《發(fā)電廠電氣部分》第一章(G)

發(fā)電廠電氣部分2021下期本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容第一章 能源與發(fā)電第二章 發(fā)電、變電和輸電的電氣部分第三章 常用計(jì)算的根本實(shí)際和方法第四章 電氣主接線及設(shè)計(jì)第五章 廠用電接線及設(shè)計(jì)第六章 導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理及選擇第七章 配電安裝第八章 發(fā)電廠和變電站的控制與信號(hào)第九章 同步發(fā)電機(jī)和電力變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)本課程的目的和義務(wù)經(jīng)過課堂講授、多媒體教學(xué)、課外作業(yè)、課外自學(xué)及發(fā)電廠和變電所認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解現(xiàn)代大型發(fā)電廠的電能消費(fèi)過程及特點(diǎn)；掌握發(fā)電廠和變電所電氣主系統(tǒng)及高壓電器的任務(wù)原理及運(yùn)用，發(fā)電廠和變電所的控制與信號(hào)原理。培育學(xué)生分析和處理發(fā)電廠及變電所電氣部分技術(shù)問題的根本專業(yè)素質(zhì)，掌握電氣主系統(tǒng)的普通設(shè)計(jì)方法。第一章能源和發(fā)電1.1緒論1.2能源和電能1.3火力發(fā)電廠1.4水力發(fā)電廠1.5核能發(fā)電廠1.1緒論一、我國電力工業(yè)開展概略1.裝機(jī)容量、發(fā)電量迅速增長統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從1882年國內(nèi)第一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)開場，解放前裝機(jī)容量缺乏185萬kW至2006年裝機(jī)容量到到達(dá)6億kW，期間閱歷了多階段的跨越式開展。年份裝機(jī)容量(萬kW)裝機(jī)容量在國際排位年發(fā)電量（億kWh）年發(fā)電量在國際排位備注～1949185214325建國前67年196011929594-裝機(jī)容量突破1000萬kW19871029054973-裝機(jī)容量突破1億199521722410069-裝機(jī)容量突破2億1996236542107942基本解決全國性缺電局面2000319322136852裝機(jī)容量突破3億2004440702218702裝機(jī)容量突破4億2005517182249752裝機(jī)容量突破5億2006622002283442裝機(jī)容量突破6億表1-1我國各階段電力開展情況表2005年>500GW2004年>400GW2000年>300GW1995年>200GW1987年>100GW1978年57.1GW1949年1,850MW中國發(fā)電裝機(jī)容量變化2007年底：71329萬千瓦〔7.133億千瓦〕2021年底：79253萬千瓦〔7.93億千瓦〕2021年底：87407萬千瓦〔8.74億千瓦〕2.電網(wǎng)的建立有較大開展1971年以前：我國大陸電網(wǎng)最高電壓等級(jí)為220kV；1972年：建成第一條330kV輸電線路〔劉家峽——陜西關(guān)中，534km〕；1981年：建成第一條500kV輸電線路〔河南平頂山——武漢，595km〕；1989年：建成第一條±500kV直流輸電線路〔葛洲壩——上海，1046km〕；2005年：建成第一條750kV輸電線路〔青海官亭——甘肅蘭州東，146km〕；2006年：我國首條1000kV特高壓輸電線路開關(guān)站在河南南陽奠基〔晉東南——南陽——荊門，654km〕。3.電力設(shè)備的制造程度大大提高我國最大的地?zé)犭娬荆何鞑匮虬司谝?、二地?zé)犭娬究傃b機(jī)容量2.518萬KW；我國最大的風(fēng)電場：內(nèi)蒙古赤峰賽罕壩風(fēng)電場總裝機(jī)容量17萬KW。第二大風(fēng)電場是新疆達(dá)坂城風(fēng)電場，其總裝機(jī)容量14萬KW；我國最大的潮汐電站：浙江省江廈潮汐電站總裝機(jī)容量3200KW；我國最大的渣滓熄滅電廠：上海浦東渣滓熄滅電廠總裝機(jī)容量1.7萬KW。內(nèi)蒙古赤峰賽罕壩風(fēng)電場新疆達(dá)坂城風(fēng)電場江廈潮汐電站2005年10月24日廣州首座渣滓電廠啟用，日處置千噸渣滓發(fā)電。