发电厂及其电气部分绪论

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1、发电厂电气部分,主 讲：林 圣 Email：slin T E L ：028-87602445,Electric Elements of Power Plants and Substations,第1讲 绪 论,发电厂,电力用户,变电站（所）,电力系统是人类有史以来建造的最大的机器！ The Power System Is The Biggest Machine Human Have Ever Made!,发电机的发明电力工业的基础,法拉第,1831年年底，他发明了一种电磁电流发生器，这就是最原始的发电机,1820年，奥斯特发现了电流的磁作用后，法拉第用十年时间，发现了电磁感应定律：,感应电动势

2、的大小与磁通量的变化率成正比,磁现象,电现象,电力系统的萌芽,19世纪90年代初，伦敦建成了世界上最早的输、配电系统,世界上第一座较正规的电厂美国纽约珍珠街电厂（1882）,由发电机经输电线与电灯相连，这是最早的住户式电站的典型，属于电力系统的萌芽。,由郊外的电厂发出交流电，经变压器将电压由2.5千伏升高到10千伏，经12公里长的输电线路将电能输送到伦敦市区的4个降压变电所，将电压降到2.4千伏，再分别经配电变压器将电压降到 100伏向用户供电。发、输、变、配、用几个环节连成一体，形成了现代电力系统的雏形 。,1、我国电力工业发展简况,中国电力工业起点： 1882.7.26，上海，直流发电机（

3、蒸汽机带动），从电场到外滩沿街架线，供给照明用电；我国第一座火电厂。,1912年农历4月12日，云南昆明螳螂川，石龙坝水电厂，2台240kW水轮机组；我国第一座水力发电厂。,世界第一座火电厂1875，巴黎火车站电场 美国第一座火电厂1879，旧金山实验电场 英国第一座火电厂1882，伦敦霍尔蓬电场,总装机容量、年发电量 1949年 装机容量：184.86万kW（世界21位） 年发电量：43.1亿kWh（世界25位） 2003年 装机容量： 3.8亿kW（世界2位） 年发电量： 19000亿kWh（世界2位） 2007年 装机容量： 7.1亿kW（世界2位） 年发电量： 32000亿kWh（世界

4、2位） 全国日发电量可达：100亿kWh （电力生产基本满足社会用电需求，有条件关闭大批小火电） 2011年 装机容量： 10.5亿kW（世界2位） 年发电量： 47000亿kWh（世界2位）,1、我国电力工业发展简况,电力工业的飞速发展还体现在电力系统电压等级、电厂规模和单机容量的大幅提高,电力系统容量，电网输电电压等级 1953年, 第一条220kV输电线路（丰满水电站虎石台变电所）； 1972年，第一条330kV输电线路（刘家峡水电厂陕西关中地区）； 1981年，第一条500kV输电线路（姚孟电厂武汉）； 1988年，500kV直流输电线路（葛洲坝上海南桥），使华中与华东两大电力系统互联

5、，形成了中国第一个跨大区的联合电力系统； 2005年，第一个750kV超高压输变电工程正式投入运行（青海官亭-兰州东）； 2009年，第一个1000kV特高压交流输变电工程正式投入运行； 2009年，800kV云广特高压直流输变电工程单级投运行；,1、我国电力工业发展简况,最大单机容量 我国最大火电机组容量100万kW 最大水电机组容量70万kW（三峡工程） 最大核电机组容量100万kW（岭澳核电厂） 最大发电厂容量 最大火力发电厂容量500万kW（北仑港电厂） 最大的水力发电厂2240万kW（三峡水电厂） 最大的核能发电厂200万kW（岭澳核电厂，21000MW） 最大的抽水蓄能电厂240万

