1、 North China Electric Power University Department of Electrical Engineering 發電廠電氣部分發電廠電氣部分 Electrical Systems of Power Plant 電氣教研室電氣教研室 趙志英趙志英 機電學院機電學院 課 程 簡 介 發電廠電氣部分一門重要的電力系統發電廠電氣部分一門重要的電力系統專業課專業課 課程主要講述發電廠（變電站）課程主要講述發電廠（變電站）一次一次 系統系統的構成、設計及運行方面的基本理論的構成、設計及運行方面的基本理論 和基本計算方法；同時講述和基本計算方法；同時講述二次系統二次系

2、統的基的基 本原理及其控制與信號系統。本原理及其控制與信號系統。 特點：沒有較復雜的理論推導和計算，特點：沒有較復雜的理論推導和計算， 與實際聯系較密切，與實際聯系較密切，偏重工程應用偏重工程應用。 課 程 簡 介 發發 電電 廠廠 電電 氣氣 部部 分分 電氣主接線和廠用電接線電氣主接線和廠用電接線 配電裝置配電裝置電器的組合及布置電器的組合及布置 測量、控制與信號的構成及工作原測量、控制與信號的構成及工作原 理理二次系統二次系統 高壓斷路器（開關電器）運行高壓斷路器（開關電器）運行 導體的發熱、電動力的計算導體的發熱、電動力的計算 同步發電機的運行同步發電機的運行 變壓器的運行變壓器的運行

3、 講 課 方 式 掌握基本理論，側重工程應用掌握基本理論，側重工程應用 輔助教學手段：錄像、模型、圖片輔助教學手段：錄像、模型、圖片 以講為主，自學為輔以講為主，自學為輔 倡導討論、提出建議倡導討論、提出建議 參考資料 發電廠電氣部分發電廠電氣部分 戴憲濱戴憲濱 中國水利水電出版社中國水利水電出版社 發電廠變電所電氣部分發電廠變電所電氣部分 劉寶貴等劉寶貴等 中國電力出版社中國電力出版社 發電廠電氣部分發電廠電氣部分 姚春球姚春球 中國電力出版社中國電力出版社 第一章第一章 電力系統的基本概念電力系統的基本概念 1. 電力系統的概念和組成 3. 發電廠概述 4. 電壓變換和電能傳輸 5. 我國

4、電力工業發展概況 2. 能源和電能 第一節 電力系統的概念和組成 電力系統由發、輸、變、配組成電力系統由發、輸、變、配組成（生產、輸送、分配、消費（生產、輸送、分配、消費） 第一節 電力系統的概念和組成 電力系統由發、輸、變、配組成電力系統由發、輸、變、配組成（生產、輸送、分配、消費（生產、輸送、分配、消費） 第二節 能源和電能 世界是由物質構成的，是客觀存在的；能量世界是由物質構成的，是客觀存在的；能量 是物質的屬性，是一切物質運動的動力。是物質的屬性，是一切物質運動的動力。 能量既不能創造，也不能消滅，只能從一種能量既不能創造，也不能消滅，只能從一種 形態轉換到另一種形態，并且遵守能量守恒

5、定律。形態轉換到另一種形態，并且遵守能量守恒定律。 第二節 能源和電能 電能的優點：電能的優點： 便于大規模生產和遠距離輸送便于大規模生產和遠距離輸送 方便轉換和易于控制方便轉換和易于控制 損耗小損耗小 效率高效率高 無氣體和噪聲污染無氣體和噪聲污染 到目前為止，人類所認識的能量形式有：到目前為止，人類所認識的能量形式有： 1. 機械能機械能 2. 熱能熱能 3. 化學能化學能 4. 輻射能輻射能 5. 核能核能 6. 電能電能 能源分類 1. 按獲得的方式分按獲得的方式分 一次能源 自然界中現成存在，可直接取得和利用而 不改變其本形態的能源 例如：煤、石油、天然氣、水能、風能等 二次能源 由

6、一次能源經加工轉換成的另一種形態的 能源 例如：電力、蒸汽、煤氣、焦碳、汽油等， 它們使用方便，易于利用，是高品質的能源 能源分類 2. 按被利用的程度分按被利用的程度分 常規能源 在一定的歷史時期和科學技術水平下，已 經被人們廣泛利用的能源 例如煤、石油、天然氣、水能等 新能源 古老的能源采用先進的方法加以廣泛利用， 以及用新發展的技術開發的能源 例如太陽能、風能、海洋能、地熱能、生 物質能、氫能、核能等 能源分類 3. 按能否再生分按能否再生分 可再生能源 自然界中可以不斷再生并有規律地得到補充的 能源 例如水能、風能、太陽能、海洋能等 非再生能源 隨人類的利用而越來越少，總有枯竭之時的能

