电接线差异也很大。下面以几个典型示例，分别说明其特点。 一、火电厂厂用电接线 火电厂的辅助机械多、容量大、供电网络复杂，其主要负荷分布在锅炉、汽机、电气、输煤、出灰、化学水处理以及辅助车间和公用电部分，因此厂用电电压必须由 6kV和 0.4kV两级电压，以单母线分段接线形式合理地分配厂用各级负荷。 图34为中、小型热电厂厂用电接线图，厂内装有二机三炉，发电机电压为10.5 kV，有两台升压变压器与 110 kV电力系统相连接。 6kV厂用高压母线为单母线，23东北电力学院电力工程系 第 页24东北电力学院电力工程系 第 页按锅炉台数分为三段，通过T11、 T12、 T13厂用高压变压器分别接于主母线两个分段上； 380220 V低压厂用母线，由于机组容量不大，未设启动电源和事故保安电源，低压厂用母线分为两段，备用电源采用明备用方式，即专设一台T 10备用厂用高压变压器，平时断开，当任一段厂用工作母线（如I段）的电源回路发生故障时QF 3断开，QFI和QF 2在备用电源自动投入装置作用下合闸。于是，T10厂用高压变压器就代替 T11厂用高压变压器工作。为了在主母线发生故障时，仍有可靠的备用电源，运行中可将 T10备用厂用高压变压器和主变压器T2都接到备用母线上，并将主母线第 11段的母联断路器QF 4合上，使备用母线和工作母线均带电运行。这样，当主母线发生事故时，QF4断开，T10变压器还可通过T2供电。25东北电力学院电力工程系 第 页 厂用电动机的供电方式，一般常采用个别供电和成组供电两种。图 3 4中M1和M2是个别供电，即对每一台厂用机械设备敷设一条馈电线路，通过专用的一台高压开关柜或低压配电屏中的一回电路供电。通常对 5 5 kw及以上的工类厂用负荷和 40 kw及以上的 II、 III类重要机械设备的电动机都采用个别供电。图34中M3是成组供电，若干台电动机只在厂用配电装置中占用一路馈线，待送到车间专用盘以后，再分别引至各电动机。这对一般不太重要机械设备的小功率电动机和离开厂用电配电装置较远的车间（如中央水泵房）中的设备和电动机是适宜的，可以节省电缆，简化厂用配电装置。图图35是大容量机组火电厂厂用电接线分段情况示例。是大容量机组火电厂厂用电接线分段情况示例。发电机与变压器采用单元接线，且分相封闭母线连接。厂用26东北电力学院电力工程系 第 页工作电源从发电机出口15kV处引接，通过分裂绕组厂用高压变压器供6kV的A段和B段。备用电源从110 kV系统经变压器降压至6kV，分别接到备用I段及 II段厂用母线上，并带全厂公用负荷，故 1、II段又称作公用段。从 6kV厂用母线上以6台变压器分别引接至低压厂用6段母线，构成厂用低压系统，以成组供电方式分别向锅炉、汽机、电气、燃料运输、除尘、化学水处理、辅助车间及照明等低压厂用负荷供电。承担公共负荷的公用段，如图35中6kV母线的I段和II段，互为备用，并备有柴油发电机作为事故保安电源。当交流电源突然中断时，此机组能自动快速启动，满足保安负荷用电，保证安全地把主机停下来。27东北电力学院电力工程系 第 页28东北电力学院电力工程系 第 页二、水电厂厂用电接线 无论集中开发或梯级开发的水电厂，其厂用电相对同容量火电厂来讲要简单得多，因为水力辅助机械比热力辅助机械不仅数量小，而且容量亦小。但是，对水电厂来说，厂用负荷仍属最重要负荷之一。水电厂厂用机械的数量、容量及重要程度等与机组容量有关，并受水头、流量和水轮机型式以及运行方式等条件影响。当水头不同时，技术供水、闸门启闭、综合利用等装置的用电要求就有所不同；当机组承担系统调相、调频任务时，其辅助设备相对也要增加；由于各厂运行特点不同，所采用的水力机械设备和辅助机械设施亦不完全相同，从而供电容量和方式皆有差异。一般水电厂最基本的厂用负荷是水轮机调速系统和润滑系统油泵、压缩空气系统的空气压缩机、发电机冷却29东北电力学院电力工程系 第 页系统和润滑系统的水泵、全厂辅助机械水系统的电动机、闸门启闭设备、照明及水利枢纽等设施用电。水电厂厂用电接线也都采用单母线分段形式。对中、小型水电厂通常母线只分为两段，由两台厂用变压器以暗备用方式向两段厂用母线供电；对大容量水电厂，厂用电母线则按机组台数分段，每段由单独厂用变压器供电，并设置专用备用变压器。