发电厂以及变电厂电气设备第一章绪论

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1、第一章 绪 论 课题一 电力系统概述 课题三 发电厂和变电所电气设备简述 课题二 发电厂和变电所概述 本章计划学时 2 3学时 课题四 电气设备的主要参数 第一章 绪 论 一 我国电力工业发展概况 我国自1882年有电力以来至1949年底 经过67 年发展装机 容量只达到185万kW 年发电量 43 亿 kW h 分别居世界 第 21 位和第 25 位 我国2008年底的电力装机容量为79253万kW 发 电量34334亿kwh 到2010年底 全国发电装机容 量在9 5亿千瓦左右 其中火电7亿千瓦 水电2 1 亿千瓦 核电1016万千瓦 并网风电3000万千瓦 清洁能源发电装机占总装机容量的

2、比重有望达 到26 比2009年有所提高 电力发展和应用的程度 是衡量国民经济发展水平和社会 现代化水平高低的重要标志之一 电力发展必须超前国民 经济的增长 第一节电力系统概述 1 目前我国最大的汽轮发电机组容量为90万kW 安装 在外高桥第二发电厂 世界上最大135万kW 2 三峡水力发电厂 三峡电厂对工程枢纽的 运行管理包含左 右岸两座电站 水电站厂房 位于泄洪坝段左 右两侧 共装机26台 单机 容量70万千瓦 其中左岸电站14台 右岸电站 12台 总容量1820万千瓦 年均发电量847亿 度 三峡大坝采用混凝重力坝 坝高185m 坝长 轴线长 2309m 坝顶总长3035m 总投 资约2

3、039亿 我国电力工业的几个之最 3 2010年6月18日 由中国南方电网有限责任公司独 立组织实施的世界上第一个 800千伏直流输电工程 云广特高压直流输电工程正式竣工投产 这是迄 今世界电压等级最高的直流输电项目 4 最高交流输电电压为750kV 如全长146km 的青海官亭 兰州东750kV输电示范工程 世界上最高为1150kV 5 我国最大的华电国际山东邹县发电厂的装机总容 量达到454万千瓦 成为全国最大的火力发电企业 单 机百万千瓦超超临界机组 6 我国现有的核电站 一 秦山核电站 二 大亚湾核电站 三 田湾 核电站 四 岭澳核电站 我国最大的核能发电厂是岭澳核电厂 装机容量200

4、 万kW 单机容量100万kW 阳江核电站全部机组建成后 综合国产化率 可达到83 年发电量450亿千瓦时 6台机组 将在2017年全部完成 这些都说明我国电力工业已进入大机组 大电厂 大电网 超高压 高度自动化的发展时期和向跨大区联 网 推进全国联网的新阶段 二 电力系统与电力网 1 电力系统的概念 由发电厂 升 降压变电站 输配电线 路和用户在电气上连成的整体称为电力 系统 2 电力网的概念 它是电力系统除去发电厂和用户外 由 在电气上连成的整体 3电力生产的特点 第二节 发电厂和变电所概述 一次能源是指直接由自然界采用的能源 如 煤 石油 天然气 水利资源 核原料等 二次能源是由一次能源

5、经加工转换而获得的另一种形态 的能源 如电力 煤气 蒸汽 焦碳等 一 发电厂的基本类型 发电厂是把各种一次能源转换成二次能源 即电能的 场所 按照发电厂所消耗一次能源的不同 发电厂有 1 火力发电厂 以煤炭 石油 天然气等为燃料 凝汽式火电厂 只生产电能 热效率低 仅为30 40 热电厂 既生产电能又生产热能 热电厂的热效率高达 60 70 燃气轮机发电厂 燃气轮机与汽轮机工作原理相似 所不同的是燃气轮机的工质是高温高压的气体而不是蒸 汽 这些作为工质的气体可以是用清洁煤技术将煤炭转 化成的清洁煤气 也可以是天然气等 2 水力发电厂 水电厂是将水的位能和动能转换成电能的场所 也称水 电站 水电

