火力发电及其生产过程电气设备电厂自动化.pptx

电气设备电气设备 一次设备一次设备:直接生产和输送电能的设备（发电机、变压器、主母线、高压互感器、隔离开关等）二次设备:对一次设备进行监视、控制和保护的设备 第第 6 6 节节 电气设备电气设备一次设备一次设备生产和转换电能的设备：生产和转换电能的设备：发电机机械能转换为电能；电动机电能转化为机械能；变压器电压升高或降低，满足输配电需要。接通或断开电路的开关电器：接通或断开电路的开关电器：正常或事故时，将电路闭合或断开断路器正常时用来接通和断开负荷电流；故障时受继电保护作用，将电路 自动断开。隔离开关将一次设备与带电部分可靠隔 离，没有灭弧装置，因此只有在 断路器断开后，才能接通和断开 隔离开关。熔断器熔断器 接触器接触器一次设备一次设备限制故障电流和防御过电压的电器限制故障电流和防御过电压的电器 电抗器限制短路电流，维持母线残压。避雷器防御过电压接地装置：接地装置：电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地，与地中的接地网相连。载流导体：将电气设备连接起来载流导体：将电气设备连接起来 母线汇集和分配电能 架空线终端线、联络线 电缆城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用二次设备二次设备仪仪用用互互感感器器将将电电路路中中的的高高电电压压或或大大电电流流转转换换成成低低电电压压、小电流，供给仪表和保护装置使用。小电流，供给仪表和保护装置使用。电压互感器电压互感器PTPT：电流互感器电流互感器CTCT测量表计测量表计测量电路中的电气参数。测量电路中的电气参数。电压表电压表 电流表电流表 功率因数表功率因数表继继电电保保护护及及自自动动装装置置迅迅速速反反应应不不正正常常情情况况并并进进行行监监控控和和调节。调节。直直流流电电源源设设备备供供给给控控制制、保保护护和和厂厂用用直直流流负负荷荷、事事故故照照明的直流用电。明的直流用电。直流发电机组直流发电机组 蓄电池组蓄电池组 硅整流设备硅整流设备操作电器、信号设备及控制电缆。操作电器、信号设备及控制电缆。电气设备的主要内容电气设备的主要内容（1 1）发电机（）发电机（3131：0505）（2 2）电力变压器）电力变压器（3 3）开关设备（）开关设备（3939：3636）（4 4）电力互感器（）电力互感器（4343：0707）（5 5）避雷器）避雷器（6 6）阻波器）阻波器（7 7）电气主接线及配电装置（）电气主接线及配电装置（4444：3737）（8 8）电气二次设备（）电气二次设备（5050：1010）1 1 发电机的原理和结构发电机的原理和结构（1 1）基本原理）基本原理磁力 磁场磁力线 磁体周围有磁力存在的地方成为磁场。用磁力线来表示磁场的存在，用磁力线的疏密表示磁场的强弱。电磁铁 将导线绕在铁棒上，通以直流电流，铁棒就显现有磁性，被称为电磁铁。感应电流感应电流 当导线在当导线在 磁场移动，磁场移动，“切割切割”磁力磁力 线时（或磁线时（或磁 场移动，磁场移动，磁 力线切割导力线切割导 线时），在线时），在 导线中就产生电压，此时如将导线两端连通，导线中就产生电压，此时如将导线两端连通，就会有电流通过，称为感应电流。就会有电流通过，称为感应电流。（2 2）汽轮发电机的结构）汽轮发电机的结构转子 由整块的优质合金钢制成。具有良好的导磁性。l定（静）子 由铁芯、线圈及外壳组成。铁芯由环形硅钢片叠压而成。其内园开有齿槽，放置定子绕组。其内园开有齿槽，放置定子绕组。转子本体结构1大齿；2小齿；3嵌线同步发电机的工作原理同步发电机的工作原理 励磁设备的作用是向发电机转子提供直流电流，励磁设备的作用是向发电机转子提供直流电流，形成转子磁场形成转子磁场汽轮发电机的损耗汽轮发电机的损耗铜损：定子和转子绕组电阻损耗铜损：定子和转子绕组电阻损耗铁损：定子铁芯的磁场变化铁损：定子铁芯的磁场变化机械损耗：通风及轴承部分的摩擦机械损耗：通风及轴承部分的摩擦 汽轮发电机功率汽轮发电机功率发电机冷却方式发电机冷却方式 发电机运行中因有损耗而发热。为使发电机能长期安全运行，必须把发电机的温度控制在绕组绝缘允许的温度范围内。（1 1）空气冷却）空气冷却 发电机转子两端装风扇，冷却能力不高。只用于50MW及以下。（2 2）氢气冷却）氢气冷却 用氢气将热量带走。冷却能力高，通风损耗小，结构复杂，需要制氢设备，用于30100MW（3 3）绕组导线内部冷却（内冷）绕组导线内部冷却（内冷）用泵迫使氢气、水或油流过导体内部。