电力生产过程课件

电力生产过程,2008.8,内容提要一、电力系统的组成二、发电厂三、输配电系统(一).三相交流输配电系统1.电力网的结构2.电力系统电压等级3.变电站4.变电站的主要设施(二).直流输电系统四、负载,2,PPT学习交流,一、电力系统的组成图1,3,PPT学习交流,一、电力系统的组成发电机把机械能转变为电能，电能经变压器和电力线路传送并分配到用户，在那里经电动机、电炉、电灯等用电设备又将电能转变为机械能、热能、光能等。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备(发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等)联系在一起组成的统一整体就是电力系统，如图1所示。与“电力系统”一词相关的还有“电力网”和“动力系统”。前者指电力系统中除去发电机和用电设备外的部分；后者指电力系统和发电厂动力部分的总和。所以，电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，三者的关系也示于图l中。,4,PPT学习交流,二、发电厂发电厂是生产电能的核心，担负着把不同种类的一次能源转换成电能(二次能源)的任务。依据使用的一次能源不同，发电厂可分为许多类型。例如：燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂；利用水力能发电的水力发电厂；利用核能发电的核动力发电厂。,5,PPT学习交流,二、发电厂1、火力发电厂火电厂的主要发电设备包括锅炉、汽轮机和发电机，其辅助设备有冷凝器、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种量测与控制设备。凝汽式燃煤火电厂的生产过程如图2所示。图2凝汽式火电厂生产过程示意图,6,PPT学习交流,二、发电厂1、火力发电厂原煤从煤矿运到电厂后，先存入原煤仓，随后由输煤皮带运进原煤斗，从原煤斗落入球磨机中被磨成很细的煤粉，再由排粉机抽出，随同热空气送入锅炉的燃烧室进行燃烧。燃烧放出的热量一部分被燃烧室四周的水冷壁吸收，一部分加热燃烧室顶部和烟道入口处的过热器中的蒸汽，余下的热量则被烟气携带穿过省煤器、空气预热器传递给这两个设备内的水和空气。烟气经过除尘器净化处理，由吸风机导入烟囱，被排入大气。燃烧时生成的灰渣和由除尘器收集下来的细灰，用水冲进冲灰沟排出厂外。,7,PPT学习交流,二、发电厂1、火力发电厂汽轮机转子转动带动发电机转子旋转，在发电机中又把机械能转换成电能。发电机发出的电能经过变压器升高电压后送入高压电力网。,8,PPT学习交流,二、发电厂2、水力发电厂水力发电厂是利用河流所蕴藏的水力能资源来发电，水力能资源是最干净、价廉的能源。水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的较高水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库，以调节河水流量。,9,PPT学习交流,2、水力发电厂水力发电厂的生产过程要比火力发电厂简单，如图3所示。由拦河坝维持在高水位的水，经压力水管进入螺旋形蜗壳，推动水轮机转子旋转，将水能变为机械能。水轮机转子再带动发电机转子旋转，使机械能变成了电能。发电机发出的电，经变压器升压后由高压输电线送至用户。,图3水电厂生产过程示意图,10,PPT学习交流,二、发电厂2、水力发电厂水利发电厂的优势：首先，水利发电厂的生产过程较简单，运行维护人员较少，易于实现全盘自动化。其次，水力发电厂不消耗燃料，故电能成本要比火力发电厂低得多。此外，水力机组的效率较高，运行方式较为灵活。水力机组启动迅速，在事故时能有力地发挥其后备作用。再者，随着水力发电厂的兴建往往还可以同时解决发电、防洪、灌溉、航运等多方面的问题，从而实现河流的综合利用，使国民经济取得更大效益。水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环境污染问题。,11,PPT学习交流,二、发电厂2、水力发电厂水利发电厂的劣势：水电厂需要建设大量的水工建筑物，相对于火电厂来说，建设投资大，工期较长，使用劳力也较多。特别是水库还将淹没一部分土地，给农业生产带来一定不利影响。水电厂的运行方式还受到气象、水文等条件的影响，有丰水期、枯水期之别，发电出力不如火电厂稳定，给电力系统的运行带来一定不利因素。,12,PPT学习交流,二、发电厂3、核能发电厂核能是一种新的能源，也是可望长期使用的能源。自1954年世界上第一座核电厂投入运行以来，许多国家纷纷建设核电厂。