高低壓電氣設(shè)備8講

高低壓電氣設(shè)備

2/5/2023第七講各類發(fā)電廠主接線的特點一、火力發(fā)電廠電氣主接線的特點

根據(jù)火力發(fā)電廠的容量及其在電力系統(tǒng)中的地位，一般可將火力發(fā)電廠分為區(qū)域性火力發(fā)電廠和地方性火力發(fā)電廠。這兩類火力發(fā)電廠的電氣主接線有各自的特點。1．區(qū)域性火力發(fā)電廠的電氣主接線

區(qū)域性火力發(fā)電廠特點1）區(qū)域性火力發(fā)電廠的單機容量及總裝機容量都較大。

我國目前這類電廠的單機容量多為200MW、300MW和少量600MW，電廠總裝機容量可達1000MW甚至2000MW以上。2)區(qū)域性火力發(fā)電廠多建在大型煤炭基地(有時稱為“坑口電廠”)或運煤方便的地點(如沿?；騼?nèi)河港口)，而與負荷中心(城市)距離較遠。它們生產(chǎn)的電能主要經(jīng)過升壓變壓器升至較高電壓后送人系統(tǒng)，一般不設(shè)發(fā)電機電壓母線給當?shù)刎摵晒╇姟?/5/2023

區(qū)域性火力發(fā)電廠的電氣主接線特點

1）電氣主接線多采用發(fā)電機一變壓器單元接線，升高為一個或最多兩個升高電壓等級。2）220～500kV電壓等級的配電裝置都采用可靠性較高的接線形式，如：

雙母線、雙母線帶旁路、雙母線四分段帶旁路以及更為靈活可靠的3／2斷路器接線等。2/5/2023

圖5—14為某大型區(qū)域性火電廠的電氣主接線圖。特點：1）該廠有4臺300MW機組和2臺600MW機組。2/5/2023聯(lián)絡(luò)變壓器(intereonneetingtransformer)在發(fā)電廠升壓站中連接有交換功率的兩種電壓等級母線的變壓器。大容量發(fā)電機一般采用發(fā)電機一雙繞組變壓器單元接線，以省去價格昂貴的發(fā)電機出口斷路器。如發(fā)電廠升壓站有兩種電壓等級的母線，并有功率交換時，需在升壓站增設(shè)聯(lián)絡(luò)變壓器。聯(lián)絡(luò)變壓器多采用三繞組變壓器，變壓器的高、中壓側(cè)繞組完成升壓站高、中壓側(cè)母線功率交換的功能，而其低壓側(cè)第三繞組可作為平衡繞組消除三次諧波，又可作為廠用電備用電源，或連接限制內(nèi)部過電壓用的并聯(lián)電抗器等。高、中壓側(cè)的電網(wǎng)為中性點直接(或有效)接地系統(tǒng)時，聯(lián)絡(luò)變壓器可采用自輻變壓器。交換功率變化頻繁而幅度大時，聯(lián)絡(luò)變壓器的壓降變化也大，聯(lián)絡(luò)變壓器需配備有載調(diào)壓裝工，以保證升壓站兩級母線的電壓水平。

2/5/2023

2）500kV線路4回，采用3／2接線，每回出線均裝有高壓并聯(lián)電抗器以吸收線路電容充電功率；2/5/20233）220kV出線有7回，采用旁路母線的雙母線接線。2/5/20234）6臺機組都采用發(fā)電機一變壓器單元接線，且用分相封閉母線連接。2/5/20232．地方性火力發(fā)電廠的電氣主接線特點：

1）地方性火電廠的單機容量和總裝機容量都較小，一般都建在負荷中心附近(城市邊緣)。所發(fā)出的電能有較大部分以發(fā)電機電壓(10kV)經(jīng)線路直接送到附近的用戶，或升至35kV送到稍遠些的用戶，其余的電能則升壓到1lOkV或220kV電壓送人系統(tǒng)。

