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　　大家知道，发电厂只有当它的辅助系统正常运行时才能生产电力。一旦这些辅助设备的电源消失，机组就有可能停下来，甚至可能遭受损坏。厂用电系统的投资，一般只占电厂总投资的5%～10%以下。但是，由于机组长期停役而引起的非直接性投资，主要设备的维修费用，以及使用备用电源所增加的成本，这些额外的附加投资，可能会超过厂用电系统的总投资。

　　规划和设计厂用电系统时，必须充分意识到它在电厂生产中的重要地位，并尽可能设计出安全、可靠、运行灵活的厂用电系统。设计过程中，技术层面上必须考虑一定的广度，如广泛收集同类型机组的运行经验和各种现场记录，以使设计上所暴露出的问题，在新的设计中不再重犯。

　　2 初步设计考虑的因素

　　在设计厂用电系统时，必须考虑影响机组设计和运行的各种主要因素，并可将它规定为设计准则。设计准则如何归类，随不同的设计者而异。对设计准则应该进行细化，以便设计中具体运用。以下给出的一些设计准则，只不过是一些具体的例子而已。

　　2.1 安全性

　　强调安全性对厂用电设计是非常重要的。厂用设备必须满足行业标准和规范的要求，对于有可能给电厂人员和公共场所带来危害的那些不安全因素，就必须认真考虑并尽量避免。以下是对安全性方面考虑的几个例子：

　　(1)在正常和应急情况下，当所有发电机组均不运行时，应具备照明、通讯、加热、通风、控制电源、电梯、润滑、安保以及安全停机负荷等所需要的电源。这可以由不间断电源系统、其他交流电源(如应急柴油发电机)，或直流电源来完成，取决于负荷的重要性和负荷的特性。

　　(2)电源和重要负荷应分配在机组的不同厂用母线上，以便任何一段母线或电源故障时，不影响机组安全停机。

　　(3)所有电气设备的外壳，应永久牢固地与电厂接地网直接连接。

　　2.2 可靠性

　　机组如果没有足够的厂用辅助设备作支撑，则就不能发挥正常的效能。因此，厂用系统的可靠性，将直接影响到机组和电厂的性能。厂用电源局部或全部中断，可能使机组出力减少，甚至造成停机，设计上应尽量避免出现这种情况。所设计的厂用电系统，应具有一定的备用容量，备用电源应使运行部份的停电影响最小。系统设计应使运行设备故障或系统中断期间，发生功能失灵的情况最少。下面，列举一些可靠性设计准则：

　　(1)一个起动电源故障，不应妨碍任一台机组起动或停机。

　　(2)当机组单元厂变中的某一台退出运行时，该机组仍能满负荷运行。

　　厂用电系统的可靠性，应与机组在系统中的重要性、行业标准规范以及管理等要求相一致。

　　2.3 投资成本

　　运行费用、厂用电系统和相关设备的维修费用，是影响设计的关键因素。在设备的整个寿命期内，用于安装、运行、可扩建性(expandability)和维修的费用，应将其作为确定每个设计方案总投资的一部分。

　　虽然很难对可扩建性和为远景预留容量进行投资估算，但却是十分重要的。因远景增加负荷可能需要花费很高的投资来改造原来的系统和设备。

　　2.4 运行

　　厂用电系统运行灵活、简单，有助于提高系统的可靠性。采用直接放射系统最简单，但为了提高可靠性，可以考虑将不同母线相互联络。通常，厂用母线相互联络以后，会增加切换操作的复杂性，增加保护方面的投资。同时，还容易引起误操作，造成设备损坏或停机事故。

　　有时为片面追求可靠性，往往采用备用加备用，使整个系统变得非常复杂，而实际运行效果却并不理想。因此，应根据实际的运行效果来确定系统的可靠性。

　　下面，列举厂用电设计是否可靠的运行判据：

　　(1)正常运行时，机组厂用负荷由支接在发电机主引出母线上的变压器(即单元厂变)

　　供电。

　　(2)继电保护具有隔离系统故障的功能，并使运行系统中被切除的电气元件最少。

　　2.5 设备应用

　　厂用设备的选择和应用，应符合行业的设备应用导则、制造标准和安全性准则。为确保安全、经济和可靠，应根据设备应用导则和标准的推荐意见来选择和使用设备。厂用设备的许多主要部件的价格比较贵，因此，设备的应用和保护是同等重要的。以下是用于设备应用的设计

