張隨會(huì)　孫哲

摘要：文章通過對(duì)火力發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)的廠用電母線接線、廠用電中性點(diǎn)接地方式、廠用電電壓等級(jí)、廠用電用電負(fù)荷等方面的分析，提煉出廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，為火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)和參考，保證了發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；廠用電系統(tǒng)；母線接線；中性點(diǎn)接地；電壓等級(jí)；廠用電負(fù)荷 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM621 文章編號(hào)：1009-2374（2015）19-0014-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.006

1 概述

近年來，我國一直提倡“和諧社會(huì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的能源發(fā)展模式，在此政策背景下我國逐步加大新能源發(fā)電的開發(fā)力度，包括風(fēng)能、光伏發(fā)電、核能發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物秸稈發(fā)電等發(fā)電模式。此類新能源發(fā)電較常規(guī)火力發(fā)電的最大優(yōu)勢是對(duì)環(huán)境造成的污染少，雖然如此，根據(jù)我國2015年度能源結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)規(guī)劃表顯示：火力發(fā)電占能源總份額比為63%；水電和核能發(fā)電占能源總份額比為9%；天然氣發(fā)電占能源總份額比為8.3%；其他化石能源發(fā)電占能源總份額比為17.1%；其他非化石能源發(fā)電占能源總份額比為2.6%。因此火力發(fā)電仍是我國能源的龍頭，這是由我國的資源結(jié)構(gòu)決定的。由于火力發(fā)電自身的復(fù)雜性以及國家對(duì)火力發(fā)電的高標(biāo)準(zhǔn)要求，火力發(fā)電技術(shù)需要不斷提高發(fā)展，才能適應(yīng)和諧社會(huì)的要求。廠用電系統(tǒng)是火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的分塊，本文單就火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)進(jìn)行論述以點(diǎn)帶面解析與綜合廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2 廠用電系統(tǒng)的母線接線

廠用電系統(tǒng)母線接線除了要滿足正常運(yùn)營的相關(guān)規(guī)范和要求外，還要注意以下六點(diǎn)：（1）廠用電系統(tǒng)母線接線要保證每個(gè)用電單元的獨(dú)立性，不能因?yàn)橐粋€(gè)用電單元的出現(xiàn)故障而影響整個(gè)廠用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行；（2）在供電過程中出現(xiàn)故障是不可避免的，所以在檢修的過程中就要協(xié)調(diào)好與正常供電的切換關(guān)系，在盡量不影響正常生產(chǎn)生活的前提下完成相關(guān)的事故檢修工作；（3）全廠性公用負(fù)荷接在專門設(shè)立的公用段上，避免廠用電系統(tǒng)的復(fù)雜化，無過渡問題。在設(shè)計(jì)階段要有預(yù)見性，避免重復(fù)性等浪費(fèi)性建設(shè)；（4）做好廠供電系統(tǒng)的應(yīng)急措施，備用電源要有專人看管維護(hù)，并且相關(guān)電壓、容量等參數(shù)規(guī)格要滿足正常的生產(chǎn)要求；（5）為了可持續(xù)發(fā)展，在設(shè)計(jì)階段要給其預(yù)留出發(fā)展的空間，不至于耽誤正常的生產(chǎn)；（6）引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，只有不斷創(chuàng)新才能贏得市場的競爭力，所以在廠用電系統(tǒng)中一定要積極引進(jìn)合理實(shí)用的新技術(shù)，提高生產(chǎn)效率。

廠用電系統(tǒng)母線分段的主要原則是按鍋爐的容量決定廠用母線分段：鍋爐容量為65t/h及以下時(shí)，高壓廠用電母線兩爐合用一段母線，低壓廠用電母線兩爐合用一段母線；鍋爐容量介于120～220t/h時(shí)，高壓廠用電母線每爐一段。低壓廠用電母線每爐一段；鍋爐容量介于400～670t/h時(shí)，高壓廠用電母線每爐兩段，低壓廠用電母線每爐兩段；鍋爐容量為1000t/h及以上時(shí)，高壓廠用電母線每一級(jí)高壓廠用母線為兩段，低壓廠用電母線每爐兩段。之所以采用按鍋爐容量分段高、低壓廠用電母線，目的是為了保證廠用電系統(tǒng)的供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性，可以防止運(yùn)行人員跑錯(cuò)間隔誤拉誤送。

需要觀念延伸的是隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷擴(kuò)大，汽輪機(jī)輔機(jī)的容量也不斷增大，大容量機(jī)組都機(jī)、爐單元集中控制。

“按爐分段”是高低壓母線分段的主要原則，但當(dāng)分段母線的連接斷路器參數(shù)（主要是額定電流及短路容量）和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降不能滿足要求時(shí)，可根據(jù)實(shí)際所選合適的斷路器數(shù)量決定母線分段數(shù)。

