水电厂厂用电

第一节发电厂的厂用电
一、厂用电和厂用电率
在火电厂和水电厂的生产过程中，都需要许多机械为主要设备和辅助设备服务，以保证发电厂的正常生产，这些机械设备称为厂用机械。

厂用机械除极少数（如汽动给水泵），都用电动机拖动。

所有厂用电动机的用电，以及全厂其它方面，如运行操作、试验、修配、照明等的用电，统称为厂用电。

为了维持发电厂的正常运行，必须保证厂用电的可靠性。

在一定时间内，如一月或一年内，厂用电的耗电量占发电厂总发电量的百分数，称为发电厂的厂用电率。

降低厂用电率可以降低发电厂的发电成本，同时相应地增大了对系统的供电量。

因此运行中要“少用多发”，提高发电厂的经济效益。

发电厂的厂用电率与发电厂和类型、自动化程度等有关。

一般凝汽式火电厂的厂用电率为5%-8%，热电厂的厂用电率为8%-10%，水电厂的厂用电率为0.2%-2.0%。

二、水电厂的主要厂用负荷
（1）机组自用电部分，压油装置油泵、机组调速和轴承润滑系统用油、水内冷水系统、水轮机项盖排水泵、漏油泵、主变压器冷却设备等。

（2）全厂公用电部分：厂房吊车、快速闸门启闭设备、闸门室吊车、尾水闸门吊车、蓄电池组和浮充电装置、空气压缩机、中央修配厂、滤油机、全厂照明等。

三、厂用电负荷按重要性分类
厂用电负荷，按其用电设备在生产中的作用，以及中断供电时对设备，人身造成的危害程度不同，按其重要性一般分为四类：
（1）一类负荷：凡短时（包括手动切换恢复供电所需的时间）停电，可能影响人身和设备安全，使主设备生产停顿或发电量下降的负荷，如火电厂的给水泵、吸风机等；水电厂的水轮发电机的调速和润滑油泵、空气压缩机等。

对一类负荷应有两个独立的母线供电，当一个电源失去
后，另一个电源立即自动投入。

以一类厂用电动机应保证自启动。

（2）二类负荷：允许短时停电（几秒甚至几分钟），但是停电时间过长可能损坏设备或引起生产混乱的负荷。

如火电厂的工业水泵、输煤机械等，水电厂的大部分厂用负荷。

对二类负荷，应有两个独立电源供电的母线供电，一般允许采用手动切换。

（3）三类负荷：长时间停电不会直接影响生产的负荷。

如中央修配厂、油处理室等。

对三类负荷，一般由一个电源供电。

（4）事故保安负荷：在事故停机过程中及停机后的一段时间内，及应保证供电，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，中汽轮机的盘车电动机、发电机组的直流润滑油泵等。

