工厂用电系统知识

工厂用电系统知识在机组运行期间，以及停机(包括事故停机)过程中，甚至在停机以后的一段时间内，需要进行连续供电的负荷称为不停电负荷，简称“OⅠ”类负荷。在发生全厂停电或在单元机组失去厂用电时，为了保证机炉的安全停运，过后能很快地重新起动，或者为了防止危及人身安全等原因，需要在停电时继续进行供电的负荷，称为事故保安负荷。按保安负荷对供电电源的要求不同，可以分为：直流保安负荷，简称“OⅡ”类负荷。交流保安负荷，简称“OⅢ”类负荷。“OⅠ”类负荷发电厂可采用3kV、6kV、10kV作为高压厂用电的电压。容量为125MW～300MW级的机组，宜采用6kV容量为600MW及以上的机组，可根据工程具体条件采用6kV1级或3kV、10kV2级高压厂用电压。容量为200MW及以上的机组，主厂房内的低压厂用电系统应采用动力与照明分开供电的方式，动力网络的电压宜采用380V。高低压厂用电的电压当高压厂用电系统的接地电容电流小于或等于10/√2=7A时，其中性点宜采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于7A时，其中性点宜采用低电阻接地方式，也可采用不接地方式。主厂房内的低压厂用电系统宜采用三相三线制，中性点经高电阻接地的方式，也可采用动力与照明共用的三相四线制中性线直接接地的方式。厂用电系统中性点的接地方式1高压厂用工作变压器负载侧的中性点应优先采用。2高压厂用电系统供电的低压厂用工作变压器高压侧的中性点，要考虑低压厂用工作变压器退出运行的工况，所以应选用2台变压器的中性点。变压器的接线组别可采用YNyn12，但容量宜大于100倍的接地设备容量。3专用的三相接地变压器，构成人为的中性点。系统中性点的确定对电阻器要求耐压高、阻值大，但电流小。电阻器的绝缘等级应达到高压厂用电系统额定相电压的要求。电阻接地方式1电阻器直接接入系统的中性点。把电阻器接到单相降压变压器的二次侧，变压器的一次侧接到系统的中性点。对电阻器要求耐压低、阻值小，但电流大。2电阻器经单相变压器变换后接入系统的中性点。可采用将电阻器接于专用的三相接地变压器，宜采用间接接入方式，三相接地变压器采用YNd接线。一次侧中性点直接接地，二次侧开口三角形中接入电阻器接地变压器“YN”接线的一次相绕组要按线电压设计。3当高压厂用电系统中性点无法引出时高压厂用电系统的中性点，国内过去都采用不接地的方式，国外有采用高电阻接地和低电阻接地的方式。高电阻接地的条件是使流过接地点的电阻性电流不小于电容性电流，以限制间歇性电弧接地时的过电压水平在2.6倍相电压以内，但是它要使总的接地电流至少增大2倍。国外认为接地电流在15A以内时可以带接地点运行，在运行中找出接地点后设法消除之。当接地电流大于15A时，认为是不允许的，必须立即跳闸，切除接地点。超过15A时，有采用低电阻接地，使接地电流人为地增大到400A～1500A，以提高接地保护的灵敏性和选择性。高压厂用电系统的中性点接地方式分析一国内采用不接地方式，也具有丰富的运行经验，但接地电容电流都在10A以内。至于超过10A时，不接地方式的运行经验还很少。对于不接地系统，国内对单相间歇性电弧接地时过电压倍数的测试表明，一般为3倍左右，个别最大的可达3.5倍。通过对中性点不接地的发电厂高压厂用电系统的抽样调查，在所调查的37次单相接地故障中有3次发展成相间短路，说明目前的高压厂用系统大多数是能承受这个过电压水平的。采用高阻接地后，可以使得系统的接地故障检测手段大为简单、可靠。另一方面，也可降低过电压水平，对减少单相接地发展成相间短路的机率有好处。高压厂用电系统的中性点接地方式分析二为进一步提高主厂房供电可靠性，规定主厂房宜采用三相三线制，中性点经高电阻接地的方式。由于低压厂用电系统接地电容电流比较小，一般都在1A以内，所以单相接地时的检测手段比较复杂。经高电阻接地后检测手段就大为简化。不接地与高电阻接地比较，安全性也并不突出，只有当接地电容电流在34mA以内，才能使人体触及相线时承受的电压不超过65V，而一般的380V网络接地电容电流都要超过34mA。