00-02-发电厂电气部分绪论.pptx

第1页：发电厂电气部分课程封面

本课件依据《发电厂电气部分》（第三版）教材编制，系统讲解发电厂与变电站电气部分的基本理论、主接线形式、厂用电接线、导体发热与电动力计算、电气设备选择、配电装置以及控制与信号系统。

第2页：课程内容与章节体系

课程内容：本课件按教材体系划分为七个部分。

• 绪论
• 电气主接线
• 厂用电
• 导体的发热和电动力
• 电气设备的原理与选择
• 配电装置
• 发电厂和变电站的控制和信号

第3页：第一章 绪论

第一章 绪论：本章共四节，从电力工业发展概况入手，依次介绍发电厂的类型、变电站的类型和电气设备概述。

• §1.1 我国电力工业发展概况
• §1.2 发电厂的类型
• §1.3 变电站的类型
• §1.4 电气设备概述

第4页：1.1 我国电力工业发展概况

本节从我国电力工业的起点讲起，依次介绍装机容量与发电量的增长、最大单机容量、最大发电厂、电力系统的发展以及电力工业的发展前景。

第5页：我国电力工业的起点

一、我国电力工业的起点：我国电力工业起步于19世纪末，第一个发电厂与第一个水电厂的基本情况如下。

第6页：装机容量及发电量的增长

二、装机容量及发电量的增长：按统计年份顺序，我国装机容量与年发电量持续快速攀升。

• 装机容量（万kW）：185、6587、8500、13789、21722、31900、50841
• 年发电量（亿kW·h）：43、3006、3950、6213、10069、13685、24747
• 世界排名：由第21位（发电量第25位）升至第2位（发电量第2位）

说明：原课件以数字串形式给出上述数据，未标注对应统计年份，此处按原文顺序保留。

第7页：2007年底装机容量构成

二、装机容量及发电量的增长：截至2007年底，全国总装机容量为71329万kW，全年发电量为32559亿kW·h。

第8页：最大单机容量

三、最大单机容量：我国已投运的最大火电、水电与核电机组容量如下。

第9页：国内最大发电厂

四、最大发电厂：我国已建成的大型火电、水电、核电与抽水蓄能电厂规模如下。

第10页：电力系统的发展概况

五、电力系统的发展：我国电力系统经历了由孤立城市电网到跨省区域电网的演进。

建国初期

大多是大城市发、供电系统；跨地区系统有东北中部和南部的154、220kV系统，东北东部的110kV系统（以丰满、水丰和镜泊湖水电厂等为中心），以及冀北系统。

本世纪初

已形成东北、华北、华东、华中、西北、西南、华南等七个跨省区域性电力系统。

第11页：区域电网装机规模

区域电网构成：各跨省区域电网的装机容量规模差异明显。

第12页：区域电网互联历程

区域电网互联：我国跨区联网工程按时间推进，交直流并存。

说明：原课件仅给出时间与联网形式，未标注具体工程名称，此处按原文保留。

第13页：电网电压等级发展

电网电压等级：各电网已形成500kV或330kV的骨干网架，更高电压等级线路陆续投运。

第14页：电力工业的基本任务与发展方向

六、电力工业发展前景：

电力工业的基本任务

为国民经济各部门和人民生活提供充足、可靠、优质、廉价的电能。

电力工业的发展方向

厂网分开，竞价上网，实现高度自动化，西电东送，南北互供，走向联合电力系统。

第15页：电力工业发展相关技术

相关技术：支撑电力工业发展的关键技术方向包括：

• 做好电力规划，加强电网建设
• 电力工业现代化
• 联合电力系统
• 电力市场
• IT技术
• 谐波治理
• 洁净煤发电技术
• 绿色能源的开发和利用

第16页：1.2 发电厂的类型

§1.2 发电厂的类型：本节按一次能源的不同，介绍火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂及其他形式发电。

第17页：发电厂的定义与分类

引言：发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。根据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、核能发电厂等。

