发电厂电气部分 第1、2章

发电厂电气部分第一章能源和发电第一节能源和电能•能源分类(1)一次及二次能源(2)常规及新能源(3)可再生及非再生能源•我国的能源资源•电能•发电厂一次能源及二次能源一次能源指自然界中现成存在，可直接取得和利用而又不改变其基本形态的能源，例如煤、石油、天然气、水能、风能等。二次能源指由一次能源经加工转换成的另一种形态的能源，例如电力、蒸汽、煤气、焦炭、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。常规及新能源常规能源指在一定的历史时期和科学技术水平下，已经被人们广泛利用的能源。例如：煤、石油、天然气、水能等新能源指许多古老的能源，采用先进的方法加以广泛利用，以及用新发展的技术开发的能源。例如：太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、氢能等。在我国核能因为从被利用程度看还远不能和已有的常规能源相比通常也被看作新能源，此外，核能利用技术非常复杂，可控核聚变反应至今还未实现，这也是将核能视为新能源的主要原因之一。可再生及非再生能源可再生能源指自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源。例如：水能、风能、太阳能、海洋能、生物质能等。非再生能源指随人类的利用而越来越少，总有枯竭之时的能源。例如：煤、石油、天然气、核燃料等我国的能源资源（1）1、煤炭资源：按探明可采储量看位居世界第三位，但人均占有量低（人均占有量约为234．4t，而世界人均占有量为312．7t，美国人均占有量更高达1045t）。2、水能资源：不论是蕴藏量（6.76亿kw），还是可能开发量（3.78亿kw，年发电量1.92x104亿kw.h）在世界各国中均居第一位。3、石油资源：截至2002年年底，石油累计探明可采储量63.95亿吨居世界第12位，人均石油剩余可采储量1.87吨，相当于世界人均水平的7.8%，属“贫油大国”。我国的能源资源（2）4、天然气资源：可采储量居世界第17位，仅相当于世界人均水平的5%，属于名副其实的“贫气大国”。5、核能资源：可供4000万KW核电厂运行30年（2006年已投780万KW，2020年可达4000万KW）电能电能是二次能源电能优点：①易于由其它形式的能转化成为②便于远距离输送（输电线路、电缆③集中、分配自由，易控制④速度快（30万km/s），能量大，能做到快速停送电发电厂发电厂——将各种一次能源转变成电能的工厂。按所利用一次能源的不同分为：①火力发电厂（以煤、石油和天然气为燃料）②水力发电厂（以水的位能作动力）③核能发电厂（核燃料在反应堆中链式反应产生热能）④风力发电厂⑤地热发电厂⑥太阳能发电厂⑦潮汐能发电厂此外，还有直接将热能转换成电能的磁流体发电。目前，我国以火力发电厂为主，其发电量占全国总发电量70％以上，多处大型水力发电厂正在加紧建设中。核能发电厂的建设也已取得了重大成绩。第二节火力发电厂一、火电厂的分类(1)按燃料：分为燃煤、燃油、燃气、余热发电厂。(2)按蒸汽压力和温度：分为中低压、高压、超高压、亚临界、超临界发电厂。(3)按原动机：分为凝汽式汽轮机、燃气轮机、内燃机、蒸气－燃气轮机发电厂。(4)按输出能源：分为凝汽式发电厂、热电厂。(5)按发电厂总装机容量的多少：分为小容量、中容量、大中容量、大容量发电厂。二、火电厂的电能生产过程（1）能量转换过程：化学能→热能→机械能→电能生产过程中的三个系统：燃烧系统汽水系统电气系统凝汽式火电厂电能生产过程如图1一1所示。二、火电厂的电能生产过程（2）燃烧系统：将燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽。由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成，其流程如图1一2所示。二、火电厂的电能生产过程（3）•汽水系统：将锅炉产生的蒸汽引进输入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，把热能转变为机械能。