　　准则实例：

　　(1)厂用电系统的稳态电压调整，应不超过行业标准的规定。

　　(2)任一台大容量电动机起动时的电压降，应不妨碍电动机的起动，或引起电动机的损坏。该电压降不应使接在同一电源上的其他运行负荷失去功能，如造成运行电动机堵转，或者引起继电器或接触器释放。

　　(3)变压器阻抗应与开关柜的额定参数相匹配。故障电流应按最大负荷、变压器一次侧电压为最高和系统电源阻抗最小，且所有变压器的阻抗为负误差考虑。

　　(4)电动机的额定功率，应与被拖动负载的要求相匹配。

　　(5)任何电动机应能在85%电动机额定电压下加速它的负载。当然，也可以规定比85%更低的电压。但这样规定，可以增加确定其他参数时的灵活性，如变压器阻抗。

　　2.6 维修

　　厂用电系统设计应考虑预防性维修的措施。在设备布置上，应考虑设备的检查、搬运、拆卸、维修，工作场所应具有足够的照明、通风和人身安全设施。

　　在某些情况下，对于一些特别重要的厂用辅助设备，为不影响主机发电，设置备用辅机是十分必要的。在设计厂用电系统时，应配合工艺专业对此进行必要的性能和投资分析。

　　2.7 可扩建性

　　在电厂寿命期内，由于环境保护、改善电厂的运行效率、安全性、可靠性，以及其他运行条件的改变，可能需要增加厂用负荷。在最初的设计中，应考虑增加远景负荷的可能性。实用上，可以有两种做法：一种是根据实际可行的最大储备容量来组建系统，即按最大短路电流和电压调整极限，来选择变压器的容量;另一种是根据远景所需的开关柜、变压器和其他设备来设计厂用电系统。但后者往往会引起投资增加。

　　以下是对可扩建性方面的设计准则实例：

　　(1)根据装设烟气脱硫和其他环保装置来进行整个设计。

　　(2)对单元厂变和起动/备用变压器，应具有指定的备用容量。

　　(3)对单元厂变和起动/备用变压器，应具有将来加装强迫冷却装置的措施，以进一步提高变压器的容量。

　　(4)开关柜应具有指定的备用柜数量。

　　(5)在布置上应预留将新增变压器接到发电机主引出母线上的位置，并尽可能预留起动/备用电源架空线的位置。

　　3 一般的设计程序

　　在设计阶段，如果对一些普遍存在的问题、设计理念、设计原则以及运行方式等，与业主一起进行讨论并达成共识，就能使设计出的厂用电系统更加可靠、灵活和经济，更能符合运行要求。上面已说明了厂用电设计需考虑的一些主要因素，而其一般的设计程序如图3—1所示。遵循科学合理的设计程序，无疑对确保设计质量是很有帮助的。下面，按图3—1的程序，对它们进行比较详细的讨论。

　　3.1 负荷分析

　　在厂用电系统设计的初始阶段，要进行厂用负荷的分析。向这些负荷供电的电气系统的容量和可用性，应与这些负荷的功能和重要性相一致。在设计初始阶段，要想获得确切的负荷资料是很困难的。此时，可参考以往类似工程来估算。负荷分析应考虑下列内容：

　　(1)布置。电缆长度、特殊负荷的要求，以及厂用母线和设备的布置位置。

　　(2)负荷水平。如应取得额定功率、功率因数、负荷的需用系数等资料，以确定电源回路和设备的额定容量。

　　(3)负荷特性。即可能影响设计的负荷和它的运行方式，如双速电动机的低速起动，要求切换运行、互为备用的负荷数量，机组的起动负荷和停机负荷，变频驱动系统的谐波影响等。

　　3.2 设计方案及其优化

　　3.2.1 总的要求

　　根据建立的设汁准则，对所有可以接受的设计方案和接线都应进行优化。通过方案比较找出最优方案。通常，最优方案应符合下列原则：

　　(1)运行经验。现有电厂的设计和运行经验，对拟制新的厂用电系统设计方案，是非常有用的参考资料。借鉴投运电厂的设计运行经验，可以基本杜绝再次发生同类设计缺陷。根据已有的运行资料，可获得预期负荷的需用系数，母线电压调整，特殊的切换性能等。

