厂用电设计进展分析设计(毕业设计)

前言我们组这次设计的课题为“厂用电设计进展分析”。本设计主要是为了体现我们综合应用所学相应理论基础课、技术基础课、专业课知识和相应技能，解决变电所设计问题的综合能力和创新能力，并以此来检验我们这三年来专业知识的学习成果。设计对我们来说意义非凡，主要的目的是对我们三年所学习专业知识的全面检查，也是为了巩固与扩展所学的基础理论和专业知识。本次设计锻炼了我们理论联系实际、运用专业知识解决实际社会问题的能力，也借此机会充分发挥一下自己对电力事业的热衷之情，从而培养了我们调查研究与文献检索、信息收集和编辑报告等能力。经过毕业设计的训练，提高了我们大学生的综合素质和分析、处理问题的本领。毕业设计让即将面对社会走上求职路的我们收获了自己人生不可或缺的一笔财富，为大学三年学习生涯划上了一个永远值得回味的句号。本书共分十章，设计组共由9人组成。本设计的内容力求方案最优、概念清晰、层次分明、计算正确、图面整洁、文理通顺、简明扼要、插图插表得当。在本次设计过程中，各成员进行了分工合作，互相讨论、学习。我们翻阅了大量相关资料，经过多次修改形成设计稿。目录前言摘要1第一章绪论2第二章厂用电源321厂用电概述和设计原则322厂用电源的设置及取得方式923厂用电接线方式13第三章厂用变压器的型式及保护1531厂用变压器容量的选择1532厂用变压器的型式1833厂用分支及厂用变压器高压侧出口处的保护20第四章厂用电的电压等级和中性点接地方式2241厂用电的电压等级2242厂用电系统中性点接地方式24第五章主要低压配电产品2951低压断路器2952低压熔断器3153低压开关柜34第六章电力电缆3961阻燃电缆的大量应用4162铜芯电缆日益增多4163等截面电缆的采用4164交联聚乙烯电缆的兴起45第七章其它电气设备46第八章分析国内主要低压配电产品及电力电缆发展状况4781、我国低压断路器的发展概况4782断路器的发展概况5083、不同类型断路器的保护特性及其执行的标准5684、断路器的发展趋势5785导线、电缆的选择条件60后记61参考文献63摘要本文对厂用电设计和低压电器设备选型向国际水平靠拢及进展做了简要的综述，诸如下列问题厂用电源设备、取得方式、接线方式，厂用电系统中性点接地方式要求；当前流行的开关柜是中压铠装移开式中置柜和低压抽出式组装柜，现场可调定值的高性能塑壳断路器给施工设计带来了方便，熔断器更适合用于负荷小的长线路；阻燃、铜芯、等截面电缆的广泛应用；桥架、母线槽、安全型滑触线等工厂化生产标准产品的采用。我国主要低压配电产品及电力电缆发展状况的分析。关键词厂用电；变压器；断路器；熔断器；开关柜；电力电缆第一章绪论随着我国电力事业迅猛发展，工程规模在不断扩大，所采用的电气设备在不断更新换代。通过具体实践摸索及不断总结、积累和丰富了很多宝贵的运行经验和设计经验。自九十年代起，我国陆续修订了所有的规程和规范，电气标准全面向IEC标准靠拢，并等效地被采用。从1982年起，分十几批淘汰了大量的落后机电产品，多次整顿生产秩序，加强了对电气产品的质量管理，努力缩小了发达国家的差距，引进和开发了具有国际先进水平的电气设备。二十多年来我们无论是在设计标准、设计依据和设计方法上，还是在设计所选用的先进技术和设备上都有了腾飞性的发展。随着对大中型水电站推广“无人值班、少人值守”的运行方式，电站的自动化水平越来越高，要更广泛地采用高水准的设备，相应地对厂用电系统设计和厂用设备选型上也提出了更高的要求。本文仅就厂用电设计和进展作简要地综述。第二章厂用电源21厂用电概述和设计原则发电厂在启动、运转、停转、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备。用以保证机组的主要设备（如锅炉、汽轮机或水轮机、发电机等）和输煤、碎煤、除灰，除灰及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电。厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满足发电运行。现代大容量火力发电厂要求其生产过程是自动化和采用计算机控制的，为了实现这一要求，就需要许多厂用机械和自动化监控设备（如锅炉汽轮机发电机和辅助设备服务，而绝大多数机械采用电动拖动，因此，需要向这些电动机自动化监控设备和计算机供电，这种供电系统称为厂用电系统。厂用电系统设置有完备的监视仪表、控制系统、保护连锁及自动装置等。厂用电源的可靠性是决定整个电厂安全运行的关键，因此厂用电源系统在设计上应满足以下基本要求1系统应安全可靠厂用电源系统的接线方式和电源容量应能适应正常供况、事故异常和检修状态等各种工况的供电要求，同时还应考虑到机组启停过程中的供电，并方便电源的切换操作。一般各机组的厂用电系统应尽可能相互独立，当某一台机组的厂用电源系统故障或其相关设备故障时，只会影响到该机组的运行，而不致影响到其他机组的正常运行，同时能在短时间内将本机组恢复运行。对公用负荷的供电方式要合理布置，使发生事故时影响范围最小。2系统接线简明、运行灵活厂用电源系统分期建设和现场施工中厂用电系统的扩建方便和可靠切换运行，应结合远景规划，统一安排，便于过渡，尽可能减少改变接线和变换设备。同时要与电气主接线的方式相结合来考虑，尤其是在备用电源引线时。3符合经济性要求在满足可靠性的同时，还应注意厂用电源系统的经济性，压宿投资，降低运行费用。