2）發(fā)電機電壓母線在地方性火電廠主接線中顯得非常重要，一般采用單母線分段、雙母線、雙母線分段等形式。3）為限制過大的短路電流，分段斷路器回路中常串人限流電抗器，lOkV出線也常需要串人限流電抗器。這樣就可以選用便宜的輕型斷路器。

4）升高電壓級則根據(jù)具體情況，一般可以選用單母線、單母線分段、雙母線等接線形式。2/5/2023特點：1）該廠設(shè)有四臺發(fā)電機，其中G1、G2容量為100MW，發(fā)電機電壓母線采用雙母線分段，設(shè)有母線分段電抗器。圖5—15為某地方性中型火力發(fā)電廠的電氣主接線圖。2/5/2023

2）G1、G2一部分電能直接以10kV電纜線路供附近用戶(出線都帶電抗器)，剩余電能經(jīng)二臺三繞組變壓器升壓為35kV和110kV供較遠用戶和系統(tǒng)。因為有兩條架空線路供稍遠一點的較大用戶，故35kV采用內(nèi)橋式接線。2/5/20233）

110KV采用雙母線帶旁路母線接線，6回架空出線與系統(tǒng)相連并供電給大型企業(yè)和城市110/10KV變電所。2/5/20234）G3、G4容量為125MW，額定電壓為13.8KV，以發(fā)電機－變壓器單元接線形式直接將電能匯入110KV系統(tǒng)。2/5/2023二、水力發(fā)電廠的電氣主接線

1．水力發(fā)電廠電氣主接線的特點

(1)水力發(fā)電廠建在有水能資源處，一般離負荷中心很遠，當?shù)刎摵珊苄∩踔翛]有，電能絕大部分要以較高電壓輸送到遠方。因此多采用發(fā)電機一變壓器單元接線或擴大單元接線。

(2)水力發(fā)電廠的電氣主接線應(yīng)力求簡單，主變臺數(shù)和高壓斷路器數(shù)量應(yīng)盡量減少，高壓配電裝置應(yīng)布置緊湊、占地少。

(3)水力發(fā)電廠的裝機臺數(shù)和容量大都一次確定，高壓配電裝置也一次建成，不考慮擴建問題。采用單母線分段、雙母線、雙母線帶旁路及3／2斷路器接線外，橋形和多角形接線也應(yīng)用較多。2/5/2023

(4)水力發(fā)電機組啟動快，啟停時額外耗能少，常在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)頻、調(diào)峰及調(diào)相任因此機組開停頻繁，運行方式變化大，主接線應(yīng)具有較好的靈活性。

(5)水力發(fā)電機組的運行控制比較簡單，較易實現(xiàn)自動化，為此，電氣主接線應(yīng)盡力避免以隔離開關(guān)作為操作電器。2/5/20232．大型水力發(fā)電廠的電氣主接線

1）發(fā)電機與升壓變壓器構(gòu)成了單元接線或擴大單元接線。擴大單元中的主變壓器還采用低壓分裂的形式連接兩臺發(fā)電機。這樣不僅簡化了接線，還可有效地限制發(fā)電機側(cè)的短路電流。2/5/20232）220kV電壓采用雙母線帶旁路接線，3）500kV電壓則采用更為可靠的3／2斷路器接線。4)自耦變壓器構(gòu)成500kV和220kV電源的聯(lián)絡(luò)，其第三繞組作為廠用電的備用2/5/2023圖5—17(b)為葛洲壩(大江)水電廠主接線特點：4臺125MW發(fā)電機共用1臺600MVA主變壓器升壓至500kV。

因為發(fā)電機容量不大，這樣配置既減少了主變臺數(shù)，又減少了500kV斷路器和隔離開關(guān)的數(shù)量，因而減少了占地，降低了投資。2/5/20233．中型水力發(fā)電廠的電氣主接線

