水电厂的厂用电与直流系统

水电厂的厂用电与直流系统

一、水电厂的厂用电

1.水电厂的厂用电概念

水电厂机电辅助设备用电及照明用电称为水电厂的厂用电

2.厂用电负荷由以下几部分组成

一类负荷：重要机械及监控、保护、自动装置等二次设备用电；允许电源中断的时间，仅为电源操作切换时间，它们停止工作后，会引起主机减少出力或停止发电，甚至可能使主机或辅助设备损坏。

对于水电厂的一类负荷，一般都设置两台以上相同的设备，其电源各自独立，当一台设备停电或故障后，另一台设备还可以正常工作，这样就不会因为一台设备故障而影响机组的安全生产。因此，对于大中型水轮发电机组的机旁动力盘，一般都分成两段，各段电源相互独立，而且两段电源之间还装设有备用电源自动投入装置，两段电源互为备用，以提高供电的可靠性。

二类负荷：次重要机械它们停止工作后，一般不会影响水电站机组的出力，可由运行人员采取措施使它们恢复工作。允许短时停电数十分钟，但必须设法恢复。

三类负荷：不重要机械，允许较长时间停电，当它们停止工作后，可以较长时间进行修理以恢复工作，不会影响水电站的运行。

水电厂厂用电系统的作用是能够保证各类负荷的正常供电，在事故时能保证一类负荷的供电，来满足水电厂安全、经济、稳定运行的需要。

3、水电厂对厂用电接线的基本要求

水电厂厂用电供电可靠性的高低，将直接影响到安全生产的好坏。为了保证厂用电的连续、可靠供电，厂用电应满足下列基本要求：

(1)．安全可靠，运行灵活

厂用电接线方式和电源容量应能适应正常供电、事故时备用等方面的要求，同时还应满足切换操作的方便。一旦发生事故时，应能尽量缩小事故范围，并能将备用电源及设备及时地投入，发生全厂停电时，应能尽快地从系统中取得供电电源。

(2)．投资少，运行费用低，接线简单、清晰

在考虑安全可靠的同时，还必须注意到它的经济性。因为不必要的相互连接，过多的备用设备和备用电源，不但会造成基建投资费用的浪费和运行费用的增加，而且还将使厂用电接线复杂、运行操作繁琐、增加设备的故障机会和维修工作量等。

(3)．分段设置，互为备用

对于大中型水电厂，其厂用母线应分段运行，每一段母线上应有独立的工作电源和备用电源，并装设备用电源自动投入装置，以防在一段母线发生事故时，导致厂用电全部消失的事故。．

(4)．与电气主接线的关系

厂用电接线应根据电气主接线的方式来考虑，尤其是高压厂用备用电源的引接问题。厂用电接线对有无厂外系统电源以及电厂在电力系统中所处的地位等应

做统一考虑。

(5)．整体性

厂用电接线要考虑到电厂分期建设、连续施工等情况。对全厂性的公用负荷，要结合远景全面规划、统一安排、便于过渡。对扩建工作，应充分注意到原厂用电系统的特点，做到厂用电系统的整体性。

4.厂用电电源的种类

①由主发电机通过厂用变压器或电抗器给厂用电系统供电。

②装设独立的厂用电电源

③有些电厂为保证泄水建筑物能可靠供电，还设有柴油发电机组作为紧急

备用电源。

④从系统中引入电源作为水电厂的厂用电或事故备用电源，即外来电源。

5.了解厂用电系统常见的两种备用方式

①暗备接线方式

没有明显断开备用电源，只是几个工作电源之间互为备用的接线方式，称为暗备用接线方式。

②明用接线方式

正常情况下，有明显断开备用电源的接线方式称为明备用接线方式；

6.备用电源自动投人装置(AAT)

(1)备用电源自动投入装置概念

备用电源自动投入装置就是当工作电源因故障断开后，能自动、迅速地将备用电源投人工作或将用户切换到备用电源上，使负荷不至于停电的一种装置。

(2)备用电源方式分类

明备用接线方式正常情况下，有明显断开备用电源的接线方式称为明备用接线方式；

暗备用接线方式没有明显断开备用电源，只是几个工作电源之间互为备用的接线方式，称为暗备用接线方式。

(3)AAT装置应该满足下列基本要求

ⅰ.工作母线电压无论因何种原因消失时，AAT装置均应启动，使备用电源自动投入，以确保不问断地对负荷供电；

ⅱ.电源断开后，备用电源才能投入。为了防止将备用电源投入到故障元件上，而造成事故扩大；

ⅲ.AT只应动作一次。AAT只应动作一次。由于只有在工作母线发生永久性故障的情况下，才会引起备用电源投入后，继电器保护动作将备用电源断开。而这种情况下，AAT再次动作成功的希望很小，反而可能因系统受到多次冲击而扩大事故。