根据对电源的不同要求，事故保安负荷又可以分为三种：一是直流保安负荷，由蓄电池组供电。

如事故照明。

二是交流不停电保安负荷，一般由接于蓄电池组的逆变装置供电，如实时控制用计算机。

三是允许短时停电的交流保安负荷。

厂用电中断时，必须保证给事故保安负荷供电，对大容量机组应设置事故保安电源。

第二节发电厂的厂用电接线
一、厂用电供电电压的确定
发电厂的厂用电负荷主要是电动机和照明。

给厂用负荷供电的电压，主要决定于厂用负荷的电压、供电网络、发电机组容量和额定电压等因素。

发电厂中厂用电动机的功率范围很大，可以从几瓦到几千瓦。

机组容量愈大，所需厂用电动机的功率也愈大，因此为了给厂用电动机和照明供电，厂用电供电电压一般选用高压和低压两级。

火电厂可采用3、6、10kV作为高压厂用电的电压。

对于水电厂，由于水轮发电机组辅助设备使用的电动机功率不大，一般只用380/220V一级电压，采用动力和照明供电共用的三相四线制系统供电。

但坝区和水利枢，距厂区较远，且有些大型机械需另设专用变压器，可由6-10kV
系统供电。

厂用电动机的容量和电压的关系如下：
当发电机额定电压与厂用高压一致时，可由发电机出口或发电机电压母线直接引线取得厂用高压。

为了限制短路电流，引线上可加装电抗器。

当发电机额定电压高于厂用高压时，则用厂用降压变压器，简称高厂变，取得厂用高压。

380/220V厂用低压，则用低压厂用降压变压器取得。

二、厂用电接线的一般原则
（1）接线应保证供电的可靠性和连续性，并尽量简单清楚，以避免复杂的切换操作；
（2）对大，中型水电厂的自用电母线应当分段，每一分段母线应有独立的工作电源（由发电机通过自用电变压器引出）和备用电源，装设备用电源自动投入装置；
（3）有几个自用电源时，在接线上应考虑它们能互为备用；
（4）如果自用变压器或厂用电动机接在母线上，应考虑当母线发生故障时，尽量保证大部分主要厂用机械仍然能继续工作。

三、厂用电电源及其接线
厂用电电源一般由发电机电压母线（当发电机电压侧采用单母线分段时），或单元接线的分支线（当发电机采用单元或扩大单元接线时）供电，而不采用自高压母线取得自用电源，因为这样会使接线复杂，且经济性较差。

对于大容量水电厂则由于在系统中中有非常重要的地位，要求自用电更为可靠，因此应尽可能的自地区电网取得厂用电的备用电源。

中型水电厂自用电一般应对如有两个独立的自用电源。

大型水电厂，自用电应有三个独立的自用电源，其中第三个电源作为备用电源，自地区电网取得。

单机容量在1000kW以下的水电
厂，可只设一个自用电源。

自用变压器的台数一般与自用电源数相等。

自用电接线一般都采用单母线分段接线，分段母线间用高压断路器或低压自动空气开关分段联络。

自用电源的备用有两种方式：明备用和暗备用。

暗备用是在正常运行中，所有自用电源（变压器、线路）都投入工作，每台变压器只在低负荷下运行，没有明显停运的备用变压器。

当一台变压器发生故障时，另一台应能担负全厂或两个分段母线的全部重要负荷，并且保证需要自启动的电动机在故障消除后能够自启动。

明备用是正常运行中有不工作的专门自用变压器或线路，它的容量应等于平时工作的容量最大的自用电变压器容量。

运行中任一台自用变压器断开时，它都可以自动投入，供给全部自用电负荷。

四、我厂的厂用接线
6kV厂用电的接线采用单母线供电方式，电源由12B或54B供给，中性点不接地供电系统。

我厂发电机与主变压器成单元接线，采用的是由发电机与变压器之间引接低压厂用电源，供给该机组的厂用电负荷。

采用三相四线制供电，中性点直接接地运行方式。

第二章厂用配电装置------高压断路器
高压断路器具有独完善的灭弧装置和操作机构，它能接通和断开各种状况下的高压电路中的电流，用以完成电气主接线运行方式的改变和尽快切除故障电路，所以它是发电厂和变电所中最要的电气设备之一。

第一节概述
一、断路器的用途和对它的基本要求
1.合闸状态时是良好的导体，不因热和电动力的作用而损坏。

2.在分闸状态时应具有良好的绝缘性能，能受相对地的电压，以及一相内断口间的电压。

3.在开断规定的短路电流时，应有足够的开断能力和足够短的时间，能进行自动重合闸。

4.通规定的短路电流时，短时间内触头不能产生熔焊的情况。

5.长期可靠的工作，有一定的寿命。

二、高压断路器的基本技术参数
1.额定电压。

是表征断路器绝缘强度的参数，它是断路器长期工作的标准电压。

2.额定电流。

是表征断路器通过长期电流能力的参数，即断路器允许边连续长期通过的最大电流。

3.额定开断电流。

是表征断路器开断能力的参数。

即在额定电压下，断路器能保护可靠开断的最大短路电流。

最大值称为极限开断电流。

4.动稳定电流。

是表征断路器通过短路电流能力的参数。

它反映断路器受短路电流电动力效应的能力。

5.合闸与分闸时间。

合、分闸时间是表征断路器操作性能的参数。

合闸时间指从断路器操动机构合闸线圉接通到主触头接触这段时间。

断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄灭电弧时间两部分。

分闸时间也称为全分闸时间。

操作循环。

是表征断路器操作性能的参数。

为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性，断路器应能受一次或二次以上的关合，开断，或关合后立即开断的动作能力。

