《發(fā)電廠電氣部分》(G)

1、發(fā)電廠電氣部分2013下期本課程學習內容第一章 能源與發(fā)電第二章 發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第三章 常用計算的基本理論和方法第四章 電氣主接線及設計第五章 廠用電接線及設計第六章 導體和電氣設備的原理及選擇第七章 配電裝置第八章 發(fā)電廠和變電站的控制與信號第九章同步發(fā)電機和電力變壓器的運行本課程的目的和任務 通過課堂講授、多媒體教學、課外作業(yè)、課外自學及發(fā)電廠和變電所認識實習等教學環(huán)節(jié)，使學生了解現(xiàn)代大型發(fā)電廠的電能生產過程及特點；掌握發(fā)電廠和變電所電氣主系統(tǒng)及高壓電器的工作原理及應用，發(fā)電廠和變電所的控制與信號原理。 培養(yǎng)學生分析和解決發(fā)電廠及變電所電氣部分技術問題的基本專業(yè)素質，掌握電氣主

2、系統(tǒng)的一般設計方法。第一章 能源和發(fā)電1.1 緒論1.2 能源和電能1.3 火力發(fā)電廠1.4 水力發(fā)電廠1.5 核能發(fā)電廠1.1 緒 論一、我國電力工業(yè)發(fā)展概況1.裝機容量、發(fā)電量迅速增長 統(tǒng)計數(shù)據(jù)從1882年國內第一臺直流發(fā)電機開始，解放前裝機容量不足185萬kW至2006年裝機容量達到到6億kW ，期間經歷了多階段的跨越式發(fā)展。年份裝機容量(萬kW)裝機容量在國際排位年發(fā)電量（億kWh）年發(fā)電量在國際排位備注1949185214325建國前67年196011929594-裝機容量突破1000萬kW19871029054973-裝機容量突破1億199521722410069-裝機容量突破2億

3、1996236542107942基本解決全國性缺電局面2000319322136852裝機容量突破3億2004440702218702裝機容量突破4億2005517182249752裝機容量突破5億2006622002283442裝機容量突破6億表1-1我國各階段電力發(fā)展情況表 2005年 500 GW 2004年 400 GW2000年 300 GW1995年 200 GW1987年 100GW1978年57.1GW1949年1,850MW中 國 發(fā) 電 裝 機 容 量 變 化2007年底： 71329萬千瓦（7.133億千瓦）2008年底： 79253萬千瓦（7.93億千瓦）2009年底：

4、 87407 萬千瓦（8.74億千瓦）2.電網的建設有較大發(fā)展1971年以前：我國大陸電網最高電壓等級為220kV；1972年：建成第一條330kV輸電線路（劉家峽陜西關中，534km）；1981年：建成第一條500kV輸電線路（河南平頂山武漢，595km）；1989年：建成第一條500kV直流輸電線路（葛洲壩上海，1046km）；2005年：建成第一條750kV輸電線路（青海官亭甘肅蘭州東，146km）；2006年：我國首條1000kV特高壓輸電線路開關站在河南南陽奠基（晉東南南陽荊門，654km ）。3.電力設備的制造水平大大提高我國最大的地熱電站：西藏羊八井第一、二地熱電站總裝機容量2.

5、518萬KW；我國最大的風電場：內蒙古赤峰賽罕壩風電場總裝機容量17萬KW。第二大風電場是新疆達坂城風電場，其總裝機容量14萬KW；我國最大的潮汐電站：浙江省江廈潮汐電站總裝機容量3200KW；我國最大的垃圾焚燒電廠：上海浦東垃圾焚燒電廠總裝機容量1.7萬KW。內蒙古赤峰賽罕壩風電場新疆達坂城風電場江廈潮汐電站 2005年10月24日廣州首座垃圾電廠啟用，日處理千噸垃圾發(fā)電。 垃圾倒進“垃圾儲蓄坑”，然后送去焚燒發(fā)電 中央控制室（1）電源結構不盡合理：水電、核電及新能源發(fā)電比重偏小。（2）電網建設與電源建設不協(xié)調，供電可靠性偏低：我國電力建設長期以來“重發(fā)輕供”的情況十分突出。部分電網網架結構

6、不夠堅強，出現(xiàn)窩電和缺電并存的現(xiàn)象；配電網仍不能滿足用電需求增長的需要；供電可靠性偏低。（3）人均擁有裝機容量和人均占有發(fā)電量較低：目前我國人均擁有裝機容量和人均占有發(fā)電量不到世界平均水平的一半，約為發(fā)達國家的1/6和1/10。（4）技術經濟指標平均水平不高：火電廠平均發(fā)電煤耗、供電煤耗、廠用電率、電網線損率等仍較高。（5）火電廠的污染物排放量高：火電廠的二氧化硫、氮氧化物和大量粉塵的排放尚未得到有效控制。（6）發(fā)供電設備質量問題較多，性能欠佳。二、差距三、發(fā)展規(guī)劃1.大力發(fā)展水電 水能資源是可再生的清潔能源；在電力系統(tǒng)中，有一定比例的水電裝機容量對系統(tǒng)調峰和安全經濟運行極為有利；水電站的發(fā)電

