發(fā)電廠電氣部分 緒論

第一章

緒論.2第一節(jié)我國電力工業(yè)發(fā)展概況一、發(fā)展概況二、差距1、人均占有裝機容量與發(fā)電量較低。2、技術(shù)、經(jīng)濟、運行水平不高。3、污染排放量大。4、電網(wǎng)薄弱，供電可靠性低。5、設(shè)備性能欠佳。6、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)性矛盾突出。7．潔凈煤發(fā)電技術(shù).9(1)煤炭利用前的凈化處理技術(shù)。

(2)煤炭燃燒過程中的潔凈燃燒技術(shù)。

(3)煙氣凈化技術(shù)。(4)煤的轉(zhuǎn)化。煤的轉(zhuǎn)化主要是煤的氣化和液化。8．綠色能源的開發(fā)和利用.10

將風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉崔D(zhuǎn)換得來的電能。第二節(jié)發(fā)電廠和變電所的類型.11一、物質(zhì)、能量和信息物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成客觀世界的三大基礎(chǔ)。人類所認識的能量：機械能:它包括固體和流體的動能、勢能、彈性能及表面張力能等。其中動能和勢能是人類最早認識的能量，稱為宏觀機械能。熱能:它是由構(gòu)成物體的微觀原子及分子振動與運 動的動能，其宏觀表現(xiàn)為溫度的高低，反映了物 質(zhì)原子及分子運動的強度。3.化學(xué)能:它是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進行化學(xué)反應(yīng)時放出的能量。4.輻射能:它是物質(zhì)以電磁波形式發(fā)射的能量。4.核能:它是蘊藏在原子核內(nèi)部的粒子間相互作用而釋放的能。4.電能:它是與電子流動和積累有關(guān)的一種能量。.12二、能源含義和能源分類.13能源：能量的來源。能源資源：尚未開發(fā)的自然資源。能源的分類方法：1.按獲得的方法分為一次能源和二次能源①一次能源:指自然界中現(xiàn)成存在，可直接取得和利用而又不改變其基本形態(tài)的能源，例如煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能等。②

二次能源:指由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換成的另一種形態(tài)的能源，例如電力、蒸汽、煤氣、焦炭、汽油等，它們使用方便，易于利用，是高品質(zhì)的能源。2.按被利用的程度分為常規(guī)能源和新能源①

常規(guī)能源:指在一定的歷史時期和科學(xué)技術(shù)水平下，已經(jīng)被人們廣泛利用的能源，例如煤、石油、天然氣、水能等。②新能源:指許多古老的能源，采用先進的方法加以廣泛利用，以及用新發(fā)展的技術(shù)開發(fā)的能源，例如太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、氫能等。核能通常也被看作新能源，因為從被利用程度看還遠不能和已有的常規(guī)能源相比；此外，核能利用技術(shù)非常復(fù)雜，可控核聚變反應(yīng)至今還未實現(xiàn)，這也是將核能視為新能源的主要原因之一。.143.按能否再生分為可再生能源和非再生能源①

可再生能源:指自然界中可以不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源，例如水能、風(fēng)能、太陽能、海洋能等。②

非再生能源:指隨人類的利用而越來越少，總有枯竭之時的能源，例如煤、石油、天然氣、核燃料等。.154.按能源本身的性質(zhì)分為含能體能源和過程性能源①

含能體能源:指可以直接儲存的能源，例如煤、石油、天然氣、核燃料、地?zé)帷淠艿?。?/p>

過程性能源:指無法直接儲存的能源，例如水能、風(fēng)能、海洋能、電能等。例如，為了儲存流水的能量就要修筑攔水大壩；為了儲存電，就要建立抽水蓄能電站或利用蓄電池將其轉(zhuǎn)換為其他形式的能量形態(tài)。.165.按對環(huán)境的污染程度分為清潔能源和非清潔能源①

