自用电接线与电源备用方式

一、自用电电压等级

【引导问题】

◆不同类型的发电厂和变电站自用电压等级如何确定？

1.自用电电压等级

自用电的供电电压等级主要取决于自用电动机的容量、供电网络、发电机的容量与额定电压等因素。

火力发电厂一般选用高压（3k V或6k V）和低压（220V/380V）两个电压等级。

水力发电厂和变电站一般采用一级电压（220V/380V）供电，水力发电厂大坝、船闸等可另设专用变压器，6～10k V供电。

2.按自用电电压划分电动机的容量范围

（1）当自用电压为3k V时，100kW以上的电动机的额定电压一般采用3k V，以下采用380V。

（2）当自用电压为6k V时，200kW以上的电动机的额定电压一般采用6k V，以下采用380V。

（3）600MW机组采用3k V和10k V两级高压厂用电压时，一般200～1800kW电动机采用3k V电压，大于1800k W的采用10k V，小于200kW的电动机采用380V。

二、自用电源的引接方式

【引导问题】

◆什么是明备用和暗备用？

◆自用电源的引接点一般如何选取？

◆什么情况下需要设置事故保安电源？如何设置？

自用电源，必须保证供电可靠，除正常运行时的工作电源外，还必须有备用电源或启动电源。对容量在200MW及以上的发电厂，还应该设置交流事故保安电源，以满足自用电系统在各种工作状态下的要求。

（一）中小型水电站站用电源及其引接

1.站用电的供电电源和引接点

在并网的水电站，能成为站用电供电电源的，主要有本站的运转发电机组和接入的电力网；其次还可能有外来的配电网络（例如被保留的电站建设时期的施工电源）或邻近电站甚至专用小机组等。它们均应具有必要的可靠性和足够的容量。

站用变压器的高压回路与高压网络的连接点，称为站用电的引接点。显然，站用电的可靠性在很大程度上取决于引接点。引接点本身一般不是供电源，但它连接着一个或多个供电源，它的可靠性既取决于各供电源，同时也与电站的主接线及其运行方式有关。

2.站用电备用电源和备用方式

由一台站用变压器接入引接点便构成一个站用电源。在故障情况下，任何一个站用电源都有失电的危险，例如引接点电源消失或站用变压器故障。为了满足可靠性要求，站用电应有双电源——工作电源和备用电源，当失去工作电源时，便由备用电源继续供电。但需指出：备用电源通常应是独立电源，即经由不同的站用变压器，从独立的引接点取得的电源。从同一单母线段接出的2台站用变压器并不构成两个独立电源。

备用电源的运行方式简称备用方式，通常分明备用和暗备用两种。若备用电源在正常情况下停电备用，只有在当工作电源发生故障时才投入运行，叫做明备用。暗备用是两个电源平时都作为工作电源投入运行，并各带一半负荷，但都保留有一定的备用容量。当一个电源发生事故时，另一个电源即承担全部负荷。暗备用是两个工作电源之间的相互备用，在中小型水电站中应用最为广泛。

3.中小型水电站站用电源的典型引接方式

中小型水电站站用电源常用的引接方式如图5-1所示，基本上有以下三类：

（1）设置两台站用变压器，分别以发电机电压分组或分段母线作为引接点，经隔离开关和高压熔断器引入，采用暗备用方式，如图5-1（a）和（b）所示，如果采用明备用方式，宜用断路器等作为操作和保护电器。

图5-1　水电站站用变压器引接方式

发电机电压分组或分段母线（并列运行的隔离开关分段单母线除外）在正常情况下均带电工作，不会因任何一种电气故障同时停电，是比较理想的两个独立引接点。当一段母线上的机组停运时，该段母线可由主变倒送电。当全部机组停运时，两段母线可分别由两主变倒送电。为了保持两个独立的站用电源，两段发电机电压母线正常运行时均不能退出工作；两台主变一般也不能退出工作，对于用断路器分段的单母线接线，在特定运行方式下可退出一台主变，例如第一段的机组与第二段的主变投入运行。

（2）两台站用变压器，以一段发电机电压母线为内侧引接点，以对侧有可靠供电电源（如电力网）的输电线路或升压侧母线为外侧引接点，用熔断器作为保护电器，采用暗备用，如图5-1（c）和（d）所示。从对侧可靠供电电源引接的是两个完全独立的站用电源，由系统侧倒送站用电。这对某些经常全站停发电的径流式水电站可节省主变的空载损耗和无功功率。