圖5—18所示水電廠共有6臺發(fā)電機，特點：G1～G4中每2臺發(fā)電機與1臺升壓變壓器構(gòu)成擴大單元接線。

其中T1為低壓繞組分裂的變壓器，T2為一臺自耦變壓器，高壓與中壓分別聯(lián)絡(luò)220kV和110KV兩級升高電壓，第三繞組則分裂為兩個相同的低壓繞組與兩臺發(fā)電機相連。2/5/2023發(fā)電機G5、G6，分別經(jīng)雙繞組升壓變壓器升壓后在高壓側(cè)并為一點接人110kV系統(tǒng)，這種接線稱為聯(lián)合單元接線，能節(jié)省高壓側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的數(shù)量，并使高壓側(cè)接線簡化，減少占地面積。220kV和110kV電壓級都采用了五角形接線。2/5/2023第八講廠用電及其接線

第一節(jié)概述一、廠用電及廠用電率

1)廠用電

發(fā)電廠廠用輔助機械設(shè)備及電氣設(shè)備的總耗電量稱為廠用電或自用電。如：各種類型的拖動電動機以及廠內(nèi)其它運行操作、試驗、修配、電焊、照明等用電設(shè)備。2)廠用電系統(tǒng)

由廠用變壓器(或電抗器)、廠用供電電纜、廠用成套配電裝置及各類廠用負荷所構(gòu)成的系統(tǒng)，稱為廠用電系統(tǒng)。3)

廠用電系統(tǒng)的可靠性，對發(fā)電廠乃至整個電力系統(tǒng)的可靠運行都有直接的影響。因此任何情況下，廠用電都是最重要的負荷，必須保證廠用電的正常性是指占發(fā)電廠全部發(fā)電量的百分數(shù)，稱為廠用電率。在額定工況下，廠用電率可用下式估算4)廠用電率

（6-1）式中KP—廠用電率，%；Sca—廠用計算負荷，kVA；cos—平均功率因數(shù)，一般取0.8；PN—發(fā)電機額定功率，kW。

廠用電量與發(fā)電廠類型,機械化和自動化程度,燃料種類及燃燒方式,蒸汽參數(shù)等因素有關(guān).凝汽式火電廠廠用電率為5％～8％，熱電廠為8％～10％，水電廠的廠用機械很少，廠用電率僅為0．3％～2％。2/5/2023二、廠用電負荷的分類

廠用電負荷,根據(jù)其用電設(shè)備在生產(chǎn)中的作用和突然中斷供電時所造成的危害程度可以分為五類。

I類負荷Ⅱ類負荷

Ⅲ類負事故保安負荷荷不間斷供電負荷

2/5/20231．I類負荷

凡是屬于短時(如手動切換電源)停電會造成主輔設(shè)備損壞，危急人身安全,使機組停止運行或發(fā)電量大幅度下降的負荷，都屬于I類負荷。如:火電廠的給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、引風(fēng)機、送風(fēng)機、給粉機等以及水電廠中的調(diào)速器、壓油泵、潤滑油泵等。

這些重要輔助機械通常都設(shè)置兩套互為備用，其分別接到兩個獨立電源的母線(段)上，當一個電源斷電時，另一個電源就立即自動投入。

2/5/20232．Ⅱ類負荷

允許短時停電(幾秒至幾分鐘)，恢復(fù)供電后，不造成生產(chǎn)紊亂的廠用負荷，屬于Ⅱ類廠用負荷。

如:火電廠的輸煤設(shè)備、工業(yè)水泵、疏水泵、灰漿泵和化學(xué)水處理設(shè)備，水電廠的吊車、整流設(shè)備、漏油泵等。Ⅱ類負荷一般由兩段母線供電，采用手動切換。3．Ⅲ類負荷較長時間的停電，不會直接影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)上不方便的廠用負荷，都屬于Ⅲ類廠用負荷。如:試驗室、油處理室及中央修配廠的用電設(shè)備等。Ⅲ類負荷一般由一個電源供電即可。2/5/20234．事故保安負荷如200MW及以上機組的大容量發(fā)電廠中，自動化程度較高，要求在事故停機過程中及停機后的一段時間內(nèi)，必須保證供電，否則可能引起主要設(shè)備損壞、重要的自動控制設(shè)備控制失靈或危急人身安全地負荷。事故保安負荷有直流保安負荷和交流保安負荷兩種：