清潔能源:指對環(huán)境無污染或污染很少的能源，如太陽能、水能、海洋能等。②

非清潔能源:指對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。.17三、能源資源.18

能源資源是指蘊藏于自然界中的各種能源。煤炭水能資源其他能源四、電能.19電能與其他形式的能源相比，其特點有：①

便于大規(guī)模生產(chǎn)和遠距離輸送②

方便轉(zhuǎn)換和易于控制③

損耗?、?/p>

效率高⑤

無氣體和噪聲污染五、發(fā)電廠.20

發(fā)電廠：將各種一次能源轉(zhuǎn)變成電能的工廠。按一次能源的不同發(fā)電廠分為：火力發(fā)電廠(以煤、石油和天然氣為燃料)水力發(fā)電廠(以水的位能作動力)核能發(fā)電廠、風(fēng)力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠、潮汐能發(fā)電廠等六、火電廠.21

火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油或天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠。其能量的轉(zhuǎn)換過程是：燃料的化學(xué)能一熱能一機械能一電能七、火電廠的分類.22按燃料分：①燃煤發(fā)電廠；②燃油發(fā)電廠；③燃氣發(fā)電廠；④余熱發(fā)電廠。按蒸汽壓力和溫度分：①中低壓發(fā)電廠；②高壓發(fā)電廠；③超高壓發(fā)電廠；④亞臨界壓力發(fā)電廠；⑤超臨界壓力發(fā)電廠。

(3)按原動機分：凝汽式汽輪機發(fā)電廠、燃氣輪機發(fā)電廠、

內(nèi)燃機發(fā)電廠和蒸汽—燃氣輪機發(fā)電廠等。按輸出能源分：①凝汽式發(fā)電廠；②熱電廠。按發(fā)電廠總裝機容量的多少分：①小容量發(fā)電廠，其裝機總?cè)萘吭?00MW以下的發(fā)電廠；②中容量發(fā)電廠，其裝機總?cè)萘吭?00

～250MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；③大中容量發(fā)電廠，其裝機總?cè)萘吭?50～1000MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；④大容量發(fā)電廠，其裝機總?cè)萘吭?000MW及以上的發(fā)電廠。八、火電廠的電能生產(chǎn)過程.23整個生產(chǎn)過程可分為三個系統(tǒng)：①燃燒系統(tǒng)：燃料的化學(xué)能在鍋爐燃燒中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎羝＂谄到y(tǒng)：鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，稱為。③電氣系統(tǒng)：由汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，把機械能變?yōu)殡娔?。凝汽式火電廠電能生產(chǎn)過程如圖1—1所示。.24.25.26.271．燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)由運煤、磨煤、燃燒、風(fēng)煙、灰渣等系統(tǒng)組成，其流程如圖所示。.282．汽水系統(tǒng)

火電廠的汽水系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機、凝汽器、除氧器、加熱器等設(shè)備及管道構(gòu)成，包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補充給水系統(tǒng)，如圖所示。.293．電氣系統(tǒng)

發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機、勵磁裝置、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等，如圖所示。.30九、火電廠的特點.31布局靈活投資少耗煤量大費用高啟機時間長附加燃料消耗大強迫停運率高，廠用電率高對空氣和環(huán)境的污染大十、水力發(fā)電廠.32

水力發(fā)電廠：是把水的位能和動能轉(zhuǎn)換成電能的工廠。

生產(chǎn)過程：從河流較高處或水庫內(nèi)引水，利用水的壓力或流速沖動水輪機旋轉(zhuǎn)，將水能轉(zhuǎn)變成機械能，然后由水輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)換成電能。水的能量：與其流量和落差(水頭)成正比。

