發(fā)電廠電氣第三、四章

發(fā)電廠電氣第一章電力系統(tǒng)概述1.組成和特點2.電能質量3.功率平衡4.短路簡述第二章發(fā)電廠電氣一次設備1.安全工作條件2.電力變壓器3.高壓開關電器4.互感器5.電氣主接線第三章發(fā)電廠的廠用電1.廠用電接線2.廠用負荷3.廠用電動機第四章發(fā)電廠電氣二次設備第五章電氣設備運行監(jiān)控與微機遠動終端1概述發(fā)電廠的廠用電率廠用電：主要設備耗電（鍋爐、汽輪機、發(fā)電機）輔助設備耗電全廠運行操作、試驗、修配、照明、電焊等用電設備耗電廠用電率：廠用電耗電量占同一時期發(fā)電廠全部發(fā)電量的百分數(shù)廠用電率是電廠的主要運行經(jīng)濟指標：凝汽式電廠熱電廠水電廠5%-8%8%-10%0.3%-2%主要設備耗電（鍋爐、汽輪機、發(fā)電機）輔助設備耗電廠用電的分類I類負荷：

II類負荷：III類負荷：事故保安負荷：不間斷供電負荷：短時停電將影響人身或設備安全使得機組停運或發(fā)電量大幅度下降的負荷。應當設置備用電源自動切換給水泵凝結水泵送風機吸風機允許短時停電，但是較長時間停電會可能損壞設備或減小機組出力。輸煤設備工業(yè)水泵疏水泵應當設置備用電源手動切換長時間停電不會直接影響生產(chǎn)的負荷。單電源供電停機過程中及停機后一段時間應保證用電的負荷。否則可能引起主要設備損壞或失靈。直流保安負荷交流保安負荷機組工作中甚至停機后都需要連續(xù)供電并具有恒頻恒壓特性的負荷。蓄電池組供電的發(fā)電機組配置靜態(tài)開關的靜態(tài)逆變裝置廠用電系統(tǒng)火電廠一般都設兩臺以上廠用高壓變壓器和廠用低壓變壓器。廠用電系統(tǒng)：廠用負荷及其供電網(wǎng)絡廠用變壓器或電抗器廠用供電電纜廠用成套配電裝置廠用負荷2廠用電接線廠用電壓等級廠用電動機容量差別很大一種電壓等級不能滿足要求根據(jù)電機的制造情況選擇電壓電動機電壓(V)2202203803000600010000生產(chǎn)容量范圍(kW)<140<300>75>200>200滿足技術條件的前提下選擇較低電壓等級的電動機低壓供電網(wǎng)絡電壓0.4kV(380/220)高壓供電網(wǎng)絡電壓3、6、10kV需要技術論證高壓供電網(wǎng)絡電壓電動機效率價格技術限制（短路電流）功率滿足負荷要求廠用電壓等級電壓等級適用電機容量高壓6kV100-300MW10kV只用于300MW以上3kV發(fā)電機容量在60MW及以下，電壓在10.5kV時；容量在300MW以上，作為廠用電二高壓低壓380V75kW以下高壓電動機：尺寸大、價格高、效率低但容量大、功率大低壓電動機：尺寸小、效率高但對大容量機組，電動機數(shù)量多廠用電源及其接引供電可靠，滿足各級廠用電壓負荷的要求工作電源不少于2個可從發(fā)電機電壓回路獲取電源廠用高壓工作電源的引接方式G~G~G~G~G~（發(fā)電機與系統(tǒng)并聯(lián)運行）備用電源和起動電源（未用的備用電源）備用電源用于故障情況失去工作電源，起后備作用起動電源在廠用工作電源完全消失情況下，為保證使機組快速啟動，向必要的輔助設備供電的電源。引接要求保證獨立性具有足夠的備用容量最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系在全廠停電時，盡快從系統(tǒng)獲得廠用電源200MW以上大型機組，以起動電源兼作事故備用電源接引方式

從發(fā)電廠的電壓母線的不同分支上，通過廠用備用變壓器引接從與電力系統(tǒng)連接的最低一級電壓等級上引接從聯(lián)絡變的低壓繞組引接，保證機組在全停情況下獲得足夠電源容量。當技術經(jīng)濟合理時，可由外部電網(wǎng)引接專用線路，經(jīng)過變壓器獲得獨立的備用電源或起動電源。備用電源的配置方式明備用暗備用火電廠中一般均裝設專門的備用電源小型火電廠中和水電廠中不另設專用備用電源，而由兩個廠用工作電源互為備用備用電源廠用變壓器

