发电厂电气部分发电厂电气部分（32学时学时） 主主 讲：讲： 张东英张东英 E-mail: E-mail: zdyingmailzdyingmail163.com163.com Tel: Tel: 8079844980798449绪论绪论 本课程的主要内容本课程的主要内容发电厂发电厂升压站升压站输电网输电网降压站降压站配电网配电网用户用户电力生产过程：发电电力生产过程：发电+ + 输电输电 + +变电变电 + +配电配电 + + 用电用电电力网示意图电力网示意图发电厂发电厂变电站变电站本课程知识体系本课程知识体系发发电电厂厂和和变变电电站站的的电电气气部部分分电气主接线设电气主接线设计计厂用电厂用电设计设计电气设电气设备选择备选择配电装配电装置设计置设计常用计算的理常用计算的理论和方法论和方法电气主接线电气主接线运运行行厂用电厂用电运行运行变压器变压器运行运行发电机发电机运行运行厂站的控制与信号厂站的控制与信号相关课程间的联系相关课程间的联系高电压技术高电压技术继电保护及继电保护及自动装置自动装置变电站综变电站综合自动化合自动化发电厂热力系发电厂热力系统及辅助设备统及辅助设备电力系统分析电力系统分析及短路计算及短路计算电气主接线设电气主接线设计（计（运行运行）厂用电设计厂用电设计（运行运行）电气设备电气设备选择选择配电装置配电装置设计设计常用计算的常用计算的理论和方法理论和方法发电机发电机运行运行变压器变压器运行运行厂站的控制与信号厂站的控制与信号第一章第一章 能源与发电能源与发电1 1、能源的分类、能源的分类2 2、电能的特点、电能的特点3 3、发电厂的类型、发电厂的类型4 4、各种类型发电厂的生产过程和特点、各种类型发电厂的生产过程和特点一、能源分类一、能源分类一一次次能能源源二二次次能能源源新能源新能源再生性能源：太阳能、风能、再生性能源：太阳能、风能、海洋能、地热能海洋能、地热能非再生性能源：核聚变物质非再生性能源：核聚变物质常规能源常规能源再生性能源：水能再生性能源：水能非再生性能源：煤、石油、天然气、非再生性能源：煤、石油、天然气、核裂变物质核裂变物质电力电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、氢能、沼气、酒精、蒸汽、热水等氢能、沼气、酒精、蒸汽、热水等二、电能的特点二、电能的特点n便于大规模生产和远距离输送便于大规模生产和远距离输送n方便转换和易于控制方便转换和易于控制n损耗小损耗小n效率高效率高n无气体和噪声污染无气体和噪声污染三、发电厂三、发电厂-能量转换能量转换站站发发电电厂厂的的类类型型火力发电厂：火力发电厂：燃燃料的化学能料的化学能-电能电能水力发电厂：水的位能水力发电厂：水的位能-电能电能核能电厂：核能电厂： 核裂变能核裂变能-电能电能地热电厂：地热电厂： 地热能地热能-电能电能潮汐电厂：潮汐电厂： 海洋能海洋能-电能电能风力发电厂：风能风力发电厂：风能-电能电能太阳能电站：太阳能太阳能电站：太阳能-电能电能四、发电厂的生产过程四、发电厂的生产过程( (自学）自学）n1 1、火电厂的生产过程火电厂的生产过程锅炉锅炉n主要设备：主要设备：汽轮机汽轮机发电机发电机各种辅机各种辅机n矿物燃料的化学能矿物燃料的化学能-热能热能-机械能机械能-电能电能 火电厂的生产过程煤 风 汽 水1 1）燃烧系统）燃烧系统以锅炉为中心以锅炉为中心2 2）汽水系统）汽水系统以汽轮机为中心以汽轮机为中心3 