发电厂电气课本总结

绪论为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力工业的基本任务。

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，是电力工业的发展方向电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源发—>变—>送—>配—>用我国电力工业今后发展的目标是：①优化发展火电②优先开发水电③积极发展核电电力系统愈大，调试运行就愈能合理和优化，经济效益就愈好，应变事故的能力就愈强电价是电力市场的支点引入公平竞争机制是电力市场的本质第一章能源和发电第一节能源和电能能量形式：机械能、热能、化学能、辐射能、核能、电能能源分类：按获得方法分：一次能源（煤、石油、天然气、水能、风能）二次能源（电力、蒸汽、煤气、汽油）按是否可再生分为可再生能源和不可再生能源电能与其他形式能源相比，其特点有：①便于大规模生产和无距离输送②便于转换和控制③损耗小、效率高⑤无污染第二节火力发电厂燃料：煤、石油或天然气能量转换过程：燃料的化学能—>热能—>机械能—>电能火电厂的生产过程可分为三个系统：①燃烧系统：燃料的化学能—>热能，加热锅炉中的水变成蒸汽②汽水系统：热能—>机械能，蒸汽进入汽轮机，使汽轮机转子旋转③电气系统：机械能—>电能，汽轮机转子带动电机旋转火电厂分类：地方性火电厂（城市附近）多为热力发电厂区域性火电厂（煤矿附近）多为凝汽式发电厂按燃料分：①燃煤发电厂（主）②燃油发电厂③燃气发电厂④余热发电厂（利用工业企业的余热发电）按原动机分类：①凝汽式发电厂（主）（只向外供电，效率为30%~40%）②热电厂（向外供电和供热，效率为60%~70%）按装机容量分类：①小容量发电厂（<100MW)②中容量发电厂（100MW~250MW)③大中容量发电厂（250MW~1000MW）④大容量发电厂（>1000MW）第三节水力发电厂距负荷中心较远，不必考虑发展和扩建能量转换过程：水的位能和动能—>机械能—>电能三峡工程总库容393亿立方米，装机容量为1820万kW，年平均发电量为847亿kW*h 水电厂分类：按集中落差的方式分类：①堤坝式水电厂（利用落差，抬高上游水位，形成发电水头）堤坝式又分为坝后式和河床式②引水式水电厂（建在河道或坡度陡的地方，由引水渠道造成水头）③混合式水电厂(兼有堤坝和引水)按径流调节程度分类：①无调节水电厂②有调节水电厂按调节程度分类：①日调节水电厂②年调节水电厂③多年调节水电厂水电厂的特点：①综合利用水能资源②发电成本低、效率高③运行灵活，可储蓄和调节④无污染⑤投资大、工期长⑥受环境条件限制，发电不均⑦可能破坏生态平衡抽水蓄能电厂的作用：调频、调相、调峰、填谷、备用抽水蓄能电厂的功能：①降低燃料消耗②提高为电设备利用率③可作为发电成本低的峰荷电源④无污染⑤可蓄能第四节核能发电厂核电厂的分类：轻水堆核电厂（最多）：①压水堆核电厂（系统分成两大部分:一回路系统和二回路系统）②沸水堆核电厂（反应堆功率由堆芯的含汽量控制）核电厂系统由核岛和常规岛组成核电厂的运行：反应堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。

