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文檔簡介

電力科普知識序?yàn)樨瀼刂泄仓醒?、國?wù)院“關(guān)于加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的若干意見”的精神和落實(shí)電力部領(lǐng)導(dǎo)關(guān)于加強(qiáng)科普工作的指示,進(jìn)一步提高電力職工和各級領(lǐng)導(dǎo)干部的科技素質(zhì),更好地依靠科技進(jìn)步,促進(jìn)電力工業(yè)的迅速發(fā)展,特編寫出版《電力科普知識》一書。本書對電力技術(shù)、生產(chǎn)建設(shè)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等知識,以及當(dāng)代世界高新技術(shù)發(fā)展和電力科技的新發(fā)展等方面作了深入淺出的論述,知識面寬、通俗易懂,可作為技術(shù)工人、技術(shù)人員、管理人員和領(lǐng)導(dǎo)干部了解電力科技知識和高新技術(shù)知識的“入門”讀物,供學(xué)習(xí)參考。本書是在電力部電力科普知識競賽組委會具體指導(dǎo)下,由電力科普知識編委會編寫。參加編寫人員有曾慶禹、劉紉■、楊勤明、肖國泉、周照茂、曾鳴、劉惠民、朱新華、宗士杰、饒紀(jì)杭、林江、楊飛、甄雷、樓重義、唐金生、王紹民陳梅倩、孫海波、于海琴、馮愛玲、馬馴、王洪生、楊學(xué)勤、周暉等。電力部電力科普知識競賽組委會全體成員和有關(guān)專家對本書初稿進(jìn)行了審閱,提出了寶貴的修改意見。本書的編寫得到了電力部有關(guān)司局和在京有關(guān)單位的領(lǐng)導(dǎo)、專家和學(xué)者的指導(dǎo),以及科技人員的支持與幫助,在此表示衷心感謝。由于時(shí)間倉促、水平與條件的限制,本書難免存在缺點(diǎn)與不足,請廣大讀者批評指正。TOC\o"1-5"\h\z第一章電力技術(shù)與電力工業(yè)3一、電力技術(shù)與電力工業(yè)發(fā)展簡史3二、中國電力工業(yè)發(fā)展5三、電力與能源5四、電力技術(shù)與電力工業(yè)6五、電力工業(yè)的特點(diǎn)7第二章火力發(fā)電8一、火力發(fā)電概述8二、火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程9三、鍋爐設(shè)備12四、汽輪機(jī)設(shè)備14五、汽輪發(fā)電機(jī)15六、汽輪機(jī)乏汽的冷卻16七、火電廠電子計(jì)算機(jī)控制——現(xiàn)代火電廠自動化17第三章水力發(fā)電19一、水力資源和水電站19二、水電站的型式20三、水電站的構(gòu)成21四、水電建設(shè)23五、水電站的運(yùn)行24六、抽水蓄能24第四章核能發(fā)電25一、核裂變反應(yīng)26二、核能發(fā)電26三、核電站安全保障系統(tǒng)28第五章新能源和可再生能源發(fā)電30一、風(fēng)力發(fā)電30二、地?zé)岚l(fā)電31三、太陽能發(fā)電32四、海洋能發(fā)電33第六章輸電與配電34一、變電站35二、送電線路37三、高壓直流輸電(HVDC)39第七章電力系統(tǒng)40一、概述40二、電力系統(tǒng)互聯(lián)42三、電力系統(tǒng)規(guī)劃44四、電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制45五、電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)——電力系統(tǒng)52調(diào)度自動化系統(tǒng)52第八章供用電56一、電能質(zhì)量56二、供電可靠性60三、電力負(fù)荷控制62四、電力需求側(cè)管理(DSM)—■節(jié)能節(jié)電的新舉措63五、節(jié)電新技術(shù)65第九章電力環(huán)境的保護(hù)66一、概述66二、火力發(fā)電與環(huán)境66三、水電開發(fā)與環(huán)境68四、核電與環(huán)境68五、輸變電與環(huán)境69六、污染物的遷移轉(zhuǎn)化——溫室效應(yīng)和酸雨問題69第十章電力成本、電價(jià)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)70一、電力成本71二、電價(jià)72三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)73第十一章電力基本建設(shè)76一、可行性研究77二、勘察設(shè)計(jì)78三、招投標(biāo)79四、建設(shè)監(jiān)理80五、投融資80六、施工準(zhǔn)備81七、施工——建筑安裝82八、啟動調(diào)試83九、試生產(chǎn)和竣工驗(yàn)收84第十二章當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展與電力新技術(shù)84一、當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域85二、電力新技術(shù)92第一章電力技術(shù)與電力工業(yè)、電力技術(shù)與電力工業(yè)發(fā)展簡史電力技術(shù)的發(fā)明、電力工業(yè)的建立至今已有100余年的歷史。今天,電與人們的生產(chǎn)、生活、科學(xué)技術(shù)研究和精神文明建設(shè)息息相關(guān),對現(xiàn)代社會的各個(gè)方面已產(chǎn)生直接的或間接的巨大作用和影響,已成為現(xiàn)代文明社會的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。1831年,法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)原理,奠定了發(fā)電機(jī)的理論基礎(chǔ)??茖W(xué)的發(fā)現(xiàn),引起了技術(shù)的發(fā)明。1866年,維?西門子發(fā)明了勵(lì)磁電機(jī),并預(yù)見:電力技術(shù)很有發(fā)展前途,它將會開創(chuàng)一個(gè)新紀(jì)元。接著,1876年,貝爾發(fā)明了電話;1879年,愛迪生發(fā)明了電燈。這三大發(fā)明照亮了人類實(shí)現(xiàn)電氣化的道路,繼蒸汽機(jī)技術(shù)革命后,引起了電力技術(shù)革命。1882年,愛迪生建成世界上第一座較正規(guī)的發(fā)電廠,裝有6臺直流發(fā)電機(jī),共900馬力(1馬力=0.735kw,下同),通過110V電纜供電,最大送電距離1.6km,供6200盞白熾燈照明用,完成了初步的電力工業(yè)技術(shù)體系。1881年,盧西恩?高拉德和約翰?吉布斯取得“供電交流系統(tǒng)”專利,美國發(fā)明家喬治?威斯汀豪斯買下此專利,并以它為基礎(chǔ)于1885年制成交流發(fā)電機(jī)和變壓器,并于1886年建成第一個(gè)單相交流送電系統(tǒng),1888年又制成交流感應(yīng)式電動機(jī)。1891年,在德國勞芬電廠安裝了世界第一臺三相交流發(fā)電機(jī),建成第一條三相交流送電線路。三相交流電的出現(xiàn)克服了原來直流供電容量小,距離短的缺點(diǎn),開創(chuàng)了遠(yuǎn)方供電,電力除照明外,用于電力拖動等各種用途的新局面。電力技術(shù)和電力工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展改變了人們的生產(chǎn)和生活面貌,促使經(jīng)濟(jì)以前所未有的速度向前發(fā)展。美國原來落后于英國、德國等國家,電力技術(shù)革命使美國后來者居上,成為最發(fā)達(dá)的國家。電力的廣泛應(yīng)用,電力需求的增加,促使電力技術(shù)和電力工業(yè)進(jìn)一步向高電壓、大機(jī)組、大電網(wǎng)方向發(fā)展。高壓輸電、大型汽輪發(fā)電機(jī)、大型水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生,迅速發(fā)展。1960年,美國制成50萬kW汽輪發(fā)電機(jī),1963年制成100萬kW雙軸汽輪發(fā)電機(jī)。1973年,美國將BBC公司制造的130萬kW雙軸汽輪發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行。1971年,原蘇聯(lián)將單軸80萬kW機(jī)組投入運(yùn)行。1980年,在科斯特羅姆火電廠單軸120萬kW機(jī)組投入運(yùn)行,這是世界上唯一的一臺單軸最大機(jī)組。在高電壓輸電方面,瑞典于1954年首先建成第一條380kV輸電線,此后美國、加拿大等歐美國家相繼使用330?345kV輸電系統(tǒng)。1964年,美國建成第一條500kV輸電線路,原蘇聯(lián)也于1964年完成了500kV輸電系統(tǒng)。1965年,原蘇聯(lián)建成土400kV直流輸電線路。1965年,加拿大建成765kV輸電線路。1989年,原蘇聯(lián)建成一條世界上最高電壓1150kV、長1900km交流輸電線路。到1990年,全世界擁有發(fā)電設(shè)備27.46億kW,其中火電占64.9%,水電占23%,核電占12.1%,全世界發(fā)電量為117340億kW?h。隨著電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展,電力工業(yè)自動化迅速向前發(fā)展。以大機(jī)組、大電廠、高電壓、大電網(wǎng)、高度自動化為特點(diǎn)的現(xiàn)代化電力工業(yè)在不同的國家已經(jīng)形成或正在形成。二、中國電力工業(yè)發(fā)展中國電力工業(yè)從1882年上海創(chuàng)建第一個(gè)12kW發(fā)電廠至今,已有110余年歷史。1949年,全國發(fā)電裝機(jī)容量185萬kW,年發(fā)電量43億kW?h,分別名列世界第25位和21位。中華人民共和國成立后,用了30年時(shí)間,使全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5712萬kW,年發(fā)電量達(dá)2566億kW?h。自1978年改革開放以來,只用了10年時(shí)間,發(fā)電裝機(jī)容量和年發(fā)電量就翻了一番。1990年,全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)13789萬kW,年發(fā)電量達(dá)6213億kW?h,均名列世界第4位。1994年,全國發(fā)電裝機(jī)容量為19990萬kW,其中火電占74%,水電占24.8%,核電占1.2%,年發(fā)電量為9279億kW?h。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電力技術(shù)的不斷進(jìn)步,1972年建成了劉一天一關(guān)330kV輸電線路,接著1981年建成了第一條姚一雙一武500kV輸電線路。1990年,第一條葛洲壩至上海、南橋±500kV直流輸電線路投入運(yùn)行。1975年,我國自行設(shè)計(jì)制造的第一臺30萬kW汽輪發(fā)電機(jī)在姚孟電廠投入運(yùn)行。目前,國內(nèi)運(yùn)行最大機(jī)組是60萬kW汽輪發(fā)電機(jī)和90萬kW核電機(jī)組;全國(除臺灣省外)已形成東北、華北、華東、華中、西北和南方聯(lián)營六大跨省(區(qū))電網(wǎng),以及山東、福建、四川、海南、新疆和西藏等省(區(qū))獨(dú)立電網(wǎng)。一個(gè)初步現(xiàn)代化的電力工業(yè)技術(shù)體系已經(jīng)建立起來。三、電力與能源電力是通過一定的技術(shù)手段從其他能源轉(zhuǎn)換而來的能源。人類利用的能源包括已開采出來可供使用的自然資源和經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的二次能源。電力是二次能源。能源可分為可再生能源與非再生能源??蛇B續(xù)再生、永久持續(xù)利用的能源,如水力、風(fēng)能、潮汐能和太陽能,均稱為可再生能源,而經(jīng)過億萬年形成的,短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源,如煤、石油、天然氣等稱為非再生能源。自然界存在的能源資源,通過相應(yīng)的技術(shù)都可轉(zhuǎn)換為電能。目前,用于發(fā)電的主要能源是煤、石油、天然氣、水力、風(fēng)能、潮汐、地?zé)?、太陽能、核能和生物質(zhì)能。在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行的情況下,應(yīng)首先考慮利用可再生能源發(fā)電,造福人類。電力是一種便于集中、傳輸、分散、控制和轉(zhuǎn)換成其他形式的能源,它的利用已遍及國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)方面,成為現(xiàn)代社會的必需品。同時(shí),電力又是使用方便、清潔的能源。