发电厂电气部分----绪论演示幻灯片.ppt

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kV,特高压直流输电工程）,西北,750kV,输变电工程,8,云广,800kV,直流输电工程,9,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,，坝长,(,轴线长,)2309m,，坝顶总长,3035m,，总投资约,2039,亿。,10,11,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,；,R,L,-,单回线电阻，,；,P,-,三相线路的输送功率，,MW,；,-,导线电阻率，,mm,2,/km,；,l,-,导线长度，,km,；,S,-,导线截面积，,mm,2,；,cos,-,负荷功率因数；,U,N,-,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。,12,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,13,超高压、大系统,系统容量在（,4-8,）,亿,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。,14,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,15,我国电网的发展规划,以三峡（26*700,MW）,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,16,电力系统与发电厂的关系,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,17,电力工业的构成,18,图示电力系统,19,20,7、发电厂的电气系统,21,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？,22,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用于芝加哥的世界博览会，交流对直流之间的争论结束,23,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。,24,超高压直流输电的应用,交流电,直流电,整流器,逆变器,交流电,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,25,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是正弦波。,5060,HZ,：,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。,26,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）、华能福州、沙角,A、,沙角,C、,黄浦、妈湾,27,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）,28,我们学什么？,发电厂（变电站,）,的,电气部分,的,设计与运行,29,一、授,课内容,发电厂电气部分,电气主接线设计,厂用电设计,电气设备选择,配电装置设计,常用计算的理论和方法,电气主接线,运行,厂用电,运行,变压器,运行,发电机,运行,厂站的控制与信号,30,二、相关课程间的联系,高电压技术,继电保护及自动装置,变电站综合自动化,发电厂热力系统及辅助设备,电力系统分析及短路计算,电气主接线设计（,运行,）,厂用电设计（,运行,）,电气设备选择,配电装置设计,常用计算的理论和方法,发电机,运行,变压器,运行,厂站的控制与信号,31,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,32,一、能源分类,一次能源,二次能源,新能源,再生性能源：太阳能、风能、,海洋能、地热能,非再生性能源：核聚变物质,常规能源,再生性能源：水能,非再生性能源：煤、石油、天然气、,核裂变物质,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,33,二、发电厂,-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,34,1、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,35,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3.92,MPa，,温度450，单机小于25,MW,高压电厂-9.9,MPa，,540，小于100,MW,超高压电厂-13.83,MPa，,540/540 ，小于200,MW,亚临界压力电厂-16.77,MPa，,540/540 ，300,1000,MW,超临界压力电厂-21.11,MPa，,550/550，600、800,MW,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,100,MW,以下 100250,MW 2501000MW 1000MW,以上,36,37,燃烧系统,汽水系统,电气系统,38,深圳妈湾电厂,39,埃迪斯通电厂（美）,40,尼德奥森电厂（德）,41,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,42,2、,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=9.81QH,p-,发电功率，,KW；,Q-,通过水轮机的水量，,m,3,/s,-,水电厂效率；,H-,水的落差，,m；,43,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,无调节水电厂,日调节水电厂,年调节水电厂,多年调节水电厂,44,45,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,30,40,米）；挡水建筑物长。,葛洲坝、西津水电厂,46,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。,47,三峡电站,26台700,MW,的水轮发电机组，总装机容量18200,MW。,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。,48,三峡左岸厂房外部全貌,三峡左岸电站厂房全貌,49,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。,50,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,51,十三陵抽水蓄能电站,52,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,53,3、,核电站的生产过程,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,3,10,4,J,，,一公斤铀,235,裂变产生热能,7.95,10,10,J,，,相当,2700,t,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。,54,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,可用于裂变的中子,U235,裂变反应：,链式反应,55,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,56,核电站反应堆的分类,堆 型,燃料,慢化剂,冷却剂,轻水堆,压水堆,沸水堆,浓缩铀,浓缩铀,轻水,轻水,轻水,轻水,重水堆,重水冷却型,轻水冷却型,天然铀,天然铀、浓缩铀、钚,重水,重水,重水,轻水,石墨气冷堆,天然抽气冷,改进型气冷,高温气冷堆,天然铀,浓缩铀,浓缩铀、钍,石墨,石墨,石墨,二氧化碳,二氧化碳,氦,快中子增殖堆,浓缩铀,+,钚,无,钠,57,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,58,核电厂的系统,组成：核岛(在高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,59,60,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，运行费用小，连续运行的经济性好。,需要定期停堆换料。,61,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。,62,大亚湾核电站,63,秦山一期：,30,万,kW,，原型压水堆，,1985,年开工，,1991,年并网,秦山二期：,2,60,万,kW,，压水堆，,1996,年开工，,2002,年并网,秦山三期：,2,72.8,万,kW,，重水堆，,1998,年开工，,2002,、,2003,年并网（与加拿大合建）,大亚湾：,2,98.4,万,kW,，压水堆，,94,年投入运行,岭澳：,2,99,万,kW,，压水堆，,2002,、,2003,年投入运行，“九五”最大的能源项目,64,4,、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,65,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,66,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，100,kW,以上的风力发电机为同步发电机或异步发电机。,67,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,）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,68,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,69,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,70,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、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。,71,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,。,72,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,73,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。,74,