1 前 言 我們組這次 設計的課題為“ 廠用電設計進展分析 ”。本設計主要是為了體現(xiàn)我們綜合應用所學相應理論基礎課、技術基礎課、專業(yè)課知識和相應技能，解決變電所設計問題的綜合能力和創(chuàng)新能力，并以此來檢驗我們這三年來專業(yè)知識的學習成果。 設計對 我 們 來說意義非凡 ，主要的目的是對我們?nèi)晁鶎W習專業(yè)知識的全面檢查，也是為了鞏固與擴展所學的基礎理論和專業(yè)知識。本次設計鍛煉了我們理論聯(lián)系實際、運用專業(yè)知識解決實際社會問題的能力，也借此機會充分發(fā)揮一下自己對 電力事業(yè) 的熱衷之情， 從而培養(yǎng)了我們調(diào)查研究與文獻檢索、信息收集和編 輯報告等能力。經(jīng)過畢業(yè)設計的訓練，提高了我們大學生的綜合素質(zhì)和分析、處理問題的本領。畢業(yè)設計讓即將面對社會走上求職路的我們收獲了自己人生不可或缺的一筆財富， 為大學 三 年學習生涯劃上了一個永遠值得回味的句號 。 本書共分 十 章，設計組共由 9 人組成。本設計的內(nèi)容力求方案最優(yōu)、概念清晰、層次分明、計算正確、圖面整潔、文理通順、簡明扼要、插圖插表得當。在本次設計過程中，各成員進行了分工合作，互相討論、學習。我們翻閱了大量相關資料，經(jīng)過多次修改形成設計稿。 。 2 目 錄 前 言 摘 要 . 1 第一章 緒論 . 2 第二章 廠用電源 . 3 2.1 廠用電概述和設計原則 . 3 2.2 廠用電源的設置及取得方式 . 9 2.3 廠用電接線方式 . 13 第三章 廠用變壓器的型式及保 護 . 16 3.1 廠用變壓器容量的選擇 . 16 3.2 廠用變壓器的型式 . 19 3.3 廠用分支及廠用變壓器高壓側出口處的保護 . 20 第四章 廠用電的電壓等級和中性點接地方式 . 22 4.1 廠用電的電壓等級 . 22 4.2 廠用電系統(tǒng)中性點接地方式 . 24 第五章 主要低壓配電產(chǎn)品 . 29 5.1 低壓斷路器 . 29 5.2 低壓熔斷器 . 31 5.3 低壓開關柜 . 34 第六章 電力電纜 . 40 6.1 阻燃電纜的大量應用 . 41 6.2 銅芯電纜日益增多 . 41 6.3 等截面電纜的采用 . 42 6 4 交聯(lián)聚乙烯電纜的興起 . 45 第七章 其它電氣設備 . 46 第八章 分析國內(nèi)主要低壓配電產(chǎn)品及電力 電纜發(fā)展狀況 . 48 8.1、我國低壓斷路器的發(fā)展概況 . 48 8.2斷路器的發(fā)展概況 . 50 8.3、不同類型斷路器的保護特性及其執(zhí)行的標準 . 56 3 8.4、斷路器的發(fā)展趨勢 . 57 8.5導線、電纜的選擇條件 . 60 后 記 . 61 參考文獻 . 63 1 摘 要 本文對廠用電設計和低壓電器設備選型向國際水平靠攏及進展做了簡要的綜述，諸如下列問題：廠用電源設備、取得方式、接線方式， 廠用電 系統(tǒng)中性點接地方式 要求；當前流行的開關柜是中壓鎧裝移開式中置柜和低壓抽出式組裝柜，現(xiàn)場可調(diào)定值的高性能塑殼斷路器給施工設計帶來了方便，熔斷器更適合用于負荷小的長線路；阻燃、銅芯、等截面電纜的廣泛應用；橋架、母線槽、安全型滑觸線等工廠化生產(chǎn)標準產(chǎn)品的采用。 我國主要低壓配電產(chǎn)品及電力電纜發(fā)展狀況 的分析 。 關鍵詞 ： 廠用電；變壓器；斷路器；熔斷器； 開關柜 ； 電力電纜 2 第一章 緒論 隨著我國電力事業(yè)迅猛發(fā)展，工程規(guī)模在不斷擴大，所采用的電氣設備在不斷更新?lián)Q代。通過具體實踐摸索及不斷總結、積累和豐富了很多寶貴的運行經(jīng)驗和設計經(jīng)驗。 自九十年代起，我國陸續(xù)修訂了所有的規(guī)程和規(guī)范，電氣標準全面向 IEC 標準靠攏，并等效地被采用。從 1982 年起，分十幾批淘汰了大量的落后機電產(chǎn)品，多次整頓生產(chǎn)秩序，加強了對電氣產(chǎn)品的質(zhì)量管理，努力 縮小了發(fā)達國家的差距，引進和開發(fā)了具有國際先進水平的電氣設備。 二十多年來我們無論是在設計標準、設計依據(jù)和設計方法上，還是在設計所選用的先進技術和設備上都有了騰飛性的發(fā)展。隨著對大中型水電站推廣 “ 無人值班、少人值守 ” 的運行方式，電站的自動化水平越來越高，要更廣泛地采用高水準的設備，相應地對廠用電系統(tǒng)設計和廠用設備選型上也提出了更高的要求。本文僅就廠用電設計和進展作簡要地綜述。 3 第二章 廠用電源 2.1 廠用電概述和設計原則 發(fā)電廠在啟動、運轉、停轉、檢修過程中，有大量由電動 機拖動的機械設備。用以保證機組的主要設備（如鍋爐、汽輪機或水輪機、發(fā)電機等）和輸煤、碎煤、除灰，除灰及水處理的正常運行。這些電動機以及全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明用電設備等都屬于廠用負荷，總的耗電量，統(tǒng)稱為廠用電。 廠用電設計應按照運行 、 檢修和施工的要求，考慮全廠發(fā)展規(guī)劃，妥善解決分期建設引起的問題，積極慎重地采用經(jīng)過鑒定的新技術和設備 ， 使設計達到經(jīng)濟合理 、 技術先進 ， 保證機組安全 、 經(jīng)濟和滿足發(fā)電運行。 