發(fā)電廠電氣部分-緒論課件

我國電力工業(yè)發(fā)展概況電力系統(tǒng)發(fā)展的前景本課程的目的和任務(wù)緒論基本要求1、了解授課內(nèi)容及其與相關(guān)課程間的聯(lián)系2、了解電力系統(tǒng)的形成與發(fā)展以及我國電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

交流優(yōu)點(diǎn)：變壓容易，電動(dòng)機(jī)簡單，便宜1893年：第一條三相交流輸電線路在南加州建成，2300V，12km長。此后交流輸電系統(tǒng)得到迅速推廣，直流系統(tǒng)逐漸退出運(yùn)營。直流優(yōu)點(diǎn)：不存在系統(tǒng)同步穩(wěn)定問題，可實(shí)現(xiàn)不同頻率的系統(tǒng)間聯(lián)網(wǎng)。電力電子技術(shù)的發(fā)展和器件價(jià)格的降低使得近年來直流輸電有了大規(guī)模的發(fā)展。目前電網(wǎng)，大多為交直流混聯(lián)電網(wǎng)。一、我國電力工業(yè)發(fā)展概況世界電力工業(yè)發(fā)展回顧：中國電力工業(yè)的成就：中國單機(jī)容量最大的汽輪發(fā)電機(jī)組：哈爾濱電機(jī)廠為江蘇國電泰州電廠生產(chǎn)的1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組。容量最大的火力發(fā)電廠：山東鄒縣發(fā)電廠容量：4*33.5+2*60+2*100=454萬kW

浙江華能玉環(huán)電廠：4*100=400萬千瓦，是我國“863計(jì)劃”中引進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化依托工程的國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。作為我國第一個(gè)超超臨界機(jī)組建設(shè)項(xiàng)目，該工程總投資約156億元，其四臺機(jī)組連續(xù)順利投產(chǎn)標(biāo)志著中國已成功掌握目前世界先進(jìn)的超超臨界火力發(fā)電技術(shù)中國單機(jī)容量最大的水輪發(fā)電機(jī)組：容量700MW，安裝在三峽水力發(fā)電廠世界最大的水力發(fā)電廠：三峽裝機(jī)容量26*70萬千瓦+6*70萬千瓦（地下電廠）=2240萬千瓦中國最大的核電發(fā)電機(jī)組：容量為1000MW，安裝在嶺澳、田灣核電廠中國電力工業(yè)的成就：云廣±800kV直流輸電工程中國電力工業(yè)的成就：世界最大的水電廠目前我國最大的水力發(fā)電廠，也是世界上最大的水力發(fā)電廠是三峽水力發(fā)電廠裝有32臺單機(jī)容量為70萬kW的水輪發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量1820萬kW年均發(fā)電量847億kW·h三峽大壩采用混凝重力壩，壩高185m，壩長(軸線長)2309m，壩頂總長3035m，總投資約2039億。標(biāo)志：20世紀(jì)60年代起電子技術(shù)引入方向：大機(jī)組大電廠大系統(tǒng)超高壓交直流輸電高度自動(dòng)化我國電力工業(yè)現(xiàn)階段的特點(diǎn)節(jié)能減排西電東送、南北互供、聯(lián)合電力系統(tǒng)超高壓、大系統(tǒng)

系統(tǒng)容量在（4-8）億

kw以上交流輸電電壓為500、750和1150kV直流為500kV和750kV

大機(jī)組、大電廠

火電廠容量（460-640）萬kW，最大機(jī)組容量130-165萬kW水電廠容量1260萬kW，最大機(jī)組容量（70-80）萬kW抽水蓄能電廠容量210萬kW，最大機(jī)組容量45.7萬kW核電廠容量（400-800）萬kW，最大機(jī)組容量（100-145）萬kW高度自動(dòng)化

