发电厂电气部分第五章厂用电接线及设计(五)(六).ppt

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1、发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统第五章第五章 厂用电接线及设计厂用电接线及设计发电厂电气部分课题组发电厂电气部分课题组电力工程学院电气工程系电力工程学院电气工程系2021/9/151发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统一、厂用机械特性和电力拖动运动方程一、厂用机械特性和电力拖动运动方程 发电厂中厂用机械设备的机械特性（即阻转矩或叫负载转矩Mm与转速n之间的关系）可归纳为两种类型：其一，恒转矩负载特性;其二，具有非线性上升的负载转矩机械特性。恒转矩负载特性恒转矩负载特性 即负载转矩Mm与转速n无关，当转速n变化时，负载转矩Mm保持不

2、变。比如火电厂中的磨煤机、碎煤机、输煤皮带、绞车、起重机等就属于这类机械。如图5-10中曲线1所示。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/152发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统图5-10 厂用机械负载转矩特性第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/153发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 （5-16）M*m0-负载转矩标么值(以机械在额定出力时的额定转矩为基准值）M*m0-与转速n无关的摩擦起始负载转矩标么值，一般取成0.15 n*-转速的标么值(以同步转速为基准值)-负载转矩随转矩

3、变化的系数，一般等于2 即负载转矩Mm与转速n有关，当转速n变化时，负载转矩Mm与n的二次方或高次方成比例，具有非线性上升关系。比如火电厂中的风机、油泵就属于这类机械。如图5-10中曲线2所示。变转矩负载特性变转矩负载特性 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/154发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 由电动机和厂用机械设备组成的电力拖动系统是一个机械运动系统，其中有能量、功率和转矩的传递。代表运动特征的量是转速n、转矩M、角速度 以及时间 t 等。电动机产生的电磁拖动转矩 ，用以克服机械负荷的阻转距 后的剩余转矩，就会使机械传动系统产生

4、加速运动，其旋转运动的方程式为 (5-17)为电动机产生的电磁拖动转矩（Nm）；为机械负载转矩，或称阻转矩（Nm）；为惯性转矩，或称加速转矩（Nm）；J为包括电动机在内的整个机组的转动惯量（kgm2）；为机组旋转角速度，。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/155发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 机组的转动惯量J是机组旋转部分惯性的量度，在电力拖动计算中常采用飞轮惯量 ，二者关系式为 (5-18)则实用计算运动方程式为 (5-19)由上式可分析电动机的工作状态：（1）当时 ，则n=0或n=常数，即电动机静止或等速旋转，拖动系统处于稳定

5、运行状态；（2）当时 ，拖动系统处于加速状态；（3）当时 ，拖动系统处于减速状态。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/156发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统二、厂用电动机的类型及其特点二、厂用电动机的类型及其特点u 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 的关系，即 。将异步电动机的特性曲线与被拖动的机械设备的负载转矩特性曲线绘于一张图上，如图5-11所示。(一）异步电动机一）异步电动机 图5-11 异步电动机和机械设备的机械特性曲线 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/

6、9/157发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 由图可见，该拖动系统初始时电动机转动的启动转矩 必须大于被拖动机械在 时的起始负荷转矩 ，并且在启动过程中，任一转速下都应有 使剩余转矩为正，方能顺利地把机械设备拖动到稳定运行状态。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/158发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 图5-11中以竖线条示出电动机对于 =定值的设备剩余转矩。只有当电动机 与厂用负荷 相等，即工作在两条曲线的交点上（2或1）时，拖动系统才能稳定运行。u 异步电动机的启动，一般不需要特殊设备，而采用直接启动方式，启动时的转

7、矩为额定启动转矩，启动时间短，但是启动电流可达额定电流的47倍，这不仅使电源电压在启动时发生显著下降，而且更会引起电动机发热，特别在机组转动惯量较大，剩余转矩较小，启动缓慢的情况下更为严重。因此，对启动困难的厂用机械设备如引风机、磨煤机、排粉机等相配套的电动机，必要时需进行启动校验。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/159发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 在发电厂中广泛使用的鼠笼式异步电动机有三种结构形式，即单鼠笼式、深槽式和双鼠笼式。后两种具有启动转矩大、启动电流较小等较好的启动性能。u 绕线式异步电动机最大特点是可以均匀地无级