以三相三线制供电，考虑到中性点不接地或经高电阻接地系统为了获得220V相电压而采用三相四线制供电是不够安全的，因为一相接地时中性线对地电压上升为相电压，要影响安全用电。为了安全，三相四线制供电网络必须采用四极电器，四极电器的产品也不齐全。由于低压厂用电系统中熔断器的大量采用，为减少电动机因二相运行而烧坏的事故，并为提高运行可靠性，主厂房低压厂用电系统采用高电阻接地方式是可取的。对于辅助厂房，负荷相对较小，较分散，为了供电简单方便，仍可采用动力与照明共用的中性点直接接地的方式。另外，照顾到过去的习惯，对于125MW及以下的机组，国内一般采用动力与照明混合供电的方式。主厂房宜采用三相三线制1正常切换正常切换宜采用手动并联切换。在确认切换的电源合上后，再断开被切换的电源，并应尽量减少两个电源并列的时间，同时宜采用手动合上断路器后联动切除被解列的电源。为保证切换的安全性，200MW及以上机组的高压厂用电源切换操作的合闸回路宜经同期继电器闭锁。2事故切换1)125MW及以上机组当断路器具有快速合闸性能(固有合闸时间小于5个周波)时，宜采用快速串联断电切换方式，此时备用分支的过电流保护可不接入加速跳闸回路。在备用电源自动投入合闸回路中应加同期闭锁。同时应装设慢速切换作为后备。2)当采用慢速切换时，为提高备用电源自动投入的成功率，在备用电源自动投入的起动回路中宜增加低电压(母线残压)闭锁。高压厂用电源的切换1正常切换正常切换宜采用手动并联切换。在确认切换的电源合上后，再断开被切换的电源，并应尽量减少两个电源并列的时间，同时宜采用手动合上断路器后联动切除被解列的电源。2事故切换1)当采用明(专用)备用动力中心(PC)供电方式时，工作电源故障或被错误地断开时备用电源应自动投入。2)当采用暗(互为)备用动力中心(PC)供电方式时，宜采用“确认动力中心(PC)母线系统无永久性故障后手动切换”的方式。低压厂用电源的切换接有Ⅰ类负荷的高压和低压明(暗)备用动力中心的厂用母线应设置备用电源。当备用电源采用明(专用)备用方式时，还应装设备用电源自动投入装置；当备用电源采用暗(互为)备用方式时，暗(互为)备用的联络断路器宜采用手动切换。接有Ⅱ类负荷的高压和低压明(暗)备用动力中心的厂用母线，应设置手动切换的备用电源。只有Ⅲ类负荷的厂用母线，可不设置备用电源。备用电源200MW及300MW的机组，厂用负荷很大。为了减少2段厂用母线之间电动机反馈短路电流值，高压厂用工作电源宜采用分裂变压器的2个分裂绕组分别供给2段厂用母线。虽然采用2台双绕组变压器代替1台分裂变压器也能达到同样的目的，但是前者投资一般要增加，运行费用也高。另外，2台的故障率要高于1台，布置上占地也大，并且分裂变压器也有良好的运行业绩，所以推荐采用分裂变压器。厂用电源分析对于600MW机组采用2种高压厂用电电压时，将有4段(每种电压2段)高压厂用母线，需要有2台高压厂用工作变压器供电，此时以采用2台三绕组变压器分别供给每一种高压厂用电压的2段母线最为合理，它可以与机炉的双套辅机相对应，如1台三卷变压器损坏，只影响一套辅机运行。对于600MW机组采用一种高压厂用电电压时，也宜有4段高压厂用母线(主要为降低电源进线断路器的额定电流，以便采用自冷的电源进线开关柜，提高运行可靠性)，分别由2台分裂(或2台双绕组)变压器供电；上海石洞口二厂(引进2×600MW机组)将公用负荷及备用电动给水泵接于高压起动/备用变压器，每台机组高压厂用工作变压器只用一台分裂变压器。容量为200MW及以上的机组，如公用负荷较多、容量较大、采用组合供电方式合理时，可设立高压公用母线段，但应保证重要公用负荷的供电可靠性4.6.1容量为200MW及以上的机组，应设置交流保安电源。交流保安电源宜采用自动快速起动的柴油发电机组，按允许加负荷的程序，分批投入保安负荷。柴油发电机组的选择交流保安电源的电压和中性点的接地方式宜与低压厂用电系统一致。每两台200MW机组宜设置1台柴油发电机组，每台300MW或600MW机组宜设置一台柴油发电机组。4.6.2交流保安母线段应采用单母线接线，按机组分段分别供给本机组的交流保安负荷。