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NorthChinaElectricPowerUniversityDepartmentofElectricalEngineering发电厂电气部分ElectricalSystemsofPowerPlant电气教研室赵志英机电学院课程简介发电厂电气部分一门重要的电力系统专业课课程主要讲述发电厂（变电站）一次系统的构成、设计及运行方面的基本理论和基本计算方法；同时讲述二次系统的基本原理及其控制与信号系统。特点：没有较复杂的理论推导和计算，与实际联系较密切，偏重工程应用。课程简介发电厂电气部分电气主接线和厂用电接线配电装置—电器的组合及布置测量、控制与信号的构成及工作原理—二次系统高压断路器（开关电器）运行导体的发热、电动力的计算同步发电机的运行变压器的运行讲课方式•掌握基本理论，侧重工程应用•辅助教学手段：录像、模型、图片•以讲为主，自学为辅•倡导讨论、提出建议参考资料•《发电厂电气部分》戴宪滨•中国水利水电出版社•《发电厂变电所电气部分》刘宝贵等•中国电力出版社•《发电厂电气部分》姚春球•中国电力出版社第一章电力系统的基本概念1.电力系统的概念和组成3.发电厂概述4.电压变换和电能传输5.我国电力工业发展概况2.能源和电能第一节电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第一节电力系统的概念和组成电力系统由发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费）第二节能源和电能•世界是由物质构成的，是客观存在的；能量是物质的属性，是一切物质运动的动力。•能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形态转换到另一种形态，并且遵守能量守恒定律。第二节能源和电能电能的优点：•便于大规模生产和远距离输送•方便转换和易于控制•损耗小•效率高•无气体和噪声污染到目前为止，人类所认识的能量形式有：1.机械能2.热能3.化学能4.辐射能5.核能6.电能能源分类1.按获得的方式分⑴一次能源自然界中现成存在，可直接取得和利用而不改变其本形态的能源例如：煤、石油、天然气、水能、风能等⑵二次能源由一次能源经加工转换成的另一种形态的能源例如：电力、蒸汽、煤气、焦碳、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源能源分类2.按被利用的程度分⑴常规能源在一定的历史时期和科学技术水平下，已经被人们广泛利用的能源例如煤、石油、天然气、水能等⑵新能源古老的能源采用先进的方法加以广泛利用，以及用新发展的技术开发的能源例如太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核能等能源分类3.按能否再生分⑴可再生能源自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源例如水能、风能、太阳能、海洋能等⑵非再生能源随人类的利用而越来越少，总有枯竭之时的能源例如煤、石油、天然气、核燃料等能源分类4.按能源本身的性质分⑴含能体能源可以直接储存的能源例如：煤、石油、天然气、核燃料、地热、氢能等⑵过程性能源无法直接储存的能源例如：水能、风能、海洋能、电能等能源分类5.按对环境的污染程度分⑴清洁能源对环境无污染或污染很少的能源如太阳能、水能、海洋能等⑵非清洁能源对环境污染较大的能源如煤、石油等第三节发电厂概述发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。根据所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。第三节发电厂概述一、火力发电厂1.一次能源（燃料）•主要是煤，还有石油、天然气。2.主要设备•锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。3.生产过程•燃料在锅炉里燃烧→使水变成蒸汽→推动汽轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机产生电能•化学能→热能→机械能→电能第三节发电厂概述第三节发电厂概述一、火力发电第三节发电厂概述第三节发电厂概述•燃煤发电厂•燃油发电厂•燃气发电厂•余热发电厂•垃圾发电厂•工业废料发电厂4.类型(1)按燃料分第三节发电厂概述•中低压发电厂，PN25MW；•高压发电厂，PN100MW；•超高压发电厂，PN200MW；•亚临界压力发电厂，PN=300~1000MW；•超临界压力发电厂，PN=600、800MW及以上。4.类型(2)按蒸汽压力和温度分第三节发电厂概述•凝汽式汽轮机发电厂•燃气轮机发电厂•内燃机发电厂•蒸汽—燃气轮机发电厂4.类型(3)按原动机分第三节发电厂概述火电厂凝汽式—效率低（37~40%）、容量大，坑口电厂热电厂—效率高（67~70%）、容量小，城市区优点：一次投资较小；建设周期较短缺点：发电成本高；对环境有污染4.类型(4)按输出能源分第三节发电厂概述二、水力发电厂1.一次能源•水的位能或动能2.主要设备•压力水管、水轮机、发电机3.生产过程•高处的水经压力水管→推动水轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机发出电能•位能或动能→机械能→电能第三节发电厂概述水电厂4.类型堤坝式坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）引水式：河床坡度较大时混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂第三节发电厂概述(1)堤坝式水电厂（坝后式）第三节发电厂概述(1)堤坝式水电厂（河床式）第三节发电厂概述(2)引水式水电厂：第三节发电厂概述(3)抽水蓄能式水电厂：工作原理：以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。在电力系统负荷低谷时，抽水，蓄能；在电力系统负荷高峰时，放水，发电。用于电网的调峰、填谷、备用、调频、调相。第三节发电厂概述三峡电站第三节发电厂概述三峡电站第三节发电厂概述第三节发电厂概述三峡电站第三节发电厂概述总投资603.3亿元、总工期12年两个月、装机容量1260万千瓦的中国第二大水站——溪洛渡水电站，已于2006年正式开工。长江上再建两个三峡工程的计划已经启动。将在长江上游金沙江河段兴建溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。这4座电站的总装机容量达3850万千瓦，总装机容量和总发电量都超过两个三峡工程。