发电厂电气部分-绪论.ppt

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1、我国电力工业发展概况,电力系统发展的前景,本课程的目的和任务,绪论,基本要求1、了解授课内容及其与相关课程间的联系2、了解电力系统的形成与发展以及我国电力工业的发展状况,交流优点：变压容易，电动机简单，便宜1893年：第一条三相交流输电线路在南加州建成，2300V，12km长。此后交流输电系统得到迅速推广，直流系统逐渐退出运营。直流优点：不存在系统同步稳定问题，可实现不同频率的系统间联网。电力电子技术的发展和器件价格的降低使得近年来直流输电有了大规模的发展。目前电网，大多为交直流混联电网。,一、我国电力工业发展概况,世界电力工业发展回顾：,中国电力工业的发展：,最早的火力发电始于1882年，上

2、海 最早的水力发电始于1912年，云南省螳螂山石龙坝水电站，装机容量为2240kW。1954年我国自行设计的第一回220KV松（丰满）-东（虎石台变）-李（李石寨变）建成投入运行，全长369.25公里；1972年建成第一回330KV线路，经甘肃泰安变电站到陕西关中汤峪变电站，全长524公里；1981年建成第一回500KV线路（平顶山-武汉）由河南姚孟电厂经双河向武汉送电，全长595公里；1989年建成第一回500KV直流输电线路，由葛洲坝到上海，实现了华中电网与华东电网的互联。,中国电力工业的成就：,中国单机容量最大的汽轮发电机组：哈尔滨电机厂为江苏国电泰州电厂生产的1000MW超超临界汽轮发

3、电机组。容量最大的火力发电厂：山东邹县发电厂容量：4*33.5+2*60+2*100=454万kW 浙江华能玉环电厂：4*100=400万千瓦，是我国“863计划”中引进超超临界发电技术，实现国产化依托工程的国家重点建设项目。作为我国第一个超超临界机组建设项目，该工程总投资约156亿元，其四台机组连续顺利投产标志着中国已成功掌握目前世界先进的超超临界火力发电技术,中国单机容量最大的水轮发电机组：容量700MW，安装在三峡水力发电厂世界最大的水力发电厂：三峡装机容量26*70万千瓦+6*70万千瓦（地下电厂）=2240万千瓦中国最大的核电发电机组：容量为1000MW，安装在岭澳、田湾核电厂,中国

4、电力工业的成就：,中国电力工业的成就：,中国最高电压交流输电系统：2008年特高压试验工程1000kV晋东南-南阳-荆门工程投运最高电压等级直流输电系统：1988年建成葛洲坝到上海南桥的500kV直流输电线路。2010年建设云广特高压直流800kV输电工程（也是世界首个 800 kV特高压直流输电工程）,西北750kV输变电工程,云广800kV直流输电工程,中国电力工业的成就：,世界最大的水电厂 目前我国最大的水力发电厂，也是世界上最大的水力发电厂是三峡水力发电厂装有32台单机容量为70万kW的水轮发电机组总装机容量1820万kW年均发电量 847亿 kWh三峡大坝采用混凝重力坝，坝高185m

5、，坝长(轴线长)2309m，坝顶总长3035m，总投资约2039亿。,我国电力工业现阶段的特点,P-三相线路的功率损耗，MW；I-线路电流，A；RL-单回线电阻，；P-三相线路的输送功率，MW；-导线电阻率，mm2/km；l-导线长度，km；S-导线截面积，mm2；cos-负荷功率因数；UN-三相线路的线电压，kv。,输电技术全部发展史的特征就是不断提高线路电压，增大输送功率和输送距离。,标志：20世纪60年代起电子技术引入,方向：,大机组,大电厂,大系统,超高压交直流输电,高度自动化,我国电力工业现阶段的特点,节能减排,西电东送、南北互供、联合电力系统,超高压、大系统 系统容量在（4-8）亿