以計(jì)算機(jī)為中心的安全監(jiān)測和經(jīng)濟(jì)調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)行功率和頻率的自動(dòng)調(diào)整，火電廠實(shí)行單元集中控制，水電廠和變電站實(shí)行無人值班和遠(yuǎn)方集中控制。聯(lián)合電力系統(tǒng)1989年，500kV直流輸電線路，葛洲壩到上海南橋，使華中與華東兩大電力系統(tǒng)互聯(lián)，是中國第一個(gè)跨大區(qū)的聯(lián)合電力系統(tǒng)。2001年5月，東北、華北電網(wǎng)通過500kV姜(姜家營)綏(綏中)線互聯(lián)2003年9月，華北、華中電網(wǎng)通過500kV辛(辛安)嘉(獲嘉)線互聯(lián)三峽工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)了華中、川渝、華東和南方電網(wǎng)的互聯(lián)

電力系統(tǒng)與發(fā)電廠的關(guān)系電能的生產(chǎn)：火電、水電和核電、各種新能源電能的傳輸：交流架空線路或電纜

直流輸電電能的變換和分配：

變電站電能的使用：各種形式的負(fù)荷將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能源。電力系統(tǒng)發(fā)電廠樞紐變電站中間變電站地區(qū)變電站終端變電站電力工業(yè)的構(gòu)成圖示電力系統(tǒng)7、發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)輕松一下1、電能為何采用三相、50（60）Hz、正弦、交流電？2、你能說出幾座大型發(fā)電廠的名字？直流與交流的辯論-------EdisonvsWestinghouseDC支持者交流電壓高，危險(xiǎn)?。C支持者直流只能短距離供電直流電難以實(shí)現(xiàn)電壓變換直流電機(jī)存在換向問題1893年Tesla把交流電系統(tǒng)成功地應(yīng)用于芝加哥的世界博覽會(huì)，交流對直流之間的爭論結(jié)束超高壓直流輸電的應(yīng)用交流電直流電整流器逆變器交流電優(yōu)點(diǎn)：★線路造價(jià)低，年運(yùn)行費(fèi)用省★沒運(yùn)行穩(wěn)定問題★能限制短路電流★調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠缺點(diǎn)：★換流裝置價(jià)格昂貴★消耗大量無功功率★產(chǎn)生諧波影響★缺乏直流斷路器電能為何采用三相、50（60）Hz、正弦、交流電？交流：與直流相比，開斷電流容易，輸送大功率。高壓直流用于遠(yuǎn)距離輸送大功率，連接不同頻率或非同步運(yùn)行的系統(tǒng)，向海島送電等。

正弦波：通過電器設(shè)備后波形基本還是正弦波。

50~60HZ：過低，閃爍；過高，干擾強(qiáng)、損耗大。

三相：三相設(shè)備經(jīng)濟(jì)、三相系統(tǒng)形成的旋轉(zhuǎn)磁場是電動(dòng)機(jī)工作的基礎(chǔ)。

我們學(xué)什么？發(fā)電廠（變電站）的電氣部分的設(shè)計(jì)與運(yùn)行一、授課內(nèi)容發(fā)電廠電氣部分電氣主接線設(shè)計(jì)廠用電設(shè)計(jì)電氣設(shè)備選擇配電裝置設(shè)計(jì)常用計(jì)算的理論和方法電氣主接線運(yùn)行廠用電運(yùn)行變壓器運(yùn)行發(fā)電機(jī)運(yùn)行廠站的控制與信號二、相關(guān)課程間的聯(lián)系高電壓技術(shù)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置變電站綜合自動(dòng)化發(fā)電廠熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備電力系統(tǒng)分析及短路計(jì)算電氣主接線設(shè)計(jì)（運(yùn)行）廠用電設(shè)計(jì)（運(yùn)行）電氣設(shè)備選擇配電裝置設(shè)計(jì)常用計(jì)算的理論和方法發(fā)電機(jī)運(yùn)行變壓器運(yùn)行廠站的控制與信號第一章能源與發(fā)電

基本要求1、了解各類發(fā)電廠的生產(chǎn)過程2、掌握各類發(fā)電廠的特點(diǎn)