已探明的最大水电站在雅鲁藏布的墨脱，可装机4380万KW第三节发电厂概述优点：发电成本低；对环境没有污染；运行灵活方便；可防洪、灌溉、航运等。缺点：一次投资大；建设周期长；受水文气象影响；淹没土地、移民搬迁等。第三节发电厂概述三、核电厂1.一次能源•核能（核蒸汽发生系统代替锅炉生产蒸汽系统）2.主要设备•核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机3.生产过程•核燃料在核反应堆中裂变产生热能→产生蒸汽→推动汽轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机发出电能•原子能→热能→机械能→电能第三节发电厂概述核能裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）反应堆热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击。快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能中子撞击，效率高。第三节发电厂概述按减速剂分轻水堆（86%）压力堆（PWR）：3/4沸水堆（BWR）重水堆石墨冷却堆我国秦山（30+2*60+2*70万kW）国家自己设计制造大亚湾（2*90万kW）引进技术第三节发电厂概述三、核电厂第三节发电厂概述三、核电厂第三节发电厂概述优点：可节省煤、石油和天然气及运输费用；无需空气助燃，可建在地下、水下、山上；核电比火电寿命长30年。缺点：投资大；核电：1.1~1.65万元/kw；火电：4000元/kw建设周期长。核电70个月；火电：30个月第三节发电厂概述四、新能源发电（一）风力发电叶片风力机升速齿轮发电机特点：可再生能源，绿色能源；过程性能源，不能直接存储，具有随机性；技术要求高。第二节发电厂概述第二节发电厂概述第二节发电厂概述第三节发电厂概述（二）太阳能发电太阳能光热发电太阳能光发电用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电用光电池直接把太阳能转化为电能第三节发电厂概述（三）其它形式发电•潮汐发电：法国240MW•地热发电：美国加州旧金山400MW•生物发电•氢能发电•垃圾发电•……第三节发电厂概述我国的能源结构极不合理73.6025.81.6火电水电核电其它4.34.525.965.5目前电源配置情况2020年电源配置情况第三节发电厂概述二、电源构成及展望燃料电池、太阳光、太阳能（分散型）—21世纪新能源热核反应—不使用放射性材料的核能，2030年后实用化2050年时，电力供应是现在的2~3倍（15000亿KW.h)核能约占54%，燃料电池等分散型电源和电力储存系统约占15%~20%第四节电压变换和电能传输一、电压变换电力变压器3cosAPtUIt升高或降低电压将不同电压等级的电网相连系利用电磁感应作用，把一种电压的交流电能变换成频率向同的另一种电压的交流电能。第四节电压变换和电能传输五、电压等级的电压等级的划分电压等级的电压等级的划分100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压(HV)：35~220kV；超高压(EHV)：330~750kV；特高压(UHV)：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：±600kV及以下；特高压直流（UHVDC）：±600kV以上，包括±750kV和±800kV。第四节电压变换和电能传输电力系统由发电厂、变电所、线路和用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节。根据变电所在电力系统中的地位，变电所可分成四类：1.枢纽变电所•位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，电压等级多为330~500kV。•全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。第四节电压变换和电能传输•高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2~3个电源，电压为220~330kV，同时又降压供给当地用户。•全所停电后，将引起区域电网解列。2.中间变电站第四节电压变换和电能传输•高压侧电压一般为110~220kV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。•全所停电后，仅使该地区中断供电。•在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电所。•全所停电后，只是用户受到损失。3.地区变电站4.终端变电站第四节电压变换和电能传输二、电能传输电能传输交流输电方式变电所比换流站造价低；不会产生谐波；熄弧比较容易。直流输电方式线路造价低，运行费用低；不需要串、并联补偿；直流输电不存在稳定性问题；可以限制互联系统的短路容量输电线路：架空线路电缆线路第四节电压变换和电能传输第四节电压变换和电能传输电网图第四节电压变换和电能传输三、输电网络厂网分家前电网组成第四节电压变换和电能传输重新组合后的大区电网图第四节电压变换和电能传输电力体制改革方案：1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团)两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；５家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；４家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。第五节我国电力工业发展概况第一个发电厂：1882年7月26日上海电气公司12kW以蒸汽机带动的直流发电机从电厂到外滩，沿街架线，供给照明用电第一个水电厂：1912年5月28日云南昆明附近石龙坝水电厂装有2台240kW水轮发电机组1．中国电力工业的起点050001000015000200002500030000350004000045000500001949198019851990199520002005装机容量年发电量第五节我国电力工业发展概况装机容量1856587850013789217223190050841万kW年发电量43300639506213100691368524747亿kW·h世界排名21/258/643/22/22装机容量及发电量的增长第五节我国电力工业发展概况2．装机容量及发电量的增长截至2007年底，总装机容量为71329万kW，火电：55442万kW，占77.73％；水电：14526万kW，