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1、 十一五 国家级规划教材 第一章能源和发电 5 36 第二章发电 变电和输电的电气部分 37 77 第三章常用计算的基本理论和方法 78 165 第四章电气主接线及设计 166 258 第五章厂用电接线及设计 259 371 第六章导体和电气设备的原理与选择 372 506 第七章配电装置 507 545 目录 十一五 国家级规划教材 1 十一五 国家级规划教材 第八章发电厂和变电站的控制与信号 第九章同步发电机的运行 第十章电力变压器的运行 546 579 580 616 617 697 十一五 国家级规划教材 2 十一五 国家级规划教材 第一节能源和电能 一 物质 能量和信息 第一章能源和
2、发电 能量和信息世界是由物质构成的 是客观存在的 能量是物质的属性 是一切物质运动的动力 信息是客观事物和主观认识相结合的产物 没有信息 物质和能量无从认识 也毫无意义 能量是物质的一种形态 既不能创造 也不能消灭 只能从一种形态转换到另一种形态 并且能量转换必然遵守能量守恒定律 到目前为止 人类所认识的能量有如下形式 1 机械能 十一五 国家级规划教材 3 十一五 国家级规划教材 3 化学能 4 辐射能 5 核能 6 电能 二 能源含义和能源分类 一 能源含义能源 顾名思义是能量的来源或泉源 即指人类取得能量的来源 包括已经开发可供直接使用的自然资源和经过加工或转换的能量来源 而尚未开发的自
3、然资源称为能源资源 十一五 国家级规划教材 4 十一五 国家级规划教材 二 能源分类 1 一次能源和二次能源 2 常规能源和新能源 3 可再生能源和非再生能源 4 含能体能源和过程性能源 5 清洁能源和非清洁能源 1 煤炭 2 水能资源 3 其他能源 4 电能 三 能源资源 十一五 国家级规划教材 5 十一五 国家级规划教材 电能与其他形式的能源相比 其特点有 1 电能可以大规模生产和远距离输送 2 电能方便转换和易于控制 3 损耗小 4 效率高 5 电能在使用时没有污染 噪声小 四 电能 十一五 国家级规划教材 6 十一五 国家级规划教材 按一次能源的不同发电厂分为 1 火力发电厂 2 水力
4、发电厂 3 核能发电厂 4 风力发电厂 5 地热发电厂 6 太阳能发电厂 7 潮汐发电厂 五 发电厂 十一五 国家级规划教材 7 十一五 国家级规划教材 一 火电厂的分类 按原动机分 1 凝汽式汽轮机发电厂 2 燃气轮机发电厂 3 内燃机发电厂 4 蒸汽 燃气轮机发电厂等 1 燃煤发电厂 2 燃油发电厂 3 燃气发电厂 4 余热发电厂 按燃料分 第二节火力发电厂 十一五 国家级规划教材 8 十一五 国家级规划教材 按蒸汽压力和温度分 1 中低压发电厂 其蒸汽压力在3 92MPa 温度为450 的发电厂 单机功率小于25MW 2 高压发电厂 其蒸汽压力一般为9 9MPa 温度为540 的发电厂
5、单机功率小于100MW 3 超高压发电厂 其蒸汽压力一般为13 83MPa 温度为540 540 的发电厂 单机功率小于200MW 4 亚临界压力发电厂 其蒸汽压力一般为16 77MPa 温度为540 540 的发电厂 单机功率为300MW直至1000MW不等 十一五 国家级规划教材 9 十一五 国家级规划教材 5 超临界压力发电厂 其蒸汽压力大于22 11MPa 温度为550 550 的发电厂 机组功率为600MW 800MW及以上 6 超超临界压力发电厂 其蒸汽压力为26 25MPa 温度为600 600 的发电厂 机组功率为1000MW及以上 按输出能源分 1 凝汽式发电厂 即只向外供应
6、电能的发电厂 其效率较低 只有30 40 2 热电厂 即同时向外供应电能和热能的电厂 其效率较高 可达60 70 十一五 国家级规划教材 10 十一五 国家级规划教材 二 火电厂的电能生产过程 火力发电厂的生产过程概括地说是把煤炭中含有的化学能转变为电能的过程 如图1 1所示的凝气式电厂 整个生产过程可分为三个阶段 1 燃烧系统 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 2 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 称为汽水系统 3 电气系统 超由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转 把机械能变为电能 称为电气系统 十一五
