电气主系统厂用电2版g解读课件.ppt

1、发电厂电气主系统 4-1 第四章 厂（所）用电 第一节 概 述 第二节 厂用电源及厂用电接线的基本形式 第三节 发电厂和变电所的厂（所）用电典型接线分析 第四节 厂(所)用变压器的选择 第五节 厂用电动机的选择和自起动校验 本章计划学时:4 6学时 发电厂电气主系统 4-2 第一节 概述 一、厂用电及厂用电率 1.厂用电：保证发电厂(或变电所)正常运行而自己耗用的电能。2.厂用电率KP：厂用电耗电量AP占同一时期内全厂总发电量A的百分数。即?厂用电率是发电厂的主要运行经济指标之一，降低厂用电率不仅降低了发电成本，同时也相应地增大了对电力系统的供电量。%100PP?AAK?发电厂的类型不同，KP

2、也不同：凝汽式火电厂为58 热电厂为810 水电厂为0.32 发电厂电气主系统 4-3 二、厂用负荷分类 1.按重要性分类 (1)类厂用负荷：短时停电也可能造成发电厂的主要设备损坏、危及人身安全、主机停运和大量影响电厂出力的厂用负荷。由于不允许停电，保证措施：它们应由两个独立电源供电，两个电源之间自动切换。类厂用负荷：仅允许短时停电（几秒至几分钟），再恢复供电后，不致造成生产紊乱，损坏设备或影响机组正常运行的厂用负荷。保证措施：应由两个独立电源供电，两个电源之间手动切换。类厂用负荷：较长时间（几小时甚至更长时间）停电，不会直接影响电厂生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷。可由单电源供电，电源故障

3、时,允许进行检修或更换。事故保安负荷：事故停机过程及停机后一段时间内，停电会引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。发电厂电气主系统 4-4 事故保安负荷可分为两类：?直流保安负荷：由蓄电池组供电。?交流保安负荷，如大型机组的盘车电动机，平时由交流厂用电源供电，事故后，由快速启动柴油发电机组自动投入供电。交流不间断供电负荷：在机组启动、运行以及正常和事故停机过程中，甚至在停机后的一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。如实时控制计算机、热工仪表与保护、自动控制和调节装置等用电负荷。交流不间断供电电源一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或逆变装置。2.按运行方式分类 按

4、使用机会分类?“经常”使用的用电设备(负荷)：即电厂在生产过程中，每天都投入使用的用电设备(负荷）。?“不经常”使用的用电设备：只在机组检修、事故、机组启停期间内使用。发电厂电气主系统 4-5 按每次使用时间的长短分类?“连续”运行：每次使用时，连续运转2h以上者。?“短时”运行：每次使用时，运转10120min的用电设备。?“断续”运行：从运行到停止，反复周期性地运行，每一周期时间不超过10min的用电设备。三、对厂用电接线的基本要求 对厂用电接线的基本要求：?运行安全、可靠，保证连续供电；?运行、检修、操作和发展要方便灵活；?技术先进、设备新颖，并且经济合理。?非常重要的一点是：各机组的厂

5、用电系统应该是相互独立的，具有对应供电性。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障，不应该影响其他机组的正常运行，并能在短时间内恢复本机组的运行。发电厂电气主系统 4-6 第二节 厂用电源及厂用电接线的基本形式 一、厂用电的电压等级 1.影响厂用电电压等级的因素 1)发电机电压和容量 如果发电机电压为6.3kV，应选6kV作为厂用高压电压。发电机容量越大，厂用高压电压越高。?高压厂用电的电压等级：3、6、10kV。?低压厂用电的电压等级：380/220V。2)厂用电动机的容量 我国生产的电动机的电压与容量的关系如下表所示。电动机电压/V 220 380 3000 6000 10000 生产容量范围

6、/kW 140 300 75 200 200?电动机的容量小于75kW时，只能选380/220V。?电动机的容量在75200kW时，只能选380/220V、3kV。发电厂电气主系统 4-7?电动机的容量大于300kW时，只能选3、6、10kV。?电动机的容量在200300kW时，可选380V、3、6、10kV。3)厂用电网络的可靠、经济运行 由于发电厂的电动机种类较多，只用一种电压等级的电动机不能满足要求。?低压电动机，绝缘等级低、磁路较短、尺寸较小、运行损耗小、价格便宜，有较高的经济效益。但大容量不能做成低压。?高压电动机的制造容量大、绝缘等级高、磁路较长、尺寸较大、价格高、运行损耗较大、效