廠用高壓變壓器廠用變壓器容量>廠用分段上的計算負荷。

廠用低壓變壓器廠用變壓器的原副邊額定電壓必須與引接電源和廠用網(wǎng)絡電壓一致考慮同時率、負荷率廠用電動機使用情況廠用電抗器廠用高壓電壓等級與其電源點的電壓等級相同時，可以通過電抗器引接

具有一定電抗值的電感元件廠用變壓器的原副邊額定電壓必須與引接電源和廠用網(wǎng)絡電壓一致

發(fā)生短路故障時，限制短路電流的作用

普通型電抗器

分裂型電抗器

正常時電抗小、壓降小

短路時電抗大、限流作用強廠用母線段發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)接線通常都采用單母線分段接線形式，并多以成套配電裝置接受和分配電能

便于檢修，運行按爐分段

使事故影響僅限于一機一爐鍋爐的輔助機械設備耗電量大，占電廠負荷的60%

鍋爐容量大一爐兩段

分配均勻、公用性負荷適當集中或設立公用母線段

低壓，對于大型電廠可按爐分段，對小廠可按負荷大小和重要程度分為二段或三段廠用電接線的基本形式

-由發(fā)電機母線引接工作電源備用電源6kV10kV工作電源G~柴油發(fā)電機380V廠用高壓負荷高壓廠用電母線低壓廠用電母線廠用電接線的基本形式

-由發(fā)電機出口引接工作電源備用電源6kV工作電源G~柴油發(fā)電機380VG~35kV110kV6kV3廠用負荷的供電類別和供電方式廠用負荷的供電類別經(jīng)常不經(jīng)常連續(xù)短時廠用負荷包括全廠機、爐、電、燃、運等各方面用電設備，面廣量大，且隨各廠機爐類型、容量、燃料種類、供水條件等差異較大。負荷類別按其重要性分為五類負荷運行方式根據(jù)其使用時間分類斷續(xù)每天都要使用只在檢修、事故或機爐起停期間使用的電動設備區(qū)別每次使用時間長短>2h10~120min<10~120min區(qū)別使用頻率廠用負荷的計算SC=(KP)計算負荷損耗系數(shù)與同時率和負荷率有關的系數(shù)電動機的計算功率連續(xù)運行：P=Pe經(jīng)常短時，經(jīng)常斷續(xù)：P=0.5Pe中央修配：P=0.14Pe+0.4P5給水泵，循環(huán)水泵：1.0凝結水泵0.8其他廠用負荷的供電方式個別供電適于高壓CT配置發(fā)電機變壓器出線，母聯(lián)成組供電適于低壓PT配置開關兩頭發(fā)電機中性點母線一組線路35kV以上，對立端有電源，一臺，單相發(fā)電機兩組主廠房內(nèi)廠用負荷的連接原則鍋爐輔機電動機分別連接到所屬鍋爐的高低壓廠用母線；汽輪發(fā)電機輔機電動機分別連接到對應鍋爐的高、低壓廠用母線上。容量400t/h及以上鍋爐有兩段高、低壓廠用母線，則兩套輔機應分接在兩段母線上。60MW及以下機組，當每臺機組僅有一段高、低壓廠用母線互為備用的I類負荷可采用交叉供電。主廠房內(nèi)廠用負荷的連接原則電動給水泵無汽動給水泵：200MW以下機組，每臺設三臺電動給水泵，兩臺直接接母線段，第三臺跨接。公用負荷無公用母線段：全廠公用負荷應根據(jù)負荷平衡和對供電可靠性的要求，分別接到各臺鍋爐母線段上，適當集中。有汽動給水泵：300MW以下機組，備用給水泵可接在工作母線上有公用母線段：相同用途的I、II類公用電動機不應全部接在同一公用母線段上。4廠用電動機廠用電動機廠用機械設備所使用的拖動電動機廠用電動機的機械特性轉矩特性M*L=M*L0+(1-M*L0)n*2M*L0ML=f(n)1恒轉矩特性2非線性上升的轉矩特性12M*Ln*M*L0與轉速無關的摩擦起始轉矩標么值=0.15M*L=0.15+0.85n*2廠用電動機的電力拖動運動方程MM-ML=J(d/dt)J(d/dt):慣性轉矩（或稱加速轉矩）。