211厂用电负荷的分类厂用电负荷根据用电设备在生产中的作用和突然中断供电所造成的危害程度，按其重要性可分为四类1I类厂用负荷凡是属于单元机组本身所必需的负荷，短时停电会造成主设备的损坏、危及人生安全、主机停运及影响大量出力的负荷，都属于I类负荷。如火电厂的水泵、凝结水泵、循环水泵、引风机、送风机、给粉机、炉水循环泵等。通常，他们设有两套或多套相同的设备。2II类厂用负荷允许短时停电（几分钟至几小时），恢复供电后，不致造成生产纷乱的厂用负荷，属于II类厂用负荷。此类负荷一般属于公用性质负荷，不需24小时连续运行，而是间断运行，如煤系统，水处理系统等的负荷。一般他们也有备用电源，常手动切换。3III类厂用负荷较长时间停电，不会直接影响生产，仅造成生产不方便，都属于III类厂用负荷，如修配车间、试念室、油处理室等负荷。通常由一个电源供电，在大型电厂中，也常采用两路电源供电。4V类厂用负荷事故保安负荷，在装有200MW及以上机组的大容量电厂中，自动化程度较高，要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内，仍必须保证供电，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生安全的负荷，称为事故保安负荷。按对电源要求的不同它又可分为直流保安负荷和交流保安负荷,为满足事故保安负荷的供电要求对大容量机组应设置事故保安电源。通常,由蓄电池组、柴油发电机组或燃汽轮机组提供，达到了可靠的外部独立电源作为其备用电源。（5）VI类厂用负荷不间断供电负荷。在机组运行期间，以及正常或事故停机过程中，甚至在停机后一段时间内，需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷，称为不间断供电负荷。如实时控制用的计算机、热工保护、自动控制和调节装置。不间断供电电源一般采用由蓄电池供电的电动发电机组或配备数控的静态逆变装置212厂用电接线的设计原则厂用电系统接线合理，对保证厂用电负荷连续供电和安全运行至关重要。由于厂用电负荷多分布广工作环境差和操作频繁等原因，厂用电事故在电厂事故中占很大的比例。此外，还因为厂用电系统接线的过渡和设备的异常比主系统频繁，考虑不周，也常常会埋下事故隐患。经表明，不少全厂停电事故引起的，因此，必须把厂用电系统的安全运行提高到应有的高度来认识。2121厂用电接线的设计原则（1）厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使发电厂主机安全运转；（2接线应能灵活地适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；（3）厂用电源的对应供电性，本机，炉的厂用负荷电本机组供电，这样，用系统发生故障时，只影响一台发电机组的运行，缩小故障范围接线也简单；（4）设计时还应适当注意其经济性和发展的可能性并积极慎重地采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；（5）在设计厂用电接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证。2122对厂用电系统接线设计的要求各机组的厂用电系统应是独立的，厂用电接线在任何运行方式下，当一台机组故障停用或其辅机电气故障时，不应影响一台机组的运行，并要求受厂用电影响的机组能在短期内恢复本机组的运行。全厂性公用负荷在专门的公用飞段上，避免厂用电系统的复杂化，无过渡问题，要保证高压厂用工作变压器和起动备用变压器的容量符合要求。厂用电的工作电源及备用电源接线应能保证各单元机组和全厂的安全运行。设置足够的交流事故保安电源，当全厂停电时，可以快速起动和自动向保安负荷供电，另外还要设计符合电能质量指标的交流不间断电源，保证不允许间断供电的热工负荷和计算机的用电。一般每台机组设立两个独立的高压厂用电母线段，全厂性的公用负荷专门设立公用段。其优点是公用负荷集中，无过渡问题，每单元机组独立性强，便于母线清扫。正常运行时，工作段上连接炉本体负荷由本机组高压厂用工作变压器供电，而公用段上所接的全厂性负荷则由起动、备用变压器供电，同时，起动备用变压器作为起动和停机时的电源，兼用工作厂变事故备用。在出现任何故障情况下，首先应该力保厂用电不失去，通常在6KV装设快速切换装置，一旦工作厂用电故障，快速切换至起动备用变压器上，由起动备用变压器提供厂用电。实现这一功能的措施是机组起动后，当负荷带至100MW时，倒换厂用电，合上同期开关，合上6KV工作段电源断路器，投入连锁，断开6KV备用段电源断路器，解除同期。故障时，通过连锁来实现快投功能，一旦快投不上事故情况下应该视保护动作情况投不上同期，手动强合一次，如若不成功，则不应该重合，以免引起更大的事故，此时应查明故障原因，尽快恢复厂用电。引起厂用电至中断的可能原因是1机、炉跳闸2主断路器跳闸3突然甩负荷4高压厂用变压器故障56KV母线故障6KV断路器拒动等在运行时，应该针对情况判断原因（通过表盘监视、电流变化以及光字牌报警还有机、炉之间的联系等）确保尽快恢复厂用电。22厂用电源的设置及取得方式221工作电源发电厂的厂用工作电源是保证发电厂正常运行的基本电源。不仅要求供电可靠，而且应满足各级厂用电负荷容量的要求。