7、率较低。?结合厂用电供电网络综合考虑，用较高电压等级时，可选择截面较小的电缆和导线，既减少了有色金属的消耗，也降低了厂用供电网络的投资。?电动机的容量在200300kW时，应综合考虑厂用电网络的可靠和经济运行。2.厂用电电压等级的确定 发电厂电气主系统 4-8 (1)火力发电厂 高压厂用电压为：?发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为10.5kV时，可采用3kV；?发电机组容量在60MW及以下，发电机电压为6.3kV时，宜采用6kV；?发电机组容量在100300MW时，宜采用6kV；?发电机组容量在600MW及以上时，经技术(发电机容量、短路电流、负荷容量等)经济比较，可采用6kV或10k

8、V(1000MW机组)一级，也可采用3kV和10kV或6kV和10kV(1000MW机组)两级电压。低压厂用电压采用380/220V电压级。(2)水电厂?厂内用电：只设一个380/220V电压等级，这是因为水轮发电机组的辅助设备容量不大。?坝区用电：6kV或10kV供电，因在坝区和水利枢纽装设有 发电厂电气主系统 4-9 (3)小容量发电厂和变电所 单机容量在12MW及以下的小容量发电厂和变电所，一般厂用电动机容量都不大，只采用380/220 V一级厂用电压即可。二、厂用电源及其引接方式 为了使供电可靠，厂用电源的设置不应少于两个，所有发电厂都设有工作电源和备用电源。对单机容量在200MW及以

9、上的大型发电厂还应设置启动电源和事故保安电源。1.厂用工作电源及其引接方式 发电厂（或变电所）的工作电源是保证发电厂（或变电所）正常运行的基本电源。要保证其可靠性，独立性和具有对应供电性。高压厂用工作电源的引接?当主接线具有发电机电压母线时，一般直接从该机组所连接的母线上引接，如图4-1a所示。大型机械，如船闸、闸门启闭装置等，这些设备距主厂房较远，需在那里另设坝区专用变压器。发电厂电气主系统 4-10?当发电机与主变压器为单元接线或扩大单元接线时，则高压厂用工作电源从主变压器的低压侧引接，如图4-1b所示。?对于容量为125MW及以下的机组，厂用分支上一般装设高压断路器，当开断电流不能满足要

10、求时，只用以进行正常操作，当断路器后发生短路时，应立即停机；低压厂用工作电源的引接 一般由对应的高压厂用母线段上经低厂变引接。对于不设高压厂用母线段的发电厂，低压厂用工作电源可从发电机电压母线上或发电机出口引接。?对于容量为200MW及以上的机组，厂用分支都采用分相封闭母线，故障率很小，可不装设断路器，这时，在厂用变压器低压侧必须装设断路器。发电厂电气主系统 4-11 2.备用电源和启动电源及其引接方式 （1）备用电源：当工作电源故障或检修退出运行时代替工作电源的工作。备用电源应具有独立性，与工作电源无关联，有足够的容量，应与电力系统紧密联系，在全厂停电时仍能从系统取得厂用电源。（2）启动电源

11、：指电厂机组首次启动或工作电源完全消失的情况下，为保证机组快速启动，向必要的辅助设备供电的电源。在正常运行情况下，这些辅助设备由工作电源供电，只有当工作电源消失后才自动切换到启动电源供电，因此，启动电源实质上在兼作事故备用电源,称作启动/备用电源，不过它对供电的可靠性要求更高。对于200MW及以上的大型机组的厂用备用电源必须具有启动电源的功能。（3）高压厂用备用电源的引接方式?从发电机电压母线的不同分段上(不与接有厂用工作电源的母线同段)，通过厂用备用变压器(或电抗器)引接。发电厂电气主系统 4-12?从与电力系统联系紧密，最低一级升高电压母线上引接。?从联络变压器的低压绕组引接。?当技术经济

