电气主接线及厂用电系统.docx

第二章 电气主接线及厂用系统接线第一节 电气主接线概述发电厂电气主接线是由各种电气元件（如发电机、变压器、开关、刀闸等）及其连接线所组成的输送和分配电能的电路，也称一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号将发电机、变压器、母线、开关电器、测量电器、保护电器、输电线路等有关电气设备，按工作顺序排列，详细表示电气设备的组成和连接关系的单线接线图，称为电气主接线图。一、对电气主接线的基本要求 电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统稳定和调度的灵活性，以及对发电厂的电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护及控制方式的拟定等都有重大的影响。在选择电气主接线时，应注意发电厂在电力系统中的地位、进出回路数、电压等级、设备特点及负荷性质等条件，并应满足下列基本要求。1.运行的可靠性发、供电的安全可靠性，是电力生产和分配的第一要求，主接线必须首先满足。因为电能的发、送、用必须在同一时刻进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。主接线的可靠性并不是绝对的，同样形式的接线对某些电厂来说是可靠的，但对另一些电厂就不能满足可靠性要求；另外，可靠性也是不断发展的，随着电力技术的不断进步，过去被认为可靠的接线，今天却未必可靠。目前，对主接线可靠性的衡量不仅可以定性分析，而且可以进行定量的可靠性计算。主接线可靠性的具体要求：（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证机组的正常运行以及对系统的正常供电；（3）尽量避免发电厂全部停电的可靠性。 2.具有一定的灵活性主接线不但在正常运行情况下，能根据调度的要求灵活地改变运行方式，达到调度的目的；而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并且在检修设备时能保证检修人员的安全。3.应力求简单、清晰、操作简便，便于运行人员掌握。4.合理的经济性主接线在保证安全可靠，操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用最小，占地面积最少，电能损失最小，使发电厂尽快地发挥经济效益。 5.应具有扩建的可能性主接线在扩建时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。二、电气主接线的形式电气主接线是根据电力系统和发电厂或变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体。电气主接线的基本形式可分为有母线接线和无母线接线两大类。有母线的主接线形式包括：单母线接线、双母线接线、一台半断路器接线等多种形式。无母线的主接线形式主要有单元接线、桥形接线和角形接线等。本厂主接线采用双母线接线方式，发变组采用单元接线方式。现主要介绍本电厂有关的基本接线形式。1.双母线接线它具有两组母线：工作母线和备用母线。每回电源和馈线路都经一台断路器和两组隔离开关分别接至两组母线，母线之间通过母线联络断路（简称母联）器连接，称为双母线接线。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点如下：检修任一组母线时，不会停止对用户连续供电。例如，检修母线时，可把全部电源和负荷线路切换到母线上。运行调度灵活，通过倒换操作可以形成不同的运行方式。当母联断路器闭合，进出线适当分配接到两组母线上，形成双母线同时运行的状态。有时为了系统的需要，亦可将母联断路器断开（处于热备用状态），两组母线同时运行。此时这个电厂相当于分裂为两个电厂各自向系统送电。