7、 源 例如煤、石油、天然氣、核燃料等 能源分類 4. 按能源本身的性質分按能源本身的性質分 含能體能源 可以直接儲存的能源 例如：煤、石油、天然氣、核燃料、地熱、 氫能等 過程性能源 無法直接儲存的能源 例如：水能、風能、海洋能、電能等 能源分類 5. 按對環境的污染程度分按對環境的污染程度分 清潔能源 對環境無污染或污染很少的能源 如太陽能、水能、海洋能等 非清潔能源 對環境污染較大的能源 如煤、石油等 第三節 發電廠概述 發電廠是把各種天然能源，如煤炭、 水能、核能等轉換成電能的工廠。 根據所使用的一次能源的不同，發 電廠可分為火力發電廠、水力發電廠、 核能發電廠等。 第三節 發電廠概述

8、一、火力發電廠 1. 一次能源（燃料）一次能源（燃料） 主要是煤，還有石油、天然氣。 2. 主要設備主要設備 鍋爐、汽輪機、發電機及各種輔機。 3. 生產過程生產過程 燃料在鍋爐里燃燒使水變成蒸汽推動汽輪機 轉子旋轉帶動發電機轉子旋轉發電機產生電 能 化學能熱能機械能電能 第三節 發電廠概述 第三節 發電廠概述 一、火力發電一、火力發電 第三節 發電廠概述 第三節 發電廠概述 燃煤發電廠 燃油發電廠 燃氣發電廠 余熱發電廠 垃圾發電廠 工業廢料發電廠 4. 類型類型 (1) 按燃料分 第三節 發電廠概述 中低壓發電廠，PN25MW； 高壓發電廠，PN100MW； 超高壓發電廠，PN200MW；

9、 亞臨界壓力發電廠，PN=3001000MW； 超臨界壓力發電廠，PN=600、800MW及以上。 4. 類型類型 (2) 按蒸汽壓力和溫度分 第三節 發電廠概述 凝汽式汽輪機發電廠 燃氣輪機發電廠 內燃機發電廠 蒸汽燃氣輪機發電廠 4. 類型類型 (3) 按原動機分 第三節 發電廠概述 火 電 廠 凝汽式效率低（3740%）、容量大，坑口電廠 熱電廠效率高（6770%）、容量小，城市區 優點：一次投資較小；建設周期較短 缺點：發電成本高；對環境有污染 4. 類型類型 (4) 按輸出能源分 第三節 發電廠概述 二、水力發電廠 1. 一次能源一次能源 水的位能或動能 2. 主要設備主要設備 壓力

10、水管、水輪機、發電機 3. 生產過程生產過程 高處的水經壓力水管推動水輪機轉子旋轉帶動 發電機轉子旋轉發電機發出電能 位能或動能機械能電能 第三節 發電廠概述 水 電 廠 4. 類型類型 堤壩式 壩后式：單獨筑壩，廠房在壩后（三門峽） 河床式：廠房與壩一起（葛州壩） 引水式：河床坡度較大時 混合式：兼有堤壩式與引水式 抽水蓄能水電廠 第三節 發電廠概述 (1) 堤壩式水電廠堤壩式水電廠 （壩后式）壩后式） 第三節 發電廠概述 (1) 堤壩式水電廠堤壩式水電廠 （河床式）河床式） 第三節 發電廠概述 (2) 引水式水電廠：引水式水電廠： 第三節 發電廠概述 (3) 抽水蓄能式水電廠：抽水蓄能式水

11、電廠： 工作原理： 以一定水量作為能量載 體，通過能量轉換向電力 系統提供電能。 在電力系統負荷低谷時， 抽水，蓄能； 在電力系統負荷高峰時， 放水，發電。 用于電網的調峰、填谷、備用、調頻、調相。 第三節 發電廠概述 三三 峽峽 電電 站站 第三節 發電廠概述 三三 峽峽 電電 站站 第三節 發電廠概述 第三節 發電廠概述 三 峽 電 站 第三節 發電廠概述 總投資總投資603.3603.3億元、總工期億元、總工期1212年年 兩個月、裝機容量兩個月、裝機容量12601260萬千瓦的萬千瓦的 中國第二大水站中國第二大水站溪洛渡水電站，溪洛渡水電站， 已于已于20062006年正式開工。年正式