12、合理时，可由外部电网引接专用线路经过变压器获得独立的启动/备用电源。（4）备用电源的备用方式?暗备用：是指不另设专门的备用变压器，工作变压器之间互为备用。这种备用方式，需要将每台工作变压器的容量加大，正常运行时均在轻载状态下运行。厂用负荷较小，厂用工作变压器的容量也较小时可采用这种方式，如水电厂和变电所通常采用暗备用方式。?明备用：是指设有专门的备用变压器，当某个厂用工作电源故障退出后，备用电源自动投入，恢复对该厂用母线段的供电。这种备用方式，备用电源容量应等于最大一台工作变压器的容量。大型火电厂厂用负荷很大，厂用工作变压器的容量也很大，通常采用明备用方式。发电厂电气主系统 4-13 3.事故

13、保安电源和交流不间断供电电源 事故保安电源 对200MW及以上的发电机组，当厂用工作电源和备用电源都消失时，为保证事故状态下安全停机，事故消除后又能及时恢复机组运行，应设置事故保安电源。?事故保安电源有以下几种类型：蓄电池组以及逆变器或逆变机组；采用快速自动程序启动的柴油发电机组；对于300MW及以上的发电机组还应由110kV及以上电网引入独立可靠的外部电源，作为事故备用保安电源。交流不间断供电电源(UPS)由于快速柴油发电机组的启动和切换需要时间，这短时的供电中断对于某些保安负荷(如实时控制用的计算机等)也是不允许的，此时可由蓄电池经静态逆变装置或逆变机组将直流变为交流，向不允许中断供电的交

14、流负荷供电。由于目前生产的蓄电池组最大容量有限，所以需要柴油发电机组或外接电源配合工作。发电厂电气主系统 4-14 (2)热工仪表和自动装置等要求不间断供电的负荷，则由直流逆变器(每台机组设置一段)供电，其电压为220V。图4-2为某电厂200MW发电机组的事故保安电源接线示意图。(1)交流保安电源通常都采用380/220V电压，每台机组设置一段事故保安母线，采用单母线接线。每2台发电机组设置1台柴油发电机组作为事故保安电源。发电厂电气主系统 4-15 三、厂用电接线的基本形式 厂用电接线通常都采用单母线(或称单母线独立分段)接线形式，一段母线故障不影响其他母线段。高压厂用母线?火电厂的高压厂

15、用母线一般都采用“按炉分段”的接线原则。因为锅炉的耗电量很大，约占厂用电量的60以上，按炉分段便于运行、检修，能使故障影响范围局限在一机一炉，不致影响正常运行的完好机炉。低压厂用母线?大型火电厂亦按炉分段；?水电厂按水轮发电机组分段；?在中、小型发电厂和变电所中，则根据电厂的具体情况，厂用低压负荷的大小和重要程度，全厂可分为二段或三段。?当锅炉容量为400t/h及以上时，每炉的高压厂用母线至少设两段(双套辅机设备)，两段母线可由一台高压厂用变压器供电。发电厂电气主系统 4-16 厂用公用母线段 全厂公用性负荷，应根据负荷功率及可靠性的要求，分别接在各段母线上，做到尽量均匀分配。对于200MW及

16、以上的大型机组，如厂用公用负荷较多，容量也较大，当采用集中供电方式合理时，可设置公用母线段。正常运行时，可由启动/备用变压器向公用母线段供电。发电厂电气主系统 4-17 第三节 发电厂和变电所的厂（所）用电典型接线分析 一、火力发电厂的厂用电接线 1.小容量火电厂的厂用电接线 如图4-4所示。该发电厂装设有二机二炉。发电机电压为6.3kV，发电机电压母线采用分段单母线接线，通过主变压器与110kV系统相联系。因机组容量不大，大功率的厂用电动机数量很少，所以不设高压厂用母线，少量的大功率厂用电动机M，直接接在发电机电压母线上。小功率的厂用电动机及照明负荷，由380/220V低压厂用母线供电。38

17、0/220V低压厂用母线按炉分段，每段低压厂用母线由一台厂用工作变压器供电，引接发电机电压母线上。该电厂厂用电的备用电源采用明备用方式，备用变压器接在与电力系统有联系的发电机电压主母线段上。发电厂电气主系统 4-18 2.中型热电厂的厂用电接线 图4-5所示为某中型热电厂的厂用电接线简图。该电厂装设有二机三炉(母管制供汽)。发电机电压为10.5kV，发电机电压母线采用双母线分段接线，通过两台主变压器与110kV电力系统相联系。高压厂用工作变压器T11、T12和T13分别接于主母线的两个分段上。高压备用电源采用明备用方式，备用变压器T10也接在发电机电压主母线上。采用明备用。厂用低压电压采用38

