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1、发电厂电气部分 电气与信息学院张维俊 2015年3月 1 发电厂电气部分 本课程学习内容 目的及方法学习内容 主要有短路计算 导体的发热和电动力 电气设备 主接线 厂用电接线 过电压保护等 学习目的 通过课程设计 生产实践等教学环节掌握发电厂及变电所电气部分初步设计的方法 步骤 锻炼分析 解决实际工程问题的能力 学习方法 理论联系实际 建立工程概念 2 发电厂电气部分 绪论 一 我国电力工业发展简况 1831年 法拉第发现电磁感应原理 奠定了发电机理论基础 1882年 爱迪生在美国纽约珍珠街建成第一座较正规发电厂 装有6台直流发电机 总容量为900马力 670kW 以110V直流为电灯照明供电
2、 送电距离1英里 59家用户1284盏灯 1882年 英商在上海创建中国第一个发电厂 装机容量12kW 直流发电机 供照明用电 1888年中国自建电厂 装机容量15kW 供皇宫用电 1912年农历4月12日 在云南建成了2 240kW石龙坝水电厂 3 发电厂电气部分 截止2014年我国能装机容量及年发电量 4 发电厂电气部分 2004世界各国装机容量及总发电量 5 发电厂电气部分 电网建设方面 解放时 跨地区的电力系统有东北中部和南部的154 220kV系统 东北东部的110kV电力系统以及冀北电力系统 1972年建成第一条由刘家峡水电厂到陕西关中地区汤屿变电站330kV输电线路 1981年建
3、成由姚孟火电厂到武汉的500kV输电线路 1988年建成由葛洲坝到上海南桥的 500kV直流输电线路 全长1080km 输送容量120 104kW 2004年建成750KV官亭变电站 是国内首座750KV超高压等级变电站工程 6 发电厂电气设备 2006年1000kV晋东南 南阳 荆门特高压试验示范工程开工建设 1000kV输电线路的自然输送功率约为500kV输电线路的5倍 电阻损耗约为500kV输电线路的1 4 1000kV晋东南 南阳 荆门特高压试验示范工程建成投产后 将是世界上首个投入商业运营的特高压线路 2007年12月21日四川至上海 800千伏特高压直流输电工程开工仪式在四川宜宾举
4、行 2010年工程完工后 将创造世界上电压等级最高 输送距离最远 容量最大等18项世界记录 途径四川 重庆 湖南 湖北 安徽 浙江 江苏和上海八省市 全长大约2000公里 工程动态投资约180亿元 7 发电厂电气设备 二 我国电力工业发展的目标 1 优化发展火电 2 优先开发水电 3 积极发展核电 4 因地制宜发展新能源 5 发展联合电力系统 8 发电厂电气部分 第一章电力系统概述 第一节电力系统的构成一 电能的特点 1 便于大规模生产和远距离输送 2 方便转换和易于控制 3 损耗小 4 效率高 5 无气体和噪声污染 电能是重要二次能源 从生产到供给用户使用 一般要经过发电 变电 输电 配电和
5、用电几个环节 9 发电厂电气部分 10 发电厂电气设备 二 基本概念1 发电厂 变电所 2 电力系统与电力网 由发电厂 升降压变电所 各电压等级的电力线路以及电能用户所构成发 变 输 配 用电的统一整体 就是电力系统 在电力系统中 由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络 称为电力网 简称电网 11 发电厂电气部分 华东 华中 华北 东北 西北 南方六大跨区电网三峡工程完成后 将实现以长江三峡为中心的全国统一电力系统 进一步形成跨国电力系统 各区域电网2006年底统调装机容量 万KW 12 中国电网 新疆 西藏 东北 华北 西北 川渝 华中 华东 南方 电网覆盖率96 4 13 发电厂
