大工13春《发电厂电气部分》辅导资料一
大工13春《发电厂电气部分》辅导资料一主 题：第一章绪论（第1—3节）
学习时间：2013年3月30日—4月7日
内 容：
第一章绪论
这周我们将学习第一章中的第1—3节，这部分主要介绍发电厂类型、特点及电能的生产过程，以及我国电力工业的发展。要求同学们掌握发电厂电气设备的基本概念。
第一节 发电厂和变电所的类型
1.1.1 能源与电能
一、能源含义和分类
一次能源：直接由自然界采用的能源。如煤、石油、天然气等。
二次能源：由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源。如电力、汽油、煤气等
二、电能
电是一种二次能源，是在各种发电厂内由其它能源（比如煤、水等天然能源）转换而来的。
发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转成电能的工厂。
根据发电厂所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核发电厂、风力发电厂、地热发电厂、潮汐能发电厂等类型。
1.1.2 火力发电厂
是把化石燃料的化学能转换成电能的工厂，原动机大都为汽轮机，亦有燃气轮机、柴油机
a.凝汽式火电厂
容量大，靠近燃料产区（坑口、矿口），燃烧劣质煤。电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。
特点：水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。
效率低：30％～40％
b.热电厂
容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求后，经高压线路送进电网。既供电又供热。
特点：在汽轮机中段抽出已做功蒸汽，或直接供热给用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。
效率高：可达60%-70%。采取以热定电的运行方式，不如凝气式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。
c.燃气轮机发电厂
指用燃气轮机或燃气-蒸汽联合循环中的燃气轮机和汽轮机驱动发电机的发电厂。分别用作电力系统的调峰机组，带中间负荷和基本负荷。
单纯的以燃气轮机驱动发电机的发电厂，热效率仅有35％～40％；
燃气-蒸汽联合循环系统，可达到56％～85％；
以天然气为燃料的燃气轮机和联合循环发电，效率高，污染物排放低、初投资少、工期短及易于调节负荷。
火电厂的电能生产过程：
发电厂的生产过程实际上是能量的传递和转换过程火电厂的生产过程是把煤中的化学能转变为电能的过程。
1.1.3 水力发电厂
水电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂，也称水电站。
水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机。
根据取水的方式不同，又可以分为：
a.坝式水电站
在河流的适当地方建筑拦河坝，形成水库，抬高上游水位，形成发电水头。按照厂房与坝的相对位置可分为：
坝后式：厂房在堤坝后面
河床式：厂房组成堤坝的一部分
b.引水式水电厂
是指由引水系统将天然河道的落差集中进行发电的水电站。（不修堤坝，只由引水渠道形成发电水头。用较短的引水系统可集中较大的水头，也适用于高水头水电站）
c.混合式水电厂
兼有堤坝式，引水式的特点
d.抽水蓄能电站
利用深夜或丰水期剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游的水抽到高水位蓄水池内，再在需要时用来发电，作负荷调峰之用。
火电和水电的简单比较 ：
火电厂投资相对少，建设工期相对短，但原料储量不如水电丰富，而且有污染。
火电机组不如水电机组起停迅速，所以火电大多承担系统基荷，而水电既可承担基荷（丰水期），也可承担腰荷，以及调峰、调频、调相和各种备用任务。
1.1.4 核能发电厂
是指将原子核的裂变能变换为电能，燃料主要是U235。U235容易在慢中子的撞击下裂变，释放出巨大能量，同时释放出新的中子。基本原理同火力发电厂，只不过是用核反应堆和蒸发器代替了火力发电厂的锅炉设备。一个1000MW的火电厂一天燃煤9600t，同样大的核电厂只要3.3kg的U235。按照所使用的慢化剂和冷却剂，核反应堆分为轻水堆和重水堆等。
压水堆核电厂以高压欠热轻水作慢化剂和冷却剂，在主循环水泵的作用下，蒸馏水（15.2- 15.5Mpa，290℃）不断在主回路中循环，经反应堆被加热到320℃，然后进入蒸汽发生器，并将热量传给二回路的给水，使之变成蒸汽，蒸汽沿管道进入汽轮机做功，带动发电机发电。
沸水堆核电厂以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂在反应堆内直接产生饱和蒸汽，通入汽轮机做功发电；汽轮机的排气冷凝后，经软化器净化、加热器加热，再由给水泵送入反应堆。
1.1.5 新能源发电
a.风力发电
将风能转换为电能的发电方式
b.海洋能发电
海洋能是蕴藏在海水中的可再生能源，如潮汐能、波浪能、海流能等。