　　(2)可接受的行业标准。对接线方案的评估，应符合可接受的行业标准。事实上，这些标准已成为电厂设计、设备制造、电厂运行之间相互沟通的平台。

　　3.2.2 对各段厂用母线分配负荷

　　对各段厂用母线进行负荷分配时，一般遵循以下原则：

　　(1)对机组具有相同功能的重复负荷，如双套辅机：引风机、送风机等，应具有单独的电源回路，并至少由两段母线供电。这样，当任一个电源回路或厂用母线失电或跳闸时，机组能够继续运行(即使减少出力)，或者使机械系统的暂态过程最短。

　　(2)应平衡各段厂用母线上的短路电流和负荷，以减少设备额定参数的品种，有利于减小系统的损耗，简化设备的设汁。

　　(3)应将大容量电动机，分配在机组的不同厂用母线上，以便比较好的平衡母线故障电流水平。此外，如将比较大的电动机接在一个电源回路和母线上(如美国4.16kV电动机母线)，则其余的电源回路和母线，有可能采用额定参数比较低的开关柜。

　　(4)对于特殊用途的重要负荷，应由具有两个分开和独立电源的电源回路和母线供电。这些负荷馈线的布置位置，也影响着整个母线和负荷的配置，以确保任何一个电源回路故障，不致造成其他电源回路的故障。

　　(5)必须分散谐波源，如变频调速驱动系统，以减小任何一段母线上的谐波失真。并应考虑谐波电压和电流失真对系统设备的影响，如电动机、继电器、仪表、控制、发电机等。

　　3.2.3 确定电压等级

　　设计阶段要对各种电压等级进行评估，以确定最好的电压等级。需要分析考虑的主要因素有：

　　(1)总的母线负荷;

　　(2)必须考虑的短路状况;

　　(3)稳态电压调整;

　　(4)电动机的起动电压降;

　　(5)经济性;

　　(6)电缆截面。

　　3.2.4 拟制接线方案

　　厂用电电压等级确定后，就可拟制接线方案。对某一厂用电系统，可能有几种可选的接线方案。

　　图3-2为典型的厂用电系统，它具有机组电源和起动/备用电源两个电源。机组厂用母线的主电源由单元厂变(简称UAT)供电，单元厂变支接在发电机断路器和主变压器(简称UT)之间。机组还必须具有起动电源，如装设发电机出口断路器的话，可以通过起动/备用变压器(简称SST)或主变压器提供。这个起动/备用电源也可用作备用电源，在异常运行情况下，也可向电厂的辅助设备供电。SST的一次侧与高压电源系统连接，其连接点在电气上有可能靠近或远离主变压器高压侧。

　　机组低压配电装置由降压变压器、母线和断路器组合而成。负荷中心也是由类似的设备组成，但不可能将它们集中布置在一起，而只能分散布置在各个负荷中心区域。电动机控制中心通过组合式起动器和塑壳断路器，向小容量电动机和其他负荷供电。在机组低压配电装置处，向电动机控制中心供电的回路上装设一台电源断路器。而在电动机控制中心端电源进线回路上可以装设断路器，也可以不装。当电动机控制中心远离机组低压配电装置时，一般在MCC电源进线回路上装设断路器(或隔离开关)，使就地具有与电源隔离的装置，这是维修期间出于安全性的需要。

　　3.3 方案评估

　　一个好的设计，往往是从几个方案中比选出来的。除比较投资成本以外，还有一些影响方案选择的其他因素。

　　3.3.1 初步投资分析

　　方案设计完成以后，通常根据详细设计准则，按“先易后难”的原则来筛选、减少方案数量，如比较容量、规格或大小等。实践表明，先按投资成本来筛选方案，往往是比较有效的方法。

　　3.3.2 可靠性

　　分析可靠性指标的数学方法，可以用来确定相关的可靠性水平。可靠性分析应包括单一故障、多重故障准则的系统性能评价。不仅研究这种故障的概率，还应确定对厂用系统的影响。对故障频率、故障模式、停电时间和检修时间等都应进行评估。系统可按承受单一故障、双重故障或多重故障，并维持预定的系统功能来设计。国外，随着评估方法和可靠性数据库的改进，采用数学的可靠性分析，已成为研究的一个标准步骤。

