发电厂及变电站电气设备第1章

第1 章绪论

教学要求：了解我国电力工业发展概况：掌握电力系统基本概念及发电厂、变电站常见类型；

了解发电厂、变电站常用电气设备；掌握额定电压确定方法。

1.1电力工业发展概况及前景

电力工业是国民经济一项基础工业和国民经济发展先行产业, 它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源工业，它为国民经济其他各部门快速、稳定发展提供足够动力，其发展水平是反映国家经济发达程序重要标志。

中国电力工业从1982年有电以来，至今已经走过100多年发展历程。建国前67年间，民不聊生，百废待兴，电力工业发展步履蹒跚，发展缓慢。从1882年在上海建立第一个火电厂，1912年在昆明滇池石龙坝建立第一座水电站开始，至1949年全国解放，多年来全国总装机容量仅增至185kw，年发电量43亿kw．h，居世界第25位；110kV电压等级电力系统仅东北有两个，总容量不超过72kW。发电厂大部分集中在东北和沿海城市，设备陈旧，类型庞杂，规格极不统一，效率低，安全可靠性很差。

新中国成立后，人民扬眉吐气、经济蒸蒸日上，电力工业大步前进，快速发展。到1978年，在不到30年时间里，全国发电装机容量达到5712万kw，年发电量达到2566亿kwh，分别比1949年增长了29.9倍和58.7倍，装机容量和发电量分别跃居世界第8位和第7位。电网也初具规模，建成了330kv和220kv输电线路535km和22672km。改革开放之后电力工业加快了发展步伐，1987年全国发电装机容量实现了历史性突破，达到了1亿kw，此后，电力工业连续每年新投产发电机组都超过1000万kw，从1987年后仅用7年时间到1995年3月，全国发电装机容量翻了一番，跨上了2亿kw台阶，1995年后又仅用5年时间到2000年，全国发电装机容量又跨上了3亿kw台阶。这期间，我国发电装机容量和发电量先后跃过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本等发达国家和经济大国，于1996年底跃居世界第2位，仅次于美国。截止2001年底，全国发电装机容量和发电量分别达到3.3861亿kw和14839亿kwh(不含台湾和港澳地区),成为一个世界电力大国。

从1988年至2001年这十多年间,我国电力工业得到了飞速发展,大区联网和西电东送联网建设不断加强，相应城乡电网也得到了改造和加强，到2001年底，我国220kv及以上线路达到17.66万km，变电容量达到4.73亿kvA。针对我国能源结构实际情况，我国电源发展实施了“优先开发水电，大力发展火电，适当发展核电，积极发展新能源发电”方针，使电源发展呈现多种能源互补格局。到2001年底，全国水电装机达到8301万kw，火电达到25314万kw，核电达到210万kw，风力和新能源发电达到37万kw。在水电方面，我国取得了骄人成绩，有许多世界之最，1994年12月开工建设长江三峡工程是世界上最大电站，总装机容量为18200MW,是目前世界上最大巴西伊泰普水电站1.4倍；已建成装机容量为240万kw 广州抽水蓄能电站是世界最大抽水蓄能电站；西藏羊卓雍湖水电站是世界上海拔最高电站。

目前，我国电力工业已开始进入“大机组”、“大电网”、“超高压”、“高自动化”发展新阶段，科技水平不断提高,调度自动化、光纤通信、计算机控制等高新技术，已在电力系统中得到了广泛应用。现在,我国已经掌握了先进30万kw，50万kw和超临界60万kw火电机

组、100万kw级核电机组和500kV交直流输变电工程设计、施工、调试和运行技术，掌握了180m级各类大坝筑坝技术，大型电站设计，施工技术；各大电网计算机监控调度系统进入实用化阶段，电网运行和调度实现了自动化，现代化。展望21世纪中国电力，我们坚信：中国电力工业必将展现更加美好前景，中国一定能够成为世界电力强国。