通常，工作电源应不少于两个。现代发电厂的发电机一般都投入系统并列运行，从发电机低压回路通过高压厂用变压器取得高压厂用工作电源已足够可靠，即使发电机组全部停止运行，仍可从电力系统倒送电能给厂用电源。这种引接方式操作简单，调度方便，投资和运行费用都比较低，常被广泛采用。高压厂用工作电源（从发电机电压回路引线）的引接方式与主接线形式有密切联系。当主接线具有发电机电压母线时，则高压厂用工作电源（高压厂用变压器）一般直接从发电机电压母线、上引线如图214（A所示；当发电机和主变压器采用单元接线时，则高压厂用工作电源一般从发电机出口引线，如图214B所示。各台高压厂用变压器的容量应满足相对应机组的炉、机、电等厂用负荷容量的需求。低压厂用工作电源，一般均采用380/220V电压等级，直接从高压厂用母线段时，从发电机母线上或从发电机出口，经低压厂用变压器获得低压厂用工作电源。222启动和备用电源启动电源是为了确保机组安全可靠启动而设置的电源。备用电源主要用于事故情况失去工作电源时，起后备作用。电厂的主要电气设备在正常运行时由工作电源供电，只有当工作电源消失后，才自动切换到启动电源或备用电源。因此，启动电源实质上也是一个备用电源。对于200MW及以上大型机组，启动电源兼作事故备用电源，统称启动/备用电源。启动/备用电源的引线应保证其独立性，并且具有足够的供电容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能尽快从系统获得厂用电源。以下是高压厂用启动/备用电源常见的引线方式（1）从发电厂电压母线的不同分段上，通过厂用备用变压器（或电抗器引线。（2）从与电力系统联系紧密的最低一级电压母线引线。这样，有可能因采用电压等级较高的高压厂用变压器，使高压配电装置投资增加，但供电可靠性也相应提高。（3）从联络变压器的低压绕组引线，但应保证在机组全停情况下，能够获得足够的电源容量。（4当技术经济合理时，可由外部电网引接专用线路，经过厂用备用变压器获得独立的备用电源或启动电源。低压厂用备用电源一般均从高压厂用母线的不同分段上引线，经低压厂用备用变压器获得低压厂用备用电源。在火电厂中，高、低启动/备用电源的数量与发电厂装机台数、单机容量、主接线形式、及控制方式等因素有关，一般按表23原则配置。表23发电厂启动/备用变压器台数配置原则电厂类型高压启动/备用变压器低压备用变压器100MW及以下机组6台机组以下设1台6台机组及以上设2台8台机组以下设1台8台机组及以上设2台100125MW机组5台机组以下设1台5台机组及以上设2台8台机组以下设1台8台机组及以上设2台200300MW机组每2台机组设1台200MW机组，每2台机组设1台300MW机组，每台机组设1台600MW机组每2台机组设1台或2台每台机组设1台火电厂中一般均装设专门的备用电源，称为明备用。此类备用电源在正常情况下不工作或只带少量的公用负荷，而当某一工作电源消失时，它就能自动投入以完全代替。但在小型火电厂和水电厂中也有不另设备用电源，而由两个厂用工作电源相互作为备用，称为暗备用。图215为厂备用电源的两种备用方式。223其他电源发电厂在生产过程中，还需要200V或110V的直流电源向动力直流负荷、控制直流负荷（如信号装置。继电保护装置、自动装置、断路器的控制回路等）、直流事故照明负荷以及不停电电源系统等负荷供电。还需要220V的交流不停电电源向实时监控的计算机、DOS系统、通信系统和远动装置等不允许间断供电的负荷供电。还需要380V的交流事故保安电源向汽轮机盘车电动机、油泵电动机、交流润滑油泵电动机、等负荷供电，以确保在工作电源和备用电源均消失时给机组提供安全停机所必须的交流电源。将柴油发电机组作为保安电源，近年来已越来越多地被采用。而在过去我国一般是不推荐此种方式的。原因有一则是柴油发电机设备本身质量在提高，通常都采用像康明斯等国际品牌的发动机，设备维护、试运转简单方便。更重要的是水电站的运行实践和多样化的结果，尤其是一些重要的水电站和抽水蓄能电站，一旦出现与系统及外来电源失去联系时，可能会导致机组无法启动，或有厂房被淹的可能。既便是一些重要的中小型水电站和大中型水闸，当其调节库容较小时，且对洪水来临所引起的水位比较敏感的情况（水位度幅显著），此时我们从汛期泄洪保坝和防止厂房被淹的重要角度出发，应合理地设置快速启动的柴油发电机作为保安电源也是非常必要的。23厂用电接线方式1厂用电普通都采用单母线分段形式大中型水电站用其负荷多又相距较远，常采用由主盘经分盘再到达负荷点的接线形式，甚至有的采取更复杂的环形接线，以适应各种运行工况的需要。单母线分段接线方式，具有下列特点若某一段母线发生故障，只影响对应的一台机组，事故影响范围缩小；用电系统发生短路时，短路电流较小，有利于电气设备的选择；将同一机组的厂用电负荷接在同一段母线上，便于运行管理和安排检修。2火电厂的高压厂用母线一般都采用按炉分段，即将厂用电母线按锅炉台数分成若干独立段。其中，锅炉容量为400T/H以下时，每炉设一段；锅炉容量为400T/H及以上时，每炉的每级高压厂用母线不少于两段，两段母线可由一台高压厂用变压器供电。3低压380/220V厂用母线，在大型火电厂中一般按炉分段；在中、小型电厂中，全厂只分为两段或三段。4200MW及以上大容量机组，如公用负荷较多、容量较大，当采用集中供电方式合理时，可设立高压公用母线段。