18、0/220V。由于机组容量不大,负荷较小，厂用低压母线只设两段(每段又使用隔离开关分为两个半段)，分别由接于高压厂用母线段和段上的低压厂用工作变压器T21和T22供电。厂用低压备用电源采用明备用方式，由接于高压厂用母线段(该段上未接厂用低压工作变压器)上的厂用低压备用变压器T20供电。发电厂电气主系统 4-19 3.大型火电厂的厂用电接线 高压厂用电系统的接线方案?方案 不设高压公用负荷母线段，如图4-6a所示。将全厂公用负荷（如输煤、除灰、化水等）分别接在各机组A、B段厂用母线上。此方案的优点是高压厂用公用负荷分接于不同机组的高压厂用母线段上，供电可靠性高，投资省；其不足是由于高压厂用公用负

19、荷分接于不同机组的高压厂用母线段上，机组的高压厂用工作母线清扫时，将影响公用负荷。发电厂电气主系统 4-20?方案 设置高压公用负荷母线段，如图4-6b所示。其特点是将全厂公用负荷分别接在公用厂用母线段、上，公用负荷集中，无过渡问题，各单元机组独立性强，便于各机组厂用母线的清扫。300MW汽轮发电机组高压厂用电系统接线 图4-7所示为某大型火电厂2300MW机组厂用电系统接线。该电厂两台发电机均采用发电机变压器组单元接线，厂用电从主变压器低压侧引接，高压厂用工作变压器采用无载调压的低压分裂绕组变压器。从与系统有联系的220kV母线上引接一台有载调压的低压分裂绕组变压器，作为电厂的启动/备用高压

20、厂用变压器。发电厂电气主系统 4-21 发电厂电气主系统 4-22 (3)单机容量为600MW 及以上的特大型机组火电厂的高压厂用电系统 600MW 及以上的特大型机组火电厂之高压厂用电系统的电压等级可选用:6kV一级(600MW)10kV一级(1000MW)10kV和3kV二级 10kV和6kV(1000MW)二级 四种方案，高压厂用工作变和备用变的台数可选择一台(600MW)或两台，电压等级和厂用变的台数要根据具体情况如发电机容量、短路电流大小、厂用负荷大小、电动机自启动校验、经济性等论证确定。发电厂电气主系统 4-23 T1G11000MW10kV10kVT20T2T10220kV IA

21、1IA2IB1IB23kV3kV至G22 68/34-3427kV2 68/34-34G上图为某1000MW机组大型火电厂高压厂用电系统接线方案示例。发电机容量1000MW，机端电压27kV，从发电机出口引接厂用高压工作电源，2台分裂低压绕组变压器，容量68/34-34MVA，电压 27/10/3kV，无载调压变压器。起动/备用变压器从220kV电压主母线通过2台有载调压分裂低压绕组变压器取得，起动/备用变压器容量68/34-34MVA，电压220/10/3kV，为2台发电机合用。发电厂电气主系统 4-24 二、水力发电厂的厂用电接线 图4-9为一大型水电厂的厂用电系统接线示例。该水电厂有4台

22、大容量机组，均采用发电机双绕组变压器组单元接线，其中发电机G2和G3的出口处只设隔离开关，在发电机G1和G4的出口处装设断路器和隔离开关。1)低压厂用电系统 采用380/220V电压等级，按机组台数分段，分别由接自发电机出口的厂用变压器T21T24供电。2)高压厂用电系统供给坝区闸门及水利枢纽的防洪、灌溉取水、船闸或升船机等大功率设施用电，设有两段6kV高压母线段，分别由专用的坝区变压器T11和T12供电。坝区变压器T11和T12采用暗备用方式，分别由1和4机组的主变压器低压侧引接。这样，在发电厂首次启动或全厂停电时，仍可由系统通过主变压器倒送功率向厂用电系统供给电能。发电厂电气主系统 4-2