一、能源分類一次能源二次能源新能源再生性能源：太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芊窃偕阅茉矗汉司圩兾镔|(zhì)常規(guī)能源再生性能源：水能非再生性能源：煤、石油、天然氣、核裂變物質(zhì)電力、焦炭、煤氣、汽油、煤油、柴油、重油、氫能、沼氣、酒精、蒸汽、熱水等二、發(fā)電廠----------能量轉(zhuǎn)換站發(fā)電廠的類型火力發(fā)電廠：燃料的化學(xué)能----電能水力發(fā)電廠：水的位能----電能核能電廠：核裂變能----電能地?zé)犭姀S：地?zé)崮?---電能潮汐電廠：海洋能----電能風(fēng)力發(fā)電廠：風(fēng)能----電能太陽能電站：太陽能----電能1、火電廠的生產(chǎn)過程鍋爐主要設(shè)備：汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)各種輔機(jī)礦物燃料的化學(xué)能----熱能----機(jī)械能----電能

火電廠的分類按燃料分類：按蒸汽壓力和溫度分類按原動(dòng)機(jī)分類按輸出能源分類:按裝機(jī)容量分類：燃煤電廠、燃油電廠、燃?xì)怆姀S、余熱電廠中低壓電廠---蒸汽壓力3.92MPa，溫度450℃，單機(jī)小于25MW高壓電廠---9.9MPa，540℃，小于100MW超高壓電廠---13.83MPa，540/540℃，小于200MW亞臨界壓力電廠---16.77MPa，540/540℃，300~1000MW超臨界壓力電廠---21.11MPa，550/550℃，600、800MW及及以上凝汽式汽輪機(jī)電廠、燃?xì)廨啓C(jī)電廠、內(nèi)燃機(jī)電廠、蒸汽-燃?xì)廨啓C(jī)電廠凝汽式發(fā)電廠（效率30%~40%）、熱電廠（效率60%~70%）小容量電廠、中容量電廠、大中容量電廠、大容量電廠100MW以下100~250MW250~1000MW1000MW以上燃燒系統(tǒng)汽水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)深圳媽灣電廠埃迪斯通電廠（美）尼德奧森電廠（德）火力發(fā)電的特點(diǎn)除坑口電廠外，火電廠選址布局較靈活，有利于合理配置有功和無功電源，裝機(jī)容量可按需要決定。火電廠相對于水電廠，建設(shè)周期短，一次性投資少，運(yùn)行費(fèi)用高，單位電量發(fā)電成本比水電廠高3~4倍。與水電機(jī)組相比，火電機(jī)組啟動(dòng)、帶負(fù)荷、停機(jī)所需要的時(shí)間長?；痣姀S效率同蒸汽參數(shù)有關(guān)，高參數(shù)機(jī)組比中低參數(shù)機(jī)組效率高?；痣姍C(jī)組最小出力受熱負(fù)荷（熱電廠）和鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行最低蒸發(fā)量的制約。對環(huán)境的污染大2、

水電站的生產(chǎn)過程水位能---機(jī)械能---電能主要設(shè)備：壓力水管、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)P=9.81ηQHp---發(fā)電功率，KW；Q---通過水輪機(jī)的水量，m3/sη---水電廠效率；H---水的落差，m；堤壩式引水式混合式壩后式河床式水電站的分類水電廠按集中落差方式分類按徑流調(diào)節(jié)的程度分類水電廠有調(diào)節(jié)水電廠無調(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)水電廠堤壩式壩后式河床式建在河水中上游山區(qū)峽谷地段。單獨(dú)筑壩，壩身高，水位高，廠房建在壩后，不承受水壓。特點(diǎn)：形成蓄水庫，以調(diào)節(jié)流量，引用流量大，電站規(guī)模大，綜合效益高。三門峽、劉家峽、白山、丹江口水電站

適用于平原上河床平緩地區(qū)，落差小，廠房和壩建在一起，構(gòu)成攔河建筑物的一個(gè)組成部分。廠房承受上游水的壓力，起擋水作用。

特點(diǎn)是：水頭低（小于30～40米）；擋水建筑物長。

葛洲壩、西津水電廠

混合式根據(jù)河流特點(diǎn)建造的兼有堤壩式和引水式兩種特點(diǎn)的水電廠。

引水式無壓引水有壓引水在河流上游，當(dāng)河床坡度較大時(shí)，可以借助坡降較小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水頭，以獲取最大落差。特點(diǎn)是：水頭較高（最高為1020米），流量小，無蓄水池調(diào)節(jié)流量；綜合利用價(jià)值低，電站規(guī)模也較小。

