發(fā)電廠電氣部分 緒論

第一章

緒論.2第一節(jié)我國(guó)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(jī)容量與發(fā)電量較低。2、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)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(rèn)識(shí)的能量：機(jī)械能:它包括固體和流體的動(dòng)能、勢(shì)能、彈性能及表面張力能等。其中動(dòng)能和勢(shì)能是人類最早認(rèn)識(shí)的能量，稱為宏觀機(jī)械能。熱能:它是由構(gòu)成物體的微觀原子及分子振動(dòng)與運(yùn) 動(dòng)的動(dòng)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(yùn)動(dòng)的強(qiáng)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)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(yùn)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(dòng)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(shí)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(jìn)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?yàn)閺谋焕贸潭瓤催€遠(yuǎn)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(shí)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(bǔ)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(shí)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(chǔ)存的能源，例如煤、石油、天然氣、核燃料、地?zé)?、氫能等。?/p>

過程性能源:指無法直接儲(chǔ)存的能源，例如水能、風(fēng)能、海洋能、電能等。例如，為了儲(chǔ)存流水的能量就要修筑攔水大壩；為了儲(chǔ)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(duì)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(duì)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(duì)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(yùn)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(diǎn)有：①

便于大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)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(dòng)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(jiǎn)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(jī)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?xì)獍l(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(dòng)機(jī)分：凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電廠、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠、

內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠和蒸汽—燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)容量的多少分：①小容量發(fā)電廠，其裝機(jī)總?cè)萘吭?00MW以下的發(fā)電廠；②中容量發(fā)電廠，其裝機(jī)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(jī)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(jī)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(gè)生產(chǎn)過程可分為三個(gè)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)闊崮埽訜徨仩t中的水使之變?yōu)檎羝?。②汽水系統(tǒng)：鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，沖動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，稱為。③電氣系統(tǒng)：由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，把機(jī)械能變?yōu)殡娔堋Ｄ交痣姀S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(yùn)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(jī)、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(bǔ)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(jī)、勵(lì)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(diǎn).31布局靈活投資少耗煤量大費(fèi)用高啟機(jī)時(shí)間長(zhǎng)附加燃料消耗大強(qiáng)迫停運(yùn)率高，廠用電率高對(duì)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(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的工廠。

生產(chǎn)過程：從河流較高處或水庫(kù)內(nèi)引水，利用水的壓力或流速?zèng)_動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將水能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，然后由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)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(kù)的水流經(jīng)壩體內(nèi)的壓力水管引入廠房推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。圖為壩后式水電廠示意圖，這是我國(guó)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(jìn)入廠房，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)后泄人下游。這種電廠無庫(kù)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(diǎn)。.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(diǎn).43(1)可綜合利用水能資源(2)發(fā)電成本低、效率高(3)運(yùn)行靈活水能可儲(chǔ)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(zhǎng)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(kù)，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(duì)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(diǎn)是整個(gè)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(jī)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(shí)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(shí)，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(yán)重事故時(shí)，如一回路系統(tǒng)管道破裂而引起失水事故時(shí)為堆芯提供應(yīng)急的和持續(xù)的冷卻。控制、保護(hù)和檢測(cè)系統(tǒng):為上述4個(gè)系統(tǒng)提供檢測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和保護(hù)。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(duì)一回路系統(tǒng)的排水進(jìn)行貯存、處理和監(jiān)測(cè)，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(jī)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(shí)能對(duì)安全殼進(jìn)行噴淋冷卻。核燃料的裝換料及貯存系統(tǒng):用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)安全殼和輔助廠房的通風(fēng)，同時(shí)防止放射性外泄。柴油發(fā)電機(jī)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(jī)系統(tǒng):由蒸汽系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)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(yùn)行.65核電廠的運(yùn)行和火電廠相比有以下一些新的特點(diǎn)：

(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(duì)反應(yīng)堆堆芯一次裝料，并定期停堆換料。(2)在運(yùn)行中或停閉后，都有很強(qiáng)的放射性。

(3)在任何事故工況下，保證對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)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(fèi)用高，但燃料所占費(fèi)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(jiǎn)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(jī)、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(hù)電器。(4)載流導(dǎo)體。(5)接地裝置。二、二次設(shè)備.68

對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、控制、監(jiān)視和保護(hù)的設(shè)備，稱為二次設(shè)備。包括：(1)互感器。測(cè)量裝置。繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置。直流電源設(shè)備。

·操作電器、信號(hào)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(jī)、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(yùn)行方式。

電氣主接線通常用按規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào)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(hù)和測(cè)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(jī)電壓配電裝置）和屋外配電裝置（又稱高壓配電裝置）。

設(shè)計(jì)原則：根據(jù)容量、電壓等級(jí)、負(fù)荷情況，經(jīng)過詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后選出最佳方案。三、300MW發(fā)電機(jī)組電氣部分.731．電氣主接線

3

0MW發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)—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(diǎn)：(1)供電可靠。運(yùn)行安全。由于外殼的屏蔽作用，母線電動(dòng)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(yùn)行維護(hù)工作量小。2．主要電氣設(shè)備.74.75四、600MW發(fā)電機(jī)組電氣部分.76電氣主接線

600MW發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線，如圖所示。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)為高電阻接地系統(tǒng)，目的是限制發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)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(jī)及其他設(shè)備的絕緣不被擊穿。

接地電阻通過一臺(tái)單相接地變壓器用高壓電纜接至發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)。接地電阻上并聯(lián)接地檢測(cè)繼電器，提供發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障保護(hù)。接地電阻功率是根據(jù)發(fā)電機(jī)定子繞組金屬性接地故障時(shí)，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(jí)發(fā)展的主要有以下原因：

1．長(zhǎng)距離輸送電能2．大容量輸送電能.793．節(jié)省基建投資和運(yùn)行費(fèi)用線路的單位造價(jià)將隨輸送電壓等級(jí)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(jí)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(zhǎng)距離輸送，進(jìn)行分配，互相支援，彼此配合，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。輸煤為輸電，大大減輕了鐵路運(yùn)輸壓力。.81六、我國(guó)330kV及以上超高壓輸電.82

我國(guó)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(jìn)一步提高了電網(wǎng)輸送能力，提高了系統(tǒng)運(yùn)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(bǔ)、事故時(shí)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(diǎn)(1)線路造價(jià)低、年運(yùn)行費(fèi)用省。

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

(1)換流裝置價(jià)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(duì)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(fù)極，中性點(diǎn)接地。在正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)沒有電流