：機械旋轉角速度MM=MLJ：包括電動機在內(nèi)的整個機組的轉動慣量

=2n/60J=GD2/4gMM-ML=（GD2/375）（dn/dt）MM>MLMM<MLdn/dt=0n=0或n=contdn/dt>0dn/dt<0加速減速廠用電動機的類型異步電動機

鼠籠式異步電動機

結構簡單

運行可靠

操作維護方便同步電動機

直流電動機

價格便宜

啟動電流大

調速困難單鼠籠式

深槽式

雙鼠籠式

機械特性轉矩特性MM=f(n)MM=f(n)MmaxML*01n*ML*02MM0ML=f(n)m21mn*穩(wěn)定工作區(qū)

工作點1或2MM0>ML*0

豎線表示剩余轉矩（ML定值）異步電動機的運行特點直接起動起動轉矩額定起動轉矩、啟動時間短起動電流達額定電流的4~7倍電源電壓

電動機發(fā)熱

不需要特殊設備起動試驗過載能力允許過載倍數(shù)

=Mmax/MN一般

=1.6~2.5特殊情況2.8~3.0繞線式異步電動機均勻的無級調速轉子電路內(nèi)引入感應電勢串級調速轉子電路串接電阻調整，改變轉速、啟動轉矩和起動電流同步電動機的運行特點直流勵磁U仍維持運行穩(wěn)定缺點“超前”和“滯后”工作狀態(tài)對電壓不敏感,轉矩

U非

U2(異步電動機)自勵磁裝置和強行勵磁結構比較復雜,附加一套勵磁系統(tǒng)起動控制較復雜起動轉矩不大廠用系統(tǒng)中,只在大功率低轉速機械上使用,如循環(huán)水泵直流電動機的運行特點平滑調速啟動轉矩較大不依賴廠用交流電源借助調節(jié)磁場電流,且調速電阻器只消耗較少電能缺點工藝復雜成本高、維護量大可靠性差應用調速性能起動性能要求較高的廠用機械（給粉機）事故保安負荷中的汽輪機直流備用潤滑油泵廠用電動機的選擇電壓轉速與廠用供電系統(tǒng)的電壓一致容量符合被拖動設備的要求額定電壓額定轉速下大于滿載工作的機械設備軸功率，同時留有適當儲備長期運行溫升問題結構形式冷卻方式與周圍環(huán)境相適應廠用電動機的自起動正常操作起動自起動利用閘刀開關或接觸器或斷路器將電動機開動起來自起動問題電動機失去電壓以后不與相應廠用供電母線斷開，經(jīng)過很短時間，廠用母線電壓恢復或通過自動轉換裝置設備使備用電源投入，電動機從惰行自動起動恢復到穩(wěn)態(tài)運行。廠用母線電壓最低限值自起動電動機允許容量的確定電壓下降、超標繞組發(fā)熱超標作業(yè)第三章思考題第1，2，3，4題（P94）：發(fā)電廠電氣第一章電力系統(tǒng)概述1.組成和特點2.電能質量3.功率平衡4.短路簡述第二章發(fā)電廠電氣一次設備1.安全工作條件2.電力變壓器3.高壓開關電器4.互感器5.電氣主接線第三章發(fā)電廠的廠用電1.廠用電接線2.廠用負荷3.廠用電動機第四章發(fā)電廠電氣二次設備1.控制與信號2.繼電保護3.自動裝置第五章電氣設備運行監(jiān)控與微機遠動終端1概述電氣二次系統(tǒng)的內(nèi)容二次設備

對一次設備的工作進行檢測、控制、調節(jié)、保護及為運行、維護人員提供運行工況或生產(chǎn)指揮信號所需的電氣設備。測量儀表繼電器控制操作開關按鈕自動控制設備計算機信號設備控制電纜交直流電源設備二次系統(tǒng)

由互感器二次側交流供電的全部交流回路和由直流電源的正極到負極的大部分直流回路。控制回路監(jiān)測回路調節(jié)回路信號回路保護回路操作回路勵磁回路在控制、信號、保護和監(jiān)測設備中以低電壓，弱電流來代替原來一般的強電式電壓和電流。選線化弱電化二次設備的四化以一個控制開關通過切換開關有選擇地操作若干個被控對象或對若干個被控對象進行分組操作的方法。選控、選測遠動化電氣設備的遠距離監(jiān)測和控制技術---四遙（遙測、遙信、遙控、遙調）電子化新電子技術和各種無觸點元件---微機發(fā)電站綜自發(fā)電廠二次系統(tǒng)二次回路接線圖1)表示工作原理；展開接線圖原理接線圖交流電流回路2)表示各元器件的電氣聯(lián)系；交流電壓回路直流操作回路信號回路IIT+++至信號3)常開點，常閉點；安裝接線圖平面布置圖

