发电厂电气部分

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资源描述

发电厂电气部分一、发电厂类型1、火力大电厂:是指用煤(包括用油和天然气等)为燃料的发电厂。包括凝汽式发电厂和热电厂。——凝汽式火电厂:锅炉产生蒸汽,送到汽轮机,带动发电机产生电能。已作过功的蒸汽,排入凝汽器中冷却成水,又重新送回锅炉。在凝汽器中,大量的热量被循环水带走,所以凝汽式火电厂的效率较低。一般只有30%~40%。——热电厂与凝汽式火电厂不同之处在于:汽轮机中一部分作过功的蒸汽,从中间段抽气供给用户,或经热交换器将水加热后,再把热水供给用户。现代热电厂的效率高达60%~70%。能量转换过程:化学能→蒸汽热能→机械能→电能2、水力发电厂:把水的位能和动能转变为电能。水电厂又可分为堤坝式、引水式等。1)堤坝式水电厂:在河床上游修建拦河坝,将水积蓄起来,抬高上游水位,形成发电水头,这种开发模式称为堤坝式。堤坝式水电厂又可分为坝后式和河床式两种。坝后式水电厂。这种水电厂的厂房建筑在坝的后面,全部水压由坝体承受。水库的水由压力水管引入厂房,转动水轮发电机发电。坝后式水电厂适合于高、中压水头的情况。河床式水电厂。这种水电厂的厂房和挡水堤坝联成一体,厂房也起挡水作用,因修建在河床中,故名河床式。水头一般在20~30m以下。2)引水式水电厂:水电厂建筑在山区水流湍急的河道上,或河床坡度较陡的地方,由引水渠道造成水头,而且一般不需修坝或只修低堰。3)另外,还有一种特殊形式的水电厂,叫做抽水蓄能电厂。抽水蓄能电厂中,有一种是单纯起蓄水作用的,然而更多的是即可蓄水又可发电。后者是当电力系统处于低负荷时,系统尚有多余电力,此时,机组以电动机-水泵方式工作,将下游水库的水抽至上游水库储存起来,使所蓄的水用于发电,以满足调峰的需要。此外,抽水蓄能电厂还可作调频、调相、系统备用容量和生产季节性电能等多种用途。3、核电厂:利用核裂变能转换为热能,再按火电厂的发电方式,将热能转换为电能。它的原子反应堆相当于锅炉,核反应堆中,除装有核燃料外,还以重水或高压水作为慢化剂和冷却剂,所以反应堆又可以分为重水堆、压水堆等。核反应堆内,铀-235在中子撞击下,使原子核发生裂变,产生巨大的能量,主要是以热能形式被高压水带至蒸汽发生器,在此产生蒸汽,送至汽轮发电机组。4、风力发电厂:将风能转化为电能。5、其他发电方式:潮汐发电、地热发电、太阳能发电等。二、发电厂电气设备简述:(一)电气一次设备:通常把生产和分配电能的设备,如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。1、生产和转换电能的设备——发电机将机械能转换成电能。——变压器将电压升高或降低,以满足输配电需要。——电动机将电能转换成机械能。2、接通或断开电路的开关电器——断路器、隔离开关、熔断器、接触器等,它们用于正常或事故时,将电路闭合或断开。3、限制故障电流和防御过电压的电器——有限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。4、载流导体——裸导线、电缆等,用于将有关电气设备连接起来。5、接地装置——无论是电力系统中性点的工作接地或是保护人身安全的保护接地,均同埋入地中的接地装置相连。(二)电气二次设备:对一次设备进行测量、控制、监视和保护用的。1、互感器——电压互感器和电流互感器,可将电路中的电压或电流降至较低值,供给仪表和保护装置使用。(一般情况,电压互感器二次侧电压为100V,电流互感器二次侧电流为1A或5A)2、测量表计——如电流表、电压表、有功功率表、无功功率表等,用于测量电路中的参数值。3、继电保护及自动装置——这些装置能迅速反应不正常情况并进行监控和调节,例如:用于断路器跳闸,将故障切除。4、直流电源设备——包括直流发电机、蓄电池等,供给控制、信号、保护、自动装置和事故照明的直流用电。上述各种电气设备,在发电厂中必须依照相应的技术要求连接起来。把发电机、变压器、断路器等电气设备按预期生产流程连成的电路,称为电气主接线。