7、成本低，水庫可以綜合利用。 發(fā)達國家水電的平均開發(fā)度已在60以上。我國水電裝機容量居世界第2位，但僅開發(fā)了少部分，水電裝機容量比例偏低。我國水電之最世界最大的水電站： 長江三峽電站世界最大的抽水蓄能電站： 廣州抽水蓄能電站世界海拔最高的電站： 西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站三峽電站廣州抽水蓄能電站2.優(yōu)化發(fā)展火電 火電廠的廠址不受限制，建設周期短，能較快發(fā)揮效益。建設一批大容量、高參數(shù)、環(huán)保型機組，并優(yōu)化電源布局；淘汰一批不符合節(jié)能環(huán)保標準的小火電機組，實行上大壓小、降低能源消耗、減少污染排放，并把壓小作為上大的前提。東莞沙角C電廠2號汽輪發(fā)電機組3.積極發(fā)展核電 我國目前已經形成了浙江秦山、廣東大

8、亞灣和江蘇田灣等6個核電基地，擁有11臺核電機組、約900多萬KW的裝機容量。 距世界水平仍有很大差距，目前全球核電占電能的比平均為17%，已有17個國家核電在本國發(fā)電量中的比重超過25%，而我國核發(fā)電量占總量不到2%，遠不到世界平均水平，更遠遠低于法國85%、美國20%的水平。 核電在沿海地區(qū)是發(fā)展的必由之路，主要是在沿海一次能源短缺的廣東、福建、浙江、江蘇、遼寧、山東等省建設一批單機百萬千瓦級的核電站；同時也探索在內地發(fā)展核電，主是在江西、湖南、安徽、吉林等省建設核電站。 至2020年，中國核電裝機容量規(guī)劃要達到4000萬KW，約占整個電力裝機容量的4%。秦山核電站江蘇田灣核電站4.重點發(fā)

9、展電網，形成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電網 推進 “西電東送、南北互供、全國聯(lián)網”的發(fā)展戰(zhàn)略，建設多個1000KV交流工程、800KV直流工程。到2020年底，我國將建成覆蓋華北、華中、華東地區(qū)的特高壓交流同步電網，建成15個特高壓直流工程；建設多個500KV交流工程、500KV直流工程。 隨著三峽電站及其輸變電工程建設的完成，到2010年已基本實現(xiàn)以三峽為中心的全國聯(lián)網格局，并形成全國統(tǒng)一的聯(lián)合電網。 我國在進行電網建設的同時，還不斷推進中俄、中越之間的跨國電力聯(lián)網工程。中國電網分布區(qū)域電網構成華北、華東、華中、南方電網的裝機容量已超過1億kW (100GW)東北、西北電網的裝機容量也超過4000萬kW

10、 (40GW)區(qū)域電網互聯(lián)1989年9月，500kVDC2001年5月，500kVAC2003年6月，500kVAC2003年9月，500kVAC2004年6月， 500kVDC2005年6月，直流背靠背電網電壓等級第一條500kVAC：1981年12月河南平頂山-湖北武昌。第一條330kVAC： 1972年6月甘肅劉家峽-天水-陜西關中(眉縣)。各電網已形成500kV或330kV的骨干網架。第一條500 kVDC：1989年9月，湖北葛洲壩-上海南橋。第一條750kVAC：2005年9月青海官亭-甘肅蘭州東。5.因地制宜發(fā)展新能源發(fā)電，做好農村電氣化建設 在邊遠農村和沿海島嶼，因地制宜建設小

11、水電、風力發(fā)電、生物質發(fā)電、潮汐發(fā)電、地熱發(fā)電和太陽能發(fā)電等。 至2010年，風電裝機容量超過500萬KW，生物質發(fā)電裝機容量達到550萬KW，太陽能發(fā)電裝機容量達到30萬KW；到2020年，風電裝機達3000萬KW，生物質發(fā)電達到3000萬KW，太陽能發(fā)電裝機達220萬KW。6.開發(fā)和節(jié)約并重，高度重視環(huán)境保護 在開發(fā)能源的同時，采取有效措施節(jié)約能源、降低損耗（煤耗、水耗、線損等），提高能源利用效率。實行電力發(fā)展與環(huán)境保護相協(xié)調的方針，使電力建設與環(huán)境保護“同步規(guī)劃、同步實施、同步發(fā)展”。1.2 能源和電能一、能源的含義和分類一次能源：直接由自然界采用的能源。如煤、石油、天然氣等。二次能源：

12、由一次能源經加工轉換而獲得的另一種形態(tài)的能源。如電力、汽油、煤氣等。二、電能電是一種二次能源，是在各種發(fā)電廠內由其它能源（比如煤、水等天然能源）轉換而來的。發(fā)電廠是把各種天然能源，如煤炭、水能、核能等轉換成電能的工廠。根據(jù)發(fā)電廠所使用的一次能源的不同，發(fā)電廠可分為：火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠等類型。1.3 火力發(fā)電廠一、火電廠的分類按輸出能源分為：1）凝汽式電廠：（200MW及以上的機組）容量大，靠近燃料產區(qū)（坑口、礦口），燃燒劣質煤。電能經高壓或超高壓線路送往負荷中心，單純供電。 特點：水循環(huán)使用，即在汽輪機內作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷卻成水，又重新送回鍋爐。蒸汽中含有的大量熱量被浪費