三峽電站26臺700MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量18200MW。三峽電站分為左岸和右岸電站，左、右岸電站又各分為兩個(gè)電廠。其中，左一電廠裝機(jī)8臺，出線5回；左二電廠裝機(jī)6臺，出線3回；右一、右二電廠裝機(jī)均為6臺，出線分別為4回和3回。三峽左岸廠房外部全貌三峽左岸電站廠房全貌梯級電站及抽水蓄能電站梯級電廠----根據(jù)河流條件將河流分成若干段，每段各自建立水電廠，上游的水發(fā)電后放入下游，供下游各級電廠繼續(xù)利用發(fā)電。

抽水蓄能電廠----在下游增設(shè)一個(gè)大的儲(chǔ)水池，白天負(fù)荷高峰時(shí)電廠發(fā)電，發(fā)過電的水存入儲(chǔ)水池，夜間低負(fù)荷時(shí)把儲(chǔ)水池的水再抽回水庫，把電能再變成水的勢能，以備下一天負(fù)荷高峰時(shí)再發(fā)電。

抽水蓄能電站的作用在系統(tǒng)中的作用調(diào)峰填谷備用調(diào)頻調(diào)相功能降低電力系統(tǒng)的燃料消耗提高火電設(shè)備利用率可作為發(fā)電成本低的峰荷電源對環(huán)境沒污染且能美化環(huán)境可用于蓄能十三陵抽水蓄能電站水力發(fā)電的特點(diǎn)可綜合利用水能資源，不污染環(huán)境。投資大，工期長，但發(fā)電效率高，運(yùn)行成本低。天然流量受水文、氣象等自然條件影響，利用水庫調(diào)節(jié)徑流可減少洪水和枯水期的差別。運(yùn)行靈活，水電機(jī)組啟動(dòng)快，宜在電力系統(tǒng)擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻和緊急備用。興建水庫會(huì)帶來一定的弊端3、

核電站的生產(chǎn)過程主要設(shè)備：核反應(yīng)堆+核蒸汽發(fā)生系統(tǒng)=鍋爐汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)核裂變能-------熱能-------機(jī)械能--------電能一公斤標(biāo)準(zhǔn)煤含熱量3×104J，一公斤鈾235裂變產(chǎn)生熱能7.95×1010J，相當(dāng)2700t煤核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生大量熱量，由冷卻劑（水或空氣）帶出，在蒸汽發(fā)生器中把熱量傳給水，將水加熱成蒸汽來轉(zhuǎn)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。核反應(yīng)------使一種原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的過程核聚變：熱核反應(yīng)，觸發(fā)和維持這個(gè)反應(yīng)需要極高的溫度，不易控制。由于聚變涉及的粒子帶同性電荷，起爆反應(yīng)需很高的動(dòng)能核裂變：可用中性粒子來激發(fā)，用中子轟擊一個(gè)重核不會(huì)受到排斥，中子鈾核鍶核氙核漏失或消耗掉的中子可用于裂變的中子U235裂變反應(yīng)：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)天然鈾

----單純的天然鈾難以維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)天然鈾在中子轟擊下發(fā)生裂變的主要成分是只占0.714%的鈾235，快、慢中子都能使其分裂，慢中子引起裂變的幾率更大。占99.28%的同位素鈾238，不易分裂，在快中子作用下可能分裂，但易俘獲中子。解決方法：從天然鈾中分離鈾-235使裂變產(chǎn)生的快中子迅速慢化核電站反應(yīng)堆的分類堆型燃料慢化劑冷卻劑輕水堆壓水堆沸水堆濃縮鈾濃縮鈾輕水輕水輕水輕水重水堆重水冷卻型輕水冷卻型天然鈾天然鈾、濃縮鈾、钚重水重水重水輕水石墨氣冷堆天然抽氣冷改進(jìn)型氣冷高溫氣冷堆天然鈾濃縮鈾濃縮鈾、釷石墨石墨石墨二氧化碳二氧化碳氦快中子增殖堆濃縮鈾+钚無鈉沸水堆----利用沸騰水作為慢化劑，采用單回路系統(tǒng)，使汽輪機(jī)等設(shè)備有受放射性污染的可能。壓水堆----用有壓力的水作為慢化劑和冷卻劑，采用蒸汽發(fā)生器，形成兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，即水循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，可防止蒸汽受放射性污染核電廠的系統(tǒng)組成：核島(在高溫高壓和放射性條件下工作的部分)+常規(guī)島（無放射性條件下工作的部分）+輔助系統(tǒng)+控制系統(tǒng)+安全系統(tǒng)核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)