潮汐能发电即利用潮汐的位能发电，在潮差大的海湾入口或河流筑堤构成水库，在坝内或坝侧安装水轮发电机组，利用堤坝两侧的潮差驱动水轮发电机组发电。
c.地热发电
利用地下蒸汽或热水等地球内部热能资源发电。
地热蒸汽发电的原理和设备与火电厂基本相同。
d.太阳能发电
太阳能是从太阳向宇宙空间发射的电磁辐射能。
利用聚热装置，将太阳热能聚集以产生蒸汽，带动涡轮发电机产生电力。
1.1.6 变电所类型
变电所有多种分类方法，可以根据电压等级、升压或降压及在电力系统中的地位分类。根据变电所在系统中的地位，可分为：
枢纽变电所：位于枢纽点，连接高、中压的几个部分，汇集多个电源和多回大容量联络线，变电容量大，电压为330-500kV。全所停电时，将引起系统解列，甚至瘫痪。
中间变电所：位于主要环路线路中或主要干线的接口处，汇集有2-3个电源，高压侧以交换潮流为主，同时又降压供给当地用户，主要起中间环节作用，电压为220-330kV。全所停电时，将引起区域电网解列。
地区变电所：以地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电所，电压为110-220kV。全所停电时，仅该地区中断供电。
终端变电所：位于输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务，电压110kV及以下。全所停电时，仅使其所供的用户中断供电。
系统中接有大容量的水电厂和火电厂，水电厂发出的电力经过500kV超高压输电线路送至枢纽变电所，220kV电力网构成三角环网。
第二节 发电厂和变电站电气设备概述
1.2.1 一次设备
1、生产和转换电能的设备：发电机、变压器、电动机。
2、载流导体：
母线：用来汇集和分配电能或将发电机、变压器与配电装置相连；
架空线；
电缆线；
3、开关电器：
断路器：用来接通或断开电路的正常工作电流、过负荷电流或短路电流，有灭弧装置。
隔离开关：用来检修设备时隔离电压，进行电路的切换操作及接通或断开小电流电路。一般在电路断开时操作。
熔断器：用来断开电路的过负荷或短路电流。
4、限流电器：
普通电抗器；
分裂电抗器：串联在电路中，作用为限制短路电流，使发电厂或变电所能选择轻型电器。
5、补偿设备：调相机、电容器、静止补偿器、并联电抗器、消弧线圈。
6、防御过电压设备：避雷线、避雷器、避雷针。
7、互感器：电压互感器、电流互感器。
8、接地设备：保护接地、工作接地。
1.2.2 二次设备
测量仪表：用来监视、测量电路的电流、电压、功率、电能、频率及设备的温度等
绝缘监察装置：用来监察交、直流电网的绝缘状况。
控制和信号装置：采用手动或自动（继电保护或自动装置）方式通过操作回路实现配电装置中断路器的合、跳闸；信号装置用来反映电气设备的事故或异常状态。
继电保护及自动装置：前者用在故障时，动作于断路器跳闸，或出现异常时发出信号；后者用来实现发电厂的自动并列、发电机自动调节励磁、电网频率自动调节、自动重合闸等
直流电源设备：用作开关电器的操作、信号、继电保护及自动装置的直流电源及备用电源
高频阻波器：用于阻止高频电流向变电所或支路泄露、减小高频能量损耗
第三节 我国电力工业发展概况
1.3.1 中国电力之最
最大火电单机90万kW——上海外高桥电厂；
最大水电厂26×70万kW——三峡水电站；
最大核电单机100万kW——广东岭澳核电厂；
最高交流电压1000kV——晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程；
最高直流电压±800kV——向家坝-上海。
1.3.2 电力产业结构
发电集团：中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司。
电网公司：
1、 国家电网：华北电网有限公司、东北电网有限公司、华东电网有限公司、华中电网有限公司、西北电网有限公司。
2、 南方电网公司
习题：
(一) 填空题
1、开关电器的作用是接通或断开电路。高压开关电器主要以下几种：______________、______________、______________。
答案：断路器、隔离开关、熔断器
2、对一次设备进行监察、测量、______________、______________、______________的辅助设备，称为二次设备。
答案：控制、保护、调节
（二）简答题
1、根据发电厂所使用的一次能源的不同，发电厂可分为哪几种？
答案：
1.火力发电厂
2.水力发电厂
3.核发电厂
4.风力发电厂
5.地热发电厂
6.潮汐能发电厂等
2、发电厂和变电站电器设备有哪些？
答案：
一次设备：
1．生产和转换电能的设备；
2．载流导体：母线、电缆线；
3．开关电器：断路器、隔离开关、熔断器；
4．限流电器：普通电抗器、分裂电抗器；
5．补偿设备：调相机、电容器、静止补偿器、并联电抗器、消弧线圈；
6．防御过电压设备：避雷线、避雷器、避雷针；
7．互感器：电压互感器、电流互感器；
8．接地设备：保护接地、工作接地。
二次设备
1．测量仪表
2．绝缘监察装置
3．控制和信号装置
4．继电保护及自动装置
5．直流电源设备
6．高频阻波器
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