火力发电及其生产过程电气设备电厂自动化PPT课件.ppt

1 火力发电厂的分类2 火电厂的生产过程3 锅炉设备4 汽轮机设备5 热力系统及辅助设备6 电气设备7 火力发电厂的运行8 火力发电厂自动化 第二章火力发电及其生产过程 1 电气设备一次设备 直接生产和输送电能的设备 发电机 变压器 主母线 高压互感器 隔离开关等 二次设备 对一次设备进行监视 控制和保护的设备 第6节电气设备 2 一次设备 生产和转换电能的设备 发电机 机械能转换为电能 电动机 电能转化为机械能 变压器 电压升高或降低 满足输配电需要 接通或断开电路的开关电器 正常或事故时 将电路闭合或断开断路器 正常时用来接通和断开负荷电流 故障时受继电保护作用 将电路自动断开 隔离开关 将一次设备与带电部分可靠隔离 没有灭弧装置 因此只有在断路器断开后 才能接通和断开隔离开关 熔断器接触器 3 一次设备 限制故障电流和防御过电压的电器电抗器 限制短路电流 维持母线残压 避雷器 防御过电压 接地装置 电力系统中性点的工作接地或保护人身安全的保护接地 与地中的接地网相连 载流导体 将电气设备连接起来母线 汇集和分配电能架空线 终端线 联络线电缆 城市 厂站内部或附近 穿越江河或海峡时使用 4 二次设备 仪用互感器 将电路中的高电压或大电流转换成低电压 小电流 供给仪表和保护装置使用 电压互感器PT 电流互感器CT 测量表计 测量电路中的电气参数 电压表电流表功率因数表 继电保护及自动装置 迅速反应不正常情况并进行监控和调节 直流电源设备 供给控制 保护和厂用直流负荷 事故照明的直流用电 直流发电机组蓄电池组硅整流设备 操作电器 信号设备及控制电缆 5 主要电气一次设备的图形符号 6 7 电气设备的主要内容 1 发电机 31 05 2 电力变压器 3 开关设备 39 36 4 电力互感器 43 07 5 避雷器 6 阻波器 7 电气主接线及配电装置 44 37 8 电气二次设备 50 10 8 9 1发电机的原理和结构 1 基本原理磁力磁场磁力线 10 11 电磁铁 12 感应电流 当导线在磁场移动 切割 磁力线时 或磁场移动 磁力线切割导线时 在导线中就产生电压 此时如将导线两端连通 就会有电流通过 称为感应电流 13 14 2 汽轮发电机的结构 转子由整块的优质合金钢制成 具有良好的导磁性 定 静 子由铁芯 线圈及外壳组成 铁芯由环形硅钢片叠压而成 15 16 同步发电机的工作原理 17 转子 转子本体结构1 大齿 2 小齿 3 嵌线 18 定子由铁芯 绕组和外壳等组成 铁芯由环形的硅钢片叠压而成 其内园开有齿槽 放置定子绕组 图汽轮发电机结构示意图 19 20 励磁设备的作用是向发电机转子提供直流电流 形成转子磁场 21 22 23 汽轮发电机的损耗铜损 定子和转子绕组电阻损耗铁损 定子铁芯的磁场变化机械损耗 通风及轴承部分的摩擦6 25MW 2 4 50 100MW 1 5 2 200MW以上 1 1 5 汽轮发电机功率 24 发电机冷却方式 1 空气冷却发电机转子两端装风扇 只用于50MW及以下 2 氢气冷却用氢气将热量带走 冷却能力高 通风损耗小 结构复杂 需要制氢设备 用于30 100MW 3 绕组导线内部冷却 内冷 用泵迫使氢气 水或油流过导体内部 冷却能力更高 缩小发电机体积 节省材料 结构复杂1958年 我国试制成世界上第一台双水内冷12MW汽轮发电机1974年 我国第一台300MW双水内冷汽轮发电机投入运行1985年 哈尔滨电机厂生产的600MW汽轮发电机第一次启动成功 表明我国已进入世界上少数几个生产大功率发电机国家的行列 25 26 2电力变压器 电力系统中广泛使用的升压和降压设备 作用 高压输电发电机输出电压受绝缘水平限制 最高为20KV左右 如果用这样的电压远距离输电 电流大 功率损耗大 在用户端保证使用人员的安全 降低用电设备造价 27 电力变压器的原理和结构 闭合铁心上绕两个互相绝缘匝数不等的绕组 与电源相连的一侧 一次绕组 原边 与负荷相连的一侧 二次绕组 副边 电磁感应原理 电 磁 电 28 原边电压U1原边匝数N1副边电压U2副边匝数N2匝数多的一侧电压高 电流小变压器的分类按用途分 