渣滓倒進(jìn)“渣滓儲(chǔ)蓄坑〞，然后送去熄滅發(fā)電中央控制室〔1〕電源構(gòu)造不盡合理：水電、核電及新能源發(fā)電比重偏小?！?〕電網(wǎng)建立與電源建立不協(xié)調(diào)，供電可靠性偏低：我國電力建立長期以來“重發(fā)輕供〞的情況非常突出。部分電網(wǎng)網(wǎng)架構(gòu)造不夠堅(jiān)強(qiáng)，出現(xiàn)窩電和缺電并存的景象；配電網(wǎng)仍不能滿足用電需求增長的需求；供電可靠性偏低。〔3〕人均擁有裝機(jī)容量和人均占有發(fā)電量較低：目前我國人均擁有裝機(jī)容量和人均占有發(fā)電量不到世界平均程度的一半，約為興隆國家的1/6和1/10?！?〕技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的平均程度不高：火電廠平均發(fā)電煤耗、供電煤耗、廠用電率、電網(wǎng)線損率等仍較高?！?〕火電廠的污染物排放量高：火電廠的二氧化硫、氮氧化物和大量粉塵的排放尚未得到有效控制?！?〕發(fā)供電設(shè)備質(zhì)量問題較多，性能欠佳。二、差距三、開展規(guī)劃1.大力開展水電水能資源是可再生的清潔能源；在電力系統(tǒng)中，有一定比例的水電裝機(jī)容量對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰和平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)極為有利；水電站的發(fā)電本錢低，水庫可以綜合利用。興隆國家水電的平均開發(fā)度已在60％以上。我國水電裝機(jī)容量居世界第2位，但僅開發(fā)了少部分，水電裝機(jī)容量比例偏低。我國水電之最世界最大的水電站：長江三峽電站世界最大的抽水蓄能電站：廣州抽水蓄能電站世界海拔最高的電站：西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站三峽電站廣州抽水蓄能電站2.優(yōu)化開展火電火電廠的廠址不受限制，建立周期短，能較快發(fā)揚(yáng)效益。建立一批大容量、高參數(shù)、環(huán)保型機(jī)組，并優(yōu)化電源規(guī)劃；淘汰一批不符合節(jié)能環(huán)保規(guī)范的小火電機(jī)組，實(shí)行上大壓小、降低能源耗費(fèi)、減少污染排放，并把壓小作為上大的前提。東莞沙角C電廠2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組3.積極開展核電我國目前曾經(jīng)構(gòu)成了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣等6個(gè)核電基地，擁有11臺(tái)核電機(jī)組、約900多萬KW的裝機(jī)容量。距世界程度仍有很大差距，目前全球核電占電能的比平均為17%，已有17個(gè)國家核電在本國發(fā)電量中的比重超越25%，而我國核發(fā)電量占總量不到2%，遠(yuǎn)不到世界平均程度，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于法國85%、美國20%的程度。核電在沿海地域是開展的必由之路，主要是在沿海一次能源短缺的廣東、福建、浙江、江蘇、遼寧、山東等省建立一批單機(jī)百萬千瓦級(jí)的核電站；同時(shí)也探求在內(nèi)地開展核電，主是在江西、湖南、安徽、吉林等省建立核電站。至2020年，中國核電裝機(jī)容量規(guī)劃要到達(dá)4000萬KW，約占整個(gè)電力裝機(jī)容量的4%。秦山核電站江蘇田灣核電站4.重點(diǎn)開展電網(wǎng)，構(gòu)成全國一致的結(jié)合電網(wǎng)推進(jìn)“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)〞的開展戰(zhàn)略，建立多個(gè)1000KV交流工程、±800KV直流工程。到2020年底，我國將建成覆蓋華北、華中、華東地域的特高壓交流同步電網(wǎng)，建成15個(gè)特高壓直流工程；建立多個(gè)500KV交流工程、±500KV直流工程。隨著三峽電站及其輸變電工程建立的完成，到2021年已根本實(shí)現(xiàn)以三峽為中心的全國聯(lián)網(wǎng)格局，并構(gòu)成全國一致的結(jié)合電網(wǎng)。我國在進(jìn)展電網(wǎng)建立的同時(shí)，還不斷推進(jìn)中俄、中越之間的跨國電力聯(lián)網(wǎng)工程。