因此,世界各國都盡可能地將各種能源轉(zhuǎn)換成電能再加以利用,例如:美國的發(fā)電能源消耗量占一次能源消耗總量的比重,1970年為24.7%,1980年為34.8%,1990年為43.6%,按預(yù)測,本世紀(jì)末將達(dá)到50%以上。1990年,我國的比重為23.1%,按照規(guī)律,這一比重必將逐步增加。電力消耗量的年增長率與國民經(jīng)濟(jì)增長率的比值稱為電力彈性系數(shù)。它是分析電力工業(yè)發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展相互依存的內(nèi)在關(guān)系的重要指標(biāo),系數(shù)的大小與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和科技進(jìn)步有關(guān)。為了保持國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康向前發(fā)展,電力工業(yè)要保持與國民經(jīng)濟(jì)同步發(fā)展(即電力彈性系數(shù)為1),同時(shí)要加快技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步的步伐,堅(jiān)持開發(fā)與節(jié)約并重的方針,使電力工業(yè)的發(fā)展適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平不斷提高的需要。四、電力技術(shù)與電力工業(yè)人類對客觀世界的認(rèn)識出現(xiàn)飛躍,是科學(xué)革命;人類改造客觀世界,技術(shù)的飛躍就是技術(shù)革命。而科學(xué)革命、技術(shù)革命會引起整個(gè)社會生產(chǎn)體系的變革,即產(chǎn)業(yè)革命。人類近代歷史經(jīng)歷過蒸汽機(jī)技術(shù)革命和電力技術(shù)革命,因此,電力技術(shù)是人類歷史上重要的知識寶庫。技術(shù)是什么?18世紀(jì)末,法國科學(xué)家狄德羅在他主編的《百科全書》中,給技術(shù)下了一個(gè)定義,即“技術(shù)是為某一目的的共同協(xié)作組成的各種工具和規(guī)則體系”。他所闡述的技術(shù)概念包括5個(gè)方面的要點(diǎn),即①技術(shù)是“有目的”,②強(qiáng)調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過廣泛“社會協(xié)作”完成的;③技術(shù)表現(xiàn)首先是生產(chǎn)“工具”,即硬件;④技術(shù)表現(xiàn)的另一重要形式是“規(guī)則”,即生產(chǎn)工藝、方法、制度等知識,是軟件;⑤技術(shù)是成套的知識體系。狄德羅給技術(shù)下的定義,今天仍有指導(dǎo)意義。電力工業(yè)主要包括5個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。①發(fā)電,包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能和其他能源發(fā)電;②輸電,包括交流輸電和直流輸電;③變電;④配電;⑤用電,包括用電設(shè)備的安裝、使用和用電負(fù)荷的控制,以及將這5個(gè)環(huán)節(jié)所存在的設(shè)備連接起來的電力系統(tǒng)。此外,還包括規(guī)劃、勘測設(shè)計(jì)和施工等電力基本建設(shè),電力科學(xué)技術(shù)研究和電力機(jī)械設(shè)備制造。電力技術(shù),按照狄德羅給技術(shù)的定義是形成電力產(chǎn)業(yè),發(fā)展電力產(chǎn)業(yè)的綜合的知識體系,它隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷向前發(fā)展。電力技術(shù)的發(fā)展推動電力工業(yè)的發(fā)展,電力工業(yè)的發(fā)展史就是電力技術(shù)的發(fā)展史;電力工業(yè)的發(fā)展需要更先進(jìn)的技術(shù)支持,反過來促進(jìn)電力技術(shù)的發(fā)展。因此,電力工業(yè)發(fā)展必須依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,電力科學(xué)技術(shù)的研究必須面向電力建設(shè),為電力工業(yè)發(fā)展服務(wù)。五、電力工業(yè)的特點(diǎn)電力工業(yè)與生產(chǎn)其他商品的行業(yè)一樣,其產(chǎn)品有生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售和使用的過程,但又有顯著的不同。目前,它是集產(chǎn)、運(yùn)、銷為一體。電力作為廣泛利用的二次能源,電能與其他能源不一樣,一般不能大規(guī)模儲存。電力生產(chǎn)過程是連續(xù)的,發(fā)、輸、變、配電和用電是在同一瞬間完成的,因此發(fā)電、供電、用電之間,必須隨時(shí)保持平衡。在一個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi),電力用戶有千家萬戶,其用電的時(shí)間和用電的數(shù)量雖然有一定規(guī)律,但很難準(zhǔn)確預(yù)測。為了滿足用戶的電能需要,電力系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電容量和設(shè)備均需要有相應(yīng)的備用容量,以適應(yīng)各種用戶用電因素的變化。在一個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi),發(fā)電、供電和用電設(shè)備在電磁上相互連接,相互耦合,因此,任何一點(diǎn)發(fā)生故障或任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題,都會在瞬間影響和波及全系統(tǒng),如果處理不及時(shí)和控制措施不恰當(dāng),往往會引起連鎖反應(yīng),導(dǎo)致事故擴(kuò)大,在嚴(yán)重情況下會使系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故。因此,保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行顯得特別重要。所有發(fā)供用電設(shè)備在制造時(shí),均有規(guī)定的額定容量和短時(shí)過負(fù)荷的能力,使用時(shí)必須按照廠家規(guī)定的容量使用,這樣才能保證設(shè)備的安全。為了整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可靠地向用戶供電,電力生產(chǎn)過程有嚴(yán)格的統(tǒng)一調(diào)度制度。系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)電廠、變電站和供電所都必須接受統(tǒng)一調(diào)度,執(zhí)行調(diào)度員的命令;在正常運(yùn)行條件下,隨時(shí)保持電力供需平衡;在故障出現(xiàn)時(shí),按調(diào)度員命令,迅速處理事故,使事故的影響限制在最小范圍,以減少事故的損失。第二章火力發(fā)電、火力發(fā)電概述利用煤、石油、天然氣等自然界蘊(yùn)藏量極其豐富的化石燃料發(fā)電稱為火力發(fā)電。按發(fā)電方式,它可分為汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,還有火電機(jī)組既供電又供熱的“熱電聯(lián)產(chǎn)”。汽輪機(jī)發(fā)電又稱蒸汽發(fā)電,它利用燃料在鍋爐中燃燒產(chǎn)生蒸汽,用蒸汽沖動汽輪機(jī),再由汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電方式在火力發(fā)電中居主要地位,占世界火力發(fā)電總裝機(jī)的95%以上。內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電均稱燃?xì)獍l(fā)電。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電主要指功率較大的柴油機(jī)發(fā)電。柴油機(jī)系統(tǒng)壓縮點(diǎn)火式發(fā)動機(jī),將吸入的空氣用活塞壓縮到高溫與噴入的燃油著火燃燒產(chǎn)生高溫高壓,推動機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。它的優(yōu)點(diǎn)是單位容量重量輕,占地面積小,投資省、建設(shè)速度快,缺點(diǎn)是使用燃料價(jià)格高,發(fā)電成本貴、容量小、維修工作量大、運(yùn)行周期短,除特殊場合外,多用作尖鋒供用電電源和應(yīng)急電源。目前,最大的單機(jī)柴油發(fā)電機(jī)組功率已達(dá)4.5萬kW,凈發(fā)電效率達(dá)30%?40%。燃?xì)廨啓C(jī)是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械,與柴油機(jī)相比更適宜于作為常用發(fā)電設(shè)備。它通過壓氣機(jī)將空氣壓縮后送入燃燒室,與噴入的燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功,推動發(fā)電機(jī)發(fā)電。它的單機(jī)容量遠(yuǎn)比汽輪機(jī)小,最大功率已發(fā)展到13?21.6萬kW,凈發(fā)電效率可達(dá)35%以上,主要用于帶尖峰負(fù)荷。把燃?xì)獍l(fā)電和蒸汽發(fā)電組合起來就是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,它有較高的電能轉(zhuǎn)換效率,受到世界各國重視。二、火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程這里介紹的是汽輪機(jī)發(fā)電的基本生產(chǎn)過程?;鹆Πl(fā)電廠的燃料主要有煤、石油(主要是重油、天然氣)。我國的火電廠以燃煤為主,過去曾建過一批燃油電廠,目前的政策是盡量壓縮燒油電廠,新建電廠全部燒煤?;鹆Πl(fā)電廠由三大主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相應(yīng)輔助設(shè)備組成,它們通過管道或線路相連構(gòu)成生產(chǎn)主系統(tǒng),即燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。其生產(chǎn)過程簡介如下。1.燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)如圖2—1所示,包括鍋爐的燃燒部分和輸煤、除灰和煙氣排放系統(tǒng)等。煤由皮帶輸送到鍋爐車間的煤斗,進(jìn)入磨煤機(jī)磨成煤粉,然后與經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱的空氣一起噴入爐內(nèi)燃燒,將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能,煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后,由引風(fēng)機(jī)抽出,經(jīng)高大的煙囪排入大氣。爐渣和除塵器下部的細(xì)灰由灰渣泵排至灰場。2.汽水系統(tǒng)汽水系統(tǒng)流程如圖2-2所示,包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。水在鍋爐中加熱后蒸發(fā)成蒸汽,經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱,成為具有規(guī)定壓力和溫度的過熱蒸汽,然后經(jīng)過管道送入汽輪機(jī)。在汽輪機(jī)中,蒸汽不斷膨脹,高速流動,沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子,以額定轉(zhuǎn)速(3000r/min)旋轉(zhuǎn),將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,帶動與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。在膨脹過程中,蒸汽的壓力和溫度不斷降低。蒸汽做功后從汽輪機(jī)下部排出。排出的蒸汽稱為乏汽,它排入凝汽器。在凝汽器中,汽輪機(jī)的乏汽被冷卻水冷卻,凝結(jié)成水。凝汽器下部所凝結(jié)的水由凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入低壓加熱器和除氧器,提高水溫并除去水中的氧(以防止腐蝕爐管等),再由給水泵進(jìn)一步升壓,然后進(jìn)入高壓加熱器,回到鍋爐,完成水—蒸汽—水的循環(huán)。給水泵以后的凝結(jié)水稱為給水。汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水在循環(huán)過程中總有一些損失,因此,必須不斷向給水系統(tǒng)補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理的水。補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器,同凝結(jié)水一塊由給水泵打入鍋爐。3.電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)如圖2-3所示,包括發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和電流隨其容量不同而變化,其電壓一般在10?20kV之間,電流可達(dá)數(shù)千安至20kA。因此,發(fā)電機(jī)發(fā)出的電,一般由主變壓器升高電壓后,經(jīng)變電站高壓電氣設(shè)備和輸電線送往電網(wǎng)。極少部分電,通過廠用變壓器降低電壓后,經(jīng)廠用電配電裝置和電纜供廠內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵等各種輔機(jī)設(shè)備和照明等用電。4.火力發(fā)電廠的效率提高在火力發(fā)電廠中,汽輪機(jī)組容量越大,效率越高。汽輪機(jī)組單機(jī)容量的增大是隨蒸汽參數(shù)提高而實(shí)現(xiàn)的。蒸汽參數(shù)就是蒸汽的壓力和溫度,其單位分別是帕(Pa)和攝氏度(°C)。最早的汽輪機(jī)組是低溫、低壓機(jī)組。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,汽輪機(jī)組逐漸發(fā)展為中溫中壓、高溫高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力機(jī)組,現(xiàn)在正發(fā)展超超臨界壓力機(jī)組。水的臨界壓力是227.98X105Pa(225大氣壓),該值以上的壓力稱為超臨界壓力,172.25X105Pa(170?210大氣壓)一般稱為亞臨界壓力。水的壓力越高,水的沸點(diǎn)(也稱飽和溫度)也越高。在臨界壓力下,水加熱到沸點(diǎn)374C(稱臨界溫度)時(shí),一下子全部變成飽和蒸汽。此時(shí),飽和蒸汽和飽和水的比重相同,兩種狀態(tài)沒有任何區(qū)別。目前,我國火力發(fā)電廠采用的蒸汽參數(shù)和相應(yīng)的機(jī)組容量的關(guān)系如表2—1所示。表2-1我國火力發(fā)電廠采用的蒸汽參數(shù)和相應(yīng)的機(jī)組容量的關(guān)系電廠琴數(shù)類型汽輪機(jī)汽壓(Pa、汽輪機(jī)汽溫2機(jī)組容量范1圍(MW)中溫在壓34X1054356—50咼咼丿土ssxia553525-100超咼壓132X105535125—200亞臨界壓力167XID5535300超臨畀壓力241.3X105538/53S600提高火電廠效率,必須減少生產(chǎn)過程中的熱量損失?;痣姀S熱量損失主要是汽輪機(jī)乏汽熱損失,以中溫中壓機(jī)組為例,每公斤汽輪機(jī)進(jìn)汽的熱含量為3.308X103kJ(790大卡),而每公斤乏汽在凝汽器內(nèi)損失的熱量約為2.093X103kJ(500大卡),這是火電廠效率低的主要原因。提高火電廠的效率措施除提高鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備的制造、運(yùn)行水平外,主要是提高蒸汽參數(shù)和采用中間再熱。進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)越高,含的熱量也越高,但是汽輪機(jī)排出的乏汽損失的熱量因蒸汽參數(shù)的提高卻變化不大。這樣蒸汽參數(shù)提高后,轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的熱量相對增加,從而可提高火力發(fā)電的效率。中間再熱就是把在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)已經(jīng)部分膨脹做功后降低了汽壓、汽溫的蒸汽,再送回鍋爐內(nèi)的中間再熱器中重新加熱到初蒸汽溫度,然后再引回到汽輪機(jī)的中、低壓缸繼續(xù)做功,這樣可提高效率5%?6%,同時(shí)可降低汽輪機(jī)低壓缸中蒸汽的水分,有利于安全運(yùn)行。因此,超高壓以上的機(jī)組普遍采用中間再熱。提高火電廠效率的另一途徑是利用供熱式汽輪機(jī)的抽汽或乏汽供生產(chǎn)或生活用,從而減少排到凝汽器中的熱量損失。這種熱電聯(lián)產(chǎn)方式,發(fā)電效率可達(dá)50%?80%。目前世界上大多數(shù)國家,絕大多數(shù)機(jī)組采用亞臨界壓力;采用超臨界壓力機(jī)組最多的國家主要是美國、日本和原蘇聯(lián)。我國引進(jìn)的超臨界壓力的600MW機(jī)組已投入運(yùn)行。日本于1990年建成2臺容量為700MW的超臨界壓力機(jī)組,發(fā)電效率為40.6%,其蒸汽參數(shù)為310X105Pa、566/566/566^,居于現(xiàn)階段汽輪機(jī)發(fā)電的領(lǐng)先地位。三、鍋爐設(shè)備鍋爐是利用燃料燃燒釋放的熱能加熱給水以獲得規(guī)定參數(shù)(溫度、壓力)和品質(zhì)的蒸汽的設(shè)備,是火力發(fā)電廠的主要設(shè)備之一。按鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)和燃燒方式,劃分為鏈條爐、煤粉爐、液態(tài)排渣爐、旋風(fēng)爐和沸騰爐等,在我國單機(jī)容量25MW以上的火電機(jī)組都是由煤粉爐供應(yīng)蒸汽。按照鍋爐水流動的方式,鍋爐又可分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)迫循環(huán)鍋爐和直流鍋爐。自然循環(huán)鍋爐設(shè)備的組成,如圖2-4所示。鍋爐是一龐大而復(fù)雜的設(shè)備,它由鍋爐本體及輔助設(shè)備所組成。鍋爐本體由“鍋”和“爐”兩大部分組成,所謂“鍋”是指鍋爐的汽水系統(tǒng),主要包括汽包、下降管、水冷壁等;而“爐”是指燃燒系統(tǒng),主要包括爐膛、燃燒器、煙風(fēng)道及空氣預(yù)熱器,它的任務(wù)是使燃料燃燒放熱,產(chǎn)生高溫火焰和煙氣,并把熱量傳遞給汽水系統(tǒng)。鍋爐輔助設(shè)備包括輸煤系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、煙囪、除灰除塵設(shè)備,以及熱工儀表自動調(diào)節(jié)裝置等。鍋爐設(shè)備的主要工作過程簡述如下:由輸煤皮帶運(yùn)來的煤送入磨煤機(jī)磨制成煤粉后,被熱空氣烘干并攜帶出磨煤機(jī)進(jìn)入粗粉分離器中分離,符合要求的煤粉送入輸粉管道,經(jīng)燃燒器噴入爐膛燃燒。在爐膛內(nèi)煤粉的燃燒非常強(qiáng)烈,其中心溫度可達(dá)1300?1400°C。燃燒所形成的火焰及生成的煙氣主要以輻射的方式把熱量傳給爐膛四周被稱為水冷壁的管子上,加熱其中的水并使其部分蒸發(fā)成蒸汽。離開爐膛的煙氣依次流過過熱器、省煤器等各個(gè)對流受熱面,逐步將熱量以對流的方式傳給這些受熱面中的蒸汽和水,最后流過空氣預(yù)熱器將熱量傳給來預(yù)熱的空氣。煙汽流出空氣預(yù)熱器,經(jīng)高效除塵后被吸風(fēng)機(jī)送入煙囪,排入大氣。過熱器是電站鍋爐的重要組成部分,它的作用是把水冷壁中蒸發(fā)的飽和蒸汽加熱成為具有一定溫度的過熱蒸汽。提高蒸汽溫度可使蒸汽在汽輪機(jī)中的作功能力提高,從而提高熱力循環(huán)的效率。流出過熱器的蒸汽稱為主蒸汽,主蒸汽經(jīng)主汽管道流向汽輪機(jī),推動汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。供給鍋爐的水要經(jīng)過嚴(yán)格的化學(xué)處理,除去硬度和氧以減少對設(shè)備的腐蝕。給水由給水泵在送到鍋爐以前,已在汽輪機(jī)車間受到低壓、高壓加熱器的加熱,送入鍋爐后經(jīng)省煤器進(jìn)一步加熱。由此可知,鍋爐的工作過程可以看成是燃料在爐膛內(nèi)燃燒放熱生成高溫?zé)煔?,通過熱交換不斷地將熱量由煙氣傳給水和蒸汽的過程。省煤器和空氣預(yù)熱器都布置在鍋爐尾部煙道中,故統(tǒng)稱鍋爐的尾部受熱面。它們的共同作用是:吸收煙氣的余熱,降低排煙溫度,提高鍋爐效率,節(jié)約燃料。自然循環(huán)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是可以將汽包內(nèi)含雜質(zhì)濃度較高的水連續(xù)排去一部分(連續(xù)排污),還可以在水冷壁下部定期放水,除去沉淀的水渣(定期排污),對給水質(zhì)量要求稍低,自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)較簡單。目前我國火電廠采用的鍋爐絕大部分是自然循環(huán)鍋爐。鍋爐的汽壓越高,飽和蒸汽與飽和水的比重就越接近,使?fàn)t水自然循環(huán)的動力也越小。如果設(shè)計(jì)、運(yùn)行不當(dāng),就容易發(fā)生水循環(huán)不良,引發(fā)爆管事故。一般汽壓超過16.6MPa(170大氣壓)時(shí)不宜采用此種鍋爐。直流鍋爐的特點(diǎn)是沒有汽包,水在給水泵的壓力下,一直流過鍋爐的蒸發(fā)部分,不往返循環(huán),如圖2-5所示。直流鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是沒有汽包,比較容易制造,鋼材耗量少,缺點(diǎn)是不能排污,對水質(zhì)要求高,自動調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜。直流鍋爐可用于任何蒸汽參數(shù),特別適用于超高壓以上的電廠。四、汽輪機(jī)設(shè)備汽輪機(jī)設(shè)備包括汽輪機(jī)、調(diào)速系統(tǒng)、凝汽器和附屬設(shè)備等。汽輪機(jī)是以蒸汽作為工作介質(zhì)的原動機(jī),其作用是將來自鍋爐的高溫高壓蒸汽所具有的熱能轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能,轉(zhuǎn)子帶動發(fā)電機(jī)就可以將機(jī)械能再轉(zhuǎn)換為電能。汽輪機(jī)工作依靠的主要零部件是噴嘴(或稱靜葉片)和動葉片。噴嘴起著將蒸汽的勢能轉(zhuǎn)換為動能的作用,從噴嘴出來的蒸汽具有每秒數(shù)百米的高速,這樣的高速汽流沖擊到裝在葉輪上的動葉片,就可以推動由動葉片、葉輪、軸等零部件組成的轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地高速旋轉(zhuǎn),再帶動發(fā)電機(jī)源源不斷地產(chǎn)生電能。動葉承受蒸汽沖擊力作用的原理叫沖動原理。當(dāng)蒸汽在動葉流道中流過時(shí),如果蒸汽在其內(nèi)繼續(xù)膨脹降壓,進(jìn)一步將熱能轉(zhuǎn)換為動能,蒸汽在高速離開動葉的同時(shí)給其一個(gè)反作用力,就象火箭的工作原理一樣,這叫反作用原理。根據(jù)蒸汽產(chǎn)生沖擊力和反作用力大小比例以及結(jié)構(gòu)的不同,汽輪機(jī)可分為沖動式和反動式兩大類,目前我國均有生產(chǎn)。由一列噴嘴(靜葉片)和一列動葉片構(gòu)成汽輪機(jī)最基本的作功單元,稱為“級”。汽輪機(jī)是由許多級串聯(lián)起來的,蒸汽在各級內(nèi)逐級膨脹作功,組成多級汽輪機(jī)?,F(xiàn)代電廠使用的大功率汽輪機(jī)往往由幾十級至一百多級組成,分裝在高壓缸、中壓缸、低壓缸中,成為多缸汽輪機(jī)。圖2-6所示為國產(chǎn)300MW汽輪機(jī)示意圖。在汽輪機(jī)內(nèi)作完功的蒸汽被排至低壓缸后的凝汽器,在凝汽器內(nèi)蒸汽將熱量進(jìn)一步傳給循環(huán)水,最終成為凝結(jié)水,凝結(jié)水再通過高低壓加熱器等進(jìn)入鍋爐。所以凝汽器的任務(wù)有兩個(gè):一是使作完功的蒸汽凝結(jié),使排汽側(cè)形成負(fù)壓(稱真空狀態(tài)),以提高熱效率;其次是回收作完功的蒸汽,供給鍋爐潔凈的凝結(jié)水。調(diào)速系統(tǒng)的作用是保持汽輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速3000r/min下穩(wěn)定運(yùn)行,調(diào)整進(jìn)汽量,以適應(yīng)電力負(fù)荷變化的需要。危急保安器是裝在汽輪機(jī)大軸上的重要保護(hù)裝置。當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)動作失靈,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過3300r/min時(shí),危急保安器動作,迅速將主汽門關(guān)閉,防止汽輪機(jī)超速破壞,以免造成設(shè)備破壞和人身傷亡事故。五、汽輪發(fā)電機(jī)火電廠中用來發(fā)電的電機(jī)都是由汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)拖動的同步發(fā)電機(jī)。