現(xiàn)代大容量火力發(fā)電廠要求其生產(chǎn)過程是自動化和采用計算機控制的，為了實現(xiàn)這一要 求 ，就需要許多廠用機械和自動化監(jiān)控設備（如鍋爐 汽輪機 發(fā)電機 )和輔助設備服 4 務，而絕大多數(shù)機械采用電動拖動，因此，需要向這些電動機 自動化監(jiān)控設備和計算機供電，這種供電系統(tǒng)稱為廠用電系統(tǒng)。 廠用電系統(tǒng)設置有完備的監(jiān)視儀表、控制系統(tǒng)、保護連鎖及自動裝置等。 廠用電源的可靠性是決定整個電廠安全運行的關鍵，因此廠用電源系統(tǒng)在設計上應滿足以下基本要求： (1) 系統(tǒng)應安全可靠 廠用電源系統(tǒng)的接線方式和電源容量應能適應正常供況、事故異常和檢修狀態(tài)等各種工況的供電要求，同時還應考慮到機組啟 停過程中的供電，并方便電源的切換操作。一般各機組的廠用電系統(tǒng)應盡可能相互獨立，當某一臺機組的廠用電源系統(tǒng)故障或其相關設備故障時，只會影響到該機組的運行，而不致影響到其他機組的正常運行，同時能在短時間內(nèi)將本機組恢復運行。對公用負荷的供電方式要合理布置，使發(fā)生事故時影響范圍最小。 (2) 系統(tǒng)接線簡明、運行靈活 廠用電源系統(tǒng)分期建設和現(xiàn)場施工中廠用電系統(tǒng)的擴建方便和可靠切換運行，應結合遠景規(guī)劃，統(tǒng)一安排，便于過渡，盡可能減少改變接線和變換設備。同時要與電氣主接線的方式相結合來考慮，尤其是在備用電 源引線時。 (3)符合經(jīng)濟性要求 在滿足可靠性的同時，還應注意廠用電源系統(tǒng)的經(jīng)濟性，壓宿投資，降低運行費用。 5 2.1.1 廠用電負荷的分類 廠用電負荷根據(jù)用電設備在生產(chǎn)中的作用和突然中斷供電所造成的危害程度，按其重要性可分為四類： (1) I 類廠用負荷 ：凡是屬于單元機組本身所必需的負荷，短時停電會造成主設備的損壞、危及人生安全、主機停運及影響大量出力的負荷，都屬于 I 類負荷。如火電廠的水泵、凝結水泵、循環(huán)水泵、引風機、送風機、給粉機、爐水循 環(huán)泵等。通常，他們設有兩套或多套相同的設備。 (2) II類廠用負荷：允許短時停電（幾分鐘至幾小時），恢復供電后，不致造成生產(chǎn)紛亂的廠用負荷，屬于 II類廠用負荷。此類負荷一般屬于公用性質(zhì)負荷，不需 24小時連續(xù)運行，而是間斷運行，如煤系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)等的負荷。一般他們也有備用電源，常手動切換。 (3) III 類廠用負荷 :較長時間停電，不會直接影響生產(chǎn)，僅造成生產(chǎn)不方便，都屬于 III類廠用負荷，如修配車間、試念室、油處理室等負荷。通常由一個電源供電，在大型電廠中，也常采用兩路電源供電。 (4) V 類廠用 負荷：事故保安負荷，在裝有 200MW 及以上機組的大容量電廠中，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)，仍必須保證供電，否則可能引起主要設備損壞、重要的自動控制失靈或危及人生安全的負荷，稱為事故保安 6 負荷。按對電源要求的不同它又可分為：直流保安負荷和交流保安負荷 ,為滿足事故保安負荷的供電要求對大容量機組應設置事故保安電源。通常 ,由蓄電池組、柴油發(fā)電機組或燃汽輪機組提供，達到了可靠的外部獨立電源作為其備用電源。 （ 5） VI類廠用負荷：不間斷供電負荷。在機組運行期間，以及正?；蚴鹿释C過 程中，甚至在停機后一段時間內(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。如實時控制用的計算機、熱工保護、自動控制和調(diào)節(jié)裝置。不間斷供電電源一般采用由蓄電池供電的電動發(fā)電機組或配備數(shù)控的靜態(tài)逆變裝置 2.1.2 廠用電接線的設計原則 廠用電系統(tǒng)接線合理，對保證廠用電負荷連續(xù)供電和安全運行至關重要。由于廠用電負荷多分布廣 工作環(huán)境差和操作頻繁等原因，廠用電事故在電廠事故中占很大的比例。此外 ，還因為廠用電系統(tǒng)接線的過渡和設備的異常比主系統(tǒng)頻繁，考慮不周，也常常 會埋下事故隱患。經(jīng)表明，不少全廠停電事故引起的，因此，必須把廠用電系統(tǒng)的安全運行提高到應有的高度來認識。 2.1.2.1 廠用電接線的設計原則 7 （ 1） 廠用電接線應保證對廠用負荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機安全運轉； （ 2 接線應能靈活地適應正常、事故、檢修等各種運行方式的要求； （ 3） 廠用電源的對應供電性，本機，爐的廠用負荷電本機組供電，這樣，用 系統(tǒng)發(fā)生故障時，只影響一臺發(fā)電機組的運行，縮小故障范圍 接線也簡單； （ 4）設計時還應適當注意其經(jīng)濟性和發(fā)展的可能性并積極慎重地采用新技術、新設備，使廠 用電接線具有可行性和先進性； （ 5）在設計廠用電接線時，還應對廠用電的電壓等級、中性點接地方式、廠用電源及其引接和廠用電接線形式等問題進行分析和論證。 