5大容量机组的低压厂用电系统采用动力中心（PC和电动机控制中心（MCC）的组合方式，即在一个单元机组中设有若干个动力中心，直接供电给容量为75MW及以上的电动机和容量较大的静态负荷；又PC引接若干个电动机控制中心，供电给容量较小的电动机和容量较小的杂散负荷，其保护、操作设备集中，各PC一般均设两段母线，每段母线由一台低压厂用变压器供电，两台低压厂用变压器分别接至厂用高压母线的不同分段上，其备用方式可以是明备用或暗备用。PC和MCC均采用抽屉式开关柜。6对厂用电动机的供电方式又个别供电和成组供电两种。个别供电是指每台电动机经一条馈电线路直接接在相应电压（高压或低压）的厂用电动机及容量较大的低压电动机都是采用个别供电方式。成组供电一般只于低压电动机。由低压厂用母线段经一条馈电线路供电给电动机控制中心，然后将一组较小容量电动机连接在MCC母线上，即厂用母线上的一条线路供以一组电动机。7容量在400T/H及以上的锅炉又两段高、低压厂用母线，其锅炉或汽轮机同一用途的甲、乙辅机，如甲、乙凝结水泵，甲、乙引风机等，应分别接在本机组的两段厂用母线上；工艺上属于同一系统的两台及以上的辅机，如同一制粉系统中的排粉机和磨煤机，应接在本机组的同一段厂用母线上。电厂600MW机组厂用电压共分为两级，高压为6KV，低压为380/220V，发电机出口装断路器，每台机设6KV工作I、II段及一个公用段，其中公用段由发电机出口断路器上方的高压公共变压器供电，又与高压备用变压器相连。6KV的中中性点采用中电阻接地，380V的中性点采用直接接地。全厂动力中心PC变压器全部采用干式变压器，水源地和灰场隔离采用油浸变压器。低压动力配电中心和电动机控制中心均采用抽屉柜，输煤和除灰等灰尘比较严重的地方采用密封性能好的固定分隔式组合柜。220KV系统为启动/备用电源，正常运行时为变压器断路器线路组接线方式。第三章厂用变压器的型式及保护31厂用变压器容量的选择担负调峰是大多数水电站的重要特点，机组起停非常频繁。虽然水电站的厂用负荷容量并不大，但是负荷波动大，最大负荷利用小时数及负荷同时率都较低。厂用变压器容量选择的基础是负荷统计法，它不仅与电站的有辅助设备的容量有关，而且也取决于辅机的运行方式及运行工况，变化的随机性因素很多。八十年代初，有关单位通过数据实测及分析总结，提出了水电站厂用电负荷率和同时率的合理取值，总结出“综合系数法”。这不仅规范了厂用负荷的统计，减少了人为误差，而且也简化了计算方法，该计算方法现已广泛被用于我国水电设计中。对于装有600MW机组的大型电厂，各厂的厂用负荷大小也可能不同，这与机、炉类型、燃料种类和供水情况等有关。电动给水泵电动机容量，超临界机组要比同容量亚临界机组约大50左右；燃料电厂因具有制粉系统，比燃油电厂的耗电量大。另外，各种燃料的发热量不同，需要空气量也不同，风机的容量就是不同。这几类负荷都是大容量负荷，例如某600MW超临界机组的电动给水泵电动机容量达8000KW，究竟选用电动给水泵还是汽动给水泵，与高压厂用变压器容量选择有很大关系。装有600MW机组的电厂，各单元机组厂用电系统是独立的，当厂用电工作变压器和启动/备用变压器台数，以及公用负荷正常由谁来负担确定后，统计各段母线所接负荷，按照主机满发的要求，便可选出各高压厂用变压器的容量。变压器的阻抗是选择厂用工作变压器的一个重要指标。厂用工作变压器的阻抗要求比一般动力变压器的阻抗大，这是因为要限制变压器低压侧的短路容量，否则将影响到开关设备的选择。一般要求短路阻抗应大于10。但是，阻抗过大又将影响厂用电动机自启动的困难。厂用工作变压器如果选用分裂绕组型式，则能在一定程度上和上述矛盾，因为分裂绕组变压器在正常工作时具有较小阻抗，而分裂绕组出口短路则具有较高的电流。除尘变压器是一种特殊用途的厂用变压器。它是专门为电气除尘器提供高压直流电源的变压器。其一次侧为400V交流电，二次侧为数万伏的高压交流，通过内部硅整流装置，输出高压直流。因硅整流装置而产生的谐波使变压器的特殊芯具有特殊的构造。每台机组除尘变压器的数量与直流高压电场数相等。除尘变压器一般安装在电气除尘器的顶部，所以都选用干式变压器。下面进一步介绍厂用变压器容量选择问题下面进一步介绍厂用变压器容量选择问题前面以对各种厂用负荷对保证电厂安全可靠运行的重要程度进行了分类。在计算变压器容量时，不但要统计变压器连接母线上实际所接电动机台数和容量，还要考虑它们是经常工作的还是备用的，是连续运行的还是断续运行的。为了计及这些不同情况，选出即能满足负荷要求又不致容量过大的变压器，所以又提出按使用时间对负荷运行方式进行分类，并常用下列名词来加以区分。经常负荷每天都要使用的电动机；不经常负荷只在检、事故或机、炉启停期间使用的负荷；短时负荷每次仅运行10120MIN的负荷断续负荷反复周期地工作，其每一周期不超过10MIN负荷变压器母线分段上负荷计算原则如下。（1）经常连续运行的负荷全部计入。如引风机、送风机、炉水循环泵、电动主给水泵、循环水泵、凝结水泵、真空泵等电动机。（2）连续而不经常运行的负荷应计入。如充电机、事故备用油泵、备用电动给水泵等电动机。（3）经常而断续运行的负荷亦应计入。如疏水泵、空压机等电动机。（4）短时断续而又不经常运行的负荷一般不予计算。如行车、点焊机等。但在选择变压器是，变压器容量应留有适当裕度。