它是利用導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電勢的電磁感應(yīng)原理,將原動機(jī)的機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵?。同步發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是發(fā)出電力的電樞,轉(zhuǎn)子是磁極。定子由電樞鐵芯,均勻排放的三相繞組及機(jī)座和端蓋等組成。轉(zhuǎn)子通常為隱極式,由勵(lì)磁繞組、鐵芯和軸、護(hù)環(huán)、中心環(huán)等組成。汽輪發(fā)電機(jī)的極數(shù)多為兩極的,也有四極的。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通入直流電流,產(chǎn)生接近于正弦分布磁場(稱為轉(zhuǎn)子磁場),其有效勵(lì)磁磁通與靜止的電樞繞組相交鏈。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子磁場隨同一起旋轉(zhuǎn)、每轉(zhuǎn)一周,磁力線順序切割定子的每相繞組,在三相定子繞組內(nèi)感應(yīng)出三相交流電勢。發(fā)電機(jī)帶對稱負(fù)載運(yùn)行時(shí),三相電樞電流合成產(chǎn)生一個(gè)同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互作用,會產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。從汽輪機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩克服制動轉(zhuǎn)矩而作功。發(fā)電機(jī)可發(fā)出有功功率和無功功率。所以,調(diào)整有功功率就得調(diào)節(jié)汽機(jī)的進(jìn)汽量。轉(zhuǎn)子磁場的強(qiáng)弱直接影響定子繞組的電壓,所以,調(diào)發(fā)電機(jī)端電壓或調(diào)發(fā)電機(jī)的無功功率必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流。發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率幾何相加之和稱為視在功率。有功功率和視在功率之比稱為發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)(力率),發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)一般為0.85。供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流建立轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的系統(tǒng)稱為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式分為:①它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng);②自并激勵(lì)磁系統(tǒng)。它勵(lì)勵(lì)磁是由一臺與發(fā)電機(jī)同軸的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電,經(jīng)整流變成直流電,給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。自并激勵(lì)磁是將來自發(fā)電機(jī)機(jī)端的交流電經(jīng)變壓器降壓,再整流變成直流電,作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。六、汽輪機(jī)乏汽的冷卻汽輪機(jī)乏汽的冷卻過程是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程的一部分,通常選用水作為冷卻介質(zhì)(水冷),這種系統(tǒng)簡單,初投資小,運(yùn)行可靠,但水的散失量大。一座1000MW火力發(fā)電廠每日的耗水量約為1.15X105/3。這給貧水富煤地區(qū)建設(shè)電廠帶來了困難。為解決這一問題,人們提出了用空氣作為乏汽的冷卻介質(zhì)(空冷)。早在30年代末,德國首先在魯爾礦區(qū)的1.5MW汽輪機(jī)組應(yīng)用了直接空冷系統(tǒng),使在貧水地區(qū)建設(shè)電廠成為可能。1987年和1988年,山西大同第二發(fā)電廠的兩臺200MW機(jī)組首次引進(jìn)了匈牙利的海勒式間接空冷系統(tǒng),使我國火電廠空冷技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段,該兩臺機(jī)組每小時(shí)能節(jié)水470m3。用于乏汽冷卻的空冷系統(tǒng)主要有3種,即直接空冷系統(tǒng)、帶噴射式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)和帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。直接空冷系統(tǒng)是將汽輪機(jī)的乏汽引入粗大的排汽管道,送到室外的空冷凝汽器內(nèi),軸流冷卻風(fēng)機(jī)使空氣流過散熱器外表面,將乏汽在散熱器內(nèi)冷卻成水。該系統(tǒng)一般與高背壓汽輪機(jī)配套。帶噴射式凝汽器的間接空冷系統(tǒng),又稱海勒式間接空冷系統(tǒng)。冷卻水進(jìn)入凝汽器直接與汽輪機(jī)乏汽混合并將其冷凝。冷凝混合后的水絕大部分由冷卻水循環(huán)泵送至空冷塔散熱器,與空氣進(jìn)行表面式換熱冷卻后,通過調(diào)壓水輪機(jī)返回到噴射式凝汽器。還有少部分水經(jīng)過凝結(jié)水精處理裝置處理后作為鍋爐給水。該系統(tǒng)可與中背壓汽輪機(jī)配套。帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng),又稱哈蒙式間接空冷系統(tǒng)。它是在海勒式間接空冷系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的,所不同的是冷卻水與汽輪機(jī)排汽不相混合,進(jìn)行表面換熱。這樣可以滿足大容量機(jī)組對鍋爐給水水質(zhì)較高的要求。七、火電廠電子計(jì)算機(jī)控制——現(xiàn)代火電廠自動化火力發(fā)電設(shè)備的發(fā)展方向是采用高參數(shù)帶有中間再過熱的大容量單元式機(jī)組。隨著單機(jī)容量的增大,火電廠系統(tǒng)日趨復(fù)雜,輔助設(shè)備和輔機(jī)數(shù)量多、容量大,結(jié)構(gòu)也復(fù)雜,生產(chǎn)工況變化多,監(jiān)視與控制項(xiàng)目數(shù)量大,只有在高度自動化的前提下,才能確?;痣姀S的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展,采用電子計(jì)算機(jī)對火力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制,進(jìn)而對火電廠全廠進(jìn)行控制,不僅成為可能,而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)代化的大型火力發(fā)電機(jī)組和發(fā)電廠將廣泛采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)控制可實(shí)現(xiàn)的功能隨各電廠要求的控制方式和控制范圍有所不同,主要功能有:(1)安全監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理。包括巡回檢測、參數(shù)處理、越限報(bào)警、參數(shù)顯示、制表打印、性能計(jì)算等。這是火電廠計(jì)算機(jī)運(yùn)用的一種初級和最基本的功能。(2)正常調(diào)節(jié)。在正常運(yùn)行時(shí),對鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)等主輔設(shè)備進(jìn)行直接或間接控制。(3)管理計(jì)算。對生產(chǎn)過程可按數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算,尋找最優(yōu)工況,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制;對各運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,改善全廠的運(yùn)行管理。(4)事故處理。對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和趨勢預(yù)報(bào),事故發(fā)生時(shí)進(jìn)行分析和處理,并記錄下事故時(shí)的設(shè)備狀態(tài)和參數(shù),供運(yùn)行人員事后分析。(5)機(jī)組起停。實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的自動起停。計(jì)算機(jī)對電廠的控制可分開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制方式就是火電廠生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)安全監(jiān)視。閉環(huán)控制方式分為:①直接數(shù)字控制(DDC),即利用計(jì)算機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)對汽溫、汽壓、負(fù)荷、給水進(jìn)行控制及鍋爐的點(diǎn)火滅火、升溫升壓、汽機(jī)的升速和加負(fù)荷等幾乎所有項(xiàng)目進(jìn)行控制;②監(jiān)視控制方式(SEC),是指計(jì)算機(jī)不直接操作發(fā)電設(shè)備而是通過常規(guī)儀表或子回路控制等去控制發(fā)電設(shè)備,適宜于已有常規(guī)儀表和子回路控制系統(tǒng)對發(fā)電設(shè)備實(shí)行閉環(huán)控制的情況,利用計(jì)算機(jī)只在它們的上層進(jìn)行監(jiān)視和指揮;③觸發(fā)控制(STC),即計(jì)算機(jī)向程序控制器發(fā)出觸發(fā)信號,程序控制器按規(guī)定順序起停多種電動機(jī),適宜于輔機(jī)的起停方面。計(jì)算機(jī)對電廠的控制還可分為:集中控制和分布式控制方式。集中控制是指一臺發(fā)電機(jī)或全廠各臺發(fā)電機(jī)的監(jiān)視、控制以及管理集中于一臺或兩臺計(jì)算機(jī)上。分布式控制方式如圖2-7所示,其特點(diǎn)是控制任務(wù)分散在下層各級機(jī)上,在上層設(shè)置小型機(jī)或中型機(jī)進(jìn)行總的管理,這是一種有前途的控制方式。采用計(jì)算機(jī)控制可以:①提高火電機(jī)組或全廠的運(yùn)行效率,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定;②減少和避免重大事故,延長設(shè)備壽命;③節(jié)省運(yùn)行人員,減輕勞動強(qiáng)度。第三章水力發(fā)電一、水力資源和水電站天然的水流所蘊(yùn)藏的位能或動能統(tǒng)稱為水能或稱水力資源。水力是一種寶貴的自然資源,是取之不盡用之不竭的可再生能源,而且是潔凈的能源。利用水能的最普遍的形式是建設(shè)水電站,利用水流的流量和落差發(fā)電,或稱為水力發(fā)電。世界各國都竟相優(yōu)先開發(fā)水力發(fā)電,作為電力工業(yè)的重要組成部分。我國幅員遼闊,河川縱橫,是世界上水力資源最豐富的國家之一,水力資源的蘊(yùn)藏量達(dá)6.8億kW,約占全世界的1/6,居世界第一位,可能開發(fā)的容量約4億kW,年發(fā)電量1?2萬億kW?h左右。這相當(dāng)于每年提供4?8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤或3?6億噸重油的能量。水力發(fā)電是利用江河水流從高處流到低處存在的位能進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)江河的水由上游高水位,經(jīng)過水輪機(jī)流向下游水位時(shí),以所具流量和落差做功,推動水輪機(jī)旋轉(zhuǎn),帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出電力。水輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率P與上下游水位的落差(即水頭)H和單位時(shí)間流過水輪機(jī)的水量(即流量)Q成正比,用公式表示為p=9.8iHQn,n為引水系統(tǒng)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的總效率,一般nWi.o。