華北電力動力工程課件06熱力發(fā)電廠及其運行

2023/5/181第六章熱力發(fā)電廠及其運行大唐托克托電廠2023/5/182本章內(nèi)容第一節(jié)熱力發(fā)電廠與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)第二節(jié)發(fā)電廠機組的協(xié)調(diào)控制與自動保護第三節(jié)發(fā)電廠機組設(shè)備安全運行的基本知識2023/5/183知識點電力系統(tǒng)、電網(wǎng)我國五級調(diào)度體系電網(wǎng)調(diào)度的任務(wù)和職責(zé)電能質(zhì)量的控制指標(biāo)汽輪機的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要任務(wù)氫氣冷卻發(fā)電機的優(yōu)缺點發(fā)電廠安全運行必須杜絕的五類重大事故發(fā)電廠安全運行的基本要求2023/5/184第一節(jié)熱力發(fā)電廠與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)早期發(fā)電廠獨立運行，供應(yīng)用戶電力現(xiàn)在，由發(fā)電、輸電、配電組成的電力系統(tǒng)向用戶供電。2023/5/185幾個概念電力系統(tǒng)：將發(fā)電廠、輸電線路和變電所等互相聯(lián)接成—個“電”的整體。電力系統(tǒng)中除去發(fā)電廠后的部分（即：輸配電線路及由它聯(lián)接在一起的各類變電所）稱為電力網(wǎng)絡(luò)，簡稱電網(wǎng)。所以：電力系統(tǒng)可視為各類發(fā)電廠、電網(wǎng)及用戶的總稱。知識點：電力系統(tǒng)、電網(wǎng)2023/5/186一．電網(wǎng)運行及其調(diào)度中華人民共和國《電力法》規(guī)定，電網(wǎng)運行實行統(tǒng)一調(diào)度、分級管理《電網(wǎng)調(diào)度管理條例》明確，調(diào)度機構(gòu)分為五級國家調(diào)度機構(gòu)跨省、自治區(qū)、直轄市調(diào)度機構(gòu)省、自治區(qū)、直轄市級調(diào)度機構(gòu)省轄市級調(diào)度機構(gòu)縣級調(diào)度機構(gòu)知識點：五級調(diào)度體系2023/5/187我國五級調(diào)度體系我國已建立了較完備的五級調(diào)度體系，分別是國家電力調(diào)度通信中心，簡稱國調(diào)；東北、華北、華東、華中、西北、南方電力調(diào)度通信中心，簡稱網(wǎng)調(diào)；各省（直轄市、自治區(qū)）電力調(diào)度通信中心，簡稱省調(diào)；有270個地調(diào)有2000多個縣調(diào)。2023/5/188國家電力調(diào)度通信中心2023/5/189網(wǎng)調(diào)2023/5/1810地調(diào)2023/5/18112023/5/1812電網(wǎng)調(diào)度的任務(wù)和職責(zé)《電力法》明確規(guī)定：電力生產(chǎn)和電網(wǎng)運行應(yīng)當(dāng)遵循安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的原則。電網(wǎng)調(diào)度的首要任務(wù)是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、正常運行和對電力用戶安全可靠供電。另一重要任務(wù)是：保證電能質(zhì)量，保持頻率、電壓、波形合格。這就必須時刻保持發(fā)電和用電的瞬時平衡。調(diào)度機構(gòu)要預(yù)先通過大量的計算分析，制定對付意外事故的安全措施，裝設(shè)安全自動裝置和繼電保護設(shè)備。知識點：調(diào)度的任務(wù)和職責(zé)2023/5/1813三．汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機是電廠的主要設(shè)備之一，它同鍋爐和汽輪機合稱為發(fā)電廠的三大主機。（一）同步發(fā)電機的基本構(gòu)造和工作原理2023/5/1814（二）同步發(fā)電機分類1．