第18页：火力发电厂的能量转换过程

一、火力发电厂：

1. 一次能源（燃料）

主要是煤，还有石油、天然气。

2. 主要设备

锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。

3. 电能生产过程

燃料在锅炉里燃烧→使水变成蒸汽→推动汽轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机产生电能，即化学能→热能→机械能→电能。

第19页：火电厂三大系统

一、火力发电厂：电能生产过程可分为三个系统。

• 燃烧系统
• 汽水系统
• 电气系统

第20页：燃烧系统的组成

（1）燃烧系统：燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽。燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。

第21页：汽水系统的组成

（2）汽水系统：由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。

第22页：电气系统的组成

（3）电气系统：包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。

第23页：火电厂生产过程系统图

一、火力发电厂：电能生产过程由燃烧系统、汽水系统、电气系统共同完成，三系统依次完成燃料燃烧放热、汽水循环与电能输出。

第24页：火电厂按燃料分类

4. 类型（1）按燃料分：

• 燃煤发电厂
• 燃油发电厂
• 燃气发电厂
• 余热发电厂
• 垃圾发电厂
• 工业废料发电厂

第25页：火电厂按蒸汽压力分类

4. 类型（2）按蒸汽压力和温度分：

第26页：火电厂按原动机分类

4. 类型（3）按原动机分：

• 凝汽式汽轮机发电厂
• 燃气轮机发电厂
• 内燃机发电厂
• 蒸汽—燃气轮机发电厂

第27页：火电厂按输出能源分类

4. 类型（4）按输出能源分：

第28页：火电厂的优缺点

5. 优缺点：

优点

布局灵活，装机容量的大小可按需要决定；一次投资较小，建设周期较短。

缺点

耗煤量大，发电成本高；动力设备繁多，控制操作复杂，运行费用高；启动时间长（几小时到十几小时），启停费用高；担负调峰、调频时煤耗增加、事故增多；对空气和环境的污染大。

第29页：水力发电厂的能量转换过程

二、水力发电厂：

1. 一次能源

水的位能或动能。

2. 主要设备

压力水管、水轮机、发电机。

3. 生产过程

高处的水经压力水管→推动水轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机发出电能，即位能或动能→机械能→电能。

第30页：堤坝式水电厂分类

4. 类型（1）堤坝式水电厂：

• 坝后式水电厂
• 河床式水电厂

第31页：坝后式水电厂

坝后式水电厂：厂房建在坝的后面，不承受上游水压。

第32页：河床式水电厂

河床式水电厂：厂房代替一部分坝体，也起拦水作用，直接承受上游水压。

第33页：引水式水电厂

（2）引水式水电厂：建筑在山区水流湍急的河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头；一般不需修坝或只修低堰。

第34页：抽水蓄能式水电厂

（3）抽水蓄能式水电厂：

工作原理

以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能；在电力系统负荷低谷时抽水蓄能，负荷高峰时放水发电。

作用

用于电网的调峰、填谷、备用、调频、调相。

第35页：水电厂的优缺点

5. 优缺点：

优点

发电成本低，对环境没有污染，运行灵活方便，可防洪、灌溉、航运等。

缺点

一次投资大，建设周期长，受水文气象影响，淹没土地、移民搬迁等。

第36页：核能发电厂的能量转换过程

三、核能发电厂——核电厂：

1. 一次能源

核能（核裂变能）。

2. 主要设备

核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机。

3. 生产过程

核燃料在核反应堆中裂变产生热能→产生蒸汽→推动汽轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机发出电能，即原子能→热能→机械能→电能。