12、開工。 長江上再建兩個三峽工程的計劃已經啟動。將在長江上游金長江上再建兩個三峽工程的計劃已經啟動。將在長江上游金 沙江河段興建溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘沙江河段興建溪洛渡、向家壩、烏東德、白鶴灘4座梯級電站。座梯級電站。 這這4座電站的總裝機容量達座電站的總裝機容量達3850萬千瓦，總裝機容量和總發電萬千瓦，總裝機容量和總發電 量都超過兩個三峽工程。量都超過兩個三峽工程。 已探明的最大水電站在雅魯藏布的墨脫，可裝機已探明的最大水電站在雅魯藏布的墨脫，可裝機4380萬萬KW 第三節 發電廠概述 優點：發電成本低； 對環境沒有污染； 運行靈活方便； 可防洪、灌溉、航運等。 缺點：一次投資大；

13、建設周期長； 受水文氣象影響； 淹沒土地、移民搬遷等。 第三節 發電廠概述 三、核電廠三、核電廠 1. 一次能源一次能源 核能（核蒸汽發生系統代替鍋爐生產蒸汽系統） 2. 主要設備主要設備 核反應堆、蒸汽發生器、汽輪機、發電機 3. 生產過程生產過程 核燃料在核反應堆中裂變產生熱能產生蒸 汽推動汽輪機轉子旋轉帶動發電機轉子 旋轉發電機發出電能 原子能熱能機械能電能 第三節 發電廠概述 核 能 裂變能裂變能：一定能量的中子撞擊重金屬元素的核（鈾、钚）一定能量的中子撞擊重金屬元素的核（鈾、钚） 聚變能聚變能：不同輕元素的原子核進行聚合（氘、氚）不同輕元素的原子核進行聚合（氘、氚） 反應堆 熱中子反

14、應堆熱中子反應堆：鈾鈾235為燃料，低中子撞擊。為燃料，低中子撞擊。 快中子反應堆快中子反應堆：鈾鈾238、钚、钚239為燃料，高速、高能為燃料，高速、高能 中子撞擊，效率高。中子撞擊，效率高。 第三節 發電廠概述 按減速劑分 輕水堆（輕水堆（86%） 壓力堆（壓力堆（PWR）：）：3/4 沸水堆（沸水堆（BWR） 重水堆重水堆 石墨冷卻堆石墨冷卻堆 我國秦山（30+2*60+2*70萬kW） 國家自己設計制造 大亞灣（2*90萬kW） 引進技術 第三節 發電廠概述 三、核電廠三、核電廠 第三節 發電廠概述 三、核電廠三、核電廠 第三節 發電廠概述 優點： 可節省煤、石油和天然氣及運輸費用；

15、無需空氣助燃，可建在地下、水下、山上； 核電比火電壽命長30年。 缺點： 投資大； 核電 ：1.11.65萬元/kw；火電：4000元/kw 建設周期長。 核電70個月；火電：30個月 第三節 發電廠概述 四、新能源發電四、新能源發電 （一）風力發電（一）風力發電 葉片葉片 風力機風力機 升速齒輪升速齒輪 發電機發電機 特點： 可再生能源，綠色能源； 過程性能源，不能直接存儲，具有隨機性； 技術要求高 。 第二節 發電廠概述 第二節 發電廠概述 第二節 發電廠概述 第三節 發電廠概述 （二）太陽能發電（二）太陽能發電 太陽能光熱發電 太陽能光發電 用反光鏡集熱產生蒸汽，再用汽輪機來發電 用光電

16、池直接把太陽能轉化為電能 第三節 發電廠概述 （三）其它形式發電（三）其它形式發電 潮汐發電：潮汐發電：法國 240MW 地熱發電：地熱發電：美國加州 舊金山 400MW 生物發電生物發電 氫能發電氫能發電 垃圾發電垃圾發電 第三節 發電廠概述 我國的能源結構極不合理我國的能源結構極不合理 4.34.3 4.54.5 25.925.9 65.565.5 目前電源配置情況目前電源配置情況20202020年電源配置情況年電源配置情況 第三節 發電廠概述 二、電源構成及展望二、電源構成及展望 燃料電池、太陽光、太陽能（分散型）燃料電池、太陽光、太陽能（分散型）21世紀新能源世紀新能源 熱核反應熱核反