电气主接线表明电能送入和分配的关系以及运行方式。三、重点介绍的电气设备高压电气设备:设备对地电压在250V以上。低压电气设备:设备对地电压在250V及以下。(一)同步发电机1、同步发电机的工作原理:——简单说,同步发电机就是利用电磁感应原理工作的。磁场变化或导体切割磁场的磁力线,就会使磁场中的导体感应出电势。发电机的转子由原动机(汽轮机或水轮机等)带动旋转,当直流电经电刷、滑环通入转子线圈后,转子就会产生磁场(电生磁)。由于转子是在不停旋转着,所以这个磁场就成为一个旋转磁场,它和静止的定子线圈间形成相对运动,相当于定子线圈在不断地切割磁力线,于是在定子线圈中就会感应出电动势来(磁生电)。2、发电机的基本结构组成及作用:——发电机按结构特点划分,可划分为凸极式和隐极式或立式和卧式。大型汽轮发电机的基本结构一般为卧式布置的隐极式结构。它主要由定子机座、定子铁心、定子绕组、转子磁轭、主磁极、转子绕组、定子端盖、转子的集电环和大轴等主要部件组成。1)机座。发电机机座的作用主要是支撑和固定铁心、绕组等部件。整个铁心通过它安装并固定在基础上,而且还设置了作为冷却通风系统的风道和风室。机座的机壳和铁心背部间的空间是通风系统的一部分。氢冷发电机的氢冷器一般采用垂直放置,放在机座端部两侧位置。机座采用整体防振结构,包括内机座和外机座,内、外机座间装有弹性隔振装置。另外,机壳的防爆和密封性要求高,一般采用较厚的钢板。2)端盖。发电机端盖是用来保护定子端部绕组的,也是发电机密封的一个主要部分。为了安装和检修方便,端盖由水平方向分为两部分,并在上面设有停机检查人孔。同时,防爆和密封仍是对端盖的基本要求。3)定子铁心。发电机定子铁心是构成发电机磁回路和固定定子绕组的主要部件。它的质量与损耗在发电机的总质量和总损耗中占得比例很大。一般大型发电机定子铁心为发电机总质量的30%左右,铁损为发电机总损耗的15%左右。为了减少定子铁心磁滞和涡流损耗,定子常采用导磁率高、损耗小的硅钢片叠加而成。4)定子绕组。发电机定子绕组是由许多线棒连接而成的。每根线棒用铜线编织胶化成型后,包以绝缘带热压成型。每根线棒分直线部分和端部渐开线部分。直线部分放在槽内切割磁力线,是感应电动势的有效边。而端部则起连接作用,将各线棒按一定规律连接起来,构成发电机的定子绕组。5)转子。发电机的转子是发电机的主要部件之一,它主要由转子铁心、转子绕组、护环、中心环、集电环及风扇等部件组成。转子铁心一般采用具有良好导磁性能及具备足够机械强度的合金钢整体锻制而成。转子绕组一般采用铜或机械性能经过改善的铜银合金导体材料绕制而成。6)集电环俗称滑环,分为正负两个环。为了缩短轴支承点间的距离,减少集电环直径及圆周速度,集电环都装在发电机的轴承外侧。励磁电流由静止电刷通过旋转的集电环流入转子绕组。护环的作用是将转子的端部绕组压紧在转轴上,护环对转子绕组起着固定、保护,防止变形、位移、甩出的作用。其一端热套在转子本体上;另一端固定在中心环上,材料常选用能承受很大应力的高电阻、非磁性合金冷锻钢。大容量发电机转子采用悬式护环。中心环对护环起着固定、支持与轴同心的作用,也有防止端部绕组轴向位移的作用。其材料一般选用铬锰磁性锻钢。7)电刷及刷架。发电机电刷是励磁回路的一个组成部分。它可以将励磁电流经集电环传递到励磁绕组中。电刷的材料一般有三种:①石墨电刷;②电化石墨电刷;③金属石墨电刷。一台发电机组只能采用同一类型的一种电刷。发电机刷架是固定和支持刷握及电刷的,刷握起着定位电刷的作用。(二)变压器1、变压器的作用:——电力变压器是发电厂变电所的主要设备之一。在电力系统传送电能的过程中,必然会产生电压和功率的两部分损耗,在输送同一功率时电压损耗与电压成反比,功率损耗与电压的平方成反比,因此利用变压器提高电压,减少送电损失。2、变压器的基本原理:变压器是利用电磁感应原理来进行能量转换,其结构的主要部分是两个(或两个以上)互相绝缘的绕组,套在一个共同的铁心上,两个绕组之间通过磁场而耦合,但在电的方面没有直接联系,能量的转换以磁场作媒介。