发电厂和变电厂电气设备第一章绪论.ppt

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 kWh，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2039亿。,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：轻水堆 重水堆 石墨气冷堆及石墨沸水堆 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，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710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 中间变电所高压侧与枢纽变电所连接，以穿越功率为主，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23个电源，这样的变电所主要起中间环节作用。(2)电压等级多为220330 kV，其中压侧一般是110220 kV，供给所在的多个地区用电并接入一些中小型电厂。(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,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)电压等级一般为110220 kV。(3)若发生全所停电事故，只造成本地区或城市停电。,4.终端变电所终端变电所位于输电线路的末端，靠近负荷点。(2)高压侧电压多为110 kV或者更低（如35 kV），经过变压器降压为610 kV电压后直接向用户送电。(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、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的电气连接以及它们动作后作用于一次设备的关系。用国家规定的图形和文字符号将一次回路和二次回路绘制成的电路图或电气接线图，称为电气主接线图（常绘制成单线图）和电气二次接线图。,三、配电装置 配电装置是以电气主接线为主要依据，由开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组成的接受和分配电能的装置。如果说电气主接线反映的是电气一次设备的连接关系，那么配电装置是具体实现电气主接线功能的重要装置。按照电气设备的安装地点、电压等级和组装方式的不同，配电装置有着不同的分类方法，这些将在后续章节中详细介绍。,火电厂外景,热电厂外景,第四节 电气设备的主要参数一：额定电压：额定电压是电器长时间工作时所适用的最佳电压。高了容易烧坏，低了不正常工作。1按电压高低分三类：第一类是100V以下，主要用于安全动力，照明，蓄电池及其他特殊设备第二类是间的电压，如表，用在电动机，工业，民用，照明，普通电器,第三类是以上的电压，主要是电力系统的发供输配用电都采用这个电压等级，见表电气设备的四种额定电压（1）用电设备的额定电压（2）电力网的额定电压（3）发电机的额定电压（4）变压器的额定电压例：试标出电气设备的额定电压（图略）,一、填空题1根据一次能源的不同，发电厂可分为（）、（）、（）和（）等2按发电厂的规模和供电范围不同，又可分为（）、（）和（）等。3火电厂分为（）和（）。4水电厂根据集中落差的方式分为（）、（）和（）。,一、填空题1根据一次能源的不同，发电厂可分为（）、（）、（）和（）等。火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂、核能发电厂2按发电厂的规模和供电范围不同，又可分为（）、（）和（）等。区域性发电厂、地方发电厂、自备专用发电厂3火电厂分为（）和（）。凝汽式、供热式火力发电厂4水电厂根据集中落差的方式分为（）、（）和（）。堤坝式、引水式、混合式,5水电厂按运行方式分为（）、（）和（）。6变电所根据在电力系统的地位和作用分为（）、（）、（）和（）。,5水电厂按运行方式分为（）、（）和（）堤坝式、径流式水电厂、抽水蓄能电厂6变电所根据在电力系统的地位和作用分为（）、（）、（）和（）。枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所,简答题1、发电厂和变电所的类型有哪些？分别说明发电厂的生产过程和变电所的作用。,二、简答题1、发电厂和变电所的类型有哪些？分别说明发电厂的生产过程和变电所的作用。发电厂分火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂和核能发电厂。火力发电厂是将燃料的化学能转换成电能的工厂。其生产过程是利用燃料的化学能使锅炉产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功，推动汽轮机转子转动，将热能转换成机械能，汽轮机转动带动发电机转子旋转，在发电机内将机械能转换成电能。,水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的工厂。利用水的能量推动水轮机转动，再带动发电机发电。核电厂利用核裂变能转化成热能，再按火电厂的发电方式，将热能转化成电能，它是用核反应堆和蒸汽发生器替代了锅炉设备。,根据变电所在电力系统的地位和作用分成枢纽变电所、中间变电所、地区变电所和终端变电所。枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源电压等级一般为330500KV。一旦停电，将造成大面积停电，引起整个系统解列，甚至瘫痪，对电力系统运行的稳定性和可靠性起着重要作用。中间变电所汇集23个电源和若干线路，电压等级一般为220330KV，高压侧起交换功率的作用或使长距离输电线路分段，同时降压对,一个区域供电。全所停电后，将引起区域电网的解列。在电力系统中主要起中间环节的作用。地区变电所的电压等级一般为110220KV，主要向一个地区用户供电，是一个地区或一个中小城市的主要变电所。一旦停电，将造成该地区或城市供电的紊乱，甚至中断供电。终端变电所位于配电线路的末端，接近负荷处，电压等级一般为35110KV，经降压后直接向用户供电。,