显然，两组母线同时运行的供电可靠性比仅用一组母线运行时高。在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作。当个别回路需要独立工作或进行试验（如发电机或线路检修后需要试验）时，可将该回路单独接到备用母线上运行。2. 发电机变压器单元接线所谓单元制接线方式是指每台机组的发电机、变压器作为一个整体与电力系统相连，厂用电由本台机组的高压厂用变压器接带，该单元内设备与其它机组间相互不发生连接。此种接线方式在发电机出口不设出口断路器，而是通过封闭母线将发电机与主变压器压器相连接后接入电力系统。如下图所示为发电机双绕组变压器单元接线。目前我国及许多国家的大容量机组（特别是200MW以上的机组）的单元接线中，发电机出口一般不装设断路器，其理由是，大电流大容量断路器（或负荷开关）投资较大，而且在发电机出口至主变压器之间采用自冷全连式离相封闭母线后，此段线路范围的故障可能性亦已降低。甚至在发电机出口也不装隔离开关，只设有可拆的连接片，以供发电机测试时用。全连式分相封闭母线，其三相的外壳在端部通过短路板连通形成闭合回路，这就构成了类似以母线导体为一次测、外壳为二次测的三相1：1的空心变压器。由于三相外壳回路短接（即二次侧处于短路），而且铝壳电阻很小，所以在外壳上感应产生与母线电流大小相近而方向相反的环流。由于环流的屏蔽作用（环流产生的磁场与母线导体的磁场方向相反，即环流产生反磁场），使全连式外壳的壳外磁场减小到敞露母线的10以下，因此，壳外钢构的发热、电动力大大减轻。发电机引出线及厂用分支母线采用全链型自冷式离相封闭母线。母线额定电流为： 主母线12500A 厂用分支母线2000A 励磁分支母线3000A 中性点接地母线15A至于在发电机变压器之间不设隔离刀闸，其理由为：考虑发电机进行一年一次的直流耐压和测量泄漏电流等预防性试验及发电机大修中的耐压试验，都在拆开发电机端子与母线连接的接头进行，而在发电机停机后起动前要测量静子绕组绝缘电阻时只需将发电机电压互感器的小车及发电机中性点接地变压器刀闸断开即可，测量包括发电机静子绕组和主变压器低压绕组、高压厂用变压器高压侧绕组在内的 发电机电压系统绝缘。因此，对于预防性试验、大修或运行中停机后的绝缘试验，都可不在发电机出口装设隔离刀闸。如果装设隔离刀闸，虽然对发电机进行空载特性试验和在主变压器高压侧倒换分头后测量分接开关的接触电阻等比较方便，但在大电流回路中装设隔离刀闸需增加母线的接头和伸缩头，而且运行中也易造成接头发热问题，有的电厂因隔离开关调整不好，发热严重，已经将原装的拆除。发电机变压器单元接线主要有这样几种形式：发电机双绕组变压器单元接线、发电机三绕组变压器（或自耦变压器）单元接线、发电机变压器扩大单元接线、发电机变压器线路组单元接线等。单元接线的特点： （1）接线简单，开关设备少，操作简单； （2）故障可能性小，可靠性高； （3）由于没有发电机电压母线，无多台机并列，发电机出口短路电流有所减小； （4）配电装置结构简单，占地少，投资省； （5）此接线的主要缺点是单元中任意一元件故障或检修都会影响整个单元的工作。 3.关于发电机中性点接地方式的问题 发电机中性点通常采用非直接接地方式具体有三种：中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地、中性点经高电阻接地。一般情况下，当全系统对地电容电流之和较小时（如36KV系统小于等于30A；10KV系统小于等于20A；35KV系统小于等于10A），才采用中性点不接地这种方式。对于300MW机组的发电机中性点通常采用经消弧线圈接地、经高电阻接地两种方式。 中性点经消弧线圈接地方式是利用消弧线圈的电感电流去补偿发电机主回路的电容电流，使发电机单相接地短路电流可以减小到忽略不计的程度，避免或减少了对发电机铁芯的烧损度，从而使发电机在上述情况下能持续运行一段时间，但这种方式在发电机允许范围的过电压相对略高。