（5）由同一台变压器供电的互为备用的设备，值计算同时运行的台数32厂用变压器的型式从防火节能的角度出发，水电站的厂用变压器现已广泛地采用了环氧树脂绝缘的干式变压器，它已全面取代了尺寸重量较大的、以空气为绝缘介质的浸渍型干式变压器或油浸变压器，具有阻燃、防潮、局放小、体积小、安装方便、绝缘水平高、维护费用低等特点。环氧树脂绝缘变压器又分为4种类型，主要有树脂浇注型或树脂加填料型式，也有绝缘更薄、散热较好的树脂绕包型的，还有个别采用树脂真空浸渍这种更新式工艺结构的国外产品。自八十年代初起到2000年为止，在我国推广了第一代的节能变压器（7系列）。而从九十年代起开始逐渐推广更高效节能的9系列产品，其耗损要比二十年前的老产品（SL和SL1型）降低40以上。321厂用变的联接组别和接线形式现已广泛地采用“D,YN11”取代了过去的，“Y,YN12”，它能使变压器三次谐波产生环流，这不仅改善了变压器的波形，而且承受不平衡负荷的能力加大，可更充分地利用变压器容量。尤其重要的是变压器零序阻抗较小，很接近正序阻抗值，使得出口处单相短路电流增大约3倍，有利于保护电器的灵敏度提高和选择性配合，完善低压保护功能。322厂用变压器选择厂用变压器的选择主要考虑高压厂用变压器、高压备用变压器、低压厂用电变压器、照明变压器、除尘变压器等的选择。选择内容一般包括变压器的台数、型式、额定电压、容量和阻抗几类。额定电压系根据厂用电系统的电压和电源引线接处的电压来确定。工作变压器的台数与型式，主要与中压厂用电母线的段数有关。而母线的段数又与中压厂用母线的电压等级有关。当只有6KV一种等级时，一般厂用母线分两段；高压厂用工作变压器可选用一台全容量的分裂绕组变压器，两个分裂支路分别供两段母线；或选用两台50容量的双绕组变压器，分别供两段母线。当10KV和3KV电压等级同时存在时，则厂用母线分为四段（10KV两段和3KV两段）。高压厂用工作变压器可选两台50容量的三绕组变压器，分别供四段母线。33厂用分支及厂用变压器高压侧出口处的保护水电站厂用分支通常处于发电机出口附近，其额定工作电流很小（有时只有几十安），但其短路容量却很大（通常超过100KA），是系统与发电机两者提供的短路电流之和，且短路电流的非周期分量也很大。若此处设置断路器，短路电流与额定工作电流相差之大太悬殊，其制造难度很大，价格十分昂贵。而早期使用过的仿苏老产品SN4型少油断路器性能低劣，实际开断容量远远低于铭牌值（七十年代在西高所试验开断57KA电流时就已大量喷油并伴以强烈弧光）；又因受开关结构和操作机构的限制，其关合电流峰值却很小（与短路极限开断电流的有效值大小很接近），因此，使用SN4型断路器作为厂用分支的主保护是非常危险的，即使是临时性的替代也很不安全，容易造成事故。此处的短路保护一直是个难题，采用封闭母线的大型电厂往往不设置厂用分支专用保护断路器，一般把此处列入主变压器高压侧断路器的大差动保护范围之内，作为一种替代性补救措施。但由于这种保护的切断故障时间较长，短路电流大，降低了设备寿命。近年来，一种造价低、体积小、结构简单、保护性能优越的新型保护装置高压限流熔断器组合保护装置，已广泛地应用到葛洲坝等水电厂，目前国内已运行近百台套装置。额定工作电流较小的（250A以下）装置由三部分组成德国SIBA公司的限流熔断器，合肥凯立公司的高能氧化锌电阻以及普通的中压负荷开关。大的短路电流被熔断器在半周波之内迅速地限流开断；氧化锌电阻起着限压消能作用，解决了熔断器快速开断时操作过电压及能量释放的问题；而负荷开关只用于正常操作和开断额定工作电流。将熔断器并联，还可将此种装置的额定工作电流范围拓展到400多安。更大额定工作电流的（可至数千安）组合装置，又增加了爆炸桥式载体，电流测量装置和控制柜3个部分。此处的测量装置能给出短路故障时电流变化值及电流瞬时值，该信号传至控制柜台，由控制柜内的逻辑控制处理器发出短路信号，去启动爆炸桥中的雷管和炸药，断开载流桥，将电流转移到熔断器，再利用熔断器的快速限流特性将故障点切除这种大额定工作电流的装置现已应用到一此水电站上。第四章厂用电的电压等级和中性点接地方式41厂用电的电压等级厂用电的电压等级与电动机的容量直接有关。大容量电动机宜采用较高的电压，厂用电的电压与采用的电动机电压相匹配。为了简化厂用电接线，且使运行维护方便，厂用电电压等级不宜过多。在发电厂和变电站中，低压厂用电压常采用400V，高压厂用电压有3、6、10KV等。高压厂用电压等级是根据发电机额定电压，厂用电动机的电压和厂用电供电网络等因素，相互配合，经过技术经济综合化比较后确定的。电厂中拖动各种厂用机械的电动机，其容量差别很大，从一般的几千瓦、几十千瓦，大到几百千瓦、几千千瓦，不可能只采用一个电压等级的电动机，但力求电压等级尽量减少。对于大中型火力发电厂，一般设置两个电压等级中压厂用电系统（一般为310KV）和低压厂用电系统（一般均为400V）。100200KW以上的电动机一般采用中压供电。对600MW机组厂用电，根据国内若干电厂的设置情况，可分为如下两种方案方案一厂用电采用6KV和400V两个电压等级。配电原则是200KW及以上的电动机采用6KV电压供电，200KW以下的电动机采用400N电压供电。方案二厂用电采用10、3KV和400V三个电压等级。配电原则是2000KW以上的电动机采用10KV电压供电，2002000KW的电动机由3KV电压供电，200KW以下的电动机采用400V电压供电。方案一采用了一个6KV等级的厂用中压，而方案二采用了10KV和3KV两个电压等级的厂用中压。