　　如果不采用数学分析来评估可靠性，则只能依靠某些主观的评估。此时应确定系统中的重要项目，并注意其相关的可靠性。这样，或许可以根据不同的可靠性要求来安排某些权重，以有助于选择比较好的方案。

　　3.3.3 灵活性

　　厂用电系统需具有高度的运行灵活性，以适应各种运行方式和应对今后可能发生的设计变化。因此，应认真研究设备额定参数的富余度，预留的设备布置位置，以及应对预期负荷增长的能力等。

　　3.3.4 维修

　　维修主要是电厂人员的职责，但设计时可以采取某些措施，以改进系统的可靠性。例如，设计上要考虑在机组运行的情况下，对某些负荷进行维修的可能。为此，对这些负荷可以考虑一定的备用，或者替换这些负荷的供电电源。在采购厂用设备时，应考虑与其相关系统的维护要求。而这些信息，也会影响到电厂备品备件的采购策略。

　　3.3.5 可扩建性

　　运行经验表明，在运行过程中，由于负荷的变动和增长，不可避免地要进行扩建。引起负荷增加的原因主要有：

　　(1)机械负荷比预计的要大;

　　(2)输煤或除灰设施的修改;

　　(3)效率和可用性的改进;

　　(4)机组循环的要求(如锅炉给水泵由汽动泵改为电动泵);

　　(5)环境保护——如电气除尘器、烟气脱硫和脱硝等设备。

　　因此，对如何应对今后负荷的变化，设计上要提出很好的建议。设计中到底要留多少富余量，取决于设计经验，且随不同的公司而异。例如，一些公司对未来负荷增长按X%考虑，确定未来负荷增长的接受能力(X)，与投资成本和系统修改可能性等因素有关。

　　3.3.6 完成详细的设计计算

　　通过设计计算，对照设计准则，对每个设计方案进行全面的技术分析和比较。计算项目应包括短路电流、持续电流、稳态电压调整，以及电动机起动期间的暂态电压降等。一旦最终设计被选定，通过详细计算规定设备的特性，如变压器的额定容量和阻抗，断路器的额定参数等。并将这些计算结果，汇入设备技术规范书。

　　3.3.7 详细的投资成本分析

　　需要分析的投资成本要素有许多，并有几种适用的经济评估方法。而这些评估技术不属于本文讨论的范围，可以参考专门的著作或资料。

　　评估投资成本主要包括投资、维修和运行成本。需要注意，维修成本和运行成本是两种不同性质的费用。维修成本与每年的维修、系统设备部件的更换有关;运行成本与电能损耗和备用电源占用情况有关。这些个别的投资成本要素，各自影响着设计方案的整体经济评价。

　　3.3.8 方案选择

　　对所有设计方案，经过可靠性、灵活性、维修、可扩建性，以及投资成本等方面的评估以后，就可以选择最终的设计方案。

　　3.4 编制设备技术规范书

　　最终设计方案选定以后，就可以根据被选方案的详细设计计算书，编写设备技术规范书。应将计算书中规定的所有要求和任何特殊要求，全部写到技术规范书内，例如制造厂必须满足的操作循环。

　　3.5 评定投标书

　　对投标书的详细评定过程，不属于本文讨论的范围，但这是整个设计过程中不可缺少的一个组成部分。尽管评标方法可以有很大的差别，但其最终的评定结果将体现评标的技巧和水平。

　　3.6 重新检查并最终确定设计

　　厂用电设备一旦被指定和采购，制造厂就可提供有关设备的设计资料。此时，应根据设备的设计资料重新检查设计，以确定是否存在可能对厂用电设计产生影响的某些设备变化。例如大电动机的起动电流，可能超出技术规范书的要求。一般来讲，重大的变化是很少的，但设计者应根据可能发生的变化，认真检查设计并最终确定设计。这一点，也是目前设计中容易忽视而比较薄弱的环节。

　　4 起动/备用变压器的连接

　　国外，发电厂起动/备用电源的连接是由用户确定的，一般不属于电厂设计范围。如果起动/备用电源由电网变电所引接，则其接入方式与变电所的接线有关，要考虑电力系统稳定、可靠、运行、维护和投资成本等因素。图4-1～4-6为常用的接线(1)当然，还可以有其他的接线。