2.1.2.2 對廠用電系統(tǒng)接線設計的要求 各機組的廠用電系統(tǒng)應是獨立的，廠用電接線在任何運行方式下，當一臺機組故障停用或其輔機電氣故障時，不應影響一臺機組的運行，并要求受廠用電影響的機組能在短期內(nèi)恢復本機組的運行。 全廠性公用負荷在專門的公用飛段上，避免廠用電系統(tǒng)的復雜化，無過 渡問題，要保證高壓廠用工作變壓器和起動 備用變 8 壓器的容量符合要求。 廠用電 的工作電源及備用電源接線應能保證各單元機組和全廠的安全運行。設置足夠的交流事故保安電源，當全廠停電時，可以快速起動和自動向保安負荷供電，另外還要設計符合電能質(zhì)量指標的交流不間斷電源，保證不允許間斷供電的熱工負荷和計算機的用電。 一般每臺機組設立兩個獨立的高壓廠用電母線段，全廠性的公用負荷專門設立公用段。其優(yōu)點是：公用負荷集中，無過渡問題，每單元機組獨立性強，便于母線清掃。正常運行時，工作段上連接 爐本體負荷 由本機組高壓廠用工作變壓器供電，而公用段上所接的全 廠性負荷則由起動、備用變壓器供電，同時，起動 備用變壓器作為起動和停機時的電源，兼用工作廠變事故備用。在出現(xiàn)任何故障情況下，首先應該力保廠用電不失去，通常在 6KV裝設快速切換裝置，一旦工作廠用電故障，快速切換至起動 備用變壓器上，由起動 備用變壓器提供廠用電。實現(xiàn)這一功能的措施是 機組起動后，當負荷帶至 100MW時，倒換廠用電，合上同期開關，合上 6KV工作段電源斷路器，投入連鎖，斷開 6KV備用段電源斷路器，解除同期。故障時，通過連鎖來實現(xiàn)快投功能，一旦快投不上 (事故情況下 )應該視保護動作情況投不上同期， 手動強合一次，如若不成功，則不應該重合，以免引起更大的事故，此時應查明故障原因，盡快恢復廠用電。 9 引起廠用電至中斷的可能原因是 1 機、爐跳閘 2 主斷路器跳閘 3 突然甩負荷 4 高壓廠用變壓器故障 56KV 母線故障 6KV斷路器拒動等在運行時，應該針對情況判斷原因（通過表盤監(jiān)視、電流變化以 及光字牌報警還有機、爐之間的聯(lián)系等）確保盡快恢復廠用電。 2.2 廠用電源的設置及取得方式 2.2.1.工作電源 發(fā)電廠的廠用工作電源是保證發(fā)電廠正常運行的 基本電源。不僅要求供電可靠，而且應滿足各級廠用電負荷容量的要求。通常，工作電源應不少于兩個?，F(xiàn)代發(fā)電廠的發(fā)電機一般都投入系統(tǒng)并列運行，從發(fā)電機低壓回路通過高壓廠用變壓器取得高壓廠用工作電源已足夠可靠，即使發(fā)電機組全部停止運行，仍可從電 力系統(tǒng)倒送電能給廠用電源。這種引接方式操作簡單，調(diào)度方便，投資和運行費用都比較低，常被廣泛采用。 高壓廠用工作電源（從發(fā)電機電壓回路引線）的引接方式與主接線形式有密切聯(lián)系。當主接線具有發(fā)電機電壓母線時，則高壓廠用工作電源（高壓廠用變壓器）一般直接從發(fā)電機電壓母線、上引 線如圖 2 14（ a)所示；當發(fā)電機和主變壓器采用單元接線時，則高壓廠用工作電源一般從發(fā)電機出口引線，如圖 2-14(b) 10 所示。各臺高壓廠用變壓器的容量應滿足相對應機組的爐、機、電等廠用負荷容量的需求。 低壓廠用工作電源，一般均采用 380/220V 電壓等級，直接從高壓廠用母線段時，從發(fā)電機母線上或從發(fā)電機出口，經(jīng)低壓廠用變壓器獲得低壓廠用工作電源。 2.2.2.啟動和備用電源 啟動電源是為了確保機組安全可靠啟動而設置的電源。備用電源主要用于事故情況失去工作電源時，起后備作用。電廠的主要電氣設備在正常運行 時由工作電源供電，只有當工作電源消失后，才自動切換到啟動電源或備用電源。因此，啟動電源實質(zhì)上也是一個備用電源。對于 200MW 及以上大型機組，啟動電源兼作事故備用電源，統(tǒng)稱啟動 /備用電源。 啟動 /備用電源的引線應保證其獨立性，并且具有足夠的供電容量，最好能與電力系統(tǒng)緊密聯(lián)系，在全廠停電情況下仍能盡快從系統(tǒng)獲得廠用電源。以下是高壓廠用啟動 /備用電源常見的引線方式： （ 1）從發(fā)電廠電壓母線的不同分段上，通過廠用備用變壓器（或電抗器 )引線。 （ 2）從與電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密的最低一級電壓母線引線。這樣，有可 能因采用電壓等級較高的高壓廠用變壓器，使高壓配電裝置投資增加，但供電可靠性也相應提高。 11 （ 3）從聯(lián)絡變壓器的低壓繞組引線，但應保證在機組全停情況下，能夠獲得足夠的電源容量。 （ 4)當技術經(jīng)濟合理時，可由外部電網(wǎng)引接專用線路，經(jīng)過廠用備用變壓器獲得獨立的備用電源或啟動電源。 低壓廠用備用電源一般均從高壓廠用母線的不同分段上引線，經(jīng)低壓廠用備用變壓器獲得低壓廠用備用電源。 在火電廠中，高、低啟動 /備用電源的數(shù)量與發(fā)電廠裝機臺數(shù)、單機容量、主接線形式、及控制方式等因素有關，一般按表 2-3 原則配置。 