在两个绕组中,接到电源的一个称为一次绕组(也称原边),而接到负荷的一个称为二次绕组(也称副边)。当一次侧接到交流电源时,在外施电压作用下,一次绕组中通过交流电流,并在铁心中产生交变磁通,其频率和外施电压的频率一致,这个交变磁通同时交链一、二次绕组。根据电磁感应定律,交变磁通在一次、二次绕组中感应出相同频率的电动势,二次侧有了电动势便向负荷输出电能,实现了能量转换。利用变压器一次、二次绕组匝数的不同及各相绕组不同的连接法。可使一次、二次侧有不同的电压、电流和相数。3、变压器的分类:1)按相数来区分,变压器可以分为三相变压器和单相变压器,在三相电力系统中,一般应用三相变压器。当容量过大或受运输条件限制时,在三相电力系统中也可应用三台单相变压器连接成三相变压器组。2)按绕组数目来区分,变压器可以分为双绕组变压器和三绕组变压器,所谓双绕组变压器,即在一相铁心上套有两个绕组,一个为一次绕组,另一个为二次绕组。升压变压器的一次绕组是低压绕组,二次绕组是高压绕组,而降压变压器则反之。用以连接三种不同电压等级的变压器有三个绕组,称作三绕组变压器,例如在电力系统中,220、110和35kV之间有时就常采用三绕组变压器。3)按冷却介质来区分,变压器可分为油浸式变压器、干式变压器(空气冷却器)以及水冷式变压器。干式变压器多用在低电压、小容量或用在防火防爆的场所,而电压较高、容量较大的变压器多用油浸式,电力变压器大多采用油浸式变压器。油浸式变压器分为油浸自冷变压器、油浸风冷变压器和强油循环风冷变压器。4)为了发电厂厂用电的可靠性,大容量机组(单机容量200MW及以上)的厂用变压器常采用特殊结构的分裂绕组变压器。4、变压器的结构:1)铁心:铁心是变压器的磁路,为提高变压器磁路的导磁率,铁心材料采用高导磁性能的硅钢片。为减少交变磁通在铁心中引起的涡流损耗,铁心通常用0.28~0.35mm相互绝缘的硅钢片叠成铁心分为铁心柱和铁轭两部分,铁心柱上套绕组,铁轭将铁心柱连接起来,使之成为闭合磁路。2)绕组:绕组是变压器的电路部分,由铜或铝的绝缘导线绕成,电力变压器的高低压绕组在铁心柱上按同心圆筒的方式套装。一般情况下,将低压绕组放在里面靠近铁心处,以利于绝缘,把高压绕组放在外面,高、低压绕组间以及低压绕组与铁心柱之间留有绝缘间隙和散热通道。3)油箱油箱是油浸式变压器的外壳,是用钢板焊成的,器身就放置在油箱内。按变压器的容量的大小,油箱结构上有吊器身式和吊箱壳式两种。大容量变压器体积大质量大,都毫无例外地做成吊箱壳式,这种箱式犹如一只钟罩,故又称钟罩式油箱。当器身需要进行检修时,吊去外面钟罩形状的箱壳,即上节油箱,器身便全部暴露在外,可进行检修。显然吊箱比吊器身容易得多,不需要特别重型的起重设备。吊箱壳式变压器由上节油箱(钟罩式箱壳)、下节油箱和器身组成。箱壳上装有储油柜(又称油枕)。油浸式变压器的油箱内充满了变压器油,变压器油既起冷却作用,又起绝缘作用。油中如含杂质或水分,将降低油的绝缘性能,故要求油箱内的变压器油最好不与外界空气接触,为此需将油箱盖紧,但当油温变化时,油的体积会膨胀或收缩,从而引起油面升高或降低。对小型变压器一般采用预留空间的办法。对大中型变压器则采用储油柜,又称油枕。储油柜通过气体继电器(瓦斯继电器)的联通管与箱壳连通,其上部装有一个呼吸器,正常时,储油柜中一半是油,一半是空气,箱壳内总是充满变压器油。当油受热膨胀后,储油柜的油面上升,上半部的空气通过呼吸器排到外面大气中去;当冷却时,油面下降,外部空气通过呼吸器的管道又进入储油柜,油面随温度的变化自由升降,油与空气的接触面始终是储油柜的截面,减少了油与空气的接触面。呼吸器的下端装有能够吸收水分和杂质的物质,一般为硅胶。储油柜上装有全密封式的油位指示器。变压器装设储油柜后,还有利于装设气体继电器,当变压器油位过低或任何一部分因过热而使绝缘损坏,产生某些气体分解物时,气体继电器发出信号;当变压器内部发生严重故障时,有大量气体突然产生,气体继电器接通断路器的跳闸回路,将变压器退出运行。4)绝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