发电厂电气部分----绪论.ppt

我国电力工业发展概况 电力系统发展的前景 本课程的目的和任务 绪论 基本要求1 了解授课内容及其与相关课程间的联系2 了解电力系统的形成与发展以及我国电力工业的发展状况 交流优点 变压容易 电动机简单 便宜1893年 第一条三相交流输电线路在南加州建成 2300V 12km长 此后交流输电系统得到迅速推广 直流系统逐渐退出运营 直流优点 不存在系统同步稳定问题 可实现不同频率的系统间联网 电力电子技术的发展和器件价格的降低使得近年来直流输电有了大规模的发展 目前电网 大多为交直流混联电网 一 我国电力工业发展概况 世界电力工业发展回顾 中国电力工业的发展 最早的火力发电始于1882年 上海最早的水力发电始于1912年 云南省螳螂山石龙坝水电站 装机容量为2 240kW 1954年我国自行设计的第一回220KV松 丰满 东 虎石台变 李 李石寨变 建成投入运行 全长369 25公里 1972年建成第一回330KV线路 经甘肃泰安变电站到陕西关中汤峪变电站 全长524公里 1981年建成第一回500KV线路 平顶山 武汉 由河南姚孟电厂经双河向武汉送电 全长595公里 1989年建成第一回 500KV直流输电线路 由葛洲坝到上海 实现了华中电网与华东电网的互联 中国电力工业的成就 中国单机容量最大的汽轮发电机组 哈尔滨电机厂为江苏国电泰州电厂生产的1000MW超超临界汽轮发电机组 容量最大的火力发电厂 山东邹县发电厂容量 4 33 5 2 60 2 100 454万kW浙江华能玉环电厂 4 100 400万千瓦 是我国 863计划 中引进超超临界发电技术 实现国产化依托工程的国家重点建设项目 作为我国第一个超超临界机组建设项目 该工程总投资约156亿元 其四台机组连续顺利投产标志着中国已成功掌握目前世界先进的超超临界火力发电技术 中国单机容量最大的水轮发电机组 容量700MW 安装在三峡水力发电厂世界最大的水力发电厂 三峡装机容量26 70万千瓦 6 70万千瓦 地下电厂 2240万千瓦中国最大的核电发电机组 容量为1000MW 安装在岭澳 田湾核电厂 中国电力工业的成就 中国电力工业的成就 中国最高电压交流输电系统 2008年特高压试验工程1000kV晋东南 南阳 荆门工程投运最高电压等级直流输电系统 1988年建成葛洲坝到上海南桥的 500kV直流输电线路 2010年建设云广特高压直流 800kV输电工程 也是世界首个 800kV特高压直流输电工程 西北750kV输变电工程 云广 800kV直流输电工程 中国电力工业的成就 世界最大的水电厂目前我国最大的水力发电厂 也是世界上最大的水力发电厂是三峡水力发电厂装有32台单机容量为70万kW的水轮发电机组总装机容量1820万kW年均发电量847亿kW h三峡大坝采用混凝重力坝 坝高185m 坝长 轴线长 2309m 坝顶总长3035m 总投资约2039亿 我国电力工业现阶段的特点 P 三相线路的功率损耗 MW I 线路电流 A RL 单回线电阻 P 三相线路的输送功率 MW 导线电阻率 mm2 km l 导线长度 km S 导线截面积 mm2 cos 负荷功率因数 UN 三相线路的线电压 kv 输电技术全部发展史的特征就是不断提高线路电压 增大输送功率和输送距离 标志 20世纪60年代起电子技术引入 方向 大机组 大电厂 大系统 超高压交直流输电 高度自动化 我国电力工业现阶段的特点 节能减排 西电东送 南北互供 联合电力系统 超高压 大系统系统容量在 4 8 亿kw以上交流输电电压为500 750和1150kV直流为 500kV和 750kV大机组 大电厂火电厂容量 460 640 万kW 最大机组容量130 165万kW水电厂容量1260万kW 最大机组容量 70 80 万kW抽水蓄能电厂容量210万kW 最大机组容量45 7万kW核电厂容量 400 800 万kW 最大机组容量 