3 廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

廠用電系統(tǒng)包括高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)兩部分。

3.1 高壓廠用電系統(tǒng)

高壓廠用電系統(tǒng)有以下三種接地方式：

3.1.1 中性點(diǎn)不接地方式。此種接地方式能夠阻斷流經(jīng)主變中性點(diǎn)的短路電流，因而此種接地方式所采用的保護(hù)方式靈敏度較低，一般發(fā)生單相接地故障后，非故障相仍可持續(xù)運(yùn)行2h，保障了供電的可靠性。但若廠用電系統(tǒng)容量大，且線路尤其是電纜線路敷設(shè)較長時(shí)，會(huì)造成單相接地故障時(shí)的電容電流過大，當(dāng)大于某一個(gè)值時(shí)可能會(huì)發(fā)生電弧放電，且接地電弧不能自動(dòng)消除，將產(chǎn)生較高的電弧接地過電壓（可達(dá)到額定相電壓的3.5～5倍），并且故障有可能進(jìn)一步擴(kuò)大為多相故障，危害整個(gè)廠用電系統(tǒng)。此種情況下接地保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作于跳閘，立刻中斷對(duì)廠用設(shè)備的供電，但由于中性點(diǎn)不接地，其實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)較困難，需要采用靈敏的零序方向保護(hù)，也可采用反映零序過電壓的母線監(jiān)測裝置，通過對(duì)饋線逐條拉閘來判斷出故障回路，實(shí)際操作較為復(fù)雜和機(jī)械，因此在實(shí)際中較少運(yùn)用到，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)先準(zhǔn)確地計(jì)算出單相接地時(shí)電容電流的大小，以選用更為合理的中性點(diǎn)接地方式。

3.1.2 中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式。此種接地方式的特點(diǎn)是既能保證一定的流經(jīng)中性點(diǎn)的電流，為保護(hù)裝置提供采樣，同時(shí)由于中性點(diǎn)電流的流通避免了故障相過電壓倍數(shù)過高。為了降低間歇性電弧接地的過電壓水平和便于尋找接地故障點(diǎn)的情況，應(yīng)通過計(jì)算選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚?，能夠控制電壓水平在?guī)定閾值之內(nèi)，保證設(shè)備和人員的安全性。此外，這種接地方式最大的優(yōu)點(diǎn)是具有選擇性，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)流過一固定值的電阻性電流，保證故障饋線的零序保護(hù)動(dòng)作，其總接地電流小于15A時(shí)可僅動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)接地電流大于15A時(shí)改為中電阻接地方式，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。同時(shí)該接地方式實(shí)際中運(yùn)用較方便，無需設(shè)置大電阻器，采用二次側(cè)接小電阻器的配電變壓器可等效為高電阻器，節(jié)省了工程造價(jià)。其接線示意圖見圖1：

圖1 中性點(diǎn)高電阻接線示意圖

3.1.3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。此種接地方式適用于單相接地電容電流較大的情況，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，這種接地方式可產(chǎn)生感性電流來補(bǔ)償電容電流，以達(dá)到持續(xù)供電的目的。此種接地方式最大的優(yōu)點(diǎn)是不僅具有選擇性，還具有可調(diào)節(jié)的靈敏性。實(shí)際運(yùn)用中在消弧線圈的二次側(cè)并聯(lián)電阻，并且二次側(cè)并聯(lián)電阻應(yīng)有與消弧線圈分接頭相匹配的調(diào)節(jié)分接頭，當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷變化時(shí)，通過改變分接頭的接地形式來自適應(yīng)系統(tǒng)電容電流的變化，與此同時(shí)還要相應(yīng)地改變相關(guān)的電阻來保障故障電流的不變。這一接地方式的靈活性也注定了其復(fù)雜性，消弧線圈接地方式運(yùn)行比較復(fù)雜，需要增設(shè)接地投資，保護(hù)的設(shè)置也較為復(fù)雜。其接線示意圖見圖2：

圖2 中性點(diǎn)消弧線圈接線示意圖

通過以上的敘述綜合可知，高壓廠用電系統(tǒng)接地方式的選擇依據(jù)主要是接地電容電流及接地過電壓水平。

3.2 低壓廠用電系統(tǒng)

低壓廠用電系統(tǒng)有以下兩種接地方式：

3.2.1 中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式，適用范圍較廣，發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)一般均可采用，一旦出現(xiàn)故障就可以自動(dòng)停止運(yùn)行，并且此種接地方式也防止了由于熔斷器一相熔斷造成的電動(dòng)機(jī)兩相運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了低壓廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