6、 kw以上 交流输电电压为500、750和1150kV 直流为500kV和750kV 大机组、大电厂 火电厂容量（460-640）万kW，最大机组容量130-165万kW 水电厂容量1260万kW，最大机组容量（70-80）万kW 抽水蓄能电厂容量210万kW，最大机组容量45.7万kW 核电厂容量（400-800）万kW，最大机组容量（100-145）万kW高度自动化 以计算机为中心的安全监测和经济调度系统，实行功率和频率的自动调整，火电厂实行单元集中控制，水电厂和变电站实行无人值班和远方集中控制。,联合电力系统1989年，500kV直流输电线路，葛洲坝到上海南桥，使华中与华东两大电力系统互

7、联，是中国第一个跨大区的联合电力系统。2001年5月，东北、华北电网通过500kV姜(姜家营)绥(绥中)线互联 2003年9月，华北、华中电网通过500kV辛(辛安)嘉(获嘉)线互联 三峡工程建设实现了华中、川渝、华东和南方电网的互联,我国电网的发展规划,以三峡（26*700MW）建设为中心，首先形成中部电网。三峡电站将向华东、广东和华中送电。2010年左右将基本形成北、中、南三个跨区互联网络北部电网包括华北、东北、西北和山东电网；中部电网包括华中、华东、川渝和福建电网；南部电网包括广东、广西、云南、贵州、香港、澳门电网。20102020年期间将形成覆盖全国的统一 联合电网,电力系统与发电厂的

8、关系,电能的生产：火电、水电和核电、各种新能源电能的传输：交流架空线路或电缆 直流输电电能的变换 和分配：变电站电能的使用：各种形式的负荷将电能转换成 其他形式的能源。,电力系统,发电厂,枢纽变电站,中间变电站,地区变电站,终端变电站,电力工业的构成,图示电力系统,7、发电厂的电气系统,轻松一下,1、电能为何采用三相、50（60）Hz、正弦、交流电？2、你能说出几座大型发电厂的名字？,直流与交流的辩论,-Edison vs Westinghouse,DC支持者,交流电压高，危险！,AC支持者,直流只能短距离供电直流电难以实现电压变换直流电机存在换向问题,1893年Tesla把交流电系统成功地应

9、用于芝加哥的世界博览会，交流对直流之间的争论结束,交流系统胜利的主要原因,交流变压器容易变换电压和电流水平，为发电、输送和配电提供了灵活性；,交流发电机比直流发电机简单；,交流电动机比直流电动机简单且便宜得多。,超高压直流输电的应用,优点：,线路造价低，年运行费用省,没运行稳定问题,能限制短路电流,调节速度快，运行可靠,缺点：,换流装置价格昂贵,消耗大量无功功率,产生谐波影响,缺乏直流断路器,电能为何采用三相、50（60）Hz、正弦、交流电？,交流：与直流相比，开断电流容易，输送大功率。高压直流用于远距离输送大功率，连接不同频率或非同步运行的系统，向海岛送电等。正弦波：通过电器设备后波形基本还

10、是正弦波。5060HZ：过低，闪烁；过高，干扰强、损耗大。三相：三相设备经济、三相系统形成的旋转磁场是电动机工作的基础。,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、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、外高桥、望亭、谏壁、徐州、常熟、镇海、北仑港、平芋、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（湖北）、阳逻、丰城（江西）、华能

11、福州、沙角A、沙角C、黄浦、妈湾,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（长江）、三峡（长江）、隔河岩（清江）、广州抽水蓄能（流溪河支流）、盐滩（红水河）、二滩（雅砻江）、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）,我们学什么？,发电厂（变电站）的电气部分的设计与运行,一、授课内容,发电厂电气部分,二、相关课程间的联系,第一章 能源与发电,基本要求1、了解各类发电厂的生产过程2、掌握各类发电厂的特点,一、能源分类,一次能源,二次能源,电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、氢能、沼气、酒精、蒸汽、热水等,二、发

12、电厂,-能量转换站,发电厂的类型,火力发电厂：燃料的化学能-电能,水力发电厂：水的位能-电能,核能电厂：核裂变能-电能,地热电厂：地热能-电能,潮汐电厂：海洋能-电能,风力发电厂：风能-电能,太阳能电站：太阳能-电能,1、火电厂的生产过程,锅炉主要设备：汽轮机 发电机 各种辅机矿物燃料的化学能-热能-机械能-电能,火电厂的分类,按燃料分类：,按蒸汽压力和温度分类,按原动机分类,按输出能源分类:,按装机容量分类：,燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂、余热电厂,中低压电厂-蒸汽压力3.92MPa，温度450，单机小于25MW高压电厂-9.9MPa，540，小于100MW超高压电厂-13.83MPa，54