第二节真空断路器
一、概述
真空断路器是指在高真空中开断电路的断路器。

采用的绝缘介质和灭弧介质是高真空（真空
度为10-4毫米汞柱以上），在这种稀薄空间，分子的自由行程大，发生碰撞游离的机会少，绝缘强度很高，因此电弧很容易熄灭。

真空断路器由真空灭弧室、支持框架和操作机构三部分组成。

二、真空断路器的特点
1.触头开距短。

2.燃弧时间短，且与开断电流的大小无关，一般只需半个周波。

3.熄弧后，触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好。

4.触头在开断电流时烧损轻微，触头寿命长。

5.体积小，重量轻，能防火、防爆。

6.操作噪音小。

7.适于频繁操作。

三、真空断路器的灭弧
真空灭弧室内的所的零件都密封在一个绝缘容器内。

动触杆和静触头的密封靠金属波纹管实现。

在触头的外面四周装有金属屏蔽罩。

真空断路器动、静触头采用磁吹对接式，触头的中部是一圆台状的接触面，接触面的周围开有3条螺旋槽的吹弧面，触头闭合时，只有接触面相互接触，当开断电流时，最初在接触面上产生电弧电流回路呈“∏”形，在流过触头的电流所形成的磁场作用下，驱使电弧沿触头圆周运动，即在触头外缘上不断旋转，可避免电弧固定在触头某处而烧损触头，电流过零时，电弧即熄灭。

第三节空气断路器
一、压缩空气的特性
空气断路器用压缩空气作为灭弧和绝缘介质。

压缩空气的绝缘强度随其压力的提高而增加，大约在0.7MPa时,与新绝缘油的绝缘强度相当。

我国目前一般选用2MPa的压力
二、灭弧原理及气吹方式
空气断路器是靠压缩空气吹动电弧使之冷却，在电弧到零值时，迅速将弧道中的离子吹走或使其复合而实现灭弧。

空气吹弧有横向和纵向吹弧两种方式。

纵向吹弧时，动、静触头可做成管形喷嘴状，用压缩空气将电弧吹入触头的管腔内。

空气断路器属于它能式灭弧断路器，开断能力较强，当开断小电流时往往在电流到达零值前电弧已经熄灭，由于这种载流作用而产生过电压。

为了限制这电压，空气断路器一般在断口处装设并联电阻。

第四节其他厂用电气设备-----低压开关
一、概述
低压开关指在500伏以下的电路的控制电器，用于接通和断开交、直流电路。

常用的低压开关有：闸刀开关，交、直流接触器，磁力启动器和自动空气开关。

低压开关的灭弧是由灭弧栅将长电弧截为短电弧的原理灭弧。

二、闸刀开关
1.按极数分为：单极、双极、三极三类。

2.按灭弧结构分为：带灭弧罩和不带灭弧罩二类。

3.按操作方式分为：直接手柄操作和连杆操作。

4.按用途分为：单投和双投。

三、接触器
接触器是利用电磁原理实现低压电路的接通和断开的，广泛用于电动机的控制电路中，分为交流和直流两种。

四、磁力启动器
1.由交流接触器和热继电器组合而成的电器，用于远距离控制电动机的启、停，具有
失压和过载保护功能。

2.热继电器：是保护电动机长期过载的一种自动控制电器，利用电流通过电阻丝产生的热效应来切断电源。

五、自动空气开关
是一种自动切断故障的低压保护电器。

主要结构元件
1.触头系统，有主触头、副触头、灭弧触头。

接通顺序：灭弧触头→副触头→主触头。

断开顺序与接通顺序相反。

2.灭弧装置由灭弧栅构成。

3.机构，包括传动机构、脱扣机构。

4.脱扣器，分为过流脱扣器和失压脱扣器及分闸脱扣器三种。

第三章备用电源自动投入装置
第一节概述
备用电源自动投入装置是当工作电源因故障断开后，能自动而且迅速地将备用电源投入工作，使用户不致于停电的一种自动装置，简称BZT装置。