　　这种接线也许是所有接线中最简单的接线。继电保护简单和投资成本省，但这是以牺牲可靠性为代价的。任意一条线路的断路器故障，或者母线故障，都会引起电厂和输电线路停电。

　　对于这种接线，SST直接接在输电母线上，没有经过断路器。当与SST连接的母线或线路断路器故障时，就会引起SST失电。

　　SST也可通过断路器接到输电母线上，以便SST故障时能将它切除，不影响其他回路的运行。但这样会使投资增加。

　　SST占用单独的间隔，以防止线路故障对它的影响，除非发生断路器故障。不占用单独SST间隔的环形接线，势必会受到与它连接的线路故障的影响，但其投资省，因不需要增加布置断路器的位置，占地也少。

　　两种接线均存在一个问题，当一台断路器退出检修时，一旦发生故障，母线就会解列，可能使SST与电厂机组隔离，由于系统解列点的相角差，有可能使SST不能自动切换。

　　断路器接线(图4—4)

　　这种接线的可靠性比环形接线高，对于某些故障，断路器故障不会引起SST跳闸。SST占用或不占用单独的间隔，这两种接线均是可以采用的。但SST与输电线路连接在一起(图4—4b)的经济性，必须结合输电线路的停电情况进行评估。

　　断路器接线(图4-5)

　　这种接线的可靠性程度，与断跌器接线相似。对两种接线的选用，均要进行评估。

　　图4-6简单表明了降压技术，也就是将系统电源与厂用母线连接的技术，这在超高压系统中是经常会碰到的。如降压变压器的电压变比可行的话，采用一级降压最简单，也是最常用的方法。

　　随着国内电力体制的变化，起动/备用变压器的用电计费办法也发生了相应的变化，这也影响到起动/备用电源的引接方式。

　　5　单元厂变的连接

　　图5-1～5—8，列举了一些可能的单元厂变的接线，也是美国电站设计中采用的接线(1)。习惯上，大多数发电机采用单元制接线，但不能认为这些例子已包括所有的接线，而仅是为了说明美国电站厂用电系统的基本设计理念。

　　(1) 三绕组厂用变压器，具有两级厂用电压和公用厂用母线(图5-1)

　　(a)一级降压 (b)自耦变压器降压 (c)两级降压

　　UAT和SST的绕组额定容量和阻抗，可以相同也可以不同。如果每台机组采用两台UAT，通常这两台UAT的额定容量和阻抗是相同的。SST的主要功能是起/停机组，或者当UAT因故退出运行时，作为它的替代电源。因此，SST的额定容量应满足起动负荷和替代单元厂变的要求，一般按后者选择。图5—1中，公用母线由SST供电，而公用母线向数台机组或全厂公用负荷供电。SST还可作为其他机组的起动/备用电源，如图中的虚线(至#2机组)所示。这种接线，因两台机组只有一台SST，会失去某些运行灵活性，如不能同时起动两台机组，或只能作为一台故障UAT的备用。但该接线具有经济上的优点，因它的投资比较省。

　　(2)三绕组厂用变压器(具有分裂厂用母线，图5-2)

　　UAT的每个二次绕组与两段厂用母线连接，称为分裂厂用母线(split auxiliaries bus，俗称裤衩接线)，而不是仅与一段母线相连，其余与图5—1十分相似。这种接线的优点是，每段额定电流比较小，对某些故障具有附加的隔离作用，如一段母线系统故障，另一段母线还可保持继续运行。缺点是母线和断路器的数量比较多，需要增加配电装置的面积，布置上比较困难，它的投资也相对较高。但某些设备采用比较低的额定电流以后，其价格也可低一些，就可以抵消一部分附加投资成本。

　　(3)双绕组厂用变压器(具有分裂厂用母线，图5-3)

　　将图5—2中的三绕组变压器，换成两台双绕组变压器，就成为图5—3。这种接线的明显缺点是，在相同的厂用负荷条件下，增加了投资成本。因两台双绕组变压器的价格，总要比一台三绕组变压器高。但是，由于采用双绕组变压器，使整个厂用电系统的可用性，比图5一2的接线有所改善。

　　(4)两台三绕组厂用变压器(具有两级厂用电压，图5—4)

　　相对而言，这种接线的规模比较大，可以用于大容量机组的厂用电系统。变压器每个绕组的额定容量、阻抗和电压是不同的。为了改善电压调整和设备的开断能力，采用两个电压等级。容量比较大的电动机，连接到比较高的电压母线上;而对比较小的电动机，选择更为经济、比较低的电压等级。