冷却能力更高，可缩小发电机体积，节省材料。结构复杂，铜损大，但铁损和机械损耗小。2 2 电力变压器电力变压器 电力系统中广泛使用的升压和降压设备。电力系统中广泛使用的升压和降压设备。作用：作用：高压输电高压输电 发电机输出电压受绝缘水平限制，最高为发电机输出电压受绝缘水平限制，最高为20KV20KV左右，左右，如果用这样的电压远距离输电，电流大，功率损耗大。如果用这样的电压远距离输电，电流大，功率损耗大。在用户端保证使用人员的安全，降低用电设备造价在用户端保证使用人员的安全，降低用电设备造价 电力变压器的原理和结构电力变压器的原理和结构 闭合铁心上绕两个互相绝缘匝数不等的绕组。闭合铁心上绕两个互相绝缘匝数不等的绕组。与电源相连的一侧，一次绕组（原边）与电源相连的一侧，一次绕组（原边）与负荷相连的一侧，二次绕组（副边）与负荷相连的一侧，二次绕组（副边）电磁感应原理：电电磁感应原理：电-磁磁-电电原边电压原边电压U1 U1 原边匝数原边匝数N1 N1 副边电压副边电压U2 U2 副边匝数副边匝数N2N2匝数多的一侧电压高，电流小匝数多的一侧电压高，电流小变压器的分类变压器的分类 按用途分：按用途分：升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器 联络变压器联络变压器 配电变压器配电变压器 按相数分按相数分 ：单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器 按每相绕组的线圈数按每相绕组的线圈数 ：双绕组双绕组 三绕组三绕组自耦自耦低压分裂绕组低压分裂绕组 =k=k（变比）（变比）变压器的损耗和冷却变压器的损耗和冷却 （一）损耗（一）损耗 铜耗：电流流过线圈的损耗，电流越大，铜损也越大；铜耗：电流流过线圈的损耗，电流越大，铜损也越大；铁损：磁力线通过铁芯产生的损耗，与电流无关。铁损：磁力线通过铁芯产生的损耗，与电流无关。（二）冷却方式（二）冷却方式 油浸自冷式油浸自冷式 油浸风冷式油浸风冷式 强迫油循环强迫油循环电力变压器的结构电力变压器的结构核心设备：铁芯核心设备：铁芯 +绕组绕组 （本体）（本体）外围设备：外围设备：（1 1）油：绝缘和散热）油：绝缘和散热 需要油的部位：本体、调压开关、引出线需要油的部位：本体、调压开关、引出线 结构：结构：储油（油枕）储油（油枕）吸湿（硅胶）吸湿（硅胶）监视油位（油枕、调压开关、套管）监视油位（油枕、调压开关、套管）监视油温监视油温 监视油的分解，诊断内部故障（瓦斯继电器）监视油的分解，诊断内部故障（瓦斯继电器）（2 2）冷却系统：强迫油循环风冷（大容量变压器）冷却系统：强迫油循环风冷（大容量变压器）风扇风扇 潜油泵（油流继电器）潜油泵（油流继电器）电力变压器的结构电力变压器的结构电力变压器实物照片电力变压器实物照片 3 3 开关设备开关设备（1 1）作用：）作用：在正常情况下，由于检修或改变运行方式，将发电机、变压器、线路等接入电网或退出，起控制作用。在故障时，迅速切断故障部分，保证无故障部分正常运行，起保护作用。（2 2）种类：）种类：仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流。如：高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器、磁力启动器。仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流。如：高、低压熔断器。既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流。如：高压断路器、低压空气开关（能起控制和保护的作用）不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压。如：隔离开关。电弧的形成与熄灭电弧的形成与熄灭（1 1）电弧产生的条件：）电弧产生的条件：电源电压大于1020V，电流大于80100mA，动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子。（2 2）电弧的危害）电弧的危害n电弧的温度很高，可达50007000度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头。n烧坏开关电器的绝缘。如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能。