6、站的类型可以分为 1 堤坝式 一般河流水位的落差沿河流是分散的 为提 高落差就需要在河流的上游修建拦河坝 将水积蓄 提 高水头 进行发电 通常这类水电站又细分为坝后式和河床式两种 坝后式水电站 发电机厂房建在坝后 全部水头的压力由坝 体承受 水库的水由压力水管引入厂房 推动水轮发电机 发电 图1 2 坝后式水电站示意图 图1 3 河床式水电站示意图 河床式水电站 发电机厂房和挡水堤连成一体 厂房也起 挡水作用 由于厂房修建在河床中 故称河床式 3 抽水蓄能电站 抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站 2 引水式水电站 径流式水电厂 建在山区 水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段 由 引水渠道提供水

7、头 一般不需要修建堤坝 或 只修低堰 适用于水头比较高的情况 具有水轮机 发电机和电动机 水泵两种可逆的 工作方式 1 夜晚或周末低负荷时 抽水蓄能电站的机组作为电动 机运行 利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库 以位能的形式将电能储存起来 2 在电力系统的峰荷期 间 抽水蓄能电站的机 组又作为发电机运行 将上库的水放下来通过 水轮机发电 用以担任 电力系统峰荷中的尖峰 部分 即起到调峰作用 图1 5 抽水蓄能电站示意图 核电厂发电的原理与火电厂相似 都要有一个热源 将水加热成蒸汽 进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动 而发出电能 不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油 它的热源是原子核的裂变

8、能 3 核电厂 核电是一种安全清洁的能源 利用它可以大大地节 约煤和减少污染 1克铀 235全部裂变时释放的能 量为8百亿焦耳 相当于2 7t标准煤完全燃烧时 释放的能量 一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t 而相应 1000MW的核电厂 一天只要3 3kg的U235 同样容量的 电厂其用燃料量竟相差300万倍 生产过程看课本 核电厂 核电厂是将原子核的裂变能转换为电能 燃料主要是U235 按所使用的慢化剂和冷却剂不同 核反 应堆可分为以下几种 p轻水堆 p 重水堆 p石墨气冷堆及石墨沸水堆 p液态金属冷却快中子堆 太阳能热发电 它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置 其 基本组

9、成与常规火力电厂相似 太阳能光发电 太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转 换成电能 其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形 式 也叫光伏发电 光伏发电是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能 的一种发电形式 它是目前太阳能发电研究的方向 太阳能发电 4 新能源发电 太阳能发电 风力发电 地热发电 潮汐发电 生 物质能发电及垃圾电厂等 太阳能发电 光伏发电 2010年 我国最大规模的太阳能光伏电站成 功并网 宁夏吴忠市 40MW大型太阳能 光伏电站年可实现发电量约0 72亿千瓦时 与 相同发电量的火电相比 相当于每年节约标 煤2 5万吨 按照发电平均标煤耗350克 千瓦 时计 相应减少二

10、氧化碳约6 7万吨 年 二 氧化硫排放量约为700吨 年 将风能转换成电能的发电方式称谓风力发电 风能 属于再生能源 又是一种过程性的能源 无法直接储 存 还具有随机性 所以对风能的应用技术上比较复 杂 图1 是风力发电装置的示意图 由此图可以看出 风力发电机生产过程的简单描述 风力发电 图1 8 风力发电装置的示意图 1 风力机 2 升速齿轮箱 3 发电机 4 控制系统 5 改变方向的驱动装置 6 底板 7 塔架 8 控制和保 护装置 9 基础 10 电缆 线路 11 配电装置 风力发电厂 地球本身是个大热库 地热资源遍布世界各地 仅 地表10公里以内就有可供开采的热能 地热能的储量很 大

11、它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍 但是 目前 世界上实际能利用的地热资源很少 主要限于蒸汽田和 热水田 这两者统称为地热田 地热电站是清洁的能 源 它的发电成本比水电和火电都低 而且地热发电后 排出的热水还可以供采暖 医疗 提取化学物质等利 用 所以目前地热发电发展很快 地热发电 地热发电厂 潮汐发电 利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电 即在海湾或河流入海口处筑起堤坝 涨潮时蓄水 高潮时 关闭 退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水 将蓄水放出 驱动水轮发电机发电 潮 汐 发 电 示 意 图 二 变电所的基本类型 变电所起着变换和分配电能的作用 从发电厂送出的 电能一般经过升压

