發(fā)電廠電氣 第一章 能源與發(fā)電

發(fā)電廠電氣部分一、本門課程的作用

該課程是電力系統(tǒng)專業(yè)必修專業(yè)課。本課程主要講述發(fā)電廠、變電所電氣一次系統(tǒng)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法及運(yùn)行理論，以及部分電氣二次系統(tǒng)的原理和技術(shù)。本課程的主要任務(wù)是從應(yīng)用的角度出發(fā)，使學(xué)生掌握發(fā)電廠、變電站主接線基本形式、各類發(fā)電廠的接線特點(diǎn)、主接線設(shè)計(jì)方法、廠用電接線、配電裝置、主要電氣設(shè)備及其選擇方法、控制與信號(hào)以及電弧理論、發(fā)熱理論、電動(dòng)力理論等內(nèi)容。電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)學(xué)生就業(yè)單位及其崗位

二、本門課程的主要內(nèi)容

1.能源和發(fā)電2.發(fā)電變電輸電的電氣部分3.常用計(jì)算的基本理論和方法4.電氣主接線5.廠用電接線及設(shè)計(jì)6.導(dǎo)體和電氣設(shè)備的原理和選擇7.配電裝置8.發(fā)電廠和變電所的控制與信號(hào)

三、參考資料1.《發(fā)電廠電氣部分》中國電力出版社熊信銀2.《發(fā)電廠電氣部分》中國電力出版社姚春球3.《電力系統(tǒng)工程》上海電力學(xué)院陸敏政4.《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》西北電力設(shè)計(jì)院四、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解不同類型發(fā)電廠的發(fā)電過程；2.掌握發(fā)電廠、變電站主接線基本形式；3.理解導(dǎo)體發(fā)熱、電動(dòng)力計(jì)算的實(shí)質(zhì)，掌握計(jì)算方法；4.熟練掌握電氣設(shè)備的圖形符號(hào)和文字符號(hào)，掌握常用電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)的方法；5.掌握廠用電接線的方法，電源引接方式，常用變壓器的選擇原則；6.理解最小安全凈距的概念，了解配電裝置的類型，掌握配電裝置的布置原則；7.熟悉二次回路不同接線方式，掌握斷路器的控制與信號(hào)電路的分析方法。四、學(xué)習(xí)目標(biāo)8.具有電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)的能力9.掌握常用電氣裝置之間倒閘操作的操作過程10.具備初步的中小型發(fā)電廠和變電所主接線設(shè)計(jì)的能力11.熟悉發(fā)電廠變電站運(yùn)行操作的相關(guān)規(guī)程，規(guī)范1.1能源和電能1.2火力發(fā)電廠1.3水力發(fā)電廠1.4核能發(fā)電廠1.5新能源發(fā)電第一章能源和發(fā)電1.1能源和電能一、能源含義和分類一次能源：石油、煤炭二次能源：電電是一種二次能源，是在各種發(fā)電廠內(nèi)由其它能源（比如媒、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)電廠所使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、核發(fā)電廠等類型。二、電能1.2火力發(fā)電廠一、火電廠的分類按輸出能源分為：a.凝汽式電廠（200MW及以上的機(jī)組）容量大，靠近燃料產(chǎn)區(qū)（坑口、礦口），燃燒劣質(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)使用，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％b.熱電廠（幾十到幾百M(fèi)W的機(jī)組）容量中小，靠近城市和負(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，或直接供熱給熱用戶（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給用戶。效率高：可達(dá)60％～70％。但運(yùn)行方式不如凝汽式電廠靈活，因?yàn)樾韪鶕?jù)熱需求調(diào)整出力。二、火電廠的電能生產(chǎn)過程1、主要組成兩大部分：熱力部分和電氣部分三大核心設(shè)備：鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)大型火力發(fā)電廠一般都有燃煤、鍋爐、汽機(jī)、電氣、化學(xué)、熱工、水處理等車間（或稱分場）。作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程發(fā)電廠的生產(chǎn)過程實(shí)際上是能量的傳遞和轉(zhuǎn)換過程燃料的化學(xué)能煙氣的熱能熱能傳遞給水、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)能作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(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：通過電磁分離器吸凈鐵屑作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(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)煤被磨制和干燥后，送到粗粉分離器旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣粉分離熱風(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燃燒細(xì)粉進(jìn)入煤粉倉作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(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)與煤粉混合燃燒，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)過金屬表面?zhèn)鹘o鍋爐的水冷壁管、

過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵器作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(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)行汽水分離作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(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)使用(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)1.3水力發(fā)電廠一、水電廠的分類水力發(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：a.壩式水電廠

