发电厂电气部分(一)02年改版课件

1、 North China Electric Power UniversityDepartment of Electrical Engineering发电厂电气部分发电厂电气部分Electrical Systems of Power Plant 电气教研室电气教研室 赵志英赵志英 机电学院机电学院课 程 简 介 发电厂电气部分一门重要的电力系统发电厂电气部分一门重要的电力系统专业课专业课 课程主要讲述发电厂（变电站）课程主要讲述发电厂（变电站）一次一次系统系统的构成、设计及运行方面的基本理论的构成、设计及运行方面的基本理论和基本计算方法；同时讲述和基本计算方法；同时讲述二次系统二次系统的基的基本

2、原理及其控制与信号系统。本原理及其控制与信号系统。 特点：没有较复杂的理论推导和计算，特点：没有较复杂的理论推导和计算，与实际联系较密切，与实际联系较密切，偏重工程应用偏重工程应用。课 程 简 介发发电电厂厂电电气气部部分分电气主接线和厂用电接线电气主接线和厂用电接线配电装置配电装置电器的组合及布置电器的组合及布置测量、控制与信号的构成及工作原测量、控制与信号的构成及工作原理理二次系统二次系统高压断路器（开关电器）运行高压断路器（开关电器）运行导体的发热、电动力的计算导体的发热、电动力的计算 同步发电机的运行同步发电机的运行变压器的运行变压器的运行讲 课 方 式掌握基本理论，侧重工程应用掌握基

3、本理论，侧重工程应用辅助教学手段：录像、模型、图片辅助教学手段：录像、模型、图片以讲为主，自学为辅以讲为主，自学为辅倡导讨论、提出建议倡导讨论、提出建议参考资料发电厂电气部分发电厂电气部分 戴宪滨戴宪滨 中国水利水电出版社中国水利水电出版社发电厂变电所电气部分发电厂变电所电气部分 刘宝贵等刘宝贵等 中国电力出版社中国电力出版社 发电厂电气部分发电厂电气部分 姚春球姚春球 中国电力出版社中国电力出版社 第一章第一章 电力系统的基本概念电力系统的基本概念1. 电力系统的概念和组成 3. 发电厂概述 4. 电压变换和电能传输5. 我国电力工业发展概况2. 能源和电能第一节 电力系统的概念和组成 电力

4、系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费） 第一节 电力系统的概念和组成 电力系统由发、输、变、配组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）第二节 能源和电能 世界是由物质构成的，是客观存在的；能量世界是由物质构成的，是客观存在的；能量是物质的属性，是一切物质运动的动力。是物质的属性，是一切物质运动的动力。 能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形态转换到另一种形态，并且遵守能量守恒定律。形态转换到另一种形态，并且遵守能量守恒定律。第二节 能源和电能电能的优

5、点：电能的优点：便于大规模生产和远距离输送便于大规模生产和远距离输送方便转换和易于控制方便转换和易于控制损耗小损耗小效率高效率高无气体和噪声污染无气体和噪声污染到目前为止，人类所认识的能量形式有：到目前为止，人类所认识的能量形式有： 1. 机械能机械能 2. 热能热能 3. 化学能化学能4. 辐射能辐射能5. 核能核能6. 电能电能能源分类1. 按获得的方式分按获得的方式分 一次能源 自然界中现成存在，可直接取得和利用而不改变其本形态的能源例如：煤、石油、天然气、水能、风能等 二次能源 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、焦碳、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高

6、品质的能源能源分类2. 按被利用的程度分按被利用的程度分 常规能源 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 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、核能等能源分类3. 按能否再生分按能否再生分 可再生能源 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、海洋能等 非再生能源 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 能源分类4. 按能源本身的性质分按能源本身的性质分 含能体能源 可以直接储存的能源 例如：

7、煤、石油、天然气、核燃料、地热、氢能等 过程性能源 无法直接储存的能源 例如：水能、风能、海洋能、电能等能源分类5. 按对环境的污染程度分按对环境的污染程度分 清洁能源 对环境无污染或污染很少的能源 如太阳能、水能、海洋能等 非清洁能源 对环境污染较大的能源 如煤、石油等第三节 发电厂概述 发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。 根据所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。第三节 发电厂概述一、火力发电厂 1. 一次能源（燃料）一次能源（燃料） 主要是煤，还有石油、天然气。2. 主要设备主要设备 锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。3. 生