该方式有完全补偿、欠补偿、过补偿三种方式。 中性点经高电阻接地方式是利用电阻串入电容回路，改变接地电流相位，加速泄放接地回路中的残余电荷，促使接地电弧自行熄灭，限制了弧光过电压。为了减小电阻值，一般是在发电机中性点接入单相配电接地变压器，电阻接在变压器的二次侧。这样，中性点接地电阻的一次值是实际值的K倍（K为变压器变比）。发电机中性点经高电阻接地后，为定子接地保护提供了电源（即定子接地保护从配电变压器二次侧引出），便于检测，但人为加大了发电机单相短路电流，故发生单相接地故障时需保护动作停机。三、 我厂主接线方式1）我厂发变组单元接线本期工程2300MW发电机出口经自冷全连式离相封闭母线与主变压器压器连接，主变压器高压侧经导线与开关相连，开关通过刀闸分别与220kV 、母线相连接，从发电机出口封闭母线引出分支为高压厂用变压器提供电源。发电机与主变压器之间的离相封闭母线上除高压厂用变压器分支母线外，还有两支分支母线，一支接励磁变，另一支接发电机出口电压互感器及避雷器。励磁变降压后通过可控硅整流装置将交流电变为直流电后经灭磁开关、直流励磁母线送入发电机转子。电压互感器是为了给保护、测量装置提供发电机出口电压信号专门设置的电器设备，避雷器是为了防止过电压影响发电机、主变压器低压侧绝缘的电器设备。发电机出线端配置3组电压互感器和1组避雷器。发电机中性点采用高阻接地方式，经变压器与地相连，变压器二次侧接电阻,阻值仅有零点几欧姆，该电阻经过变压器反映到一次侧后达到数百欧姆，这样可以将过电压限制在2.6倍额定相电压以下，故障电流限制在10-15A以内，同时为定子接地保护装置提供检测信号。主变压器选用强迫油循环风冷三相双绕组铜线圈无载调压变压器其容量为380MVA，接线组别为YN,d11，阻抗为20%，电压变比为23622.5%/20kV； 主变压器高压侧经油气套管接入升压站内220kV GIS 配电装置，主变压器高压侧中性点直接接地，中性点接地处设置了接地刀闸、放电间隙及无间隙金属氧化物避雷器。2）本厂升压站系统本厂建设220kV 升压站一座，升压站220kV 电气主接线采用双母线接线型式，母线之间通过母线联络断路器(简称母联)连接，两组母线上各配备一组PT,每条线路都经一台断路器和两组隔离开关分别接至两组母线上。其接线方式见图出线以两回220kV 线路接入220kV 孝义变电站，导线截面选用LGJ-2400mm2，线路长度约210km。升压站设备采用微机监控系统进行监控，取消常规一对一硬手操，不设模拟屏。受占地约束及环境特点（四级污秽、七度地震区），220kV 配电装置电气设备采用全封闭式组合电器（GIS）布置方式。两台机组共设1台容量为50/31.5-31.5MVA的启/备变,高压电源取自升压站220kV母线经降压后供厂用启/备电源。启/备变调压方式采用有载调压方式。高压厂用起动备用变压器中性点直接接地。第二节 厂用电一次接线及其方式一.厂用电概述1.厂用电和厂用电率 发电机组在启动、运转、检修过程中，有大量用电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、除灰、除尘及水处理等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、检修、照明等用电设备都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。 厂用电由发电厂本身供给，其耗电量与电厂类型、机械化和自动化程度、燃料种类及其燃烧方式、蒸汽参数等因素有关。厂用电耗电量占发电厂全部发电量的百分数，称为厂用电率。厂用电率是发电厂运行的主要经济指标之一，一般凝汽式电厂的厂用电率为5一8。降低厂用电率可以降低电能成本，同时相应增大了对系统的供电量。 2.对厂用电接线的基本要求发电厂厂用电系统电厂的重要组成部分，合理的厂用电接线及控制系统，对于保证机组的安全连续满发运行，降低厂用电率，方便操作和维护，节省投资有着重要的作用。