n若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行。（3 3）电弧产生的物理过程）电弧产生的物理过程 电弧的产生和维持是触头间中性质点（分子和原子）被游离的结果。游离就是中性质点转化为带电质点。（4 4）游离与去游离）游离与去游离游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程，游离过程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去游离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。开关电器中，为加强灭弧能力，都采用各种措施减弱游离过程。从等离子体观点看，就是控制温度，使触头间的介质，由等离子体态转化为其它物态。高压断路器高压断路器l结构：灭弧装置结构：灭弧装置 +操纵机构操纵机构l操动机构操动机构断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成。操动系统的动作过程，实际上是使操动元件（如合闸元件或分闸元件）获得动能，再通过拐臂和连杆机构，将动能传到触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断路器本体的那一部分，称为操操动机构动机构。其它作为传递动力的部分，称传动机构传动机构。l熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法（1）灭弧介质具有较高的传热能力、介电强度、热游温度和 热容量。按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、SF6、真空(2)采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金 熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射。(3)利用气体或油吹动电弧：扩散和冷却(4)采用多断口熄弧：在相等的触头行程下，拉长电弧。各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容。(5)采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧看录像：高压断路器（看录像：高压断路器（1818分钟）分钟）隔离开关隔离开关主要用途主要用途 没有灭弧功能没有灭弧功能,隔离电压隔离电压,倒闸操作倒闸操作 分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线 分、合励磁电流不超过分、合励磁电流不超过2 2A A的空载变压器的空载变压器 关、合电容电流不超过关、合电容电流不超过5 5A A的空载线路的空载线路 隔离开关的种类隔离开关的种类安装地点：屋内式和屋外式安装地点：屋内式和屋外式绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱开关设备录像（开关设备录像（3939：3636）4 4 互感器互感器 （43：07）互感器包括：电流互感器（互感器包括：电流互感器（TA TA 或或CTCT）电压互感器（电压互感器（TVTV或或 PTPT）。互感器的作用互感器的作用（1 1）将将一一次次回回路路的的高高电电压压和和大大电电流流变变为为二二次次回回路路标标准准的的低低电电压压（100100V V）和和小小电电流流（5 5A A 1A1A），使使测测量量仪仪表表和和保保护护装装置置标标准准化化、小小型型化化，并并使使其其结结构构轻轻巧巧、价价格格便便宜宜和和便便于于屏屏内安装。内安装。（2 2）使二次）使二次设备与高压部设备与高压部分隔离，且互分隔离，且互感器二次侧均感器二次侧均接地，从而保接地，从而保证了设备和人证了设备和人身安全。身安全。5 5避雷器避雷器监视泄露电流 6 6阻波器阻波器阻止高频信号进入厂站内高频保护线路保护的一种，电网故障时，线路两端的收发讯机发出高于工频（50HZ）的信号，由阻波器限制该高频只在本线路上传输。各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定次序用导线连接成的电路，称为次序用导线连接成的电路，称为电气接线电气接线。一次设备连接成的电路成为电气主接线。一次设备连接成的电路成为电气主接线。二次设备连成的电路称为二次电路。