由锅炉、汽轮机，凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统，如图1一3所示二、火电厂的电能生产过程（4）电气系统：由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能。包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等，如图1一4所示。三、火电厂的特点（与水电厂相比较）参见教材P17，可归纳如下：（1）布局灵活，装机容量可按需决定。（2）一次性建造投资少，建造工期短。（3）单位电量发电成本比水电厂高出若干倍。（4）动力设备繁多，机组控制操作复杂，厂用电量、运行人员多于水电厂，运行费用高。（5）机组开启、带满负荷耗时长，附加燃料损耗大。（6）不宜担负调峰、调频或事故备用。（7）对空气和环境的污染大。火电厂的污染第三节水力发电厂（1）水能→机械能→电能一、水电厂的分类1.按集中落差的方式分：（1）堤坝式（又可分为坝后式，河床式）（2）引水式（3）混合式2、按径流可调节的程度分：（1）无调节水电厂（2）有调节水电厂第三节水力发电厂（2）二、水电厂特点优点：①生产过程简单（设备简单，易于实现自动化，机组启动快）；②污染小（不用燃料，无排放）；③发电成本低（不高于同容量火电厂的1/4）；④可借助水库调节、储存水能缺点：①建设投资大；②工期长；③受气候；④水文条件影响大，分丰水期和枯水期。三峡左岸大坝全景图三、抽水蓄能电厂1.工作原理2.抽水蓄能电厂在电力系统中的作用调峰、填谷、备用、调频、调相3.优点具有除“发电成本低”这一点之外的，水电厂的所有优点。浙江安吉天荒坪抽水蓄能电站上游水库我国的水电世界之最长江三峡工程是世界上最大的水电站（总装机容量为：23x700MW＝18200MW）广州抽水蓄能电站是世界最大的抽水蓄能电站（总装机容量为240万kW）西藏的羊卓雍湖水电站是世界上海拔最高的电站第四节核能发电厂（1）利用铀(或钚）在反应堆核裂变产生热能变能过程：热能→（汽轮机）机械能→电能特点：a.核燃料用量小，储存方便、安全，比较适合于长期、大量储存。对于一座功率为百万千瓦级的电厂，如果使用煤燃料，则每年需消耗300万t左右；而如果使用核燃料，则每年仅需25t3%～4%的低浓铀。由此可见，对于同样规模的电厂，核燃料和化石燃料所需的运输和储存量相差10万倍!b.燃烧时不需要空气助燃c.容量越大越经济d.有放射性污染大亚湾核电站全景第四节核能发电厂（2）核电厂分类：可分为：压水堆核电厂（图1－10），沸水堆核电厂（图1－11）核电厂的系统主要系统（以压水堆核电厂为例）：1.核岛的核蒸汽供应系统2.核岛的辅助系统3.常规岛的系统核电厂的运行第二章发电厂、变电站的电气部分本章主要内容电力系统及发电厂基本概念发电、变电、输电电气设备分类300MW、600MW机组的电气部分高压交流输变电及其电气部分高压直流输电简介第一节基本概念（1）电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户动力系统=电力系统+动力装置电力网=变电所+送电线路+用户第一节基本概念（2）变电所分类依其用于升或降压分为：升压变电所、降压变电所。根据其在电力系统中的地位分为：枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所。电力线路分类分为：输电线路、配电线路第一节基本概念（3）发、变、输电的电气部分＝电气接线＋电气设备电气设备分类根据电气设备的电压高低、电流大小、作用不同分类为：一次设备直接与发配电电路相连接的高压设备。二次设备对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备。一次设备（1）进行能量转换的设备：发电机G、变压器T、电动机M。（2）接通和开断电路的开关设备：断路器QF、隔离开关QS、熔断器FU、负荷开关。（3）交换电路电气量，隔离高压的设备：电压互感器PT、电流互感器CT。（4）限制电流和防止过电压的设备：电抗器、避雷器等。（5）载流导体：如传输电能的裸导体、电缆等，它们按设计的要求，将有关电气设备连接起来。（6）接地装置：无论是电力系统中性点的工作接地，还是保护人身安全的保护接地，均同埋人地中的接地装置相连。