一回路系統(tǒng)化學(xué)和容積控制系統(tǒng)：余熱排出系統(tǒng)/停堆冷卻系統(tǒng)：停堆時(shí)導(dǎo)出余熱安全注射系統(tǒng)/緊急堆芯冷卻系統(tǒng)控制、保護(hù)和檢測系統(tǒng)常規(guī)島系統(tǒng)

二回路系統(tǒng)：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)及廠用電設(shè)備

核電站運(yùn)行特點(diǎn)放射性廢物不能無控制地排放至環(huán)境中。必須保證反應(yīng)堆有足夠完好的冷源。任何工況下,必須保證核反應(yīng)堆可控。核電機(jī)組應(yīng)帶基荷運(yùn)行。機(jī)組快速升降負(fù)荷,可能產(chǎn)生堆芯局部熱點(diǎn),有造成堆芯燒毀的潛在風(fēng)險(xiǎn);若頻繁進(jìn)行負(fù)荷跟蹤,將產(chǎn)生大量的放射性廢氣、廢液,對環(huán)境產(chǎn)生潛在威脅；核電廠建設(shè)費(fèi)用高，運(yùn)行費(fèi)用小，連續(xù)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性好。需要定期停堆換料。核電站的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)運(yùn)行安全穩(wěn)定節(jié)省煤、石油和天然氣節(jié)省燃料的運(yùn)輸費(fèi)反應(yīng)堆不需要空氣助燃，可建在地下水下和高山頂上對環(huán)境影響小，無溫室效應(yīng)壽期長缺點(diǎn)建設(shè)投資比火電廠和水電站大。大亞灣核電站秦山一期：30萬kW，原型壓水堆，1985年開工，1991年并網(wǎng)秦山二期：2×60萬kW，壓水堆，1996年開工，2002年并網(wǎng)秦山三期：2×72.8萬kW，重水堆，1998年開工，2002、2003年并網(wǎng)（與加拿大合建）大亞灣：2×98.4萬kW，壓水堆，94年投入運(yùn)行嶺澳：2×99萬kW，壓水堆，2002、2003年投入運(yùn)行，“九五”最大的能源項(xiàng)目4、其他能源形式風(fēng)力發(fā)電太陽能發(fā)電生物質(zhì)發(fā)電地?zé)岚l(fā)電海洋能發(fā)電燃料電池發(fā)電浙江江廈潮汐電站，裝機(jī)3200千瓦西藏羊八井地?zé)岫謭銮嗪Ｌ炀h生格鄉(xiāng)7千瓦太陽能光伏電站浙江臨海括蒼山風(fēng)電場33臺600千瓦風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力機(jī)升速齒輪箱發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)改變方向的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)塔架風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量為幾十瓦到幾兆瓦，100kW以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。能量轉(zhuǎn)換過程： 空氣動(dòng)能->旋轉(zhuǎn)機(jī)械能->電能1、風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式（1）獨(dú)立運(yùn)行:經(jīng)蓄電池儲(chǔ)能，用于5kW以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)（2）并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電場用于10kW至MW級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)2、特點(diǎn)：（1）風(fēng)能是可再生能源，清潔（2）建設(shè)周期短，可分期投資，運(yùn)行維護(hù)簡單，占地少。（3）可用于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電問題。（4）風(fēng)能具有間歇性，需與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行。（5）風(fēng)力發(fā)電設(shè)備造價(jià)高，單機(jī)最大容量受限制研制方向：提高可靠性、降低成本。風(fēng)力發(fā)電太陽能熱水器太陽能發(fā)電分類太陽熱發(fā)電：將太陽熱能傳遞給介質(zhì)，由