　　(5)双绕组变压器(具有两级厂用电压，设中间厂用变压器和公用厂用母线，图5-5)

　　这种接线用的不多，但可以用于向多台机组供电的大型系统。每台机组装设一台双绕组单元厂变，其二次侧采用裤衩接线带两段13.8kV母线，并通过13.8kV/4.16kV的中间厂用变压器，向4.16kV配电装置供电。13.8kV母线向大电动机供电，比较小的电动机由4.16kV母线供电。

　　需要注意的是，备用电源也可由其他机组通过适当的切换提供。公用母线向所有机组公用的负荷供电。这种接线的缺点是系统比较复杂。从这里也可以看出，具有多重电源的系统，可能成为一个复杂的系统。经济上的优点和整个系统的可靠性，与这种接线的具体应用有关。

　　(6)三绕组单元厂变(SST为自耦变的△绕组，分裂厂用母线，两级厂用电压，图5—6)

　　这种接线与采用三绕组单元厂变的接线相似。每台机组采用一台三绕组单元厂变，每个低压绕组采用裤衩接线带两段母线，即13.8kV绕组带两段母线，4.16kV绕组带两段母线。13. 8kV的SST电源，直接由系统自耦变压器的第三绕组(△)提供。而4.16kV的SST电源，由SST通过13.8kV/4.16kV的中问变压器提供，如图5—6所示。

　　如果以系统自耦变压器的第三绕组作为起动/备用电源，则故障几率会增加，并要考虑厂用电系统对电力系统运行带来的影响。这样，可能会使两个系统的运行可靠性降低。

　　(7)三绕组单元厂变，装设发电机出口负荷开关或断路器(不设SST，图5-7)

　　这种接线的明显特点是，发电机出口装设负荷开关或断路器，作为发电机与系统的并网开关。打开发电机出口负荷开关或断路器，可由系统通过主变压器UT和单元厂变UAT，向机组厂用母线供电起动机组，而不需要装设起动/备用变压器。省略SST以后，也就不需要进行由SST向UAT的同期切换操作。

　　装设发电机出口装设负荷开关或断路器以后，如果省略SST，为了解决厂用备用电源，需要将相邻机组的厂用电系统互相联络，构成互为备用的接线，如图5—7所示。但这种接线，开关柜的额定参数可能比较高，也有可能需要增加UAT的容量。当然，也可采用将相邻机组的厂用母线互联的接线。

　　(8)仅由SST供给厂用电源(不设UAT，图5-8)

　　实际上，这种接线是将SST与UAT“合二为一”，不单独装设单元厂变，机组厂用电源直接由SST供给。这样，全厂SST的数量可能会增加，由于不同机组的厂用母线互相联络，接线复杂，厂用开关设备的额定参数也有可能提高。主变压器UT的容量，必须满足发电机输出额定容量，而不再是发电机容量减去厂用电负荷。在评估这种接线时，应考虑附加的损耗成本，如主变压器损耗的增加，支付电网的用电费用;变压器占用的空间，其中包括高压断路器间隔、进线位置等。图5—8中，一台发电机组配备两台半容量的主变压器，这对提高运行可靠性是有利的。

　　在国外燃机电厂中可以看到这种接线，然而，在国内厂网分开和新的计费办法下，这种接线是很难实施的，因运行费用昂贵。

　　6　输电系统和发电单元的考虑(1)(3)

　　6.1 输电系统

　　6.1.1 电压变化范围

　　在确定起动/备用变压器SST的电压调整要求时，SST一次侧的最高和最低预期电压是必不可少的数据。这些预期电压数据，可从系统规划部门获得。为了获得更加精确的具有代表性的数据，所采用的负荷潮流应包括电厂使用的负荷。如果忽略电厂使用的负荷，则必须由输电系统计算电压调整。确定最低电压的条件为：系统电压最低，系统阻抗最大和电厂使用负荷最大。确定最高电压的条件为：系统电压最高，系统阻抗最小和电厂使用负荷最小。

　　在确定起动/备用变压器SST的阻抗和分接头要求时，上述分析是十分重要的。电压变化大，可能需要采用带负荷调压，或者变压器的热负荷极限要比它们的最高额定值低。此外，应考虑变压器的过激磁极限，特别是当使用的分接头电压低于止常电压时，更应注意变压器的过激磁问题。

