发电厂电气部分(第五版)5123-7280苗世洪

发电厂电气部分（第五版）“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材中国电力出版社苗世洪朱永利主编发电厂电气部分本课件是为了配合“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《发电厂电气部分》的教学需要而制作的。本课件采用PowerPoint软件。本课件中所使用的章节号，公式、图及表的编号均与原书一致。课件中未覆盖带“*”号标记供选学的内容，特此说明。2016年4月前言发电厂电气部分第一章概述5～71第二章载流导体的发热和电动力72～126第三章灭弧原理及主要开关电器127～215第四章电气主接线及设计216～357第五章厂用电接线及设计358～470第六章导体和电气设备的原理与选择471～576第七章配电装置577～627目录发电厂电气部分第八章发电厂和变电站的控制与信号第九章同步发电机的运行第十章电力变压器的运行628～674675～710711～791发电厂电气部分第一节电力工业发展概况一、我国电力工业发展简况第一章概述1882年7月26日，上海电气公司在上海成立，安装了一台以蒸汽机带动的直流发电机，并正式发电，从电厂到外滩沿街架线，供给照明用电，这是我国的第一座火电厂。这与世界上第一座火电厂——于1875年建成的法国巴黎火车站电厂相距仅7年，与美国的第一座火电厂——旧金山实验电厂相距3年，与英国的第一座火电厂——伦敦霍尔蓬电厂同年建成，说明当年我国电力建设和世界强国差距并不大。发电厂电气部分从1882年7月上海第一台发电机组发电开始到1949年新中国成立，在60多年中经历了辛亥革命、土地革命、抗日战争和解放战争，这时期电力工业发展迟缓，全国发电设备的总装机容量184.86万kW（当时占世界第21位），年发电量仅43.1亿kW·h（当时占世界第25位），人均年占有发电量不足10kW·h。新中国成立后，电力工业有了很大的发展，尤其是1978年以后，改革开放、发展国民经济的正确决策和综合国力的提高，使电力工业取得了突飞猛进、举世瞩目的辉煌成就。到1995年末，全国年发电量已达到10000亿kW·h，仅次于美国而跃居世界第2位；全国发电设备总装机容量达2.1亿kW，当时居世界第3位。截至2013年底，全国发电装机容量达到12.5亿kW，首次超越美国位居世界第1位。从电力生产情况看，全年发电量达到5.35万亿kW·h，同比增长7.5%。全国火电机组供电标准煤耗321g/kW·h，提前实现国家节能减排“十二五”规划目标，煤电机组供电标准煤耗继续居世界先进水平。发电厂电气部分1972年建成了我国第一条超高压330kV输电线路，由甘肃刘家峡水电厂到陕西关中地区。2005年9月，我国第一个超高压750kV输变电工程（官厅至兰州东）正式投入运行，这是我国电力工业发展史上一个新的里程碑。2006年8月19日，我国特高压试验示范工程1000kV晋东南—南阳—荆门工程正式奠基。2014年7月，溪洛渡左岸—浙江金华±800kV特高压直流输电工程正式投运。该工程在世界上首次实现单回直流工程800万kW连续运行和840万kW过负荷输电运行，创造了超大容量直流输电的新纪录。目前，我国最大的火电机组容量为110万kW（新疆农六师煤电有限公司二期工程），最大的水电机组容量为80万kW（向家坝水电站），最大的核电机组容量为175万kW（台山核电站）；最大的火力发电厂装机容量为540万kW（内蒙古托克托电厂，8×60万+2×30万kW），最大的水力发电厂装机容量为2250万kW（三峡电厂，32×70万+2×5万kW），最大的核电发电厂装机容量为380万kW（大亚湾——岭澳核电站，2×90万+2×100万kW），最大的抽水蓄能厂装机容量为240万kW（广东抽水蓄能电厂，8×30万kW）。发电厂电气部分二、电力系统发展前景为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力系统的基本任务。节能减排，“一特四大”，实现高度自动化，西电东送，南北互供，发展联合电力系统，是我国电力工业的发展方向，也是一项全局性的庞大系统工程。为了实现这一目标，还有很多事要做，且依赖于各方面相关技术的全面进步。如下为相关的技术与目标。1.节能减排，世纪之约2.做好电力规划，加强电网建设3.