发电厂和变电站的自用电.doc
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1、第一部分 发电厂和变电站的自用电现代化火力发电厂的生产过程是完全机械化和自动化的。它需要配备大量的机械设备和自动化装置,为发电厂的主机(锅炉、汽轮机、发电机等)和辅助设备服务。这些厂用机械大多数采用的是电动机拖动的。这些电动机以及全厂的运行操作、热工和电气试验、机械修配、电气照明、电焊机等用电设备,统称为厂用电。厂用电绝大部分使用交流电,少量使用直流电。厂用电是发电厂中最重要的负荷,厂用电系统的任何故障都会影响电能的正常生产,严重时将迫使发电厂生产陷于瘫痪,中断对电力用户的供电,处理不当将会给国民经济造成不可估量的损失。因此,厂用电系统的供电可靠性在很大程度上决定着整个发电厂的安全运行。厂用电
2、率是机炉发电和供热所需的自用电能消耗量分别与同一时期对应机组发电量和供热量的比值。我国凝汽式火电厂的厂用电率为(58),热电厂为(810) 。 影响厂用电供电的可靠性和经济性的因素:1、发电厂的运行操作、维护检修和设备的质量;2、厂用电接线设计是否正确;3、厂用电动机的类型和容量选择是否合理;4、厂用电的电压等级和厂用电源的引接方式是否合适;5、是否采用新型的继电保护和自动化措施;以及对设备的使用和管理是否正确等。厂用电接线应满足的基本要求:1.安全可靠、运行灵活2.投资少,接线简单、清晰,运行费用低3.满足供电的对应性4.满足系统的整体性5.对于200MW及以上的大容量机组应设置具有足够容量
3、的交流事故保安电源和电能质量指标合格的交流不间断供电装置。 一、厂用电、厂用负荷分类及厂用电电压等级厂用电(自用电):各类电动机以及全厂的运行操作、实验、修配、照明、电焊等用电设备的总耗电量厂用电接线: 厂用电的供电线路厂用电率: 厂用电耗电量占同一时期发电厂全部发电量之比凝汽式电厂:5-8热电厂:8-10水电厂:0.3-2.01、厂用负荷按其重要性可分为四类:(1) 类:凡短时间(手动切换恢复供电所需的时间)内停止供电,将影响人身或设备安全,使机组停顿或发电量大幅度下降的厂用负荷,称为I类厂用负荷。例如给水泵电动机、凝结水泵电动机等。(两套设备互为备用)(2)类:在较长时间内停止供电,会造成
4、设备损坏或影响正常生产,但在允许的停电时间内,如经值班人员操作后能恢复供电而不致造成生产混乱的负荷,称为类厂用负荷。例如输煤系统机械用电动机;水处理设备和冲灰系统水泵用电动机等。(两段母线供电,手动切换)(3)类:较长时间停电,不会直接影响生产,仅带来不便。例如中央修配厂、油处理室的电动机等。(一个电源供电)(4)事故保安负荷:大容量发电厂自动化程度高,事故停机过程中及停机后的一段时间内,必须保证供电的负荷,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。(由蓄电池组、柴油发电机、燃气轮机、外部独立电源)2、按对电源的要求分为:(1)直流保安负荷: 由蓄电池
5、供电的负荷(2)交流不停电保安负荷:在机组起动、运行到停机过程中,甚至停机以后的一段时间内,需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。(3)允许短时停电交流保安负荷:平时由交流厂用电供电,失去厂用工作或备用电源时,由交流保安电源供电的负荷。3、厂用电供电电压等级的确定: 厂用负荷的供电电压,主要取决于发电机的额定容量、额定电压、厂用电动机的电压、容量和数量等因素。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(380V/220V);高压供电网络有6kv、10kv等。电动机电压: 75kW以下380V;100kW以上6kv厂用电电压:一般是6kv和380/220VD6kV6kV发电机额