23、5 三、变电所的所用电接线 图4-10为某大型变电所所用电系统接线，380/220V低压所用电系统采用单母线分段接线，且分为两段。所用电源从主变压器低压侧母线引接，通过两台所用变压器T21和T22分别向两段低压所用母线供电，两台所用变压器之间可以实现暗备用方式互相备用。为了进一步提高所用电系统的供电可靠性，还设有一台专用的所用备用变压器T20（其容量与一台工作变压器的容量相同），由所外35kV系统引接，作为低压所用工作变压器的明备用，并设置备用电源自动投入装置，当工作变压器故障退出运行时，备用变压器自动投入运行。发电厂电气主系统 4-26 第四节 厂(所)用变压器的选择 一、火电厂厂用变压器的

24、选择 1.火电厂的主要厂用电负荷 火电厂的厂用电负荷包括全厂炉、机、电、燃运等用电设备，面大量广，且随各电厂机组类型、容量、燃料种类、供水条件等因素影响而有较大的差异。选择厂用变压器容量时，应根据负荷的运行特性，取不同的权重，既能满足负荷要求又能避免容量选的过大。2.厂用负荷计算 换算系数法 换算系数按下式计算(也可取表4-4所列的数值)?cosLmKKK?发电厂电气主系统 4-27 式中 K m 同时系数；K L 负荷率；电动机的效率；?cos 根据换算系数K和电动机的计算功率P(kW)，便可求得厂用计算负荷S(kVA)，即 S=(K P)电动机的功率因数。用电设备的计算功率P应根据负荷的运

25、行方式及特点确定：?对经常、连续运行和不经常、连续运行的电动机，功率P N应全部计入，即 P =PN?对经常短时运行和经常断续运行的电动机，其计算功率为 P =0.5 PN?对不经常、短时及不经常、断续运行的电动机可不计入厂用变压器容量，即 P =0 发电厂电气主系统 4-28?对中央修配厂的计算功率，通常按下式计算 P=0.14P+0.4P5 P全部电动机额定功率总和(kW)；P5 其中最大5台电动机额定功率之和(kW)。?在煤场机械负荷中，应对中、小型机械和大型机械分别计算：中、小型机械 P=0.35P+0.6P3 卸煤翻车机系统 P=0.22P+0.5P5 轮斗机系统 P=0.13P+0

26、.3P5 P3和P5代表其中最大3台和最大5台电动机额定功率之和(kW)。?照明负荷等于照明负荷安装容量Pi(kW)与需要系数Kd(一般取0.81.0)的乘积，即 P=Kd P i 发电厂电气主系统 4-29 3.厂用变压器的选择 厂用变压器的型式和电压的选择?厂用变压器的型式应满足厂用电系统供电及设备选择的要求。例如，大型机组一炉两段，宜采用低压分裂绕组变压器，两个低压分裂绕组分别向两段厂用母线段供电；也可选用两台双绕组变压器分别向两段厂用母线段供电，为了限制厂用变压器低压侧的短路电流，能合理选择厂用系统的开关设备，一般要求选用阻抗大于10的高阻抗变压器。?厂用变压器的一、二次侧额定电压应分

27、别与引接电源电压和厂用网络电压相一致。厂用工作变压器容量选择 变压器的容量必须满足厂用机械从电源获得足够的功率。因此，高压厂用工作变压器的容量应按高压厂用电计算负荷的110与低压厂用电计算负荷之和进行选择；而低压厂用工作变压器的容量应留有10左右的裕度。发电厂电气主系统 4-30?厂用高压工作变压器容量选择 当厂用变压器为双绕组变压器时，其容量按下式计算 ST 1.1SH+SL 式中 SH 厂用电高压计算负荷之和（按S=(K P)计算）；SL厂用电低压计算负荷之和（按S=(K P)计算）。当厂用变压器为低压分裂绕组变压器时，高压绕组应满足 Sts1 SC-S r 低压分裂绕组应满足 Sts2

28、SC 式中 SC、S r 分别为厂用变压器分裂绕组计算负荷和分裂绕组两分支重复计算负荷。发电厂电气主系统 4-31?厂用低压工作变压器容量选择 S=SL/K 式中 SL相应厂用低压工作变压器低压侧计算负荷（kVA）；K变压器温度修正系数。对安装于屋外或由屋外进风的小间内的变压器，一般取K1，但宜将小间进出风温差控制在10以内；对由主厂房进风的小间内的变压器，当温度变化较大时，随地区而异，应适当考虑温度的修正。厂用备用变压器容量选择 厂用高压（低压）备用变压器或启动/备用变压器的容量应与最大一台厂用高压（低压）工作变压器的容量相同。发电厂电气主系统 4-32 第五节 厂用电动机的选择和自启动校验

