发电厂电力系统哈尔滨第一章

发电厂及变电站电气部分,三峡大学电气与新能源学院CollegeofElectricalEngineering&NewEnergy,第1章绪论,第一节我国电力工业的发展概况,电力已广泛地应用到一切生产部门和日常生活领域，成为社会发展不可缺少的动力。电能具有许多优点，效率高，可方便地转变成其它形式的能量，易于控制和分配，输送方便、损耗小。整个国民经济的发展，都与电力工业的发展有密切关系。,第一节我国电力工业的发展概况,1电力工业现状,1.1电源,电源包括常规能源和新能源。,1.1.1常规能源,包括风能、太阳能、地热能、生物质能等可再生能源。,1.1.2新能源,常规能源由火电、水电和核电构成。,第一节我国电力工业的发展概况,1电力工业现状,1.3电网,1989年，500kV直流输电线路(葛洲坝上海，全长1080km)投行，实现了华中电力系统与华东电力系统互联，形成中国第一个跨大区的联合电力系统。,2005年，750kV输电示范工程（青海官亭一兰州东，全长146km）投运，这是我国首个电压等级最高、世界海拔最高的输变电工程。,2010年，世界最高电压等级的800千伏特高压直流工程（云南-广东）和高压直流输电示范工程（向家坝-上海）相继投产。,第一节我国电力工业的发展概况,1电力工业现状,1.3电网,当前750kV成为西北电网主网架，500kV成为各省级电网主网架，直流输电线路总长度和输送容量跃居世界第一。,2010年全国跨区跨省交易电量达到5000亿kWh左右。,第一节我国电力工业的发展概况,2电力技术水平,我国电力工厂业已开始进入“大机组”、“大电网”、“超高压”、“智能化”以及“核电”的发展新阶段，自动化、光纤通信、计算机控制等技术在电力系统中得到了广泛应用。,（1）发电技术取得巨大进步和突破,最大的汽轮发电机组容量90万kW（外高桥第二发电厂）,最大的水轮发电机组容量70万kW（三峡电厂），最大的水力发电厂。,最大的核电机组容量100万kW（岭澳核电厂)。,第一节我国电力工业的发展概况,2电力技术水平,（2）输电技术实现重大突破,2010年全国电网线损率6.49%，居同等供电负荷密度条件国家先进水平。,智能电网工程试点项目取得积极进展，确立了我国在智能电网领域的国际领先地位。,特高压技术在系统分析、工程设计、施工调试、主设备研制等多项关键技术和设备制造上取得重大突破并实际应用，处于世界领先水平。,第一节我国电力工业的发展概况,3我国电力工业发展的指导思想及方针,指导思想：以科技创新为动力，以转变电力发展方式为主线，坚持节约优先，优先开发水电，优化发展煤电，在确保安全的前提下稳妥发展核电，积极推进新能源发电，适度发展天然气集中发电，因地制宜发展分布式发电，加快推进坚强智能电网建设，带动装备工业发展，促进绿色和谐发展。,第一节我国电力工业的发展概况,3我国电力工业发展的指导思想及方针,3.1电源建设,（1）优先开发水电,（2）优化发展煤电,（3）在确保安全的前提下，稳妥发展核电,（4）积极发展风电等可再生能源发电,（5）适度发展天然气集中发电,（6）因地制宜发展分布式发电,第一节我国电力工业的发展概况,3我国电力工业发展的指导思想及方针,3.2电网建设,1）2015年华北、华东、华中特高压电网形成“三纵三横”主网架。锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向华北、华东、华中地区送电，北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。,2）2020年，华北、华东、华中特高压同步电网形成“五纵六横”主网架。以华北、华东、华中特高压同步电网为中心，东北特高压电网、西北750kV电网为送端，联结各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地，各级电网协调发展的坚强智能电网。,（1）建设大型电源基地外送通道，构建坚强网架,第一节我国电力工业的发展概况,3我国电力工业发展的指导思想及方针,3.2电网建设,3）南方电网2015年西电东送主网架，形成“九直八交”送电通道，各省（区）形成坚强的500kV骨干网架。配合海南核电，建设海南与广东联网二期工程，实现海南与南方主网500kV双回路联网。支持港澳特区绿色发展，结合香港调整优化电源结构、逐步关停燃煤火电，加强与港澳特区联网,保障港澳电力供应。,（1）建设大型电源基地外送通道，构建坚强网架,第一节我国电力工业的发展概况,3我国电力工业发展的指导思想及方针,3.2电网建设,（2）促进城乡电网协调发展,大部分城市形成220（或110）kV双环网架，500（或330）kV变电站深入城市负荷中心并形成500（或330）kV环网结构，实现500/220（或330/110）kV环网解环运行，中低压配电网络具备“手拉手”环路供电或双电源供电。