发电厂电气部分

三峡水库正常蓄水位175米时，大坝下游的 最低水位为62米，则三峡水电站的最大水头为 113米；汛期限制水位为145米时，大坝下游的 最高水位为74米，则三峡水电站的最小水头为 71米，单机容量为70万千瓦的水轮发电机组， 额定工况下每秒钟需要通过的水量为950立方 米。具有上述水头和水量的水流，从底部高程 为110米的水电站进水口，流入内径为12.4米 的压力钢管，通过压力钢管再流入坝后式电站 厂房的蜗壳，水流的巨大冲击力使水轮机以每 分钟75转的速度转动起来，与水轮机在同一根 主轴上的发电机也以同样的速度转动起来，即 可发出强大的电力。
锅炉 汽轮机 发电机
升压变
线路
降压变
用户
～
电力网 供热 电力系统 动力系统（电能系统）
图1-2 示意图
1.2 发电厂
发电厂: 发电厂是电力wk.baidu.com统的 电源，它的作用是把不 同种类的一次能源转换 成电力。根据一次能源 的不同，可分为火力发 电厂、水力发电厂、核 动力发电厂和利用其它 能量发电的电厂。
• 对2020年的电源结构的规划设想是:在9.5 亿kW 中，煤电为6亿kW，占63% (电量3 万亿kWh，占4.3万亿kWh的70%)；水电 2亿kW，占21.1% (电量为7000亿kWh， 占16%)；另有抽水蓄能电站2500万kW， 占2.6%；核电4000万kW，占4.2% (电量 2600亿kWh，占6%)；气电7000万kW， 占7.3% (电量3000亿kWh，占7%)；新能 源1500万kW，占1.5% (电量400亿kWh， 占1%),
1.1.2 动力系统与电力系统的定义
1． 动力系统： • 转化、分配和应用电能及热能的全部 环节称为动力系统，包括锅炉、汽轮 机、发电机、核反应堆、输电线、热 力管道、电力变压器、电动机、电热 装置、换流装置等等。
2．电能系统： • 在动力系统中，生产、输送、转换的能 量主要部 分是电能的，称为电能系统。 3．电力系统： • 电能系统中的电气部分称为电力系统。 4．电力网： • 在电力系统中通常把发电机和用电之间 属于输电和配电的环节称为电力网。
3. 电气主接线 主接线的基本接线形式、发电厂和变电所主变压器 主接线的基本接线形式、 的选择、限制短路电流的方法， 的选择、限制短路电流的方法，各种类型主接线的 特点，主接线的设计原则和步骤，主接线设计举例。 特点，主接线的设计原则和步骤，主接线设计举例。 重点： 重点：带旁路母线的接线方式 难点： 难点：主接线的设计原则 4. 配电装置 配电装置的安全净距、屋内配电装置、 配电装置的安全净距、屋内配电装置、屋外配电装 成套配电装置、电气设施总平面布置。 置、成套配电装置、电气设施总平面布置。 重点： 重点：安全净距 难点： 难点：平面布置 5.二次线路（自学） 二次线路（ 二次线路 自学） 二次线路的基本概念、测量系统 二次线路的基本概念、
图1-6 火电厂电气系统示意图
1.2.3 发电厂类型 (1) 火电厂： 火电厂按原动机类型不同可分为汽轮机 发电厂、蒸汽机发电厂、燃气轮机发电厂 等。 凝汽式汽轮机发电厂电能生产过程： 燃料化学能 锅炉 热能 汽轮机 机械能 发电机 电能
(2) 水电厂 水电厂的基本能量转化过程： 水能 水轮机 机械能 发电机 电能
讲课内容
第一章 能源和发电（电力系统组成） 第二章 电气设备的原理与选择 第三章 电气主接线及设计 第四章 配电装置 第五章 二次回路（自学）
教学内容
1. 电能生产过程，电气系统的组成 电能生产过程， 重点：煤粉系统、汽水系统、 重点：煤粉系统、汽水系统、中性点运行方式 2. 电器的原理与选择 电弧的形成及熄灭， 电弧的形成及熄灭，高压断路器的运行原理与 选择，电流互感器的原理与选择、 选择，电流互感器的原理与选择、电压互感器 的原理与选择，限流电抗器的原理与选择。 的原理与选择，限流电抗器的原理与选择。 重点： 重点：互感器的原理和选择 难点： 难点：电弧的形成及熄灭
考试方法
1、研讨成绩 （90％） 2、平时成绩（10％）
第一章 能源和发电
1.1 绪论