原则上，前者可使厂用电系统简化。设备减少，但许多2000KW以上的大容量电动机接在6KV母线上，也带来设备选择和运行方面的问题，如8000KW的电动机给水泵的启动就要考虑许多因素。600MW机组厂用电压等级采用上述两种方案中的哪一种，在设计时都是经过诸多因素的综合比校后予以确定。大型发电厂厂用电负荷最大者是给水泵（特别是超临界机组）。为了提高热力系统的循环效率，给水泵一般采用汽动给水泵，此时只配一台30容量的电动给水泵作为启动和备用，但也有全部采用电动给水泵的。究竟是否全部采用电动给水泵，对厂用电系统的接线、电压等级、厂用变压器人了我的选择等都有影响。42厂用电系统中性点接地方式421高压厂用电系统中性点接地方式高压（3、6、10KV）厂用电系统中性点接地方式的选择，与接地电容电流的大小有关当接地电容电流小于10A时，可采用不接地方式，也可采用高电阻接地方式；当接地电容电流大于10A，可采用经消弧线圈或消弧线圈并联高电阻的接地方式。一般发电厂的高压厂用电系统多采用中性点经高电阻接地方式。为了降低间隙电弧接地过电压水平和便于寻找故障点，采用中性点经高电阻或中电阻接地方式更好，其主要特点如下（1）选择适当的电阻，可以抑制单相接地故障时非故障相的过电压倍数不超过额定相电压值的26倍，避免故障扩大。（2）当发生单相接地故障时，故障点流过一固定的电阻性电流，有利于确保馈线的零序保护动作。（3）接地总电流小于15A时大电阻接地方式，一般按II接地选择接地电阻），保护动作于信号；接地总电流大于15A时，改为中电阻接地方式（增大I，保护动作于跳闸。（4）需增加中性点接地装置。422采用中性点不接地方式中性点不接地方式曾广泛应用于火力发电机组的高压厂用电系统今后仍会在接地电容电流小于10A的高压厂用电系统中采用；中性点经高电阻接地方式适用于高压厂用电系统接地电容电流小于10，且为了降低间歇性弧光接地过电压水平和便于寻找接地故障点的情况；中性点经消弧线圈接地方式进行比较复杂，要增加接地设备投资，而且接地保护也比较复杂，适用于大机组高压厂用电系统接地电空电流大于10的情况。中压厂用电系统采用中性点不接地方式的主要特点如下（1）系统发生单相接地故障时，流过故障点的电流较小的电容电流，且三相线电压仍基本平衡。（2）当单相接地电容电流小于10A时，一般允许继续运行2小时，为处理这种故障争取了时间。（3）当单相接地电容电流大于10A时，接地处的电弧（非金属性接地不易自动取消，将产生较高的电弧接地过电压（可达到额定相电压复值的35倍），并易发展为多相短路。故接地保护应动作于跳闸，中断对厂用设备的供电。（4实现有选择性的接地保护比较困难，需要采用灵敏的零序方向保护。以往采用反应零序电压的母线绝缘监视装置，在发现接地故障时，需对馈线逐条拉闸才能判断出故障回路。（5无需中性点接地装置。这种中性点不接地方式应用在单相接地电容电流小于10A的中压厂用电系统中比较合适。423低压厂用电系统中性点接地方式低压厂用电系统中性点接地方式主要有中性点直接接地方式和中性点经高电阻接地方式两种。600MW机组单元厂用400V系统，多采用中性点经高电阻接地的方式。其主要特点如下（1）当发生单相接地故障时，可以避免断路器立即跳闸和电动机停运，也不会使一相的熔断器熔断，造成电动机两相运行，提高了低压厂用电系统的运行可靠性。（2）当发生单相接地故障时，单相电流值在小范围内变化，可以采用简单的接地保护装置，实现有选择的动作。（3）不需要为了满足短路保护灵敏度而放大馈线电缆的截面。（4）接地电阻值的大小以满足所选用的接地指示装置动作原则，但不应超过电动机单相接地运行的允许电流值（一般按10A考虑）。接地电阻的选定424高阻接地方式实例之一400V侧中性点连接44欧接地电阻接地方式不接地或经电阻接地两种）。可在变压器的进线屏上控制、改变接地方式（不接地或经电阻接地两种）。中性点还经常接一只电压继电器，用来发出400V网络单相接地故障信号。信号发送到运行人员值班处，运行人员获悉信号后。首先到中央配电装置室投入接地电阻（当原来是不接地方式运行时,屏上高电阻接地指示灯发亮的回路，即为发生接地的馈线。如故障发生在去车间的干线上，运行人员应到车间盘检查。当某一支路的高电阻指示灯发亮时，即表明该支路发生接地。若所有支路都未发现接地故障，即说明接地发生在车间盘母线上。此外，为了防止变压器高、低压绕组间击穿或400V网络中产生感应过电压，在400V侧中性点上，与接地电阻并联一只击穿熔断器。此外，低压厂用电系统采用中性经高电阻接地，必须另外设置照明、检查网路，以满足单相照明负荷和检修单相负荷的需要，所以必须增加照明变压器和检修变压器，这类变压器的400V侧采用中性点直接接地，且为三相四线制，也消除了动力网路和照明、检修网路相互间的影响。一般照明变压器和检修变压器互为备用。第五章主要低压配电产品51低压断路器低压断路器即低压空气自动开关，又称自动空气断路器。它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和失压时自动跳闸，其功能与高压断路器相同，其原理结构和接线图如633所示。当线路上出现断路故障时，过电流脱扣器动作，使开关跳闸。如出现过负荷时，加热元件（电阻丝）加热，使双金属片弯曲，开关跳闸。当线路电压严重下降或电压消失时，其失压脱扣器动作，同样使开关跳闸。如果按下按钮9或10，使失压脱扣器失压或使分励脱扣器通电，则可使开关远距离跳闸。