6、定电压6.3kV和10.5kv以上的厂用电接线380/220V 由6kv厂用电母线经变压器得到。10.5kV6kV二、 厂用电的供电电源及其引接发电厂的厂用电源必须供电可靠,而且能满足厂用电系统各种工作状态的要求。除应具有正常工作电源外,还应设置备用电源。对单机容量在200MW及以上的发电厂还应考虑设置启动电源、事故保安电源和交流不停电电源。1、厂用工作电源 发电厂的厂用工作电源是指保证发电厂或变电所正常运行的电源。工作电源应不仅要供电可靠,而且要满足厂用负荷容量的要求。厂用低压工作电源,一般采用0.4kv电压等级,由厂用低压变压器获得。2个以上工作电源并联运行电压母线引接(如前图发电机或系统
7、供电,可靠)6kV6kV发电机变压器(扩大)单元接线,由变压器低压侧或发电机出口引接2、厂用高压电源的引接方式 (1)当主接线具有发电机电压母线时,一般直接由发电机电压母线上引接,供给接在该母线段机组的厂用负荷, (2)当采用发电机变压器组单元接线时,从发电机至主变压器的封闭母线上引接。(a) (b)工作电源直接由发电机电压母线上引接(c)工作电源接至断路器与变压器之间1) 从高压厂用母线段上引接;2)无高压厂用母线段时,发电机电压母线或发电机出口经厂用变压器或电抗器引接。三、厂用备用或厂用启动/备用电源 为了提高可靠性,每一段厂用母线至少应由两个电源供电,其中一个为工作电源,另一个为备用电源
8、。当工作电源故障或检修时,仍能不间断地由备用电源供电。厂用备用电源有明备用和暗备用两种方式。备用电源引接方式 1) 电压母线的不同分段上引接; 2) 从与系统连接的最低一级电压母线上通过高压降压变压器引接明备用就是专门设置一台变压器(或线路),其容量等于厂用变压器中最大的一台,它经常处于备用状态(停运)。(适合大电厂) 暗备用就是不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,不满载运行,每台变压器都在半载下运行,互为备用状态。(适合中小电厂) 厂用备用电源应尽量保证其独立性,即失去工作电源时,不应影响备用电源的供电。此外,还应装设备用电源自动投入装置。厂用备用电源主要用于事故
9、情况失去工作电源时起后备作用,所以又称事故备用电源。 1、明备用专门设置一台#O备用变压器,其容量等于最大一台厂用工作变压器的容量。正常运行时#0变压器不工作。当厂用工作变压器发生故障跳闸时,通过备用电源自动投入装置将#0备用变压器投入运行,迅速恢复对失电厂用母线的供电。2、暗备用正常运行时,每台工作变压器在欠载状态下运行,分段断路器QFf处于断开状态,当任一台工作变压器因故障被断开后,在备自投的作用下,分段断路器接通,使两段母线上的厂用负荷均由完好的厂用工作变压器供电。 对于200MW及以上大容量机组,为了保证 机组的起动和停机的负荷用电,需设置起动电源并兼做事故备用电源,所以又称起动备用电
10、源。起动备用电源的设置对保证大容量机组的快速起动,提高电力系统运行的稳定性具有重要作用。3、 备用电源或起动/备用电源设置的数量取决于发电厂的装机台数、单机容量及控制方式等,一般按下表的原则配置。当全厂有两个及以上高压厂用备用或起动/备用电源时,应尽量保持备用电源之间的相对独立性。 4*300MW机组采用两台启动/备用变压器的连接方式 两台低压备用变压器分别作为几台工作变压器的备用电源四、 事故保安电源厂用工作电源和备用电源都消失时,为确保在事故状态下主要设备和人身的安全,保证主机安全停机,并在事故消除后又能及时恢复供电而设置电源。在大容量机组的发电厂中,事故保安电源有下列三种类型:(1)快速
11、起动的柴油发电机;(2)可靠的外部独立电源;(3)由蓄电池组供电的逆变装置。 一机一组的交流事故保安电源电气系统接线五、交流不停电电源向不允许间断供电的电子计算机、自动巡回检测装置、重要的热工仪表、自动调节装置及通信系统中不允许交流电源中断的负荷等供电。交流不停电电源系统包括稳定的不停电电源系统、配电系统和必要的控制系统及测试设备。 采用KGBTA系列可控硅逆变器的不停电电源系统 600MW机组的交流不停电电源系统接线图六、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。在火电厂中,高压母线均采取按炉分段的接线原则,即将厂 用电母线 按照