8、调速，如采用转子电路内引入感应电动势的串级调速；也可以在转子电路串接电阻进行调整，即借助调节电阻使其在一定范围内改变转速、启动转矩和启动电流。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1510发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 同步电动机具有以下特点：（1）采用直流励磁，可以工作在“超前”或“滞后”的不同运行状态。当工作在“超前”运行状态时，它可以提高厂用电系统的功率因数，同时减小厂用电系统的损耗和电压损失。（2）结构比较复杂，并需附加一套励磁系统。（3）对电压波动不十分敏感，因其转矩与电压成正比，而异步电动机的转矩与电压的平方成正比，并且

9、装有自动励磁调节装置且能强行励磁，从而在电压降低时，仍能维持其运行稳定性。(二）同步电动机二）同步电动机 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1511发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 同步电动机启动、控制均较麻烦，启动转矩不大，在厂用电系统中，只在大功率低转速的机械上有时采用，例如循环水泵等设备。(三）直流电动机三）直流电动机u 直流电动机具有以下特点：（1）借助调节磁场电流，可在大范围内均匀而平滑地调速，且调速电阻器消耗较省。（2）启动转矩较大。（3）不依赖厂用交流电源。u 直流电动机用于对调速性能和启动性能要求较高的厂用机械，如

10、给粉机。此外，直流电动机还用于事故保安负荷中的汽轮机直流备用润滑油泵等。但直流电动机制造工艺复杂、成本高、维护量大、工作可靠性也较差。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1512发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统三、厂用电动机选择三、厂用电动机选择 （1）型式选择u 厂用电动机一般都采用交流电动机。只有要求在很大范围内调节转速及当厂用交流电源消失后仍要求工作的设备才选择直流电动机。只有对反复、重载启动或需要小范围内调速的机械，如吊车、抓斗机等才选用线绕式电动机或同步电动机。对200MW以上机组的大容量辅机，为了提高运行的经济性可采用双速

11、电动机。u 厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应，根据发电厂厂用设备安置地点可分别选用开启式、防护式、封闭式及防爆式等型式。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1513发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统（2）容量选择u 选择拖动厂用机械的电动机时，其电压应与供电网络电压相一致，电机的转速应符合被拖动设备的要求，电动机容量必须满足在额定电压和额定转速下大于满载工作的机械设备轴功率，并留有适当的储备，即 (kW)(5-20)式中，PN为电动机额定容量（kW）；PS为被拖动机械设备轴功率(kW)。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校

12、验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1514发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统二、电动机的自启动校验二、电动机的自启动校验 u 厂用电系统中运行的电动机，当突然断开电源或厂用电压降低时，电动机转速就会下降，甚至会停止运行，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电压以后，不与电源断开，在很短时间（一般在0.51.5s）内，厂用电压又恢复或通过自动切换装置将备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳定状态运行，这一过程称为电动机的自启动。u 若参加自启动的电动机数量多、容量大时，启动电流过大，可能会使厂用母线及厂用电网络电压下降，甚至引起电动机过热，将危及电动机

13、的安全以及厂用电网络的稳定运行，因此必须进行电动机自启动校验。若经校验不能自启动时，应采取相应的措施。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1515发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 根据运行状态，自启动可分为三类：（1）失压自启动。运行中突然出现事故，厂用电压降低，当事故消除、电压恢复时形成的自启动；（2）空载自启动。备用电源处于空载状态时，自动投入失去电源的工作母线段时形成的自启动；（3）带负荷自启动。备用电源已带一部分负荷，又自动投入失去电源的工作母线段时形成的自启动。u 厂用工作电源一般仅考虑失压自启动，而厂用备用电源或启动电源

14、则需考虑失压自启动、空载自启动及带负荷自启动等三种方式。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1516发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 异步电动机的电磁转矩Me(如图5-12所示)与电压U的平方成正比，即u 通常，异步电动机在额定电压下运行时，其最大转矩Memax约为额定转矩MeN的2倍。即u 随着电压下降，电动机电磁转矩将急剧下降。当电压下降到70UN时，它的最大转矩相应变为 若此时电动机已经带有额定负载，则此刻的剩余转矩变为负值，电动机受到制动而开始惰行，并最终可能停止运行。(一）电动机自启动时厂用母线电压最低限值一）电动机自启动

