发电厂基本知识及发电机继电保护

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图1—1
凝汽式火电厂
1—锅炉； 2 蒸汽过热器； 3—汽轮机高压段； 4—中间蒸汽过热器； 5—汽 轮机低压段；6—凝汽器；7—凝结水泵；8—给水泵；9—发电机；10—主 变压器；11—断路器；12—主母线；13—站用变压器；14—厂用电高压母 线
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图1—2 热电厂的生产过程 1— 锅炉；2蒸汽过热器；3—汽轮机高压段；4—生产抽汽；5—汽 轮机低压段； 6— 凝汽器； 7—凝结水泵； 8—给水泵； 9—发电机； 10—主变压器；11—供热抽汽；12—蒸汽加热器；13—供热泵


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主要生产过程简述
储存在储煤场(或储煤罐)中的原煤由输煤设备从储煤 场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤机中磨成煤 粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储 存(仓储式锅炉)。煤粉仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的 喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧(直吹式锅炉将煤粉分离 后直接送入炉膛)。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四 周水冷壁管内的水加热成汽水混合物。混合物被锅炉汽包 内的汽水分离器进行分离,分离出的水经下降管送到水冷 壁管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定 温度和压力的过热蒸汽,经管道送到汽轮机作功。过热蒸 汽在汽轮机内作功推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发 电,发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变 压器什压后引出送到电网。在汽轮机内作完功的过热蒸汽 被凝汽器冷却成凝结水,凝结水经凝结泵送到低压加热器 加热,然后送到除氧器除氧,再经给水泵送到高压加热器加 热后,送到锅炉继续进行热力循环。再热式机组采用中间 再热过程,即把在汽轮机高压缸做功之后的蒸汽,送到锅炉 的再热器重新加热,使汽温提高到一定(或初蒸汽)温度后, 送到汽轮机中压缸继续做功。
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汽轮机本体 汽轮机本体（steam turbine proper）是完成 蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分， 即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系 统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组 成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和 转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔 板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包 括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部 分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸 汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高 压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封 系统。
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锅炉本体
锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之 一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为 热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量 和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、 汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接 管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为 “锅炉本体”。
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炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的 过程。 燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定 的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合， 达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流 燃烧器两大类。
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发电厂基本知识及发电机继电保护
（内部培训）
许继发电部
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题纲
一、发电厂的基本形式 二、火力发电厂运行 三、汽轮发电机的结构及工作原理 四、水轮发电机的结构及工作原理
五、发电机励磁系统
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发电厂基本型式、电能质量与供电可靠性
一、发电厂 基本型式
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基本原理

电磁感应理论：任何变化的电场都要在其周围空 间产生磁场，任何变化的磁场都要在其周围空间 产生电场。 热力学第一定律：热可以变为功，功也可以变为 热，消耗一定热量时，必产生相当数量的功，消 耗一定量的功时，必出现相应数量的热。 热力学第二定律：高温物体的热能可以自动传递 给低温物体，而低温物体的热能却不能自动地传 递给高温物体。机械能可以自动转化为热能，而 热能却不能自动转化为机械能。

按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类：自然循环锅炉、 强制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉。
按锅炉的整体布置分类：∏型结构锅炉、箱型结构锅炉、 塔型结构锅炉。

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火力发电厂中的锅炉按水循环方式可分为自然循环,强制 循环,直流锅炉三种类型。 依靠工质的重度差而产生的循环 流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称 为强制循环。 自然循环形成:汽包、下降管、下联箱和上升 管(即水泠壁)组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内 受热铲生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在炉外不受 热,管中是水,其重度大,两者重度差就产生推动力,水沿下降管 向下流动,而汽水混合物则沿上升管向上流动,这样就形成水 的自然循环流动。 强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同, 它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循环泵,作为增强汽 水循环的动力。 直流炉的结构与自然循环锅炉结构不同,它 没有汽包,是依靠给水泵压力使工质锅炉受热面管子中依次经 过省煤器,蒸发受热面和过热器一次将水全部加热成为过热蒸 汽。现在一般只宜用于亚临界,超临界压力锅炉。 强制循环 锅炉与自然循环锅炉比较: 优点:可适用于亚临界、超临界压 力;由于工质在受热面中是强制流动,因而受热面的布置较灵 活,受热均匀水循环好;起停炉快;水冷壁可使小管径、薄管壁 (压力准许),相对汽包容积减小,节省钢材。 缺点:加装循环泵, 系统复杂,投资高,检修困难。



其它辅助系统：包括燃油系统、吹灰系统、火检系统、除 灰除渣系统等，具体功能不做介绍。
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一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式 风机。