29、 一、厂用设备的机械特性和电力拖动方程 1.厂用设备的机械特性 发电厂中厂用机械设备的负载转矩特性可归纳为两种类型示。恒转矩负载：即该设备的负载转矩(阻转矩)M*m与转速n*无关，M*mf(n*)特性为一水平直线，如图4-10中直线1所示。火电厂中属于这类机械的有碎煤机、磨煤机、绞车、起重机等。非线性转矩负载：该类设备的负载转矩与转速的二次方或高次方成比例，如图4-11中曲线2所示。非线性负载转矩特性可用下式表示 a0m0mm)1(?nMMM发电厂电气主系统 4-33 M*m0与转速无关的摩擦起始负载转矩标幺值，一般取0.15；a 指数，与机械设备型式有关。M*m=0.15+0.85 2?n例

30、如：通风型负载转矩与转速的二次方成比例，即 电力拖动方程 电动机产生的电磁转矩Me(N?m)克服机械负载阻转矩Mm(N?m)后的剩余转矩，便会使机械传动系统产生加速运动，其旋转运动方程为 电动机的机械角速度 (rad/s)2n/60。tnGDtJMMdd375dd2me?机组的转动惯量J(kg?m2)常采用飞轮惯量GD 2(n?m2)来表示，即 228.94141GDGDgJ?发电厂电气主系统 4-34?MeMm时，dn/dt=0，则n=0或n=常数，拖动系统(电动机)处于静止或稳定运行状态(等速旋转)；?MeMm时，dn/dt0，拖动系统处于加速状态；?MeMm时，dn/dt0，拖动系统处于

31、减速状态。二、厂用电动机的类型及其特点 发电厂厂用电系统中使用的电动机有异步电动机、同步电动机和直流电动机三类。1.异步电动机 异步电动机的机械特性是指电动机的电磁转矩Me与转速n之间的关系，即M*ef(n*)，如图4-12所示。发电厂电气主系统 4-35?异步电动机能够顺利启动的条件是：1)电动机的启动转矩M*e0必须大于被拖动机械在n*0时的起始负荷阻转矩M*m0；2)在启动过程中的任一转速下都应有M*eM*m，使剩余转矩为正。直到电动机的M*e f(n*)与被拖动机械的M*mf(n*)相等的稳定工作点上，如图4-11中的1点或2点处，才能稳定运行。?异步电动机的特点：1)异步电动机的启动

32、，一般采用直接启动方式。该启动方式启动转矩大，启动电流也大，会引起厂用系统电压下降和电动机本身发热，所以需进行启动校验。2)2)鼠笼式异步电动机分为单鼠笼式（结构简单，可靠，启动电流大），深槽式和双鼠笼式。后两种具有启动转矩大、启动电流小等较好的启动性能。3)线绕式异步电动机调速性能好，可采用转子电路内引入感应电动势实现串级调速，也可采用在转子电路串接调节电阻，借调节电阻在一定范围内调整转速、启动转矩和启动电流。发电厂电气主系统 4-36 2.同步电动机 同步电动机有一套励磁系统，可以工作在“超前”或“滞后”的不同工作状态，调整厂用电系统的功率因数。同步电动机的转矩与电压成正比(异步电动机的转

33、矩与电压的平方成正比)，对电压波动不太敏感，运行稳定性好。但是，同步电动机的结构复杂、价格较高，且启动、控制较麻烦。所以，在厂用电系统中，只在大功率低转速的机械设备上有时采用。3.直流电动机 直流电动机的特点是：借助调节磁场电流，可在大范围内均匀而平滑的调速；启动转矩大；不依赖厂用交流电源。但其结构复杂、成本高、维护量大和工作可靠性较差。所以，直流电动机用于拖动对调速性能和启动性能要求较高的厂用机械。三、厂用电动机选择 厂用电动机主要根据功率大小、启动转矩要求和调速要求进行合理选择。发电厂电气主系统 4-37 (1)型式选择?厂用电动机一般采用交流鼠笼式异步电动机；?对于反复、重载启动或小范围