第37页：压水堆核电厂

4. 类型：压水堆：用高压轻水作慢化剂、冷却剂，一回路系统和二回路系统分开。

第38页：沸水堆核电厂

4. 类型：沸水堆（重水堆）：用重水作冷却剂，水会沸腾，汽轮机等设备可能受污染。

第39页：核电厂的优缺点

5. 优缺点：

优点

可节省煤、石油和天然气及运输费用；无需空气助燃，可建在地下、水下、山上。

缺点

投资大。

第40页：其它形式发电

四、其它形式发电：

第41页：1.3 变电站的类型

§1.3 变电站的类型：本节按变电所在电力系统中的地位，介绍枢纽、中间、地区与终端变电所。

第42页：电力系统的组成与变电所作用

引言：电力系统由发电厂、变电所、线路和用户组成，变电所是联系发电厂和用户的中间环节。根据变电所在电力系统中的地位，变电所可分成四类：枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所。

第43页：枢纽变电所

一、枢纽变电所：位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源，电压等级多为330～500kV。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。

第44页：中间变电所

二、中间变电所：高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2～3个电源，电压为220～330kV，同时又降压供给当地用户。全所停电后，将引起区域电网解列。

第45页：地区变电所

三、地区变电所：高压侧电压一般为110～220kV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中断供电。

第46页：终端变电所

四、终端变电所：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电所。全所停电后，只是用户受到损失。

第47页：1.4 电气设备概述

§1.4 电气设备概述：本节介绍发电厂和变电站中电气设备的分类，以及电气接线的含义与类型。

第48页：电气设备的分类

一、电气设备：为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电气设备。根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。

第49页：一次设备的定义

1. 一次设备：生产、变换、输送、分配和使用电能的设备。

第50页：生产和转换电能的设备

① 生产和转换电能的设备：如发电机、电动机、变压器等。

• 发电机将机械能转换成电能
• 电动机将电能转换成机械能
• 变压器将电压升高或降低以满足输配电需要

第51页：接通或断开电路的开关电器

② 接通或断开电路的开关电器：如断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器等。它们用于正常或事故时，将电路闭合或断开。

第52页：限制故障电流和防御过电压的保护电器

③ 限制故障电流和防御过电压的保护电器：如电抗器和避雷器等。

• 电抗器用于限制短路电流
• 避雷器用于防御过电压

第53页：载流导体

④ 载流导体：如裸导体、电缆等，用于传输电能或连接电气设备。

第54页：接地装置

⑤ 接地装置：由埋入土中的金属接地体（角钢、扁钢、钢管等）和连接用的接地线构成。无论是电力系统中性点的工作接地，还是保护人身安全的保护接地，以及为了稳定电位、防止干扰的仪控接地，均同接地装置相连。

第55页：二次设备的定义

2. 二次设备：对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备。

第56页：仪用互感器

① 仪用互感器：如电压互感器和电流互感器，用于将高电压、大电流转换成低电压、小电流，供给测量仪表和保护装置使用。

第57页：测量表计

② 测量表计：如电压表、电流表、功率表和电能表等，用于测量电路中的电气参数。

第58页：继电保护及自动装置

③ 继电保护及自动装置：这些装置能反应系统不正常情况并进行监控和调节，或作用于断路器跳闸，将故障切除。

第59页：直流电源设备

④ 直流电源设备：包括直流发电机组、蓄电池组和硅整流装置等，供给控制、保护用的直流电源和厂用直流负荷、事故照明用电等。

第60页：操作电器信号设备及控制电缆

⑤ 操作电器、信号设备及控制电缆：操作电器（如各种类型的操作把手、按钮等）实现对电路的操作控制；信号设备给出信号或显示运行状态标志；控制电缆用于连接二次设备。

第61页：电气接线的含义与类型

二、电气接线：

电气接线的含义

在发电厂和变电所中，根据各种电气设备的作用和要求，按一定的方式用导体连接起来所形成的电路称为电气接线。

电气接线的类型

由一次设备所连成的电路称为（电气）一次接线或电气主接线；由二次设备所连成的电路称为电气二次接线。

第62页：电气主接线图

二、电气接线：电气主接线通常用电气主接线图来表示。电气主接线图是用规定的图形符号和文字符号表示电气设备连接关系的一种图，表明电能汇集和分配的关系。电气主接线图通常采用单线图表示，只有需要时才绘制三线图。