6、kW（广东抽水蓄能电厂，8300MW，世界最大）,1、我国电力工业发展简况,中国电力体制改革 2002年 国务院2002年公布的电力体制改革方案（俗称“五号文件”） 厂网分离：2家电网公司+5家发电公司+4家辅业集团,1、我国电力工业发展简况,国家电网公司 华北电网 （山东，北京，河北，山西，天津） 华东电网 （上海，江苏，浙江，安徽，福建） 华中电网 （河南、湖北、湖南、江西、四川、重庆） 东北电网 （辽宁，吉林，黑龙江，内蒙古的赤峰和通辽） 西北电网 （陕西，甘肃，宁夏，新疆，青海） 南方电网公司 超高压输变电公司、电力财务公司，广东、云南、广西、贵州和海南电网公司。,5家发电公司：,1、

7、我国电力工业发展简况,输配分开,中国水电工程顾问集团 中国电力工程顾问集团 中国水利水电建设集团 中国葛洲坝水利水电建设集团,中国华能集团公司（华能国际） 中国华电集团公司（华电国际） 中国大唐集团公司（大唐发电） 中国国电集团公司（国电电力） 中国电力投资集团团公司（中电投）,4家辅业集团：,主辅分离,节能减排 做好电力规划，加强电网建设 电力规划是根据社会经济发展需求、能源资源和负荷的分布，确定合理的电源结构和战略布局，确立电网电压等级、输电方式和合理的网架结构等。 电力工业必须超前发展，所以要做好电力规划。 美加大停电的经验教训（2003.8.14）,2、我国电力工业发展前景,电力工业现

8、代化 国外电力技术的先进水平主要表现 超高压、大系统 大机组、大电厂 高度自动化 我国电力工业今后发展目标 优化发展火电，优先开发水电，积极发展核电，因地制宜地发展新能源，同步发展电网，认真治理对环境的污染。使我国电力工业走向低能耗、低污染、高效率的发展道路。,2、我国电力工业发展前景,联合电力系统 系统间电负荷的错峰效益（东西时差、南北温差） 提高供电可靠性、减少系统备用容量 有利于安装单机容量较大的机组 进行电力系统的经济调度（水、火经济调度，机组间的经济调度） 调峰能力互相支援、减少调峰机组容量,2、我国电力工业发展前景,电力市场 含义：电力市场既是电能生产与运营的组织、指挥、控制和管理

9、中心，也是电能商品集中交易和结算的场所 目的 ：是要建立一种平等竞争的环境 电价：是电力市场的支点。 电能是一种商品，由于电能具有垄断性和发、供、用同时性的特点，电价具有特殊性 我国电力体制改革的总体目标：建立全国统一，竞争开放，规范有序的电力市场,2、我国电力工业发展前景,IT技术 IT技术在电力系统中的应用集中在两个方面 电气设备的微机化 电力系统各类复杂计算由计算机自动实现 SCADA系统，EMS系统，DMS系统，就地或区域的综合监控系统，MIS系统等 谐波治理 电力电子设备的采用，产生非正弦波形，形成谐波,2、我国电力工业发展前景,洁净煤发电技术 包括在发电设备中实现煤的清洁燃烧和高效

10、利用的发电技术 煤炭利用前的净化处理技术 煤炭燃烧过程中的洁净燃烧技术 烟气净化技术 煤的转化 绿色能源的开发与利用 绿色能源：通过特定的发电设备，将风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等可再生能源转换得来的电能。,2、我国电力工业发展前景,3、发电厂的基本类型与运行特点,发电厂,电力用户,变电站（所）,发电厂,发电厂是将各种一次能源转变成电能的工厂。,3.1 发电厂的分类,按采用的一次能源划分： (1)火电厂（Thermal power plant）化石燃料的化学能（燃烧）； (2)核电厂（Nuclear power plant）核燃料的核能（裂变） ； (3)水电厂（Hydro powe

11、r plant）水的势能（落差，即水头）； (4)其他能源电厂,风力发电场(wind power field ) 风动能； 太阳能电站 (solar power station ，) 太阳能（光电效应又名光伏电站）； 地热电站(geothermal power station) 地下水的热能； 潮汐电站(tidal power station) 潮汐水的势能 磁流体发电厂(magnetohydrodynamic power generation station),3.1 发电厂的分类,(3)和(4)类发电站属于清洁能源发电； (3)和(4)类发电站中携带一次能源的物质在自燃界中不断循环，因此又