　　6.1.2 输电系统的短路阻抗

　　为了研究电厂使用电压的调整范围，一般以短路阻抗后的电压源来表示电力系统。通过研究线路和机组的停电组合，可以获得最大和最小系统短路阻抗。通常，这项任务是由计算机短路程序完成的。当输电系统电压最高和它的阻抗最小时，由系统提供的短路电流最大。而起动/备用变压器SST，仅是系统的一个元件，改变它的阻抗可以限制由输电系统供出的故障电流。因此，在给定电厂使用负荷的情况下，变压器分接头的整定，系统电压，系统短路阻抗，厂用母线的额定短路参数，所需变压器的阻抗等均可以确定。当然，这个阻抗还必须满足电压调整的要求。

　　6.1.3 相序和相角差

　　如所周知，在三相电力系统中，相序表示三个电压，相对于一个固定参考点，到达其正的最大值的次序。将两个独立设备或电力系统互相连接时，两者的相序必须相同。处理对相序敏感的设备时，需要特别注意相序问题，如电动机、发电机(正确的转向)、变压器(正确的相移位、接线组别)、某些保护继电器等。因此，设计一个新系统或修改现有的供电系统时，必须认真考虑系统和设备的相序，以及下面将要讨论的相角差。

　　当厂用电源由SST切换到UAT，或反方向切换时，由于机组和电厂电源之间的相角差，对设备可能造成严重的工作条件，如变压器、电动机和断路器。相角差在本质上，既属于稳态又属于暂态。厂用电源的暂态相角差，可能由电力系统的扰动引起的，更多的是发生在由UAT向SST自动切换时。引起UAT和SST之间的稳态相角差的主要原因有：

　　(1)发电单元和SST虽然可能布置在同一个电厂中，但可能连接在两个不同电气点的输电系统上。例如主变压器UT与500kV连接，SST与115kV连接。这两台变压器可能通过一台自耦变压器或降压变压器，连接在发电单元上;或者它们可能仅凭借互联的输电系统连接在一起。在最差的潮流情况下，发电单元和SST之间的最大相角差，由系统专业通过运行潮流分析确定。因为这个相角不可能调整为零，因此电力系统设计和所采购的设备，应能忍受已被确定的最大相角。

　　(2)对由变压器绕组连接(即Y-△，△-Z等)引起的相角差，也必须进行检查。两个系统如采用并列切换，两个电源之间的相角差必须是零。即便是放射的系统，当将这些系统意外地互相连接时，或者增加某些自动转换方式时，维持零相角差也是很好的做法。需要注意，这可能要采用非标准接线的变压器。图6—1是相位图，列举了正确和不准确连接的具体例子。

　　6.2 发电机

　　(1)额定容量

　　发电机组的额定容量，对厂用系统设计有着直接的影响。一般，主发电机容量越大，它的厂用负荷也越大。以前，燃煤机组的厂用负荷消耗约占发电机输出的5%～8%。然而，在严格的环境保护法律下，厂用负荷迅速增长，某些燃煤机组的厂用负荷消耗，已经上升到发电机额定容量的10%～12%。厂用系统容量的增大，也使得厂用电系统的设计更加复杂。

　　随着机组额定容量的增加，要求机组的可靠性也应相应增加。这是因为：

　　(a)大容量机组带基本负荷;

　　(b)机组的初始投资和能源的置换成本非常高。

　　(2)额定电压

　　按照发电机标准，发电机应在95%～105%额定电压范围内，成功运行在额定容量(kVA)、额定频率和功率因数，但不需要满足按照额定电压时建立的标准运行性能。这就意味着与发电机主母线连接的厂用电源系统，应允许发电机母线电压有±5%的摆动。

　　假如发电机运行电压的变化范围确是±5%，则势必需要增加厂用母线的数量，以减小母线电压波动范围，或采用有载调压变压器。另一种做法是，确定所需的发电机母线电压的摆动，这就需要研究主变压器的电压调整、分接头整定、电力系统的无功要求、输电系统的电压分布，并要研究这些参数与机组辅助设备、电厂运行和负荷中心变压器分接头整定的配合。因为主变压器的电压调整，与电网运行电压水平、发电机的无功出力、变压器的阻抗等因素有关。