（3）仅设一台站用变于上述的内侧引接点，构成站用电的工作电源，其明备用电源直接取自邻近的低压网络。如果至此低压网络的电源来自接于发电机同一母线的近区变压器，则不是独立备用电源；若来自升压侧的近区变压器或其他外来供电电源，则形成独立电源，并与第（2）项有相同的特点。

（二）火电厂厂用电源及其引接

工作电源是保证各段厂用电母线正常工作的电源，不但要保证供电的可靠性，而且还应能满足该段母线厂用电负荷功率和电压等要求。工作电源的引接方式与电气主接线有密切联系。

1.工作电源

（1）高压厂用工作电源的引接。

高压厂用电源一般由发电机电压回路引接，具体引接方式与主接线的形式有关。

1）有发电机电压母线：三种引接方式。

当主接线具有发电机电压母线时，厂用高压工作电源从发电机电压母线上引出，如图5-2（a）所示；12MW的机组接在馈电不带电抗器的6k V主母线上时，高压厂用电动机和低压厂用变压器均可直接接在主母线上，而不必另设高压厂用电母线段，如图5-2（b）所示；有的也从发电机出口引接，如图5-2（c）所示。

图5-2　有发电机电压母线的自用电引接方式

2）发电机-变压器单元接线：一般从变压器低压侧引接，可用电抗器引接。

当发电机、变压器采用单元接线时，厂用高压工作电源从主变的低压侧引接，如图5-3（a）～（f）。其中，图5-3（e）为采用分裂绕组厂用变压器的引接方式，图5-3（f）为用两台并列厂用变压器时的引接方式；当主接线为扩大单元接线时，厂用高压工作电源从发电机出口或主变低压侧引接，如图5-3（g）所示。

（2）低压厂用工作电源的引接。

图5-3　发电机-变压器单元接线自用电引接

低压厂用电源由高压厂用电母线段取得；无高压厂用电母线段时，可从发电机电压主母线或发电机出口引接。

2.备用电源

在故障情况下，任何一个自用电电源都有失电的危险，为了满足可靠性要求，自用电应有双电源——工作电源和备用电源，当失去工作电源时，便由备用电源继续供电。

（1）高压厂用备用电源的引接。

1）有发电机电压母线时引接。

a.发电机电压为6.3k V时，一般用电抗器直接从主母线上引接一个备用电源。发电厂有35k V电压母线时，也可由35k V母线引接。

b.发电机电压为10.5k V，并具有两个电源的35k V母线时，可以由10.5k V或35k V母线引接。如无35k V母线或35k V母线上仅有一个电源时，则应由10.5k V母线上引接一个备用电源。

2）发电机与主变压器连成单元接线时。

a.厂内有两级或三级升高电压母线（如550k V与220k V或220k V与110k V，220k V、110k V与35k V）时，备用电源应由与系统有联系的最低电压级母线引接，如图5-4（a）所示（图中未画出隔离开关，以后几张图也如此）。若厂内35k V母线未直接与系统联系，但有两个本厂电源或通过三绕组与高一级电压系统联系时，备用电源仍可由35k V母线引接，如图5-4（b）和（c）所示。

b.由联络变压器的低压绕组引接，如图5-4（d）所示。

c.当发电厂仅有一级或两级升高电压母线，而附近又有可靠的低压级的电网时，且在发电厂全厂停电时能由该电网取得足够的电源时，可从该电网引接专线作为备用。必要时可设置备用母线段，向两台及以上备用变压器供电，如图5-4（e）所示。

d.当采用发电机-变压器-线路单元与区域变电站相连接时，厂用备用电源可以由该变电站较低电压等级的母线上引接专用线路取得，如图5-4（f）所示。

（2）低压厂用备用电源的引接。

低压厂用备用变压器与工作变压器应接到不同的高压厂用电母线段上。

3.事故保安电源

图5-4　发电机和变压器成单元接线时高压厂用备用电源的引接

对大容量机组，当厂用工作电源和备用电源都消失时，为了确保在事故状态下能安全停机，事故消失后又能及时恢复供电，应设置事故保安电源，以满足对事故保安负荷的连续供电。事故保安电源有：

