高低壓電氣設備

2/5/2023第七講各類發電廠主接線的特點一、火力發電廠電氣主接線的特點

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

區域性火力發電廠特點1）區域性火力發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)區域性火力發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(如沿海或內河港口)，而與負荷中心(城市)距離較遠。它們生產的電能主要經過升壓變壓器升至較高電壓后送人系統，一般不設發電機電壓母線給當地負荷供電。2/5/2023

區域性火力發電廠的電氣主接線特點

1）電氣主接線多采用發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聯絡變壓器(intereonneetingtransformer)在發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。大容量發電機一般采用發電機一雙繞組變壓器單元接線，以省去價格昂貴的發電機出口斷路器。如發電廠升壓站有兩種電壓等級的母線，并有功率交換時，需在升壓站增設聯絡變壓器。聯絡變壓器多采用三繞組變壓器，變壓器的高、中壓側繞組完成升壓站高、中壓側母線功率交換的功能，而其低壓側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，或連接限制內部過電壓用的并聯電抗器等。高、中壓側的電網為中性點直接(或有效)接地系統時，聯絡變壓器可采用自輻變壓器。交換功率變化頻繁而幅度大時，聯絡變壓器的壓降變化也大，聯絡變壓器需配備有載調壓裝工，以保證升壓站兩級母線的電壓水平。

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2）500kV線路4回，采用3／2接線，每回出線均裝有高壓并聯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)。所發出的電能有較大部分以發電機電壓(10kV)經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。

2）發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）該廠設有四臺發電機，其中G1、G2容量為100MW，發電機電壓母線采用雙母線分段，設有母線分段電抗器。圖5—15為某地方性中型火力發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)，剩余電能經二臺三繞組變壓器升壓為35kV和110kV供較遠用戶和系統。因為有兩條架空線路供稍遠一點的較大用戶，故35kV采用內橋式接線。2/5/20233）

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

1．水力發電廠電氣主接線的特點

(1)水力發電廠建在有水能資源處，一般離負荷中心很遠，當地負荷很小甚至沒有，電能絕大部分要以較高電壓輸送到遠方。因此多采用發電機一變壓器單元接線或擴大單元接線。

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

(3)水力發電廠的裝機臺數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用較多。2/5/2023

(4)水力發電機組啟動快，啟停時額外耗能少，常在系統中擔任調頻、調峰及調相任因此機組開停頻繁，運行方式變化大，主接線應具有較好的靈活性。

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

1）發電機與升壓變壓器構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電機。這樣不僅簡化了接線，還可有效地限制發電機側的短路電流。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)自耦變壓器構成500kV和220kV電源的聯絡，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發電機共用1臺600MVA主變壓器升壓至500kV。

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

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

其中T1為低壓繞組分裂的變壓器，T2為一臺自耦變壓器，高壓與中壓分別聯絡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電機相連。2/5/2023發電機G5、G6，分別經雙繞組升壓變壓器升壓后在高壓側并為一點接人110kV系統，這種接線稱為聯合單元接線，能節省高壓側斷路器和隔離開關的數量，并使高壓側接線簡化，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

第一節概述一、廠用電及廠用電率

1)廠用電

發電廠廠用輔助機械設備及電氣設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其它運行操作、試驗、修配、電焊、照明等用電設備。2)廠用電系統

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成的系統，稱為廠用電系統。3)

廠用電系統的可靠性，對發電廠乃至整個電力系統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電廠全部發電量的百分數，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，一般取0.8；PN—發電機額定功率，kW。

廠用電量與發電廠類型,機械化和自動化程度,燃料種類及燃燒方式,蒸汽參數等因素有關.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,根據其用電設備在生產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)停電會造成主輔設備損壞，危急人身安全,使機組停止運行或發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、凝結水泵、循環水泵、引風機、送風機、給粉機等以及水電廠中的調速器、壓油泵、潤滑油泵等。

這些重要輔助機械通常都設置兩套互為備用，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)，恢復供電后，不造成生產紊亂的廠用負荷，屬于Ⅱ類廠用負荷。

如:火電廠的輸煤設備、工業水泵、疏水泵、灰漿泵和化學水處理設備，水電廠的吊車、整流設備、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，僅造成生產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，必須保證供電，否則可能引起主要設備損壞、重要的自動控制設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，需要連續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、自動控制和調節裝置等一般采用蓄電池供電的電動發電機組、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其使用時間劃分，有經常、不經常、連續、短時和斷續等五種情況：

經常——指每天都要使用的用電設備；

不經常——指僅在檢修、事故或機爐起停期間使用的用電設備；

連續——每次使用均帶負荷運轉2h以上的用電設備；

短時——每次使用均帶負荷運轉10～120min者；

斷續——每次使用從帶負荷到空載或停止，反復周期性地工作，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常連續，備用勵磁機為不經常連續，空壓機為經常短時，消防水泵為不經常短時，抓煤機為經常斷續，起重機則為不經常斷續等等。2/5/2023第二節廠用電接線

一、廠用電系統的電壓等級

廠用電系統的電壓等級要根據發電機額定電壓、廠用電系統的可靠性和經濟性等多方面因素綜合考慮，經過技術經濟比較后確定。

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根據運行實踐經驗，大致可按下列情況考慮：

(1)高壓采用3kV。火電廠當發電機容量在60MW及以下，發電機電壓為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)不設高壓等級。水電廠廠用機械設備少，電動機容量也不大，通常只設380／220V一種廠用電電壓(如果壩區有大型機械，如閘門啟閉機、船閘或升船機等，則需要專設壩區變壓器，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系。(1)當主接線具有發電機電壓母線時，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電機出口或主變低壓側引接。

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，從發電機電壓母線上或從發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。最好與系統緊密聯系，在全廠停電情況下仍能從系統獲得廠用電源。有以下幾種方式：

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

(3)從聯絡兩級升高電壓的聯絡變壓器的第三繞組引接廠用備用變壓器。(4)從外部電網中引接專用線路(經濟性差極少采用)。

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量，也相應節約了占地和費用。

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。為保證發電機組能夠快速起動，必須由起動電源向必要的輔助設備供電。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以上大型機組設置廠用起動電源，一般以起動電源兼作事故備用電源，統稱為起動(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電機組或從外系統引入的獨立專線，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，如送風機、引風機、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，并按鍋爐臺數分為若干獨立的工作段。同一機爐或在生產程序上相互有關的電動機和其它用電設備都接在同一個分段上，而作為備用的一套則應接在另外的分段上。

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，應單獨設置公用母線段。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，使相應的斷路器自動合閘，由備用變壓器繼續供電。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廠用高壓變容量為16000kVA.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)備用高壓變容量為20000kVA，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(通用設計)(1)廠用電電壓為6kV和380／220V兩級。發電機電壓為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，從發電機出口引接。2/5/2023(2)發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。#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，但因設置有起動／備用變壓器且引自與系統緊密聯系的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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