核能发电的基本原理：核燃料在反应堆内产生核裂变，释放出大量热能，在蒸汽发生器中将水加热为蒸汽。然后，同一般火力发电厂一样，用蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。,13,PPT学习交流,二、发电厂3、核能发电厂核能发电厂的特点和问题：核能发电厂的主要优点之一是可以大量节省煤、石油等燃料。核能发电厂的另一个特点是燃烧时不需要空气助燃，所以核能电厂可以建设在地下、山洞里、水下或空气稀薄的高原地区。核能发电厂的主要问题是放射性污染。但随着科学技术的发展，将会变得越来越安全。,14,PPT学习交流,二、发电厂4、其他能源发电新能源发电主要有风能发电、太阳能发电、地热能发电、潮汐能发电等。风力发电：风力发电是通过风力发电机组将风能转化成机械能，再转化为电能。太阳能发电：太阳能发电方式主要可分为光热发电和光电发电两种方式。光热发电是用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电；光电发电是用光电池直接把太阳能转化为电能。地热能发电：通过热流体将地下热能携带到地上，经过专门的装置将热能转换为电能。潮汐发电：利用潮汐具有的能量转变成机械能，再转化成电能。此外还有生物能、波浪能、海洋温差能等。从远景发展来看，还有聚变能、氢能等。,15,PPT学习交流,三、输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构图5电力网结构电力网由输电网和配电网组成。大型电力网的结构通常以电压等级进行分层见图5。,16,PPT学习交流,三、输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构输电网的作用：输电网主要是将远离负载中心的发电厂的大量电能经过变压器升高电压，通过高压输电线，送到邻近负载中心的枢纽变电站。同时，输电网还有联络相邻电力系统和联系相邻变电站的作用，或向某些容量特大的用户直接供电。输电网的额定电压通常为220750kV或更高，大，它是整个电力系统的骨架或主干电网。,17,PPT学习交流,三、输配电系统（一）三相交流输配电系统1、电力网的结构配电网的作用：配电网可分为高压、中压和低压配电网。高压配电网的电压一般为35110kV或更高，中压配电网的电压一般为620kV，低压配电网的电压为380/220V。,18,PPT学习交流,三、输配电系统1、电力网的结构放射式a是一种最简单的电网结构，运行调度和控制最为方便，但单回线路供电可靠性不高。链式b结构是放射式的扩展，但可靠性低于放射式。环式c结构有较好的可靠性与经济性，但当某一线路退出运行后，电压质量可能较差。图6电力网基本结构,19,PPT学习交流,三、输配电系统1、电力网的结构具有多个电源的电力网有环式d和串链式e两种常用的结构，两者均有很高的可靠性。但多个闭环结构电力网的调度和控制(包括继电保护)比较复杂，短路电流水平也较高。输电网通常采用这两种结构或它们的组合，其中环式结构对各发电厂间联系较强，运行稳定性一般较好；串链式结构对各发电厂间联系较弱，运行稳定性相对较差。图6电力网基本结构,20,PPT学习交流,三、输配电系统1、电力网的结构干线式f投资最省但可靠性很差，只适用于负载密度小、可靠性要求不高的配电网。网格式g结构适用于负载密度很大，电压质量和可靠性要求很高的城市配电网。图6电力网基本结构,21,PPT学习交流,三、输配电系统（一）三相交流输配电系2、电力系统电压等级电力系统中的发电、输电、配电以及用电等设备都是按一定的标准电压设计和制造的，在这一标准电压下运行，设备的技术性能和经济指标将达到最好，这一标准电压称为额定电压。我国国家标准规定的电力网络的额定线电压为：0.38、3、6、10、35、63、110、220、330、500、750（kV）。,22,PPT学习交流,三、输配电系统2、电力系统电压等级选择电力网电压等级的原则是：（1）选定的电压等级应符合国家标准。（2）根据我国电力工业发展迅速的特点，电压等级不宜过多，以便减少变电重复容量，同一地区、同电网内，应尽可能简化电压等级。但电压级差也不宜太小。根据国外经验，110kV以下，电压差一般在3倍以上；110kV及以上，电压差般在2倍左右。（3）我国现有电网的电压等级配置大致分为两类，即110220500kV或110330kV。220kV以下的电压等级的配置为1063220kV及1035110220kV两种系列,23,PPT学习交流,三、输配电系统2、电力系统电压等级下表给出了电网额定电压与相应传输功率和传输距离的关系,24,PPT学习交流,三、输配电系统3、变电站什么是变电站？变电站是电力网中的线路连接点，是用以改变电压、交换功率和汇集、分配电能的设施。