因此,為了有效地利用天然水能,需要用人工修建集中落差和能調(diào)節(jié)流量的水工建筑,如筑壩形成水庫、建設(shè)引水建筑物和廠房等,以構(gòu)成水電站。由于天然水能存在的狀況不同,因此,水電站的型式多種多樣。二、水電站的型式(1)按集中落差方式的不同,水電站可區(qū)分為堤壩式、引水式和混合式堤壩式水電站又可按水電站廠房所處位置的不同,分為壩后式、河床式和岸邊式。壩后式水電站由堤壩集中水流落差,廠房設(shè)在堤壩下游壩處,不承受上游水的壓力。河床式水電站適宜于建筑在河床寬闊、落差小、流量大的平原河道上,廠房與堤壩一同起擋水作用。岸邊式水電站的廠房設(shè)在大壩下游的岸邊,發(fā)電水流通過隧洞或埋管流入廠房。引水式水電站是在河道坡度陡竣或急拐彎的山區(qū)河道,通過修引水工程將水流的落差集中用來發(fā)電。混合式水電站的發(fā)電落差,一部分靠大壩蓄水提高水位,獲得落差,一部分利用地形修建引水工程集中落差。(2)按水庫蓄水的調(diào)節(jié)能力不同,水電站可分為徑流式水電站、日調(diào)節(jié)水電站、周調(diào)節(jié)水電站、年調(diào)節(jié)水電站和多年調(diào)節(jié)水電站。徑流式水電站沒有調(diào)節(jié)水庫,上游來多少水發(fā)多少電,發(fā)電能力隨季節(jié)水量變化,豐水期要大量棄水。日調(diào)節(jié)水電站有水庫蓄水,但庫容較小,只能將一天的來水蓄存起來用在當(dāng)天要求發(fā)電的時(shí)候。周調(diào)節(jié)水電站是將周休日的來水積存起來,平均在本周的工作日使用。年調(diào)節(jié)水電站的庫容較大,可將平水年的豐水期多余的水量貯存起來,在枯水期間使用。多年調(diào)節(jié)水電站的庫容更大,能把豐水年多余的水量積存起來在枯水年使用。年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)水電站具有比較穩(wěn)定和穩(wěn)定的發(fā)電能力,在運(yùn)行時(shí)同樣可以進(jìn)行日調(diào)節(jié)和周調(diào)節(jié),能夠充分利用水力資源。三、水電站的構(gòu)成水電站由水工建筑物、廠房、水輪發(fā)電機(jī)組以及變電站和送電設(shè)備組成,如圖3—1所示。(1)水工建筑物包括大壩、引水建筑物和泄水建筑物等。大壩又稱攔河壩,是水電站的主要建筑物,作用是擋水提高水位,積蓄水量,集中上游河段的落差形成一定水頭和庫容的水庫,水輪發(fā)電機(jī)組從水庫取水發(fā)電。大壩可分為混凝土壩和土石壩兩大類?;炷翂畏譃橹亓?、拱壩和支墩壩3種。土石壩分為土壩、堆石壩、土石混合壩,又統(tǒng)稱當(dāng)?shù)夭牧蠅巍4髩蔚倪x型要根據(jù)壩址的自然條件、建筑材料、施工現(xiàn)場、導(dǎo)流、工期、造價(jià)等進(jìn)行綜合比較后確定。引水建筑物包括組成建筑物的進(jìn)水口、攔污柵、閘門等以及組成輸水建筑物的渠道、隧洞、調(diào)壓室、壓力管道等。泄水建筑物主要包括溢洪壩、溢流壩、泄水閘、泄洪隧道及底孔等,用于渲泄洪水、放空水庫、沖砂、排水和排放漂水等。廠房是安裝水輪發(fā)電機(jī)組及其配套設(shè)備的場所。根據(jù)自然條件、機(jī)組容量和電站規(guī)??煞譃榈孛鎻S房、地下廠房和壩內(nèi)廠房幾種。(2)水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組由水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的軸相聯(lián),水輪機(jī)接受水的位能和動能,轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn),此射水流的壓力不變,轉(zhuǎn)輪將水流的動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是接受水流的反作用力而旋轉(zhuǎn),此射水流的位能和動能都在改變,但主要是位能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。沖擊式水輪機(jī)可分為切擊式和斜擊式兩種。切擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪圓周布置多種水斗,噴嘴將水的位能變?yōu)閯幽?,形成高速水流沿轉(zhuǎn)輪圓周的切線方向射向雙U形水斗中部,水流在水斗中折轉(zhuǎn)向兩側(cè)排出。斜擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪圓周密布葉片,噴嘴出來的高速水流從轉(zhuǎn)輪一側(cè)傾斜沖擊葉片使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。水流經(jīng)轉(zhuǎn)輪上的葉折轉(zhuǎn)后從另一側(cè)流出。反擊式水輪機(jī)由帶有導(dǎo)葉的進(jìn)水裝置和具有數(shù)個(gè)葉片的轉(zhuǎn)輪組成,可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式幾種。在混流式水輪機(jī)中,水流徑向流入導(dǎo)葉再進(jìn)入轉(zhuǎn)輪,然后軸向流出轉(zhuǎn)輪。在軸流式水輪機(jī)中,水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉,在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間由徑向轉(zhuǎn)為軸向,轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)水流沿軸向流動。在斜流式水輪機(jī)中,水流傾斜于主軸某一角度流入轉(zhuǎn)輪。各式水輪機(jī)的使用水頭和比轉(zhuǎn)速見表3-1,比轉(zhuǎn)速是幾何相似的水輪機(jī)在lm水頭下發(fā)出1kW功率時(shí)的轉(zhuǎn)速。定漿式的轉(zhuǎn)輪葉片為固定的,轉(zhuǎn)槳式的轉(zhuǎn)輪葉片可以繞葉片軸旋轉(zhuǎn)。從表3-1中可以看出,混流式水輪機(jī)適用的水頭范圍大,廣泛用于大中型水電站。表3-1水輪機(jī)的使用水頭和比轉(zhuǎn)速英別使用水頭(屋)比轉(zhuǎn)速小型丸、中型沖擊水斗式大于100大于30010-35(單噴嘴)式斜主式20-30030-70反軸證式定槳式3~70200-300轉(zhuǎn)槳式3-S0200-EOO擊貫流式定槳式小于20600-1000轉(zhuǎn)槳式小于20600-1000混流式5-20030-70050-300式斜流式定槳式40^120150^350轉(zhuǎn)槳式40-120150-350水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是:①轉(zhuǎn)速較低,一般均在750r/min以下,有的只有幾十轉(zhuǎn)/分;②由于轉(zhuǎn)速低,故磁極數(shù)較多;③結(jié)構(gòu)尺寸和重量都較大;④大、中型水輪發(fā)電機(jī)一般采用豎軸。水輪發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、機(jī)架、冷卻系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)等組成。定子是產(chǎn)生電能的部件,由繞組、鐵芯和機(jī)殼組成。轉(zhuǎn)子是產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)動部件,由支架、輪環(huán)和磁極組成。推力軸承是承受豎軸轉(zhuǎn)子(水輪機(jī)和發(fā)電機(jī))的重量和水輪機(jī)軸向推力的部件。大中型水輪發(fā)電機(jī)一般采用空氣冷卻,部分采用水冷卻。目前,國外投入運(yùn)行的大型水輪發(fā)電機(jī)采用水冷卻。四、水電建設(shè)水電建設(shè)是水電開發(fā)的全過程,水電建設(shè)大多要建攔河壩截?cái)嗨?,抬高水位,其功能除發(fā)電之外,還要起到防洪、灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖和旅游等效益,但也會對上下游交通和生態(tài)環(huán)境造成影響。因此,水電建設(shè)要按照全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、綜合平衡的原則,正確處理遠(yuǎn)期與近期、干流與支流、上、中、下游、防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)以及與當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)實(shí)際情況的關(guān)系。在流域規(guī)劃中應(yīng)根據(jù)綜合利用的原則和水文、地質(zhì)等條件進(jìn)行河流的梯級開發(fā)。合理選擇壩址,確定壩高和庫容,以求最佳的綜合效益。優(yōu)先開發(fā)上游梯級,并使之具有較好的調(diào)節(jié)能力,將有利于下游梯級充分利用水能和改善航運(yùn)。五、水電站的運(yùn)行要根據(jù)所在電力系統(tǒng)的具體情況,發(fā)揮水電機(jī)組能夠調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和緊急備用的特點(diǎn),充分利用水庫的水量和水頭來滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。一般在洪水期間應(yīng)充分利用水量多發(fā)電,使全部機(jī)組投入滿發(fā),承擔(dān)電力系統(tǒng)的基荷。在水庫供水期間,盡量保持水庫高水位運(yùn)行,以保持水輪機(jī)的效率,少用水多發(fā)電。要注意水庫調(diào)度,處理好來水與用水、發(fā)電與防洪、發(fā)電與灌溉、水頭與水量等各種矛盾。切忌不管水位高低,不顧來水如何超量發(fā)電造成被動。要根據(jù)水文變化情況結(jié)合預(yù)報(bào),掌握各個(gè)時(shí)期水庫來水量,了解各方的用水要求,及時(shí)蓄水放水,以求水庫的最大綜合效益。六、抽水蓄能電力的生產(chǎn)和消費(fèi)是同時(shí)完成的。在負(fù)荷低谷時(shí),發(fā)電廠的發(fā)電量可能超過了用戶的需要,電力系統(tǒng)有剩余電能;而在負(fù)荷高峰時(shí),又可能出現(xiàn)發(fā)電滿足不了用戶需要的情況。建設(shè)抽水蓄能電站能夠較好地解決這個(gè)問題。抽水蓄能電站有一個(gè)建在高處的上水庫(上池)和一個(gè)建在電站下游的下池。抽水蓄能電站的機(jī)組能起到作為一般水輪機(jī)的發(fā)電的作用和作為水泵將下池的水抽到上池的作用。在電力系統(tǒng)的低谷負(fù)荷時(shí),抽水蓄能電站的機(jī)組作為水泵運(yùn)行,在上池蓄水;在高峰負(fù)荷時(shí),作為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行,利用上池的蓄水發(fā)電,送到電網(wǎng)。建設(shè)抽水蓄能電站的關(guān)鍵是選好站址。一般要求上、下池之間的落差愈高愈好。大多在已有水庫的地方尋找山頭建設(shè)上池,以原有水庫作為下池。也可選擇已有水庫附近的谷地建設(shè)下池,以原有水庫作為上池。站址選對了可大量節(jié)約建設(shè)資金。抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備是水泵、水輪、電動發(fā)電機(jī)組。初期的機(jī)組是水泵與水輪機(jī)分開的組合式水泵水輪機(jī)組。以后才發(fā)展為可逆水泵水輪機(jī),把水泵與水輪機(jī)合為一臺機(jī)器。正轉(zhuǎn)是水輪機(jī),反轉(zhuǎn)即是水泵。電動發(fā)電機(jī)也是一臺特殊的電機(jī),受電時(shí)是電動機(jī)驅(qū)動水泵抽水,為上池放水;水泵變?yōu)樗啓C(jī)時(shí),電動發(fā)電機(jī)也就成為發(fā)電機(jī)。抽水蓄能電站除調(diào)峰、填谷之外,也可用作調(diào)頻、調(diào)相和事故備用。抽水蓄能電站能提高電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)段的電力(功率),但它抽水和發(fā)電都有損耗,俗稱用4kW?h換3,即低谷時(shí)段如以4kW?h的電量去抽水,換來高峰時(shí)段放水發(fā)電只有3kW?h。抽水蓄能電站的效益除峰谷電價(jià)差之外,更重要的是改善了電網(wǎng)的供電質(zhì)量,提高了火電機(jī)組,特別是核電機(jī)組的負(fù)荷率,降低了這些機(jī)組的發(fā)電成本。第四章核能發(fā)電核能指原子核能,又稱原子能,是原子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)放出的能量。