3）电气系统）电气系统火电厂的分类火电厂的分类按燃料分类：按燃料分类：按蒸汽压力按蒸汽压力和温度分类和温度分类按原动按原动机分类机分类按输出能源分类按输出能源分类:按装机容量分类：按装机容量分类：燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂、余热电厂燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂、余热电厂中低压电厂中低压电厂-蒸汽压力蒸汽压力3.923.92MPaMPa，温度温度450 450 ，单机小于，单机小于2525MWMW高压电厂高压电厂-9.9-9.9MPaMPa，540 540 ，小于，小于100100MWMW超高压电厂超高压电厂-13.83-13.83MPaMPa，540/ 540 540/ 540 ，小于，小于200200MWMW亚临界压力电厂亚临界压力电厂-16.77-16.77MPaMPa，540/ 540 540/ 540 ，300 300 1000 1000MWMW超临界压力电厂超临界压力电厂-21.11-21.11MPaMPa，550/550 550/550 ，600600、800800MWMW及及以上及及以上凝汽式汽轮机电厂、燃气轮机电厂、凝汽式汽轮机电厂、燃气轮机电厂、内燃机电厂、蒸汽内燃机电厂、蒸汽-燃气轮机电厂燃气轮机电厂凝汽式发电厂（效率凝汽式发电厂（效率30%30%40%40%）、热电厂（效率）、热电厂（效率60%60%70%70%）小容量电厂、中容量电厂、大中容量电厂、大容量电厂小容量电厂、中容量电厂、大中容量电厂、大容量电厂100MW以下以下100250MW2501000MW1000MW以上以上*火力发电的特点火力发电的特点除坑口电厂外，火电厂选址布局较灵活，有利于合理配置有功和除坑口电厂外，火电厂选址布局较灵活，有利于合理配置有功和无功电源，装机容量可按需要决定。无功电源，装机容量可按需要决定。火电厂相对于水电厂，建设周期短，一次性投资少，运行费用高，火电厂相对于水电厂，建设周期短，一次性投资少，运行费用高，单位电量发电成本比水电厂高单位电量发电成本比水电厂高34倍。倍。与水电机组相比，火电机组启动、带负荷、停机所需要的时间长。与水电机组相比，火电机组启动、带负荷、停机所需要的时间长。火电厂效率同蒸汽参数有关，高参数机组比中低参数机组效率高。火电厂效率同蒸汽参数有关，高参数机组比中低参数机组效率高。火电机组最小出力受热负荷（热电厂）和锅炉稳定运行最低蒸发火电机组最小出力受热负荷（热电厂）和锅炉稳定运行最低蒸发量的制约。量的制约。对环境的污染大对环境的污染大我国主要的大型火力发电厂我国主要的大型火力发电厂石景山、大港、军粮城、盘山、陡河、邢台、张家口、华能石景山、大港、军粮城、盘山、陡河、邢台、张家口、华能上安、秦皇岛热电厂、西柏坡、大同二厂、神头一厂、神头上安、秦皇岛热电厂、西柏坡、大同二厂、神头一厂、神头二厂、漳泽、阳泉二厂、丰镇、通辽、元宝山、伊敏、达旗、二厂、漳泽、阳泉二厂、丰镇、通辽、元宝山、伊敏、达旗、托克托、清河、锦州、辽宁、铁岭、华能大连、绥中、双辽、托克托、清河、锦州、辽宁、铁岭、华能大连、绥中、双辽、富拉而基二厂、哈尔滨三发、牡丹江二厂、石洞口、吴泾、富拉而基二厂、哈尔滨三发、牡丹江二厂、石洞口、吴泾、外高桥、望亭、谏壁、徐州、常熟、镇海、外高桥、望亭、谏壁、徐州、常熟、镇海、北仑港北仑港、平芋、平芋、邹县、邹县二厂、华能德州、十里泉、石横、秦岭、渭河、邹县、邹县二厂、华能德州、十里泉、石横、秦岭、渭河、靖远（甘肃）、大坝（宁夏）、焦作、姚孟、洛河、汉川靖远（甘肃）、大坝（宁夏）、焦作、姚孟、洛河、汉川（湖北）、阳逻、丰城（江西）、华能福州、沙角（湖北）、阳逻、丰城（江西）、华能福州、沙角A、沙角沙角C、黄浦、妈湾黄浦、妈湾2、水电站的生产过程水电站的生产过程水位能水位能-机械能机械能-电能电能n主要设备：压力水管、水轮机、发电机主要设备：压力水管、水轮机、发电机nP=9.81QHp-p-发电功率，发电功率，KWKW；Q-Q-通过水轮机的水量，通过水轮机的水量，m