7、 国家级规划教材 11 十一五 国家级规划教材 图1 1凝汽式发电厂生产过程示意图 十一五 国家级规划教材 12 十一五 国家级规划教材 一 燃烧系统 燃烧系统由运煤 磨煤 燃烧 风烟 灰渣等环节组成 其流程如图1 2所示 图1 2火电厂燃烧系统流程示意图 十一五 国家级规划教材 13 十一五 国家级规划教材 燃烧系统包括如下子系统 1 运煤系统 2 磨煤系统 3 燃烧系统 4 风烟系统 5 灰渣系统 二 汽水系统 火电厂的汽水系统由锅炉 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 如图1 3所示 十一五 国家级规划教材 14 十一五 国家级规划教材
8、 图1 3火电厂汽水系统流程示意图 十一五 国家级规划教材 15 十一五 国家级规划教材 三 电气系统 发电厂的电气系统 包括发电机 励磁装置 厂用电系统和升压变电站等 如图1 4所示 图1 4火电厂电气系统流程示意图 十一五 国家级规划教材 16 十一五 国家级规划教材 三 火电厂的特点 1 布局灵活 装机容量的大小可按需要决定 2 一次性建造投资少 单位容量的投资仅为同容量水电厂的一半左右 3 耗煤量大 4 动力设备繁多 发电机组控制操作复杂 厂用电量和运行人员都多于水电厂 运行费用高 5 燃煤发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时 并附加耗用大量燃料 6 火电厂担负调峰 调频
9、或事故备用 相应的事故增多 强迫停运率增高 厂用电率增高 7 火电厂的各种排放物 如烟气 灰渣和废水 对环境的污染较大 十一五 国家级规划教材 17 十一五 国家级规划教材 四 火电厂对环境的影响及处理措施 火电厂生产时的污染排放主要是烟气污染物排放 灰渣排放和废水排放 其中烟气中的粉尘 硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排入大气 这些一次污染物通过在大气中的迁移 转化生成二次污染物 会给环境造成很大的危害 处理措施 1 废水 净化 回收再利用 2 烟气 除尘 脱硫 3 灰渣 综合利用 十一五 国家级规划教材 18 十一五 国家级规划教材 一 水电厂的分类 一 按集中落差的方式分 1 堤坝式水电厂 在
10、河流中落差较大的适宜地段拦河建坝 形成水库 将水积蓄起来 抬高上游水位 形成发电水头 这种开发模式称为堤坝式 由于水电厂厂房在水利枢纽中的位置不同 又分为坝后式和河床式两种型式 坝后式水电厂示意图如图1 6所示 河床式水电厂示意图如图1 7所示 第三节水力发电厂 十一五 国家级规划教材 19 十一五 国家级规划教材 图1 6坝后式水电厂示意图 十一五 国家级规划教材 20 十一五 国家级规划教材 图1 7河床式水电厂示意图 十一五 国家级规划教材 21 十一五 国家级规划教材 2 引水式水电厂 由引水渠道造成水头 用于河床坡度较大的高水头中小型水电厂 图1 8引水式水电厂示意图 十一五 国家级
11、规划教材 22 十一五 国家级规划教材 3 混合式水电厂 在适宜开发的河段拦河筑坝 坝上游河段的落差由坝集中 坝下游河段的落差由有压力引水道集中 而水电厂的水头则由这两部分落差共同形成 这种集中落差的方式称为混合开发模式 由此而修建的水电厂称为混合式水电厂 它兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点 二 按径流调节的程度分 1 无调节水电厂 2 有调节水电厂 根据水库对径流的调节程度 又可将水电厂分为 日调节水电厂 年调节水电厂和多年调节水电厂 十一五 国家级规划教材 23 十一五 国家级规划教材 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 4 水能可储蓄和调节