15、时厂用母线电压最低限值 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1517发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统图5-12 异步电动机转矩与电压、转速的关系 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1518发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 出现惰行的电压称为临界电压Ucr，这时电动机的最大电磁转矩M*emax恰好等于负载转矩M*m。根据 可得 于是 (5-21)u 通常，异步电动机的M*emax=1.82.4，所以U*cr=0.640.75，即电压降低到额定电压的64%75%，电动机就开始

16、惰行。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1519发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 为了系统能稳定运行，规定电动机正常启动时，厂用母线电压的最低允许值为额定电压的80；电动机端电压最低值为70。u 在自启动时，为了保证厂用类负荷自启动并同时考虑到机械惯性因素，规定厂用母线电压在自启动时，应不低于下表5-4中的数值表5-4 电动机自启动要求的厂用母线最低电压 名 称类 型自启动电压为额定电压的百分值（%）高压厂用母线高温高压电厂6570中压电厂6065低压厂用母线由低压母线单独供电电动机自启动60由低压母线与高压母线串接供电电动机自启

17、动55第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1520发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 (1)高压电动机自启动时的电压校验 如图5-13所示为一组电动机经厂用高压变压器自启动的接线图及等值电路。(各元件标么值以厂用高压变压器的额定容量为基准值)(二）电动机自启动校验二）电动机自启动校验图5-13 厂用电动机自启动接线及等值电路 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1521发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 由图5-13（b）可得电压关系。（5-22）u 由此可得 （5-23）u

18、式中，I*为参加自启动电动机的启动电流标幺值总和；U*0为电源母线电压标幺值，一般采用经电抗器供厂用电时取1，采用无励磁调压变压器时取1.05，采用有载调压变压器时取1.1；X*m为厂用变压器或电抗器的电抗标幺值；为参加自启动电动机的等值电抗标幺值。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1522发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 电动机自启动开始瞬间，高压厂用母线上的电压为 （5-24）u 则自启动开始瞬间厂用母线上的电压为 （5-25）u 对一台静止的电动机，在启动瞬间的电抗有 的关系。如果所有自启动的电动机取一个平均的启动电流倍数K

19、av，则全部电动机折算后的等值总电抗可写为 （5-26）第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1523发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 将式（5-26）代入式（5-25）则自启动开始瞬间厂用母线上的电压为 （5-27）其中为自启动时电动机的容量标么值u 由上式计算出的厂用母线的电压(标么值)不应低于允许值，才能保证电动机顺利启动。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1524发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 (2)高、低压电动机经高压厂用变压器和低压变压器串联自启动母线电压校验

20、。图5-14表示厂用高、低压变压器串联，高、低压电动机同时自启动的等效电路。假设高压母线已带有负荷，自启动过程中继续运行。在这种情况下，应对高压厂用母线电压和低压厂用母线电压分别进行校验。图5-14 厂用高、低压电动机同时自启动的等值电路 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1525发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 1）高压厂用母线电压校验。由图5-14可知电压关系，得 （5-28）电动机自启动时，通过高压厂用变压器的电流 为 （5-29）式中 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/152

21、6发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 故通过高压厂用变压器的电流 为 因为项 所占比重很小，可以略去，且K0=1，将 代入电压关系式（5-28）中，即得 而 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1527发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 故有 （5-30）当高压厂用变压器采用分裂绕组变压器时，高压绕组额定容量为S1N，分裂绕组额定容量为S2N，即 （5-31）第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1528发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 2）低压厂用母线电压校验。假设低

22、压母线带有负荷，低压厂用变压器容量为St2，由电压关系可得 （5-32）代入电压关系式，可得 （5-33）又因 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1529发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 由前面计算结果可知，电动机自启动时厂用母线上的电压不仅与变压器的电抗和容量有关，而且与总启动电流倍数和参加自启动的电动机容量有关。因此，若把厂用母线最低允许自启动电压当作已知值，则可由 式反过来计算出自启动时，最大允许电动机总容量为：（5-35）（5-36）(二）容量校验二）容量校验 第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启