升压变压器降压变压器联络变压器配电变压器按相数分 单相变压器三相变压器按每相绕组的线圈数 双绕组三绕组自耦低压分裂绕组 k 变比 29 变压器的损耗和冷却 一 损耗铜耗 电流流过线圈的损耗 电流越大 铜损也越大 铁损 磁力线通过铁芯产生的损耗 与电流无关 二 冷却方式油浸自冷式油浸风冷式强迫油循环 30 电力变压器的结构 核心设备 铁芯 绕组 本体 外围设备 1 油 绝缘和散热需要油的部位 本体 调压开关 引出线结构 储油 油枕 吸湿 硅胶 监视油位 油枕 调压开关 套管 监视油温监视油的分解 诊断内部故障 瓦斯继电器 2 冷却系统 强迫油循环风冷 大容量变压器 风扇潜油泵 油流继电器 31 电力变压器的结构 32 电力变压器实物照片 看仿真变电站演示 变压器 33 3开关设备 开关电器的作用和种类 1 作用 在正常情况下 由于检修或改变运行方式 将发电机 变压器 线路等接入电网或退出 起控制作用 在故障时 迅速切断故障部分 保证无故障部分正常运行 起保护作用 2 种类 仅用来在正常工作情况下 断开或闭合正常工作电流 如 高压负荷开关 低压闸刀开关 接触器 磁力启动器 仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流 如 高 低压熔断器 既用来断开或闭合正常工作电流 也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流 如 高压断路器 低压空气开关 能起控制和保护的作用 不要求断开或闭合电流 只用来在检修时隔离电压 如 隔离开关 34 电弧的形成与熄灭 1 电弧产生的条件 电源电压大于10 20V 电流大于80 100mA 动静触头分离瞬间 触头间产生电弧 触头分开后 电路中有电流 电弧导电 电弧中有大量自由电子 2 电弧的危害电弧的温度很高 可达5000 7000度以上 常超过金属的汽化点 可能烧坏开关电器的金属触头 烧坏开关电器的绝缘 如 烧坏瓷绝缘的表面 甚至完全损坏 或者使有机绝缘材料炭化 以致失去绝缘性能 若电弧长时间不熄灭 不仅烧坏开关电器 而且造成系统事故 威胁电力系统安全运行 3 电弧产生的物理过程电弧的产生和维持是触头间中性质点 分子和原子 被游离的结果 游离就是中性质点转化为带电质点 35 游离的过程有四种形式 热电子发射热运动触头分离最初瞬间 阴极表面发射电子强电场发射电场力弧隙间最初产生电子的主要原因碰撞游离电场力带电粒子撞中性粒子电弧的形成热游离热运动中性粒子撞中性粒子维持电弧燃烧 4 去游离的形式电弧中发生游离的同时 还进行着使带电质点减少的去游离过程 复合去游离正负粒子中和降低电子速度措施 拉长电弧 降低电场力 加快电弧的冷却 降低热运动 加大气体介质的压力 增大电子质量 扩散去游离带电粒子从电弧内部逸出浓度扩散 温度扩散 措施 用高速冷气吹弧 36 5 游离与去游离游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程 游离过程使弧道中带电离子增加 有助于电弧燃烧 去游离过程使弧道中带电离子减少 有利于电弧熄灭 开关电器中 为加强灭弧能力 都采用各种措施减弱游离过程 从等离子体观点看 就是控制温度 使触头间的介质 由等离子体态转化为其它物态 高压断路器熄灭交流电弧的基本方法结构 灭弧装置 操纵机构 1 灭弧介质具有较高的传热能力 介电强度 热游温度和热容量 按灭弧介质和灭弧方式分为 多油 少油 压缩空气 SF6 真空压缩空气1减缓电子运动速度压力表油 氢 7 5分解为H2油压表 油位计SF6100很强的吸附电子的能力压力表 0 6MPa左右 真空15降低电子浓度 2 采用特殊金属材料作灭弧触头 铜钨和银钨合金熔点高 导热系数和热容量大的金属 减少热电子发射 37 3 利用气体或油吹动电弧 扩散和冷却空气 2 3MPaSF6 0 3 0 6MPa纵吹 横吹 环吹 4 采用多断口熄弧 在相等的触头行程下 拉长电弧各断口电压分布基本相等的措施 断路器加并联电容 5 采用强有力的分闸机构 提高触头分离速度 拉长电弧操动机构 断路器进行合闸 分闸操作 并保持在合闸状态 