12、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 发电不均衡 8 给农业生产带来一些不利 还可能在一定程度破坏自然界的生态平衡 十一五 国家级规划教材 24 十一五 国家级规划教材 三 抽水蓄能电厂 一 工作原理 抽水蓄能电厂是以一定水量作为能量载体 通过能量转换向电力系统提供电能 图1 9抽水蓄能电厂示意图 十一五 国家级规划教材 25 十一五 国家级规划教材 二 抽水蓄能电厂在电力系统中的作用 1 调峰 2 填谷 3 事故备用 4 调频 5 调相 6 黑启动 7 蓄能 十一五 国家级规划教材 26 十一五 国家级规划教材 三 抽水蓄能电厂的效益 1 容量效益 2 节能效益 3
13、环保效益 4 动态效益 5 提高火电设备利用率 6 对环境没有污染且可美化环境 十一五 国家级规划教材 27 十一五 国家级规划教材 一 核电厂的分类 一 压水堆核电厂 图1 10所示为压水堆核电厂的示意图 整个系统分成两大部分 即一回路系统和二回路系统 一回路系统中压力为15MPa的高压水被冷却剂主泵送进反应堆 吸收燃料元件的释热后 进入蒸汽发生器下部的U形管内 将热量传给二回路的水 再返回冷却剂主泵入口 形成一个闭合回路 二回路系统的水在U形管外部流过 吸收一回路水的热量后沸腾 产生的蒸汽进入汽轮机的高压缸做功 高压缸的排汽经再热器再热提高温度后 再进入汽轮机的低压缸做功 膨胀做功后的蒸汽
14、在凝汽器中被凝结成水 再送回蒸汽发生器 形成一个闭合回路 第四节核能发电厂 十一五 国家级规划教材 28 十一五 国家级规划教材 图1 10压水堆核电厂示意图 十一五 国家级规划教材 29 十一五 国家级规划教材 二 沸水堆核电厂 图1 11所示为沸水堆核电厂的示意图 在沸水堆核电厂中 堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器除去水分后直接送入汽轮机做功 在沸水堆核电厂中反应堆的功率主要由堆芯的含汽量来控制 图1 11沸水堆核电厂的示意图 十一五 国家级规划教材 30 十一五 国家级规划教材 二 核电厂的系统 一 核岛的核蒸汽供应系统 核蒸汽供应系统包括以下子系统 1 一回路主系统 包括压水堆 冷却
15、剂主泵 蒸汽发生器和稳压器等 2 化学和容积控制系统 3 余热排出系统 又称停堆冷却系统 4 安全注射系统 又称紧急堆芯冷却系统 5 控制 保护和检测系统 十一五 国家级规划教材 31 十一五 国家级规划教材 二 核岛的辅助系统 核岛的辅助系统包括以下子系统 1 设备冷却水系统 用于冷却所有位于核岛内的带放射性水的设备 2 硼回收系统 用于对一回路系统的排水进行储存 处理和监测 将其分离成符合一回路水质要求的水及浓缩的硼酸溶液 3 反应堆的安全壳及喷淋系统 4 核燃料的装换料及储存系统 用于实现对燃料元件的装换料和储存 5 安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统 它的作用是实现安全壳和辅助厂房的通风
16、 同时防止放射性外泄 6 柴油发电机组 为核岛提供应急电源 十一五 国家级规划教材 32 十一五 国家级规划教材 三 常规岛的系统 常规岛的系统与火电厂的系统相似 它通常包括 1 二回路系统 又称汽轮发电机系统 由蒸汽系统 汽轮发电机组 凝汽器 蒸汽排放系统 给水加热系统及辅助给水系统等组成 2 循环冷却水系统 3 电气系统及厂用电设备 十一五 国家级规划教材 33 十一五 国家级规划教材 三 核电厂的运行 核电厂的运行和火电厂相比有以下一些新的特点 1 压水堆核电厂的反应堆 只能对反应堆堆芯一次装料 并定期停堆换料 2 反应堆的堆芯内 核燃料发生裂变反应释放核能的同时 也放出瞬发中子和瞬发射线 3 反应堆在停闭后 运行过程中积累起来的裂变碎片和 衰变 将继续使堆芯产生余热 又称衰变热 4 核电厂在运行过程中 会产生气态 液态和固态的放射性废物 5 核电厂的建设费用高 但燃料所占费用较为便宜 十一五 国家级规划教材 34 十一五 国家级规划教材 第一节概述 一 电气设备 第二章发电 变电和输电的电气部分 一 一次设备 通常把生产 变换 输送 分配和使用电能的设备 如发电机 变压器和断路