初步建成220kV电压等级为中心枢纽，110(66/35)kV电压等级为主网架的坚强农村配电网，县城中压配电网实现环网供电，电网整体供电能力、技术装备水平和可靠性进一步提高，满足农村地区经济社会发展和新农村建设用电需要。,第一节我国电力工业的发展概况,3我国电力工业发展的指导思想及方针,3.2电网建设,（3）推进电网智能化,电网智能化将以坚强网架为基础，以通讯信息平台为支撑，以智能调控为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化。,第二节发电厂与变电站,1.电力系统电力网：电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类型的用电设备组成的统一体。包括：发电厂：生产电能电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成配电系统：将系统的电能传输给电力用户电力用户：高压用户（1kV以上），低压用户（1kV以下）动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心一般设变电站。,第二节发电厂与变电站,1.电力系统,第二节发电厂与变电站,1.电力系统,第二节发电厂与变电站,1.电力系统,1.1电力网,（1）按电压等级的高低、供电范围的大小的分类地方电力网是指电压为10、35kV，输电距离为几十公里以内的电力网，主要是城市、工矿区、农村等的配电网络；区域电力网主要是110kV、220kV级的电力网，供电范围广，输电线路长，输送功率大；超高压远距离输电网络主要由电压为3301000kV的远距离输电线路所组成，它担负着将远区发电厂的功率送往负荷中心的任务，同时还往往联系几个区域电力网以形成跨省(区)的、全国的，甚至国与国之间的联合电力系统。,第二节发电厂与变电站,1.电力系统,1.1电力网,（2）根据电力网在电力系统中的作用可分为输电网是通过高压、超高压输电线将发电厂与变电所、变电所与变电所连接起来，完成电能传输的电力网络是电力网中的主网架，电压等级通常是110kV及以上；配电网是从输电网或地区发电厂接受电能通过配电设施（配电线路、配电所、配电变压器等）就地或逐级分配给用户的电力网，电压等级通常是110kV及以下。配电网按照电压等级可分为高压配电网（35110KV）、中压配电网（620KV）和低压配电网（220/380V），按照地域服务对象可分为城市配电网和农村配电网，按照配电线路类型可分为架空配电网和电缆配电网。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,（1）按能源分火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风电厂、太阳能电厂和其它类型发电厂,（2）按在系统中的地位和作用分主力电厂、地区电厂和企业自备电厂,（3）按按照设备的利用率分基荷电厂、腰荷电厂和峰荷电厂,图12发电厂类型,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,以煤炭、石油或天然气为燃料的发电厂称为火力发电厂,火力发电厂中的原动机，大都为汽轮机，部分电厂采用柴油机和燃气轮机作为原动机,火电厂的基本组成包括燃烧系统、汽水系统(燃气轮机发电和柴油机除外）、电气系统,火电厂是将燃料中的化学能转化为电能的过程,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,燃烧系统：主要功能是完成燃料的燃烧过程，将燃料所含能量以热能形式释放出来，用于加热锅炉里的水。对燃烧系统的基本要求是：尽量做到完全燃烧，使锅炉效率90；排灰符合标准规定。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,汽水系统：功能是利用燃料的燃烧使水变成高温高压蒸汽，并使水进行循环。基本要求是汽水损失尽量少；尽可能利用抽汽加热凝结水，提高给水温度。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,电气系统：保证按电能质量要求向负荷或电力系统供电。基本要求是供电安全、可靠；调度灵活；具有良好的调整和操作功能，保证供电质量；能迅速切除故障，避免事故扩大。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,按燃料分：1）燃煤发电厂：这是当前电网的主力电源2)燃油发电厂：使用石油提取汽油、煤油、柴油后的渣油。3）燃气发电厂：天然气、沼气等4）余热发电厂：利用工业生产的余热发电，如炼钢厂等，还有垃圾电厂等。