低压断路器按用途分类，有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护断路器。下面专门介绍配电用断路器。配电用断路器按保护性能分，有非选择型和选择型两类。非选择型断路器，一般为瞬间动作，只做短路保护用；有的为延长时动作，只做过负荷保护用。选择型断路器有两段保护和三段保护两种。其中，瞬时特性适用于短路保护，而延长特性适用于过负荷保护。框架式断路器，又称万能式断路器（ACB），主要是作为变压器出口总开关用的，当前的产品可根据电网容量，负载的重要性来选择不同性能和档次的产品，大的可分三档，前两档常被用于水利水电工程中。使用最广泛是塑壳断路器（MCCB），其用量为框架式的十倍以上，主要作为分支开关。过去塑壳断路器都属于非选择性断路器，没有短延时脱扣。瞬动脱口值也只能在制造厂内固定好整定值，在工地现场是无法再调整的；像国产DZ10和DZ20系列的瞬动最小脱扣电流值也不能小于500A，故保护选择性较差，尤其在距离较长的配电线路时，对单相短路的灵敏度难以保证。塑壳断路器由于受结构尺寸非常小的限制，其短延时耐受电流ICW值较低，一般不宜作为主开关使用。但目前已有了突破，塑壳与框架式两种断路器在这方面的界限已逐渐被模糊，有的高分断能力塑壳断路器产品的ICW值也很高。已经可以在小容量变压器的出口处作为主开关或用作母线分断开关。体积小、分断能力强、具有三段保护的类塑壳断路器正在逐步取代小定额工作电流的框架式断路器。特别是限流型选择断路器已成为塑壳断路器发展方向，能大幅度降低成套柜的热稳定要求。当前最先进的塑壳断路器为施耐德公司NS系列，采用转动式双断点灭弧，并具有能量脱扣技术，其电子脱扣器不仅能实现三段或四段保护（长延时、短延时、瞬动及接地保护）功能，而且在现场能方便地进行每种保护定值的选择和调整，整定值的可调档次较多，像长延时定值选择开关，还分粗细调2个旋纽，脱扣误差也只有15（一般的塑壳断路器为20）。类似于这种高档智能化的塑壳断路器还有许多发达国家的产品（例如西门子3VL系列等），这些新型塑壳断路器采用电子智能脱扣器，整定值变化幅度范围很大，具有现场灵活地调整脱扣整定值的优点，很受设计和运行人员的欢迎，特别适用于我们水电行业。由于水电设计和施工的周期比较长，厂用电负荷的变化因素多常常会出现施工用电和永久用电之间的差异，设备不同运行工况时负荷也会有较大差异，在设计过程中也受专业配合衔接等影响。因此在作水电站厂用电设计时，会出现实际设定整定值与原定货时有着较大的变动，有时还要按变化情况及时调整上下级的选择性配合要求，这种现场随时能调的三段保护功能塑壳断路器就给设计人员带来了方便。塑壳断路器主体是配电型的，瞬动脱扣最大值为1012倍额定工作电流；还有电动机保护型的，其瞬动最大值新规定应为146倍额定工作电流，符合GB5005593的要求。52低压熔断器低压熔断器的功能主要是实现低压配电系统的短路保护，有的也能实现过负荷保护。低压熔断器的类型很多，这里主要介绍车间变电所中用得最多的密闭管式RM10和有填料密闭管式RT10）两种熔断器，以及一种新发展起来的自复式RZ）熔断器。1RM10型低压密闭式熔断器RM10型无填料封闭管式熔断器的结构如图3熔管1由钢纸加工制成，两端装着外壁有螺纹管夹2，上面有黄铜管帽3，锌熔体6用螺栓5与触刀4连接。其锌熔体一般是用锌板冲压成宽窄相间的变截面形状，通常每个熔体都有24个窄部，以加速电弧的熄灭。当发生短路故障时，其熔体窄部几乎同时溶化，形成数段电弧，同时残留的宽部受重力作用而下落，将电弧拉长变细；电弧高温的作用下，纤维管的内壁有少量纤维气化并分解为氢（占40）、二氧化碳（占50）和水汽（占10），这些气体都又很好的灭弧性能，加之熔管是封闭的，使其内部压力迅速增大，加速里电弧的去游离，从而使电弧迅速熄灭。所以，RM10型熔断器属限流型2RTO型低压有填料密闭管式熔断器这种熔断器主要由瓷熔管、栅状铜熔体和触头底座等部分组成，RTO型熔断器的栅状铜熔体具有引燃栅。由于它的等电位作用，可使熔体在短路电流通过时形成多根并联电弧。同时，熔体又具有变截面小孔，可使熔体在短路电流通过时又将长弧分割为多段短弧。而且电弧都是在石英中燃烧，可使电弧中的离子强烈地复合。此外，其熔体还具有“锡桥”，可利用其“冶金效应”来实现对较小的短路电流及负荷电流的保护。熔体熔断后，有红色的熔断指示器弹出，便于运行人员监视。因此，这种熔断器的灭弧断流能力很强，属于“限流”式熔断器。RTO型熔断器由于它的保护性能好、断流能力大，而越来越广泛地用于低压配电装置中，但是，它的熔体多为不可拆式。因此，在熔体熔断后整个熔断体报废，不够经济。当前最先进的低压熔断器是西门子生产的型高分断熔断器，符合145倍的脱扣规则。由于特性曲线离散范围仅为5，误差很小，所以，上下级电流选择性配合比可以达到1125，使配合非常容易，性能十分优越。而相应的断路器一般动作误差在20，选择性配合时上下级额定电流通常要差3级，即使是选择性能最好的NS型断路器，上下级断路器额定电流规格比要大于25，长延时脱扣之间比值要大于16。NH型熔断器的特点是分断能力大，保护精度高、占地小、发热低、经济性能好，分级细，品种齐全，在各种温度条件下都能保证特性曲线稳定不变，故可以用在选择性要求高的辐射式电网中，并可作进线断路器的后备保护。