送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧 风，维持燃料充分燃烧。
引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完 成烟气及空气的热交换。 磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及 干燥。 空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧 所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空 气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式 和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元 件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系 数在8～10％。
四、电力负荷供电可靠性分类及要求
生安全、巨大损失 I类：供电中断，损害人 产 分 II类：供电中断，大量减 III类：可停电
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五、电力网额定电压等级
0.38/0.22KV、3KV、6KV、10KV、110KV、220KV、 330KV、500KV、750KV等。
承担系统基荷 6500 小时 设备利用小时数大于 污染降低 应为发展前景，但安全 性问题突出，不宜建在 人口稠密， 地震活动地区
如发电、航运、灌溉 综合利用水资源项目， 担尖峰负荷 丰水期满载、枯水期承 水 启动、停运快速 电 1500 至3000 小时 调峰电站 站 设备利用小时数低 至6000 小时 基荷5000 水工建筑工程量大，建 设周期长 发电成本低
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三、电能质量的标准
1 ．衡量指标 U n 5%U n，极限U n 10%U n 电压：正常允许
49.5HZ至50.5HZ 频率： 波形畸变率：小于 3%
2．电能质量基本标准
电压偏移、电压变化摆幅，电压摇摆剂量、电压波形的非正弦系 数、n次谐波分量系数、负序电压系数、另序电压系数、频率偏移， 电压塌陷时间、脉冲电压及其持续时间
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锅炉主要系统

汽水系统：锅炉的汽水系统的主要功用是接受燃料的热能， 提升介质的热势能，增压增温，完成介质的状态转换。 烟风系统：提供锅炉燃烧的氧气，带动干燥的燃料进入炉 膛，维持炉膛风压以稳定燃烧。 制粉系统：完成燃料的磨碎、干燥。使之形成具有一定细 度和干燥度的燃料，并送入炉膛。
六、电气部分概述
（一）一次接线
对用户供电的电路部分 ：对外主接线；对内厂用电接 线
（二）二次接线： 保证一次接线安全、可靠、优质、经济地运行，对一 次接线中的设备实施测量、信号、控制、调节的电路 部分。
例如：断路器控制回路、中央音响信号回路等。
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（三）电气设备额定电压
用电设备额定电压=电力网额定电压 发电机： UGn 1.05U n 升压变压器： 当 U d %7.5 U1n 1.05U n
wk.baidu.com
U 2n 1.1U n
U d %7.5
取法同升压变
U 2n 1.05U n
降压变压器：U1n U n
U 2n
（四）配电设备分类及符号
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发电机
断路器
电抗器 避雷器 熔断器 电流互感器
隔离开关
变压器
还有电压互感器、电缆、母线、绝缘子及四种常见低压开关电器 等
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抽水蓄能电站：实质相当一个极大容量的交流蓄电装置， 改善系统运行调度。
具有上、下库 动水泵机组（可合二为 一） 具有水轮发电机组，电 低谷负荷时提水 系统高峰负荷时发电， 保证大型热电机组，核 电机组较为平整的负荷 曲线，经济效益提高
二、变电站基本型式
发电厂的变电站，既主 变升压站 枢纽变电站：U max，S max联络系统大用户、大电 厂，与远方系统连 电力网的变电站 区域变电站：对一大区 域供电，高压进线来自 枢纽变、大电厂 配电变电站：对一小区 域或较大容量工厂供电 ，常为 110KV
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汽机主要系统

主蒸汽系统：吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做 功介质通过的系统。


再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。
回热抽汽系统：尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。
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轴封系统：防止汽轮机内部高压蒸汽向外泄露，保证汽轮机效率，保持真空 系统严密性。
真空系统：维持汽轮机的低背压和凝汽器真空。 凝结水系统：将凝结水输送到除氧器，完成加热、除氧、化学处理和剔除杂 质。
1—堰；2—引水渠；3—压力水管；4—厂房
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110KV升压站
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火力发电厂概述 火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能 发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能 转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件， 以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物 和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸汽 动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几 种类型.
火电厂、核电站、水电站、风力电站、潮汐电站等
单机容量60万千瓦 在系统中占主要地位 承担基荷 设备利用时间数大于 5000 时/年 环境污染
火 电 厂
凝气式电站蒸汽仅用于发电，而热力化电站蒸汽除发电外， 一部分还用来供热 （生产、采暖、通风、热水）
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原 子 能 电 站
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图1—7 核电厂简要生产过程 1—核反应堆；2—蒸汽发生器；3—水管；4—过滤器；5—循环 水泵；6—水泵
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图1—3 坝后式水电厂 1—坝；2—压力钢管；3—厂房
图1—4 河床式水电厂 1—进水口；2—厂房；3—溢流坝
图1—5 径流式水电厂
图1—6 抽水蓄能电站 1—压力水管；2—厂房；3—坝
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锅炉主要设备

按锅炉的蒸汽压力：可将锅炉分为低压锅炉（压力小于 2.45MPa），中压锅炉（压力2.94～4. 90MPa），高压锅 炉（压力7.84～10. 8MPa），超高压锅炉（压力11.8～ 14. 7MPa），亚临界锅炉（压力15.7～19. 6MPa），超 临界锅炉（压力22. 1MPa），超超临界锅炉（压力30～ 31MPa）。