水能發(fā)電的關(guān)鍵：集中大量的水和造成大的水位落差。十一、水電廠的分類.331．按集中落差的方式分類(1)堤壩式水電廠:廠房在水利樞紐中的位置不同，又分為壩后式和河床式兩種型式。1)壩后式水電廠:廠房建在壩的后面，廠房不承受上游水壓，全部水壓由壩體承受，適用于水頭較高的情況。水庫的水流經(jīng)壩體內(nèi)的壓力水管引入廠房推動水輪發(fā)電機發(fā)電。圖為壩后式水電廠示意圖，這是我國最常見的水電廠型式。.34.35.36.372)河床式水電廠:如圖所示，水電廠的廠房代替一部分壩體，廠房也起擋水作用，直接承受上游水的壓力，因修建在河床中，故名河床式。水流由上游進入廠房，驅(qū)動水輪發(fā)電機后泄人下游。這種電廠無庫容，也不需要專門的引水管道，一般建于中、下游平原河段。.38.39(2)引水式水電廠:如圖所示，水電廠建筑在山區(qū)水流湍急的河道上，或河床坡度較陡的地方，由引水渠道造成水頭，而且一般不需修壩或只修低堰，適用于水頭很高的情況。.40(3)混合式水電廠:在適宜開發(fā)的河段攔河筑壩，壩上游河段的落差由壩集中，壩下游河段的落差由壓力引水道集中，而水電廠的水頭則由這兩部分落差共同形成，這種集中落差的方式稱為混合開發(fā)模式，由此而修建的水電廠稱為混合式水電廠，它兼有堤壩式和引水式兩種水電廠的特點。.412．按徑流調(diào)節(jié)的程度分類.42無調(diào)節(jié)水電廠

(2)有調(diào)節(jié)水電廠日調(diào)節(jié)水電廠年調(diào)節(jié)水電廠多年調(diào)節(jié)水電廠十二、水電廠的特點.43(1)可綜合利用水能資源(2)發(fā)電成本低、效率高(3)運行靈活水能可儲蓄和調(diào)節(jié)水力發(fā)電不污染環(huán)境水電廠建設(shè)投資較大，工期較長發(fā)電量也受到水文氣象條件的制約，有豐水期和枯水期之別，發(fā)電不均衡興建水庫，淹沒土地，移民搬遷，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一些不利，可能在一定程度破壞自然界的生態(tài)平衡十三、抽水蓄能電廠1．工作原理如圖所示。.442．抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用.45調(diào)峰填谷備用調(diào)頻調(diào)相3．抽水蓄能電廠的功能.46(1)降低電力系統(tǒng)燃料消耗

(2)提高火電設(shè)備利用率(3)可作為發(fā)電成本低的峰荷電源

(4)對環(huán)境沒有污染且可美化環(huán)境

(5)抽水蓄能電廠可用于蓄能十四、核能發(fā)電廠的分類.47

目前世界上使用最多的是輕水堆核電廠，即壓水堆核電廠和沸水堆核電廠。壓水堆核電廠

圖1—10所示為壓水堆核電廠的示意圖。壓水堆核電廠的最大特點是整個系統(tǒng)分成兩大部分，即一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)。.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59沸水堆核電廠

圖1—11所示為沸水堆核電廠的示意圖。在沸水堆核電廠中，堆芯產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)分離器和干燥器除去水分后直接送人汽輪機做功。.60.61十五、核電廠的系統(tǒng).62以壓水堆核電廠為例，有以下主要系統(tǒng)。1．核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：一回路系統(tǒng):包括壓水堆、冷卻劑主泵、蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器等。化學(xué)和容積控制系統(tǒng):用于實現(xiàn)一回路冷卻劑的容積控制和調(diào)節(jié)冷卻劑中的硼濃度，以控制壓水堆的反應(yīng)性變化。