12、锅炉的台数分成若干独立段,凡属同一台锅炉及同组的汽轮机的厂用负荷均接于同一段母线上,这样既便于运行、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。低压厂用母线一般也按炉分段,高压厂用电源则由相应的高压厂用母线提供。 高压厂用母线的连接方式 采用低压分裂绕组变压器供电的接线形式大型火电厂用电接线实例核电厂的厂用电接线实例500kV降压变电所所用电接线 六、厂用电动机的自启动电动机的自启动: 电动机失去电压以后,不与电源断开,在很短时间(一般在0.51.5s)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,电动机惰行尚未结束,又自动启动恢复到稳定状态运行。1、电
13、动机自启动的三种类型(1)失压自启动:当运行中突然出现事故,造成电压降低,在事故消除电压恢复时形成的自启动;(2)空载自启动:备用电源处于空载状态时,自动投入失去电源的工作段所形成的自启动;(3)带负荷自启动:备用电源已带有一部分负荷,又自动投入失去电源的工作段时形成的自启动。七、自启动时厂用母线电压的最低限值 1.异步电动机的电磁转矩Me与电压U的平方成正比关系 。电压下降到某一数值时,如果电动机已带有额定负载转矩M*M,剩余转矩将变为负值,电动机受到制动而开始惰行,最终可能停止运转。2.出现惰行的电压称为临界电压Ucr ,电压降低到额定值的6475,电动机就开始惰行。3.为了保证厂用I类负
14、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,母线电压的最低限值应不低于相应规定值。4、成组电动机自启动电压校验式中I*ST 参加自启动电动机的启动电流总和; U*0 电源母线电压标幺值,一般采用经电抗器供厂用电时取l,采用无激磁调压变压器时取l.05,采用有载调压变压器时取1.1; X*T 厂用高压变压器或电抗器的电抗标幺值;X*m参加成组自启动电动机的等值电标幺值。一台静止的电动机,当启动电流倍数为K时,在启动瞬间的电抗X*M=1/K;参加自启动的成组电动机取一个平均的启动电流倍数Kav,则参加自启动的成组电动机折算后的等值总电抗为式中ST厂用高压变压器的额定容量(kVA);
15、Sm参加自启动的成组电动机总容量(kVA)Kav成组电动机自起动电流平均倍数,当备用电源快速切换时可取2.5,慢速切换时取5。计算出的高压厂用母线的电压值(标幺值)不应低于自启动时最低允许值,方能保证电动机顺利自启动。式中 S*m参加自启动的成组电动机容量的标幺值, Pm参加自启动的成组电动机有功功率(kW);cos电动机的效率和功率因数乘积,一般取0.8。 5、 高压厂用母线电压校验式中U*0厂用高压变压器电源侧电压的标幺值;U*1厂用高压母线电压标幺值;S*h高压厂用母线的合成负荷标幺值; X*T1厂用高压变压器电抗标幺值。 (1)当厂用高压变压器为双绕组变压器X*T1=1.1Uk%/10
16、0 ;ST1变压器额定容量。(2)厂用高压变压器采用分裂低压绕组变压器而且高压绕组额定容量为STS1 , 分裂绕组额定容量为STS2时 S*h=(K1 P1 /cos +S0 ) / STS2 假设低压母线上自启动电动机的容量为S2,厂用低压变压器容量为ST2。S*l=(K2 P2 /2cos2) / ST26、 自启动电动机允许容量的确定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。若把厂用母线最低允许自启动电压当作已知,则可计算出自启动时最大允许电动机总容量为某发电厂高压厂用母线电压为6kV。高压厂用变压器为无激励调压双绕组变
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