6、电气部分 3 动力系统 电力系统再加上发电厂的动力部分 火电厂的锅炉 汽轮机 热力管网等 水电厂的水库 水轮机 压力管道等 又构成了动力系统 14 发电厂电气设备 各种发电厂简介一 火力发电厂火力发电厂是利用煤 石油或天然气作为燃料生产电能的工厂 其能量的转换过程是 燃料的化学能 热能 机械能 电能 15 发电厂电气部分 二 火电厂的电能生产过程以煤粉炉的凝汽式火电厂为例 其生产过程如下 三个系统 燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能 加热锅炉中的水使之变为蒸汽 称为燃烧系统 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 称为汽水系统 由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转
7、 把机械能变为电能 称为电气系统 16 发电厂电气部分 17 发电厂电气设备 1 燃烧系统燃烧系统由运煤 磨煤 燃烧 风烟 灰渣等系统组成 18 发电厂电气部分 2 汽水系统汽水系统由锅炉 汽轮机 凝汽器 除氧器 加热器等设备及管道构成 包括给水系统 循环水系统和补充给水系统 19 发电厂电气部分 3 电气系统电气系统包括 发电机 励磁装置 厂用电系统和升压变电站等 火力发电厂生产过程 20 发电厂电气部分 三 火电厂的特点 1 火电厂布局灵活 装机容量的大小可按需要决定 2 火电厂的一次性建造投资少 建造工期短 3 火电厂耗煤量大 4 运行费用高 5 起动时间长 一般不担负调峰 调频或事故备
8、用 6 污染大 21 发电厂电气部分 二 水力发电厂水力发电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂 它的基本生产过程是 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 将机械能转换成电能 水力发电厂生产过程 22 发电厂电气部分 一 水电厂的分类1 按集中落差的方式分类 1 堤坝式水电厂 分为坝后式和河床式两种型式 1 坝后式水电厂 厂房不承受上游水压 全部水压由坝体承受 适用于水头较高的情况 2 河床式水电厂 2 引水式水电厂 3 混合式水电厂 23 2 按径流调节的程度分类 1 无调节水电厂 如引水式水电厂 2 有调节水电厂 如堤坝
9、式水电厂 根据水库对径流的调节程度 又可将水电厂分为 1 日调节水电厂 2 年调节水电厂 3 多年调节水电厂 发电厂电气部分 24 二 水电厂的特点 1 可综合利用水能资源 2 发电成本低 效率高 3 运行灵活 易于实现自动化 机组启动快 4 水能可储蓄和调节 5 水力发电不污染环境 6 水电厂建设投资较大 工期较长 7 受河流的地形 水量及季节气象条件限制 发电不均衡 8 可能在一定程度破坏自然界的生态平衡 发电厂电气部分 25 发电厂电气设备 三 抽水蓄能电厂1 工作原理2 抽水蓄能电厂在电力系统中的作用调峰 填谷 备用 调频 调相 26 发电厂电气设备 四 核能发电厂浙江秦山核电站广东大
10、亚湾核电站连云港田湾核电站辽宁红沿河核电站目前中国已建成的核电为1988万千瓦 27 压水堆核电站生产过程 发电厂电气部分 28 五 其他能源的发电厂风力 太阳能 地热 潮汐 生物质等 发电厂电气部分 29 第二节电力网电力网是电力系统的一部分 按其在电力系统中的作用不同 分为输电网 220kV级以上 和配电网 110kV级以下 发电厂电气部分 30 1 电力网的接线方式电力网接线方式可分为无备用方式和有备用方式两大类 1 无备用方式 又称开式电力网 a 放射式 b 干线式 c 链式 d 树枝式 发电厂电气部分 31 2 有备用方式 又称闭式电力网 凡用户能从两回或两回以上线路得到供电的电网属
11、于有备用方式 这种接线供电可靠性高 但运行控制较复杂 适用于对重要用户的供电 a 双回路放射式 b 双回路干线式 c 环式 d 两端供电式 e 多端供电式 发电厂电气部分 32 2 变 配 电所的类型和作用变 配 电所是连接电力系统的中心环节 是汇集电源 升降电压 分配电能的枢纽 变电所由主变压器 高低压配电装置 主控室及其它辅助设施组成 发电厂电气部分 33 发电厂电气设备 34 三 用户与用电负荷分级基本概念 用户 用电负荷1 电力系统负荷按物理性能分类有功负荷无功负荷 2 电力负荷按用途分类工业用电负荷 农业用电负荷 交通运输 邮电通信用电负荷 照明及市政生活用电负荷 发电厂电气部分 3