（1）可靠的外部独立电源。

对大容量发电厂，可以从外部电力系统引进独立的专用线路，作为紧急事故保安电源，即使全厂长时间停电，仍能可靠供电。这种专用线路一般电压等级较高，距发电厂较远，投资较大。

（2）蓄电池组。

蓄电池组是一种独立而又十分可靠的事故保安电源。但不能带大负荷，一般给自动装置和热工仪表供电。

（3）柴油发电机组。

柴油发电机组是一种被广泛采用的事故保安电源。柴油发电机组的容量，按事故保安负荷进行选择。大容量的柴油发电机组需有较多的冷却水，必须保证有足够的水源。并应在平时加强维护，定期试运，随时处于准备起动的状态之下。(www.xing528.com)

（三）变电站站用电源及其引接

1.对站用电源的要求

（1）枢纽变电站、总容量为60MVA及以上的变电站、装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有调相机的变电站，均装设两台站用变压器。

采用整流操作电源或无人值班的变电站，装设两台站用变压器，分别接在不同电压等级的电源或两个独立电源上。

如果能够从变电站外引入可靠的380V备用电源，上述变电站可以只装设一台站用变压器。

（2）500k V变电站装设两个站用电工作电源。当主变压器为两台时，可以分别接在每一台主变压器的第三绕组上。两台站用变压器的容量应相等，并按全所计算负荷来选择，互为备用。

当有可靠的站外电源时，设置一台与站用工作变压器容量相同的站用备用变压器作为备用电源；否则，设一台自起动的柴油发电机组作为备用电源。

（3）当设有站用备用变压器时，一般都装有备用电源自动投入装置。

2.站用电源的引接

（1）当站内有较低电压母线时，一般都由较低电压母线上引接1～2个站用电源，如图5-5（a）、（b）所示。这种引接方式，具有经济性和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级母线或线路上分别引接两个站用电源，则更可保证站用电系统的不间断供电，如图5- 6所示。

图5-5　一台站用变压器的引接方式

图5-6　两台站用变压器的引接方式

（2）当有旁路母线时，可将一台站用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上，如图5-5（c）所示：正常运行时，由工作母线供电；在工作母线检修或进行试验时，则倒换到旁路母线上供电。

三、自用电的接线方式

【引导问题】

◆自用电接线母线分段的原则是什么？

◆自用电负荷的连接和供电方式有哪些？

（一）火力发电厂厂用电母线接线方式

1.厂用电母线分段

发电厂厂用电母线通常采用单母线接线方式。火电厂按锅炉分段，水力发电厂按机分段，一般分两段。

2.厂用电公用母线段的设置

发电厂中公用负荷比较多，容量也比较大，可以设专门的公用母线段进行供电。

3.厂用电母线的接线方式

对厂用电接线的基本要求是安全可靠、运行经济、检修和操作方便。厂用电母线各个分段必须有各自独立的工作电源，并与备用电源连接，以保证供电的可靠性。

（1）高压厂用电母线的接线方式。

1）每台锅炉有一个高压厂用电母线段时，各段母线可以互不相连，除与各自的工作电源连接外，还要与备用电源连接，如图5-7（a）所示。也可以在两台锅炉的厂用电母线之间用断路器或隔离开关相连，互为备用，如图5-7（b）和（c）所示。

2）每台锅炉有两个高压厂用电母线段时，两个分段应分别接有独立的工作电源和备用电源，如图5-7（d）所示。两分段之间也可以用断路器或隔离开关连接，如图5-7（e）和（f）所示。

（2）低压厂用电母线的接线方式。

1）一台低压厂用变压器接一段低压厂用电母线时，各母线段分别与备用电源相连，装设备用电源自动投入装置，如图5-8（a）所示。也可不装自动投入装置，采用手动投入，如图5-8（b）所示。还可以不接备用电源，在两段母线之间用自动空气开关联络，装设备用电源自动投入装置，互为备用，如图5-8（c）所示。

2）一台低压厂用变压器设两段低压厂用电母线时，可以两段母线都接至变压器和备用电源，各段分别与备用电源连接，如图5-8（d）所示。也可以两分段用隔离开关连接，一段接低压厂用变压器，另一段接备用电源，如图5-8（e）所示。备用电源都装有备用电源自动投入装置，也可以改为手动投入。