正常运行时保安母线段应由本机组的低压明或暗备用动力中心供电，当确认本机组动力中心真正失电后应能切换到交流保安电源供电。交流保安电源和不停电电源当机组采用计算机监控时，应设置交流不停电电源。交流不停电电源宜采用静态逆变装置，不宜再设备用。不停电母线段应采用单母线接线，按机组分段，分别供给本机组的不停电负荷。为了保证不停电负荷供电的连续性和测量的正确性，正常情况下，不停电母线段应由不停电电源供电。当不停电电源发生故障时，应自动切换到本机组的交流保安母线段供电，在切换时交流侧的断电时间应不大于5ms。交流不停电电源1)Ⅰ类电动机和75kW及以上的Ⅱ、Ⅲ类电动机，宜由动力中心直接供电。2)容量为75kW以下的Ⅱ、Ⅲ类电动机，宜由电动机控制中心供电。3)容量为5.5kW及以下的Ⅰ类电动机，如有2台，且互为备用时。可以由动力中心不同母线段上供电的电动机控制中心供电。4)电动机控制中心上接有Ⅱ类负荷时，应采用双电源供电(手动切换)；当仅接有Ⅲ类负荷时，可采用单电源供电。低压电动机的供电方式1明备用动力中心(PC)和电动机控制中心(MCC)1)低压厂用变压器、动力中心和电动机控制中心宜成对设置，建立双路电源通道。2台低压厂用变压器间暗(互为)备用，宜采用手动切换。2)成对的电动机控制中心，由对应的动力中心单电源供电。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。3)容量为75kW及以上的电动机宜由动力中心供电，75kW以下的电动机宜由电动机控制中心供电。4)对于单台的Ⅰ、Ⅱ类电动机应单独设立1个双电源供电的电动机控制中心，双电源应从不同的动力中心引接；对接有Ⅰ类负荷的电动机控制中心双电源应自动切换，接有Ⅱ类负荷的电动机控制中心双电源可手动切换。2暗备用动力中心(PC)和电动机控制中心(MCC)1不接地系统：1)系统的接地指示装置用于反应系统单相接地。保护装置采用接于母线上的电压互感器二次侧开口三角形绕组的电压继电器构成，动作后向主控制室发出接地信号。2)若系统的单相接地电流能满足接地故障检测装置灵敏性的要求，则在厂用母线的馈线回路均应装设接地故障检测装置。检测装置由反映零序电流或零序方向的元件构成，动作于就地信号，并宜具有记忆瞬间性接地的性能。3)当系统的单相接地电流在10A及以上时，厂用电动机回路的单相接地保护应瞬时动作于跳闸。当系统的单相接地电流在15A及以上时，其他馈线回路的单相接地保护也应动作于跳闸。高压厂用电系统的单相接地保护2高电阻接地系统(接地保护动作于信号)：1)厂用母线和厂用电源回路：单相接地保护应由电源变压器的中性点接地设备或专用的接地变压器上产生的零序电压来实现；当电阻直接接于电源变压器的中性点时，则也可利用零序电流来实现；当单相接地电流小于15A时，保护动作于信号。也可从厂用母线电压互感器二次侧开口三角形绕组取得的零序电压来实现，保护动作后向控制室发出接地信号。2)厂用电动机回路：当单相接地电流小于10A时，应装设接地故障检测装置，其构成方式和性能要求按本条第1款2)项。3)其他馈线回路：当单相接地电流小于15A时，单相接地保护动作于信号。高压厂用电系统的单相接地保护3低电阻接地系统(接地保护动作于跳闸)：1)厂用母线和厂用电源回路：单相接地保护宜由接于电源变压器中性点的电阻取得零序电流来实现，保护动作后带时限切除本回路断路器。2)厂用电动机及其他馈线回路：单相接地保护宜由安装在该回路上的零序电流互感器取得零序电流来实现，保护动作后切除本回路的断路器。高压厂用电系统的单相接地保护高电阻接地的低压厂用电系统，单相接地保护应利用中性点接地设备上产生的零序电压来实现，保护动作后应向值班地点发出接地信号。低压厂用中央母线上的馈线回路应装设接地故障检测装置。检测装置宜由反应零序电流的元件构成，动作于就地信号。低压厂用电系统的单相接地保护为了保证单相接地保护动作的正确性，零序电流互感器套装在电缆上时，应使电缆头至零序电流互感器之间的一段金属外护层不致与大地相接触。此段电缆的固定应与大地绝缘，其金属外护层的接地线应穿过零序电流互感器后接地，使金属外护层中的电流不致通过零序电流互感器。