12、5 3 电力负荷按对供电可靠性要求程度分类1 一级负荷 2 二级负荷 3 三级负荷 4 按负荷发生的时间分类1 高峰负荷 2 低谷负荷 3 平均负荷 发电厂电气部分 36 四 电力系统联网运行的优越性1 提高供电的可靠性2 减少系统中总装机容量 备用容量 3 减少总用电负荷的峰值4 可以安装高效率的大容量机组5 合理利用资源 提高系统运行的经济性6 可以提高电能质量全国各电力系统互联 走向联合电力系统 最终形成跨国电力系统是我国电力系统发展的必然趋势 不仅三峡电站的建成要求联网 而且为满足未来的西电东送 南北互供的格局也要求全国联网 发电厂电气部分 37 第三节电能的质量标准电能质量的指标是电
13、压和频率 一 频率1 标准频率为50Hz 俗称工频 2 频率偏移对用户影响 3 频率偏移允许值 频率偏差不得超过 0 5Hz 对于容量大的系统 其偏差要求更严 不得超过 0 2Hz 发电厂电气部分 38 二 电压质量1 电压偏移电压偏移是指电网实际电压与额定电压之差 代数差 1 电压偏移允许范围 35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户电压偏移为正负偏差绝对值不超过10 10kV及以下高压供电和低压电力用户为 7 低压照明用户为 7 10 发电厂电气部分 39 2 电压偏移不良影响 3 产生电压偏移的主要原因 4 减小电压偏移主要措施 合理地减少系统的阻抗尽量保持系统三相负荷平衡 高压线
14、深入负荷中心变压器可采用经济运行方式采用有载或无载调压变压器采用无功功率补偿装置 发电厂电气部分 40 2 电压波动 1 定义 电压波动是指电网电压有效值 方均根值 的连续快速变动 以用户公共供电点的相邻最大与最小方均根值之差对电网额定电压的百分值表示 发电厂电气部分 41 2 产生与危害 3 抑制措施大型冲击性设备采用专线或专用变压器单独供电 设法增大供电容量 减少系统阻抗 电压波动严重时 减少或切除引起电压波动的负荷 选用更高电压等级的电网供电 装设静止型无功补偿装置 SVC 发电厂电气部分 42 3 谐波 1 定义 是指对周期性非正弦交流量进行傅立叶分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分
15、量 谐波源 向公共电网注入谐波电流或谐波电压的电气设备 2 产生与危害产生 主要在于电力系统中存在各种非线性元件 危害 变压器 电动机 电容器 线损 计量 电压谐振 继电保护 通信等 发电厂电气部分 43 第四节电力系统的电压等级一 电力系统的额定电压等级电力系统的额定电压等级是由国家制定颁布的 发电厂电气部分 44 1 电力网和用电设备的额定电压2 发电机的额定电压额定电压应比同级电网额定电压高5 用于补偿电网上的电压损失 3 变压器的额定电压变压器额定电压分为一次绕组额定电压和二次绕组额定电压1 升压变压器 其一次绕组的额定电压应与发电机额定电压相同 二次绕组额定电压应比同级电网额定电压高
16、10 发电厂电气部分 45 2 降压变压器 一次绕组的额定电压应与同级电网的额定电压一致 二次绕组的额定电压高于同级电网的额定电压10 当输电距离较短 或变压器本身绕组阻抗较小 二次绕组的额定电压也可以只比同级电网的额定电压高5 发电厂电气部分 46 发电厂电气部分 200MW15 75kV 300MW18kV 100MW10 5kV 220kV 35kV 10kV 15 75 242kV 18 242kV 10 5 242kV 220 38 5kV 35 10 5kV 例 发电厂电气部分 47 二 电压等级的选择正确地选择电压等级 对系统的投资 运行费用 运行的方便性 灵活性等都是十分重要的 发电厂电气部分 48 发电厂电气设备 第五节电力系统中性点的接地方式中性点是指发电机 变压器的三相绕组接成星形的公共连接点 1 中性点不接地包括经消弧线圈或高阻抗接地 称为小接地电流系统 2 中性点直接接地称为大接地电流系统 49 一 中性点不接地系统中性点不接地系统的供电可靠性较高 在这种系统中发生单相接地故障时 不构成短路回路 接地电流不大 不必切除接地相 但非故障相对地电压升高变为线电压
