发电厂电气 第一章 能源与发电

发电厂电气部分一、本门课程的作用

该课程是电力系统专业必修专业课。本课程主要讲述发电厂、变电所电气一次系统的工作原理、基本结构、设计方法及运行理论，以及部分电气二次系统的原理和技术。本课程的主要任务是从应用的角度出发，使学生掌握发电厂、变电站主接线基本形式、各类发电厂的接线特点、主接线设计方法、厂用电接线、配电装置、主要电气设备及其选择方法、控制与信号以及电弧理论、发热理论、电动力理论等内容。电力系统自动化技术专业学生就业单位及其岗位

二、本门课程的主要内容

1.能源和发电2.发电变电输电的电气部分3.常用计算的基本理论和方法4.电气主接线5.厂用电接线及设计6.导体和电气设备的原理和选择7.配电装置8.发电厂和变电所的控制与信号

三、参考资料1.《发电厂电气部分》中国电力出版社熊信银2.《发电厂电气部分》中国电力出版社姚春球3.《电力系统工程》上海电力学院陆敏政4.《电力工程设计手册》西北电力设计院四、学习目标1.了解不同类型发电厂的发电过程；2.掌握发电厂、变电站主接线基本形式；3.理解导体发热、电动力计算的实质，掌握计算方法；4.熟练掌握电气设备的图形符号和文字符号，掌握常用电气设备选择和校验的方法；5.掌握厂用电接线的方法，电源引接方式，常用变压器的选择原则；6.理解最小安全净距的概念，了解配电装置的类型，掌握配电装置的布置原则；7.熟悉二次回路不同接线方式，掌握断路器的控制与信号电路的分析方法。四、学习目标8.具有电气设备选择和校验的能力9.掌握常用电气装置之间倒闸操作的操作过程10.具备初步的中小型发电厂和变电所主接线设计的能力11.熟悉发电厂变电站运行操作的相关规程，规范1.1能源和电能1.2火力发电厂1.3水力发电厂1.4核能发电厂1.5新能源发电第一章能源和发电1.1能源和电能一、能源含义和分类一次能源：石油、煤炭二次能源：电电是一种二次能源，是在各种发电厂内由其它能源（比如媒、水等天然能源）转换而来的。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。根据发电厂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、核发电厂等类型。二、电能1.2火力发电厂一、火电厂的分类按输出能源分为：a.凝汽式电厂（200MW及以上的机组）容量大，靠近燃料产区（坑口、矿口），燃烧劣质煤。电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。特点：水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。效率低：30％～40％b.热电厂（几十到几百MW的机组）容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求后，经高压线路送进电网。既供电又供热。特点：在汽轮机中段抽出已作功蒸汽，或直接供热给热用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。效率高：可达60％～70％。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。二、火电厂的电能生产过程1、主要组成两大部分：热力部分和电气部分三大核心设备：锅炉、汽轮机和发电机大型火力发电厂一般都有燃煤、锅炉、汽机、电气、化学、热工、水处理等车间（或称分场）。作者：李长松版权所有2、生产过程发电厂的生产过程实际上是能量的传递和转换过程燃料的化学能烟气的热能热能传递给水、蒸汽和空气汽轮机轴上的机械能发电机送出的电能（加上励磁机送进的磁能）气流的动能作者：李长松版权所有2、生产过程(1)输煤系统煤矿经火车或轮船运到电厂存放在储煤场再经碎煤机打碎大块煤锅炉原煤仓经皮带：通过电磁分离器吸净铁屑作者：李长松版权所有2、生产过程(2)磨煤制粉系统煤从给煤机送至磨煤机，加上热风道来的热风煤被磨制和干燥后，送到粗粉分离器旋风分离器进行气粉分离热风进入排风机带上从给粉机来的煤粉由喷燃器喷入炉膛燃烧细粉进入煤粉仓作者：李长松版权所有2、生产过程(3)风烟系统冷空气经送风机，进入空气预热器一部分热风送磨煤机，一部分热风直送喷燃器炉膛中热风与煤粉混合燃烧，产生大量热量烟气经吸风机引至烟囱，排入大气热量经过金属表面传给锅炉的水冷壁管、

过热器、省煤器、空气预热器、除尘器作者：李长松版权所有2、生产过程(4)汽水系统给水泵打水经高压加热器、省煤器加热送入汽包汽包内的水经水冷壁下降管及下联箱进入上升管 汽进入过热器，经蒸汽管道引入汽轮机蒸汽膨胀，高速冲击叶片，带动发电机转子转动水吸热汽化，汽水混合物上升到汽包进行汽水分离作者：李长松版权所有2、生产过程(4)汽水系统作功后蒸汽温度、压力下降排入凝汽器冷却凝结成水循环使用(5)电气系统发电机发电除去厂用电后，经变压器升压送入电网1.3水力发电厂一、水电厂的分类水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机根据取水的方式不同，又可以分为：a.坝式水电厂

堤坝蓄水，抬高水位，形成发电水头。坝后式：厂房在堤坝后面河床式：厂房组成堤坝的一部分岸边式：坝后式水电厂河床式水电厂:葛洲坝电厂岸边式水电厂b.引水式水电厂不修堤坝，只由引水渠道形成发电水头。无压引水式水电站有压引水式水电站华能竹冷关引水式水电站c.混合式水电厂

兼有堤坝式，引水式的特点。在一个河段上，同时采用高坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。北京下马岭水电站d.抽水蓄能电厂利用深夜或丰水期剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游的水抽到高水位蓄水池内，再在需要时用来发电，作负荷调峰之用。北京十三陵抽水蓄能电站f.潮汐发电站

潮汐发电与原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。最大的潮汐电站：法国朗斯电站火电和水电的简单比较火电厂投资相对少，建设工期相对短，但原料储量不如水电丰富，而且有污染。火电机组不如水电机组起停迅速，所以火电大多承担系统基荷，而水电既可承担基荷（丰水期），也可承担腰荷，以及调峰、调频、调相和各种备用任务。葛洲坝水轮发电机转子葛洲坝大江电厂发电厂房1.4核能发电厂一、核电厂的分类核能发电的原理：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其馀皆为无法产生核分裂的铀238。核能发电与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。

核能发电的优点：核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。核能发电的优点：核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t。而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，相差300万倍。核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。核能发电的缺点：核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重。核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。核能发电的缺点：核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。1.5新能源发电厂太阳能发电、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。一、太阳能发电1、太阳能热发电：将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力发电厂相似。2、太阳能光发电：太阳能广发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。光伏发电是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向。二、风力发电厂将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接存储，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂。二、地热发电厂地球本身是个大热库，地热资源遍布世界各地。地热能的储量很大，它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。目前实际能利用的地热资源主要限于蒸汽田和热水田（统称地热田）。地热是清洁的能源，其发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利用，所以目前地热发电发展很快。发电厂的其他分类根据电厂的地位和作用，又可分为：①区域性发电厂、地区发电厂和自备发电厂

区域性发电厂：主力电