m3 3/s/s-水水电电厂厂效效率率； H-H-水的落差，水的落差，m m；堤坝式堤坝式引水式引水式混合式混合式坝后式坝后式河床式河床式水电站的分类水电站的分类水水电电厂厂按集中落差方式分类按集中落差方式分类按径流调节的程度分类按径流调节的程度分类水水电电厂厂有调节水电厂有调节水电厂无调节水电厂无调节水电厂日调节水电厂日调节水电厂年调节水电厂年调节水电厂多年调节水电厂多年调节水电厂*堤堤坝坝式式坝后式坝后式河床式河床式建在河水中上游山区峡谷地段。单独筑坝，坝身建在河水中上游山区峡谷地段。单独筑坝，坝身高，水位高，厂房建在坝后，不承受水压。高，水位高，厂房建在坝后，不承受水压。特点：形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，特点：形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。电站规模大，综合效益高。 三门峡、刘家峡、白山、丹江口水电站三门峡、刘家峡、白山、丹江口水电站 适用于平原上河床平缓地区，落差小，厂房和坝适用于平原上河床平缓地区，落差小，厂房和坝建在一起，构成拦河建筑物的一个组成部分。厂建在一起，构成拦河建筑物的一个组成部分。厂房承受上游水的压力，起挡水作用。房承受上游水的压力，起挡水作用。 特点是：水头低（小于特点是：水头低（小于3040米）；挡水建筑物米）；挡水建筑物长。长。 葛洲坝、西津水电厂葛洲坝、西津水电厂 *混混合合式式根据河流特点建造的兼有堤坝式和引水式两种根据河流特点建造的兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂。特点的水电厂。 引引水水式式无压引水无压引水有压引水有压引水在河流上游，当河床坡度较大时，可以借助在河流上游，当河床坡度较大时，可以借助坡降较小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，坡降较小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水头，以获取最大落差。用以集中水头，以获取最大落差。特点是：水头较高（最高为特点是：水头较高（最高为1020米），流量米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。电站规模也较小。 *水力发电的特点水力发电的特点可综合利用水能资源，不污染环境。可综合利用水能资源，不污染环境。投资大，工期长，但发电效率高，运行成本低。投资大，工期长，但发电效率高，运行成本低。天然流量受水文、气象等自然条件影响，利用水库调天然流量受水文、气象等自然条件影响，利用水库调节径流可减少洪水和枯水期的差别。节径流可减少洪水和枯水期的差别。运行灵活，水电机组启动快，宜在电力系统担任调峰、运行灵活，水电机组启动快，宜在电力系统担任调峰、调频和紧急备用。调频和紧急备用。兴建水库会带来一定的弊端兴建水库会带来一定的弊端梯级电站及抽水蓄能电站梯级电厂梯级电厂-根据河流条件将河流分成若干段，每段各自建立水电厂，根据河流条件将河流分成若干段，每段各自建立水电厂，上游的水发电后放入下游，供下游各级电厂继续利用发电。