按原動機的類別不同，可分為：汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機、燃氣輪發(fā)電機及柴油發(fā)電機等。2．按冷卻介質(zhì)的不同，可分為：空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻。3．按主軸安裝方式的不同，可分為：臥式安裝和立式安裝等。4．按本體結(jié)構(gòu)的不同，可分為：隱極式和凸極式、旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式等。2023/5/1815同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)主要由原動機的特性決定。如：汽輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)速達3000轉(zhuǎn)/分鐘，故極對數(shù)少，轉(zhuǎn)子采用隱極式，臥式安裝；水輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)速低（一般在500轉(zhuǎn)/分鐘以下），故極對數(shù)多，轉(zhuǎn)子采用凸極式，立式安裝。2023/5/1816（三）汽輪發(fā)電機的發(fā)展概況

近年來，我國電力系統(tǒng)中發(fā)電機單機容量不斷增大，采用大容量機組有如下優(yōu)越性：可降低發(fā)電機的造價和材料的消耗量可降低電廠的基建安裝費用可降低運行費用2023/5/1817（四）發(fā)電機的冷卻發(fā)電機在運行過程中存在著各種損耗，主要是：鐵損（鐵芯中磁場變化所產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗）銅損（銅導(dǎo)線中通過電流，在導(dǎo)線電阻上所產(chǎn)生的熱損耗）機械損耗（轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時軸承部分的摩擦所產(chǎn)生的損耗）300MW汽輪發(fā)電機，如果效率為98.8％，則其余1.2％的損耗竟有的3600千瓦，這些損耗變?yōu)闊崃?。散熱冷卻就成為限制大容量發(fā)電機容量提高的主要因素。改進發(fā)電機的冷卻技術(shù)，提高冷卻效果，是大容量發(fā)電機制造中的一個十分重要的問題。發(fā)電機廣泛采用氫冷和水冷技術(shù)。2023/5/1818氫氣冷卻的特點優(yōu)點：氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大6.7倍，所以冷卻效果較好；氫氣的密度非常小，只有空氣的1/14，故風(fēng)阻和摩擦損耗僅為空氣冷卻的1/7左右可避免絕緣材料與氧氣接觸，從而可增加絕緣材料的穩(wěn)定性。缺點：氫氣泄漏及空氣進入發(fā)電機內(nèi)，造成空氣和氫氣混合易引起爆炸。2023/5/1819（五）汽輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)1．主要功能在發(fā)電機中建立旋轉(zhuǎn)磁場，還對發(fā)電機及電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行起著重要作用調(diào)整勵磁電流的大小以維持發(fā)電機的機端電壓；使各發(fā)電機組所帶的無功功率穩(wěn)定并實現(xiàn)合理分配；短路故障、發(fā)電機端電壓嚴重下降時強行勵磁電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定；突然甩負荷時，能進行強行減磁，以防止發(fā)電機電壓過分升高。發(fā)電機內(nèi)部短路故障跳閘時，對發(fā)電機快速滅磁；增加電機的阻尼轉(zhuǎn)矩，以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及輸電線路的有功功率傳輸能力；實行過勵磁限制和欠勵磁限制，確保同步發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。