3.2.2 中性點(diǎn)直接接地方式，主要適用于不甚重負(fù)的負(fù)荷供電。此種接地方式當(dāng)單相接地發(fā)生故障時(shí)，中性點(diǎn)電壓不會(huì)發(fā)生位移，可降低系統(tǒng)的額絕緣要求。

4 廠用電系統(tǒng)電壓等級(jí)

廠用電系統(tǒng)電壓等級(jí)主要與以下因素相關(guān)：廠用電發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓、發(fā)電機(jī)的額定電壓和廠用電網(wǎng)絡(luò)安全性等方面，另外還需考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)層面的可行性綜合做出判斷。發(fā)電廠里各種電動(dòng)機(jī)容量相差很大，從幾瓦到幾兆瓦，而電動(dòng)機(jī)的電壓和容量有關(guān)，因此，必須根據(jù)所拖動(dòng)設(shè)備的功率以及電動(dòng)機(jī)的制造情況來進(jìn)行電壓選擇。電壓等級(jí)的確定還要注意不要確定過多的等級(jí)，若電壓等級(jí)過多會(huì)造成設(shè)備接線復(fù)雜，反而不會(huì)對(duì)生產(chǎn)提供較為有利的幫助。我廠廠用電壓等級(jí)設(shè)為兩檔，分別是高壓的6千伏檔和低壓的0.4千伏檔，這種根據(jù)實(shí)際情況合理的設(shè)置可以在保證正常供電的同時(shí)，運(yùn)營維護(hù)也簡單方便，符合相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)際需要。

5 廠用電系統(tǒng)用電負(fù)荷

廠用電負(fù)荷根據(jù)重要性的不同接入到不同的供電系統(tǒng)，負(fù)荷的分類是廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，廠用電負(fù)荷按重要性可大致分為五類：

5.1 Ⅰ類負(fù)荷

短時(shí)停電除了會(huì)損害設(shè)備外，還會(huì)使相關(guān)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全遭到威脅，使機(jī)組工作暫?；虬l(fā)電量大幅度下降，此類負(fù)荷應(yīng)設(shè)置備用電源，例如發(fā)電廠鍋爐部分的風(fēng)機(jī)、供煤系統(tǒng)的磨煤機(jī)、給煤機(jī)、給粉機(jī)等。

5.2 Ⅱ類負(fù)荷

允許短時(shí)停電，但較長時(shí)間停電有可能損壞設(shè)備或影響機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷，此類負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立電源供電，例如發(fā)電廠鍋爐部分備用風(fēng)機(jī)、鍋爐啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、疏水泵等。

5.3 Ⅲ類負(fù)荷

長時(shí)間停電不會(huì)直接影響生產(chǎn)者，此類負(fù)荷一般由一個(gè)電源供電，例如發(fā)電廠輔助車間油處理設(shè)備、電氣試驗(yàn)室、通風(fēng)機(jī)等。

5.4 事故保安負(fù)荷

當(dāng)廠區(qū)發(fā)生斷電的故障后，機(jī)組停運(yùn)，但為了設(shè)備和相關(guān)人員的安全，還需繼續(xù)供電的負(fù)荷，例如發(fā)電廠輔機(jī)交流潤滑油泵、盤車電動(dòng)機(jī)、頂軸油泵、汽機(jī)部分潤滑油泵等。

5.5 不間斷供電負(fù)荷

在機(jī)組正常運(yùn)行、停機(jī)甚至停機(jī)后的階段，需要進(jìn)行連續(xù)供電的負(fù)荷，例如電子計(jì)算機(jī)、調(diào)度通訊、自動(dòng)控制遠(yuǎn)動(dòng)通訊電源、熱工保護(hù)、調(diào)節(jié)裝置等。

廠用電負(fù)荷的重要性決定了其供電電源性質(zhì)及低壓廠用電接線方式，電力負(fù)荷的梳理是低壓廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要前提，設(shè)計(jì)中應(yīng)予以足夠重視。

6 結(jié)語

發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是發(fā)電廠自身電能傳輸消耗網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是發(fā)電廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至是發(fā)電廠安全、可靠的保障，其在發(fā)電廠設(shè)計(jì)中的重要性體現(xiàn)在“后勤保障”上，實(shí)際的廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅僅包含上述四個(gè)方面，還包含廠用電源的引接、廠用負(fù)荷的供電方式、配套低壓檢修供電網(wǎng)絡(luò)等，其復(fù)雜性決定了設(shè)計(jì)中應(yīng)予以足夠重視。

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作者簡介：張隨會(huì)（1975-），男，陜西西安人，陜西能源集團(tuán)清水川發(fā)電公司助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設(shè)備自動(dòng)化及運(yùn)行與管理；孫哲（1989-），男，陜西咸陽人，陜西能源集團(tuán)清水川發(fā)電公司助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設(shè)備自動(dòng)化及運(yùn)行管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）