上游的水发电后放入下游，供下游各级电厂继续利用发电。 抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂-在下游增设一个大的储水池，白天负荷高峰时电厂发电，在下游增设一个大的储水池，白天负荷高峰时电厂发电，发过电的水存入储水池，夜间低负荷时把储水池的水再抽回发过电的水存入储水池，夜间低负荷时把储水池的水再抽回水库，把电能再变成水的势能，以备下一天负荷高峰时再发水库，把电能再变成水的势能，以备下一天负荷高峰时再发电。电。 抽水蓄能电站的作用在系统中的作用在系统中的作用 调峰调峰 填谷填谷备用备用调频调频调相调相功能功能降低电力系统的燃料消耗降低电力系统的燃料消耗提高火电设备利用率提高火电设备利用率可作为发电成本低的峰荷电源可作为发电成本低的峰荷电源对环境没污染且能美化环境对环境没污染且能美化环境可用于蓄能可用于蓄能我国主要的大型水电厂我国主要的大型水电厂白山（松花江）、水口（闵江）、五强溪（沅水）、葛洲坝白山（松花江）、水口（闵江）、五强溪（沅水）、葛洲坝（长江）、（长江）、三峡三峡（长江）（长江）、隔河岩（清江）、广州抽水蓄能、隔河岩（清江）、广州抽水蓄能（流溪河支流）、（流溪河支流）、盐滩（红水河）、盐滩（红水河）、二滩二滩（雅砻江）、（雅砻江）、天生桥（南盘江）、漫湾（澜沧江）、刘家峡（黄河）、龙天生桥（南盘江）、漫湾（澜沧江）、刘家峡（黄河）、龙羊峡、李家峡、小浪底、龚咀（大渡河）羊峡、李家峡、小浪底、龚咀（大渡河）三峡电站n26台台700MW的水的水轮发电机组，总装轮发电机组，总装机容量机容量18200MW。n三峡电站分为左岸三峡电站分为左岸和右岸电站，左、和右岸电站，左、右岸电站又各分为右岸电站又各分为两个电厂。其中，两个电厂。其中，左一电厂装机左一电厂装机8台，台，出线出线5回；左二电回；左二电厂装机厂装机6台，出线台，出线3回；右一、右二电回；右一、右二电厂装机均为厂装机均为6台，台，出线分别为出线分别为4回和回和3回。回。3、核电站的生产过程核电站的生产过程n主要设备：核反应堆主要设备：核反应堆+核蒸汽发生系统核蒸汽发生系统=锅炉锅炉汽轮机、发电机汽轮机、发电机n核裂变能核裂变能-热能热能-机械能机械能-电能电能核燃料在反应堆内进行核裂变的链式反应，产生大量热量，由冷核燃料在反应堆内进行核裂变的链式反应，产生大量热量，由冷却剂（水或空气）带出，在蒸汽发生器中把热量传给水，将水加却剂（水或空气）带出，在蒸汽发生器中把热量传给水，将水加热成蒸汽来转动汽轮发电机发电。热成蒸汽来转动汽轮发电机发电。原子能种类原子能种类 n裂变反应：重金属元素如铀、钚等的原子核发生分裂放出巨大裂变反应：重金属元素如铀、钚等的原子核发生分裂放出巨大能量。（原子弹）能量。（原子弹）n聚变反应：轻元素如氢的同位素氘（聚变反应：轻元素如氢的同位素氘（aoao）和氚等原子核聚合和氚等原子核聚合成较重的原子核如氦，放出巨大的能量。（氢弹）成较重的原子核如氦，放出巨大的能量。（氢弹） 核电站反应堆的分类堆堆 型型 燃料燃料慢化剂慢化剂冷却剂冷却剂轻水轻水堆堆压水堆压水堆沸水堆沸水堆浓缩铀浓缩铀浓缩铀浓缩铀轻水轻水轻水轻水轻水轻水轻水轻水重水重水堆堆重水冷却型重水冷却型轻水冷却型轻水冷却型天然铀天然铀天然铀、浓天然铀、浓缩铀、钚缩铀、钚重水重水重水重水重水重水轻水轻水石墨石墨气冷气冷堆堆天然抽气冷天然抽气冷改进型气冷改进型气冷高温气冷堆高温气冷堆天然铀天然铀浓缩铀浓缩铀浓缩铀、钍浓缩铀、钍石墨石墨石墨石墨石墨石墨二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳氦氦快中子增殖堆快中子增殖堆浓缩铀浓缩铀+ +钚钚无无钠钠沸水堆沸水堆利用沸腾水作为慢化剂，采用单回路系统，使汽轮利用沸腾水作为慢化剂，采用单回路系统，使汽轮机等设备有受放射性污染的可能。