一、BZT装置的典型一次接线图
1.第一种备用方法是装没专用的备用变压器或备用线路，称明备用方式。

2.第二种备用方法是不装设专用的备用变压器或备用，线路，
而是靠正常工作电源有适当的裕度，当一个电源故障后另一个电源经分段断路器取得的电源之间相互备用的方法，称暗备用方式。

二、从运行状态来看，备用电源自动投入装置(简称切换)也可分为两大类：
1.正常切换。

在机组起动或停机时用，由运行人员分别操作备用电源（或工作电源）的
断路器，就可切换厂用电源。

2.事故切换。

事故切换是指工作电源故障时，切换装置起动，将备用电源自动投入。

三、以断路器的动作时间和顺序为特征，厂用系统的切换方式可分为五大类。

1.延时切换。

延时切换是指在工作电源断路器断开后，不是瞬时合上备用电源断路器，而是延迟一段时间后再合上备用电源断路据。

采用延时切换的目的是为了防止厂用电动机受过大的冲击力。

这是因为以往采用的断路器的操作机构都是电磁型的，其合闸时间都是在o．2一o．3s(10一15Hz)左右，在这个固有的合闸时间内，母线残压与备用电源电压之间的相角差已接近于180。

，电动机将承受最大的冲击力。

2.串联切换。

串联切换是指在工作电源断路器全部断开时才能合上备用电源断路器。

串联切换一般是工作电源断路器辅助触点直接串联(或经中间继电器)在备用电源断路器的合闸回路中来实现的。

我国现有的厂用电切换方式就是采用的这种方式；母线断电时间取决于断路器的合闸时间，对于电磁型操作机构的断路器，其固有合闸时间约为15Hs左右。

在这个固有的合闸时间内，母线残压与备用电源母线电压之间的相角差已接近于180。

，此时己超过电动机冲击电流的安全区。

因此，我国现有的厂用备用电源自动投入装置是不符合厂用电切换准则的，有待于做进一步的改进。

3.并联切换。

在切换时间内，工作电源和备用电源是并联运行的。

这种切换方式也可称为“不断电切换”。

它对机组的运行和防止电动机的冲击都有利，因而，国内外正常的切换都广泛应用这种方式。

4.同时切换。

备用电源断路器合闸和工作电源断路器跳闸是同时进行的。

通常，断路器的合闸时间大于其跳闸时间。

所以，断电时间等于断路器的固有合闸时间感去跳闸时间;断电时间将随着断路器动作时间的不同而有差异，同时切换比串联切换的断电时间要短，但它对断路器的跳、合闸时间调整的精确度要求较高。

如果断路器调整不好，可能会发生跳闸时间等于或大于合
闸时间，即产生所谓断路器的重迭现象。

在事故情况下，发生重迭现象有可能将备用电源重合到故障上去，使故障范围进一步扩大。

5.快速切换。

工作电源和备用电源断路器的动作采用的是同时切换或串联切换的方式，而且要求断路器的合闸必须是快速的，即断路器的合闸时间必须小于或等于5Hz，具有这种特征的切换方式称为“快速切换。

”
第二节对BZT装置的基本要求
不同场合的BZT装置的接线可能有所不同，但基本要求相同，现分述如下。

1.工作电源和设备上的电压消失(不论因任何原因消失时)，BZT装置均应动作。

此时，供电元件不能向负载供给电流，对用户供电中断，所以BZT装置必须起动。

2.应保证在工作电源或设备断开后BZT装置才动作。

因工作母线失去电压，可能是由于供电元件发生故障，为防止把备用电源或设备投入到故障元件上，起不到BZT装置的作用，甚至扩大故障，加重设备损坏程度，所以在设计BZT装置时，要考感到这点。