变电站中有不同电压的配电装置，电力变压器，控制、保护、测量、信号和通信设施，以及二次回路电源等。有些变电站中还由于无功平衡、系统稳定和限制过电压等因素，装设有并联电容器组、并联电抗器、静止无功补偿装置、串联电容补偿装置、同步调相机等。变电站的分类：按变电站在电力系统中的位置、作用及其特点划分，变电站的主要类型有枢纽变电站、区域变电站、地区变电站、终端变电站、用户变电站和地下变电站。变电站的名称通常是按其最高一级电压来命名的，例如某500kV变电站等。,25,PPT学习交流,三、输配电系统（一）三相交流输配电系4、变电站的主要设施变电站的主要设施包括：配电装置，电力变压器，控制设备，保护自动装置，通信设施，补偿装置等。,26,PPT学习交流,三、输配电系统4、变电站的主要设施（1）配电装置：它是交换功率和汇集、分配电能的电气装置的组合设施。它包括有母线、断路器、隔离断路器、电压互感器、电流互感器和避雷器等。配电装置是按照变电站电气主接线的要求进行布置的，其布置方式有屋外式和屋内式两种，屋外式布置中又有中型、半高型和高型等不同型式。610kV配电装置通常采用屋内式，35kV配电装置可以根据具体情况采用屋内式或屋外式，110kV及以上配电装置通常采用屋外式。在污秽地区或场地狭窄处，110220kV配电装置则采用屋内式。气体绝缘金属封闭断路器设备(GIS)则同时具有占地少和防污秽等优点，它也有屋内式和屋外式两种。,27,PPT学习交流,三、输配电系统4、变电站的主要设施（2）电力变压器是变换电压的设备：它连接着不同电压的配电装置，习惯称为变电站的主变压器。变压器的分类及应用：凡降低电压向地区或用户供电的变压器称作降压变压器；凡升高电压向电力网送电的变压器称作升压变压器。变电站中有两种或三种电压的配电装置时，则分别采用双绕组或三绕组变压器。当不同电压配电装置之间需交换功率时，可以采用联络变压器。联络变压器一般为自耦变压器或双绕组变压器，如果需要从联络变压器取得自用电电源时，则需采用三绕组变压器，从其低压绕组上引接自用电电源。变电站自用电源也可以直接从自耦变压器的低压绕组上引接。,28,PPT学习交流,三、输配电系统4、变电站的主要设施（3）控制、测量、信号、保护和自动装置：它们是保证电气设备安全运行的监控和保护手段。各种设施介绍：控制，有一对一控制和选线控制等方式，其电源有强电(110220V)和弱电(48V及以下)之分。保护，有主设备保护和线路保护、母线保护几类。测量，有常规测量和选择测量两类，可显示各种所需电气计量。信号，有声响信号和灯光信号两种，也有强电和弱电之分。自动装置，当电气设备出现不正常运行情况时，自动装置及时自动完成保证安全运行的操作，例如备用电源自动投入装置和自动重合器等。,29,PPT学习交流,三、输配电系统4、变电站的主要设施（3）控制、测量、信号、保护和自动装置：上述各种设施一般设在变电站主控制楼(室)内。控制和保护设施均由变电站二次回路电源供电。二次回路电源包括有蓄电池直流电源、复式整流电源、电容储能电源和交流二次电源几种。220kV及以上变电站中采用蓄电池直流电源，110kV及以下不重要的变电站中通常采用其他种类的二次回路电源。,30,PPT学习交流,三、输配电系统4、变电站的主要设施（4）通信设施：有微波通信、载波通信和光纤通信几种。330kV及以上变电站中通常设置微波通信、载波通信和光纤通信，220kV及以下变电站中只设载波通信和光纤通信。在变电站中一般不建单独的通信楼，通信设施放在主控制楼(室)的通信室内。（5）补偿装置：电力网内无功功率要求就地平衡。为了平衡变电站供电范围内的无功功率，在变电站内装设并联电容器组或同步调相机；为了补偿远距离输电线路的充电功率，需要在变电站内装设并联电抗器；为了增强系统稳定性，提高线路输电能力，有时还需要在变电站中装设串联电容器组。,31,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统直流输电是以直流方式实现电能传输。在发电和用电均为交流电的情况下，要进行直流输电，必须解决换流问题，即在送端需将交流电变换为直流电(整流)，由直流输电线路送到受端，然后再将直流电变换为交流电(逆变)，送入受端交流电网使用。,32,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统1、直流输电系统的构成直流输电系统的一次电路主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。,33,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统2、直流输电的基本原理图13直流输电基本原理简图图13是直流输电基本原理简图。