100 145 万kW高度自动化以计算机为中心的安全监测和经济调度系统 实行功率和频率的自动调整 火电厂实行单元集中控制 水电厂和变电站实行无人值班和远方集中控制 联合电力系统1989年 500kV直流输电线路 葛洲坝到上海南桥 使华中与华东两大电力系统互联 是中国第一个跨大区的联合电力系统 2001年5月 东北 华北电网通过500kV姜 姜家营 绥 绥中 线互联2003年9月 华北 华中电网通过500kV辛 辛安 嘉 获嘉 线互联三峡工程建设实现了华中 川渝 华东和南方电网的互联 我国电网的发展规划 以三峡 26 700MW 建设为中心 首先形成中部电网 三峡电站将向华东 广东和华中送电 2010年左右将基本形成北 中 南三个跨区互联网络北部电网包括华北 东北 西北和山东电网 中部电网包括华中 华东 川渝和福建电网 南部电网包括广东 广西 云南 贵州 香港 澳门电网 2010 2020年期间将形成覆盖全国的统一联合电网 电力系统与发电厂的关系 电能的生产 火电 水电和核电 各种新能源电能的传输 交流架空线路或电缆直流输电电能的变换和分配 变电站电能的使用 各种形式的负荷将电能转换成其他形式的能源 电力系统 发电厂 枢纽变电站 中间变电站 地区变电站 终端变电站 电力工业的构成 图示电力系统 7 发电厂的电气系统 轻松一下 1 电能为何采用三相 50 60 Hz 正弦 交流电 2 你能说出几座大型发电厂的名字 直流与交流的辩论 EdisonvsWestinghouse DC支持者 交流电压高 危险 AC支持者 直流只能短距离供电直流电难以实现电压变换直流电机存在换向问题 1893年Tesla把交流电系统成功地应用于芝加哥的世界博览会 交流对直流之间的争论结束 交流系统胜利的主要原因 交流变压器容易变换电压和电流水平 为发电 输送和配电提供了灵活性 交流发电机比直流发电机简单 交流电动机比直流电动机简单且便宜得多 超高压直流输电的应用 优点 线路造价低 年运行费用省 没运行稳定问题 能限制短路电流 调节速度快 运行可靠 缺点 换流装置价格昂贵 消耗大量无功功率 产生谐波影响 缺乏直流断路器 电能为何采用三相 50 60 Hz 正弦 交流电 交流 与直流相比 开断电流容易 输送大功率 高压直流用于远距离输送大功率 连接不同频率或非同步运行的系统 向海岛送电等 正弦波 通过电器设备后波形基本还是正弦波 50 60HZ 过低 闪烁 过高 干扰强 损耗大 三相 三相设备经济 三相系统形成的旋转磁场是电动机工作的基础 我国主要的大型火力发电厂 石景山 大港 军粮城 盘山 陡河 邢台 张家口 华能上安 秦皇岛热电厂 西柏坡 大同二厂 神头一厂 神头二厂 漳泽 阳泉二厂 丰镇 通辽 元宝山 伊敏 达旗 托克托 清河 锦州 辽宁 铁岭 华能大连 绥中 双辽 富拉而基二厂 哈尔滨三发 牡丹江二厂 石洞口 吴泾 外高桥 望亭 谏壁 徐州 常熟 镇海 北仑港 平芋 邹县 邹县二厂 华能德州 十里泉 石横 秦岭 渭河 靖远 甘肃 大坝 宁夏 焦作 姚孟 洛河 汉川 湖北 阳逻 丰城 江西 华能福州 沙角A 沙角C 黄浦 妈湾 我国主要的大型水电厂 白山 松花江 水口 闵江 五强溪 沅水 葛洲坝 长江 三峡 长江 隔河岩 清江 广州抽水蓄能 流溪河支流 盐滩 红水河 二滩 雅砻江 天生桥 南盘江 漫湾 澜沧江 刘家峡 黄河 龙羊峡 李家峡 小浪底 龚咀 大渡河 我们学什么 发电厂 变电站 的电气部分的设计与运行 一 授课内容 发电厂电气部分 二 相关课程间的联系 第一章能源与发电 基本要求1 了解各类发电厂的生产过程2 掌握各类发电厂的特点 一 能源分类 一次能源 二次能源 电力 焦炭 煤气 汽油 煤油 柴油 重油 氢能 沼气 酒精 蒸汽 热水等 二 发电厂 能量转换站 发电厂的类型 火力发电厂 燃料的化学能 电能 水力发电厂 水的位能 电能 核能电厂 核裂变能 电能 地热电厂 地热能 电能 