换新料初期，过剩反应性很大，为了补偿过剩①采用控制棒②在冷却剂中加入硼酸，通过硼浓度的变化来调节反应堆的反应性。

但冷却剂含有硼酸后会带来一定的复杂性有很强的放射性反应堆停闭后还有衰变热，不能立即停止冷却，必须继续除去衰变热妥善处理废物核电厂建设费用高，燃料相对便宜，所以就应尽可能在接近额定功率工况下带基本负荷连续运行，并缩短核电厂反应堆的停闭时间第二章发电、变电和输电的电气部分第一节概述电气设备①一次设备：生产、变换、输送、分配和使用电能的设备②二次设备：测量、控制、监视和保护的设备电气接线：根据各种电气设备的作用及要求，按一定的方式用导体连接起来所形成的电路电气主接线：一次设备（发电机、变压器、断路器等），按预期生产流程所连成的电路二次接线：二次设备所连成的电路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电气主接线图可画成三线图（较复杂），一般画成单线图但却表示电路所有元件应表示正常状态，如：断路器、隔离开关处于断开位置画出断路器具有灭弧装置，而隔离开关没有隔离开关的作用：隔离电压和倒闸操作母线的作用：汇集和分配电能配电装置：屋内配电装置（发电机配电装置）屋外配电装置（高压配电装置）第二节发电厂的电气部分300/600MW发组电气部分全连分相封闭母线的优点：①供电可靠②运行安全③由于外壳屏蔽，母线电动力大大减少，基本消除钢构件的发热④运行维护工作量小单机容量为300MW的发电机，由于额定电流很大，采用全连分相封闭母线发电机与主变压器的连接采用发电机—变压器单元接线，无发电机出口断路器和隔离开关主变低压侧引接一台高压厂用变压器，供给厂用电发电机中性点接有中性点接地变压器，发电机中性点选用干式接地变压器第三节高压交流输变电影响输电电压等级的原因：①长距离输送电能②大容量输送电能③节省基建投资和运行费用④电力系统互联500kV变电站电气主接线：①3/2断路器（广泛）②双母线四分段带专用旁路母线断路器的作用：①正常情况下线路设备的开断及关合②故障时自动切除短路电流根据灭弧介质分类：①SF6断路器（最好，500kV使用）②油断路器③真空断路器④空气断路器电压互感器：严禁短路电流互感器：用作变换电流的特种变压器一次绕组串联在电力线路中，线路中的电流就是互感器的一次电流二次绕组接测量仪和保护装置，作为二次绕组的负荷二次绕组输出电流额定值一般为5A或1A严禁开路互感器分为电磁式和电容式（500kV常用）避雷器：变电站保护电气设备免遭雷电冲击波袭击的设备①保护间隙②管型避雷器③阀型避雷器④磁吹阀式避雷器⑤氧化锌避雷器（无间隙、无续流、残压低）500kV广泛采用氧化锌避雷器并联高压电抗器：并接在高压输电线路，用来补偿高压输电线路的电容和吸收容性无功功率，防止电网轻负荷时因容性功率过多而引起电压升高作用：①限制工频电压升高②降低操作过电压③消除发电机带长线出现励磁④避免长距离输送无功功率并降低线损⑤限制潜供电流，有利于重合闸抽能并联高压电抗器：带辅助抽能线圈的并联高压电抗器为单相式，具有单相铁心结构，冷却方式为油浸自冷串联电容器补偿P=EUsinδ/XLE:发电机电压U:线路末端电压安装串联电容器后P=EUsinδ/(XL-XC)第四节高压直流输电优点：①造价低、运行费用省②没有运行稳定问题③能限制短路电流④调节速度快缺点：①换流装置价格昂贵②消耗大量无功功率③产生谐波④缺乏直流断路器第三章常用计算的基本理论和方法第一节导体载流量和运行温度计算损耗分类：①电阻损耗②涡流和磁滞损耗③介质损耗这些损耗转变成热量使设备温度升高长期发热（工作电流）短期发热（短路电流）发热对电气设备的影响：①使绝缘标榜的绝缘性能降低②使金属材料的机械强度下降③使导体接触部分的接触电阻增加正常最高允许温度：短时最高允许温度：正常（<70℃）硬铝及铝锰合金（200℃）日照（<80℃）硬铜（300℃）镀锡（<85℃）镀银（<95℃）↙斯蒂芬—波尔兹曼定律热量的耗散：对流、辐射（热射线）和导热损耗热量+日照热量=辐射热量+对流散热（空气忽略导热）对流散热：自然（风速<0.2m/s）对流和强迫对流对流+辐射=复合散热导体稳定温升与电流平方、电阻成正比，与散热系数和面积成反比当导体电流大于3000A时，附近钢构的发热不容忽视钢构发热最高允许温度：人可触（70℃）人不可触（100℃）混凝土中钢筋（80℃）减少钢构损耗和发热措施：①加大钢构和导体间的距离②断开钢构回路③采用电磁屏蔽第二节载流导体短路时发热计算一、导体短路时发热过程（图P69）热稳定性：短路时导体的最高温度不超过发热允许温度短路时发热特点：①发热时间短（可认为是绝热过程）②导体温度变化范围大二、短路热效应Qk的计算①等值时间法（<50MW）（图P71理解）计算简单，并有一定精度，广泛应用②实用计算法(>50MW)第三节载流导体短路时电动力计算电动力是磁场对载流导体的一种作用力一、计算电动力的方法①毕奥—沙瓦定律法dF=iBsinαdlF=∫iBsinαdl②两条平行导体电动力计算电流反向—>排斥电流同向—>吸引二、最大电动力（B相）三相短路时：A相或C相最大值出现在固定分量和非周期分量之和的最大瞬间B相（中间相）最大值出现在非周期分量最大瞬间A相<B相两相短路时同样是B相最大导体振动时动态应力：受一次外力作用，形成固有振动，其频率为固有频率。