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,按蒸汽压力和温度分：1）中低压发电厂：蒸汽压力在3.92MPa、温度为450，单机小于25MW2）高压发电厂，蒸汽压力在9.9MPa、温度为540，单机小于100MW3）超高压发电厂，蒸汽压力在13.83MPa、温度为540，单机小于200MW4）亚临界压力发电厂，蒸汽压力在16.77MPa、温度为550，单机300MW1000MW5）超临界压力发电厂，蒸汽压力在22.1MPa、温度为550，单机600、800MW及以上。6）超超临界压力发电厂，蒸汽压力在26.25MPa、温度为600，单机1000MW及以上。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1火电厂,按照输出能源分,（1）凝汽式火电厂通常称为火电厂，效率都很低，即使是现代的高温高压或超高温高压的凝汽式火电厂，效率也只有30%40%左右，宜建在燃料产地。,（2）热电厂供热式火力发电厂(热电厂)，除发电外，还向用户供热，常都建在大城市及工业区的电、热用户附近。现代热电厂的总效率可高达60%70%，供电方式不灵活，以热定电。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1水力发电厂,水力发电厂是把水的位能和动能转变为电能的工厂。,（1）按水力枢纽布置,堤坝式水电厂：坝后式，河床式,引水式水电厂,混合式发电厂,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1水力发电厂,坝后式水电站:发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1水力发电厂,河床式水电站:发电机厂房和挡水堤连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1水力发电厂,引水式水电站:建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1水力发电厂,（2）按径流调节,1）无调节水电厂,2）有调节水电厂,日调节水电厂库容较小年调节水电厂库容较大多年调节水电厂库容大,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.1水力发电厂,（3）抽水蓄能电站,具有水轮机-发电机和电动机-水泵两种可逆的工作方式,1）填谷低负荷时，作为电动机运行，利用富余的电能将下库的水抽到上库储存起来。,2）调峰峰荷期间，作为发电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.3核电厂,核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是核燃料在反应堆内产生核裂变(即所谓链式反应)产生的。1kg核燃料铀235约等于2700t标准煤发出的电能。,压水堆核电厂,沸水堆核电厂,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.4风力发电厂(WindFarm),风力发电厂（风电厂），利用风来产生电力的发电厂，是再生能源发电厂的一种。风能的产业化基础好，是目前世界上公认的可商业化的新能源技术之一，也是最有可能大规模发展的战略能源之一，位居非水电可再生能源之首,1风力机；2升速齿轮箱；3发电机；4改变方向的驱动装置；5底板；6塔架；7控制和保护装置；8基础；9电缆线路；10配电装置,对风场的要求高，25米/秒风速2-4米/秒,风速达每秒10-16米/秒，可满载发电。不同类别风机，最大耐风速不同。每座风机均均可视为单独的风力发电厂，是分布式发电系统,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.4风力发电厂,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.4太阳能发电厂,太阳能热发电：它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似。太阳能光发电：太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。光伏发电是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向。,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.5太阳能发电厂,太阳能发电光伏发电,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.6其它发电形式,地热发电,第二节发电厂与变电站,2.发电厂,2.6其它发电形式,潮汐发电,第二节发电厂与变电站,3.变电站,变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。1.枢纽变电站（3301000kV）2.