机等设备有受放射性污染的可能。压水堆压水堆用有压力的水作为慢化剂和冷却剂，采用蒸汽发生器，形成两个用有压力的水作为慢化剂和冷却剂，采用蒸汽发生器，形成两个独立的循环系统，即水循环系统和蒸汽循环系统，可防止蒸汽受独立的循环系统，即水循环系统和蒸汽循环系统，可防止蒸汽受放射性污染放射性污染核电厂的系统核电厂的系统n组成：核岛组成：核岛+ +常规岛常规岛 + +辅助系统辅助系统+ +控制系统控制系统+ +安全系统安全系统 n核岛的核蒸汽供应系统核岛的核蒸汽供应系统 n一回路系统一回路系统n化学和容积控制系统：化学和容积控制系统：n余热排出系统余热排出系统/ /停堆冷却系停堆冷却系统：停堆时导出余热统：停堆时导出余热n安全注射系统安全注射系统/ /紧急堆芯冷紧急堆芯冷却系统却系统n控制、保护和检测系统控制、保护和检测系统n常规岛系统 n二回路系统：n循环冷却水系统n电气系统及厂用电设备 核电站的安全性n防止核泄漏的四道屏障防止核泄漏的四道屏障n燃料芯块：燃料芯块： 核裂变产生的放射性物质核裂变产生的放射性物质98%98%以上滞以上滞留在二氧化铀芯块中留在二氧化铀芯块中, ,不会释放出来不会释放出来 n燃料元件包壳：燃料芯块密封在锆合金包壳内燃料元件包壳：燃料芯块密封在锆合金包壳内, ,防止放射性物质进入一回路水中防止放射性物质进入一回路水中 n一回路管道和容器：整个一回路一回路管道和容器：整个一回路 都是耐高压的都是耐高压的, ,放射性物质不会漏到反应堆厂房中放射性物质不会漏到反应堆厂房中 n安全壳：反应堆厂房是一个高大的预应力钢筋混安全壳：反应堆厂房是一个高大的预应力钢筋混凝土建筑凝土建筑, ,壁厚近一米壁厚近一米, ,内表面加有内表面加有6 6毫米厚的钢毫米厚的钢衬衬, ,防止放射性物质进入环境防止放射性物质进入环境 核电站的特点核电站的特点n优点优点 运行安全稳定运行安全稳定 节省煤、石油和天然气节省煤、石油和天然气 节省燃料的运输费节省燃料的运输费 反应堆不需要空气助燃，可建在地下水下和高山顶上反应堆不需要空气助燃，可建在地下水下和高山顶上 对环境影响小，无温室效应对环境影响小，无温室效应 寿期长寿期长n缺点缺点 建设投资比火电厂和水电站大。建设投资比火电厂和水电站大。大亚湾核电站大亚湾核电站p秦山一期：秦山一期：3030万万kWkW，原型压水堆，原型压水堆，19851985年开工，年开工，19911991年并网年并网p秦山二期：秦山二期：2 26060万万kWkW，压水堆，压水堆，19961996年开工，年开工，20022002年并网年并网p秦山三期：秦山三期：2 272.872.8万万kWkW，重水堆，重水堆，19981998年开工，年开工，20022002、20032003年并网（与加拿大合建）年并网（与加拿大合建）p大亚湾：大亚湾：2 298.498.4万万kWkW，压水堆，压水堆，9494年投入运行年投入运行p岭澳：岭澳：2 29999万万kWkW，压水堆，压水堆，20022002、20032003年投入运行，年投入运行，“九五九五”最大的能源项目最大的能源项目作业作业: : 1-3 1-3 1-4 1-4 1-5 1-5 1-6 1-6