(1)直流保安負荷。如：發(fā)電機的直流潤滑油泵、事故氫密封油泵等。(2)交流保安負荷。如：盤車電動機、交流潤滑油泵、交流密封油泵、消防水泵等。為了滿足事故保安負荷的供電要求，通常有蓄電池、柴油發(fā)電機、燃氣輪機或可靠的外部獨立電源作為事故保安負荷的備用電源。2/5/2023

5．不間斷供電負荷

機組運行期間，以及保證或事故停機過程中，甚至在停機后的一段時間內(nèi)，需要連續(xù)供電并具有恒頻恒壓特性的負荷，稱為不間斷供電負荷。因此有時被稱為0I類負荷。

如:實時控制的計算機系統(tǒng)、自動控制和調(diào)節(jié)裝置等一般采用蓄電池供電的電動發(fā)電機組、不間斷供電電源(UPS)或采用以直流蓄電池組為后備的整流一逆變裝置供電2/5/2023三、廠用電負荷的工作方式

廠用電負荷的工作方式根據(jù)其使用時間劃分，有經(jīng)常、不經(jīng)常、連續(xù)、短時和斷續(xù)等五種情況：

經(jīng)常——指每天都要使用的用電設(shè)備；

不經(jīng)常——指僅在檢修、事故或機爐起停期間使用的用電設(shè)備；

連續(xù)——每次使用均帶負荷運轉(zhuǎn)2h以上的用電設(shè)備；

短時——每次使用均帶負荷運轉(zhuǎn)10～120min者；

斷續(xù)——每次使用從帶負荷到空載或停止，反復(fù)周期性地工作，每一周期(工作時間加停止時間)不超過lOmin。例如:給水泵的運行方式為經(jīng)常連續(xù)，備用勵磁機為不經(jīng)常連續(xù)，空壓機為經(jīng)常短時，消防水泵為不經(jīng)常短時，抓煤機為經(jīng)常斷續(xù)，起重機則為不經(jīng)常斷續(xù)等等。2/5/2023第二節(jié)廠用電接線

一、廠用電系統(tǒng)的電壓等級

廠用電系統(tǒng)的電壓等級要根據(jù)發(fā)電機額定電壓、廠用電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性等多方面因素綜合考慮，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。

為了簡化廠用電接線，并且運行維護方便，廠用電電壓等級不宜過多。一般分為高壓和低壓兩級。低壓級為0.4kV(380／220V)，高壓級可在3、6、lOkV中選用一種。超大容量機組(如600MW)則可選用兩級高壓。

2/5/2023根據(jù)運行實踐經(jīng)驗，大致可按下列情況考慮：

(1)高壓采用3kV?；痣姀S當發(fā)電機容量在60MW及以下，發(fā)電機電壓為10.5kV時，lOOkW以上的電動機用3kV，lOOkW以下的電動機用380V。(2)高壓采用6kV。火電廠發(fā)電機容量在100～300MW時，200kW以上的電動機用6kV，200kW以下的電動機用380V。2/5/2023火電廠發(fā)電機容量為300MW以上，例如600MW時，200kW以下的電動機用380V，200～1800kW的電動機用3kV，超過1800kW的電動機用lOkV。(4)不設(shè)高壓等級。水電廠廠用機械設(shè)備少，電動機容量也不大，通常只設(shè)380／220V一種廠用電電壓(如果壩區(qū)有大型機械，如閘門啟閉機、船閘或升船機等，則需要專設(shè)壩區(qū)變壓器，以6kV或lOkV供電)。(3)高壓采用3kV和l0kV兩級。2/5/2023二、廠用電源的引接方式1．廠用工作電源的引接

1)廠用高壓工作電源廠用工作電源對可靠性要求很高，工作電源的引接方式與電氣主接線有密切聯(lián)系。(1)當主接線具有發(fā)電機電壓母線時，廠用高壓工作電源從機壓母線上引接；