2023/5/18202．發(fā)電機勵磁系統(tǒng)簡介發(fā)電機的勵磁方式主要有三種：直流勵磁機勵磁方式交流勵磁機勵磁方式（可分為有刷勵磁和無刷勵磁兩種）靜止勵磁方式（如自并勵勵磁方式）在大型汽輪發(fā)電機上采用自并勵勵磁方式已成發(fā)展方向。2023/5/1821四．變壓器2023/5/1822廠用變壓器2023/5/1823（一）變壓器的基本原理2023/5/1824（二）變壓器的分類（1）按用途分類電力變壓器儀用變壓器特殊用途變壓器2023/5/1825（二）變壓器的分類（2）按繞組數(shù)分類自耦變壓器雙繞組變壓器三繞組變壓器分裂繞組變壓器2023/5/1826（二）變壓器的分類（3）按相數(shù)分類單相變壓器三相變壓器2023/5/1827（二）變壓器的分類（4）按冷卻方式分類油浸式變壓器干式變壓器2023/5/1828（三）變壓器結(jié)構(gòu)電力變壓器一般由鐵芯、繞組、油箱（殼體）及附件、冷卻系統(tǒng)、測量及保護系統(tǒng)等組成。2023/5/1829五．高壓開關(guān)設(shè)備電力系統(tǒng)中常用的高壓開關(guān)設(shè)備主要是：斷路器和隔離開關(guān)（刀閘）2023/5/1830斷路器和隔離開關(guān)（刀閘）斷路器有專門的滅弧裝置，能斷開比正常電流大幾十倍的短路電流，是電力系統(tǒng)中最完善的開關(guān)電器。隔離開關(guān)（俗稱：刀閘）的主要用途是將需要檢修部分與帶電部分可靠的隔離，并造成明顯可見的空氣間隙。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不能用于斷開負荷電力和短路電力，應(yīng)與斷路器配合使用，否則，“帶負荷拉刀閘”將造成“飛弧”，形成短路，導(dǎo)致設(shè)備燒毀，危及人員安全。2023/5/1831斷路器和隔離開關(guān)（刀閘）2023/5/1832第二節(jié)發(fā)電廠機組的協(xié)調(diào)控制與自動保護控制調(diào)節(jié)是指：單元機組各種系統(tǒng)和設(shè)備通過控制系統(tǒng)進行安全經(jīng)濟運行，并且快速適應(yīng)外界負荷的要求。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CoordinatedControlSystem,CCS）是大型機組重要的控制策略之一。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)就是協(xié)調(diào)好鍋爐和汽輪發(fā)電機這兩個不同的生產(chǎn)過程，使得它們對外界負荷表現(xiàn)出盡可能好的整體性和適應(yīng)性。2023/5/1833一．單元機組的協(xié)調(diào)控制鍋爐是一個熱慣性大、反應(yīng)很慢的調(diào)節(jié)對象，而汽輪機相對而言是一個慣性小、反應(yīng)快的調(diào)節(jié)對象。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是充分考慮機、爐調(diào)節(jié)特性的差異以及各自的特點，讓機、爐同時按照電網(wǎng)負荷的要求變化，保持主要運行參數(shù)的穩(wěn)定。2023/5/1834（一）協(xié)調(diào)控制的基本概念協(xié)調(diào)控制是在二十世紀八十年代引進的熱力發(fā)電廠控制理念。完成對機組負荷、鍋爐主汽壓力的控制，達到鍋爐風(fēng)、水、煤的協(xié)調(diào)動作。2023/5/1835（二）單元機組的負荷調(diào)節(jié)方式機跟爐方式爐跟機方式機爐協(xié)調(diào)控制方式鍋爐與汽輪機的調(diào)節(jié)裝置同時接受功率與壓力的偏差信號2023/5/1836（三）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本要求：機組并網(wǎng)運行時，具有較高的負荷適應(yīng)能力；保證機組運行安全；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足定壓和滑壓不同運行方式的需求；要方便于運行人員的干預(yù)，如進行運行方式的切換，進行手動操作等。