为了供给厂外坝区闸门及水利枢纽防洪、灌溉取水、船闸或开船机、筏道、鱼梯等设施用电，可设专用坝区变压器，按其距主厂房远近、负荷大小以及发电机电压等条件，可采用 6 kV或10 kV电压供电。其余厂用电负荷均以380220V供电。 图36为一大、中型水电厂的厂用电接线图。该厂装有4台大、中容量机组，具有6kV大功率电动机拖动的坝区机械设备，且距厂房较远，同时水库还兼有防洪、航运等任务，30东北电力学院电力工程系 第 页因此，厂用电采用6kV及 0.4 kV两级电压。为保证厂用电可靠，采取机组自用电负荷与公共厂用电负荷分开供电方式。这样既节省电缆，减小公用负荷变压器容量，又能保证机组安全可靠运行。坝区水利枢纽负荷6kV高压工作电源，分别通过Tll、T12、T13厂用高压变压器，从各单元接线的主变压器低压侧引接，并相应分为三段。同时，在1号发电机G1出口装设一台断路器。这样，即使当全厂停电时（事故情况或经济运行调度的需要），本厂仍可通过主变压器TI从电力系统取得电源。低压公用负荷电源可由高压 6 kV厂用工作母线经低压公共厂用变压器送至公用厂用母线。各机组自用负荷，则分别由各机组动力盘供电，电源从各单元接线的发电机出口处引接，并通过厂用低压变压器馈电。31东北电力学院电力工程系 第 页32东北电力学院电力工程系 第 页 三、变电所所用电接线 变电所的所用电负荷，一般都比较小，其可靠性要求不如发电厂那样高。变电所的主要所用电负荷是变压器冷却装置（包括风扇、油泵、水泵）、直流系统中的充放电装署和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。当变电所装有同步调相机时，还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等负荷。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4 kV一级，采取动力与照明混合供电方式。 小型变电所，大多只装一台所用变压器。大、中型变电所或装有调相机的变电所，通常都装设两台所用变压器，分别接到母线的不同分段上，如图37所示。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电，对于容量不大的变电所，为了节省投资，所用变压器高压侧亦可用高压熔断器代替高压断路器。33东北电力学院电力工程系 第 页34东北电力学院电力工程系 第 页34厂用变压器或电抗器的选择一、火电厂主要厂用负荷 为了正确选择厂用变压器容量，首先应对厂用主要用电设备的容量、数量及其特点有所了解，并逐项予以统计、分类、综合分析。厂用负荷包括了全厂机、炉、电、燃运等各个方面用电设备，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。例如：高温高压电厂比中温中压电厂的给水泵容量大；大容量机组的辅助设备比中、小型机组要多且功率大；开式循环冷却方式比闭式冷却方式的耗电量要小；各种燃料的发热量不同，需要的风量不同，风机容量也不同，同时除灰设备也不尽一样；若电厂采用汽动给水泵则可大大减小厂用变压器容量等。 表33列出一般火电厂厂用主要负荷及综合分类模式。35东北电力学院电力工程系 第 页36东北电力学院电力工程系 第 页37东北电力学院电力工程系 第 页 表33的运行方式中，给出了厂用机械设备的使用情况。在生产过程中，每天都要使用的电动设备称为“经常”使用；而只在检修、事故或机炉启停期间使用的电动设备称为“不经常”使用。因此，“经常”与“不经常”主要表征该类设备电动机的使用机会。而“连续”、“短时”、“断续”等则用来区别每次使用时间的长短。通常，每次带负荷运转2h以上者称作“连续”；带负荷运转在10120min者称作“短时”；每次使用从带负荷到空载或停止，反复周期性地工作，其每一周期不超过10min者，称为“断续”。 二、厂用负荷的计算 一般厂用变压器连接在厂用母线段上，而用电设备由母线引接。为了合理正确地选择厂用变压器容量，需对每段母线上引接的电动机台数和容量进行统计和计算，厂用负荷的计算常采用“换算系数法”。