堤壩蓄水，抬高水位，形成發(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岸邊式：壩后式水電廠河床式水電廠:葛洲壩電廠岸邊式水電廠b.引水式水電廠不修堤壩，只由引水渠道形成發(fā)電水頭。無壓引水式水電站有壓引水式水電站華能竹冷關(guān)引水式水電站c.混合式水電廠

兼有堤壩式，引水式的特點(diǎn)。在一個(gè)河段上，同時(shí)采用高壩和有壓引水道共同集中落差的開發(fā)方式稱為混合式開發(fā)。北京下馬嶺水電站d.抽水蓄能電廠利用深夜或豐水期剩余電力，使水輪機(jī)以水泵方式工作，將下游的水抽到高水位蓄水池內(nèi)，再在需要時(shí)用來發(fā)電，作負(fù)荷調(diào)峰之用。北京十三陵抽水蓄能電站f.潮汐發(fā)電站

潮汐發(fā)電與原理：利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程。潮汐發(fā)電就是在海灣或有潮汐的河口建一攔水堤壩，將海灣或河口與海洋隔開構(gòu)成水庫，再在壩內(nèi)或壩房安裝水輪發(fā)電機(jī)組，然后利用潮汐漲落時(shí)海水位的升降，使海水通過輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。最大的潮汐電站：法國朗斯電站火電和水電的簡單比較火電廠投資相對(duì)少，建設(shè)工期相對(duì)短，但原料儲(chǔ)量不如水電豐富，而且有污染。火電機(jī)組不如水電機(jī)組起停迅速，所以火電大多承擔(dān)系統(tǒng)基荷，而水電既可承擔(dān)基荷（豐水期），也可承擔(dān)腰荷，以及調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和各種備用任務(wù)。葛洲壩水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葛洲壩大江電廠發(fā)電廠房1.4核能發(fā)電廠一、核電廠的分類核能發(fā)電的原理：核能→水和水蒸氣的內(nèi)能→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能→電能。核能發(fā)電利用鈾燃料進(jìn)行核分裂連鎖反應(yīng)所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反應(yīng)所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當(dāng)多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其馀皆為無法產(chǎn)生核分裂的鈾238。核能發(fā)電與火力發(fā)電極其相似，只是以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。除沸水堆外（輕水堆），其他類型的動(dòng)力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個(gè)大氣壓左右的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。

核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)：核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會(huì)造成空氣污染。核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)：核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便，一個(gè)1000MW的火電廠一天燃燒的煤是9600t。而相應(yīng)1000MW的核電廠，一天只要3.3kg的U235，相差300萬倍。核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟(jì)情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。核能發(fā)電的缺點(diǎn)：核能電廠會(huì)產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對(duì)相當(dāng)大的政治困擾。核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重。核能電廠投資成本太大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高。核能發(fā)電的缺點(diǎn)：核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)。興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。1.5新能源發(fā)電廠太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電及垃圾電廠等。一、太陽能發(fā)電1、太陽能熱發(fā)電：將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其基本組成與常規(guī)火力發(fā)電廠相似。2、太陽能光發(fā)電：太陽能廣發(fā)電不通過熱過程而直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能，其中光伏電池是一種主要的太陽能光發(fā)電形式，也叫光伏發(fā)電。光伏發(fā)電是把照射到太陽能電池上的光直接變換成電能的一種發(fā)電形式，它是目前太陽能發(fā)電研究的方向。二、風(fēng)力發(fā)電廠將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電方式稱為風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)能屬于再生能源，又是一種過程性的能源，無法直接存儲(chǔ)，還具有隨機(jī)性，所以對(duì)風(fēng)能的應(yīng)用技術(shù)上比較復(fù)雜。二、地?zé)岚l(fā)電廠地球本身是個(gè)大熱庫，地?zé)豳Y源遍布世界各地。地?zé)崮艿膬?chǔ)量很大，它的總量大約是煤炭的一億七千萬倍。目前實(shí)際能利用的地?zé)豳Y源主要限于蒸汽田和熱水田（統(tǒng)稱地?zé)崽铮５責(zé)崾乔鍧嵉哪茉?，其發(fā)電成本比水電和火電都低，而且地?zé)岚l(fā)電后排出的熱水還可以供采暖、醫(yī)療、提取化學(xué)物質(zhì)等利用，所以目前地?zé)岚l(fā)電發(fā)展很快。發(fā)電廠的其他分類根據(jù)電廠的地位和作用，又可分為：①區(qū)域性發(fā)電廠、地區(qū)發(fā)電廠和自備發(fā)電廠

區(qū)域性發(fā)電廠：主力電