如回路中有2根及以上电缆并联，且每根电缆上分别装有零序电流互感器时，则应将各零序电流互感器的二次绕组串联后接至继电器。1纵联差动保护对6.3MVA及以上的变压器应装设本保护，用于保护绕组内及引出线上的相间短路故障。保护装置宜采用三相三继电器式接线，瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸。当变压器高压侧无断路器时，则应动作于发电机变压器组总出口继电器，使各侧断路器及灭磁开关跳闸。对2MVA及以上采用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器也应装设本保护。2电流速断保护对6.3MVA以下不包括本条1款所述的变压器，在电源侧应装设本保护。保护装置宜采用两相三继电器式接线，瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸。3瓦斯保护具有单独油箱的带负荷调压的油浸式变压器的调压装置及0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器应装设本保护，用于保护变压器内部故障及油面降低。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。当变压器高压侧无断路器时，其跳闸范围与本条1款相同。高压厂用工作变压器应装设下列保护用于保护变压器及相邻元件的相间短路故障，保护装于变压器的电源侧。对于Yyn12、Dd12接线及已装设纵联差动保护的YNd11接线的变压器，保护装置可采用两相两继电器式接线。对于装设电流速断保护的YNd11接线的变压器，保护装置可采用两相三继电器式接线。当1台变压器供电给2个母线段时，保护装置带时限动作于各侧断路器跳闸。当变压器高压侧无断路器时，其跳闸范围按本条第1款。在二次(3kV、6kV、10kV)侧母线断路器上宜装设过电流限时速断保护，采用两相两继电器式接线，动作于本分支断路器跳闸。当1台变压器供电给2个母线段时还应在各分支上分别装设过电流保护，采用两相两继电器式接线，带时限动作于本分支断路器。当1台变压器供电给1个母线段时，装于电源侧的保护装置应以第一时限动作于母线断路器跳闸，第二时限动作于各侧断路器跳闸。当变压器高压侧无断路器时，其跳闸范围按本条第1款。对于分裂变压器，当灵敏性不够时，应采取措施加以解决。4过电流保护5单相接地保护6低压侧分支差动保护当变压器供电给2个分段，且变压器至分段母线间的电缆两端均装设断路器时，则每分支应分别装设纵联差动保护。保护装置采用两相两继电器式接线，瞬时动作于本分支两侧断路器跳闸。当用电流继电器构成时，在差动回路中宜串入5Ω的电阻，以减小非周期性电流对保护工作性能的影响。1纵联差动保护2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器应装设本保护。保护装置宜采用三相三继电器式接线，瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸。2电流速断保护用于保护变压器绕组内及引出线上的相间短路故障。保护装置宜采用两相三继电器式接线，瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸。3瓦斯保护800kVA及以上的油浸变压器和400kVA及以上的车间内油浸变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于变压器各侧断路器跳闸。4过电流保护保护变压器及相邻元件的相间短路故障。保护装置宜采用两相三继电器式接线，带时限动作于变压器各侧断路器跳闸。当变压器供电给2个分段及以上时，应在各分支上装设过电流保护，带时限动作于本分支断路器跳闸。对于备用变压器，若自动投入至永久故障，本保护应加速跳闸。5单相接地短路保护对于低压侧中性点直接接地的变压器，低压侧单相接地短路故障应装设下列保护之一：1)装在变压器低压侧中性线上的零序过电流保护，保护装置可由反时限电流继电器组成。