按下式运算38东北电力学院电力工程系 第 页 S （ KP） （ 3-2） 式中S厂用分段上的计算负荷（kVA）； P 电动机的计算功率（KW） K 换算系数； Km 同时系数； KL 负荷率； 效率； cos 功率因数。39东北电力学院电力工程系 第 页 电动机的计算功率P，应根据负荷的运行方式及特点确定。 1）对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机均应全部计入，按下式计算 P PN （33）式中 P N电动机额定功率（kW）。 2）对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算 P 0.5PN （34） 3）对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不予计算 P 0 （3-5）这类负荷如行车、电焊机等。在选择变压器容量时由于留有裕度，同时亦考虑到变压器具有较大的过载能力，所以该类负荷可以不予计入。但是，若经电抗器供电时，因40东北电力学院电力工程系 第 页电抗器一般为空气自然冷却，过载能力很小，这些设备的负荷均应全部计算在内。4）对中央修配厂的用电负荷，通常按下式计算 P=0.14P+0.4P5 （36）式中P全部电动机额定功率总和 （kw）； P5其中最大5台电动机的额定功率之和 kw）。5）煤场机械负荷中，对大型机械应根据机械工作情况具体分析确定。对中、小型机械，则按下式计算 P=0.35P+0.6P3 （37）式中 P3最大3台电动机的额定功率之和（kw）。6）对照明负荷为 PKdPi （3-8）41东北电力学院电力工程系 第 页式中 Kd需要系数，一般取0.81.0； Pi安装容量（kw）。 利用“换算系数法”求得计算负荷后，必要时可用“轴功率法”进行校验。轴功率法的算式为 （39）式中Km同时率，新建电厂取0.9扩建电厂取0.95； Pmax最大运行轴功率（ kw）； 对应于轴功率的电动机效率； COS 应于轴功率的电动机功率因数； SL低压厂用计算负荷之和（kVA）。42东北电力学院电力工程系 第 页 三、厂用变压器容量选择 厂用变压器容量选择的基本原则和应考虑的因素为： 1）变压器原、副边额定电压必须与引接电源电压和厂用网络电压相一致。 2）变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。因此，对高压厂用工作变压器的容量应按高压厂用电计算负荷的110与低压厂用电计算负荷之和进行选择；而低压厂用工作变压器的容量应留有10左右的裕度。 对于高压厂用工作变压器。当为双绕组变压器时按下式选择容量，即 ST 1.1Sh SL （3-10）43东北电力学院电力工程系 第 页式中Sh高压厂用电计算负荷之和； SL低压厂用电计算负荷之和。 当选用分裂绕组变压器时，其各绕组容量应满足 高压绕组 StslSCSr （311） 分裂绕组 Sts2 SC （312）式中Stsl厂用变压器高压绕组额定容量（kVA）； Sts2厂用变压器分裂绕组额定容量（kVA）； SC 厂用变压器分裂绕组计算负荷（kVA）， Sc1.1ShSL； Sr分裂绕组两分支重复计算负荷（ kV A）。 对于低压厂用工作变压器，可按下式选择变压器容量，即 KSSL （313）44东北电力学院电力工程系 第 页式中 S 低压厂用工作变压器容量（kVA）； K变压器温度修正系数。一般对装于屋外或由屋外进风小间内的变压器，均可取K 1，但宜将小间进出风温差控制在10 C以内；对由主厂房进风小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应适当考虑温度的修正。 3）厂用高压备用变压器或启动变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同；低压厂用备用变压器的容量应与最大一台低压厂用工作变压器容量相同。 4）厂用电抗器的容量应满足最大运行负荷的需要，并留有适当的格度以防过载。如果环境温度超过设计温度，电抗器允许的工作电流应按下式换算 I=IN （ 3 14）45东北电力学院电力工程系 第 页式中I电抗器允许的工作电流（A）； IN电抗器的额定电流（A）； 100电抗器绕组最高允许温度（）； al电抗器允许的最高空气温度，一般取al40； m周围最高空气温度（即小室排风温度，oC）。 