2023/5/1837二．熱工保護熱工保護是通過對機組的工作狀態(tài)和運行參數(shù)進行監(jiān)視和控制而起保護作用的。機組的熱工保護主要有以下幾方面的內(nèi)容：限值保護；連鎖保護；緊急停爐、停機保護。熱工保護是一種自動控制手段。在主、輔設(shè)備或電網(wǎng)發(fā)生故障時，盡量縮小事故的影響范圍。2023/5/1838（一）汽輪機組的熱工保護軸向位移的監(jiān)視和保護缸脹和差脹的監(jiān)視超速保護振動的監(jiān)視和保護偏心度的監(jiān)視和保護軸承保護低油壓保護凝汽器真空的監(jiān)視和低真空保護高壓加熱器保護汽輪機進水保護，等。2023/5/1839（二）鍋爐的熱工保護主汽壓力高保護鍋爐水位及斷水保護再熱器保護鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)機組快速切斷保護（FCB：FastCutBack）鍋爐快速切回負荷保護（RB：RunBack）2023/5/1840（三）爐、機、電大聯(lián)鎖保護大型單元機組的特點就是爐、機、電在生產(chǎn)中組成—個有機的整體，其中某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，必然會不同程度地影響到整個機組的正常運行。因此需要綜合考慮故障情況下爐、機、電三者之間的關(guān)系，通常稱為爐、機、電大聯(lián)鎖保護。2023/5/1841第三節(jié)發(fā)電廠機組設(shè)備安全運行的基本知識一．發(fā)電廠安全運行的要求和措施“電力生產(chǎn)，安全第一”是電力工業(yè)生產(chǎn)管理的前提，是電廠安全運行的首要條件。2023/5/18421．發(fā)電廠安全運行的基本要求（1）杜絕五類重大事故人身傷亡事故；全廠停電事故；主要設(shè)備損壞事故；火災(zāi)事故；嚴重誤操作事故。（2）努力減少人員直接過失引起的重大事故消滅爐膛滅火、放炮、干鍋、滿水和嚴重超溫事故；消滅汽輪機進水、溫度超限不停機、潤滑油和密封油系統(tǒng)斷油事故；消滅電氣帶地線合閘、帶負荷拉閘、帶電掛地線、非同步并列等事故；消滅繼電保護誤整定、誤接線、解除不良等足以引起重大事故的錯誤。（3）減低設(shè)備事故率（4）減低人身傷亡事故率2023/5/18432．保證機組安全運行的基本要求（1）精心監(jiān)盤操作，仔細巡回檢查；（2）嚴守工作規(guī)程，加強操作管理；（3）定期進行預(yù)防性檢修和試驗。2023/5/1844二．鍋爐安全運行的基本知識鍋爐運行時，要求運行人員嚴格遵守操作規(guī)程，確保鍋爐工作的安全。規(guī)程的制定應(yīng)嚴格按照國家統(tǒng)一規(guī)定的條例進行。2023/5/1845鍋爐安全運行的基本知識（了解）（一）汽包應(yīng)力（二）鍋爐正常運行下的調(diào)節(jié)水位調(diào)節(jié)蒸汽溫度調(diào)節(jié)燃燒調(diào)節(jié)（三）鍋爐的事故處理鍋爐水位事故鍋爐受熱面泄漏鍋爐受熱面腐蝕爐膛滅火事故空氣預(yù)熱器嚴重泄露事故2023/5/1846首先仔細檢查鍋爐本體及其全部輔助設(shè)備是否正常。燃料、給水和通風(fēng)系統(tǒng)，各種電氣設(shè)備、各種儀表和全部調(diào)節(jié)設(shè)備等都應(yīng)該正常，并處于準(zhǔn)備起動狀態(tài)；擋板、閥門等均應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活。起動前的準(zhǔn)備工作2023/5/1847燃料儲備量必須充足；加水至汽包水位的最低水位線，并保持穩(wěn)定，同時打開空氣釋放閥，排出空氣點火前，必須先向一次風(fēng)管、爐膛和煙道內(nèi)通風(fēng)至少5分鐘（吹掃），排除可能存在的可燃性氣體，防止點火時爐膛或煙道等處發(fā)生爆炸制粉系統(tǒng)的起動，應(yīng)從排粉機開始起動，然后起動磨煤機和給煤機。2023/5/1848鍋爐點火先點燃點火油槍，待燃燒器周圍溫度足夠高時（約需30～40分鐘）才噴入煤粉使之著火。