实际计算表明，在电缆接地故障采用过流保护时，电缆供电最大距离（半径）从满足5S内可靠分断的要求（GB5005495及IEC标准）出发，熔断器的供电最大距离要比断路器的大25倍，而且熔断器选择性的配合上也远比低压断路器理想。故NH型熔断器最适合保护负荷不大，但线路较长（二、三百米远），也适合作为二级配电的总开关和出线开关，特别适合中小型水利水电工程，负荷小而分散。即使是一些大型水利水电工程，像开关站，坝内供电、施工用电的负荷点也常常离供电变压器较远，若采用普通壳断路器，上下级选择性难以配合，单相短路的灵敏度往往不够，有时被迫要增加较复杂的零序保护或采用体积较大、价格较贵的带上段保护的框架式断路器，或带价格较贵的电子脱扣器的智能型塑壳断路器，此时改用型熔断器则既简单又经济，保护效果很好。53低压开关柜在七八十年代的厂用电设计时，为了使主盘上下级选择配合较好，主盘经常采用熔断器元件。后来随着断路器制造水平提高，逐渐全改用断路器了。但随着近年来低压熔断器和刀熔开关生产技术的突破进展，分散性得到控制，分断能力和额定接通电流有了较大提高，并解决防误操作的位置锁定剖恶性路器在低压盘中的一统天下避面也将会被打破，特别像西门子等高性能熔断路器，共误差特性和温度稳定性能均已超过了断路器，在配电长线路等特殊场合，性能优异的型熔断器或刀熔开关也将是低压盘内无元件选择的最佳方案。当前发展方向是数字集成化的智能化开关柜，使用带微处理器的数字智能功能模块或高级智能断路器，通过数据采集器（网卡）与中央主控机或计算机相连构成数字监控系统，并具有测量、保护、控制、显示、远方通讯等诸多功能。这里介绍两种型号的低压开关柜，一是主厂房外使用的GCKGCL型低压开关柜，二是主厂房内使用的低压开关柜（MNS型），两种均为低压抽屉式开关柜（1）GCKGCL系列柜GCK系列柜低压抽出式开关柜用于主厂房,PC容量较大选用GCK型，MCC容量较小选用GCL型。（一）使用环境（1）周围空气温度不高于40不低于5，在24H内平均温度不高于35（2）相对湿度在最高气温40时不超过50，在低温时有效高的相对湿度，如20时为9。（3）空气清洁，无腐蚀性及爆炸性气体，无导电及破坏绝缘的尘埃。（4）无显著摇动式冲击振动的场合，垂直安装倾斜度不应大于5。（5海波不高于1000M。（6）地震强度水平02G，考虑水平与垂直同时作用，正玄三周安全系数不小于167二）参数（1）额定电压380/220V（2）额定绝缘电压660V（3）母线动稳定电流PC柜105KA（峰值）；MCC柜63KA峰值）（4）母线热稳定电流PC柜50KAMCC柜30KA5母线最大持续电流PC柜4000A,MCC柜2500A选择单元、馈线单元垂直母线所能承受的额定短时耐受电流及额定峰值耐受电流不低于水平母线额定短时间内耐受电流和额定峰值耐受电流。（三）结构柜体由薄钢板冲压成形，是以20MM为模数的标准化设计，结构零件通用性强、机械强度高。柜体上部为主母线室，前部为电器室，后部为电缆出线室，室内有钢板或绝缘隔板，衣保证使用安全。机械连锁MCC柜抽屉小室的门与断路器或熔断器的操作手柄设有机械连锁，只有手柄在分断位置时门方能开启，以保证安全。机械连锁带有解锁装置，操作必要时通过解锁装置在带电情况下开启小门，检视抽屉内部。受电开关联络端开关及MCC柜的抽屉都具有三个位置，即接通、试验和断开位置。柜顶设有小母线，母线为8的钢棒，根数不少于18根，并贯穿整列开关柜。二、MNS系列柜（一）基本参数（1）额定工作电压308/220V。（2）额定绝缘电压660V。（3）主母线最大工作电流4700A。（4）主母线短时耐受电流100KA（有效值）（5）主母线短时峰值电流2055KA。（6）配电母线（垂直母线）最大工作电流100KA。（7）配电母线（垂直母线）短时峰值电流130KA。（8）防护等级IP30。二（结构）开关柜柜体基本结构是由C型型材组装而成，C型材是以E25MM为模数安装孔的钢板弯制而成，全部柜架及内层隔板都作为镀锌化处理，四周门板侧板则作喷漆涂覆。（1）安装保护系统每柜设有一块阻燃型的高密度聚氨脂塑料功能板，安装在主母线室与电器室之间，其作用为有效防止开关元件因故障引起的飞弧与母线之间短路造成的事故，采取了严密的隔离措施。（2）母线系统MNS开关柜可配置两组主母线，安装在开关柜的后部母线室。两组母线可分为安装在柜的后上部或下部，根据进线需要，上下两组母线可分别采用不同或相同截面的材料，二者可单独供电，也可并联供电，也可用做备用电源。配电母线（垂直母线）组装在阻燃塑料功能板中，即可防止电弧引起的放电，又能防止人体接触，通过特殊连接件与主母线连接。柜内设有独立的PE接地系统和N中性导体，贯穿整个装置，安装在柜前底部及左侧，各回路接地或接零可就近连接，框架结构全部采用自攻螺钉连接，具有较高的接地可靠性。（3）抽屉的电气和机械抽屉单元有可靠的机械连锁装置，通过操作手柄控制，具有明显的准备、合闸、试验、抽出和隔离位置。MNS系列柜在结构上与GCK系列柜具有相同的条件，具有一下优点（1）设计紧凑，以较小的空间容纳较多的功能单元。（2）结构通用性加强，组装灵活，以25MM模数的C型型材能满足各种结式。防护等级及使用环境的要求。（3）采用标准模块设计，可分别组成保护、操作、转换、控制、调节、测量、指示等标准单元。（4）技术性能高。（5）压缩场地，变化程度，可大大压缩储存和运输的场地。（6）装配方便，不需要特别复杂工具。第六章电力电缆电力电缆