厂用电系统的设计

吴金香

摘要：电厂的厂用电系统配置在电力系统中起着重要的作用，而厂用电部分设计关系到电厂投资的大小、运行的灵活性、经济性及供电的可靠性。因此对火电厂厂用电系统的设计也提出了更高的要求。通过对原始资料的详细分析，根据设计任务书的要求，在保证电力系统安全稳定运行、经济合理条件下，进行厂用电部分设计。主要进行厂用电接线设计，主要配电装置的规划及布置，并编制了设计说明书，绘制了厂用电接线图。

关键词：厂用电；电气设备；配电装置

Abstract: Power plant electrical system configuration plays an important role in power system, and the electric power plant design in relation to the power plant investment size, operating flexibility, economy and reliability of power supply. The electric power plant system is also put forward higher requirements. Through the detailed analysis of the original data, according to the requirements of the mission design, to ensure the safe and stable operation of power system, economic and reasonable conditions, for electric power plant design.

Key words: electric power plant; electrical equipment; electrical distribution device

中图分类号：TU2

发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，通称为厂用电。

1、厂用电系统要求

发电厂的厂用电系统设计和设备选择，直接关系到电厂的安全运行和设备的可靠，对它的要求主要有：

1.1保证厂用电源的可靠性，各机组的厂用系统应该相对独立，防止一台机组厂用电母线故障，影响其它机组的正常运行。

1.2根据用电设备的要求，对厂用工作、启动/备用电源，保安电源和交流不停电电源等容量必须可靠和充裕，限制事故波及范围，迅速进行事故处理，首先保证主要设备不损坏，并使机组快速恢复运行。

1.3要考虑全厂的扩建和发展规划，与机务工艺专业等密切配合，厂用配电装置布置合理，便于维护管理。对全厂公用系统的容量应满足扩建的需要，适当留有裕度。

1.4调度灵活可靠，检修调试安全方便。系统接线要清晰、简单，便于机组的启、停操作及事故处理。

1.5设备选用合理、技术先进、注意节约投资，减少电缆用量。

2、厂用电负荷分类

厂用电负荷，根据其用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性分为四类：

2.1Ⅰ类厂用负荷。凡属于短时停电会造成主辅设备损坏、危害人身安全、主机停运及影响大量出力的厂用负荷。通常它们都设有两套设备互为备用，分别接到有两个独立电源的母线上，当有一个电源断电后，另一个电源立即自动投入。

2.2 Ⅱ类厂用负荷。允许短时停电，恢复供电后，不至于造成生产紊乱的厂用负荷。一般它们均应由两段母线供电，并采用手动切换。

2.3 Ⅲ类厂用负荷。较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产上不方便的厂用负荷。通常它们由一个电源供电，但在大型发电厂，也常采用两路电源供电。

2.4 事故保安负荷。在200MW及其以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍必须保证供电，否则可能引起主要设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。按对电源要求的不同它又可分为直流保安负荷和交流保安负荷。通常由蓄电池组、柴油发电机组、燃汽轮机组或者可靠的外部独立电源作为事故保安负荷备用电源。

2.5不间断供电负荷。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，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷。一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或配备数控的静态逆变装置。

3、厂用电设计原则和接线形式

3.1对厂用电接线的要求

厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、保证机组安全、经济地运行。

厂用电接线应满足以下要求:

（1）各机组的厂用电系统应是独立的。特别是200WM以上机组，应该做到这一点，在任何运行方式下，一台机组故障停运或其辅机的电气故障不影响另一台机组的运行，并要求受厂用电故障影响而停运的机组应能在短时间恢复运行。

（2）全厂性公用负荷应分散接入不同机组的厂用母线或公用负荷母线。在厂用电接线中，不应存在可能导致切断多于一个单元机组的故障点，更不应该存在导致全厂停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。

（3）充分考虑发电厂正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求，尽可能地使切换操作简便，启动(备用)电源能在短时内投入。

（4）充分考虑发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）200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源。当全厂停电时，可以快速的启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间断电源，以保证不允许间断供电的热工保护和计算机等负荷的用电。