电抗器的电抗百分值，亦应适当选择。电抗值较大虽然对限制厂用系统短路电流有利，但增大了正常运行时的电压降，因为电抗器不能调压，不能保证厂用电压质量，故通常取电抗值在8以内。此外，对电抗器尚须进行动稳定和热稳定检验。 表35为某电厂（2 X 300MW机组）6kV厂用工作变压器负荷计算及容量选择实例。46东北电力学院电力工程系 第 页47东北电力学院电力工程系 第 页48东北电力学院电力工程系 第 页3-5 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发电厂中厂用机械设备的负载转矩特性可归纳为两类：其一，恒转矩负载特性，即它的负载转矩（又称阻转矩）Mm与转速n无关，Mmf（n）特性为一水平直线，如图38中曲线1所示。当转速变化时、负载转矩Mm保持常数，图中Mm是以机械设备在额定转速时的负载转矩为基准值的标幺值。火电厂中的磨煤机、碎煤机、输煤皮带、绞车、起重机等属于这类机械。49东北电力学院电力工程系 第 页其二，具有非线性上升的负载转矩机械特性，它们的负载转矩与转速的二次方或高次方成比例，如图38中曲线2所示。风机、油泵以及工作时没有静压头的离心式水泵等均属于这一类。非线性负载转矩可用下式表示 MmMm0（ 1M*m0）n2* （315）式中 Mm0与转速无关的摩擦起始负载转矩标幺值， 一般取Mm00.15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，其中有能量、功率和转矩的传递。代表运动特征的量是转速n、转矩M、角速度以及时间t等。电动机产生的电磁拖动转矩Me，用以克服机械负荷的负载转距Mm后的剩余转矩，就会使机械传动系统作加速度运动，其旋转运动的方程式为50东北电力学院电力工程系 第 页 （3-16）式中Me电动机产生的电磁拖动转矩（Nm） M机械负载转矩（或称阻转矩）（Nm） 惯性转矩（或称加速转矩）（Nm）； J包括电动机在内的整个机组的转动惯量（ kg m2）； 机组旋转角速度，Q=2n / 60（rads）机组的转动惯量J是机组旋转部分惯性的量度，在电力拖动计算中常采用飞轮惯量GD2，二者关系式为 （kg.m2) (3-17)51东北电力学院电力工程系 第 页式中g重力加速度（g9.81ms2）； GD2飞轮惯量（N m2），可由产品型录中查得将式（317）及=2n/60关系代入式（316）中，即得实用计算运动方程式 （318）由式（318）可知电动机的工作状态：1）当MeMm、 则n 0或n=常数，即电动机静止或等速旋转，拖动系统处于稳定运行状态；2）当MeMm， ， 拖动系统处于加速状态；3）当MeMm， ，拖动系统处于减速状态加速或减速过程，统称为动态运动状态。52东北电力学院电力工程系 第 页发电厂中，广泛使用异步电动机，特性Me= f（n）曲线如图39所示，以标幺值示出。若将异步电动机的特性曲线Mef（n）与被拖动的机械设备的负载转矩特性曲线Mmf（n）绘于一张图上，如图39所示。可见该拖动系统初始时电动机转动的启动转矩Me0必须大于被拖动机械在n*0时的起始负荷转矩M*m0，并在启动过程中，任一转速下都应M*eMm，使剩余转矩为正，方能顺利地把机械设备拖动到稳定运行状态。图3-9中以竖线条示出53东北电力学院电力工程系 第 页电动机对于Mm=定值的设备剩余转矩。只有电动机Me f（n）与厂用负荷Mm f（n）相等（MeMm），工作在两条曲线的交点上（ 2或 1）时，拖动系统才能稳定运行。 二、厂用电动机选择 厂用系统中所使用的电动机有异步电动机、同步电动机和直流电动机三大类。 （1）型式选择 厂用电动机一般都采用交流电动机，只有要求在很大范围内调节转速 （无级调速）及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。异步电动机结构简单、运行可靠、操作维护方便、过载能力大，且价格便宜，所以被厂用机械广为采用。