8、产过程生产过程 燃料在锅炉里燃烧使水变成蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机产生电能 化学能热能机械能电能第三节 发电厂概述第三节 发电厂概述一、火力发电一、火力发电第三节 发电厂概述第三节 发电厂概述 燃煤发电厂 燃油发电厂 燃气发电厂 余热发电厂 垃圾发电厂 工业废料发电厂4. 类型类型(1) 按燃料分第三节 发电厂概述 中低压发电厂，PN25MW； 高压发电厂，PN100MW； 超高压发电厂，PN200MW； 亚临界压力发电厂，PN=3001000MW； 超临界压力发电厂，PN=600、800MW及以上。4. 类型类型(2) 按蒸汽压力和温度分第三节 发电厂概述 凝汽式汽轮机发

9、电厂 燃气轮机发电厂 内燃机发电厂 蒸汽燃气轮机发电厂4. 类型类型(3) 按原动机分 第三节 发电厂概述 火 电 厂凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口电厂热电厂效率高（6770%）、容量小，城市区优点：一次投资较小；建设周期较短缺点：发电成本高；对环境有污染4. 类型类型(4) 按输出能源分第三节 发电厂概述二、水力发电厂 1. 一次能源一次能源 水的位能或动能2. 主要设备主要设备 压力水管、水轮机、发电机3. 生产过程生产过程 高处的水经压力水管推动水轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能 位能或动能机械能电能第三节 发电厂概述水 电 厂4. 类型类型堤坝式坝后式：单独筑坝，

10、厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）引水式：河床坡度较大时混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂第三节 发电厂概述(1) 堤坝式水电厂堤坝式水电厂 （坝后式）坝后式）第三节 发电厂概述(1) 堤坝式水电厂堤坝式水电厂 （河床式）河床式）第三节 发电厂概述(2) 引水式水电厂：引水式水电厂：第三节 发电厂概述(3) 抽水蓄能式水电厂：抽水蓄能式水电厂：工作原理： 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。 在电力系统负荷低谷时，抽水，蓄能； 在电力系统负荷高峰时，放水，发电。用于电网的调峰、填谷、备用、调频、调相。第三节 发电厂概述三三峡峡电电站站第三节 发电厂概

11、述三三峡峡电电站站第三节 发电厂概述第三节 发电厂概述三 峡 电 站第三节 发电厂概述 总投资总投资603.3603.3亿元、总工期亿元、总工期1212年年两个月、装机容量两个月、装机容量12601260万千瓦的万千瓦的中国第二大水站中国第二大水站溪洛渡水电站，溪洛渡水电站，已于已于20062006年正式开工。年正式开工。 长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。座梯级电站。这这4座电站的总装机容量达座电站的总装机容量达3850万千瓦

12、，总装机容量和总发电万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。量都超过两个三峡工程。已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万万KW第三节 发电厂概述优点：发电成本低； 对环境没有污染； 运行灵活方便； 可防洪、灌溉、航运等。缺点：一次投资大； 建设周期长； 受水文气象影响； 淹没土地、移民搬迁等。第三节 发电厂概述三、核电厂三、核电厂1. 一次能源一次能源 核能（核蒸汽发生系统代替锅炉生产蒸汽系统）2. 主要设备主要设备 核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机 3. 生产过程生产过程 核燃料在核反应堆中裂变产生热能产生蒸汽推动汽轮机转子

13、旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能 原子能热能机械能电能第三节 发电厂概述核 能裂变能裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆热中子反应堆：铀铀235为燃料，低中子撞击。为燃料，低中子撞击。快中子反应堆快中子反应堆：铀铀238、钚、钚239为燃料，高速、高能为燃料，高速、高能 中子撞击，效率高。中子撞击，效率高。第三节 发电厂概述按减速剂分轻水堆（轻水堆（86%）压力堆（压力堆（PWR）：）：3/4沸水堆（沸水堆（BWR）重水堆重水堆石墨