潮汐电厂 海洋能 电能 风力发电厂 风能 电能 太阳能电站 太阳能 电能 1 火电厂的生产过程 锅炉主要设备 汽轮机发电机各种辅机矿物燃料的化学能 热能 机械能 电能 火电厂的分类 按燃料分类 按蒸汽压力和温度分类 按原动机分类 按输出能源分类 按装机容量分类 燃煤电厂 燃油电厂 燃气电厂 余热电厂 中低压电厂 蒸汽压力3 92MPa 温度450 单机小于25MW高压电厂 9 9MPa 540 小于100MW超高压电厂 13 83MPa 540 540 小于200MW亚临界压力电厂 16 77MPa 540 540 300 1000MW超临界压力电厂 21 11MPa 550 550 600 800MW及及以上 凝汽式汽轮机电厂 燃气轮机电厂 内燃机电厂 蒸汽 燃气轮机电厂 凝汽式发电厂 效率30 40 热电厂 效率60 70 小容量电厂 中容量电厂 大中容量电厂 大容量电厂100MW以下100 250MW250 1000MW1000MW以上 燃烧系统 汽水系统 电气系统 深圳妈湾电厂 埃迪斯通电厂 美 尼德奥森电厂 德 火力发电的特点 除坑口电厂外 火电厂选址布局较灵活 有利于合理配置有功和无功电源 装机容量可按需要决定 火电厂相对于水电厂 建设周期短 一次性投资少 运行费用高 单位电量发电成本比水电厂高3 4倍 与水电机组相比 火电机组启动 带负荷 停机所需要的时间长 火电厂效率同蒸汽参数有关 高参数机组比中低参数机组效率高 火电机组最小出力受热负荷 热电厂 和锅炉稳定运行最低蒸发量的制约 对环境的污染大 2 水电站的生产过程 水位能 机械能 电能 主要设备 压力水管 水轮机 发电机 P 9 81 QHp 发电功率 KW Q 通过水轮机的水量 m3 s 水电厂效率 H 水的落差 m 堤坝式引水式混合式 坝后式河床式 水电站的分类 水电厂 按集中落差方式分类 按径流调节的程度分类 水电厂 有调节水电厂 无调节水电厂 日调节水电厂 年调节水电厂 多年调节水电厂 堤坝式 坝后式 河床式 建在河水中上游山区峡谷地段 单独筑坝 坝身高 水位高 厂房建在坝后 不承受水压 特点 形成蓄水库 以调节流量 引用流量大 电站规模大 综合效益高 三门峡 刘家峡 白山 丹江口水电站 适用于平原上河床平缓地区 落差小 厂房和坝建在一起 构成拦河建筑物的一个组成部分 厂房承受上游水的压力 起挡水作用 特点是 水头低 小于30 40米 挡水建筑物长 葛洲坝 西津水电厂 混合式 根据河流特点建造的兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂 引水式 无压引水 有压引水 在河流上游 当河床坡度较大时 可以借助坡降较小的引水道 修建隧洞和渠道 引水 用以集中水头 以获取最大落差 特点是 水头较高 最高为1020米 流量小 无蓄水池调节流量 综合利用价值低 电站规模也较小 三峡电站 26台700MW的水轮发电机组 总装机容量18200MW 三峡电站分为左岸和右岸电站 左 右岸电站又各分为两个电厂 其中 左一电厂装机8台 出线5回 左二电厂装机6台 出线3回 右一 右二电厂装机均为6台 出线分别为4回和3回 三峡左岸厂房外部全貌 三峡左岸电站厂房全貌 梯级电站及抽水蓄能电站 梯级电厂 根据河流条件将河流分成若干段 每段各自建立水电厂 上游的水发电后放入下游 供下游各级电厂继续利用发电 抽水蓄能电厂 在下游增设一个大的储水池 白天负荷高峰时电厂发电 发过电的水存入储水池 夜间低负荷时把储水池的水再抽回水库 把电能再变成水的势能 以备下一天负荷高峰时再发电 抽水蓄能电站的作用 在系统中的作用 调峰填谷备用调频调相 功能 降低电力系统的燃料消耗提高火电设备利用率可作为发电成本低的峰荷电源对环境没污染且能美化环境可用于蓄能 十三陵抽水蓄能电站 水力发电的特点 可综合利用水能资源 不污染环境 投资大 工期长 但发电效率高 运行成本低 天然流量受水文 