受摩擦和阻尼作用，振动逐渐衰减。

若受到电动力持续作用而形成强迫振动。

电动力中有工频和2倍工频两个分量。

若固有频率接近则会发生共振现象，甚至损坏设备。

导体发生振动时，内部会产生动态应力。

一般采用修正静态计算法。

即最大电动力乘以动态应力系数，以求得实际动态过程中动态应力的最大值。

三、分相封闭母线的电动力采用分相封闭母线后，邻相母线产生的磁通穿入本相时，因受到外壳的电磁屏蔽作用面大大减弱。

第四节电气设备及主接线的可靠性分析可靠性：元件、设备和系统在规定的条件下和预定时间内，完成规定功能的概率。

可靠性指标：1、不可修复元件：①可靠度：预定时间内执行功能的概率②不可靠度：小于或等于预定时间发生故障的概率③故障率④平均无故障工作时间：与故障率互为倒数2、可修复元件：①可靠度②不可靠度③故障率④修复率：单位时间内修复设备的台数⑤平均修复时间⑥平均运行周期⑦可用度：可修复元件可用度≥可靠度不可修复元件可用度≤可靠度⑧不可用度⑨故障频率主接线可靠性的判据随着主接线的功能及在电力系统中地位不同而异主接线的可靠性计算①网络法：以求解逻辑图为基础（主接线可靠性计算）②状态空间法：以求解状态空间模型为基础（电力系统可靠性计算）第五节技术经济分析经济分析包括：①财务评价②国民经济评价③不确定性分析④方案比较：常用方法：最小费用法、净现值法、内部收益率法和抵偿年限法为简化计算大多采用最小费用法（费用现值法和年费用比较法）第四章电气主接线及设计第一节电气主接线设计原则和程序一、对电气主接线的基本要求可靠性、灵活性和经济性1、可靠性：主要指标：停电频率停电持续时间停电用户损失2、灵活性操作、调度和扩建的灵活3、经济性节省一次投资占地面积少电能损耗少二、电气主接线设计的原则电气主接线设计是发电厂或变电站电气设计的主体1、对原始资料分析2、主接线方案的拟定与选择3、适中电流计算和主要电器选择4、绘制电气主接线图5、编制工程概算第二节主接线的基本接线形式以电源和出线为主体采用母线，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建1、单母线及单母线分段接线若电源是发电机则可以不装隔离开关优点：简单、操作方便缺点：可靠性差、调度不方便只用于出线少，没有重要负荷的电厂或电站分段：分段越多，则断路器越多。