二次设备连成的电路称为二次电路。7 7 电气主接线及配电装置（电气主接线及配电装置（4444：3737）电气主接线图电气主接线图 电气主接线表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式。电气主接线表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式。主主接接线线常常按按规规定定的的图图形形符符号号画画成成单单线线图图的的形形式式，单单线线图图画画出的是单相电路，实际上表示三相电路。出的是单相电路，实际上表示三相电路。断路器和隔离开关画成断开状态。断路器和隔离开关画成断开状态。电气主接线图举例电气主接线图举例配电装置配电装置由由开开关关电电器器、保保护护和和测测量量电电器器、母母线线和和必必要要的的辅辅助助设设备备和和建筑物组成的整体，用来接受和分配电能的装置。建筑物组成的整体，用来接受和分配电能的装置。按电气设备装设地点，分屋内和屋外配电装置。按电气设备装设地点，分屋内和屋外配电装置。单母线接线单母线接线 单母线分段单母线分段 双母线带旁路双母线带旁路 第第7 7节节 火力发电厂的运行火力发电厂的运行 （1 1）机组的启动和停运）机组的启动和停运机组启动的过程：机组启动的过程：锅炉点火、升压、并入母管，汽轮机暖管、暖机、冲转、升速，发电机与电力系统并列、带负荷。机组启动和停运时间长的原因：机组启动和停运时间长的原因：锅炉与汽轮机体积大、部件重，特别是高参数大容量锅炉的汽包钢板特厚，汽轮机的结构复杂、精密。启动不能太快，保证各部件的温度均匀上升，防止因温升不均而发生变形、弯曲、连接部位松动、动静部分之间发生摩擦等不良后果。在停炉、停机后，同样要注意保证冷却均匀，防在停炉、停机后，同样要注意保证冷却均匀，防止金属部件冷却太快。止金属部件冷却太快。中温中压锅炉（点火中温中压锅炉（点火-并入母管）：并入母管）：24h24h高温高压锅炉：高温高压锅炉：45h45h中温中压汽轮机（暖管、机中温中压汽轮机（暖管、机-带满负荷）：带满负荷）：1.52.5h1.52.5h高温高压汽轮机：高温高压汽轮机：45h45h参数越高，容量越大，启动时间越长。参数越高，容量越大，启动时间越长。单元机组一般采用滑参数启动：单元机组一般采用滑参数启动：锅炉启动后当参数还很低时汽轮机就开始启动，随着锅炉汽压、汽温的升高，汽轮机转速也逐步提高到额定转速，当发电机并入系统并带上一定负荷后，蒸汽参数才能达到额定值。这种启动方式可以缩短启动时间一半，并可减少汽水损失。（2 2）安全运行）安全运行 火电厂生产过程复杂，主辅设备较多，任何一台火电厂生产过程复杂，主辅设备较多，任何一台设备发生事故，都会不同程度地影响安全运行，甚至设备发生事故，都会不同程度地影响安全运行，甚至会造成主要设备损坏、全厂停电和人身伤亡等严重后会造成主要设备损坏、全厂停电和人身伤亡等严重后果。果。由于结垢、腐蚀、磨损和超温，造成炉管爆破。由于结垢、腐蚀、磨损和超温，造成炉管爆破。锅炉灭火后处理不当，造成炉膛爆炸。锅炉灭火后处理不当，造成炉膛爆炸。锅炉缺水、满水锅炉缺水、满水汽轮机严重超速而遭破坏，甚至引起人身伤亡。汽轮机严重超速而遭破坏，甚至引起人身伤亡。汽轮机叶片断裂。汽轮机叶片断裂。轴瓦烧坏或火灾轴瓦烧坏或火灾发电机或主变压器绕组烧坏发电机或主变压器绕组烧坏全厂停电全厂停电误操作造成人身伤亡、设备损坏或停电误操作造成人身伤亡、设备损坏或停电看录像：防止全厂停电事故看录像：防止全厂停电事故(30(30分钟分钟)（3 3）经济运行）经济运行 主要经济指标主要经济指标供电煤耗：发电厂每向外供供电煤耗：发电厂每向外供1kWh1kWh电所消耗的标准煤。电所消耗的标准煤。蒸汽参数越高，煤耗越低蒸汽参数越高，煤耗越低厂用电率：发电厂本身消耗的电量占发电量的百分数。厂用电率：发电厂本身消耗的电量占发电量的百分数。降耗的主要措施：控制运行小指标降耗的主要措施：控制运行小指标第第8 8节节 火力发电厂自动化火力发电厂自动化（1 1）作用）作用 利用各种自动化仪表和装置（包括计算机系统）对火力发电厂生产过程进行监视、控制和管理，使之安全、经济运行的技术。（2 2）自动化发展历程）自动化发展历程 就地控制方式主要运行参数靠人工控制 单元控制方式机炉电集中布置在单元控制室。仍由机炉电运行人员分别进行监视和控制。分散控制系统将各种不同的控制功能分别由数台以微处理器为核心的装置来实现，集中监视、分散控制。图6.3 火电厂集控运行图6.4 分散控制系统结构图6.5 仿真装置系统配置