（二）中小型水电站站用母线接线方式

中小型水电站常用的站用电接线方式有以下两种形式。

1.单母线分段制

图5-7　高压厂用电母线的接线方式

站用电设置两台站用变压器，以发电机电压分段或分组母线为引接点，或以一段发电机电压母线为内侧引接点，以对侧有可靠电源的输电线路或升压侧母线为外侧引接点，一般均适合采用单母线分段接线形式，如图5-9（a）所示，两台站用变通过高压熔断器和隔离开关接至两独立引接点。低压侧经自动开关（相当于高压电路中的断路器）和刀开关（相当于隔离开关）分别接至两分段主母线。分段自动开关在正常情况下处于分闸位置，当因故失去一个电源时，投入分段自动开关，由另一电源带全部负荷，即互为暗备用。为了满足Ⅰ类负荷恢复供电的紧迫性要求，宜设置备用电源自动投入装置，以加速切换过程和避免匆忙中的人为误操作。两电源不允许在低压侧并列。

高压侧采用熔断器代替高压断路器是因为：

（1）采取暗备用方式的站用变压器投入运行后高压侧很少需要操作，更不需要带负荷操作；必要时，容量315k VA及以下的站用变压器可用高压侧隔离开关作空载投切，而用低压侧自动开关作负荷投切。

（2）熔断器可满足小电站站用变压器回路的工作容量和切断容量的需要。

（3）可简化一次回路和免去相应的继电保护装置。

（4）可采用小截面高压电缆而无热稳问题。

站用变压器低压侧电流互感器用于测量和过电流、过负荷等保护。自动开关除作过电流保护外，还用于正常投切站用变压器负荷，并配合AATS装置在备用电源自动投入之前切除已停电的站用变，以免从低压侧向变压器冲击升压。

2.单母线不分段制

对小容量的水电站例如2000kW以下，常只设一台站用变压器，接至内侧引接点，这时相应地采取不分段单母线接线，如图5-9（b）所示。在工作电源因故消失后，接自低压网络的明备用电源可用手动切换和投入。

图5-8　低压厂用母线的接线形式

图5-9　站用电的接线形式

（三）变电站站用母线接线方式

变电站站用母线接线方式与中小型水电站站用电源接线形式类似，此处不再赘述。

（四）自用电负荷的连接和供电方式

由于自用负荷的正常工作直接影响整个发电厂运行，为了保证对自用负荷的供电可靠性，除了保证自用电引接点的可靠性外。还应保证自用电网络接线的供电可靠性。

对于自用负荷供电回路常采用以下几种供电方式：

（1）单层辐射式供电。单层辐射式供电是指负荷由自用母线直接供电的接线，如图5-10所示。

（2）双层辐射式供电。双层辐射式供电是指由主盘成辐射式供给分盘再由分盘成辐射式向各负荷供电的接线方式，如图5-11所示。

（3）干线式供电，如图5-12所示。

图5-10　单层辐射式

图5-11　双层辐射式

图5-12　干线式

图5-13　互为备用的供电方式

（4）互为备用的供电。互为备用式供电是指在双层辐射式供电的基础上，为了提高分盘的供电可靠性，分盘之间用电缆连接起来互为备用，或分盘直接从另一主盘上在引接一个备用回路以提高可靠性的供电方式，如图5-13所示。自用电负荷按重要性可分为三类，对Ⅰ类负荷应由两个电源供电，其供电方式如下：机械上互为备用的Ⅰ类负荷应从不同分段的主配电屏或自不同分段主配电屏所供给的分配电屏分别引出电源供电。机械上只有一套的Ⅰ类负荷，也应从不同分段的主配电屏或自不同分段主配电屏所供给的分配电屏分别引出电源供电。两个电源经切换操作可互为备用。向Ⅰ类负荷供电的不同电源的两分配电屏之间设联络线互为备用时，该联络线上应装设操作电器。

对Ⅱ类负荷的供电方式如下：

从主配电屏或分配电屏以单层辐射或双层辐射式供电。对数量较多，但不同时运行的负荷以环形供电方式供电，环形供电的两端宜接至不同电源的配电屏上。

对Ⅲ类负荷可采用干线式供电。