ⅳ.动作应迅速。保证在躲过电弧去游离时间的前提下，尽可能快地投入备用电源。

ⅴ.在电压互感器二次侧熔断器熔断时，不应误动作，因为此时工作母线并未失去电压。

ⅵ.备用电源无压时AAT装置置应不动作。

ⅶ.运行方式应灵活。在一个电源同时作为几个工作电源的备用电源的情

况下，当备用电源已替代某一工作电源后，若其他工作电源又被断开，AAT 仍应动作；

为满足上述基本要求，AAT装置一般由启动、自动合闸两部分组成。启动部分的作用是，当母线因各种原因失去电压时，断开工作电源；自动合闸部分的作用是，在工作电源断开后，将备用电源断路器投人。

7.厂用配电装置

低压开关电器，通常是指工作电压在交流l000V或直流1200V及以下，用来切断或接通电路的电器。常用的有闸刀开关、自动空气开关、接触器和磁力启动器等。

(1).闸刀开关’

闸刀开关利用拉长电弧来灭弧，是最简单的低压开关电器，用来作为接通、切断小电流电路和很小容量的电动机全电压启动的开关电器，还可配合自动空气开关来隔离电压。

闸刀开关只能手动操作，用做开关电器时必须配合熔断器，在发生短路故障或过负荷时，由熔断器自动切断电路。

(2).自动空气开关

自动空气开关是一种可以用手动或电动分、合闸，而且在电路过负荷或欠电压时能自动分闸的低压开关电器。可用作非频繁操作的出线开关或电动机的电源开关。

(3).接触器

接触器是一种可供远距离操作和自动控制，而且可以进行频繁操作的低压开关电器。

(4).磁力启动器

磁力启动器由三极交流接触器和两个热继电器(串接在两相中)组合而成，它主要用作直接启动的鼠笼式感应电动机的远方控制设备。在过负荷时，其中的热继电器加热元件在电流作用下加热双金属片，使之弯曲，热继电器触点分离，使接触器电磁线圈断电而释放，电动机停止运行。磁力启动器可以保护电动机过负荷。

(5).厂用高压开关电器

厂用电系统中，用于3～lOkV电压等级的开关称为厂用高压开关。

根据其能否移开的特性可分为：①移开式小车开关，②固定式开关；

根据其灭磁介质的不同可分为：①少油断路器②真空断路器③sF6断路器。

由于移开式小车开关在移开后有明显的断开点，所以不用配置隔离开关；且当移开式小车开关损坏后，只需将相同参数的备用小车开关插人即可恢复使用。

(4)厂用电动机的运行

分类：①高压电动机--额定电压为6kV、3kV；

②低压电动机--额定电压为220V／380V；

a．电动机的允许温度和温升

电动机在运行中，温度和温升不允许超过允许值，否则影响电动机的寿命（绝缘）乃至损坏电动机，

b．电动机运行时，电压与频率的允许变化范围

电动机在运行中规定了电压、频率的允许变化范围。当频率在额定值时，电动机可以在95％。ll0％U。范围内运行，其额定出力不变。

频率的变化，将会导致电动机的转速和转矩变化，对电动机的运行及其产品质量都会带来危害，因此在正常运行中，必须保持频率在规定的允许范围内。c.电动机振动值及窜动值的允许范围

电动机在设计、制造和安装不良情况下，会造成电压不对称或机械不平衡，导致振动发生。振动严重时不仅会使电动机机械部分的零件疲劳断裂，而且会增加电动机的发热和磨损，影响电动机的使用寿命，所以对电动机振动值也必须加强监视。

8.异步电动机的启动特点

(1).启动电流大

启动瞬间，由于定子旋转磁场以很高的速度切割转子导体，使其感应很高的电动势和产生很大的电流，以便使转子旋转起来，这时电动机的定子电流即为启动电流，一般为电动机额定电流的4—7倍。会引起厂用母线电压显著下降，这样就会对接在同一母线上的电动机的运行状态造成不良影响。

一般电动机不易频繁启动，特别是大容量电动机，较大的启动电流，对电机本身造成热量积累，这不仅增加了能量损耗，而且使电动机的绝缘因过热而加速老化，缩短了电动机的使用寿命，严重时甚至烧毁电动机。为此规定，在正常情况下，允许在冷态下连续启动2～3次，在热态下连续启动l～2次，在事故处理时，可以视具体情况多启动1次。