屏背面接線圖端子排圖控制電纜聯(lián)系圖控制電纜清冊二次回路的電源系統(tǒng)

目前發(fā)電廠中廣泛采用蓄電池作為直流操作電源。交流電源直流電源CT二次側作為交流電流二次設備的電流源PT二次側作為交流電壓二次設備的電壓源獨立性內(nèi)阻抗放電時間和放電容量自放電額度容量最大放電電流值運行方式（充電放電方式、浮充電方式）2發(fā)電廠電氣控制與信號發(fā)電廠控制方式

單機10萬kW以下主控制室控制方式

全廠電氣集中控制

要求監(jiān)視方便，操作靈活

單機容量20萬kW以上

機、爐、電集中在一個單元控制室控制。單元控制室的控制方式

一臺鍋爐和一臺汽機構成獨立的單元系統(tǒng)，不同的單元系統(tǒng)間沒有橫的聯(lián)系。斷路器的控制回路中間放大操作手柄現(xiàn)場控制屏臺上由操作手柄遠距離控制斷路器操作手柄斷路器合分對控制的要求

能手動自動跳

能反映位置

能監(jiān)視控制回路完好

能防跳

單相跳

接線簡單電氣中央信號

當主設備發(fā)生事故，如發(fā)電機內(nèi)部短路使斷路器跳閘時。事故信號

燈光信號

音響信號

用于反映機組及設備運行時的不正常狀態(tài)，但該狀態(tài)不立即造成設備損壞和危及人身安全。

也有燈光和音響信號組成，但延時啟動，延時可調，防誤動預告信號中央信號裝置，是對全廠電氣設備的信號進行集中監(jiān)控的裝置，安裝在主控制室內(nèi)中央信號屏上。3繼電保護繼電保護的一般問題能反映電力系統(tǒng)中電氣設備所發(fā)生的故障或不正常狀態(tài)，并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種裝置。繼電保護裝置的作用繼電保護裝置的定義

在極短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障，并使斷路器動作，由選擇地切除故障部分。

反應設備的不正常狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)發(fā)信號、減負或跳閘?；驹黼姎饬?/p>

電壓增大發(fā)生故障判斷故障電氣量改變實現(xiàn)保護

電流增大

電流、電壓之間相位角發(fā)生變化

方向保護

參量保護非電氣量

瓦斯保護

溫度保護輸入信號測量邏輯執(zhí)行輸出信號工作流程繼電保護的基本要求選擇性盡量縮小停電范圍，采用后備保護快速性0.02~0.04s各種狀態(tài)下不拒動，也不誤動靈敏性反應能力，用靈敏系數(shù)Ks表示可靠性（一）選擇性：選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。

當d1短路時，保護1、2動→跳1DL、2DL，有選擇性當d2短路時，保護5、6動→跳5DL、6DL，有選擇性當d3短路時，保護7、8動→跳7DL、8DL，有選擇性若保護7拒動或7DL拒動，保護5動→跳5DL（有選擇性）若保護7DL正確動作于跳閘，保護5動→跳5DL，則越級跳閘（非選擇性）

（二）速動性：

（1）快速切除故障。（2）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；減少用戶在低電壓下的動作時間；（3）減少故障元件的損壞程度，避免故障進一步擴大。（三）靈敏性：

指在規(guī)定的保護范圍內(nèi)，對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(qū)內(nèi)故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應出來。（四）可靠性：

指發(fā)生了屬于它改動作的故障，它能可靠動作，即不發(fā)生拒絕動作（拒動）；而在不改動作時，他能可靠不動，即不發(fā)生錯誤動作（簡稱誤動）

繼電保護的基本要求DL-5DL-6DL-8DL-4DL-7DL-2DL-1DL-3d-1d-2d-3d-1故障DL-1、DL-2跳d-2故障DL-5跳d-3故障DL-6，后備DL-5跳繼電器

是一種能自動動作的電器，當控制它的物理量達到一定數(shù)值時，能使被控制的物理量突然變化。分類定義根據(jù)物理量根據(jù)反應原理根據(jù)物理量電量：暗電量：電流、電壓、阻抗、功率溫度、轉速、壓力過量繼電器低量繼電器機電繼電器晶體管型繼電器大型汽輪機組繼電保護配置要求