若噴入煤粉5～6秒鐘，仍未見著火，則應(yīng)停止噴粉，并鼓風(fēng)清除爐內(nèi)煤粉，重新點火，防止因爐內(nèi)積粉過多而發(fā)生爐膛突然爆炸。鍋爐的升火起動是一個加熱過程，要注意防止?fàn)t溫升高過快，盡可能使汽包、過熱器和省煤器等承壓部件均勻加熱；升火時，嚴密監(jiān)視汽包水位，用放水的辦法保持其在最低水位；升火過程中，檢查汽包、水冷壁和聯(lián)箱等的膨脹情況；將省煤器再循環(huán)管投入運行，以防燒壞省煤器；打開過熱器的疏水閥和排汽閥進行放汽，使過熱器得到充分冷卻；升火過程要緩慢，以免鍋爐部件產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。一般汽包式高壓鍋爐升火過程需要3～4小時或更長。2023/5/1849鍋爐的運行維護鍋爐運行，必須隨時根據(jù)汽輪機的要求，生產(chǎn)出規(guī)定質(zhì)量和所需數(shù)量的過熱蒸汽。保持鍋爐水位、正常汽溫和汽壓，及時調(diào)整給水量、燃料以及送風(fēng)量。注意爐內(nèi)燃燒情況、有無結(jié)渣，及時吹灰、清渣和排污等。2023/5/1850鍋爐的停爐首先停制粉系統(tǒng)和燃燒設(shè)備，然后停送風(fēng)機，至少過5分鐘，再停引風(fēng)機；爐膛熄火的同時，隨負荷降低的同時，減少給水量，維持汽包內(nèi)的正常水位；當(dāng)完全停止供汽時，關(guān)閉主汽閥，調(diào)節(jié)給水量，使汽包內(nèi)維持較高的水位；打開過熱器疏水閥和省煤器的再循環(huán)，以免過熱器被燒壞或省煤器過熱；對停爐后作為熱備用的鍋爐應(yīng)嚴密關(guān)閉所有閥門、孔和擋板，防止自然通風(fēng)，盡量減少散熱損失。值班人員要對汽溫、汽壓、水位等繼續(xù)進行監(jiān)視和檢查；2023/5/1851對于作為冷備用或需檢修的鍋爐嚴格控制降壓和冷卻速度，保持汽包上、下部的溫差小于50℃。停風(fēng)機后，全部門孔和擋板仍應(yīng)關(guān)閉，一般需經(jīng)4~8小時后才能打開，靠自然通風(fēng)冷卻；進行放水和進水，促進鍋爐水的流動，使各部件均勻冷卻；若欲加速冷卻，在8~10小時后可起動風(fēng)機通風(fēng)，并增加放水和進水的次數(shù)；當(dāng)蒸汽表壓力降至0.1MPa時，將所有空氣閥打開；當(dāng)水溫下降到70~80℃時，可把水放凈。自然循環(huán)鍋爐停爐降壓和冷卻一般約需持續(xù)10～18小時或更長時間。作為冷備用的鍋爐，為防止空氣和水分對金屬的腐蝕，必須根據(jù)計劃備用時間的長短采取相應(yīng)的保養(yǎng)措施。2023/5/1852三．汽輪機安全運行的基本知識汽輪機是高溫、高壓設(shè)備，轉(zhuǎn)速又高，一旦發(fā)生重大事故，對人身及設(shè)備所造成的直接危害將十分嚴重。從節(jié)約燃料的角度來說，汽輪機的啟停應(yīng)是越快越好，但從確保設(shè)備安全的觀點來看，則以慢些為妥。2023/5/1853汽輪機安全運行的基本知識（一）汽輪機的熱膨脹、熱變形和熱應(yīng)力熱膨脹汽缸的絕對熱膨脹汽缸和轉(zhuǎn)子的相對膨脹轉(zhuǎn)子與汽缸沿軸向膨脹之差，簡稱脹差或差脹。一般規(guī)定：轉(zhuǎn)子膨脹值＞汽缸的膨脹值，脹差為正，反之為負。脹差過大，可能使汽輪機動靜部分的軸向間隙消失，產(chǎn)生摩擦。熱變形汽缸的熱變形是由于上下缸溫差和法蘭翹曲而引起的轉(zhuǎn)子的熱變形將引起強烈振動熱應(yīng)力汽輪機在啟動過程中，與蒸汽相接觸的金屬表面熱應(yīng)力為壓縮應(yīng)力，另一面為拉伸應(yīng)力；而停機過程相反。控制汽輪機金屬的溫升速度是控制熱應(yīng)力的基本方法。2023/5/1854（二）汽輪發(fā)電機組的振動1．機組振動過大的危害性直接造成機組事故損壞機組零件動靜部分摩擦使機組零件松動或破壞建筑物造成一些部件的疲勞損傷降低機組的經(jīng)濟性2023/5/18552．機組振動分類彎曲振動扭振2023/5/1856彎曲振動強迫振動自激振動影響因素很多。主要特征是振動的主頻率和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，振動的波形多是正弦波。因素包括：軸瓦油膜振蕩、間隙自激、摩