(2).启动转矩小

启动转矩小，因此应尽可能采取有效措施，增加启动转矩。如绕线式电动机启动时，在转子绕组中串人启动电阻，就是为了限制启动电流和增加启动转矩。

9.异步电动机的启动方法

(1).直接启动。在启动时，电动机的定子三相绕组通过断路器等设备接到三相电源上，一合断路器就会加上全电压而使电动机转动。

(2).降压启动。由于直接启动时，电动机的启动电流大，因此采用降压启动方式来减少启动电流。例如用Y，d(△)转换来启动定子绕组为d形接线的鼠笼电动机，当电动机启动时，先将定子接成Y形，在电动机达到稳定转速时，再改接成d形。因为采用Y接线时，每相定子绕组的电压只有d形接线的l／√3，因而Y接线启动时，线路电流仅为d形接线的l／3，这样，就达到了降压启动的目的。

(3).无触点启动。利用晶闸管的导通或截止来完成电路的接通或分断，没有触点的机械动作，故称为无触点开关电器。

无触点开关电器的优点是：a.在工作时不产生电弧，没有触头熔焊、磨损等现象，所以寿命长，工作可靠，几乎不需要维修，b.操作时无噪声、振动和弧光，

无触点开关本身控制功率极小，保护功能齐全，保护特性容易整定等；c.除了能完成电路的通、断外，还能提供其他功能，如电动机的软启动、调速、再生制动等功能。

无触点开关的缺点是：a.导通后管压降大，可达1．2v，当工作电流大时，功率损耗和发热量大，要求散热面积大，因此体积比有触点开关电器的体积大得多；

b.过负荷和耐过电压能力较差，其性能受温度影响较大；

c.关断时有漏电流，不能实现理想的电隔离；④价格太高，抗干扰能力较差等。

10.电动机的异常运行及其事故处理

电动机在运行中，经常会出现一些不正常的现象，如电动机声音异常或有焦臭味、电动机振动、过负荷、轴承和绕组温度升高、电动机电流增大及转速变化等，这些异常虽然不会使电动机保护动作跳闸，但已影响到电动机的安全运行。当发现上述现象时，值班人员应仔细观察所发生的现象，判断故障原因，必要时立即汇报值长，经联系切换运行方式，将电动机停用，进行检查。

(1)．电动机缺相运行

现象:电流表指示上升或为零(如果正好安装电流表的一相发生断线时，电流表指示为零)；电动机本体温度升高，同时振动增大、声音异常。

处理。立即启动备用设备，停止故障电动机运行，通知值长派人进行检查。在处理故障时，应首先判断是电动机电源缺相还是电动机定子回路故障。

(2)．电动机本体发热

电动机在运行中发现本体温度和温升比正常情况显著上升，且电流增大时，值班员应迅速查找原因，并按下述原则进行处理：

(检查所带机械部分有无故障(是否有摩擦或卡涩现象)，负载是否增大，通风系统有无故障,各相电流是否平衡，判断是定子绕组故障还是缺相运行，定子铁芯故障引起的温度升高,根据情况，停机处理。

(3)．电动机发生振动，超过规定允许值范围

振动可能有以下原因：

电动机与所带动机械的中心对得不正；②电动机转子不平衡；③电动机轴承损坏，使转子与定子铁芯或绕组相摩擦(即扫膛现象)；④电动机的基础强度不够或地脚螺丝松动；⑤电动机缺相运行等。

二、厂用直流系统

1.了解厂用直流系统接线图；

2.了解厂用电及直流在水电厂中的重要性以及用途；

⑴重要性

电池组提供的电源电压平稳、保护动作可靠，特别是厂用电消失后，蓄电池组仍能够短时正常供电，所以绝大多数水电厂都设有直流供电系统。

⑵用途

电厂的直流电源一般是由蓄电池组提供的，直流电源主要作为操作、保护、信号、逆变、事故照明和机组的初始励磁等的电源。

3.蓄电池的种类和形式

根据蓄电池的电极和电解液所用的物质不同，可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。

蓄电池的串联个数决定于直流系统电源的工作电压，如220、110、48、24V等。

阀控式密封铅酸蓄电池将蓄电池全部封存起来，在运行当中不用添加液体和减少气体的排放机会，采用智能巡检对蓄电池进行智能控制，选择合适的时间对蓄电池进行充电，从而减少蓄电池过充电和欠充电，所以其故障机会大为减少，使用寿命也得以提高。