表 2-3 發(fā)電廠啟動 /備用變壓器臺數(shù)配置原則 電廠類型 高壓啟動 /備用變壓器 低壓備用變壓器 100MW 及以下機組 6 臺機組以下設 1臺 6臺機組及以上設 2臺 8 臺機組以下設 1 臺 8 臺機組及以上設 2臺 100-125MW 機組 5 臺機組以下設 1臺 5臺機組及以上設 2臺 8 臺機組以下設 1 臺 8 臺機組及以上設 2臺 200-300MW 機組 每 2 臺機組設 1 臺 200MW 機組，每 2臺 12 機組設 1 臺 300MW 機組，每臺機組設 1 臺 600MW 機組 每 2 臺機組設 1 臺或 2 臺 每臺機組設 1 臺 火電廠中一般均裝設專門的備用電源，稱為明備用。此類備用電源在正常情況下不工作或只帶少量的公用負荷，而當某一工作電源消失時，它就能自動投入以完全代替。但在小型火電廠和水電廠中也有不另設備用電源，而由兩個廠用工作電源相互作為備用，稱為暗備用。圖 2-15為廠備用電源的兩種備用方式。 2.2.3.其他電源 發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，還需要 200V或 110V的直流電源向動力直流負荷、控制直流負荷（如信號裝置。繼電保護裝置、自動裝置、斷路器的控制回路等）、直流事故照明負荷以及不停電電源系統(tǒng)等負荷供 電。還需要 220V的交流不停電電源向?qū)崟r監(jiān)控的計算機、 DOS系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和遠動裝置等不允許間斷供電的負荷供電。還需要 380V的交流事故保安電源向汽輪機盤車電動機、油泵電動機、 交流潤滑油泵電動機、等負荷供電，以確保在工作電源和備用電源均消失時給機組提供安全停機所必須的交流電源。 13 將柴油發(fā)電機組作為保安電源，近年來已越來越多地被采用。而在過去我國一般是不推薦此種方式的。原因有：一則是柴油發(fā)電機設備本身質(zhì)量在提高，通常都采用像康明斯等國際品牌的發(fā)動機，設備維護、試運轉簡單方便。更重要的是水電站的運行 實踐和多樣化的結果，尤其是一些重要的水電站和抽水蓄能電站，一旦出現(xiàn)與系統(tǒng)及外來電源失去聯(lián)系時，可能會導致機組無法啟動，或有廠房被淹的可能。既便是一些重要的中小型水電站和大中型水閘，當其調(diào)節(jié)庫容較小時，且對洪水來臨所引起的水位比較敏感的情況（水位度幅顯著），此時我們從汛期泄洪保壩和防止廠房被淹的重要角度出發(fā)，應合理地設置快速啟動的柴油發(fā)電機作為保安電源也是非常必要的。 2.3 廠用電接線方式 (1)廠用電普通都采用單母線分段形式大中型水電站用其負荷多又相距較遠，常采 用由主盤經(jīng)分盤再到達負荷點的接線形式，甚至有的采取更復雜的環(huán)形接線，以適應各種運行工況的需要。 單母線分段接線方式，具有下列特點：若某一段母線發(fā)生故障，只影響對應的一臺機組，事故影響范圍縮?。挥秒娤到y(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流較小，有利于電氣設備的選擇；將同一機組的廠用電負荷接在同一段母線上，便于運行管理和安排檢修。 14 (2)火電廠的高壓廠用母線一般都采用按爐分段，即將廠用電母線按鍋爐臺數(shù)分成若干獨立段。其中，鍋爐容量為 400t/h 以下時，每爐設一段；鍋爐容量為 400t/h 及以上時，每爐的每級高壓廠用 母線不少于兩段，兩段母線可由一臺高壓廠用變壓器供電。 (3)低壓 380/220V廠用母線，在大型火電廠中一般按爐分段；在中、小型電廠中，全廠只分為兩段或三段。 (4)200MW 及以上大容量機組，如公用負荷較多、容量較大，當采用集中供電方式合理時，可設立高壓公用母線段。 (5)大容量機組的低壓廠用電系統(tǒng)采用動力中心（ PC)和電動機控制中心（ MCC）的組合方式，即在一個單元機組中設有若干個動力中心，直接供電給容量為 75MW及以上的電動機和容量較大的靜態(tài)負荷；又 PC引接若干個電動機控制中心，供電給容量 較小的電動機和容量較小的雜散負荷，其保護、操作設備集中，各PC一般均設兩段母線，每段母線由一臺低壓廠用變壓器供電，兩臺低壓廠用變壓器分別接至廠用高壓母線的不同分段上，其備用方式可以是明備用或暗備用。 PC和 MCC均采用抽屜式開關柜。 (6)對廠用電動機的供電方式又個別供電和成組供電兩種。個別供電是指每臺電動機經(jīng)一條饋電線路直接接在相應電壓（高壓或低壓）的廠用電動機及容量較大的低壓電動機都是采用個別供電方式。成組供電一般只于低壓電動機。由低壓廠用母線段經(jīng)一條 15 饋電線路供電給電動機控制中心，然后將一組較小容量電動 機連接在 MCC母線上，即廠用母線上的一條線路供以一組電動機。 (7)容量在 400t/h及以上的鍋爐又兩段高、低壓廠用母線，其鍋爐或汽輪機同一用途的甲、乙輔機，如甲、乙凝結水泵，甲、乙引風機等，應分別接在本機組的兩段廠用母線上；工藝上屬于同一系統(tǒng)的兩臺及以上的輔機，如同一制粉系統(tǒng)中的排粉機和磨煤機，應接在本機組的同一段廠用母線上。 電廠 600MW 機組廠用電壓共分為兩級，高壓為 6KV，低壓為 380/220V，發(fā)電機出口裝斷路器，每臺機設 6KV工作 I、 II段及一個公用段，其中公用段由發(fā)電機出口斷路器上 方的高壓公共變壓器供電，又與高壓備用變壓器相連。 6KV的中中性點采用中電阻接地， 380V 的中性點采用直接接地。全廠動力中心 PC變壓器全部采用干式變壓器，水源地和灰場隔離采用油浸變壓器。