只有对反复、重载启动或需要小范围内调速的机械、如吊车、抓斗机等才选用线54东北电力学院电力工程系 第 页 绕式电动机或同步电动机。对 200M W以上机组的大容量辅机，为了提高运行的经济性亦可采用双速电机。 厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应，避免腐蚀性气体、灰尘、水汽等对电动机绝缘强度的影响，及电动机故障时波及周围的易燃物。根据电厂厂用设备安置地点可分别选用开启式、防护式、封闭式及防爆式等型式。（2）容量选择 选择拖动厂用机械的电动机时，首先，其电压应与供电系统电压相一致；其次，电机的转速应符合被拖动设备的要求或通过变速传动机构与之适应。55东北电力学院电力工程系 第 页在此基础上确定电动机容量，必须满足在额定电压和额定转速下大于满载工作的机械设备轴功率PS，并留有适当的储备，即 （kw） （319）式中 PN电动机额定容量 （kw）； Ps被拖动设备的轴功率（kw）； K机械储备系数，见表36； Kt 温度修正系数，见表37； Kh海拔修正系数。当电动机用于海拔1000m以 上 地区应适当予以修正。56东北电力学院电力工程系 第 页 三、电动机的自启动校验 厂用电系统中运行的电动机，当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。若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短时间（一般在0515s）内，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57东北电力学院电力工程系 第 页惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。若参加自启动的电动机的数量多、容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电系统电压下降，甚至引起电动机本身发热，这些数值如果超过允许指标，将危及厂用系统的稳定运行和电动机的安全与寿命，因此必须进行电动机自启动校验。若经校验不能自启动时，应采取相应的措施。 根据运行状态，自启动可分为三类：1）失压自启动。运行中突然出现事故，电压降低，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段所形成的自启动；58东北电力学院电力工程系 第 页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段时形成的自启动。 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则需考虑失压、空载及带负荷自启动等三种方式。1电动机自启动时厂用母线电压最低限值 异步电动机的转矩Me与电压U平方成正比。通常电动机在额定电压下运行时，其最大转矩约为额定转矩的2倍，如图310所示（为便于说明问题，假设负载转矩Mm为定值）。59东北电力学院电力工程系 第 页随着电压下降，电动机转矩将急剧下降。当电压下降到某一数值时，如下降到70UN，它的最大转矩相应变为（0.7）2*21，若电动机已带有额定负载转矩，此刻，剩余转矩变为负值，电动机受到制动而开始惰行，最终可能停止运转。出现惰行的电压称为临界电压Ucr，这时电动机的最大转矩M*emax恰好等于负载转矩M*m，根据MeU2关系可得 U2*crM*emax=1于是 （3-20） 式中 Memax电动机在额定电压（U=1）下的最大 转矩标幺值； Ucr临界电压标幺值。60东北电力学院电力工程系 第 页 通常，异步电动机的M*emax 1.82.4，所以Ucr 0.640.75，即电压降低到额定值的6475 ，电动机就开始惰行。为了系统能稳定运行，规定电动机正常启动时，厂用母线电压的最低允许值为额定电压的80；电动机端电压最低值为70。但是，自启动时，有成组电动机启动，被拖动设备飞轮转矩GD2很大，具有惯性。当电压降低后，电磁转矩立即下降，而机械转速由于惯性造成的时延，在短时内几乎无大变化。为了保证厂用I类负荷自启动且考虑到惯性因素，规定厂用母线电压在电动机自启动时，应不低于表38数值。