13、0/540，小于200MW亚临界压力电厂-16.77MPa，540/540，300 1000MW超临界压力电厂-21.11MPa，550/550，600、800MW及及以上,凝汽式汽轮机电厂、燃气轮机电厂、内燃机电厂、蒸汽-燃气轮机电厂,凝汽式发电厂（效率30%40%）、热电厂（效率60%70%）,小容量电厂、中容量电厂、大中容量电厂、大容量电厂100MW以下 100250MW 2501000MW 1000MW以上,燃烧系统,汽水系统,电气系统,深圳妈湾电厂,埃迪斯通电厂（美）,尼德奥森电厂（德）,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无功电源，装机容量可按需

14、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，单位电量发电成本比水电厂高34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。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量的制约。对环境的污染大,2、水电站的生产过程,水位能-机械能-电能,主要设备：压力水管、水轮机、发电机,P=9.81QHp-发电功率，KW；Q-通过水轮机的水量，m3/s-水电厂效率；H-水的落差，m；,堤坝式引水式混合式,坝后式河床式,水电站的分类,水电厂,按集中落差方式分类,按径流调节的程度分类,水电厂,有调节水电厂,无

15、调节水电厂,日调节水电厂,年调节水电厂,多年调节水电厂,堤坝式,坝后式,河床式,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。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。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。特点是：水头低（小于3040米）；挡水建筑物长。葛洲坝、西津水电厂,混合式,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。,引水式,无压引水,有压引水,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

16、洞和渠道）引水，用以集中水头，以获取最大落差。特点是：水头较高（最高为1020米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。,三峡电站,26台700MW的水轮发电机组，总装机容量18200MW。三峡电站分为左岸和右岸电站，左、右岸电站又各分为两个电厂。其中，左一电厂装机8台，出线5回；左二电厂装机6台，出线3回；右一、右二电厂装机均为6台，出线分别为4回和3回。,三峡左岸厂房外部全貌,三峡左岸电站厂房全貌,梯级电站及抽水蓄能电站,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，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-在下游增设一个大的储水

17、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。,抽水蓄能电站的作用,在系统中的作用,调峰 填谷备用调频调相,功能,降低电力系统的燃料消耗提高火电设备利用率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可用于蓄能,十三陵抽水蓄能电站,水力发电的特点,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。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。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。兴建水库会带来一定的弊端,3、核电站的生产

18、过程,主要设备：核反应堆+核蒸汽发生系统=锅炉 汽轮机、发电机核裂变能-热能-机械能-电能,一公斤标准煤含热量3104J，一公斤铀235裂变产生热能7.951010J，相当2700t煤,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，将水加热成蒸汽来转动汽轮发电机发电。,核反应-使一种原子核转变为另一种原子核的过程核聚变：热核反应，触发和维持这个反应需要极高的温度，不易控制。由于聚变涉及的粒子带同性电荷，起爆反应需很高的动能核裂变：可用中性粒子来激发，用中子轰击一个重核不会受到排斥，,中子,铀核,锶核,氙核,漏失或消耗掉的中子,可用于裂

19、变的中子,U235裂变反应：,链式反应,天然铀-单纯的天然铀难以维持链式反应 天然铀在中子轰击下发生裂变的主要成分是只占0.714%的铀235，快、慢中子都能使其分裂，慢中子引起裂变的几率更大。占99.28%的同位素铀238，不易分裂，在快中子作用下可能分裂，但易俘获中子。解决方法：从天然铀中分离铀-235使裂变产生的快中子迅速慢化,核电站反应堆的分类,沸水堆-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。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,核电厂的系统,组成：核岛(在高