• 能量是物质运动的量度，能量有许多 形式，如机械能、热能、化学能。 • 电能是相应于电磁运动的能量形式。 • 不同形式的能量可相互转换。
1.1.1 能和能源
1. 电能的特点： 电能的特点： • ⑴电能可以方便地由其它能量形式转化而来，也可以简便 地转化成其他形式的能量。 • ⑵电能便于大规模生产、输送、分配、并且价格低廉。 • ⑶ 电能的生产、输送、分配、控制及测量等各环节容易实 现自动控制。
1.2.1火电厂的电能生产过程
• 燃烧系统——燃料的化学能在锅炉里燃烧 变为热能，加热锅炉中的水——蒸汽。 • 汽水系统——锅炉产生的蒸汽进入汽轮机， 冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机 械能。 • 电气系统——汽轮机旋转的转子带动发电 机旋转，把机械能变为电能。
燃烧系统——汽水系统——电气系统
（4）风力发电厂
风力发电机＋充电器＋ 数字逆变器。风力发电机由 机头、转体、尾翼、叶片组 成。每一部分都很重要，各 部分功能为：叶片用来接受 风力并通过机头转为电能； 尾翼使叶片始终对着来风的 方向从而获得最大的风能； 转体能使机头灵活地转动以 实现尾翼调整方向的功能； 机头的转子是永磁体，定子 绕组切割磁力线产生电能。
2. 能源的分类： • 一次能源：指以现成的形式存在于自然界的能源。 • 二次能源：指由一次能源直接或间接转换而来的其 它形式的能源或人工制造的能源。 电能属于二次能源。常用的用来发电的一次能源有： 燃料化学能、水能、核能等。还可继续开发的发电 能源，如潮汐发电、太阳能发电、风力发电等。
我国电力工业发展概况
水电厂可分为坝式水电厂、引水式（山 水电厂可分为坝式水电厂、引水式（ 区水流很急）电厂及混合式水电厂。 区水流很急）电厂及混合式水电厂。
• 长江三峡工程是世界上最大的水电站。 三峡水电站左岸厂房安装14台水轮发电机组， 右岸厂房安装12台，总共装机26台；单机容量 70万千瓦， 装机总容 量为1820 万千瓦。 多年平均 年发电量 为846.8 亿千瓦时。
我国今后电力工业发展方向
• 在电源结构调整上要坚持优化火电结构、优先发展 水电、适当发展核电、积极利用新能源的方针 • 要大力抓好大电厂、大容量、高参数、高效率大机 组的建设 • 大力加强主电网的建设，形成坚强的电力网络结构， 加快城市和农村电网的建设和技术改造。开拓电力 销售市场 • 继续加强现有6个跨省电网，发展省一级电网并注 意发展系统间的互联，逐步形成全国的联合电能系 统
一回路系统 把反应堆1用 把反应堆 用 主管道5与主 主管道 与主 泵3、蒸汽发 、 生器2、 生器 、稳压 器4连接在一 连接在一 起，就构成 核电厂一回 路系统， 路系统，即 核蒸汽供应 系统。 系统。
田湾核电站工程
田湾核电站工程是依据中俄两国政府协议,在核能 领域进行的高科技合作项目,是列入我国“九五”计 划的重点工程之一。 厂址位于江苏省连 云港市连云区田湾， 厂区按4台百万千瓦 级核电机组规划， 并留有再建2至4台 的余地。一期建设 2台单机容量106万 千瓦压水堆核电机组。
1.我国有丰富的煤炭、石油和水力资源，这为我国电力工业的发 展提供了条件。 2.1882年上海建立第一个发电厂，容量12kW 。 3.1949年达到185万kW; 到2008年的7亿kW。(全国发电装机 继2006年底突破6亿千瓦之后，在不到一年的时间里，又迈 上7亿千瓦台阶。据统计，自2002年至2007年五年间，我国 新增发电装机规模约 3.5亿千瓦，相当于建 国至2002年50多年的 总和。） 4 形成了华北、东北、 华东、华中、西北和 南方互联等6个跨省大 网，2个独立省电网 (海南、西藏)和西南 弱联系的跨省电网。
风力发电机因风量不稳定，故其输出的 是13～25V变化的交流电，须经充电器整流， 再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电 能变成化学能。然后用有保护电路的逆变 电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V 市电，才能保证稳定使用。