14、冷却堆石墨冷却堆我国秦山（30+2*60+2*70万kW） 国家自己设计制造大亚湾（2*90万kW） 引进技术第三节 发电厂概述三、核电厂三、核电厂第三节 发电厂概述三、核电厂三、核电厂第三节 发电厂概述优点： 可节省煤、石油和天然气及运输费用； 无需空气助燃，可建在地下、水下、山上； 核电比火电寿命长30年。缺点：投资大； 核电 ：1.11.65万元/kw；火电：4000元/kw 建设周期长。 核电70个月；火电：30个月第三节 发电厂概述四、新能源发电四、新能源发电（一）风力发电（一）风力发电 叶片叶片 风力机风力机 升速齿轮升速齿轮 发电机发电机特点： 可再生能源，绿色能源； 过程性能源

15、，不能直接存储，具有随机性； 技术要求高 。第二节 发电厂概述第二节 发电厂概述第二节 发电厂概述第三节 发电厂概述（二）太阳能发电（二）太阳能发电太阳能光热发电 太阳能光发电 用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电 用光电池直接把太阳能转化为电能 第三节 发电厂概述（三）其它形式发电（三）其它形式发电潮汐发电：潮汐发电：法国 240MW地热发电：地热发电：美国加州 旧金山 400MW生物发电生物发电氢能发电氢能发电垃圾发电垃圾发电第三节 发电厂概述我国的能源结构极不合理我国的能源结构极不合理4.34.34.54.525.925.965.565.5目前电源配置情况目前电源配置情况2020202

16、0年电源配置情况年电源配置情况第三节 发电厂概述二、电源构成及展望二、电源构成及展望 燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）21世纪新能源世纪新能源 热核反应热核反应不使用放射性材料的核能，不使用放射性材料的核能，2030年后实用化年后实用化 2050年时，电力供应是现在的年时，电力供应是现在的23倍（倍（15000亿亿KW.h) 核能约占核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系，燃料电池等分散型电源和电力储存系 统约占统约占15%20%第四节 电压变换和电能传输一、电压变换电力变压器3cosAPtUIt升高或降低电压将不同电压等级的电网相连系 利用电磁感

17、应作用，把一种电压的交流电能变换成频率向同的另一种电压的交流电能。第四节 电压变换和电能传输五、五、电压等级的电压等级的电压等级的划分电压等级的划分电压等级的电压等级的电压等级的划分电压等级的划分 100多年来，输电电压由最初的多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。 输电电压一般分高压、超高压和特高压。输电电压一般分高压、超高压和特高压。 高压高压(HV)：35220kV；超高压；超高压(EHV)：330 750kV；特高压特高压(UHV)：1000kV及以上。及以

18、上。 高压直流（高压直流（HVDC）：）：600kV及以下；特高压直流及以下；特高压直流（UHVDC）：）：600kV以上，包括以上，包括750kV 和和800kV。第四节 电压变换和电能传输 电力系统由发电厂、变电所、线路和用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节。 根据变电所在电力系统中的地位，变电所可分成四类：1. 枢纽变电所 位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，电压等级多为330500kV。 全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。第四节 电压变换和电能传输 高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330kV，同时又降压

19、供给当地用户。 全所停电后，将引起区域电网解列。2. 中间变电站第四节 电压变换和电能传输 高压侧电压一般为110220kV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。 全所停电后，仅使该地区中断供电。 在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110 kV，经降压后直接向用户供电的变电所。 全所停电后，只是用户受到损失。3. 地区变电站4. 终端变电站第四节 电压变换和电能传输二、电能传输电能传输 交流输电方式变电所比换流站造价低；不会产生谐波；熄弧比较容易。 直流输电方式线路造价低，运行费用低；不需要串、并联补偿；直流输电不存在稳定性问题；可以限制互联系统的短路容量 输

20、电线路： 架空线路 电缆线路 第四节 电压变换和电能传输第四节 电压变换和电能传输电电 网网 图图第四节 电压变换和电能传输三、输电网络厂厂网网分分家家前前电电网网组组成成第四节 电压变换和电能传输重重新新组组合合后后的的大大区区电电网网图图第四节 电压变换和电能传输电力体制改革方案：电力体制改革方案： 1(电监会电监会)+2(电网公司电网公司)+5(发电集团发电集团)+4(辅业集团辅业集团)两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；责任公司；家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中