17、應不使用放射性材料的核能，不使用放射性材料的核能，2030年后實用化年后實用化 2050年時，電力供應是現在的年時，電力供應是現在的23倍（倍（15000億億KW.h) 核能約占核能約占54%，燃料電池等分散型電源和電力儲存系，燃料電池等分散型電源和電力儲存系 統約占統約占15%20% 第四節 電壓變換和電能傳輸 一、電壓變換 電力變壓器 3cosAPtUIt 升高或降低電壓 將不同電壓等級的電網相連系 利用電磁感應作用，把一種電壓的交流電能 變換成頻率向同的另一種電壓的交流電能。 第四節 電壓變換和電能傳輸 五、五、電壓等級的電壓等級的電壓等級的劃分電壓等級的劃分 電壓等級的電壓等級的電壓等

18、級的劃分電壓等級的劃分 100多年來，輸電電壓由最初的多年來，輸電電壓由最初的13.8kV逐步發展到逐步發展到20， 35，66，110，134，220，330，345，400，500，735， 750，765，1000kV。 輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。 高壓高壓(HV)：35220kV；超高壓；超高壓(EHV)：330 750kV； 特高壓特高壓(UHV)：1000kV及以上。及以上。 高壓直流（高壓直流（HVDC）：）：600kV及以下；特高壓直流及以下；特高壓直流 （UHVDC）：）：600kV以上，包括以上，包括750kV 和和 800kV

19、。 第四節 電壓變換和電能傳輸 電力系統由發電廠、變電所、線路和用戶 組成。變電所是聯系發電廠和用戶的中間環節。 根據變電所在電力系統中的地位，變電所 可分成四類： 1. 樞紐變電所 位于電力系統的樞紐點，匯集多個電源，電壓 等級多為330500kV。 全所停電后，將引起系統解列，甚至出現癱瘓。 第四節 電壓變換和電能傳輸 高壓側以交換潮流為主，起系統交換功率的 作用，或使長距離輸電線路分段，一般匯集 23個電源，電壓為220330kV，同時又降壓 供給當地用戶。 全所停電后，將引起區域電網解列。 2. 中間變電站 第四節 電壓變換和電能傳輸 高壓側電壓一般為110220kV，向地區用戶供 電

20、為主的變電所，這是一個地區或城市的主要 變電所。 全所停電后，僅使該地區中斷供電。 在輸電線路的終端，接近負荷點，高壓側電壓 多為110 kV，經降壓后直接向用戶供電的變電 所。 全所停電后，只是用戶受到損失。 3. 地區變電站 4. 終端變電站 第四節 電壓變換和電能傳輸 二、電能傳輸 電 能 傳 輸 交流輸電方式 變電所比換流站造價低； 不會產生諧波； 熄弧比較容易。 直流輸電方式 線路造價低，運行費用低； 不需要串、并聯補償； 直流輸電不存在穩定性問題； 可以限制互聯系統的短路容量 輸電線路： 架空線路 電纜線路 第四節 電壓變換和電能傳輸 第四節 電壓變換和電能傳輸 電電 網網 圖圖

21、第四節 電壓變換和電能傳輸 三、輸電網絡 廠廠 網網 分分 家家 前前 電電 網網 組組 成成 第四節 電壓變換和電能傳輸 重重 新新 組組 合合 后后 的的 大大 區區 電電 網網 圖圖 第四節 電壓變換和電能傳輸 電力體制改革方案：電力體制改革方案： 1(電監會電監會)+2(電網公司電網公司)+5(發電集團發電集團)+4(輔業集團輔業集團) 兩家電網公司是國家電網公司、中國南方電網有限兩家電網公司是國家電網公司、中國南方電網有限 責任公司；責任公司； 家發電集團公司是中國華能集團公司、中國大唐家發電集團公司是中國華能集團公司、中國大唐 集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司和中國集團