2)利用高压侧的过电流保护，兼作低压侧的单相短路保护。保护装置宜采用两相三继电器接线。保护装置带时限动作于变压器各侧断路器跳闸。当变压器低压侧有分支时，利用分支上的三相电流互感器构成零序滤过器回路，保护装置可由反时限电流继电器组成，动作于本分支断路器跳闸。6单相接地保护按9.2.3。7当变压器远离供电地点，变压器高压侧的保护动作于各侧断路器跳闸有困难时，可以只动作于高压侧断路器，低压侧可另设低电压保护，带时限动作于低压侧断路器跳闸。8温度保护400kVA及以上的车间内干式变压器，均应装设温度保护。400kVA以下及400kVA及以上非车间内干式变压器宜装设温度保护。宜选用非电子类膨胀式温控器启动风扇、报警、跳闸，应能在不停电条件下进行检查。需远方读数的干式变压器可另选电子式温显器。低压厂用变压器应装设下列保护采用断路器作为保护及操作电器的高压厂用异步电动机应装设下列保护：1纵联差动保护用于保护电动机绕组内及引出线上的相间短路故障。2MW及以上的电动机应装设本保护。对于2MW以下中性点具有分相引线的电动机，当电流速断保护灵敏性不够时，也应装设本保护。保护装置采用两相两继电器式接线，瞬时动作于断路器跳闸。2电流速断保护对未装设纵联差动保护的或纵联差动保护仅保护电动机绕组而不包括电缆时，应装设本保护。保护装置宜采用两相两继电器式接线，瞬时动作于断路器跳闸。3过电流保护作为纵联差动保护的后备，宜增设本保护。保护装置采用两相两继电器式接线，定时限或反时限动作于断路器跳闸。4单相接地保护5过负荷保护下列电动机应装设过负荷保护：1)生产过程易发生过负荷的电动机。保护装置应根据负荷特性，带时限动作于信号、跳闸或自动减负荷。2)起动或自起动困难，需要防止起动或自起动时间过长的电动机。保护装置动作于跳闸。保护装置由电流继电器组成。6低电压保护1)对于Ⅰ类电动机，当装有自动投入的备用机械时、或为保证人身和设备安全，在电源电压长时间消失后须自动切除时，均应装设9s～10s时限的低电压保护，动作于断路器跳闸。2)为了保证接于同段母线的Ⅰ类电动机自起动，对不要求自起动的Ⅱ、Ⅲ类电动机和不能自起动的电动机宜装设0.5s时限的低电压保护，动作于断路器跳闸。电动机分类电压整定值(额定电压的百分数)高压电动机低压电动机Ⅰ类电动机45～5040～45Ⅱ、Ⅲ类电动机65～7060～707其他当1台设备由2台及以上的电动机共同拖动时，保护装置应满足对每台电动机的灵敏性要求，必要时可按每台电动机分别装设保护。对于双速电动机的电流速断保护和过负荷保护，应按不同转速的容量分别装设。高压厂用电动机的保护1.相间短路保护用于保护电动机绕组内及引出线上的相间短路故障。保护装置可按电动机的重要性及所选用的一次设备，由下列方式之一构成：1)熔断器与磁力起动器(或接触器)组成的回路，由熔断器作为相间短路保护。2)断路器或断路器与操作设备组成的保护回路，可用断路器本身的短路脱扣器作为相间短路保护，为使保护范围能伸入电动机内部，要求电动机出线端子处短路时，保护的灵敏系数不小于1.5。若保护的灵敏性达不到要求，应另装继电保护，保护装置采用两相两继电器接线，瞬时动作于断路器跳闸。2单相接地短路保护低压厂用电系统中性点为直接接地时，对容量为100kW以上的电动机宜装设单相接地短路保护。对55kW及以上的电动机如相间短路保护能满足单相接地短路的灵敏性时，可由相间短路保护兼作接地短路保护；当不能满足时，应另装接地短路保护。保护装置由1个接于零序电流互感器上的电流继电器构成，瞬时动作于断路器跳闸。3单相接地保护按9.2.3、9.2.4。4过负荷保护对易过负荷的电动机应装设本保护。其构成方式如下：1)操作电器为磁力起动器或接触器的供电回路，其过负荷保护用热继电器或微机(电子)型继电器构成。2)由断路器组成的回路，当装设单独的继电保护时，可采用电流继电器作为过负荷保护；当采用电动机型断路器时也可采用本身的过载长延时脱扣器作为过负荷保护。保护装置可根据负荷的特点动作于信号或跳闸。5两相运行保护当电动机由熔断器作为短路保护时，应装设本保护，保护的构成方式按7.5.10。6低电压保护低压厂用电动机的保护