61东北电力学院电力工程系 第 页2电动机自启动校验（ 1）电压校验图311为一组电动机经厂用高压变压器自启动的接线图及等值电路。假设成组电动机在电压消失或下降后全部处于制动状态，当恢复供电后同时开始启动，如果忽略外电路所有62东北电力学院电力工程系 第 页元件的电阻，由于电动机此时的转差率为1，等值电阻也可忽略，向厂用高压变压器供电的电源视为无穷大电源，即U*01。现以该变压器容量为基准值，各元件参数均用标幺值表示，由图 311（ b）可得电压关系 U*0 I*（Xt Xm） （321）式中I*参加自启动电动机的启动电流总和； U*0母线电压标幺值，一般采用经电抗器供厂用电 时取1，采用无激磁调压变压器时取1.05，采用 有载调压变压器时取1.1； X*t厂用变压器或电抗器的电抗标幺值；63东北电力学院电力工程系 第 页X*m参加自启动电动机的等值电抗标幺值。 自启动开始瞬间厂用母线上的电压为UlI*Xm（322）由式（321）关系代入上式得（3-23） 对一台静止的电动机，在启动瞬间的电抗有X*m=1/K关系，如果所有自启动的电动机取一平均的启动电流倍数Kav，则全部电动机折算后的等值总电抗可写为（3-24）式中St厂用变压器的额定容量（kV A）；64东北电力学院电力工程系 第 页 Sm电动机总容量 （kA）； Kav电动机自起动电流平均倍数，对备用电源一般当快速切换时可取2.5，慢速切换时取5（当备用电源自动切换的总时间大于0.85为慢速切换，小于0.8s为快速切换）。将式（324）代入式（323），即得在自启动开始瞬间厂用母线的电压为 （325） 式中S*m为自启动时电动机的容量标幺值，65东北电力学院电力工程系 第 页 Pm参加自启动的电动机功率（kw）； cos电动机的效率和功率因数乘积，一般取0.8。由式（325）计算出厂用母线的电压值（标幺值）不低于厂用母线自启动时最低允许值，方能保证电动机顺利启动。（2）高、低压厂用变压器串联自启动母线电压校验 图312表示高、低压变压器串联，高、低压电动机同时自启动的等效电路。在这种情况下，应对高压厂用母线电压U*1和低压厂用母线电压U*2分别进行校验。 假设高压母线已带有负荷S0，自启动过程中S0继续运行时。66东北电力学院电力工程系 第 页 1）高压母线电压校验。由图312可知电压关系，得 U0 Ul I t1 X t1式中 U0厂用高压变压器电源侧电压的标幺值； Ul厂用高压母线电压标幺值； I t1 自启动时通过高压变压器的电流以厂用高压变压器容量为基准的标幺值； X t1厂用高压变压器电抗标幺值。自启动时通过厂用高压变压器的电流I t1为（见图312） I t1 I1 I*2I*0 （3-26）式中 67东北电力学院电力工程系 第 页其中 K0、K1、K20、1、2负荷支路的电动机启动电流倍数。故因 项所占比重很小，可以略去。且KO1，将I*t1代入电压关系式中，即得因故 （3-27）式中 S*h 高压厂用母线的合成负荷标幺值。当高压厂用 变压器采用分裂绕组变压器时，高压绕组容量为Sts1，68东北电力学院电力工程系 第 页分裂绕组容量为Sts2，即 (3-28) x*t1-高压厂用变压器电抗标幺值，当高压厂用变压器采用分裂绕组变压器时，即 U*0-电源电压标么值。2）低压厂用母线电压校验。同理，假设低压母线带有负荷S2，低压厂用变压器容量为S2由 U*1U*2It2Xt2关系又 69东北电力学院电力工程系 第 页代入电压关系式，可得 (3-29)式中 S*L低压厂用母线的合成负荷标么值； （3-30） X*12 低压厂用变压器电抗标么值X*12 =1.1*Uk%/100； U1高压厂用母线电压标么值； U*2低压厂用母线电压标么值。 对已求得的U*1及U*2，应分别不低于厂用母线在自启动时电压最低允许值。 （3）自启动电动机允许容量的确定 由前面计算结果70东北电力学院电力工程系 第 页可知，电动机自启动时厂用母线上的电压不仅与变压器的电抗和容量有关，而且与总启动电流倍数和参加自启动的电动机容量有关。