低壓動力配電中心和電動機控制中心均采用抽屜柜，輸煤和除灰等灰塵比較嚴重的地方采用密封性能好的固定分隔式組合柜。220KV 系統(tǒng)為啟動 /備用電源，正常運行時為變壓器 -斷路器 -線路組接線方式。 16 第三章 廠用變壓器的型式及保護 3.1 廠用變壓器容量的選擇 擔負調(diào)峰是大多數(shù)水電站的重要特點，機組起停非常頻繁。雖然水電 站的廠用負荷容量并不大，但是負荷波動大，最大負荷利用小時數(shù)及負荷同時率都較低。廠用變壓器容量選擇的基礎是負荷統(tǒng)計法，它不僅與電站的有輔助設備的容量有關，而且也取決于輔機的運行方式及運行工況，變化的隨機性因素很多。八十年代初，有關單位通過數(shù)據(jù)實測及分析總結，提出了水電站廠用電負荷率和同時率的合理取值，總結出“綜合系數(shù)法”。這不僅規(guī)范了廠用負荷的統(tǒng)計，減少了人為誤差，而且也簡化了計算方法，該計算方法現(xiàn)已廣泛被用于我國水電設計中。 對于裝有 600MW 機組的大型電廠，各廠的廠用負荷大小也可能不同，這與機、爐類型、 燃料種類和供水情況等有關。電動給水泵電動機容量，超臨界機組要比同容量亞臨界機組約大 50%左右；燃料電廠因具有制粉系統(tǒng)，比燃油電廠的耗電量大。另外，各種燃料的發(fā)熱量不同，需要空氣量也不同，風機的容量就是不同。這幾類負荷都是大容量負荷，例如某 600MW 超臨界機組的電動給水泵電動機容量達 8000KW，究竟選用電動給水泵還是汽動給水泵，與高壓廠用變壓器容量選擇有很大關系。 裝有 600MW 機組的電廠，各單元機組廠用電系統(tǒng)是獨立的，當廠用電工作變壓器和啟動 /備用變壓器臺數(shù)，以及公用負荷正 17 常由誰來負擔確定后，統(tǒng)計各段母 線所接負荷，按照主機滿發(fā)的要求，便可選出各高壓廠用變壓器的容量。 變壓器的阻抗是選擇廠用工作變壓器的一個重要指標。廠用工作變壓器的阻抗要求比一般動力變壓器的阻抗大，這是因為要限制變壓器低壓側的短路容量，否則將影響到開關設備的選擇。一般要求短路阻抗應大于 10%。但是，阻抗過大又將影響廠用電動機自啟動的困難。廠用工作變壓器如果選用分裂繞組型式，則能在一定程度上和上述矛盾，因為分裂繞組變壓器在正常工作時具有較小阻抗，而分裂繞組出口短路則具有較高的電流。 除塵變壓器是一種特殊用途的廠用變壓器。它是專門為電氣除塵 器提供高壓直流電源的變壓器。其一次側為 400V交流電，二次側為數(shù)萬伏的高壓交流， 通過內(nèi)部硅整流裝置，輸出高壓直流。因硅整流裝置而產(chǎn)生的諧波使變壓器的特殊芯具有特殊的構造。每臺機組除塵變壓器的數(shù)量與直流高壓電場數(shù)相等。除塵變壓器一般安裝在電氣除塵器的頂部，所以都選用干式變壓器。 下面進一步介紹廠用變壓器容量選擇問題 下面進一步介紹廠用變壓器容量選擇問題 前面以對各種廠用負荷對保證電廠安全可靠運行的重要程度進行了分類。在計算變壓器容量時，不但要統(tǒng)計變壓器連接母線上實際所接電動機臺數(shù)和容量，還要考慮 它們是經(jīng)常工作的還是備用的，是連續(xù)運行的還是斷續(xù)運行的。為了計及這些不同情況，選出即能滿足負荷要求又不致容量過大的變壓器，所以又提 18 出按使用時間對負荷運行方式進行分類，并常用下列名詞來加以區(qū)分。 經(jīng)常負荷 每天都要使用的電動機； 不經(jīng)常負荷 只在檢、事故或機、爐啟停期間使用的負荷； 短時負荷 每次僅運行 10 120min 的負荷 斷續(xù)負荷 反復周期地工作，其每一周期不超過 10 min負荷 變壓器母線分段上負荷計算原則如下。 （ 1）經(jīng)常連續(xù)運行的負荷全部計入。如引風機、送風機、爐水循環(huán)泵、電 動主給水泵、循環(huán)水泵、凝結水泵、真空泵等電動機。 （ 2）連續(xù)而不經(jīng)常運行的負荷應計入。如充電機、事故備用油泵、備用電動給水泵等電動機。 （ 3）經(jīng)常而斷續(xù)運行的負荷亦應計入。如疏水泵、空壓機等電動機。 （ 4）短時斷續(xù)而又不經(jīng)常運行的負荷一般 不予計算。如行車、點焊機等。但在選擇變壓器是，變壓器容量應留有適當裕度。 （ 5）由同一臺變壓器供電的互為備用的設備，值計算同時運行的臺數(shù) 19 3.2 廠用變壓器的型式 從防火節(jié)能的角度出發(fā)，水電站的廠用變壓器現(xiàn)已廣泛地采用了環(huán)氧樹脂絕緣的干式變壓器，它已全面取代 了尺寸重量較大的、以空氣為絕緣介質(zhì)的浸漬型干式變壓器或油浸變壓器，具有阻燃、防潮、局放小、體積小、安裝方便、絕 緣水平高、維護費用低等特點。環(huán)氧樹脂絕緣變壓器又分為 4 種類型，主要有樹脂澆注型或樹脂加填料型式，也有絕緣更薄、散熱較好的樹脂繞包型的，還有個別采用樹脂真空浸漬這種更新式工藝結構的國外產(chǎn)品。 自八十年代初起到 2000年為止，在我國推廣了第一代的節(jié)能變壓器（ 7 系列）。而從九十年代起開始逐漸推廣更高效節(jié)能的 9 系列產(chǎn)品，其耗損要比二十年前的老產(chǎn)品（ SL和 SL1 型）降低 40以上。 3.2.1 廠用變的聯(lián)接組別和接線形式 現(xiàn)已廣泛地采用“ D,yn-11”取代了過去的，“ Y,yn-12”，它能使變壓器三次諧波產(chǎn)生環(huán)流，這不僅改善了變壓器的波形，而且承受不平衡負荷的能力加大，可更充分地利用變壓器容量。