风力发电机将风轮传来的机械能利用电磁感应原理转换成电 能，分为异步发电机和同步发电机两种，风力发电组中的发电机 一般采用异步发电机。异步发电机的转速取决于电网的频率，只 能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮箱高速 输出轴转速达到异步电动机同步转速时，机组并入电网，向电网 送电，风速继续增加，发电机转速也略微升高，增加输出功率。 达到额定风速后，由于风轮的调节，稳定在额定功率不再增加。 反之风速减小，发电机转速低于同步转速时，则从电网吸收电能， 处于电动机状态，经过适当延时后应脱离电网。对于定桨距风力 发电机组，一般还采用单绕组双速异步发电机。
• 广州抽水蓄能电站
广州抽水蓄能电站总装机容量240万kW，是中国第一座也是目 前世界上最大的抽水蓄能电站。 抽水蓄能电站的主要作用是调峰和填谷等。
电站位于广州市北东方向90 km的流溪河 上游。上、下水库均系利用天然库盆，上库 集雨面积5 km2，库容 2408 万m3；下库集雨 面积13 km2，库容2348 万m3，两库水平距离3 km，落差500 m（H／L=l／6）， 总装机8台， 采用30万kW容量可逆式高参数抽水蓄能机组， 设计水头535m，额定转速500r／min，组成一 洞四机布置的地下或引水厂房系统。引水道 全长分别为3785m（一期）、4407m（二期）， 均设置上、下游调压井。 电站以500 kV出线 接入广东电网。
• 西藏的羊卓雍湖水电站 西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站，位于西藏自治区浪卡子县和贡嘎 县内， 电站上库为羊卓雍湖，下库为雅鲁藏布江。电站装机容量 11.25万千瓦，年发电量1.0412亿千瓦时，引水隧洞全长 5,883.103米，压力钢管全长3，044.764米，最大水头840米， 是我国目前 海拔最高、 水头最高、 隧洞最长、 西藏自治区境内 装机容量最大、 自动化水平最先进 的抽水蓄能电站。
图1-3. 凝气式火电厂电能生产示意图
火电厂的电能生产过程－燃烧系统
运煤系统 磨煤系统 燃烧系统
风烟系统 灰渣系统
图1-4 火电厂燃烧系统流程示意图
火电厂的电能生产过程－汽水系统
• 给水系统 • 补充给水系 统 • 循环水系统
图1-5 火电厂汽水系统流程示意图
火电厂的电能生产过程－电气系统 • 发电机 • 励磁装置 • 厂用电系统 • 升压变电站
• 江苏宜兴抽水蓄能电站 江苏宜兴抽水蓄能电站工程位于江苏省宜兴市西南郊铜官山山 区，电站下水库距宜兴市区约8.5km，电站枢纽部分由上水库、 下水库、输水系统、厂房、开关站等建筑物组成，电站装机规模 1000MW，工程投资47.77亿元。
核电厂: (3) 核电厂:
核电厂的基本能量转化过程: 核电厂的基本能量转化过程: 重核裂变能 核蒸汽发生系统 热能 汽轮机 机械能 发电机 电能 一公斤的U 释放出的能量有8 焦耳） 一公斤的 U235 释放出的能量有 8×1013 （ 焦耳 ） ， 一吨标准煤释放出的能量有3 焦耳） 因此， 一吨标准煤释放出的能量有3×1010 （焦耳），因此， 一公斤的U 释放出的能量相当于2667 2667吨标准煤释放 一公斤的U235释放出的能量相当于2667吨标准煤释放 出的能量。 出的能量。 以理论计算， 每千瓦时煤耗400 400克 以理论计算 ， 每千瓦时煤耗 400 克 ， 一公斤的铀 可发电6250000千瓦时。 6250000千瓦时 可发电6250000千瓦时。
发电厂电气部分
东南大学电气工程学院 2010年8月
指导思想
• 本课程是在先修“电路”和“电机学”基 础上，为全面学好专业理论课程准备的基 本知识课，也是电气专业人士必须具备的 最基本的知识。 • 本课程涉及到的一些计算及短路理论，主 要在“电能系统基础”课程中学习
参考书籍
• 范锡普主编．发电厂电气部分．第2 版．中国电力出版社，1995 • 华中工学院主编．发电厂电气部 分．电力工业出版社，1980 • 姚春球. 发电厂电气部分 第1版 电 力出版社