厂用电接线的选择除了应满足正常运行时的安全、可靠、灵活、经济和维护方便等一般要求外，尚应满足以下要求：(1).尽量缩小厂用电系统故障时的影响范围以免引起全厂停电事故；万一发生全厂停电事故，应能尽快地从系统取得起动电源。(2).应充分考虑发电厂正常、事故、检修等方式，以及机炉起、停过程中的供电要求。(3).备用电源的引线应尽量保证其独立性，引接处应保证有足够的容量。(4).充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更换设备。(5).设置足够的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速起动和自动投入向保安负荷供电。另外，还要设计符合电能质量指标的交流不见间断电源，以保证不允许间断供电的热工负荷和计算机的用电。3.厂用电压等级发电厂厂用电系统电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的容量和厂用电网络的可靠性等诸多方面因素，经过经济、技术综合比较后确定的。实际经验表明：对于火电厂，当发电机容量在60MW及以下、发电机电压为10.5KV时，可采用3KV作为厂用高压电压；当发电机容量在100300MW时，宜选用6KV作为厂用高压电压；当发电机容量在300MW以上时，可采用两种厂用电压，即3KV和10KV两种电压。当厂用高压为3KV时，100KW以上的电动机一般采用3KV，100KW以下者采用380V；当厂用高压为6KV时，200KW以上的电动机采用6KV，200KW以下者采用380V；当厂用高压采用3KV和10KV两种电压时，2001800KW的电动机采用3KV，大于1800KW的电动机采用10KV，小于200KW的电动机采用380V。4.厂用负荷的分类(1).按负荷的重要性分为：I类负荷,类负荷,类负荷,事故保安负荷,不间断供电负荷.I类负荷：短时（手动切换恢复供电所需时间）的停电可能影响人身或设备安全，使生产停顿或发电机组出力大量下降的负荷。例如：给水泵、锅炉引风机、一次风机和送风机、直吹式磨煤机、凝结水泵和凝结水升压泵等。类负荷：允许短时停电，但停电时间延长，有可能损坏设备或影响正常生产的负荷。例如：有中间粉仓的制粉系统设备。类负荷：长时间停电不会影响生产的负荷，例如修配车间的电源。不停电负荷：在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要进行连续供电的负荷，简称0类负荷。例如，电子计算机、热工保护、自动控制和调节装置等。事故保安负荷：在发生全厂停电时，为了保证机组安全地停止运行，事后又能很快地重新启动，或者为了防止危及人身安全等原因，需要在全厂停电时继续供电的负荷。按负荷所要求的电源为直流或交流，又可分为直流保安负荷（如汽机直流润滑油泵、发电机氢侧和空侧密封直流油泵等）和交流保安负荷（如交流润滑油泵、盘车电动机、顶轴油泵等）。(2).按负荷的运行方式分为:连续、短时、断续或经常、不经常。连续：指每次使用连续带负荷在2h以上。 短时:每次使用连续带负荷运转在10min以上,2h以内。断续:每次使用从带负荷到空载或停止,反复周期工作,每个周期不超过10min。经常：一般是指每天都要使用的电动机。不经常：正常不用，仅在检修、事故或机、炉起停期间使用的电动机。（3）按用途分为： 厂用电源分为工作电源、备用电源和启动电源，其中备用电源分为明备用和暗备用。明备用即电厂中装设的专门的备用电源。此类备用电源在正常情况下不工作或只带少量的公用负荷，而当某一工作电源失去时，它就能自动投入以完全代替之。但在小型火电厂或水电厂中也有不另设专用备用电源，而由两个厂用工作电源相互作为备用，称作暗备用。此外，发电厂的厂用电源还有交流事故保安电源、交流不停电电源、直流电源，这些内容将在以后章节中专门介绍。5.