22、公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司和中國 電力投資集團公司；電力投資集團公司； 家輔業集團公司是中國電力工程顧問集團公司、家輔業集團公司是中國電力工程顧問集團公司、 中國水電工程顧問集團公司、中國水利水電建設集團公司中國水電工程顧問集團公司、中國水利水電建設集團公司 和中國葛洲壩集團公司。和中國葛洲壩集團公司。 第五節 我國電力工業發展概況 第一個發電廠： 1882年7月26日 上海電氣公司 12kW 以蒸汽機帶動的直流發電機 從電廠到外灘，沿街架線，供給照明用電 第一個水電廠： 1912年5月28日 云南昆明附近石龍壩水電廠 裝有2臺240kW水輪發電機組 1 1中國電力工業的起點中國

23、電力工業的起點 第五節 我國電力工業發展概況 裝機容量 185 6587 8500 13789 21722 31900 50841 萬kW 年發電量 43 3006 3950 6213 10069 13685 24747 億kWh 世界排名 21/25 8/6 4 3/2 2/2 2 裝裝 機機 容容 量量 及及 發發 電電 量量 的的 增增 長長 第五節 我國電力工業發展概況 2 2裝機容量及發電量的增長裝機容量及發電量的增長 截至2007年底，總裝機容量為71329萬kW， 火電：55442萬kW，占77.73； 水電：14526萬kW，占20.36； 核電：885萬kW，占1.24； 風

24、電：403萬kW，占0.56。 全年發電量為32559億kWh。 2011年底 裝機容量達10.56億千瓦 全年發電量 46928億kWh。 第五節 我國電力工業發展概況 最大火電機組最大火電機組： 1000 MW(華電國際鄒縣發電廠、華能玉環電廠) 最大水電機組最大水電機組： 700 MW(三峽電廠) 550 MW(二灘水電廠) 320 MW(葛洲壩水電廠) 最大核電機組最大核電機組： 1000 MW(百萬千瓦級)(大亞灣、嶺澳、田灣) 3 3、最大單機容量、最大單機容量 第五節 我國電力工業發展概況 最大火電廠最大火電廠： 鄒縣電廠，4335+2600+21000 = 4540MW 北侖港

25、電廠，5600MW = 3000MW 最大水電廠最大水電廠： 三峽電廠(14+12(+6)700 MW = 18200(+4200)MW 二灘水電廠6550MW = 3300MW 最大核電廠最大核電廠： 秦山核電站1310+2650+2720 = 3050MW 最大抽水蓄能電廠最大抽水蓄能電廠： 廣東抽水蓄能電廠8300 MW = 2400MW 4 4、最大發電廠、最大發電廠 第五節 我國電力工業發展概況 建國初期： 大多是大城市發、供電系統； 跨地區的電力系統有： 東北中部和南部的154、220kV系統； 東北東部的110kV系統（以豐滿、水豐和鏡泊湖水電廠 等為中心）； 冀北系統。 本世紀

26、初： 已形成東北、華北、華東、華中、西北、西南、華南等 七個跨省區域性電力系統。 第五節 我國電力工業發展概況 1989年9月， 500kVDC 2001年5月， 500kVAC 2003年6月， 500kVAC 2003年9月， 500kVAC 2004年6月， 500kVDC 2005年6月， 直流背靠背 區域電網互聯 第五節 我國電力工業發展概況 電網電壓等級 第一條330kVAC： 1972 年6月甘肅劉家峽-天水- 陜西關中(眉縣)。 第一條500kVAC： 1981年12月河南平 頂山-湖北武昌。 第一條500 kVDC：1989 年9月，湖北 葛洲壩-上海 南橋。 第一條750k

27、VAC：2005年9 月青海官亭-甘肅蘭州東。 各電網已形成各電網已形成500kV或或330kV的骨干網架。的骨干網架。 第五節 我國電力工業發展概況 5電力系統電力系統 第一條第一條330kV交流輸電線路于交流輸電線路于1972年建成，由甘肅劉家峽年建成，由甘肅劉家峽 水電廠到陜西關中。水電廠到陜西關中。 第一條第一條500kV交流輸電線路于交流輸電線路于1981年建成，由河南姚孟年建成，由河南姚孟 火電廠到武漢。火電廠到武漢。 第一條第一條500kV直流輸電線路于直流輸電線路于1989年建成，由湖北葛年建成，由湖北葛 洲壩水電廠到上海。洲壩水電廠到上海。 第一條第一條750kV交流輸電線路將于年內建成，由蘭州經平交流輸電線路將于年內建成，由蘭州經平 涼到關中。涼到關中。 第一條第一條1000kV交流輸電線路：晉東南南陽荊門。途交流輸電線路：晉東南南陽荊門。途 經山西、河南和湖北三省。