尤其重要的是變壓器零序阻抗較小，很接近正序阻抗值，使得出口處單相短路電流增大約 3 倍，有利于保護電器的靈敏度提高和選擇性配合，完善低壓保護功能。 20 3.2.2 廠用變壓器選擇 廠用變壓器的選擇主要考慮高壓廠用變壓器、高壓備用變壓器、低壓廠用電變壓器、照明變壓器、除塵變壓器等的選擇。 選擇內(nèi)容一般包括變壓器的臺數(shù)、型式、額定電壓、容量和阻抗幾類。 額定電壓系根據(jù)廠用電系統(tǒng)的電壓和電源引線接處的電壓來確定。 工作變壓器的臺數(shù)與型式，主要與中壓廠用電母線的段數(shù)有關。而母線的段數(shù)又與中壓廠用母線的電壓等級有關。當只有 6KV一種等級時，一般廠用母線分兩段；高壓廠用工作變壓器可選用一臺全容量的分裂繞組變壓器，兩個分裂支路分別供兩段母線；或選用兩臺 50%容量的雙繞組變壓器，分別供兩段母線。當 10KV和 3KV電壓等級同時存在時，則廠用母線分為四段（ 10KV 兩段和 3KV兩段）。高壓廠用工作變壓器可 選兩臺 50%容量的三繞組變壓器，分別供四段母線。 3.3 廠用分支及廠用變壓器高壓側出口處的保護 水電站廠用分支通常處于發(fā)電機出口附近，其額定工作電流很?。ㄓ袝r只有幾十安），但其短路容量卻很大（通常超過100KA），是系統(tǒng)與發(fā)電機兩者提供的短路電流之和，且短路電流的非周期分量也很大。若此處設置斷路器，短路電流與額定工 21 作電流相差之大太懸殊，其制造難度很大，價格十分昂貴。而早期使用過的仿蘇老產(chǎn)品 SN4型少油斷路器性能低劣，實際開斷容量遠遠低于銘牌值（七十年代在西高所試驗開斷 57kA電流時就已大量噴油并伴以強烈弧光）；又因受開關結構和操作機構的限制，其關合電流峰值卻很?。ㄅc短路極限開斷電流的有效值大小很接近），因此，使用 SN4型斷路器作為廠用分支的主保護是非常危險的，即使是臨時性的替代也很不安全，容易造成事故。此處的短路保護一直是個難題，采用封閉母線的大型電廠往往不設置廠用分支專用保護斷路器，一般把此處列入主變壓器高壓側斷路器的大差動保護范圍之內(nèi)，作為一種替代性補救措施。但由于這種保護的切斷故障時間較長，短路電流大，降低了設備壽命。 近年來，一種造價低、體積小、結構簡單、保護性能優(yōu)越的新 型保護裝置 -高壓限流熔斷器組合保護裝置，已廣泛地應用到葛洲壩等水電廠，目前國內(nèi)已運行近百臺套裝置。 額定工作電流較小的（ 250A 以下）裝置由三部分組成：德國 Siba 公司的限流熔斷器，合肥凱立公司的高能氧化鋅電阻以及普通的中壓負荷開關。大的短路電流被熔斷器在半周波之內(nèi)迅速地限流開斷；氧化鋅電阻起著限壓消能作用，解決了熔斷器快速開斷時操作過電壓及能量釋放的問題；而負荷開關只用于正常操作和開斷額定工作電流。將熔斷器并聯(lián)，還可將此種裝置的額定工作電流范圍拓展到 400多安。更大額定工作電流的（可至數(shù)千安）組合 裝置，又增加了爆炸橋式載體，電流測量裝置和控制 22 柜 3 個部分。此處的測量裝置能給出短路故障時電流變化值及電流瞬時值，該信號傳至控制柜臺，由控制柜內(nèi)的邏輯控制處理器發(fā)出短路信號，去啟動爆炸橋中的雷管和炸藥，斷開載流橋，將電流轉移到熔斷器，再利用熔斷器的快速限流特性將故障點切除這種大額定工作電流的裝置現(xiàn)已應用到一此水電站上。 第四章 廠用電的電壓等級和中性點接地方式 4.1 廠用電的電壓等級 廠用電的電壓等級與電動機的容量直接有關。大容量電動機宜采用較高 的電壓，廠用電的電壓與采用的電動機電壓相匹配。為了簡化廠用電接線，且使運行維護方便，廠用電電壓等級不宜過多。在發(fā)電廠和變電站中，低壓廠用電壓常采用 400V，高壓廠用電壓有 3、 6、 10kV 等。高壓廠用電壓等級是根據(jù)發(fā)電機額定電壓，廠用電動機的電壓和廠用電供電網(wǎng)絡等因素，相互配合，經(jīng)過技術經(jīng)濟綜合化比較后確定的。 電廠中拖動各種廠用機械的電動機，其容量差別很大，從一般的幾千瓦、幾十千瓦，大到幾百千瓦、幾千千瓦，不可能只采用一個電壓等級的電動機，但力求電壓等級盡量減少。對于大中型火力發(fā)電廠，一般設置兩個 電壓等級：中壓廠用電系統(tǒng)（一 23 般為 3 10KV）和低壓廠用電系統(tǒng)（一般均為 400V）。 100 200KW 以上的電動機一般采用中壓供電。 對 600MW 機組廠用電，根據(jù)國內(nèi)若干電廠的設置情況，可分為如下兩種方案： 方案一：廠用電采用 6KV和 400V 兩個電壓等級。配電原則是：200KW 及以上的電動機采用 6KV電壓供電， 200KW 以下的電動機采用 400N 電壓供電。 方案二：廠用電采用 10、 3KV 和 400V 三個電壓等級。配電原則是： 2000KW 以上的電動機采用 10KV 電壓供電，200-2000KW 的 電動機由 3KV電壓供電， 200KW 以下的電動機采用 400V電壓供電。 方案一采用了一個 6KV等級的廠用中壓，而方案二采用了 10KV和 3KV兩個電壓等級的廠用中壓。原則上，前者可使廠用電系統(tǒng)簡化。設備減少，但許多 2000KW 以上的大容量電動機接在 6KV母線上，也帶來設備選擇和運行方面的問題，如 8000KW 的電動機給水泵的啟動就要考慮許多因素。 