　　实际上，随着电网容量和储备容量的增大，以及电网网架结构的日益加强，发电机运行电压压日趋稳定，它的变化范围是比较小的。许多机组的电压摆动仅±2%左右。

　　6.3 机组的接线

　　首先，要决定是否采用发电机出口断路器或负荷开关。这个决定不能仅仅依靠厂用电源的要求，但它终究对厂用电系统设计有很大的影响。采用发电机断路器和发电机负荷开关的最明显的影响是，有可能省略或减少起动/备用变压器SST。在保留SST的情况下，可将它作为第三个厂用电源。在没有装设SST时，当机组起动或与此相类似的条件下，厂用系统可通过主变压器供电，而备用电源由相邻机组提供。因此，由系统电源向厂用系统供电， 荷潮流要经过两台变压器，即主变压器UT和单元厂变UAT，电压调整和由系统提供的短路 电流，取决于有关输电系统的强度和UT分接头的整定。通常，UT的分接头是根据输电系统的运行来整定的，而并不是根据厂用电源要求整定的。

　　6.4 起动/备用变压器STT的连接

　　SST的连接要求，主要受下列因素的影响：

　　(1)输电系统的标称电压

　　通常，输电系统电源电压大于等于115kV。起动/备用电源是否需要经过中间变换，取决于输电系统的标称电压，以及降压变压器将它直接降到厂用电电压的可行性、可靠性。举例来说，输电系统电压为500kV，假如制造厂不接受采用一级降压，则先将电压降为中间电压，如115 kV或220kV，而后再将它降为厂用电电压。此外，采用现有自耦变压器的第三绕组作为起动/备用电源，也可作为另一种选择。

　　(2)变压器的型式

　　变压器的型式是采用三绕组还是双绕组，会影响到具体的设计，这与各个电力公司的没计和运行经验有关。例如有些电力公司，习惯于在三绕组变压器上平衡绕组负荷，此时，二次侧电压只有一种选择，这种三绕组变压器就是分裂变压器。根据这个限制条件，对具有两种厂用电压等级的系统，就需要采用双绕组变压器。而其他电力公司，成功地采用了三绕组变压器，该变压器的两个低压绕组的负荷和电压均不相同。

　　影响设计的其他因素是变压器的阻抗误差。按美国标准，三绕组和双绕组变压器的阻抗误差分别为10%和7.5%，我们国家均是10%。变压器阻抗误差上的差别，有时对厂用电系统初步设计阶段的影响非常大。

　　在最初设计阶段，厂用变压器精确的阻抗是个未知数。为了计算变压器的阻抗，在计算短路电流和电压调整时，要适当考虑制造厂的阻抗误差。在某些设计条件下，阻抗误差相差2. 5%，就可能成为影响设计的一个关键因素，它的具体数值，影响到厂用设备额定参数的选择，限制它的值有时是很有必要的。

　　6.5 变压器的工作条件

　　UAT和SST经受着特殊的工作条件，它们可能会遭受到同期冲击，厂用辅助设备切换引起的大冲击电流，大电动机起动等。由于UAT与发电机主母线连接，如果没有装设发电机断路器，因不能将UAT与发电机隔离，则可能会遭受严重的穿越故障。因此，必须考虑由励磁系统，特别是无刷励磁系统，引起发电机故障电流的衰减过程。另外，UAT还会受到过大的电压比周率值(即V/Hz)，这是由发电机不正常的电压和上升速度，或满载发电机突然甩负荷引起的。

　　对这些特殊运行条件应进行量化，并将它写入变压器技术规范书。

　　7 交流不间断电源系统(UPS)(1)

　　图7-1为典型UPS(自带蓄电池)的接线示意图。UPS是一个成套装置，其中包括充电器、

　　蓄电池、逆变器、静态旁路开关(或称静态开关)和手动旁路开关。蓄电池和充电器向逆变器提供直流电源，再由逆变器将它转换成交流电源。静态开关装在逆变器的输出回路。当逆变器输出消失或功能丧失时，静态开关将负荷切换到备用交流电源。有时，备用交流电源回路具有一台调压变压器，以保证按负荷需要调整电压。UPS始终与备用交流电源保持同步。上述切换可以在数毫秒内完成，对负荷的影响可以忽略不计。当UPS退出维修时，通常采用手动旁路开关，将负荷连接到备用交流电源。典型的手动旁路开关为“先合后分”型。