23、动校验2021/9/1530发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统u 重要结论：当电动机额定启动电流倍数大，变压器短路电压高，机端残压要求高时，允许自启动的功率就小；发电机母线电压高，厂用变压器容量大，电动机效率和功率因数均高时，允许参加自启动的功率就大。u 因此，为保证重要厂用机械的电动机能自启动，通常可采取以下措施：限制参加自启动的电动机数量。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。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1531发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统 负载转矩为定值的重要设备的电动机，

24、因它只能在接近额定电压下启动，也不应参加自启动，可采用低电压保护和自动重合闸装置，即当厂用母线电压低于临界值时，把该设备从母线上断开，而在母线电压恢复后又自动投入 对重要的厂用机械设备，应选用具有较高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机与其配套。在不得已的情况下，或增大厂用变压器的容量，或结合限制短路电流问题一起考虑时适当减小厂用变压器的阻抗值。第五节第五节 厂用电动机的选择和自启动校验厂用电动机的选择和自启动校验2021/9/1532发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统第六节第六节*厂用电源的切换厂用电源的切换厂用母线工作电源被除后，由于母线上运行的电动机定子绕组将产生变频反馈电压，即

25、母线存在残压，其大小和频率都随时间而降低，衰减的速度与母线上所接的电动机的台数、负荷大小等有关，转速下降的快慢主要决定于负荷和机械时间常数，一般经0.5s后降至（0.850.95）额定转速。切除电源前负荷越大，电压衰减就越快，频率下降也越快。一、厂用母线失电影响和分析一、厂用母线失电影响和分析2021/9/1533发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统第六节第六节*厂用电源的切换厂用电源的切换避免避免 UD和和US接近反相时进行厂用电源的切换接近反相时进行厂用电源的切换2021/9/1534发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统第六节第六节*厂用电源的切换厂用电源的切换1、厂用电源

26、切换原因二、厂用电源的切换2、厂用电源的切换按厂用电系统的运行状态正常切换事故切换按操作控制手动切换自动切换按断路器的动作顺序并联切换同时切换断电切换2021/9/1535发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统第六节第六节*厂用电源的切换厂用电源的切换二、厂用电源的切换2、厂用电源的切换 指在厂用电源切换期间，工作厂用电源和备用电源有短时并联运行的切换。优点：保证厂用电连续供给 由于并联运行时间很短（一般在几秒内），发生事故的几率低，所以在正常切换中被广泛采用。并联切换缺点：并联运行期间短路容量增大，增加了断路器的断流容量2、厂用电源的切换 指在一个电源被切换后，才允许投入另外一个电源。

27、一般是利用被切除电源断路器的辅助触点去接通备用电源断路器的合闸回路。其优缺点与并联切换刚好相反。断电切换 在厂用电源的切换过程中厂用母线发生失电，失电时间的长短与断路器的合闸速度有关。2021/9/1536发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统2、厂用电源的切换 指在厂用电源切换时，切换一个电源都和投入另外一个电源的脉冲信号同时发出。由于断路器分闸时间和合闸时间的长短不同以及本身动作时间的分散性，在切换期间可能有几个周波的失电时间，也可能出现12个周波两个电源并联运行情况。所以当厂用母线故障及由厂用母线供电的馈线回路故障时，应闭锁厂用电源的切换装置，否则因投入故障供电网致使系统短路容量增

28、大而有可能造成电抗器爆炸。同时切换第六节第六节*厂用电源的切换厂用电源的切换2021/9/1537发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统3、厂用电源切换的速度 一般是指厂母线按压与待投入电源的相角差还没有达到电动机允许承受的合闸冲击电流前合上备用电源。快速切换的断路器动作顺序可以是先断后合或同时进行，前者称为快速断电切换，后者称为快速同时切换。主要指工作厂用电源被切除后，当母线残压下降到额定电压的20%40%后合上备用电源。快速切换：慢速切换 慢速切换虽然能保证电动机所承受的合闸冲击电流不致过大，但由于停电时间较长，对电动机自启动和机炉运行工况将产生不利影响。正常切换，一般采用并联切换。事故切换，一般采用快速断电切换。大容量机组第六节第六节*厂用电源的切换厂用电源的切换2021/9/1538发电厂变电所电气主系统发电厂变电所电气主系统本章内容结束，请听下一章（节）本章内容结束，请听下一章（节）第九章第九章 同步发电机的运行同步发电机的运行第五章第五章 厂用电接线及设计厂用电接线及设计2021/9/1539