目前,從實(shí)用來講,核能指的是一些重金屬元素鈾、钚的原子核發(fā)生分裂反應(yīng)(又稱裂變)或者輕元素氘、氚的原子核發(fā)生聚合反應(yīng)(又稱聚變)時(shí),所放出的巨大能量,前者稱為裂變能,后者稱為聚變能。通常所說的核能是指受控核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的能量。核能的特點(diǎn)是能量高度集中。lt鈾一235(U23)在裂變反應(yīng)所放出的能量約等于lt標(biāo)準(zhǔn)煤在化學(xué)反應(yīng)中所放出能量的240萬倍。據(jù)估算,地球上已探明的易開采的鈾儲量,如果以快中子堆加以利用的話,所提供的能量將大大超過全球可用的煤、石油和天然氣儲量的總和?,F(xiàn)在核能已成為一種大規(guī)模和集中利用的能源,可以替代煤、石油和天然氣,目前主要用于發(fā)電。核能發(fā)電就是利用受控核裂變反應(yīng)所釋放的熱能,將水加熱為蒸汽,用蒸汽沖動汽輪機(jī),帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。從1954年原蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站開始,到1991年全球已有420座核電站在26個(gè)國家運(yùn)行。總裝機(jī)容量達(dá)3.27億kW,發(fā)電量占全世界的16%。核電發(fā)展比較領(lǐng)先的地區(qū)是那些缺乏煤、石油和天然氣以及水力資源的地區(qū),如法國、比利時(shí)、韓國、日本等。我國東南部沿海地區(qū)遠(yuǎn)離煤炭生產(chǎn)基地,電力需求增長快,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),發(fā)展核電具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國自行設(shè)計(jì)制造的第一座核電站——秦山核電站和引進(jìn)設(shè)備的大亞灣核電站已分別于1993年和1994年投入運(yùn)行,結(jié)束了我國無核電的歷史。一、核裂變反應(yīng)重金屬元素鈾—235的原子核吸收一個(gè)中子后產(chǎn)生核反應(yīng),使這個(gè)重原子核分裂成兩個(gè)(極少情況下會是3個(gè))更輕的原子核以及2?3個(gè)自由中子,還有B、Y射線和中微子,并釋放出巨大的能量,這一過程稱為核裂變。當(dāng)中子轟擊鈾—235原子核時(shí),一部分鈾—235原子核吸收中子而發(fā)生裂變。如果鈾—235核裂變產(chǎn)生的中子又去轟擊另一個(gè)鈾—235,將再引起新的裂變,如此不斷地持續(xù)進(jìn)行下去,就是裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這種鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)自己維持進(jìn)行,或者維持自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的條件(或狀態(tài))是至少有一個(gè)中子而且不多于一個(gè)中子從每一次裂變到達(dá)另一次裂變。這種狀態(tài)稱為“臨界狀態(tài)”。中子與鈾—235核的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以由人來控制。目前最常用的控制方式是向產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裂變物質(zhì)(如鈾—235)中放入或移出可以吸收中子的材料。正常工作時(shí)使裂變物質(zhì)處于臨界狀態(tài),維持穩(wěn)定的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng),因而保持穩(wěn)定的核能釋放。如需停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng),就放入更多的吸收中子材料;如果要求釋放更多的核能,可以移出一定的吸收中子材料。這種能維持和控制核裂變,因而維持和控制核能——熱能轉(zhuǎn)換的裝置,叫反應(yīng)堆。二、核能發(fā)電核能發(fā)電的核心裝置是核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆按引起裂變的中子能量分為熱中子反應(yīng)堆和快中子反應(yīng)堆??熘凶邮侵噶炎兎磻?yīng)釋放的中子。熱中子則是快中子慢化后的中子。目前,大量運(yùn)行的是熱中子反應(yīng)堆,其中需要慢化劑,通過它的原子核與快中子彈性碰撞將快中子慢化成熱中子。熱中子堆使用的燃料主要是天然鈾(鈾—235含量0.7%)和稍加濃縮鈾(鈾—235含量3%左右)。根據(jù)慢化劑、冷堆劑和燃料不同,熱中子反應(yīng)堆分為輕水堆(包括壓水堆和沸水堆)、重水堆、石墨氣冷堆和石墨水冷堆。目前已運(yùn)行的核電站以輕水堆居多,我國已選定壓水堆作為第一代核電站。核反應(yīng)堆的起動、停堆和功率控制依靠控制棒,它由強(qiáng)吸收中子能力的材料(如硼、鎘)做成。為保證核反應(yīng)堆安全,停堆用的安全棒也是由強(qiáng)吸收中子材料做成。下面簡要介紹壓水堆和快中子堆核電站。1.壓水堆壓水堆是指用高壓水作冷卻劑,堆中的水在高壓下通過蒸發(fā)器將二次回路的水加熱變成蒸汽的反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆慢化劑也是水,用2%?3%的低濃縮鈾作燃料,用傳熱效率較高的水作介質(zhì),因此反應(yīng)堆體積小,造價(jià)低,技術(shù)上比較容易掌握。其原理流程如圖4—1所示。整個(gè)一次回路系統(tǒng)被稱為核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng),也稱為核島,它相當(dāng)于常規(guī)火電廠的鍋爐系統(tǒng)。由蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電的二次回路系統(tǒng),與常規(guī)的火電廠汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)基本相同,稱為常規(guī)島。2.快中子增殖堆——核燃料的增殖熱中子反應(yīng)堆主要利用天然鈾內(nèi)的少量鈾—235,以及在反應(yīng)堆生成的少量钚—239。因此,熱中子堆僅能利用天然鈾中2%左右的鈾。由快中子來產(chǎn)生和維持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的反應(yīng)堆——快中子反應(yīng)堆,有可能實(shí)現(xiàn)核燃料的增殖??熘凶佣岩灶小?39為裂變?nèi)剂希遭櫋?38為增殖原料(不裂變)。钚—239裂變反應(yīng)應(yīng)用的是快中子,而不是熱中子。裂變產(chǎn)生的中子即是快中子,因此快中子堆中不需要慢化劑。用快中子轟擊钚—239原子核產(chǎn)生裂變;一個(gè)钚—239原子核裂變放出的中子數(shù)平均值比一個(gè)鈾—235核裂變放出的中子數(shù)多,因此钚—239裂變產(chǎn)生的中子數(shù)除維持反應(yīng)堆的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)外,多余的中子被鈾—238俘獲后可產(chǎn)生新的钚—239,而且新生的钚—239比堆芯內(nèi)消耗的钚—239還多,這樣就實(shí)現(xiàn)了核燃料的增殖??熘凶釉鲋扯训慕Y(jié)構(gòu)以钚—239為核燃料組成堆芯,鈾—238為增殖原料,安放在堆芯周圍形成增殖層(再生區(qū))。冷卻劑用液態(tài)鈉,以大大減少中子的吸收損失。快中子增殖核電站原理流程如圖4—2所示。1951年,美國按上述原理建成世界上第一座快中子增殖堆。到70年代末,快中子示范電站功率已達(dá)3萬kW,開始進(jìn)入實(shí)用階段。目前,已建成商業(yè)規(guī)模的示范堆??熘凶釉鲋扯牙碚撋峡衫萌库欃Y源,實(shí)際上由于各種損失,估計(jì)可利用鈾資源60%以上,它被認(rèn)為是最有前途的發(fā)電用反應(yīng)堆。三、核電站安全保障系統(tǒng)為了保護(hù)核電站工作人員和核電站周圍居民的健康,核電站必須始終堅(jiān)持“質(zhì)量第一,安全第一”的原則。核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行均采用縱深防御的原則,從設(shè)備、措施上提供多等級的重迭保護(hù),以確保核電站對功率能有效控制,對燃料組件能充分冷卻,對放射性物質(zhì)不發(fā)生泄漏。縱深防御原則一般包括五層防線,即第一層防線:精心設(shè)計(jì)、制造、施工,確保核電站有精良的硬件環(huán)境。建立周密的程序,嚴(yán)格的制度,對核電站工作人員有高水平的教育和培訓(xùn),人人注意和關(guān)心安全,有完備的軟件環(huán)境。第二層防線:加強(qiáng)運(yùn)行管理和監(jiān)督,及時(shí)正確處理異常情況,排除故障。第三層防線:在嚴(yán)重異常情況下,反應(yīng)堆正常的控制和保護(hù)系統(tǒng)動作,防止設(shè)備故障和人為差錯(cuò)造成事故。第四層防線:發(fā)生事故情況時(shí),啟用核電站安全系統(tǒng),包括各外設(shè)安全系統(tǒng),加強(qiáng)事故中的電站管理,防止事故擴(kuò)大,保護(hù)反應(yīng)堆廠房(安全殼)。第五層防線:萬一發(fā)生極不可能發(fā)生的事故,并伴有放射性外泄,啟用廠內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃,努力減輕事故對周圍居民和環(huán)境的影響。按照縱深防御的原則,目前的設(shè)計(jì)在核燃料和環(huán)境(外部空氣)之間設(shè)置了四道屏障(指中國目前使用的壓水堆核電站)。即第一道屏障:燃料芯塊,核燃料放在氧化鈾陶瓷芯塊中,并使得大部分裂變產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物98%以上保存在芯塊內(nèi)。第二道屏障:燃料包殼,燃料芯塊密封在鋯合金制造的包殼中,構(gòu)成核燃料芯棒,鋯合金具有足夠的強(qiáng)度,且在高溫下不與水發(fā)生反應(yīng)。第三道屏障:壓力管道和容器(冷卻劑系統(tǒng)),將核燃料芯棒封閉在20cm以上的鋼質(zhì)耐高壓系統(tǒng)中,避免放射性物質(zhì)泄漏到反應(yīng)堆廠房內(nèi)。第四道屏障:反應(yīng)堆安全殼,用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑,壁厚近100cm,內(nèi)表面加有0.6cm的鋼襯,可以抗御來自內(nèi)部或外界的飛出物,防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。核電站配置的外設(shè)安全系統(tǒng)包括:①隔離系統(tǒng),用來將反應(yīng)堆廠房隔離開來,主要有自動關(guān)閉穿過廠房的各條運(yùn)行管道的閥門,收集廠房內(nèi)泄漏物質(zhì),將其過濾后再排出廠外。②注水系統(tǒng),在反應(yīng)堆可能“失水”時(shí),向堆芯注水,以冷卻燃料組件,避免包殼破裂,注入水中含有硼,用以制止核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。注水系統(tǒng)使用壓力氮?dú)?,在無電流和無人操作情況下,在一定壓力下可自動注水。③事故冷卻器和噴淋系統(tǒng),用來冷卻廠房以降低廠房的壓力。在廠房壓力上升時(shí)先啟動空氣冷卻(風(fēng)機(jī)——換熱器)的事故冷卻器;再進(jìn)一步可以啟動廠房噴淋系統(tǒng)將冷水或含硼水噴入廠房,以降熱和降壓。以上所有安全保護(hù)系統(tǒng)均采用獨(dú)立設(shè)備和冗余布置,均備有事故電源,安全系統(tǒng)可以抗地震和在蒸汽——空氣及放射性物質(zhì)的惡劣環(huán)境中運(yùn)行。核電站運(yùn)行人員須經(jīng)嚴(yán)格的技術(shù)和管理培訓(xùn),通過國家核安全局主持的資格考試,獲得國家核安全局頒發(fā)的運(yùn)行值崗操作員或高級操作員執(zhí)照才能上崗,無照不得上崗。執(zhí)照在規(guī)定期內(nèi)有效,過期后必須申請核發(fā)機(jī)關(guān)再次審查。萬一發(fā)生了核外泄事故,應(yīng)啟動應(yīng)急計(jì)劃。應(yīng)急計(jì)劃的內(nèi)容主要包括:疏散人員,封閉核污染區(qū)(核反應(yīng)堆及核電站),清除核污染,以保證人身安全和環(huán)境清潔。以上所述核電站安全保障體系,可以確保核電站的安全運(yùn)行。第五章新能源和可再生能源發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電通常所說的風(fēng)能是空氣流動所具有的動能。風(fēng)力發(fā)電就是將空氣流動的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋4箫L(fēng)包含著很大的能量。