发电厂电气部分 绪论

第一章

绪论.2第一节我国电力工业发展概况一、发展概况二、差距1、人均占有装机容量与发电量较低。2、技术、经济、运行水平不高。3、污染排放量大。4、电网薄弱，供电可靠性低。5、设备性能欠佳。6、网架结构性矛盾突出。7．洁净煤发电技术.9(1)煤炭利用前的净化处理技术。

(2)煤炭燃烧过程中的洁净燃烧技术。

(3)烟气净化技术。(4)煤的转化。煤的转化主要是煤的气化和液化。8．绿色能源的开发和利用.10

将风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等可再生能源转换得来的电能。第二节发电厂和变电所的类型.11一、物质、能量和信息物质、能量和信息是构成客观世界的三大基础。人类所认识的能量：机械能:它包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。其中动能和势能是人类最早认识的能量，称为宏观机械能。热能:它是由构成物体的微观原子及分子振动与运 动的动能，其宏观表现为温度的高低，反映了物 质原子及分子运动的强度。3.化学能:它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学反应时放出的能量。4.辐射能:它是物质以电磁波形式发射的能量。4.核能:它是蕴藏在原子核内部的粒子间相互作用而释放的能。4.电能:它是与电子流动和积累有关的一种能量。.12二、能源含义和能源分类.13能源：能量的来源。能源资源：尚未开发的自然资源。能源的分类方法：1.按获得的方法分为一次能源和二次能源①一次能源:指自然界中现成存在，可直接取得和利用而又不改变其基本形态的能源，例如煤、石油、天然气、水能、风能等。②

二次能源:指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、焦炭、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。2.按被利用的程度分为常规能源和新能源①

常规能源:指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。②新能源:指许多古老的能源，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、氢能等。核能通常也被看作新能源，因为从被利用程度看还远不能和已有的常规能源相比；此外，核能利用技术非常复杂，可控核聚变反应至今还未实现，这也是将核能视为新能源的主要原因之一。.143.按能否再生分为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。②

非再生能源:指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。.154.按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源①

含能体能源:指可以直接储存的能源，例如煤、石油、天然气、核燃料、地热、氢能等。②

过程性能源:指无法直接储存的能源，例如水能、风能、海洋能、电能等。例如，为了储存流水的能量就要修筑拦水大坝；为了储存电，就要建立抽水蓄能电站或利用蓄电池将其转换为其他形式的能量形态。.165.按对环境的污染程度分为清洁能源和非清洁能源①

清洁能源:指对环境无污染或污染很少的能源，如太阳能、水能、海洋能等。②

非清洁能源:指对环境污染较大的能源，如煤、石油等。.17三、能源资源.18

能源资源是指蕴藏于自然界中的各种能源。煤炭水能资源其他能源四、电能.19电能与其他形式的能源相比，其特点有：①

便于大规模生产和远距离输送②

方便转换和易于控制③

损耗小④

效率高⑤

无气体和噪声污染五、发电厂.20

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：火力发电厂(以煤、石油和天然气为燃料)水力发电厂(以水的位能作动力)核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂、潮汐能发电厂等六、火电厂.21

火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。其能量的转换过程是：燃料的化学能一热能一机械能一电能七、火电厂的分类.22按燃料分：①燃煤发电厂；②燃油发电厂；③燃气发电厂；④余热发电厂。按蒸汽压力和温度分：①中低压发电厂；②高压发电厂；③超高压发电厂；④亚临界压力发电厂；⑤超临界压力发电厂。

(3)按原动机分：凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、

内燃机发电厂和蒸汽—燃气轮机发电厂等。按输出能源分：①凝汽式发电厂；②热电厂。按发电厂总装机容量的多少分：①小容量发电厂，其装机总容量在100MW以下的发电厂；②中容量发电厂，其装机总容量在100

～250MW范围内的发电厂；③大中容量发电厂，其装机总容量在250～1000MW范围内的发电厂；④大容量发电厂，其装机总容量在1000MW及以上的发电厂。八、火电厂的电能生产过程.23整个生产过程可分为三个系统：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。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。③电气系统：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。凝汽式火电厂电能生产过程如图1—1所示。.24.25.26.271．燃烧系统

燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成，其流程如图所示。.282．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，如图所示。.293．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，如图所示。.30九、火电厂的特点.31布局灵活投资少耗煤量大费用高启机时间长附加燃料消耗大强迫停运率高，厂用电率高对空气和环境的污染大十、水力发电厂.32