2/5/2023(2)當發(fā)電機、變壓器采用單元接線時，廠用高壓工作電源從主變壓器的低壓側(cè)引接；

2/5/2023(3)當主接線為擴大單元時，廠用高壓工作電源從發(fā)電機出口或主變低壓側(cè)引接。

2/5/20232)廠用低壓工作電源(1)廠用低壓工作電源，一般從廠用高壓母線段上引接；(2)當無高壓廠用母線段時，從發(fā)電機電壓母線上或從發(fā)電機出口直接接人低壓廠用變壓器，以取得380／220V低壓工作電源。

2/5/20232．廠用備用電源的引接

當事故情況下廠用負荷失去了工作電源時，即會自動切換到備用電源上繼續(xù)運行。因此，要求廠用備用電源具有供電的獨立性，并有足夠的容量。最好與系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電情況下仍能從系統(tǒng)獲得廠用電源。有以下幾種方式：

(1)從發(fā)電機電壓母線的不同分段上引接廠用備用變壓器。(2)從與電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密的升高電壓母線上引接廠用高壓備用變壓器，如有兩級與系統(tǒng)聯(lián)系的升高電壓，盡量選用較低一級以節(jié)省投資。

(3)從聯(lián)絡(luò)兩級升高電壓的聯(lián)絡(luò)變壓器的第三繞組引接廠用備用變壓器。(4)從外部電網(wǎng)中引接專用線路(經(jīng)濟性差極少采用)。

2/5/20232/5/2023廠用備用電源分明備用和暗備用兩種。

明備用：火電廠中一般采用明備用，即裝設(shè)專門的備用變壓器，平時不工作或僅帶很小負荷，一旦某一工作電源失去后，該備用變壓器自動代替原來的工作電源。表6—4為火電廠備用廠用變壓器的設(shè)置原則。

暗備用：

水電廠(也包括小火電廠)多采用暗備用，即不設(shè)專門的備用變壓器，而是兩個廠用工作變壓器容量選大一些，互為備用。暗備用減少了廠用變壓器的數(shù)量，也相應(yīng)節(jié)約了占地和費用。

2/5/20233．起動電源的取得

在嚴重事故情況下可能造成全廠停電。此時所有廠用工作電源全部失去。為保證發(fā)電機組能夠快速起動，必須由起動電源向必要的輔助設(shè)備供電。起動電源實際上是一種可靠性更高的備用電源，可以從外部可靠獨立電源經(jīng)過專門的廠用高壓變壓器取得。我國目前對200MW以上大型機組設(shè)置廠用起動電源，一般以起動電源兼作事故備用電源，統(tǒng)稱為起動(備用)電源。4．事故保安電源的取得1）蓄電池組事故保安電源。

在正常運行時，蓄電池組承擔(dān)全廠操作、信號、保護及其它直流負荷用電；

在事故情況下，則提供事故照明、潤滑油泵等直流保安負荷用電。此外，還可通過逆變器將直流變成交流，向不允許間斷供電的交流負荷供電，如計算機、熱工儀表和自動裝置等。

2）可快速啟動的柴油發(fā)電機組或從外系統(tǒng)引入的獨立專線，可作為交流事故保安電源。2/5/2023三、火力發(fā)電廠廠用電接線

1．按爐分段的原則1）接線原則：

火電廠中鍋爐的輔機較多，用電量也大，如送風(fēng)機、引風(fēng)機、磨煤機等容量都達到兆瓦級，用電量約占全部廠用電量的60％以上。

為提高廠用電系統(tǒng)的可靠性，高壓廠用母線通常采用單母線分段的形式，并按鍋爐臺數(shù)分為若干獨立的工作段。同一機爐或在生產(chǎn)程序上相互有關(guān)的電動機和其它用電設(shè)備都接在同一個分段上，而作為備用的一套則應(yīng)接在另外的分段上。