3.BZT装置应保证只动作一次。

当工作母线发生持续性短路故障或引出线上发生未被出线断路器断开的持续性短路故障时．继电保护动作，断开供电元件的断路器，经一定时间后投入备用电源或设备。

由于故障依然存在，继电保护装置动作，又将备用电源或设备断开。

此后，不允许再次投入备用电源或设备，以免多次投入到故障元件上，对系统造成不必要的冲击。

如备用电源或设备投于故障，必要时，应使其保护加速动作。

为了实现这点，就须控制备用电源或设备断路器的合闸脉冲，使之只能合闸一次而不能合闸两次。

4.BZT装置的动作时间以使负荷的停电时间尽可能短为原则。

从工作母线失去电压到备用电源或设备自动投入为止，中间有一段停电时间。

无疑停电时间短，对用户电动机自起动是有利的，但停电时间过短，电动机残压可能较高，当BZT装置动作时，会产生过大的冲击电流和冲击力矩，导致对电动机的损伤。

因此，装有高压大容量电动机的厂用母线，中断电源的时间应在
1s以上。

当然，对于低压电动机因转子电流衰减极快，问题并不突出。

应当指出，工作母线失压，并不要求BZT装置一定要动作。

应保证BZT装置动作的选择性。

为此，动作时限虚与网络的有关保护配合。

为使BZT装置动作成功，故障点应有一定的去游离时间．在一般情况下，备用电源或设备断路器的合闸时间已大于故障点的去游离时间，因而无需再考虑故障点的去游离时间。

运行实践证明，BZT装置的动作时间以1—1．5s为宜，低电压场合可减小到0.5s：要指出，在某些情况下，不得不采用动作时间较长的BZT装置。

5.当电压互感器二次侧熔断器熔断时，BZT装置不应起动。

6.工作母线、备用母线同时失去电压时，BZT装置不应起动。

正常工作情况下，备用母线无电压时，BZT装置应退出工作，避免不必要的动作；当供电电源消失或系统发生故障造成工作母线、备用母线同时失去电压时，BZT装置也不应动作，以便当电源恢复时仍由工作电源供电。

7.一个备用电源同时作为几个工作电源的备用，或工作电源有两个备用电源的情况，对发电厂厂用备用电源自动投入装置，在这种情况下，除应满足上述要求外，还应考虑下列要求：当一备用电源同时作为几个工作电源的备用时．如备用电源已代替一个工作电源后，另一工作电源又被断开，必要时，BZT装置应能动作；在有两个备用电源的情况下，当两个备用电源为两个彼此独立的备用系统时，应分别装设独立的BZT装置；当任一备用电源都能作为全厂各工作电源的备用时，BZT装置应使任一备用电源都能对全厂各工作电源实现自动投入。