21、国华电集团公司、中国国电集团公司和中国集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；电力投资集团公司；家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。和中国葛洲坝集团公司。 第五节 我国电力工业发展概况第一个发电厂： 1882年7月26日 上海电气公司 12kW 以蒸汽机带动的直流发电机 从电厂到外滩，沿街架线，供给照明用电第一个水电厂： 1912年5月28日 云南昆明附近石龙坝水电厂 装有2台240kW水轮发电机组

22、 1 1中国电力工业的起点中国电力工业的起点 第五节 我国电力工业发展概况 装机容量 185 6587 8500 13789 21722 31900 50841 万kW 年发电量 43 3006 3950 6213 10069 13685 24747 亿kWh 世界排名 21/25 8/6 4 3/2 2/2 2装装机机容容量量及及发发电电量量的的增增长长第五节 我国电力工业发展概况2 2装机容量及发电量的增长装机容量及发电量的增长截至2007年底，总装机容量为71329万kW， 火电：55442万kW，占77.73； 水电：14526万kW，占20.36； 核电：885万kW，占1.24；

23、风电：403万kW，占0.56。 全年发电量为32559亿kWh。2011年底 装机容量达10.56亿千瓦 全年发电量46928亿kWh。第五节 我国电力工业发展概况最大火电机组最大火电机组：1000 MW(华电国际邹县发电厂、华能玉环电厂)最大水电机组最大水电机组：700 MW(三峡电厂)550 MW(二滩水电厂)320 MW(葛洲坝水电厂)最大核电机组最大核电机组：1000 MW(百万千瓦级)(大亚湾、岭澳、田湾)3 3、最大单机容量、最大单机容量第五节 我国电力工业发展概况最大火电厂最大火电厂：邹县电厂，4335+2600+21000 = 4540MW北仑港电厂，5600MW = 300

24、0MW最大水电厂最大水电厂：三峡电厂(14+12(+6)700 MW = 18200(+4200)MW二滩水电厂6550MW = 3300MW最大核电厂最大核电厂：秦山核电站1310+2650+2720 = 3050MW最大抽水蓄能电厂最大抽水蓄能电厂：广东抽水蓄能电厂8300 MW = 2400MW4 4、最大发电厂、最大发电厂第五节 我国电力工业发展概况建国初期： 大多是大城市发、供电系统；跨地区的电力系统有：东北中部和南部的154、220kV系统；东北东部的110kV系统（以丰满、水丰和镜泊湖水电厂等为中心）；冀北系统。本世纪初：已形成东北、华北、华东、华中、西北、西南、华南等七个跨省区

25、域性电力系统。第五节 我国电力工业发展概况1989年9月，500kVDC 2001年5月，500kVAC2003年6月，500kVAC2003年9月，500kVAC2004年6月， 500kVDC2005年6月，直流背靠背区域电网互联第五节 我国电力工业发展概况电网电压等级第一条330kVAC： 1972年6月甘肃刘家峡-天水-陕西关中(眉县)。第一条500kVAC：1981年12月河南平顶山-湖北武昌。第一条500 kVDC：1989年9月，湖北葛洲坝-上海南桥。第一条750kVAC：2005年9月青海官亭-甘肃兰州东。各电网已形成各电网已形成500kV或或330kV的骨干网架。的骨干网架。

26、第五节 我国电力工业发展概况5电力系统电力系统 第一条第一条330kV交流输电线路于交流输电线路于1972年建成，由甘肃刘家峡年建成，由甘肃刘家峡水电厂到陕西关中。水电厂到陕西关中。 第一条第一条500kV交流输电线路于交流输电线路于1981年建成，由河南姚孟年建成，由河南姚孟火电厂到武汉。火电厂到武汉。 第一条第一条500kV直流输电线路于直流输电线路于1989年建成，由湖北葛年建成，由湖北葛洲坝水电厂到上海。洲坝水电厂到上海。 第一条第一条750kV交流输电线路将于年内建成，由兰州经平交流输电线路将于年内建成，由兰州经平凉到关中。凉到关中。 第一条第一条1000kV交流输电线路：晋东南南阳荆门。途交流输电线路：晋东南南阳荆门。途经山西、河南和湖北三省。线路路径全长约经山西、河南和湖北三省。线路路径全长约