4.掌握充电装置的几种运行方式；

⑴．浮充电方式

使蓄电池经常与浮充电设备并列运行，浮充电设备除供给经常负荷外，还不断以较小的电流给蓄电池充电，以补充蓄电池的自放电。

⑵.主充方式

蓄电池的端电压低于某一定值时(一般为初次充电时)，充电装置提供一个较大的恒定电流向电池充电，当蓄电池组的电压升高至一定值时，充电装置转入均充电过程，电压稳定后再转入浮充电过程。

主充电状态时，蓄电池组必须与其所带的直流负荷脱开，否则过高的输出直流电压将烧坏直流负载。

⑶．均衡充电(均充)方式

蓄电池大量放电后进行高速充电的一种运行方式，主要在交流失电后，蓄电池在不中断负载供电的情况下大量放电后，快速地将蓄电池的能量补充至规定能量，也可在蓄电池长期运行中，在蓄电池需要外充电时，不退出蓄电池运行的一种工作状态。

5.熟悉直流系统的绝缘监察装置的作用

5.1绝缘监察装置的作用

用来监视直流系统绝缘状况的装置称为直流绝缘监察装置。在直流系统内发生一点接地时，整个直流系统虽能继续工作，但一点接地故障时的长期运行是危险的。

如图3．13所示，当一点(如a点)接地后，如果再在另一点(如b点)发生接地则形成

图3一l3直流操作回路两点接地引起断路器误动作示意图

K-继电器：K0M-保护出口中间继电器；QF一断路器

两点接地，保护出口中间继电器的触点被短接，将引起断路器QF的跳闸而造成停电事故。为防止由于两点接地可能引起的误跳闸，必须在直流系统中装设绝缘监察装置。比如，在220V直流系统中，当任一极对地的绝缘下降到一定数值(一

般为15～20m)时，该监察装置应发出灯光和音响信号。

5.2微机型直流绝缘监察装置

绝缘监察装置一般有继电式和微机型的绝缘监察装置。

微机型直流绝缘监察装置工作原理：

装置采用支路差流检测原理，即装置用支路绝缘传感器穿套在各支路的正、负极出线上。支路绝缘正常时，穿过传感器的直流分量大小相等，方向相反，即，，由此产生的磁场之和也为零。当支路绝缘下降到一定范围或发生接地故障时，此时，即此时支路出现一差流，对应这一差流，由

支路传感器有一对应差流信号输出，将信号送入，经微机运算处理后，数字显示，就可得到支路编号、接地极性、接地电阻值，并发出接地信号。

在大、中型水电厂中，一般都设有两套以上的直流系统，并且直流系统的运行方式均采用分段运行，所以每一段直流母线上都要装设一套绝缘监察装置，并且在几段直流母线联络运行时，也只能投入一套常规继电式绝缘监察装置，否则会误发接地信号(微机型全投入)。

更重要的是常规继电式绝缘监察装置只能判明直流系统是否接地，而不能确切的指明接地的支路，而微机型直流绝缘监察装置能克服上述缺点，为直流系统接地的判断和处理提供方便。

6.分段运行的直流系统并列操作注意事项

直流系统一般都分两段运行，设有两套蓄电池组，当任意一组蓄电池停用前，必须先将两组直流母线并列运行后，然后才能停用一组蓄电池，严禁充电装置单独带负荷运行，并且并列后常规继电式绝缘监察装置只投人一套(微机式的应全部投入)。

7.直流系统一点接地的故障处理

出现直流一点接地信号后，虽然直流系统还能继续运行，但是应尽快查找接地点，并加以清除，以防直流两点接地，引起保护的误动或拒动。对于装有微机型直流绝缘监察装置的直流系统，因为其接地支路都能检测出来，所以检修人员只要查找该支路即可，因此其处理比较简单。但是对只装有继电式绝缘监察装置的水电厂，其直流接地故障的原因查找原则如下：

(1)对直流系统进行电压检测，以判明故障点发生在正极母线还是负极母线。

(2)对于装有两套以上直流供电装置且直流母线是分多段运行的水电厂，首先应将接地组的直流供电装置所带负荷倒至另一套直流供电装置，以判断接地点发生在电源侧还是负荷侧。如果是电源侧接地，则其所带负荷暂由另一套装置供电；如果是负荷侧接地，则将负荷仍倒至接地组直流装置供电，以减小接地故障的影响范围。

(3)按照“母线分段查找和先切不重要负荷后切重要负荷”的原则进行逐一查找。

(4)选切保护与操作直流时，应征得调度的同意，并做好事故预想，

(5)接地点检查出来后，应通知检修人员尽快处理。