1.2 电力系统基本概念

1.2.1 电力系统

为了提高供电可靠性和经济性，目前广泛地将分散于各地区众多发电厂用电力网连接起来并联工作，以期实现大容量、远距离输送，将电能输送到远方电力负荷中心。这些由发电厂、升压变电所、输电线路、降压变电所及电力用户所组成统一整体，称为电力系统。电力系统加上带动发电机转动动力装置构成整体称为动力系统。其中，由各类升压变电所、输电线路、降压变电所组成电能传输和分配网络称为电力网。动力系统、电力系统和电力网三者联系与区别如图1-1所示。

1.2.1.1 发电厂

发电厂是电力系统中心环节，它是把其他形式一次能源转变成二次能源一种特殊工厂。按其所用能源划分主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、风力发电站、潮汐发电站等，此外还有地热发电、太阳能发电、垃圾发电和沼气发电等。按发电厂规模和供电范围又可分为区域性发电厂、地方发电厂和自备专用发电厂等。

（1）火力发电厂。火力发电厂是利用煤、石油、天然气或油页岩等燃料化学能生产电能工厂。火力发电厂中原动机可以是凝汽式汽轮机、燃汽轮机或内燃机，我国大部分火力发电厂采用凝汽式汽轮发电机组，称为凝汽式火力发电厂。图1-2为凝汽式火力发电厂生产过程示意图，具体过程如下：首先通过燃烧将燃料化学能转变为热能，加热锅炉中水使之变成高温高压蒸汽，过热蒸汽经主蒸汽管进入汽轮机，推动汽轮机转子旋转，将热能转换为机械能，汽轮机带动联轴发电机旋转发电，将机械能转换为电能。在汽轮机内作完功蒸汽经凝汽器放出汽化热而凝结成水后，再送回锅炉，如此重复，循环使用。

由于凝汽式发电厂运行时需要将作过功蒸汽经凝汽器凝结成水，这样大量热量被循环水带走，所以热效率较低，只有30%~40%，宜建在燃料产地。

为了减少循环水带走热量以提高火力发电厂热效率，可将部分作过功蒸汽从汽轮机中段抽出直接供给热用户，这种既发电又供热火力发电厂称为热电厂，其效率可上升到60%~70%，一般建在大城市及工业区附近。

（2）水力发电厂。水力发电厂（通常称水电站）是利用江河水流水能生产电能工厂。它基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变为机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变为电能。水电站装机容量与水头、流量及水库容积有关。按集中落差方式，水电站一般分为堤坝式、引水式和混合式三种；按主厂房位置和结构又可分为坝后式、坝内式、河床式、地下式等数种；按运行方式则分为有调节水电站、无调节（径流式）水电站和抽水蓄能电站。抽水蓄能电站是一种特殊形式水力发电厂，由高落差上下水库和水轮机-发电机-抽水机可逆机组构成，可实现对电能调节，利用夜间用电低谷时或丰水期剩余电力，将下水库水抽回到上水库内储存能量，此时机组按电动机-水泵方式工作，待峰荷或枯水时，上水库放水释放能量发电，此时机组按水轮机-发电机方式工作。抽水蓄能电站可以作为调频、调相和作为系统备用容量，一般可与发电出力稳定核电厂配合使用。

（3）核电厂。核电厂是利用核能发电工厂，其发电过程与火力发电过程相似，不同是以核反应堆和蒸汽发生器代替了锅炉设备，如图1-3所示。在核反应堆中，铀在慢中子撞击下产生链式反应，使原子核分裂，放出巨大能量，核能转变为热能后将水变为高温高压蒸汽，进入蒸汽发生器内推动汽轮发电机组发电。核电厂能取得较大经济效益，所需原料极少，如一个百万千瓦电厂，火力发电厂一年约需300万吨燃料，而核电厂仅需30吨燃料。目前世界上已投入运行有200多座，预计今后核电站将成为主要电源之一.

除以上三种主要能源利用外，其他各种形式一次能源也都逐步得到了利用，如风力发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电、沼气发电等，生物发电、海水波浪发电，特别是卫星电站正在开发之中。

1.2.1.2 变电站

变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户中间环节。变电站有升压和降压之分。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。降压变电所通常运离发电厂而靠近负荷中心。根据变电站在电力系统中所处地位和作用，可分为：（1）枢纽变电站。枢纽变电站位于电力系统枢纽点，电压等级一般为330KV及以上，