風(fēng)速為9?1Om/s的五級風(fēng)吹到物體表面上的力,每平方米面積上約10kg,風(fēng)速為20m/s的九級風(fēng)吹到每平米面積上的力約為50kg,風(fēng)速為50?60m/s的臺風(fēng)這個(gè)力可達(dá)200kg。風(fēng)中含有的能量比人類迄今所能控制的能量高得多,風(fēng)力是地球上重要的能源之一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括轉(zhuǎn)子(回轉(zhuǎn)葉片等)、升速裝置、發(fā)電機(jī)、控制裝置、調(diào)速系統(tǒng)以及支撐鐵塔等。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電裝置作為穩(wěn)定電源經(jīng)常供電時(shí),還必須裝設(shè)蓄能裝置(如蓄電池)。轉(zhuǎn)子上的回轉(zhuǎn)葉片受風(fēng)力沖動,將風(fēng)力轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)的機(jī)械力,通過升速裝置驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。轉(zhuǎn)子一般為立式,葉片數(shù)一般為2?3片,葉片的方向與風(fēng)向垂直,轉(zhuǎn)速只有40?50r/min,而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高(例如1500r/min、50Hz的發(fā)電機(jī)),必須裝設(shè)升速裝置(齒輪、鏈條和皮帶等)??刂蒲b置包括定向裝置(將轉(zhuǎn)子調(diào)整對準(zhǔn)風(fēng)向)、起動和停機(jī)裝置、調(diào)整風(fēng)力裝置(調(diào)整葉片角度以調(diào)整接受的風(fēng)力)和保護(hù)裝置(在過高風(fēng)速時(shí)停機(jī)以及發(fā)電機(jī)保護(hù)等)。調(diào)速裝置用來維持發(fā)電機(jī)定速回轉(zhuǎn)。支撐鐵塔用來支撐和提高轉(zhuǎn)子位置,使回轉(zhuǎn)葉片能接受較大風(fēng)速(因風(fēng)速隨高度而升高)。風(fēng)力發(fā)電站如圖5—1所示。因風(fēng)能具有隨機(jī)性,而電力負(fù)荷則有其本身的規(guī)律,為使供電可靠,大規(guī)模風(fēng)電是建設(shè)多臺大型風(fēng)電機(jī)組形成的風(fēng)電場與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行;在電網(wǎng)達(dá)不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)則采用風(fēng)電機(jī)組與柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的方式,既可節(jié)油又可保證連續(xù)供電。我國風(fēng)能資源比較豐富,是風(fēng)能利用的大國之一,風(fēng)力提水和風(fēng)帆運(yùn)輸曾有過輝煌歷史。近代風(fēng)力發(fā)電在我國起步較晚,前些年主要是建設(shè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)(10kW以下)。50?200W微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已定型投入批量生產(chǎn),年生產(chǎn)能力達(dá)一萬臺以上;1?20kW容量的中、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已達(dá)到小批量生產(chǎn)階段。目前正在研制50?200kW大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。據(jù)1992年末的統(tǒng)計(jì),已推廣使用微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組約12萬臺,總裝機(jī)容量約16.8MW。并在國際合作和引進(jìn)國外機(jī)組的條件下,已在新疆、內(nèi)蒙古等區(qū)建立了14個(gè)風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)場,安裝大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多臺。僅新疆達(dá)坂城風(fēng)電場裝機(jī)容量已突破10MW,其經(jīng)濟(jì)效益越來越明顯。二、地?zé)岚l(fā)電地?zé)崮芫褪堑厍騼?nèi)部的熱釋放到地表的能量。地球內(nèi)部包含著巨大的熱量,由于這一熱量的影響,地球表層以下的溫度隨深度逐漸增高,大部分地區(qū)每深入100m,溫度增加3度,以后其增長速度又逐漸減慢,到一定深度就不再升高了。估計(jì)地核的溫度在5000°C以上?,F(xiàn)在能被我們控制利用的地?zé)崮苤饕堑叵聼崴?、地?zé)嵴羝蜔釒r層。我國地?zé)豳Y源相當(dāng)豐富,但溫度偏低,可以用來發(fā)電的主要集中在西藏和滇西一帶。根據(jù)地?zé)豳Y源的特點(diǎn)以及采用技術(shù)方案的不同,可把地?zé)岚l(fā)電劃分為很多的方式,但目前出現(xiàn)較多的有下面4種方式:直接利用蒸汽法。在干蒸汽田上,從熱井噴出的是溫度和壓力都比較高的蒸汽,將其過濾后,直接用管道輸入電廠驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)發(fā)電。2)汽水分離法。把從地?zé)峋畤姵龅恼羝蜔崴旌衔镆肫蛛x裝置,將分離出的蒸汽送入汽輪機(jī)。(3)減壓擴(kuò)容法。把噴出(或用水泵抽出)的溫度較高的熱水導(dǎo)入擴(kuò)容蒸發(fā)設(shè)備,由于壓力降低,一部分水蒸發(fā)變?yōu)樗羝瑢⒄舭l(fā)出的水蒸汽送入汽輪機(jī)。(4)低沸點(diǎn)工質(zhì)法。以地下熱水為放熱物質(zhì),通過熱交換器把熱量傳給低沸點(diǎn)的工質(zhì),使其沸騰并產(chǎn)生蒸汽,然后用這種蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組。我國在地?zé)岚l(fā)電方面,已建成聞名世界的西藏羊八井電站,現(xiàn)有裝機(jī)容量達(dá)到25MW,發(fā)電方式是將地?zé)峋鰜淼钠旌衔锝?jīng)汽水分離器分離出來的蒸汽送入汽輪機(jī),分離出來的熱水經(jīng)減壓擴(kuò)容產(chǎn)生的蒸汽也送入汽輪機(jī)。羊八井地?zé)犭娬镜某隽Ψ€(wěn)定,其發(fā)電量已占到拉薩電網(wǎng)的40%。三、太陽能發(fā)電太陽能就是太陽輻射能。在太陽里,每時(shí)每刻都進(jìn)行著激裂的核裂變和核聚變反應(yīng),從而產(chǎn)生大量的熱。太陽表面的溫度達(dá)6000°C左右,內(nèi)部溫度高達(dá)數(shù)百萬度。由于太陽的溫度很高,它不斷地向宇宙空間輻射能量,包括可見光,不可見光和各種微粒,總稱為太陽輻射。地球上除核能以外的一切能源,無論是煤炭、石油、天然氣、水力或風(fēng)力都來自太陽。全球人類目前每年能源消費(fèi)的總和只相當(dāng)于太陽在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。太陽能隨處可得,不必遠(yuǎn)距離輸送,而且是潔凈的能源。由于這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),太陽能發(fā)電作為新興的產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起。太陽能發(fā)電系統(tǒng)可分為太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電兩類。太陽能熱發(fā)電就是利用太陽能將水加熱,使產(chǎn)生的蒸汽去驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組。根據(jù)熱電轉(zhuǎn)換方式的不同,把太陽能電站分為集中型太陽能電站和分散型太陽能電站。塔式太陽能電站是集中型的一種,即在地面上敷設(shè)大量的集熱器(即反射器)陣列,在陣列中適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建一高塔,在塔頂設(shè)置吸熱器(即鍋爐),從集熱器來的陽光熱聚集到吸熱器上,使吸熱器內(nèi)的工作介質(zhì)溫度提高,變成蒸汽,通過管道把蒸汽送到地面上的汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。塔式太陽能電站示意如圖5—2所示。分散型太陽能電站的集熱裝置的特點(diǎn)是以一個(gè)鏡體配合一個(gè)吸熱器組成一個(gè)獨(dú)立的單元。根據(jù)發(fā)電容量的設(shè)計(jì)要求,串、并聯(lián)若干單元組成電站。太陽能光發(fā)電是利用太陽電池組將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽電池由單晶硅或非晶硅薄膜制成,轉(zhuǎn)換效率最多為10%?17%。將太陽電池排成方陣,其總面積決定所需的功率。太陽電池發(fā)出直流電,而且要隨陽光的強(qiáng)弱變化,所以還得配備逆變器(將直流電變?yōu)榻涣麟姡?、蓄電池和相?yīng)的調(diào)控設(shè)備。太陽能光發(fā)電已廣泛用于人造地球衛(wèi)星和宇航設(shè)備上,也可作為孤立地區(qū)的獨(dú)立電源。然而將來其造價(jià)進(jìn)一步降低之后,太陽能發(fā)電將進(jìn)入千家萬戶。近年來人們對建造宇宙空間太陽能電站的問題進(jìn)行了大量的研究。宇宙空間太陽能電站的主要技術(shù)內(nèi)容是:在繞地球的同步軌道上建造衛(wèi)星電站,太陽輻射能通過光電池轉(zhuǎn)變成電能,用微波發(fā)生裝置將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?,然后再以集束形式把微波發(fā)射到地面接收站,地面接收裝置再把微波轉(zhuǎn)變成電能輸送到電網(wǎng)中。四、海洋能發(fā)電海洋能是海流動能、海洋熱能、潮汐能和波浪能等的總稱。海洋能用于發(fā)電有海流發(fā)電、海洋溫差發(fā)電、波浪發(fā)電和潮汐發(fā)電等幾種方式。目前成熟的只有潮汐發(fā)電。潮汐發(fā)電大體有3種形式:(1)單庫單向發(fā)電。在海灣(或河口)建造堤壩、廠房和水閘,將海灣(或河口)與外海分隔,漲潮時(shí)開啟水閘,將水庫充滿,落潮時(shí)其水位與外海潮位保持一定的潮差,帶動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種形式只建造一個(gè)水庫,只能在落潮時(shí)發(fā)電。也有的采用反向形式,即利用漲潮時(shí)水流由外海流向水庫時(shí)發(fā)電,落潮時(shí)開閘把庫水放低。(2)單庫雙向發(fā)電。同樣是建造一個(gè)水庫,只是采用一定的水工布置形式或采用雙向水輪發(fā)電機(jī)組,保證電站在漲落潮時(shí)都能發(fā)電。(3)雙庫雙向發(fā)電。是在有條件的海灣建造兩個(gè)水庫,在漲、落潮過程中兩水庫的水位始終保持一定的落差,水輪發(fā)電機(jī)組在兩水庫之間,使其連續(xù)不斷地發(fā)電。我國蘊(yùn)藏豐富的潮汐資源。據(jù)1985年我國潮汐資源普查統(tǒng)計(jì),裝機(jī)500kW以上的有191個(gè)站點(diǎn),可能開發(fā)的裝機(jī)容量為2158萬kW,年發(fā)電量619億kW?h。我國從60年代至今建成小型潮汐電站8座,計(jì)11180kW,其中以浙江省江廈潮汐電站最大,容量為3200kW,居世界第三位。第六章輸電與配電各種類型的發(fā)電廠發(fā)出的電力通過輸電和配電才能將其送給電力用戶使用。輸電指的是從發(fā)電廠或發(fā)電中心向消費(fèi)電能地區(qū)輸送大量電力的主干渠道或不同電網(wǎng)之間互送電力的聯(lián)絡(luò)渠道,而配電則是消費(fèi)電能地區(qū)內(nèi)將電力分配至用戶的分配手段,直接為用戶服務(wù)。配電可以是將電力分配到城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村,也可以是分配和供給農(nóng)業(yè)、工業(yè)、商業(yè)、居民住宅以及特殊需要的用電。輸電和配電設(shè)施都包括變電站、線路等設(shè)備。所有輸電設(shè)備連接起來組成輸電網(wǎng)。從輸電網(wǎng)到用戶之間的配電設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò),稱為配電網(wǎng)。