34、内调速的机械，如吊车，抓斗机等可选用线绕式异步电动机或同步电动机；?对于要求在很大范围内调节转速或当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备采用直流电动机。厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应：屋内干燥无尘场所可使用开启式；空气清洁而有滴落水滴的场所宜使用防护式；尘埃较多、潮湿和水土飞溅的场所应使用封闭式；有爆炸性气体的场所要使用防爆式。(2)电压、转速和容量选择?电动机的电压应与厂用供电网络电压相一致；?电动机的转速应满足被拖动机械设备的要求；?电动机的额定容量PN必须满足在额定电压和额定转速下满载 工作的机械设备的轴功率Ps，并留有适当的储备，即 PNPs 发电厂电气主系统 4-38 五、

35、电动机的自启动校验 1.电动机的自启动及其意义和要求 (1)电动机的自启动 当电源突然消失或厂用电压降低时，一些重要机械的电动机并不立即断开，电动机转速就会下降(称为惰行)，甚至停转，若在很短时间(一般为1s左右)内，厂用电压又恢复或备用电源自动投入，电动机从惰行又自动启动恢复到稳定运转状态，这一过程称为电动机的自启动。(2)电动机自启动的意义 重要厂用机械的电动机参加自启动，保证了不因厂用母线的暂时失压而使发电机组被迫停机。减少了停电造成的经济损失，对电力系统的可靠、安全和稳定运行有重要意义。发电厂电气主系统 4-39?异步电动机的转矩M*e与其端电压的平方U*2成正比。?最大转矩M*ema

36、x约为额定转矩M*e的2倍,即M*emax=2。?当U*下降至0.7时，其相应最大转矩变为(0.7)221时，若电动机所拖动的机械为额定负载转矩，即M*m1，则此时电动机受到制动而减速，进入不稳定运行区，最终停转。电动机自启动时电压最低限值，也就是最大转矩M*emax等于额定负载转矩（M*m1）的电压，又称为临界电压U*cr，即 1max2cr2cr2maxmax?eNeeMUUUMMmaxcr/1eMU?异步电动机的M*emax与电动机的型式和种类有关，约为1.82.4，所以临界电压U*cr为0.640.75，即电压下降到额定值的64%75%时，电动机就开始惰行。(3)电动机自启动时厂用母线

37、电压最低限值 发电厂电气主系统 4-40 2.电动机的自启动校验?自启动时产生的问题：成组的电动机自启动时，由于启动电流较大，会引起厂用电母线电压下降，电动机发热。?为什么要进行电动机的自启动校验：若参加自启动的电动机数量过多、总容量较大，则启动电流过大，将使电压下降过多，电动机会过热，将危及厂用电网络的稳定运行以及电动机的安全，使自启动失败，造成发电机停机。因此必须进行电动机自启动校验，以保证厂用电母线电压在要求的水平。?电动机自启动校验方法:有电压校验和容量校验两种。(1)电动机自启动的厂用母线电压校验 1)单台电动机自启动或成组电动机自启动厂用高压母线电压校验。图4-16所示为一组电动机

38、在厂用高压母线上进行自启动的电路及其等效电路。从等效电路可得如下关系 mt0?xxUI发电厂电气主系统 4-41 根据串联分压得自启动开始瞬间，高压厂用母线电压为 mtm0m1?xxxUxIUx*m 参加自启动电动机的等值电抗标幺值；I*参加自启动电动机的启动电流总和的标幺值。100%1.1ktUx?U*0 电源母线电压标幺值，电抗器供电时取1，无载调压变压器供电时取1.05，有载调压变压器供电时取1.1；U*1 自启动时高压厂用母线电压标幺值；x*t 高压厂用变压器或电抗器的电抗标幺值:发电厂电气主系统 4-42 电动机的启动电流倍数为K与启动瞬间的电抗x*m的关系：x*m=1/K。对于成组