·余熱排出系統(tǒng)，又稱停堆冷卻系統(tǒng):它的作用是在反應(yīng)堆停堆、裝卸料或維修時，用以導(dǎo)出燃料元件發(fā)出的余熱。安全注射系統(tǒng)，又稱緊急堆芯冷卻系統(tǒng):它的作用是在反應(yīng)堆發(fā)生嚴重事故時，如一回路系統(tǒng)管道破裂而引起失水事故時為堆芯提供應(yīng)急的和持續(xù)的冷卻。控制、保護和檢測系統(tǒng):為上述4個系統(tǒng)提供檢測數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)進行控制和保護。核島的輔助系統(tǒng)核島的輔助系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：設(shè)備冷卻水系統(tǒng):用于冷卻所有位于核島內(nèi)的帶放射性水的設(shè)備。硼回收系統(tǒng):用于對一回路系統(tǒng)的排水進行貯存、處理和監(jiān)測，將其分離成符合一回路系統(tǒng)水質(zhì)要求的水及濃縮的硼酸溶液。反應(yīng)堆的安全殼及噴淋系統(tǒng):核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)大都置于安全殼內(nèi)，一旦發(fā)生事故全殼既可以防止放射性物質(zhì)外泄，又能防止外來襲擊，如飛機墜毀等；安全殼噴淋系統(tǒng)則保證事故發(fā)生引起安全殼內(nèi)的壓力和溫度升高時能對安全殼進行噴淋冷卻。核燃料的裝換料及貯存系統(tǒng):用于實現(xiàn)對燃料元件的裝卸料和貯存。安全殼及核輔助廠房通風(fēng)和過濾系統(tǒng):它的作用是實現(xiàn)安全殼和輔助廠房的通風(fēng)，同時防止放射性外泄。柴油發(fā)電機組:為核島提供應(yīng)急電源。.63常規(guī)島的系統(tǒng)常規(guī)島的系統(tǒng)與火電廠的系統(tǒng)相似，它通常包括：

(1)二回路系統(tǒng)，又稱汽輪發(fā)電機系統(tǒng):由蒸汽系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組、凝汽器、蒸汽排放系統(tǒng)、給水加熱系統(tǒng)及輔助給水系統(tǒng)等組成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)及廠用電設(shè)備.64十六、核電廠的運行.65核電廠的運行和火電廠相比有以下一些新的特點：

(1)在火電廠中，可以連續(xù)不斷地向鍋爐供給燃料，而壓水堆核電廠的反應(yīng)堆，卻只能對反應(yīng)堆堆芯一次裝料，并定期停堆換料。(2)在運行中或停閉后，都有很強的放射性。

(3)在任何事故工況下，保證對反應(yīng)堆進行冷卻。(4)產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的放射性廢物。(5)與火電廠相比，核電廠的建設(shè)費用高，但燃料所占費用較為便宜。第三節(jié)發(fā)電廠和變電所電氣電器設(shè)備簡述.66電氣設(shè)備的分類；配電裝置；電氣接線:一次接線(電氣主接線)和二次接線。一、一次設(shè)備.67

通常把生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備，如發(fā)電機、變壓器和斷路器等稱為一次設(shè)備。包括：生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備。接通或斷開電路的開關(guān)電器。限制故障電流和防御過電壓的保護電器。(4)載流導(dǎo)體。(5)接地裝置。二、二次設(shè)備.68

對一次設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行測量、控制、監(jiān)視和保護的設(shè)備，稱為二次設(shè)備。包括：(1)互感器。測量裝置。繼電保護及自動裝置。直流電源設(shè)備。

·操作電器、信號設(shè)備及控制電纜。二、電氣主接線和配電裝置.69電氣接線

電氣接線：在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設(shè)備的作用及要求，按一定的方式用導(dǎo)體連接起來所形成的電路。

一次電路，或稱電氣主接線：由一次設(shè)備，如發(fā)電機、變壓器、斷路器等，按預(yù)期生

產(chǎn)流程所連成的電路。

二次電路，或稱二次接線：由二次設(shè)備所連成的電路。

電氣主接線表明電能匯集和分配的關(guān)系以及各種運行方式。

電氣主接線通常用按規(guī)定的圖形符號和文字符號畫成電氣主接線圖來表示。

在圖中所有元件應(yīng)表示正常狀態(tài)，例如高壓斷路器、隔離開關(guān)均在斷開位置畫出。.70.712．配電裝置.72

配電裝置：根據(jù)電氣主接線的要求，由開關(guān)電器、母線、保護和測量設(shè)備以及必要的輔助設(shè)備和建筑物組成的整體。

配電裝置分為：屋內(nèi)配電裝置（又稱發(fā)電機電壓配電裝置）和屋外配電裝置（又稱高壓配電裝置）。

設(shè)計原則：根據(jù)容量、電壓等級、負荷情況，經(jīng)過詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較，然后選出最佳方案。三、300MW發(fā)電機組電氣部分.731．電氣主接線