厂用电系统接线方式 300MW以上机组火力发电厂几种常见的厂用电接线方式(1).高压厂用电源不设公用段的接线方式每台机组设一台分裂绕组厂用高压变压器,其工作电源从发电机封母线上支接取得。两台机组设一台分裂绕组高压启动/备用变压器，其工作电源由厂（或厂外）220KV（或110KV）升压站降压提供。每台机组设A、B两段6KV高压工作母线，为单母线接线形式，分别由厂用高压变压器的两个分裂绕组进行供电，每台机组的机炉双套辅机分别接在A、B两段6KV高压工作母线上。其备用电源由高压启动/备用变压器经共箱母线直接提供。不设高压公用段，全厂公用负荷分别由#1、#2机组的A、B两段6KV高压工作母线供电。(2).高压厂用电源设置专用公用段的接线形式每台机组设一台分裂绕组厂用高压变压器,其工作电源从发电机封闭母线上支接取得。每台机组设A、B两段6KV高压工作母线，为单母线接线形式，分别由厂用高压变压器的两个分裂绕组进行供电，每台机组的机炉双套辅机分别接在A、B两段6KV高压工作母线上.厂内设两段6KV高压公用母线, 为单母线接线形式,分别由6KV高压工作母线进行供电,对全厂的公用负荷进行供电。二、本厂6KV厂用电接线本厂高压厂用电电压采用6kV 一级电压，其中性点采用中电阻接地方式。每台机设置一台高压厂用工作变压器，高厂变型号：SFF10-50000/20 三相风冷分裂绕组无激磁调压电力变压器，容量50000/31500-31500kVA，2022.5/6.3-6.3kV，D、yn1-yn1，Ud=16.5。冷却方式：ONAF。高压厂用工作变压器的高压侧电源由本机组主变压器低压侧上支接，6kV 侧通过共箱母线引至每台机组的两段6kV 工作母线上。两台机组设置一台与工作厂高变同容量的启动/备用变压器，启动/备用变压器6kV 侧通过共箱母线引至每台机组的两段6kV 工作母线上作为备用电源。 每台机组设两段6kV 母线A,B 段，机组的单元负荷分别接在该两段母线上，除空压机输煤以外的6kV 负荷平摊在两台机的四段母线上。根据现场的实际情况，在空压机房设置空压机输煤6kV A,B 段，为空压机输煤6kV 电动机提供电源。每段分别由两台机组对应母线段提供一路电源。共相封闭母线分为不隔相式封闭母线和隔相式封闭母线。不隔相式封闭母线指三相母线设在没有相间隔板的金属（或塑料）公共外壳内。隔相式封闭母线:三相母线布置在相间有金属（或绝缘）隔板的金属外壳内。高压厂用变压器、启动/备用变压器低压侧引出线采用共相封闭母线，母线额定电流为4000A，交流励磁共箱封闭母线为1kV 3000A。6KV 工作A、B段负荷分配： 低压变：汽机变、锅炉变、照明变、空冷变、综合办公楼工作变、化水变、脱硫除尘变、公用变、煤泥制备变、石灰石制备车间低厂变。 高压电机：一次风机、二次风机、吸风机、电动启动给水泵、热网循环泵、热网输水泵、辅机循环水泵、凝结水泵、高压流化风机、汽动前置泵、斗轮堆取料机、电动给水消防泵。6KV 空压机输煤A、B段负荷：输煤系统及空压机等高压设备。三、本厂400V厂用电接线本厂低压厂用电接线采用380/220V 中性点直接接地系统，低压干式变接线组别为D，yn11，主厂房内采用PC-MCC 供电方式。0.4kV厂用电系统设计原则有两种，一种是采用暗备用动力中心（PC）和电动机控制中心（MCC）的供电方式，另一种是采用明备用动力中心（PC）和电动机控制中心（MCC）的供电方式。公司全部采用暗备用动力中心（PC）和电动机控制中心（MCC）的供电方式，其动力中心和电动机控制中心成对设置。动力中心采用单母线分段，每段母线由一台干式变压器供电，两台低压变压器间互为备用，手动切换。如下图为400V 锅炉PC段接线图电动机控制中心和容量为75kW及以上的电动机由动力中心供电，75kW以下的电动机由电动机控制中心供电。成对的电动机分别由对应的动力中心和电动机控制中心供电。MCC采用单母线接线，一般为单电源供电，对接有非成对电动机的MCC，根据工艺需要，可采用双电源供电或由保安MCC供电。