它包括两个换流站，直流输电线路及两端交流系统I和。当系统I向系统送电时，换流站1运行于整流状态，把系统I送来的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站2。此时，换流站2则运行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统。,34,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统3、直流输电的特点与应用直流输电的主要特点与其两端需要换流和输电部分为直流电这两个基本点有关。直流输电的应用范围取决于直流输电技术的发展水平和电力工业发展的需要。（1）直流输电特点:直流架空线路结构简单(只需两根导线)，造价低、损耗小。和交流输电相比，输送同样的容量，直流架空线路可节省约1/3导体，其线路造价比交流线路低，并且在此条件下，直流的线路损耗也比交流低。电缆耐受直流电压的能力比交流电压约高3倍以上。直流电缆输送容量大，造价低，不易老化，寿命长。在直流电压作用下，电缆无电容电流，可实现远距离电缆送电。,35,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统（1）直流输电特点:直流输电本身无交流输电的稳定问题。对于远距离大容量输电，输送功率不受稳定极限的限制，具有良好的技术经济性能。采用直流输电可实现电网间的非同步互联，不增加被联电网的短路容量，被联电网可不同频率或非同步独立运行，增强各电网的独立性和可靠性，运行管理也方便。利用直流输电的快速控制，可改善交流系统的运行性能。根据交流系统的需要，可快速改变直流输送的有功和换流器消耗的无功，对交流系统的有功和无功平衡起快速调节作用，从而提高其频率和电压的稳定性，提高电能质量和电网运行的可靠性。,36,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统（1）直流输电特点:直流输电采用大地为回路，直流电流向电阻率很低的大地深层流去，可很好地利用大地这个良导体。利用大地或海水为回路可提高直流输电系统的运行可靠性和经济性。直流输电换流站比交流输电的变电站增加了换流装置及相关的配套设备。所采用的晶闸管换流阀，结构复杂，价格贵，且不具备自然关断电流的能力，使换流器的性能受到限制。,37,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统（1）直流输电特点:同时，换流器对交流侧为谐波电流源，对直流侧为谐波电压源，在换流的过程中换流器还需要大量的无功功率(约为输送容量的40%60%)。因此，换流站必须配备相应的交、直流滤波器和无功补偿设备。此外，直流电的灭弧问题，给直流断路器的制造带来困难，也使得多端直流输电的发展缓慢。综上所述，直流输电的换流站比交流输电的变电站结构复杂，造价高，损耗大，运行可靠性也相应较低，直流输电换流技术还需要进一步的开发和完善。,38,PPT学习交流,三、输配电系统（二）直流输电系统3、直流输电的特点与应用（2）直流输电的应用场合:采用交流输电在技术上有困难或不可能，只有采用直流输电的场合，如：不同频率电网之间的联网或向不同频率的电网送电；因稳定问题采用交流输电不能联网时；长距离电缆送电采用交流电缆因电容电流太大而无法实现时等。在技术上采用交流输电或直流输电均能实现，但采用直流输电的技术经济性能比交流输电好。对于第种类型选用直流或交流一般是由对工程的技术经济论证结果来决定。,39,PPT学习交流,三、输配电系统3、直流输电的特点与应用直流输电的应用范围主要有：（1）远距离大容量输电。直流输电线路的造价和运行费用均比交流输电线路低，换流站造价和运行费用均比交电流互感器电站高。因此，对同样的输送容量，输送距离越远，直流的经济性能越好。一般定义为当直流线路和换流站的造价与交流线路和变电站的造价相等时的输电距离为等价距离。也就是说对于一定的输送功率，当输电距离大于等价距离时，采用直流比较经济。（2）电力系统联网。用传统的交流输电方式联网，将形成同步运行的大电网，可取得联网效益，但也带来一些大电网存在的问题，如稳定问题，故障后可能引起的大面积停电，短路容量增大等。采用直流方式联网，可以取得同样的联网效益，并且可避免大电网带来的问题，同时还可以改善原交流电网的运行性能。,40,PPT学习交流,三、输配电系统3、直流输电的特点与应用直流输电的应用范围主要有：（3）远距离海底电缆送电。由于远距离大容量电缆送电采用直流比交流有明显的优势，跨越海峡或向沿海岛屿的直流海底电缆工程也越来越多。（4）大城