3

0MW發(fā)電機組，采用發(fā)電機—變壓器單元接線，如圖所示。全連分相封閉母線具有以下優(yōu)點：(1)供電可靠。運行安全。由于外殼的屏蔽作用，母線電動力大大減少，而且基本消除了母線周圍鋼構(gòu)件的發(fā)熱。運行維護工作量小。2．主要電氣設(shè)備.74.75四、600MW發(fā)電機組電氣部分.76電氣主接線

600MW發(fā)電機組，采用發(fā)電機—變壓器單元接線，如圖所示。

發(fā)電機中性點為高電阻接地系統(tǒng)，目的是限制發(fā)電機電壓系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時所產(chǎn)生的過電壓，使之不超過額定電壓的2.6倍，以保證發(fā)電機及其他設(shè)備的絕緣不被擊穿。

接地電阻通過一臺單相接地變壓器用高壓電纜接至發(fā)電機中性點。接地電阻上并聯(lián)接地檢測繼電器，提供發(fā)電機定子繞組接地故障保護。接地電阻功率是根據(jù)發(fā)電機定子繞組金屬性接地故障時，消耗在接地電阻上的功率(千瓦數(shù))等于系統(tǒng)三相分布電容正常充電容量(千伏·安數(shù))的1.1倍確定。.77.78五、高壓交流輸變電一、高壓交流輸變電概述輸電電壓等級發(fā)展的主要有以下原因：

1．長距離輸送電能2．大容量輸送電能.793．節(jié)省基建投資和運行費用線路的單位造價將隨輸送電壓等級的升高而降低。

在相同的輸送容量和距離的條件下，輸電線路的總損耗(包括電阻損耗和電暈損耗)隨輸電電壓等級的升高而降低。.804．電力系統(tǒng)互聯(lián)

依靠聯(lián)合電力系統(tǒng)變諸如水能、煤炭、石油、天然氣、核能為電能，并把它們有效地聯(lián)系在一起，通過長距離輸送，進行分配，互相支援，彼此配合，取得最大的經(jīng)濟效益。輸煤為輸電，大大減輕了鐵路運輸壓力。.81六、我國330kV及以上超高壓輸電.82

我國已經(jīng)建成的華中、華東、華北、東北、南方電力系統(tǒng)，以500kV網(wǎng)絡(luò)作為其主干網(wǎng)絡(luò)，跨大區(qū)電力系統(tǒng)互聯(lián)也采用了500kV交流輸電技術(shù)。

超高電壓的作用：進一步提高了電網(wǎng)輸送能力，提高了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；使大區(qū)電力系統(tǒng)內(nèi)各省電力系統(tǒng)之間，跨大區(qū)電力系統(tǒng)間起到了電力余缺調(diào)節(jié)、水電和火電互補、事故時相互支援的作用。七、500kV變電站電氣主接線.83八、500kV變電站主要電氣設(shè)備.84.85九、高壓直流輸電.86直流輸電發(fā)展概況直流輸電的優(yōu)點(1)線路造價低、年運行費用省。

(2)沒有運行穩(wěn)定問題。(3)能限制短路電流。(4)調(diào)節(jié)速度快，運行可靠。3．直流輸電的缺點

(1)換流裝置價格昂貴。(2)消耗大量的無功功率。

(3)產(chǎn)生諧波影響。(4)缺乏直流斷路器。.87十、高壓直流輸電基本原理.88

對于采用雙極型的直流輸電，一根導(dǎo)線是正極，另一根導(dǎo)線是負極，中性點接地。在正常運行時中性點沒有電流