电力工业现代化4.联合电力系统5.电力市场6.IT技术7.洁净煤发电技术8.绿色能源的开发和利用发电厂电气部分第二节发电厂类型一、电能与发电厂电能是由一次能源经加工转换而成的能源，称为二次能源。电能与其他形式的能源相比，其特点有：（1）电能可以大规模生产和远距离输送（2）电能方便转换和易于控制（3）损耗小（4）效率高（5）电能在使用时没有污染，噪声小总之，随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛地渗透到人类生活的每个层次。电气化在某种程度上成为现代化的同义语，电气化程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志。发电厂电气部分发电厂将各种一次能源转变成电能的工厂。按一次能源的不同发电厂分为：（1）火力发电厂（2）水力发电厂（3）核能发电厂（4）风力发电厂（5）地热发电厂（6）太阳能发电厂（7）潮汐发电厂发电厂电气部分二、火力发电厂（一）火电厂的分类按原动机分（1）凝汽式汽轮机发电厂（2）燃气轮机发电厂（3）内燃机发电厂（4）蒸汽-燃气轮机发电厂等。（1）燃煤发电厂（2）燃油发电厂（3）燃气发电厂（4）余热发电厂按燃料分发电厂电气部分按蒸汽压力和温度分（1）中低压发电厂，其蒸汽压力在3.92MPa、温度为450℃的发电厂，单机功率小于25MW（2）高压发电厂，其蒸汽压力一般为9.9MPa、温度为540℃的发电厂，单机功率小于100MW（3）超高压发电厂，其蒸汽压力一般为13.83MPa、温度为540/540℃的发电厂，单机功率小于200MW（4）亚临界压力发电厂，其蒸汽压力一般为16.77MPa、温度为540/540℃的发电厂，单机功率为300MW直至1000MW不等；发电厂电气部分（5）超临界压力发电厂，其蒸汽压力大于22.11MPa、温度为550/550℃的发电厂，机组功率为600MW、800MW及以上；（6）超超临界压力发电厂，其蒸汽压力为26.25MPa、温度为600/600℃的发电厂，机组功率为1000MW及以上；按输出能源分（1）凝汽式发电厂，即只向外供应电能的发电厂，其效率较低，只有30%~40%。（2）热电厂，即同时向外供应电能和热能的电厂，其效率较高，可达60%~70%。发电厂电气部分火力发电厂的生产过程概括地说是把煤炭中含有的化学能转变为电能的过程，如图1-1所示的凝气式电厂，整个生产过程可分为三个阶段：（1）燃烧系统：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，称为燃烧系统；（2）汽水系统：锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；（3）电气系统：超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，称为电气系统；（二）火电厂的电能生产过程发电厂电气部分“十一五”国家级规划教材图1-1凝汽式发电厂生产过程示意图发电厂电气部分1.燃烧系统燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成，其流程如图1-2所示。图1-2火电厂燃烧系统流程示意图发电厂电气部分燃烧系统包括如下子系统：（1）运煤系统。（2）磨煤系统。（3）燃烧系统。（4）风烟系统。（5）灰渣系统。2.汽水系统火电厂的汽水系统由锅炉、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1-3所示。发电厂电气部分图1-3火电厂汽水系统流程示意图发电厂电气部分3.电气系统发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等，如图1-4所示。图1-4火电厂电气系统流程示意图发电厂电气部分(三)火电厂的特点（1）布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）一次性建造投资少，单位容量的投资仅为同容量水电厂的一半左右。（3）耗煤量大。（4）动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。（5）燃煤发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时，并附加耗用大量燃料。