12、远距离输送 再经过多次降压后才供给 用户使用 所以电力系统中的变电所的数量多于发电厂 变压器的容量约是发电机容量的7 10倍 变电所分发电厂 的变电所 升压变电所 和电力网的变电所 降压变电所 根据变电所在电力系统的地位与供电范围 可以将其分为 以下几类 1 枢纽变电所 1 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点 汇集着电力系统中 多个大电源和多个大容量的联络线 连接着电力系统的多 个大电厂和大区域 2 电压等级一般为330 500 kV 3 枢纽变电所在系统中的地位非常重要 若发生全所停电 事故 将引起大面积停电 甚至系统崩溃的灾难局面 2 中间变电所 1 中间变电所高压侧与枢纽变电所连接 以穿越功

13、率为主 在系统中起交换功率的作用 或使高压长距离输电线 路分段 它一般汇集2 3个电源 这样的变电所主要起 中间环节作用 2 2 电压等级多为220 330 kV 其中压侧一般是110 220 kV 供给所在的多个地区用电并接入一些中小型电厂 3 3 当全所停电时 将引起区域电网解列 影响面也比较 大 3 地区变电所 1 地区变电所主要任务是给地区的用户供电 它是一 个地区或城市的主要变电所 2 2 电压等级一般为110 220 kV 3 3 若发生全所停电事故 只造成本地区或城市停电 4 终端变电所 1 终端变电所位于输电线路的末端 靠近负荷点 2 2 高压侧电压多为110 kV或者更低 如

14、35 kV 经 过变压器降压为6 10 kV电压后直接向用户送电 3 3 若发生全所停电事故 只是所供电的用户停电 影 响面较小 第三节 发电厂和变电所电气设备简述 1 电气一次设备 直接生产 转换和输配电能的设备称为电气一次设备 一 主要电气设备 它们主要有以下几种 1 生产和转换电能的设备 如发电机 电动机 变压器等 它们是直接生产和 转换电能的最主要的电气设备 2 接通或断开电路的开关电器 为满足运行 操作或事故处理的需要 将电路接通或 断开的设备 如断路器 隔离开关 接触器 熔断器等 3 保护电器 限制故障电流和防御过电压的电器 如用于限制短路电 流的电抗器和防御过电压的避雷器 避雷针

15、 避雷线等 4 载流导体 电气设备必须通过载流导体按照生产和分 配电能的顺序或者说按照设计要求连接起来 常见的载流导体如母线 架空线 电力电缆等 5 接地装置 用来保证电力系统正常工作的工作接地或保护 人身安全的保护接地 它们均与埋入地中的金属接 地体或接成接地网的接地装置连接 6 补偿装置 如调相机 电力电容器 消弧线圈 并联电抗器 等 它们分别用来补偿系统的无功功率 补偿小电流 接地系统中的单相接地电容电流 吸收系统过剩的无 功功率等 7 仪用互感器 如电压互感器和电流互感器 它们将一次回路中 的高电压和大电流变成低电压和小电流 供给测量仪 表和继电保护装置用 2 电气二次设备 对电气一次

16、设备进行测量 控制 监视和保护用的 设备 称为电气二次设备 它们主要有 1 测量仪表 如电压表 电流表 功率表 电能表等 它们用以 测量一次回路的运行参数 2 继电保护及自动装置 它们用以迅速反应电气故障或不正常运行情况 并 根据要求切除故障 发出信号或作相应的调节 3 直流设备 直流设备主要用于供给保护 操作 信号以及事故 照明等设备的直流供电 它们有直流发电机组 蓄电池 硅整流装置等 4 控制和信号设备及其控制电缆 控制设备是指对断路器进行手动或自动的开 合操 作控制的设备 信号设备有光字牌信号 反映断路器和 隔离开关位置的信号 主控制室的中央信号等 控制电 缆是连接二次设备的电缆 5 绝缘监察装置 用以监察交流和直流系统的绝缘状况 二 电气接线 在发电厂和变电所中 电气一次设备根据工作要求 和它们的作用 按照一定顺序连接起来而构成的电路称 为电气主接线又叫一次回路 一次接线或电气主系统 二次设备连接成的电路称为二次回路 二次接线或二次 系统 电气主接线表示出电能的生产 汇集 转换 分 配关系和运行方式 是运行操作 切换电路的依据 二 次接线表示出继电保护 控制与信号回路和自动装置