中间变电站（220kV）3.地区变电站（110220kV）4.终端变电站（35220kV）5.企业变电站（35110kV）,第三节发电厂变电站电气部分,发电厂电气部分结构图,包含发电机、励磁装置、厂用电系统、升压变系统。发电机机端电压一般在10-24kV之间，额定电流可达到20KA以上转子带动发电机，将机械能转化为电能，生产的电能分为：厂用电（4%-8%)，外送电能,第三节发电厂变电站电气部分,1.主要电气设备,根据作用可分为：一次设备和二次设备,1.1一次设备,生产、转换、输送、分配和使用电能的设备,它们主要有以下几种：,（1）生产和转换电能的设备如发电机、电动机、变压器等，它们是直接生产和转换电能的最主要的电气设备。,（2）导体与绝缘类设备如母线、电力电缆、绝缘子、套管等。它们按设计要求，将有关电器设备连接及绝缘支撑起来。,（3）接通或断开电路的开关电器为满足运行、操作或事故处理的需要，将电路接通或断开的设备，如断路器、隔离开关、负荷开关、接触器、熔断器等,第三节发电厂变电站电气部分,1.主要电气设备,1.1一次设备,（4）过电流限制、过电压防护与接地类设备在正常运行、过电流或过电压时，保证电力设备和工作人员的安全，如限制短路电流的电抗器，防御过电压的避雷器、避雷针，接地体及接地网等,（5）电能质量控制类设备对电能质量进行控制的设备，如无功功率补偿、动态电压恢复器、电力滤波器等,（6）互感器包括电流互感器（大电流变成5A或1A）和电压互感器（大电压变成100V或100/3V），供保护和控制装置使用,第三节发电厂变电站电气部分,1.主要电气设备,1.2二次设备,对一次设备进行测量、控制、监视和保护等的设备,它们主要有以下几种：,（1）测量仪表和信号用于测量和监视一次电路中的运行参数值，如电压表、电流表、功率表、功率因数表等；信号设备给出信号或显示运行状态标志。,（2）继电保护及自动装置它们用以迅速反应电气故障或不正常运行情况，并根据要求切除故障、发出信号或作相应的调节。,第三节发电厂变电站电气部分,1.主要电气设备,1.2二次设备,（3）操作及控制设备（控制电缆）操作设备一般都带有操作把手、按钮等，作用于开关，实现对电路的闭合或打开操作；控制设备实现对如有功、无功、变比等电器参数的调整。,（4）直流设备如直流发电机组、蓄电池，整流装置等，它们供给保护、操作、信号以及事故照明等二次设备的直流用电,第三节发电厂变电站电气部分,2.电气设备的额定参数,2.1额定电压,表明电气设备在一定条件下长期工作的最佳运行状态（技术性能与经济性），包括：额定电压、额定电流和额定容量,电气设备的额定电压是按长期正常工作时具有最佳的技术件能和最大经济效果所规定的电压。,我国的额定电压分三类第一类：100V及以下者，主要用于安全照明、蓄电池及其他特殊设备。第二类：是1001000V之间的电压，广泛应用于工业与民用的低压照明、动力与控制。第三类：是1000V及以上的电压，主要用于电力系统的发电机、变压器、输配电线路及高压用电设备。,第三节发电厂变电站电气部分,2.电气设备的额定参数,2.1额定电压,各种电气设备的额定电压,（1）电力网的额定电压：,通常采用线路首端电压和末端电压的算术平均值。目前，我国电力网的额定电压等级有0.4、3、6、10、35、60、110、220、330、500、750kV等,通常把1kV及以下称为低压、1220kV称为高压、330750kV称为超高压、1000kV及以上称为特高压。我国也把1kV以上至20kV的电压等级称为中压。,第三节发电厂变电站电气部分,2.电气设备的额定参数,2.1额定电压,各种电气设备的额定电压,（3）发电机的额定电压：,发电机额定电压比所在电力网高5，从而保证末端用电设备工作电压的偏移不会超出允许范围，一般为5,（4）变压器的额定电压：,升压变压器的一次绕组的额定电压应高出其所在电力网额定电压的5，降压变压器一次绕组的额定电压等于所接电力网的额定电压。厂用变压器一次绕组的额定电压取所接电力网额定电压的1.05倍。当二次侧电压等级较高时，二次绕组的额定电压比所接电力网的额定电压高出10；对35kV及以下较低的电压等级，视所接线路的长短及变压器阻抗、电压大小分别高出所接电力网额定电压的105。,第三节发电厂变电站电气部分,2.电气设备的额定参数,2.1额定电压,第三节发电厂变电站电气部分,2.电气设备的额定参数,2.2额定电流,额定电流是指在规定的基准环境温度下，允许长期通过设备的最大电流值，此时设备的绝缘和载流部分的长期发热的最高温度不会超过规定的允许值。电力设备的额定电流与介质的环境温度密切相关。温度高于基准环境温度时，额定电流降低，反之，则升高。实际工程中，一般要考虑温度修正系数进行修正。我国采用的基准环境温度如下：电力变压器和大部分电器(如断路器、隔离开关、互感器等)的额定周围空气温度取为40；发电机的冷却空气温度3540；裸导线、绝缘导线和裸母线周围空气温度为25；电力电缆在空气中敷设温度为30，直埋敷