它們有時(shí)也稱為輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)再加上發(fā)電廠和用電設(shè)備統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中各種不同的電力設(shè)備均有各自的額定電壓,它們構(gòu)成整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓等級。輸電采用的電壓高于配電電壓。輸電和配電電壓界限的劃分不是固定不變的,隨電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域和容量大小而變化。我國已頒發(fā)的《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》規(guī)定:35?110kV為高壓配電電壓;10kV為中壓配電電壓;220/380V為低壓配電電壓。在某些地區(qū)220kV輸電網(wǎng)尚未形成前,110kV(甚至35kV)也可作為輸電電壓。就我國目前絕大多數(shù)電網(wǎng)來說,220kV為高壓輸電電壓(HV),330kV、500kV為超高壓輸電電壓(EHV),更高一級輸電電壓正在研究論證之中。美國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:超高壓為高于242kV,但低于1000kV的最高系統(tǒng)電壓;特高壓為等于或高于1000kV的最高系統(tǒng)電壓。一、變電站變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施,它通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。變電站起變換電壓作用的設(shè)備是變壓器,除此之外,變電站的設(shè)備還有開閉電路的開關(guān)設(shè)備,匯集電流的母線,計(jì)量和控制用互感器、儀表、繼電保護(hù)裝置和防雷保護(hù)裝置、調(diào)度通信裝置等,有的變電站還有無功補(bǔ)償設(shè)備。變電站的主要設(shè)備和連接方式,按其功能不同而有差異。圖6—1所示為一變電站主接線示意圖。變壓器。如圖6—1所示,變壓器是變電站的主要設(shè)備,分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器(即高、低壓每相共用一個(gè)繞組,從高壓繞組中間抽出一個(gè)頭作為低壓繞組的出線的變壓器)。電壓高低與繞組匝數(shù)成正比,電流則與繞組匝數(shù)成反比。變壓器按其作用,可分為升壓變壓器和降壓變壓器,前者用于電力系統(tǒng)送端變電站,后者用于受端變電站。變壓器的電壓需與電力系統(tǒng)的電壓相適應(yīng)。為了在不同負(fù)荷情況下保持合格的電壓,有時(shí)需要切換變壓器的分接頭。按分接頭切換方式,變壓器有帶負(fù)荷(有載)調(diào)壓變壓器和無負(fù)荷(無載)調(diào)壓變壓器。有載調(diào)壓變壓器主要用于受端變電站。電壓互感器和電流互感器。它們的工作原理和變壓器相似,它們把高電壓(設(shè)備和母線的運(yùn)行電壓)、大電流(即設(shè)備和母線的負(fù)荷或短路電流)按規(guī)定比例變成測量儀表、繼電保護(hù)及控制設(shè)備的低電壓和小電流。在額定運(yùn)行情況下,電壓互感器二次電壓為100V,電流互感器二次電流為5A或1A。電流互感器的二次繞組經(jīng)常與負(fù)荷相連,近于短路,請注意:絕不能讓其開路,否則將因高電壓而危及設(shè)備和人身安全或使電流互感器燒毀。開關(guān)設(shè)備。它包括斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器等,都是斷開和合上電路的設(shè)備。斷路器在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下用來合上和斷開電路,故障時(shí),在繼電保護(hù)裝置控制下自動把故障設(shè)備和線路斷開,還可以有自動重合閘功能。在我國,220kV以上變電站使用較多的是空氣斷路器和六氟化硫斷路器。隔離開關(guān)(刀閘)的主要作用是在設(shè)備或線路檢修時(shí)隔離電壓,以保證安全。它不能斷開負(fù)荷電流和短路電流,應(yīng)與斷路器配合使用。在停電時(shí),應(yīng)先拉斷路器,后拉隔離開關(guān);送電時(shí),應(yīng)先合隔離開關(guān),后合斷路器。如果誤操作,將引起設(shè)備損壞和人身傷亡。負(fù)荷開關(guān)能在正常運(yùn)行時(shí)斷開負(fù)荷電流,沒有斷開故障電流的能力,一般與高壓熔斷器配合用于10kV及以上電壓且不經(jīng)常操作的變壓器或出線上。為了減少變電站的占地面積,近年來,積極發(fā)展六氟化硫全封閉組合電器(GIS)。它把斷路器、隔離開關(guān)、母線、接地開關(guān)、互感器、出線套管或電纜終端頭等分別裝在各自密封間中,集中組成一個(gè)整體外殼,充以(3.039?5.065)XIOfPa(3?5大氣壓)的六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)。這種組合電器具有結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕,不受大氣條件影響,檢修間隔長,無觸電事故和電噪聲干擾等優(yōu)點(diǎn),具有發(fā)展前途。在國外,這種設(shè)備的最高電壓已發(fā)到765kV,已在變電站投入運(yùn)行。目前,它的缺點(diǎn)是價(jià)格貴,制造和檢修工藝要求高。變電站還裝有防雷設(shè)備,主要有避雷針和避雷器。避雷針是為了防止變電站遭受直接雷擊,將雷電對其自身放電,把雷電流引入大地。在變電站附近的線路上落雷時(shí),雷電波會沿導(dǎo)線進(jìn)入變電站,產(chǎn)生過電壓。另外,斷路器操作等也會引起過電壓。避雷器的作用是當(dāng)過電壓超過一定限值時(shí),自動對地放電,降低電壓,保護(hù)設(shè)備,放電后又迅速自動滅弧,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。目前,使用最多的是氧化鋅避雷器。二、送電線路目前采用的送電線路有兩種,一種是電力電纜,它采用特殊加工制造而成的電纜線,埋沒于地下或敷設(shè)在電纜隧道中;另一種是最常見的架空線路,它一般使用無絕緣的裸導(dǎo)線,通過立于地面的桿塔作為支持物,將導(dǎo)線用絕緣子懸架于桿塔上。由于電纜價(jià)格較貴,目前大部分配電線路、絕大部分高壓輸電線路和全部超高壓及特高壓輸電線路都采用架空線路。送電線路的輸送容量及輸送距離均與電壓有關(guān)。線路電壓越高,輸送距離越遠(yuǎn)。線路及系統(tǒng)的電壓需根據(jù)其輸送的距離和容量來確定。一般送電電壓、容量、距離三者的大致關(guān)系如表6—1中所列。表6—1送電電壓、容量、距離三者的關(guān)系輸電電壓(ky)35110220330500輸逆容量(萬kw)1—22—710-2530—d0100-150輸迸距離(km)20—5050—100200-300250—500300-S00在相同的送電電壓下,送電容量越小,可輸送的距離越長,反之,容量越大,則送電距離越短。另外,輸送容量和距離還取決于其他技術(shù)條件和是否采用補(bǔ)償措施。

電力電纜一般由導(dǎo)線、絕緣層和保護(hù)層組成,有單芯、雙芯和三芯電纜。高壓架空線路一般由導(dǎo)線、絕緣子、金具、桿塔及其基礎(chǔ)、避雷線、接地裝置和防振錘等構(gòu)成。圖6—2所示為架空線路示意圖。高壓架空線路具有一定的寬度,線路以下的地面面積再向兩側(cè)延伸一定的距離所占有的范圍稱為線路走廊。走廊內(nèi)不允許有高大建筑及高大植物出現(xiàn)。在國外,占有線路走廊要付出相當(dāng)可觀的費(fèi)用,如美國線路走廊的占地費(fèi)用要占線路建設(shè)總投資的12%。我國的線路走廊雖然并非如此昂貴,但在有限的土地資源中如何節(jié)省占地,提高線路走廊的利用率,則是不得不認(rèn)真考慮的重要問題。減少高壓架空線路的走廊主要有兩種辦法:①多回路同桿塔并架線路,即在同一桿塔架設(shè)多回線路;②緊湊型架空輸電線路。同桿并架線路。多回路同桿并架是在同一線路走廊架設(shè)多回線路,提高了輸送容量,從而減少了線路走廊用地,但多回線路相線的排列和繼電保護(hù)的配置要仔細(xì)考慮,使線路遭雷擊時(shí)不同時(shí)斷開,以保證多回線路輸電的可靠性與單桿單回線相同。緊湊型架空輸電線。它與常規(guī)輸電線不同的基本特點(diǎn)是:①相導(dǎo)線采用多分裂結(jié)構(gòu),并加大子導(dǎo)線間距;②縮小相間距離,為避免風(fēng)吹導(dǎo)線振動造成相間短路,相間采用間隔棒固定相間距離;③采用相間無構(gòu)架的桿塔結(jié)構(gòu)形式。通過緊湊型的這種結(jié)構(gòu),可提高線路輸送能力,減少輸電回路數(shù),從而減少線路走廊用地。其基本原理如下:通過增大相分裂導(dǎo)線(子導(dǎo)線)之間的距離,優(yōu)化導(dǎo)線布置,壓縮相間距離,使電荷在各導(dǎo)線表面分布均勻,從而表面場強(qiáng)均勻,導(dǎo)線導(dǎo)電面積得到充分利用;相間距離明顯縮小,使線路的正序電容上升,正序電感下降,線路的波組抗(Z)與電容?與電容?平方根成反俎與電感(叮緊湊型輸電線可明顯減少波阻抗。線路輸送的自然功率(P)與波阻抗成反比,即P=3U/Z。自然功率越大,則線路輸送能力越大。因此,緊湊型輸電線巾路可顯著提高輸電能力,一般可提高30%?70%。我國分別在華北和湖北省建成的220kV緊湊型輸電試驗(yàn)線路段已于1994年投入運(yùn)行。三、高壓直流輸電(HVDC)高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電,然后通過直流輸電線路送往另一個(gè)換流站逆變成三相交流電的輸電方式。它基本上由兩個(gè)換流站和直流輸電線組成,兩個(gè)換流站與兩端的交流系統(tǒng)相連接。直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路,但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600?800km,電纜線路超過40?60km,直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展,換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低,直流輸電近年來發(fā)展較快。我國從國外引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)建設(shè)的葛洲壩—上海1100km、±500kV、輸送容量1200MW的直流輸電工程,已于1990年建成并投入運(yùn)行。直流輸電技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是:不增加系統(tǒng)的短路容量;便于實(shí)現(xiàn)兩大電力系統(tǒng)的非同期聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和不同頻率的電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng);利用直流系統(tǒng)的功率調(diào)制能提高電力系統(tǒng)的阻尼,抑制低頻振蕩,提高并列運(yùn)行的交流輸電線的輸電能力。它的主要缺點(diǎn)是直流輸電線路難于引出分支線路,絕大部分只用于端對端送電。加拿大原計(jì)劃開發(fā)和建設(shè)五端直流輸電系統(tǒng),現(xiàn)已建成三端直流輸電系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)多端直流輸電系統(tǒng)的主要技術(shù)困難是各種運(yùn)行方式下的線路功率控制問題。目前,一般認(rèn)為三端以上的直流輸電系統(tǒng)技術(shù)上難實(shí)現(xiàn),經(jīng)濟(jì)合理性待研究。直流輸電的原理及運(yùn)行方式。如圖6—3所示。換流站的主要設(shè)備包括換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流避雷器及控制保護(hù)設(shè)備等。換流器又稱換流閥,是換流站的關(guān)鍵設(shè)備,其功能是實(shí)現(xiàn)整流和逆變。目前,換流器多數(shù)采用晶閘管(可控硅整流管)組成三相橋式整流作為基本單元,稱為換流橋。一般由兩個(gè)或多個(gè)換流橋組成換流系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)交流變直流,直流變交流的功能。換流器在整流和逆變過程中將要產(chǎn)生5、7、11、13、17、19…等多次諧波。為了減少各次諧波進(jìn)入交流系統(tǒng),在換流站交流母線上要裝設(shè)濾波器。它由電抗線圈、電容器和小電阻3種設(shè)備串聯(lián)組成,通過調(diào)諧的參數(shù)配合可濾掉多次諧波。一般在換流站的交流側(cè)母線裝有5、7、11、13次諧波濾波器組。如圖6—3所示,直流輸電分為單極線

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