水力发电厂：是把水的位能和动能转换成电能的工厂。

生产过程：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。水的能量：与其流量和落差(水头)成正比。

水能发电的关键：集中大量的水和造成大的水位落差。十一、水电厂的分类.331．按集中落差的方式分类(1)堤坝式水电厂: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。1)坝后式水电厂:厂房建在坝的后面，厂房不承受上游水压，全部水压由坝体承受，适用于水头较高的情况。水库的水流经坝体内的压力水管引入厂房推动水轮发电机发电。图为坝后式水电厂示意图，这是我国最常见的水电厂型式。.34.35.36.372)河床式水电厂:如图所示，水电厂的厂房代替一部分坝体，厂房也起挡水作用，直接承受上游水的压力，因修建在河床中，故名河床式。水流由上游进入厂房，驱动水轮发电机后泄人下游。这种电厂无库容，也不需要专门的引水管道，一般建于中、下游平原河段。.38.39(2)引水式水电厂:如图所示，水电厂建筑在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头，而且一般不需修坝或只修低堰，适用于水头很高的情况。.40(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。.412．按径流调节的程度分类.42无调节水电厂

(2)有调节水电厂日调节水电厂年调节水电厂多年调节水电厂十二、水电厂的特点.43(1)可综合利用水能资源(2)发电成本低、效率高(3)运行灵活水能可储蓄和调节水力发电不污染环境水电厂建设投资较大，工期较长发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之别，发电不均衡兴建水库，淹没土地，移民搬迁，给农业生产带来一些不利，可能在一定程度破坏自然界的生态平衡十三、抽水蓄能电厂1．工作原理如图所示。.442．抽水蓄能电厂在电力系统中的作用.45调峰填谷备用调频调相3．抽水蓄能电厂的功能.46(1)降低电力系统燃料消耗

(2)提高火电设备利用率(3)可作为发电成本低的峰荷电源

(4)对环境没有污染且可美化环境

(5)抽水蓄能电厂可用于蓄能十四、核能发电厂的分类.47

目前世界上使用最多的是轻水堆核电厂，即压水堆核电厂和沸水堆核电厂。压水堆核电厂

图1—10所示为压水堆核电厂的示意图。压水堆核电厂的最大特点是整个系统分成两大部分，即一回路系统和二回路系统。.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59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人汽轮机做功。.60.61十五、核电厂的系统.62以压水堆核电厂为例，有以下主要系统。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：一回路系统:包括压水堆、冷却剂主泵、蒸汽发生器和稳压器等。化学和容积控制系统:用于实现一回路冷却剂的容积控制和调节冷却剂中的硼浓度，以控制压水堆的反应性变化。

·余热排出系统，又称停堆冷却系统:它的作用是在反应堆停堆、装卸料或维修时，用以导出燃料元件发出的余热。安全注射系统，又称紧急堆芯冷却系统:它的作用是在反应堆发生严重事故时，如一回路系统管道破裂而引起失水事故时为堆芯提供应急的和持续的冷却。控制、保护和检测系统:为上述4个系统提供检测数据，并对系统进行控制和保护。核岛的辅助系统核岛的辅助系统包括以下子系统：设备冷却水系统:用于冷却所有位于核岛内的带放射性水的设备。硼回收系统:用于对一回路系统的排水进行贮存、处理和监测，将其分离成符合一回路系统水质要求的水及浓缩的硼酸溶液。反应堆的安全壳及喷淋系统:核蒸汽供应系统大都置于安全壳内，一旦发生事故全壳既可以防止放射性物质外泄，又能防止外来袭击，如飞机坠毁等；安全壳喷淋系统则保证事故发生引起安全壳内的压力和温度升高时能对安全壳进行喷淋冷却。核燃料的装换料及贮存系统:用于实现对燃料元件的装卸料和贮存。安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统:它的作用是实现安全壳和辅助厂房的通风，同时防止放射性外泄。柴油发电机组:为核岛提供应急电源。.63常规岛的系统常规岛的系统与火电厂的系统相似，它通常包括：

(1)二回路系统，又称汽轮发电机系统:由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统及辅助给水系统等组成。循环冷却水系统电气系统及厂用电设备.64十六、核电厂的运行.65核电厂的运行和火电厂相比有以下一些新的特点：

(1)在火电厂中，可以连续不断地向锅炉供给燃料，而压水堆核电厂的反应堆，却只能对反应堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。(2)在运行中或停闭后，都有很强的放射性。