二次设备继电器、信号装置——用于反映不正常工作状态仪表、示波器、录波器——用于测量电气参数的设备控制开关，同期及自动装置——用于手动控制及自动装置控制电缆、小母线、连接线——用于连接电路的导体电气接线电气接线——各种电气设备依其电力生产中的作用、功能等要求连接成的电路。电气主接线——由一次设备，如发电机、变压器、断路器等，按预期生产流程所连成的电路（又称为一次主回路，一次主接线）二次接线——由二次设备所连成的电路（或称二次回路）配电装置配电装置——根据电气主接线的连接方式和要求，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组建而成的总体电气装置。是一次主回路的实际、具体的体现。配电装置分类按电气设备装设地点不同可分为：屋内配电装置；屋外配电装置。室内配电盘110KV变电站室外配电装置某110KV变电站的主变压器及高压侧引线低压侧接封闭母线的500KV主变压器安装着的火电厂500KV升压站罐式SF6断路器SF6全封闭组合电气SF6全封闭组合电气电气接线图电气接线图——用规定的图形、文字符号描述电气设备，按一次（二次）电路的实际连接而绘制出的电路图。主接线图的图种：①简图（单线，不画出互感器、避雷器）②全图（总体单线、局部三线，详细标注出各电气设备的拘束参数）③方案示意图（简化表示隔离开关QS）常见一次图的图形、文字符号，请参见图2－1电气主接线简图第二节发电厂的电气部分一、300MW发电机组电气部分1．电气主接线300MW发电机组，采用发电机一变压器组单元接线，如图2-2所示。单机容量为300MW的发电机，由于额定电流很大，发电机引出口～主变、厂用分支均采用全连式分相封闭母线。其中：主回路、厂用分支封闭母线参数参见教材P30～P31300MW发电机组电气主接线特点：(1)发电机与主变压器的连接采用发电机一变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔离开关。(2)在主变压器低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电。(3)在发电机出口侧，通过高压熔断器接有三组电压互感器和一组避雷器。(4)在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器4只。(5)发电机中性点接有中性点接地变压器。(6)高压厂用变压器高压侧，每相装有电流互感器4只。全连分相封闭母线的优点采用全连分相封闭母线，与敞露母线相比，具有以下优点：(1)供电可靠能有效地防止绝缘遭受灰尘、潮气等污秽和外物造成的短路。(2)运行安全由于母线封闭在外壳内，且外壳接地，使工作人员不会触及带电导体。(3)减小母线电动力和母线周围钢构件的发热由于外壳的屏蔽作用，母线电动力大大减少，而且基本消除了母线周围钢构件的发热。(4)运行维护工作量小2．主要电气设备（1）发电机（2）主变压器（3）高压厂用变压器（4）电压互感器（5）高压熔断器（6）电流互感器（7）发电机中性点接地变压器（提供高接地阻抗，用来限制电容电流）各电气设备的参数参见教材P31。二、600MW发电机组电气部分1．电气主接线600MW发电机组，采用发电机一变压器单元接线，如图2-3所示。单机容量为600MW的发电机，由于额定电流为19245A，采用全连分相封闭母线。600MW发电机组电气主接线特点(1)发电机与主变压器的连接采用发电机一变压器组单元接线,发电机和主变压器之间没有断路器和隔离开关。(2)主变压器采用三个单相双绕组变压器接成三相组，低压侧绕组接成三角形，高压侧绕组接成星形。(3)厂用电源引接用一台高压厂用变压器（低压绕组双分裂），引自主变压器低压侧接，供给厂用电。各主要电气设备的作用、特点、参数（2）(4)发电机出口侧，接有二组电压互感器，一组避雷器和一组电容器(5)在发电机出口侧和中性点侧，每相装有电流互感器3只。(6)发电机中性点接有中性点接地变压器。(7)高压厂用变压器高压侧和低压侧每相装有电流互感器2只。(8)主变压器高压侧引出线每相装有电流互感器3只。2．主要电气设备（1）发电机（2）主变压器（3）高压厂用变压器（4）电压互感器（5）电流互感器（6）发电机中性点接地变压器（提供高接地阻抗，用来限制电容电流）•注意电气设备与300MW发电机组之间的差别。*