3.2厂用电的电压等级

厂用电的电压等级是根据发电机额定电压、厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过经济技术综合比较后确定。为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。

发电厂厂用高压电压，根据规定：发电厂可采用3、6、10kV作为高压厂用电；容量为60MW及以下机组，发电机电压为10.5kV时，可采用3kV；发电机电压为6kV时，可采用6kV；容量为100MW～300MW的机组，宜采用6kV；容量为600MW的机组可根据工程的具体条件采用6kV一级或3、10kV两级高压厂用电压。

发电厂厂用低压电压，主厂房内的低压厂用电系统采用动力与照明分开供电方式。

3.3厂用电源及其引接

发电厂的厂用电源，必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，除应具有正常的工作电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。一般电厂中，都以启动电源兼作备用电源。

3.3.1工作电源

发电厂或变电站的厂用工作电源，是保证正常运行的基本电源。通常，工作电源应不少于两个。现代发电厂，一般都投入系统并联运行。若从发电机电压回路通过厂用高压变压器取得厂用高压工作电源，即使发电机机组全部停止运行，仍可从电力系统倒送电能供给厂用电源。这种引接方式，供电可靠、操作简单、调度方便、投资和运行费用都比较省，常被采用。厂用高压工作电源从发电机电压回路的引接方式与主接线形式有密切的联系。当主接线具有发电机电压母线时，则厂用工作电源一般直接从母线上引接，如图3.3(a)所示；当发电机和主变压器为单元接线时，则厂用工作电源从主变压器的低压侧引接，如图3.3(b)所示。

图3.3 厂用工作电源引接方式

(a)从发电机电压母线上引接

(b)从变压器低压侧引接

3.3.2备用电源和启动电源

厂用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，其后备作用。备用电源应具有独立性和足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电的情况下仍能从系统中取得厂用电源。

启动电源一般是指机组在启动或者停运过程中，工作电源不可能供电的情况下为该机组厂用负荷提供的电源。因此，启动电源实质上也是一个备用电源。

备用电源有明备用和暗备用两种方式。在大中型发电厂特别是火电厂中，由于每台机组机炉的厂用负荷很大，为了不使每台机组厂用变压器的容量过大，一般采用明备用方式；中小型水电厂和降压变电站，多采用暗备用方式。

3.3.3事故保安电源

事故保安电源必须是一种独立而十分可靠的电源，通常采用快速自动程序启动的柴油发电机组、蓄电池组以及逆变器将直流变为交流事故保安电源。对于300MW以上机组还应由附近的110kV及以上变电站或发电厂引入独立可靠的专用线路，作为事故备用保安电源。

3.4厂用电接线形式

发电厂厂用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能。

火电厂的厂用负荷容量较大，分布面较广，尤以锅炉的辅助机械设备耗电量大，其用电量约占厂用电量的60%以上。为保证厂用电系统的供电可靠性和经济性，高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则，低压厂用母线一般也按锅炉分段，厂用电源则由相应的高压厂用母线供电。

3.5厂用电系统的设计及确定

根据相关规程，本厂的厂用高压电压采用3kV和6kV两个电压等级，对于50MW机组其厂用高压电压采用3kV，300MW机组其厂用高压电压采用6kV，厂用低压电压采用380/220V 。

该发电厂的工作电源采用两种方式获得，对于50MW机组由于其采取的发电机电压母线连接，所以厂用工作电源直接从母线上引接；对于300MW机组由于其采取的为单元接线，所以厂用工作电源从主变压器的低压侧引接；其备用电源和启动电源与220kV和330kV系统相连接，即使在全厂停电的情况下仍能从系统中取得厂用电源，事故保安电源采用快速自动程序启动的柴油发电机组、蓄电池组以及逆变器将直流变为交流事故保安电源；对于300MW机组还可从220 kV和330 kV 系统引入，作为事故备用保安电源。

该厂厂用电接线采取传统的单母线分段接线形式，并多以成套配电装置接受和分配电能。高压厂用母线均采取按锅炉分段的原则，低压厂用母线同样也按锅炉分段，厂用电源则由相应的高压厂用母线供电。