最大限度地保證機組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍

盡可能避免不必要的突然停機

對某些異常工況采用自動處理裝置

特別要避免保護裝置誤動作和拒絕動作大型汽輪機組繼電保護的可能配置故障（短路）過電流保護定子繞組相間短路，導致失火，最嚴重?？v差動保護定子繞組單相接地，可使鐵芯局部熔化，使故障擴大為相間短路。單相接地保護定子繞組一相匝間短路，線圈局部過熱。過電流保護勵磁回路一點或兩點接地，使發(fā)電機發(fā)生機械振動。過電流保護轉子失去勵磁電流。短路保護用以反應各種被保護區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種短路故障，這些故障將造成機組的直接破壞。為防止保護裝置拒動，設主保護，后備保護大型汽輪機組繼電保護的可能配置

不正常運行情形不正常運行過負荷造成危害的異常工況過負荷保護外部元件短路引起的過電流異常運行保護用以反應各種可能造成危害的異常工況，但這些工況不會或不能很快造成機組的直接破壞裝設一套專用繼電器，不設后備保護保護裝置的控制對象故障、不正常狀態(tài)不同，則處理方法、控制對象亦不同，對發(fā)電機雙繞組變壓器組有：全停解裂滅磁解列斷開高壓側斷路器。減出力減小原動機輸出功率發(fā)信號對雙母線接線，斷開母聯(lián)斷路器，縮小故障波及范圍斷開高壓側斷路器，滅磁，斷開高壓廠用變壓器低壓側斷路器。停汽機、鍋爐，斷開高壓側斷路器，滅磁，斷開高壓廠用變壓器低壓側斷路器，使機爐及其輔機停止工作。發(fā)電機保護的配置-縱差動保護發(fā)電機內(nèi)部間短路是發(fā)電機內(nèi)部最嚴重的故障。在發(fā)電機內(nèi)部及靠近斷路器出口處裝設變比相同的CT、1LH、2LH?？v差動保護是根據(jù)保護元件始端及末端電流數(shù)值和相位的原理而構成的。環(huán)流相連、異性相接，差動回路內(nèi)接CT。發(fā)電機保護的配置-縱差動保護正常時保護范圍外短路II=IIIIK=I1-I2=0Izd>IunbIK=I1-I2

0保護范圍內(nèi)短路IK=I1+I2=(II+III)/nL=ID/nLIK>

Izd變壓器保護的配置-縱差動保護電流互感器的變比選擇正常/保護范圍外短路I1=I2=II/KTA1=III/KTA2Izd>IunbIK=I1-I2

0保護范圍內(nèi)短路IK=I1+I2=II/KTA1+III/KTA2>

IzdKKDIKI1I2IIIIITA1TA2保護范圍內(nèi)短路KDIKI1I2IIIIITA1TA2K保護范圍外短路KTKT=?發(fā)電機-雙繞組變壓器雙重快速保護縱差保護實際接線其它保護方式：不平衡保護等繼電保護部分的重點整定值保護范圍繼電保護的原理繼電保護的執(zhí)行方式某種保護動作啟動時的物理量的最大（?。藴手祽冒咐龖冒咐龖冒咐龖冒咐龖冒咐l(fā)電廠電氣第一章電力系統(tǒng)概述1.組成和特點2.電能質量3.功率平衡4.短路簡述第二章發(fā)電廠電氣一次設備1.安全工作條件2.電力變壓器3.高壓開關電器4.互感器5.電氣主接線第三章發(fā)電廠的廠用電1.廠用電接線2.廠用負荷3.廠用電動機第四章發(fā)電廠電氣二次設備1.控制與信號2.繼電保護3.自動裝置第五章電氣設備運行監(jiān)控與微機遠動終端自動裝置概述電氣自動裝置概述電力系統(tǒng)自動化分為三個不同的控制系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動監(jiān)視和控制發(fā)電廠動力機械自動控制電力系統(tǒng)自動裝置發(fā)電自動裝置主接線運行操作P、f控制自動調頻系統(tǒng)Q、U控制勵磁自動控制正常運行操作同期裝置反事故操作發(fā)電自動控制示意圖同步發(fā)電機自動準同期并列同步發(fā)電機自動準同期并列裝置發(fā)電機并上系統(tǒng)后并列應遵循原則對發(fā)電機組的沖擊電流盡量小應能快速進入同步運行狀態(tài)，過渡時間要短準同期的基本原理A同時準同期要求沖擊電流小0當US=UG滿足同期原則G~