第三节厂用变压器备用电源自动投入装置
目前，电力系统中应用的BZT装置名目繁多，但基本原理是大同小异的。

下面介绍厂用变压器的备用电源自动投入装置，从中分折BZT装置的电路结构、工作原理等。

，
一、电路结构
BZT装置由一般两部分组成。

第一部分是低电压起动部分。

第二部分是自动合闸部分。

二、装置基本原理和要求
1.先靠低电压起动部分来完成的，若没有低电压起动部分，则在工作母线因任何原因失去电压时，BZT装置就不能起动。

2.利用断路器的辅助触点来实现。

如果工作电源断路器尚未断开，其辅助触点不会闭合，备用电源不会投入。

3.利用延时返回中间继电器，保证BZT装置只动作一次。

4.BZT装置的动作时间是由时间继电器来实现的。

5.由两个低电压继电器来实现的。

当备用电源母线上无电压时，备用变压器的投入是无效的。

第四章厂用电动机运行
第一节电动机的构造
一、概述
异步电动机由两个基本部分组成，即定子和转子。

定子由机座、端盖、铁芯、三相绕组等组成。

转子固定在轴上，装在定子膛孔中，它们不相接触，彼此间保持一定的气隙。

中小型电动机的气隙约为0.2mm-1.0mm.定子和转子铁芯都是由硅钢片叠压而成的。

定子铁芯圆周上有均匀的分布的槽，用来安装定子绕组。

定子绕组由绝缘铜线或铝线绕成三相对称绕组，绕组的首端分引到电动机出线盒的接线柱上，使用时从接线盒接入三相电源。

定子三相绕组可以接成星形Y或是三角形△接线。

使用电机时，要根据电机铭牌上的额定电压和电源电压确定接线方法。

目前常用的有两种接线方法。

一种是额定电压380/220V，接线Y/△。

它表明这种电动机的定子每相绕组的额定电压是220V。

如果电源的线电压是220，则采用三角形接法，如果电源线电压是380V，则采用星形接线。

另一种是额定电压为380V，接法为三角形。

它表明这种电动机每相绕组的额定电压是380V。

若电源的线电压为380V，就采用三角形接法。

二、转子绕组的两种形式
三相异步电动机转子绕组有两种形式，一种是鼠笼式，另一种是绕线式。

鼠笼式转子由安装在转子铁芯槽里的铜条组成，铜条的两端各用一个铜环焊接起来，形成一个圆柱形笼子。

额定功率在100kW以下的鼠笼式电动机的转子绕组连同作冷却用的风扇常用铝铸成，称为铸铝转子。

绕线式转子的绕组和定子相似，也是由绝缘导线做成绕组元件，放在转子铁芯槽中，然后连接成对称的三相绕组。

转子三相绕组通常连接成星形接线，星形绕组的三根端线，接到装在转轴上的三个滑环上，通过一组电刷引出来与外电路变阻器相连接，以便起动电动机。

绕线式转子轴上装有三个滑环，故又叫做滑式转子。

第二节感应电动机的工作原理
三相感应电动机所以能转动，是基于三相交流电产生的旋转磁场来工作的。

一、旋转磁场的产生
当感应电动机定子三相绕组中通入三相交流时，在定子空气隙中就产生了旋转磁场。

三个绕组在定子铁芯的圆周上是对称颁布的，即在空间相隔120度的位置。

当三个绕组的始端A、B、C 连接于三相对称电源上时在三个绕组中便产生三相对称电流。

电流通过各相绕组都产生自己的磁场，磁场的方向与绕组互相垂直。

根据右手螺旋定则，分析合成磁场的变化得知：当定子绕组中通入三相电流时，所形成的合成磁场是随着三相交流的变化而在空间不断的旋转着。

这就是旋转磁场。

二、磁场旋转的方向
磁场旋转的方向决定于三相定子绕组内电流通过的先后顺序（也叫相序），如三相电流相充为A→B→C，磁场旋转的方向是顺时针的。

如任意对调其中两根相线，磁场就会反方向，即逆时针旋转。

三、旋转磁场的转速
在磁场只有两个磁极（即一对磁极）的情况下，当电流变化一周时，旋转磁场在空间恰好转过一圈。

电流按其频率每秒变化f周时，则旋转磁场每秒钟转f转，如f=50，每秒钟旋转磁场就在空间旋转50周，所以一分钟内旋转磁场的转数是50X60=3000。

旋转磁场每分钟内转速与电流频率的关系是：
n1=60f
当旋转磁场具有两对磁极时，电流每交变一周，磁场在空间只旋转半周。

所以，当旋转磁场具有p对磁极时，交变电流每变化一周其旋转磁场就在空间转过1/p转。

即
n1=60f/p
四、感应电动机的工作原理
三相交流电通入定子绕组产生旋转磁场，这时静止的转子内导体被磁场的磁力线所切割，而感应出电动势，电动势的方向可用右手定则来确定。

在感应电动势的作用下，闭合的转子导体中就有电流，转子电流与旋转磁场相互作用而产生电磁力F，力的方向同左手定则来决定。

电磁力对转轴产生电磁力矩M，使转子转动。

电磁力矩的方向与旋转磁场的方向是一致的。

电动机的转速（n2）是永远小于旋转磁场的转速（n1）的。

如果其相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运行，不转子异体不会切割磁力线，就不会产生电磁力矩。

因而转子总是紧跟着旋转磁场以n2 ＜n1转速旋转的，所以这种电动机又叫做异步电动机。

这种电动机，因为它的转子电流是由电磁感应原理产生的，故又称为感应电动机。

转子转速与旋转磁场的转速相关的程度，用转差率S为表示：
S=（n1 -n2）/ n1X100%
异步电动机的工作原理有许多地方与变压器相似。

如旋转磁场相当于主磁通，异步电动机的定子绕组的电流是由转子电流来决定等。

五、电动机的启动电流
（1）当电动机的转子静止时，定子绕组加上电源后，其周围将有旋转磁场转动，因转子静。