12、称为可再生能源发电，是社会持续发展的保障； 由于第(4)类发电站在电力系统中所占比例很小，开始大力发展，因此又将其称为新能源发电站。,3.1 发电厂的分类,按输出能源分类 凝汽式电厂不对厂外用户供热。 热力化电厂对厂外用户供热，简称热电厂，常建于寒冷地区。 蒸汽中所含热量被利用的效率称为热效率。 凝汽式电厂的热效率为35%左右，热电厂的热效率可达70%。 按原动机、按燃料、按蒸汽压力和温度分类,3.2 火电厂,火力发电厂是把化石燃料的化学能转换成电能的工厂，简称火电厂。,3.2.1 火电厂的分类,3.2.2 火电厂的电能生产过程,火电厂种类虽然很多，但从能量转换的观点分析，其生产过程是基本相同

13、的,整个生产过程分为三个系统（阶段）：,燃烧系统：燃料化学能在锅炉里燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变成蒸汽； 汽水系统：锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能； 电气系统：由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，将机械能变为电能 ；,电能,热能,机械能,燃料的化学能,四个循环(流程)： 煤、风、汽、水（冷却）,3.2 火电厂,锅炉,烟囱,发电机,汽轮机,变压器,输电线路,热量损失超过60%,3.2 火电厂,3.2 火电厂,3.2.2 火电厂的电能生产过程,1、燃烧系统,组成：运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成,3.2 火电厂,3.2.2 火电厂的电能生产过

14、程,3.2 火电厂,2、汽水系统 组成：給水、循环、补充給水系统,3.2.2 火电厂的电能生产过程,3、电气系统 组成：发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等,3.2 火电厂,3.2.2 火电厂的电能生产过程,为转子提供直流电，建立转子磁场,1锅炉；2蒸汽过热器；3汽轮机高压段；4生产抽汽；5汽轮机低压段；6凝汽器；7凝结水泵；8给水泵；9发电机； 10主变压器；11供热抽汽；12蒸汽加热器 ；13供热泵,热电厂,3.2 火电厂,3.2.2 火电厂的电能生产过程,一般采用汽轮机中间抽汽供给使用蒸汽的用户; 利用中间抽汽在热交换器中加热冷水，然后将热水送给厂外用户。,与水电厂和其他类型电厂相

15、比，火电厂有如下特点： 布局灵活 建造投资少，建造工期短，发电设备年利用小时数较高 发电成本高，运行费用高 启动慢，跟踪负荷需要附加耗用燃料，不宜用于调峰、调频或事故备用； 环境污染比较严重,3.2 火电厂,3.2.3 火电厂的特点,600MW汽轮发电机组1,600MW汽轮发电机组2,3.3 水电厂,水电厂：把水的位能和动能转换成电能的工厂。基本生产过程：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换为电能。,P-发电功率，kW； Q-通过水轮机的水量，m3/s - 水电厂效率 ，一般为0.80.85； H-水的落差（水

16、头），m,P=9.8QH,按水头的获取方式分为堤坝式水电厂、引水式水电厂和混合式水电厂； 堤坝式水电厂因改变上游水位而导致上游库区的淹没； 按主厂房与堤坝的位置关系，堤坝式水电厂可分为坝后式（三峡电厂）与河床式（二滩电厂）。,3.3 水电厂,3.3.1 水电厂的分类,按径流调节的程度分类 1）无调节水电厂 没有大的水库，不能对径流进行调节以适应用水要求，出力变化取决于天然来水流量，如水头很低的河床式水电厂，引水式水电厂 2）有调节水电厂 有较大的水库，能按发电用水对天然来水流量进行调节，如堤坝式、混合式水电厂和有日调节池的引水式水电厂,按水库对径流的调节程度分： 日调节、年调节、多年调节水电厂,3.3 水电厂,3.3.1 水电厂的分类,厂房不承受水的压力,坝后式水电厂,3.3 水电厂,坝后式水电厂,3.3 水电厂,三峡水电厂鸟瞰图,3.3 水电厂,厂房承受水的压力,河床式水电厂,3.3