39、电动机，如果所有自启动电动机取一平均的启动电流倍数Kav，全部电动机的总容量为Sm(kVA)，厂用变压器的容量为St(kVA)，则全部电动机经折算后的等值电抗标幺值（以St为基准）可写为?mtavm1SSKx%70%65cos11mtavt0tmavt0mtm01?PSKxUSSKxUxxxUU代入得 式中 Pm参加自启动电动机总功率(kW)；cos 电动机的效率与功率因数的乘积，一般取0.8；发电厂电气主系统 4-43 2)电动机经高压厂用变压器和低压厂用变压器串联自启动厂用母线电压校验。图4-17所示为厂用高、低压变压器串连，高、低压电动机同时自启动的等效电路。假设厂用高压母线原已带有负荷

40、S 0，自启动过程中S 0继续运行。?厂用高压母线电压U*1校验。在图4-17中，所有电压、电流和电抗参数均以高压厂用变压器额定电压、电流和容量为基准。其中，U*2为厂用低压母线电压的标幺值；x*t2为低压厂用变压器电抗标幺值；x*1、x*2分别为自启动高、低压电动机电抗标幺值；I*t1为自启动时流过高压厂用变压器的电流标幺值；I*0、I*1和I*2分别为原有负荷电流标幺值及高、低压电动机自启动电流的标幺值。发电厂电气主系统 4-44 以S0为基准的原已带有的负荷等值电抗的标幺值；K0、K1、K2为S0、S1和S2支路电动机自启动电流平均倍数。电动机自启动时，电压方程为：U*0U*1I*t1

41、x*t1（I*0+I*1+I*2）x*t1 1t0101t01001t010101SSUKSSUxSSxUxUI?1t1111SSUKI?1t2222SSUKI?及 和 0?xI*2所占比重一般较小，可以略去，且K0=1，将I*0、I*1代入式（4-27）并整理，得 发电厂电气主系统 4-45?H1t01t011t11t01t1t011011cos11?SxUSSPSKxUSxSSKUU?式中 S*H 厂用高压母线的合成负荷标幺值。若高压厂用变压器为分裂绕组变压器，上式中则以分裂绕组容量Sts2代替St1。同时，上式中的 1ts2tsk1t100%1.1SSUx?厂用低压母线电压U*2校验。由

42、图4-17可见，厂用低压母线带有负荷S2，厂用低压变压器容量为St2，现以St2为基准容量，厂用低压变压器的电抗为x*t2；仿照前面推导，得 2t2222SSUKI?发电厂电气主系统 4-46 U*1U*2=I*2 x*t2 电动机自启动时，高、低母线电压关系为：将I*2的表达式代入式（4-29）并整理得 2t2t2212cos1SxPKUU?U*1是前一步的计算结果。(2)电动机自启动允许容量校验 电压校验是已知电动机容量S*m，求厂用母线电压U*1；容量校验是把厂用母线电压U*1当作已知值，求允许自启动电动机容量Pm。由式（4-26）可求得允许自启动电动机容量为 发电厂电气主系统 4-47

43、 3)对重要的机械设备，选用具有高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机。t110m?xUUUS?tavt110mcosSKxUUUP?或者 当同时自启动电动机容量超过允许容量时，可采用以下措施：1)限制参加自启动电动机的数量。对不重要设备的电动机加装低电压保护装置，延时0.5s断开，不参加自启动。2)阻转矩为定值的重要设备的电动机不参加自启动。因为该类电动机只能在接近额定电压下启动，所以也采用低电压保护，当厂用母线电压低于临界值时，把它从厂用母线上断开，厂用母线电压恢复后再自动投入。这样，可以保证未断开的重要设备电动机的顺利启动。4)在不得已的情况下，另行选用较大容量的厂用变压器，或在限制短路电

44、流允许的情况下，适当减小厂用变压器的阻抗值。发电厂电气主系统 4-48 x*t=1.1Uk/100=1.18/1000.088?tavt110mcosSKxUUUP?kW11437100005.4088.065.08.092.0)65.005.1(?即，允许自启动的电动机总容量为11437 kW。解 由表4-8可见，高温高压火电厂由高压厂用工作变压器使厂用电动机自启动时要求的厂用母线电压最低值为0.65；高压厂用工作变压器一般为无激磁调压变压器，电源母线电压标幺值U*0取1.05；高压厂用工作变压器电抗标幺值取额定值的1.1倍。于是 例4-1 某高温高压火电厂6kV高压厂用工作变压器的容量为10000kV?A，Uk8；参加自启动电动机的平均启动电流倍数为4.5，cos=0.8，效率0.92。试计算允许自启动的电动机总容量。