（6）火电厂担负调峰、调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高。（7）火电厂的各种排放物（如烟气、灰渣和废水）对环境的污染较大。发电厂电气部分(四)火电厂对环境的影响及处理措施火电厂生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放和废水排放，其中烟气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气，这些一次污染物通过在大气中的迁移、转化生成二次污染物，会给环境造成很大的危害。处理措施：（1）废水：净化，回收再利用（2）烟气：除尘，脱硫（3）灰渣：综合利用发电厂电气部分(一)水电厂的分类1.按集中落差的方式分（1）堤坝式水电厂。在河流中落差较大的适宜地段拦河建坝，形成水库，将水积蓄起来，抬高上游水位，形成发电水头，这种开发模式称为堤坝式。由于水电厂厂房在水利枢纽中的位置不同，又分为坝后式和河床式两种型式。坝后式水电厂示意图如图1-6所示。河床式水电厂示意图如图1-7所示。三、水力发电厂发电厂电气部分图1-6坝后式水电厂示意图发电厂电气部分图1-7河床式水电厂示意图发电厂电气部分（2）引水式水电厂。由引水渠道造成水头，用于河床坡度较大的高水头中小型水电厂。图1-8引水式水电厂示意图发电厂电气部分（3）混合式水电厂。在适宜开发的河段拦河筑坝，坝上游河段的落差由坝集中，坝下游河段的落差由有压力引水道集中，而水电厂的水头则由这两部分落差共同形成，这种集中落差的方式称为混合开发模式，由此而修建的水电厂称为混合式水电厂，它兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。2.按径流调节的程度分（1）无调节水电厂。（2）有调节水电厂。根据水库对径流的调节程度，又可将水电厂分为：日调节水电厂，年调节水电厂和多年调节水电厂。发电厂电气部分(二)水电厂的特点（1）可综合利用水能资源。（2）发电成本低、效率高。（3）运行灵活。（4）水能可储蓄和调节。（5）水力发电不污染环境。（6）水电厂建设投资较大，工期较长。（7）发电不均衡。（8）给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度破坏自然界的生态平衡。发电厂电气部分(三)抽水蓄能电厂1.工作原理抽水蓄能电厂是以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。图1-9抽水蓄能电厂示意图发电厂电气部分2.抽水蓄能电厂在电力系统中的作用（1）调峰。（2）填谷。（3）事故备用。（4）调频。（5）调相。（6）黑启动。（7）蓄能。发电厂电气部分3.抽水蓄能电厂的效益（1）容量效益。（2）节能效益。（3）环保效益。（4）动态效益。（5）提高火电设备利用率。（6）对环境没有污染且可美化环境。发电厂电气部分（一）核电厂的分类1.压水堆核电厂图1-10所示为压水堆核电厂的示意图。整个系统分成两大部分，即一回路系统和二回路系统。一回路系统中压力为15MPa的高压水被冷却剂主泵送进反应堆，吸收燃料元件的释热后，进入蒸汽发生器下部的U形管内，将热量传给二回路的水，再返回冷却剂主泵入口，形成一个闭合回路。二回路系统的水在U形管外部流过，吸收一回路水的热量后沸腾，产生的蒸汽进入汽轮机的高压缸做功；高压缸的排汽经再热器再热提高温度后，再进入汽轮机的低压缸做功；膨胀做功后的蒸汽在凝汽器中被凝结成水，再送回蒸汽发生器，形成一个闭合回路。四、核能发电厂发电厂电气部分图1-10压水堆核电厂示意图发电厂电气部分2.沸水堆核电厂图1-11所示为沸水堆核电厂的示意图。在沸水堆核电厂中，堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器除去水分后直接送入汽轮机做功。在沸水堆核电厂中反应堆的功率主要由堆芯的含汽量来控制。图1-11沸水堆核电厂的示意图发电厂电气部分（二）核电厂的系统1.核岛的核蒸汽供应系统核蒸汽供应系统包括以下子系统：（1）一回路主系统，包括压水堆、冷却剂主泵、蒸汽发生器和稳压器等。（2）化学和容积控制系统。（3）余热排出系统，又称停堆冷却系统。（4）安全注射系统，又称