600MW 機組廠用電壓等級采用上述兩種方案中的哪一種，在設計時都是經(jīng)過諸多因素的綜合比校后予以確定。 大型發(fā)電廠廠用電負荷最大者是給水泵（特別是超臨界機組）。 為了提高熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率，給水泵一般采用汽動給水泵，此時只配一臺 30%容量的電動 給水泵作為啟動和備用，但也有全部采用電動給水泵的。究竟是否全部采用電動給水泵，對廠 24 用電系統(tǒng)的接線、電壓等級、廠用變壓器人了我的選擇等都有影響。 4.2 廠用電系統(tǒng)中性點接地方式 4.2.1 高壓廠用電系統(tǒng)中性點接地方式 高壓（ 3、 6、 10kV）廠用電系統(tǒng)中性點接地方式的選擇，與接地電容電流的大小有關：當接地電容電流小于 10A時，可采用不接地方式，也可采用高電阻接地方式；當接地電容電流大于10A，可采用經(jīng)消弧線圈或消弧線圈并聯(lián)高電阻的接地方式。一般發(fā)電廠的高壓廠用電系統(tǒng)多采用中性點經(jīng)高電阻接地方式。 為了降低間隙電弧接地過電壓水平和便于尋找故障點，采用中性點經(jīng)高電阻或中電阻接地方式更好，其主要特點如下： （ 1）選擇適當?shù)碾娮?，可以抑制單相接地故障時非故障相的過電壓倍數(shù)不超過額定相電壓值的 2.6倍，避免故障擴大。 （ 2）當發(fā)生單相接地故障時，故障點流過一固定的電阻性電流，有利于確保饋線的零序保護動作。 （ 3）接地總電流小于 15A時 (大電阻接地方式，一般按 I=I接地選擇接地電阻），保護動作 于信號；接地總電流大于 15A時，改為中電阻接地方式（增大 I)，保護動作于跳閘。 （ 4）需增加中性點接地裝置。 25 4.2.2 采用中性點不接地方式 中性點不接地方式曾廣泛應用于火力發(fā)電機組的高壓廠用電系統(tǒng)今后仍會在接地電容電流小于 10A 的高壓廠用電系統(tǒng)中采用；中性點經(jīng)高電阻接地方式適用于高壓廠用電系統(tǒng)接地電容電流小于 10，且為了降低間歇性弧光接地過電壓水平和便于尋找接地故障點的情況；中性點經(jīng)消弧線圈接地方式進行比較復雜，要增加接地設備投資，而且接地保護也比較復雜，適用于大機組高壓廠用電系統(tǒng)接地 電空電流大于 10的情況。 中壓廠用電系統(tǒng)采用中性點不接地方式的主要特點如下： （ 1）系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，流過故障點的電流較小的電容電流，且三相線電壓仍基本平衡。 （ 2）當單相接地電容電流小于 10A時，一般允許繼續(xù)運行 2 小時，為處理這種故障爭取了時間。 （ 3）當單相接地電容電流大于 10A時，接地處的電弧（非金屬性接地 )不易自動取消，將產(chǎn)生較高的電弧接地過電壓（可達到額定相電壓復值的 3.5倍），并易發(fā)展為多相短路。故接地保護應動作于跳閘，中斷對廠用設備的供電。 （ 4) 實現(xiàn)有選擇性的接地 保護比較困難，需要采用靈敏的零序方向保護。以往采用反應零序電壓的母線絕緣監(jiān)視裝置，在發(fā)現(xiàn)接地故障時，需對饋線逐條拉閘才能判斷出故障回路。 26 （ 5) 無需中性點接地裝置。這種中性點不接地方式應用在單相接地電容電流小于 10A的中壓廠用電系統(tǒng)中比較合適。 4.2.3 低壓廠用電系統(tǒng)中性點接地方式 低壓廠用電系統(tǒng)中性點接地方式主要有中性點直接接地方式和中性點經(jīng)高電阻接地方式兩種。 600MW 機組單元廠用400V 系統(tǒng)，多采用中性點經(jīng)高電阻接地的方式。其主要特點如下： （ 1）當發(fā)生單相接地故障時，可以避免 斷路器立即跳閘和電動機停運，也不會使一相的熔斷器熔斷，造成電動機兩相運行，提高了低壓廠用電系統(tǒng)的運行可靠性。 （ 2）當發(fā)生單相接地故障時，單相電流值在小范圍內(nèi)變化，可以采用簡單的接地保護裝置，實現(xiàn)有選擇的動作。 （ 3）不需要為了滿足短路保護靈敏度而放大饋線電纜的截面。 （ 4）接地電阻值的大小以滿足所選用的接地指示裝置動作原則，但不應超過電動機單相接地運行的允許電流值（一般按 10A考慮）。 接地電阻的選定 4.2.4 高阻接地方式實例之一 400V側中性點連接 44歐接地電阻接地方式 (不接地或經(jīng)電阻接地兩種）?？稍谧儔浩鞯倪M線屏上控制、改變接地方式（不 27 接地或經(jīng)電阻接地兩種）。中性點還經(jīng)常接一只電壓繼電器，用來發(fā)出 400V網(wǎng)絡單相接地故障信號。信號發(fā)送到運行人員值班處，運行人員獲悉信號后。首先到中央配電裝置室投入接地電阻（當原來是不接地方式運行時 ),屏上高電阻接地指示燈發(fā)亮的回路，即為發(fā)生接地的饋線。如故障發(fā)生在去車間的干線上，運行人員應到車間盤檢查。當某一支路的高電阻指示燈發(fā)亮時，即表明該支路發(fā) 生接地。若所有支路都未發(fā)現(xiàn)接地故障，即說明接地發(fā)生在車間盤母線上。此外，為了防止變壓器高、低壓繞組間擊穿或 400V網(wǎng)絡中產(chǎn)生感應過電壓，在 400V側中性點上，與接地電阻并聯(lián)一只擊穿熔斷器。 