中國電網(wǎng)分布區(qū)域電網(wǎng)構(gòu)成華北、華東、華中、南方電網(wǎng)的裝機(jī)容量已超越1億kW(100GW)東北、西北電網(wǎng)的裝機(jī)容量也超越4000萬kW(40GW)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)1989年9月，±500kVDC2001年5月，500kVAC2003年6月，500kVAC2003年9月，500kVAC2004年6月，±500kVDC2005年6月，直流背靠背電網(wǎng)電壓等級(jí)第一條500kVAC：1981年12月河南平頂山-湖北武昌。第一條330kVAC：1972年6月甘肅劉家峽-天水-陜西關(guān)中(眉縣)。各電網(wǎng)已構(gòu)成500kV或330kV的骨干網(wǎng)架。第一條±500kVDC：1989年9月，湖北葛洲壩-上海南橋。第一條750kVAC：2005年9月青海官亭-甘肅蘭州東。5.因地制宜開展新能源發(fā)電，做好鄉(xiāng)村電氣化建立在遙遠(yuǎn)鄉(xiāng)村和沿海島嶼，因地制宜建立小水電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和太陽能發(fā)電等。至2021年，風(fēng)電裝機(jī)容量超越500萬KW，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量到達(dá)550萬KW，太陽能發(fā)電裝機(jī)容量到達(dá)30萬KW；到2020年，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)3000萬KW，生物質(zhì)發(fā)電到達(dá)3000萬KW，太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)220萬KW。6.開發(fā)和節(jié)約并重，高度注重環(huán)境維護(hù)在開發(fā)能源的同時(shí)，采取有效措施節(jié)約能源、降低損耗〔煤耗、水耗、線損等〕，提高能源利用效率。實(shí)行電力開展與環(huán)境維護(hù)相協(xié)調(diào)的方針，使電力建立與環(huán)境維護(hù)“同步規(guī)劃、同步實(shí)施、同步開展〞。1.2能源和電能一、能源的含義和分類一次能源：直接由自然界采用的能源。如煤、石油、天然氣等。二次能源：由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而獲得的另一種形狀的能源。如電力、汽油、煤氣等。二、電能電是一種二次能源，是在各種發(fā)電廠內(nèi)由其它能源〔比如煤、水等天然能源〕轉(zhuǎn)換而來的。發(fā)電廠是把各種天然能源，如煤炭、水能、核能等轉(zhuǎn)換成電能的工廠。根據(jù)發(fā)電廠所運(yùn)用的一次能源的不同，發(fā)電廠可分為：火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠等類型。1.3火力發(fā)電廠一、火電廠的分類按輸出能源分為：1〕凝汽式電廠：〔200MW及以上的機(jī)組〕容量大，接近燃料產(chǎn)區(qū)〔坑口、礦口〕，熄滅劣質(zhì)煤。電能經(jīng)高壓或超高壓線路送往負(fù)荷中心，單純供電。特點(diǎn)：水循環(huán)運(yùn)用，即在汽輪機(jī)內(nèi)作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷卻成水，又重新送回鍋爐。蒸汽中含有的大量熱量被浪費(fèi)。效率低：30％～40％。2〕熱電廠〔幾十到幾百M(fèi)W的機(jī)組〕容量中小，接近城市和負(fù)荷中心。電能在滿足地方需求后，經(jīng)高壓線路送進(jìn)電網(wǎng)，既供電又供熱。特點(diǎn)：在汽輪機(jī)中段抽出已作功蒸汽，或直接供熱給用戶〔化工、紡織、造紙、制藥、公用事業(yè)和居民取暖等〕，或送給水加熱器將水加熱供應(yīng)用戶。效率高：可達(dá)60％～70％。但運(yùn)轉(zhuǎn)方式不如凝汽式電廠靈敏，由于需根據(jù)熱需求調(diào)整出力。二、火電廠的電能消費(fèi)過程1.主要組成兩大部分：熱力部分和電氣部分也可分為三個(gè)系統(tǒng)：熄滅系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)三大中心設(shè)備：鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)大型火力發(fā)電廠普通都有燃煤、鍋爐、汽機(jī)、電氣、化學(xué)、熱工、水處置等車間〔或稱分場〕。