气象等自然条件影响 利用水库调节径流可减少洪水和枯水期的差别 运行灵活 水电机组启动快 宜在电力系统担任调峰 调频和紧急备用 兴建水库会带来一定的弊端 3 核电站的生产过程 主要设备 核反应堆 核蒸汽发生系统 锅炉汽轮机 发电机核裂变能 热能 机械能 电能 一公斤标准煤含热量3 104J 一公斤铀235裂变产生热能7 95 1010J 相当2700t煤 核燃料在反应堆内进行核裂变的链式反应 产生大量热量 由冷却剂 水或空气 带出 在蒸汽发生器中把热量传给水 将水加热成蒸汽来转动汽轮发电机发电 核反应 使一种原子核转变为另一种原子核的过程核聚变 热核反应 触发和维持这个反应需要极高的温度 不易控制 由于聚变涉及的粒子带同性电荷 起爆反应需很高的动能核裂变 可用中性粒子来激发 用中子轰击一个重核不会受到排斥 中子 铀核 锶核 氙核 漏失或消耗掉的中子 可用于裂变的中子 U235裂变反应 链式反应 天然铀 单纯的天然铀难以维持链式反应天然铀在中子轰击下发生裂变的主要成分是只占0 714 的铀235 快 慢中子都能使其分裂 慢中子引起裂变的几率更大 占99 28 的同位素铀238 不易分裂 在快中子作用下可能分裂 但易俘获中子 解决方法 从天然铀中分离铀 235使裂变产生的快中子迅速慢化 核电站反应堆的分类 沸水堆 利用沸腾水作为慢化剂 采用单回路系统 使汽轮机等设备有受放射性污染的可能 压水堆 用有压力的水作为慢化剂和冷却剂 采用蒸汽发生器 形成两个独立的循环系统 即水循环系统和蒸汽循环系统 可防止蒸汽受放射性污染 核电厂的系统 组成 核岛 在高温高压和放射性条件下工作的部分 常规岛 无放射性条件下工作的部分 辅助系统 控制系统 安全系统 核岛的核蒸汽供应系统一回路系统化学和容积控制系统 余热排出系统 停堆冷却系统 停堆时导出余热安全注射系统 紧急堆芯冷却系统控制 保护和检测系统 常规岛系统二回路系统 循环冷却水系统电气系统及厂用电设备 核电站运行特点 放射性废物不能无控制地排放至环境中 必须保证反应堆有足够完好的冷源 任何工况下 必须保证核反应堆可控 核电机组应带基荷运行 机组快速升降负荷 可能产生堆芯局部热点 有造成堆芯烧毁的潜在风险 若频繁进行负荷跟踪 将产生大量的放射性废气 废液 对环境产生潜在威胁 核电厂建设费用高 运行费用小 连续运行的经济性好 需要定期停堆换料 核电站的特点 优点运行安全稳定节省煤 石油和天然气节省燃料的运输费反应堆不需要空气助燃 可建在地下水下和高山顶上对环境影响小 无温室效应寿期长缺点建设投资比火电厂和水电站大 大亚湾核电站 秦山一期 30万kW 原型压水堆 1985年开工 1991年并网秦山二期 2 60万kW 压水堆 1996年开工 2002年并网秦山三期 2 72 8万kW 重水堆 1998年开工 2002 2003年并网 与加拿大合建 大亚湾 2 98 4万kW 压水堆 94年投入运行岭澳 2 99万kW 压水堆 2002 2003年投入运行 九五 最大的能源项目 4 其他能源形式 风力发电太阳能发电生物质发电地热发电海洋能发电燃料电池发电 浙江江厦潮汐电站 装机3200千瓦 西藏羊八井地热二分场 青海天峻县生格乡7千瓦太阳能光伏电站 浙江临海括苍山风电场33台600千瓦风电机组 风力发电 风力机 升速齿轮箱发电机控制系统 改变方向的驱动机构 塔架 风力发电机的容量为几十瓦到几兆瓦 100kW以上的风力发电机为同步发电机或异步发电机 能量转换过程 空气动能 旋转机械能 电能1 风力发电的运行方式 1 独立运行 经蓄电池储能 用于5kW以下的风力发电机 2 并网运行风电场用于10kW至MW级的风力发电机2 特点 1 风能是可再生能源 清洁 2 建设周期短 可分期投资 运行维护简单 占地少 3 可用于解决边远地区的供电问题 4 风能具有间歇性 需与蓄电池并联运行 5 风力发电设备造价高 单机最大容量受限制研制方向 提高可靠性 降低成本 风力发