13、。 效率低：3040。2）熱電廠（幾十到幾百MW的機組）容量中小，靠近城市和負荷中心。電能在滿足地方需求后，經高壓線路送進電網，既供電又供熱。特點：在汽輪機中段抽出已作功蒸汽，或直接供熱給用戶（化工、紡織、造紙、制藥、公用事業(yè)和居民取暖等），或送給水加熱器將水加熱供給用戶。效率高：可達6070。但運行方式不如凝汽式電廠靈活，因為需根據(jù)熱需求調整出力。二、 火電廠的電能生產過程1. 主要組成兩大部分：熱力部分和電氣部分也可分為三個系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)三大核心設備：鍋爐、汽輪機和發(fā)電機大型火力發(fā)電廠一般都有燃煤、鍋爐、汽機、電氣、化學、熱工、水處理等車間（或稱分場）。(1)火力發(fā)電廠

14、燃燒系統(tǒng)流程示意圖 由鍋爐、汽輪機、凝汽器、除氧器、加熱器等設備及管道構成，包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補充給水系統(tǒng)。(2) 汽水系統(tǒng)包括發(fā)電機、勵磁裝置、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。(3) 電氣系統(tǒng)2、生產過程燃料的化學能熱能熱能傳遞給水、蒸汽和空氣汽輪機軸上的機械能發(fā)電機送出的電能（加上勵磁機送進的磁能）氣流的動能(1)輸煤系統(tǒng)煤礦經火車或輪船運到電廠存放在儲煤場再經碎煤機打碎大塊煤鍋爐原煤倉經皮帶：通過電磁分離器吸凈鐵屑(2)磨煤制粉系統(tǒng)煤從給煤機送至磨煤機，加上熱風道來的熱風煤被磨制和干燥后，送到粗粉分離器旋風分離器進行氣粉分離熱風進入排風機帶上從給粉機來的煤粉由噴燃器噴入爐膛燃燒細粉進入

15、煤粉倉(3)風煙系統(tǒng)冷空氣經送風機，進入空氣預熱器一部分熱風送磨煤機，一部分熱風直送噴燃器爐膛中熱風與煤粉混合燃燒，產生大量熱量煙氣經吸風機引至煙囪，排入大氣熱量經過金屬表面?zhèn)鹘o鍋爐的水冷壁管、過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器(4)汽水系統(tǒng)給水泵打水經高壓加熱器、省煤器加熱送入汽包汽包內的水經水冷壁下降管及下聯(lián)箱進入上升管汽進入過熱器，經蒸汽管道引入汽輪機蒸汽膨脹，高速沖擊葉片，帶動發(fā)電機轉子轉動水吸熱汽化，汽水混合物上升到汽包進行汽水分離(4)汽水系統(tǒng)作功后蒸汽溫度壓力下降排入凝汽器冷卻凝結成水循環(huán)使用(5)電氣系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電除去廠用電后經變壓器升壓送入電網水力發(fā)電廠：水為原料，水輪機為原

16、動機，根據(jù)取水的方式不同，又可以分為：1)堤壩式水電廠 堤壩蓄水，抬高水位，形成發(fā)電水頭。 壩后式：廠房在堤壩后面 河床式：廠房組成堤壩的一部分 2）引水式水電廠 不修堤壩，只由引水渠道形成發(fā)電水頭。1.3 水力發(fā)電廠壩后式水電廠河床式水電廠3）混合式水電廠兼有堤壩式，引水式的特點。4）抽水蓄能電廠 利用深夜或豐水期剩余電力，使水輪機以水泵方式工作，將下游的水抽到高水位蓄水池內，再在需要時用來發(fā)電，作負荷調峰、填谷之用?；痣姾退姷暮唵伪容^1）火電廠投資相對少，建設工期相對短，但原料儲量不如水電豐富，而且有污染。2）火電機組不如水電機組起停迅速，所以火電大多承擔系統(tǒng)基荷，而水電既可承擔基荷（豐水期），也可承擔腰荷，以及調峰、調頻、調相和各種備用任務。1.4 核能發(fā)電廠 基本原理同火力發(fā)電廠，只不過是用核反應堆和蒸發(fā)器代替了火力發(fā)電廠的鍋爐設備。一個1000MW的火電廠一天燃煤9600t，同樣大的核電廠只要3.3kg的U235。核分裂反應如何持續(xù)發(fā)生壓水式核反應器示意圖沸水式核反應器示意圖其它能源發(fā)電1）太陽能2）風能3）地熱4）潮汐5）燃料電池6）垃圾7）磁流體三種方法:1）直接將日光轉換為電流。2）產生蒸汽推動發(fā)電機。3）利用日光將水分解，利用氫作為發(fā)電的燃料。 上述三種方法均須有穩(wěn)定的日照及寬闊地帶。太陽能發(fā)電利用聚熱裝置，將太陽熱能聚集以產生蒸汽