(1)火力發(fā)電廠熄滅系統(tǒng)流程表示圖由鍋爐、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)。(2)汽水系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁安裝、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。(3)電氣系統(tǒng)2、消費(fèi)過程燃料的化學(xué)能熱能熱能傳送給水、蒸汽和空氣汽輪機(jī)軸上的機(jī)械能發(fā)電機(jī)送出的電能〔加上勵(lì)磁機(jī)送進(jìn)的磁能〕氣流的動(dòng)能(1)輸煤系統(tǒng)煤礦經(jīng)火車或輪船運(yùn)到電廠存放在儲(chǔ)煤場再經(jīng)碎煤機(jī)打碎大塊煤鍋爐原煤倉經(jīng)皮帶：經(jīng)過電磁分別器吸凈鐵屑(2)磨煤制粉系統(tǒng)煤從給煤機(jī)送至磨煤機(jī)，加上熱風(fēng)道來的熱風(fēng)煤被磨制和枯燥后，送到粗粉分別器旋風(fēng)分別器進(jìn)展氣粉分別熱風(fēng)進(jìn)入排風(fēng)機(jī)帶上從給粉機(jī)來的煤粉由噴燃器噴入爐膛熄滅細(xì)粉進(jìn)入煤粉倉(3)風(fēng)煙系統(tǒng)冷空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)，進(jìn)入空氣預(yù)熱器一部分熱風(fēng)送磨煤機(jī)，一部分熱風(fēng)直送噴燃器爐膛中熱風(fēng)與煤粉混合熄滅，產(chǎn)生大量熱量煙氣經(jīng)吸風(fēng)機(jī)引至煙囪，排入大氣熱量經(jīng)過金屬外表傳給鍋爐的水冷壁管、

過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵器(4)汽水系統(tǒng)給水泵打水經(jīng)高壓加熱器、省煤器加熱送入汽包汽包內(nèi)的水經(jīng)水冷壁下降管及下聯(lián)箱進(jìn)入上升管汽進(jìn)入過熱器，經(jīng)蒸汽管道引入汽輪機(jī)蒸汽膨脹，高速?zèng)_擊葉片，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)水吸熱汽化，汽水混合物上升到汽包進(jìn)展汽水分別(4)汽水系統(tǒng)作功后蒸汽溫度壓力下降排入凝汽器冷卻凝結(jié)成水循環(huán)運(yùn)用(5)電氣系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電除去廠用電后經(jīng)變壓器升壓送入電網(wǎng)水力發(fā)電廠：水為原料，水輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)，根據(jù)取水的方式不同，又可以分為：1)堤壩式水電廠堤壩蓄水，抬高水位，構(gòu)成發(fā)電水頭。壩后式：廠房在堤壩后面河床式：廠房組成堤壩的一部分2〕引水式水電廠不修堤壩，只由引水渠道構(gòu)成發(fā)電水頭。1.3水力發(fā)電廠壩后式水電廠河床式水電廠3〕混合式水電廠兼有堤壩式，引水式的特點(diǎn)。4〕抽水蓄能電廠利用深夜或豐水期剩余電力，使水輪機(jī)以水泵方式任務(wù)，將下游的水抽到高水位蓄水池內(nèi)，再在需求時(shí)用來發(fā)電，作負(fù)荷調(diào)峰、填谷之用?；痣姾退姷暮唵伪容^1〕火電廠投資相對(duì)少，建立工期相對(duì)短，但原料儲(chǔ)量不如水電豐富，而且有污染。2〕火電機(jī)組不如水電機(jī)組起停迅速，所以火電大多承當(dāng)系統(tǒng)基荷，而水電既可承當(dāng)基荷〔豐水期〕，也可承當(dāng)腰荷，以及調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和各種備用義務(wù)。1.4核能發(fā)電廠根本原理同火力發(fā)電廠，只不過是用核反響堆和蒸發(fā)器替代了火力發(fā)電廠的鍋爐設(shè)備。一個(gè)1000MW的火電廠一天燃煤9600t，同樣大的核電廠只需3.3kg的U235。核分裂反響如何繼續(xù)發(fā)生壓水式核反響器表示圖沸水式核反響器表示圖其它能源發(fā)電1〕太陽能2〕風(fēng)能3〕地?zé)?〕潮汐5〕燃料電池6〕渣滓7〕磁流體三種方法:1〕直接將日光轉(zhuǎn)換為電流。2〕產(chǎn)生蒸汽推進(jìn)發(fā)電機(jī)。3〕利用日光將水分解，利用氫作為發(fā)電的燃料。

上述三種方法均須有穩(wěn)定的日照及寬闊地帶。太陽能發(fā)電利用聚熱安裝，將太陽熱能聚集