20、温高压和放射性条件下工作的部分)+常规岛（无放射性条件下工作的部分）+辅助系统+控制系统+安全系统,核岛的核蒸汽供应系统 一回路系统化学和容积控制系统：余热排出系统/停堆冷却系统：停堆时导出余热安全注射系统/紧急堆芯冷却系统控制、保护和检测系统,常规岛系统 二回路系统：循环冷却水系统电气系统及厂用电设备,核电站运行特点,放射性废物不能无控制地排放至环境中。必须保证反应堆有足够完好的冷源。任何工况下,必须保证核反应堆可控。核电机组应带基荷运行。机组快速升降负荷,可能产生堆芯局部热点,有造成堆芯烧毁的潜在风险;若频繁进行负荷跟踪,将产生大量的放射性废气、废液,对环境产生潜在威胁；核电厂建设费用高，

21、运行费用小，连续运行的经济性好。需要定期停堆换料。,核电站的特点,优点 运行安全稳定 节省煤、石油和天然气 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 对环境影响小，无温室效应 寿期长缺点 建设投资比火电厂和水电站大。,大亚湾核电站,秦山一期：30万kW，原型压水堆，1985年开工，1991年并网秦山二期：260万kW，压水堆，1996年开工，2002年并网秦山三期：272.8万kW，重水堆，1998年开工，2002、2003年并网（与加拿大合建）大亚湾：298.4万kW，压水堆，94年投入运行岭澳：299万kW，压水堆，2002、2003年投入运行，“九五”最大的能源项

22、目,4、其他能源形式,风力发电太阳能发电生物质发电地热发电海洋能发电燃料电池发电,浙江江厦潮汐电站，装机3200千瓦,西藏羊八井地热二分场,青海天峻县生格乡7千瓦太阳能光伏电站,浙江临海括苍山风电场33台600千瓦风电机组,风力发电,风力机,升速齿轮箱发电机控制系统,改变方向的驱动机构,塔架,风力发电机的容量为几十瓦到几兆瓦，100kW以上的风力发电机为同步发电机或异步发电机。,能量转换过程：空气动能-旋转机械能-电能1、风力发电的运行方式（1）独立运行:经蓄电池储能，用于5kW以下的风力发电机（2）并网运行 风电场 用于10kW至MW级的风力发电机2、特点：（1）风能是可再生能源，清洁（2）

23、建设周期短，可分期投资，运行维护简单，占地少。（3）可用于解决边远地区的供电问题。（4）风能具有间歇性，需与蓄电池并联运行。（5）风力发电设备造价高，单机最大容量受限制研制方向：提高可靠性、降低成本。,风力发电,太阳能热水器,太阳能发电,分类太阳热发电：将太阳热能传递给介质，由介质热能转变为电能太阳光发电：由太阳光直接转换为电能,世界上海拔最高、国内装机容量最大的太阳能发电工程西藏安多光伏电站,太阳能发电,生物质能发电,包括垃圾焚烧、沼气发电、木煤气发电、薪柴发电和蔗渣发电等。生物质发电系统的组成：（1）将生物质能转换成能源的装置：垃圾焚烧炉、沼气池等。（2）与生物质配套的发动机：如蒸汽发动机

24、、沼气发动机等。（3）发电机发展：国外生物质发电发展迅速，美国生物质发电的总装机容量已达10GW以上，单机容量达10-25MW。我国总装机容量3000KW。目前发电成本高。,地热发电,地下水在地表深处被加热成蒸汽或热水即构成了地热资源。热水温度约在几十至几百度。1通过减压扩容法将地下热水变为低压蒸汽，供汽轮机做功。2利用地下热水加热低沸点的特殊工质，使其变成气体对汽轮机做功。地球内部的热能极大，估计可开采的能量相当于几万亿吨煤，开发地热资源的前景是非常广阔的。目前全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近1104MW，分布在20多个国家，其中美国占40%。美国拥有世界上最大的盖塞斯地热发电站，装机容量达2080MW。,西藏羊八井地热电站是我国最大、运行最久的地热电站，装机容量已达到9台共2.518万,已累计发电30亿左右,通过110线路送向拉萨,羊八井地热电站,海洋能发电,海水涨潮、落潮具有巨大的动能和势能。估计世界上这一能量的储备有10亿千瓦，我国也有1.1亿千瓦。技术比较成熟，在世界上已建成并运行各种规模的潮汐电站。潮汐电厂需要建造拦潮堤坝，因而要求一定的地形条件、足够的潮汐差、较大的容水区。理想的建厂地点是海岸边或河口地区，可以拦蓄较大水量、少花费投资。,