因此，若把厂用母线最低允许自启动电压当作已知值，则由式（325）可计算出自启动时，最大允许电动机总容量为(标幺值）（3-31）（KW） （3-32） 由式（332）可以得到两点重要结论：其一，当电动机额定启动电流倍数大，变压器短路电压大，机端残压要求高时，允许自启动的功率就小；其二，发电机母线电压高，厂风变压器容量大，电动机效率和功率因数均高时，允许参加自启动的功率就大。依此，当71东北电力学院电力工程系 第 页 同时自启动容量超过允许值时，为保证重要厂用机械电动机能自启动，通常可采取以下措施： 1）限制参加自启动的电动机数量，对不重要设备的电动机加装低电压保护装置，延时0.5s断开，不参加自启动。 2）负载转矩为定值的重要设备电动机，因它只能在接近额定电压下启动，也不要参加自启动，可采用低电压保护和自动重合闸装置。即当厂用母线电压低于临界值时，该设备从母线上断开，而在母线电压恢复后又自动投入。这样，不仅保证该部分电动机的逐级自启动，而且改善了其它未曾断开电动机的自启动条件。 3）对重要的机械设备，应选用具有高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机。 4）在不得已的情况下，增大厂用变压器的容量。72东北电力学院电力工程系 第 页【例 31】某厂厂用系统为6 kV和 0.38 kV两级电压。高压厂用备用变压器为分裂绕组变压器，其高压绕组额定容量为 500O0kV A、低压绕组额定容量为25000kV A，以高压绕组为基准的半穿越电抗为 19；高压厂用母线U*0 1.1（有载调压），厂用低压变压器额定容量为 1000kV A阻抗电压Uk 10 ；高压厂用备用变压器已带负荷6200kw，参加自启动电动机总容量为13363kw；低压厂用母线上参加自启动电动机容量为500kw。试计算高压厂用备用变压器自投高、低压母线串接启动时，能否实现自启动。 【解】1）高压厂用母线电压校验： 高压厂用母线的合成负荷标台值由式（328）可求得73东北电力学院电力工程系 第 页 高压厂用变压器电抗标么值为 高压母线电压标么值由式（327）得满足要求。 2）低压厂用母线电压校验： 低压厂用母线的合成负荷标么值由式（330）可得 低压厂用变压器电抗标幺值为74东北电力学院电力工程系 第 页 低压母线电压标么值由式（329）得满足要求。可见该高压厂用备用变压器可以顺利实现高、低压母线串接自启动任务。 小 结 发电厂厂用电是保证发电厂厂用机械正常运行必不可少的动力基础，其电能主要都取自电厂本身发出的能量，且属重要负荷之一。厂用电率反映了厂用系统的耗电量多少，是表征发电厂电气部分的经济指标之一。 为了保证机组在启停、正常运行和事故等工况下能对厂用机械设备可靠地供电，厂用电源及其引接必须可靠，要求除75东北电力学院电力工程系 第 页工作电源外，还应设有备用电源。对大容量发电厂或装有200MW及以上机组的火力发电厂，应增设启动电源和保安源。实用上，根据具体情况和要求，可以把备用电源、启动电源和保安电源等予以综合考虑，相互兼顾，合理地引接与配置。 火电厂的厂用电系统大都为单母线分段接线形式，并按锅炉台数分段，以6kV及0.4kV两级电压供电。通常，每段母线上接一台厂用变压器。备用电源应尽可能地从可靠性较高的独立电源处引接，例如从另一分段或 110kV及以下的电力系统中引接等。 水电厂的厂用电和变电所的所用电，因厂（所）用机械设备容量不大，耗电量较小，一般均采用0.4kV电压供电，76东北电力学院电力工程系 第 页多采用单母线或单母线分段接线。对大、中型水电厂和枢纽变电所，可按机组台数或厂用变压器台数进行分段，对坝区水利枢纽用电，可视其距厂房远近、负荷大小，另设 6 10 kV坝区专用变压器供电。 厂用电负荷按其重要性可分为I、II、III类和保安负荷四大类别。正确统计和分析接在厂用母线各段上的电动机类型和运行方式，对合理选择厂用变压器具有决定性作用。厂用变压器的容量可用换算系数法来确定。 厂用电动机的选择，取决于所拖动的机械设备和使用场所。依据厂用机械容量、转矩特性及轴功率等条件，合理地选择电动机的型式和容量。在运行中，当厂用电动机成组自启动时，将引起电压下降和电动机发热，威胁厂用系统的稳定77东北电力学院电力工程系 第 页运行和电动机的安全，故应进行自启动校验；按保证厂用母线自启动电压的最低允许值，来决定参加自启动电动机的总容量。78东北电力学院电力工程系 第 页