這種按爐分段便于運行和檢修，如一處發(fā)生故障，只影響一爐一機，不會造成多臺機組停電。

當鍋爐容量大(如400t／h以上)時，每臺鍋爐又分為A、B兩個小的分段。當公用負荷很多時，應(yīng)單獨設(shè)置公用母線段。但相同的I類公用機械的電動機不要接在同一個母線段上。2/5/20232．火力發(fā)電廠廠用電接線舉例

1）接線特點：

（1）電廠裝有二機三爐，2X50MW發(fā)電機，電壓為10.5kV。（2）6kV廠用高壓母線為單母線，按爐分為三段，由三臺5600kVA、10.5／6.3kV廠用高壓變壓器供電。（3）備用電源采用明備用方式，專設(shè)一臺#0備用廠用高變，容量也是5600kVA，平時斷開。（4）由于機組容量不大，未另設(shè)專用的起動電源和事故保安電源2/5/2023（5）當某一6kV廠用工作段失去電源時，備用電源自動投入裝置動作，使相應(yīng)的斷路器自動合閘，由備用變壓器繼續(xù)供電。6kV廠用高壓電動機直接從6kV母線上受電。（6）廠用低壓母線為380／220V三相四線制，也采用單母線，按兩臺機組分成兩大段，并用刀閘分為兩小段，由兩臺560kVA、6／0.4kV廠用低壓變壓器供電。＃6備用廠用低壓變壓器則從6kVII段母線受電。2/5/2023

(7)高壓廠用電動機每臺都個別供電。低壓廠用電動機5.5kW及以上的I類廠用負荷和40kW以上的Ⅱ、Ⅲ類廠用負荷也采用個別供電方式。其它電動機采用成組供電方式，即在廠用380/220V工作母線上引出一條電纜，送到車間配電盤后，再分別引向電動機。這樣可以節(jié)約電纜，簡化廠用配電裝置。2/5/2023

圖6—4為4X100MW機組火電廠廠用電接線圖(1)4臺廠用高壓變壓器分別從各自單元的主變低壓側(cè)引出。其中#1和#2廠用高壓變壓器容量為20000kVA，#3和#4廠用高壓變?nèi)萘繛?6000kVA.這是由于水源地、輸煤和公用負荷由#1和#2廠用高壓變供電。2/5/2023(2)備用高壓變?nèi)萘繛?0000kVA，引自主接線的110kV配電裝置，供電給廠用6kV備用段。每臺機組都分成廠用6kV的A段和B段，除供6kV的高壓電動機外，還供本機組廠用低壓變壓器。2/5/2023

(3)廠用低壓變壓器容量為1000kVA，低壓母線也按機組分為兩個小段。此外還有#1、#2廠用公用變和#l、#2廠用輸煤變以及廠用備用低壓變等。2/5/2023

圖6—5為200MW機組火電廠廠用電主廠房部分接線(通用設(shè)計)(1)廠用電電壓為6kV和380／220V兩級。發(fā)電機電壓為15.75kV，廠用高變采用低壓繞組分裂變壓器，電壓比15.75／6.3—6.3kV，從發(fā)電機出口引接。2/5/2023(2)發(fā)電機出口至變壓器包括廠用分支采用全鏈式分相封閉母線。每臺機組廠用6kV線又分為A、B兩段。每兩臺200MW機組設(shè)置一臺起動備用變壓器，從220kV高壓母線引接，既作廠用高壓變壓器的備用，又供機組起動和停機的負荷。2/5/2023

(3)#1高壓廠變和起動備用變的容量為40／20—20MVA，比#2號高壓廠變大，因為5500kW電動給水泵和全廠公用負荷都集中由#1機組供電，這是考慮到這種大電廠一般分期投產(chǎn)。#1機組先投運時，公用負荷必須同時投運。雖然#1廠高變故障時似乎會影響其它機組，但因設(shè)置有起動／備用變壓器且引自與系統(tǒng)緊密聯(lián)系的220kV母線，備用電源自動投入保證了全廠公用負荷的可靠性。2/5/2023

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