每台机组低压工作厂用电动力配电中心（PC）分别按汽机和锅炉配置。每台机设置两台互为备用1600kVA 汽机变，两台互为备用1250kVA 锅炉变。全厂配置两台互为备用的1600kVA 公用变，每机设一台630kVA 有载调压照明变，两台照明变互为备用。每台机组设置两段380V交流事故保安段，正常运行时分别由主厂房工作PC段供电，事故时由柴油发电机组供电，以确保机组安全停机。事故保安接线如下图 辅助车间厂用电系统采用380/220V 三相四线制，动力和照明合并供电系统，按负荷分布情况采用分片集中供电。全厂设置两台互为备用容量为1600kVA 脱硫除尘变压器，该PC 段向脱硫及除尘负荷供电。设两台互为备用容量为2500kVA 输煤变压器，输煤PC 段向输煤负荷、含煤废水处理间等负荷供电；化学水车间设两台互为备用变压器容量为2500kVA，该PC 段向化学水车间、化验楼、综合水泵房、生活污水工业废水车间等的负荷供电；石灰石制备车间设两台互为备用变压器容量为800kVA，该PC 段向炉内脱硫、燃油泵房等的负荷供电；每台机设四台2000kVA 空冷变，三台工作，一台备用；综合办公楼内设两台互为备用容量为1000kVA 变压器，该PC 段向生产办公楼和综合服务楼的负荷供电。煤泥制备车间设两台互为备用变压器容量为2000kVA，该PC 向煤泥制备车间供电。四、脱硫系统电气接线本工程采用炉内+炉外两级脱硫方式，炉外采取脱硫除尘一体化的半干法脱硫。脱硫岛内不设6kV 段，设2 台互为备用容量为1600kVA 脱硫除尘低压工作变，低压动力中心为低压脱硫除尘负荷等进行供电，电源由1、2 号机组6kV 工作B 段引接；脱硫岛内每台炉设一段保安MCC 段，由每台炉的厂用保安段向岛内提供一回路保安电源，正常时由380/220V脱硫PC 段供电，当电源故障失电时自动转由保安电源继续供电。如下为我厂脱硫系统电气接线图五、照明及检修供电方式1、工作、事故照明供电电压及照明和检修网络供电方式正常照明网络电压为交流380/220V；交流事故照明网络电压为380/220V；直流事故照明网络电压为220V。本厂主厂房采用照明与动力分开供电的方式。每机设一台有载调压的照明变，两台机照明变互为备用。每机设一段正常照明动力中心。事故照明采用交流事故照明为主，直流事故照明为辅的方式，直流事故照明仅在集控室和柴油发电机室设置。直流事故照明在电厂正常运行时是不点燃的，当电厂交流事故照明电源消失时，才自动切换至直流,由蓄电池供电。主厂房及其附近重要车间的事故照明采用交流事故照明,交流事故照明由保安电源动力中心供电，交流事故照明参与电厂的一般照明。每台机组在主厂房设置一段交流事故照明配电中心，交流事故照明负荷占全厂照明负荷的1015%，而在单元控制室占其照明负荷的30%左右。 辅助厂房采用照明、检修与动力合并供电方式，由其附近的380/220V 电动机控制中心(MCC)供电。远离主厂房需要事故照明的采用应急灯方式：应急灯由正常照明回路供电，正常时不点燃，事故时自动点燃。主厂房不设专用检修变，只设检修MCC，两台机公设一段，由公用PC 提供电源。辅助厂房的检修电源由就近的动力中心(PC)或电动机控制中心(MCC)供电,不再单独设专门的检修段。六、高压变频器接线方式本厂设计中，根据工艺专业的综合考虑，对凝结水泵（6kV 2X1000kW）、一次风机（6kV 4X3100kW）、二次风机（6kV 4X2100kW）采用了高压变频装置。本厂每台机组配2 台1000kW 的凝结水泵，一用一备，采用一套一拖二的变频；每台机组配2 台3100kW 的一次风机，两台同时运行，选择一拖一的变频器。每台机组配2 台2100kW 的二次风机，两台同时运行，选择一拖一的变频器。一次风机、二次风机变频器实现旁路自动切换功能，同时满足国网公司关于电厂辅机变频器改进的要求。凝泵变频器的接线如下：一次风机及二次风机变频器的接线如下：七、我厂厂用电接线原则图