(3)在任何事故工况下，保证对反应堆进行冷却。(4)产生气态、液态和固态的放射性废物。(5)与火电厂相比，核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便宜。第三节发电厂和变电所电气电器设备简述.66电气设备的分类；配电装置；电气接线:一次接线(电气主接线)和二次接线。一、一次设备.67

通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。包括：生产和转换电能的设备。接通或断开电路的开关电器。限制故障电流和防御过电压的保护电器。(4)载流导体。(5)接地装置。二、二次设备.68

对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备，称为二次设备。包括：(1)互感器。测量装置。继电保护及自动装置。直流电源设备。

·操作电器、信号设备及控制电缆。二、电气主接线和配电装置.69电气接线

电气接线：在发电厂和变电站中，根据各种电气设备的作用及要求，按一定的方式用导体连接起来所形成的电路。

一次电路，或称电气主接线：由一次设备，如发电机、变压器、断路器等，按预期生

产流程所连成的电路。

二次电路，或称二次接线：由二次设备所连成的电路。

电气主接线表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式。

电气主接线通常用按规定的图形符号和文字符号画成电气主接线图来表示。

在图中所有元件应表示正常状态，例如高压断路器、隔离开关均在断开位置画出。.70.712．配电装置.72

配电装置：根据电气主接线的要求，由开关电器、母线、保护和测量设备以及必要的辅助设备和建筑物组成的整体。

配电装置分为：屋内配电装置（又称发电机电压配电装置）和屋外配电装置（又称高压配电装置）。

设计原则：根据容量、电压等级、负荷情况，经过详细的技术经济比较，然后选出最佳方案。三、300MW发电机组电气部分.731．电气主接线

3

0MW发电机组，采用发电机—变压器单元接线，如图所示。全连分相封闭母线具有以下优点：(1)供电可靠。运行安全。由于外壳的屏蔽作用，母线电动力大大减少，而且基本消除了母线周围钢构件的发热。运行维护工作量小。2．主要电气设备.74.75四、600MW发电机组电气部分.76电气主接线

600MW发电机组，采用发电机—变压器单元接线，如图所示。

发电机中性点为高电阻接地系统，目的是限制发电机电压系统发生弧光接地时所产生的过电压，使之不超过额定电压的2.6倍，以保证发电机及其他设备的绝缘不被击穿。

接地电阻通过一台单相接地变压器用高压电缆接至发电机中性点。接地电阻上并联接地检测继电器，提供发电机定子绕组接地故障保护。接地电阻功率是根据发电机定子绕组金属性接地故障时，消耗在接地电阻上的功率(千瓦数)等于系统三相分布电容正常充电容量(千伏·安数)的1.1倍确定。.77.78五、高压交流输变电一、高压交流输变电概述输电电压等级发展的主要有以下原因：

1．长距离输送电能2．大容量输送电能.793．节省基建投资和运行费用线路的单位造价将随输送电压等级的升高而降低。

在相同的输送容量和距离的条件下，输电线路的总损耗(包括电阻损耗和电晕损耗)随输电电压等级的升高而降低。.804．电力系统互联

依靠联合电力系统变诸如水能、煤炭、石油、天然气、核能为电能，并把它们有效地联系在一起，通过长距离输送，进行分配，互相支援，彼此配合，取得最大的经济效益。输煤为输电，大大减轻了铁路运输压力。.81六、我国330kV及以上超高压输电.82

我国已经建成的华中、华东、华北、东北、南方电力系统，以500kV网络作为其主干网络，跨大区电力系统互联也采用了500kV交流输电技术。

超高电压的作用：进一步提高了电网输送能力，提高了系统运行稳定性；使大区电力系统内各省电力系统之间，跨大区电力系统间起到了电力余缺调节、水电和火电互补、事故时相互支援的作用。七、500kV变电站电气主接线.83八、500kV变电站主要电气设备.84.85九、高压直流输电.86直流输电发展概况直流输电的优点(1)线路造价低、年运行费用省。

(2)没有运行稳定问题。(3)能限制短路电流。(4)调节速度快，运行可靠。3．直流输电的缺点

(1)换流装置价格昂贵。(2)消耗大量的无功功率。

(3)产生谐波影响。(4)缺乏直流断路器。.87十、高压直流输电基本原理.88

对于采用双极型的直流输电，一根导线是正极，另一根导线是负极，中性点接地。在正常运行时中性点没有电流