这些任务全靠操动机构完成 操动系统的动作过程 实际上是使操动元件 如合闸元件或分闸元件 获得动能 再通过拐臂和连杆机构 将动能传到触头 去实现合闸或分闸 操动系统中独立于断路器本体的那一部分 称为操动机构 其它作为传递动力的部分 称传动机构 弹簧 储能电机 弹簧储能指示液压 油作为传递压力的介质 油压表 油位计压缩空气 压缩机 气压表电磁 电磁铁产生的吸引力看录像 高压断路器 18分钟 38 隔离开关主要用途没有灭弧功能 隔离电压 倒闸操作分合小电流 分 合避雷器 电压互感器和空载母线分 合励磁电流不超过2A的空载变压器关 合电容电流不超过5A的空载线路隔离开关的种类安装地点 屋内式和屋外式绝缘支柱数目 单柱 双柱 三柱 39 开关设备录像 39 36 仿真变电站演示 断路器和隔离开关 40 4互感器 互感器的作用互感器包括电流互感器 TA或CT 和电压互感器 TV或PT 1 将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压 100V 和小电流 5A1A 使测量仪表和保护装置标准化 小型化 并使其结构轻巧 价格便宜和便于屏内安装 2 使二次设备与高压部分隔离 且互感器二次侧均接地 从而保证了设备和人身安全 41 CT 电流互感器 充油的 油位计充SF6气体的 压力表PT 电压互感器 充油的 油位计仿真变电站演示 CT和PT互感器录像 43 07 42 避雷器监视泄露电流阻波器阻止高频信号进入厂站内高频保护 线路保护的一种 电网故障时 线路两端的收发讯机发出高于工频 50HZ 的信号 由阻波器限制该高频只在本线路上传输 悬挂式 251 支撑式 253 仿真变电站演示 避雷器和阻波器 43 各种电气设备根据工作的要求和它们的作用 依一定次序用导线连接成的电路 称为电气接线 一次设备连接成的电路成为电气主接线 二次设备连成的电路称为二次电路 7电气主接线及配电装置 44 37 电气主接线图 电气主接线表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式 主接线常按规定的图形符号画成单线图的形式 单线图画出的是单相电路 实际上表示三相电路 断路器和隔离开关画成断开状态 44 电气主接线图举例 45 配电装置 由开关电器 保护和测量电器 母线和必要的辅助设备和建筑物组成的整体 用来接受和分配电能的装置 按电气设备装设地点 分屋内和屋外配电装置 46 单母线接线 47 单母线分段 48 双母线带旁路 49 第7节火力发电厂的运行 1 机组的启动和停运机组启动的过程 锅炉点火 升压 并入母管 汽轮机暖管 暖机 冲转 升速 发电机与电力系统并列 带负荷机组启动和停运时间长的原因 锅炉与汽轮机体积大 部件重 特别是高参数大容量锅炉的汽包钢板特厚 汽轮机的结构复杂 精密 启动不能太快 保证各部件的温度均匀上升 防止因温升不均而发生变形 弯曲 连接部位松动 动静部分之间发生摩擦等不良后果 在停炉 停机后 同样要注意保证冷却均匀 防止金属部件冷却太快 50 中温中压锅炉 点火 并入母管 2 4h高温高压锅炉 4 5h中温中压汽轮机 暖管 机 带满负荷 1 5 2 5h高温高压汽轮机 4 5h参数越高 容量越大 启动时间越长 单元机组一般采用滑参数启动锅炉启动后当参数还很低时汽轮机就开始启动 随着锅炉汽压 汽温的升高 汽轮机转速也逐步提高到额定转速 当发电机并入系统并带上一定负荷后 蒸汽参数才能达到额定值 这种启动方式可以缩短启动时间一半 并可减少汽水损失 51 2 安全运行火电厂生产过程复杂 主辅设备较多 任何一台设备发生事故 都会不同程度地影响安全运行 甚至会造成主要设备损坏 全厂停电和人身伤亡等严重后果 由于结垢 腐蚀 磨损和超温 造成炉管爆破 锅炉灭火后处理不当 造成炉膛爆炸 锅炉缺水 满水汽轮机严重超速而遭破坏 甚至引起人身伤亡 汽轮机叶片断裂 轴瓦烧坏或火灾发电机或主变压器绕组烧坏全厂停电误操作造成人身伤亡 设备损坏或停电看录像 防止全厂停电事故 30分钟 52 3 经济运行主要经济指标供电煤耗 发电厂每向外供1kWh电所消耗的标准煤 蒸汽参数越高 煤耗越低厂用电率 发电厂本身