此外，低壓廠用電系統(tǒng)采用中性經(jīng)高電阻接地，必須另外設置照明、檢查網(wǎng)路，以滿足單相照明負荷和檢修單相負荷的需要，所以必須增加照明變壓器和檢修變壓器，這類變壓器的400V 側采用中性點直接接地，且為三相四線制，也消除了動力網(wǎng)路和照明、檢修網(wǎng)路相互間的影響。一般照明變壓器和檢修變壓器互為備用。 28 29 第五章 主要低壓配電產(chǎn)品 5.1 低壓斷路器 低壓斷路器即低壓空氣自動開關，又稱自動空氣斷路器。它既能帶負荷通斷電路，又能在短路、過負荷和失壓時自動跳閘，其功能與高壓斷路器相同，其原理結構和接線圖如 6.33所示。當線路上出現(xiàn)斷路故障時，過電流脫扣器動作，使開關跳閘。如出現(xiàn)過負荷時，加熱元件（電阻絲）加熱，使雙金屬片彎曲，開關跳閘。當線路電壓嚴重下降或電壓消失時，其失壓脫扣器動作，同樣使開關跳閘。如果按下按鈕 9 或 10，使失壓脫扣器失壓或使分勵脫扣器通電，則可使開關遠距離跳閘。 低壓斷路器按用途分類，有配電用斷路器、電動機保護用斷路器、照明用斷路器和漏電保護斷路器。下面專門介紹配電用斷路器。 配電用斷路器按保護性能分，有非選擇型和選擇型兩類。非選擇型斷路器，一般為瞬間動作，只做短路保護用；有的為延長時動作，只做過負荷保護用。選擇型斷路器有兩段保護和三段保護兩種。其中，瞬時特性適用于短路保護，而延長特性適用于過負荷保護。 框架式斷路器，又稱萬能式斷路器（ ACB），主要是作為變壓器出口總開關用的，當前的產(chǎn)品可根據(jù)電網(wǎng)容量，負載的重要 30 性來選擇不同性能和檔次的產(chǎn)品，大的可分三檔，前兩檔常被用于水利水電工程中。 使用最廣泛是塑殼斷路器（ MCCB），其用量為框架式的十倍以上，主要作為分支開關。過去塑殼斷路器都屬于非選擇性斷路器，沒有短延時脫扣。瞬動脫口值也只能在制造廠內(nèi)固定好整定值，在工地現(xiàn)場是無法再調(diào)整的；像國產(chǎn) DZ10和 DZ20系列的瞬動最小脫扣電流值也不能小于 500A，故保護選擇性較差，尤其在距離較 長的配電線路時，對單相短路的靈敏度難以保證。 塑殼斷路器由于受結構尺寸非常小的限制，其短延時耐受電流 ICW值較低，一般不宜作為主開關使用。但目前已有了突破，塑殼與框架式兩種斷路器在這方面的界限已逐漸被模糊，有的高分斷能力塑殼斷路器產(chǎn)品的 ICW值也很高。已經(jīng)可以在小容量變壓器的出口處作為主開關或用作母線分斷開關。體積小、分斷能力強、具有三段保護的類塑殼斷路器正在逐步取代小定額工作電流的框架式斷路器。特別是限流型選擇斷路器已成為塑殼斷路器發(fā)展方向，能大幅度降低成套柜的熱穩(wěn)定要求。 當前最先進的塑 殼斷路器為施耐德公司 NS 系列，采用轉動式雙斷點滅弧，并具有能量脫扣技術，其電子脫扣器不僅能實現(xiàn)三段或四段保護（長延時、短延時、瞬動及接地保護）功能，而且在現(xiàn)場能方便地進行每種保護定值的選擇和調(diào)整，整定值的可調(diào)檔次較多，像長延時定值選擇開關，還分粗細調(diào) 2 個旋紐，脫扣誤差也只有 15（一般的塑殼斷路器為 20）。類似于這種 31 高檔智能化的塑殼斷路器還有許多發(fā)達國家的產(chǎn)品（例如西門子3VL系列等），這些新型塑殼斷路器采用電子智能脫扣器，整定值變化幅度范圍很大，具有現(xiàn)場靈活地調(diào)整脫扣整定值的優(yōu)點，很受設計和運行人員的歡 迎，特別適用于我們水電行業(yè)。由于水電設計和施工的周期比較長，廠用電負荷的變化因素多：常常會出現(xiàn)施工用電和永久用電之間的差異，設備不同運行工況時負荷也會有較大差異，在設計過程中也受專業(yè)配合銜接等影響。因此在作水電站廠用電設計時，會出現(xiàn)實際設定整定值與原定貨時有著較大的變動，有時還要按變化情況及時調(diào)整上下級的選擇性配合要求，這種現(xiàn)場隨時能調(diào)的三段保護功能塑殼斷路器就給設計人員帶來了方便。 塑殼斷路器主體是配電型的，瞬動脫扣最大值為 10 12倍額定工作電流；還有電動機保護型的，其瞬動最大值新規(guī)定應為14- 6 倍額定工作電流，符合 GB50055-93的要求。 5.2 低壓熔斷器 低壓熔斷器的功能主要是實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的短路保護，有的也能實現(xiàn)過負荷保護。低壓熔斷器的類型很多，這里主要介紹車間變電所中用得最多的密閉管式 (RM10)和有填料密閉管式 (RT10）兩種熔斷器，以及一種新發(fā)展起來的自復式 (RZ）熔斷器。 32 1.RM10 型低壓密閉式熔斷器 RM10 型無填料封閉管式熔斷器的結構如圖 3-熔管 1 由鋼紙加工制成，兩端裝著外壁有螺紋管夾 2，上面有黃銅管帽 3，鋅熔體 6 用螺栓 5 與觸刀 4 連接。其鋅熔體一般是用鋅板沖壓成寬窄相間的變截面形狀，通常每個熔體都有 2-4 個窄部，以加速電弧的熄滅。 當發(fā)生短路故障時，其熔體窄部幾乎同時溶化，形成數(shù)段電弧，同時殘留的寬部受重力作用而下落，將電弧拉長變細；電弧高溫的作用下，纖維管的內(nèi)壁有少量纖維氣化并分解為氫（占 40%）、二氧化碳（占 50%）和水汽（占 10%），這些氣體都又很好的滅弧性能，加之熔管是封閉的，使其內(nèi)部壓力迅速增大，