2火力发电及其生产过程电气设备电厂自动化ppt课件.ppt

1 1、火力发电厂的分类、火力发电厂的分类2 2、火电厂的生产过程、火电厂的生产过程3 3、锅炉设备、锅炉设备4 4、汽轮机设备、汽轮机设备5 5、热力系统及辅助设备、热力系统及辅助设备 6 6、电气设备、电气设备7 7、火力发电厂的运行、火力发电厂的运行8 8、火力发电厂自动化、火力发电厂自动化第二章第二章 火力发电及其生产过程火力发电及其生产过程®电气设备电气设备 ®一次设备一次设备 : :直接生产和输送电能的设备〔发电直接生产和输送电能的设备〔发电机、变压器、主母线、高压互感器、隔离开关机、变压器、主母线、高压互感器、隔离开关等）等） ®二次设备二次设备: :对一次设备进行监视、控制和保护对一次设备进行监视、控制和保护的设备的设备 第第 6 6 节节 电气设备电气设备一次设备一次设备①①生产和转换电能的设备：生产和转换电能的设备： 发电机发电机————机械能转换为电能；机械能转换为电能；电动机电动机————电能转化为机械能；电能转化为机械能；变压器变压器————电压升高或降低，满足输配电需要电压升高或降低，满足输配电需要②②接通或断开电路的开关电器：接通或断开电路的开关电器： 正常或事故时，将电路闭合或断开正常或事故时，将电路闭合或断开断路器断路器————正常时用来接通和断开负荷电流；正常时用来接通和断开负荷电流； 故障时受继电保护作用，将电路故障时受继电保护作用，将电路 自动断开。

自动断开隔离开关隔离开关————将一次设备与带电部分可靠隔将一次设备与带电部分可靠隔 离，没有灭弧装置，因此只有在离，没有灭弧装置，因此只有在 断路器断开后，才能接通和断开断路器断开后，才能接通和断开 隔离开关隔离开关 熔断器熔断器 接触器接触器一次设备一次设备③③限制故障电流和防御过电压的电器限制故障电流和防御过电压的电器 电抗器电抗器————限制短路电流，维持母线残压限制短路电流，维持母线残压 避雷器避雷器————防御过电压防御过电压④④接地装置：接地装置： 电电力力系系统统中中性性点点的的工工作作接接地地或或保保护护人人身身安安全全的的保保护护接接地地，，与地中的接地网相连与地中的接地网相连⑤⑤载流导体：将电气设备连接起来载流导体：将电气设备连接起来 母线母线————汇集和分配电能汇集和分配电能 架空线架空线————终端线、联络线终端线、联络线 电缆电缆————城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用城市、厂站内部或附近、穿越江河或海峡时使用二次设备二次设备①①仪仪用用互互感感器器————将将电电路路中中的的高高电电压压或或大大电电流流转转换换成成低低电电压压、、小电流，供给仪表和保护装置使用。

小电流，供给仪表和保护装置使用 电压互感器电压互感器PTPT：： 电流互感器电流互感器CTCT②②测量表计测量表计————测量电路中的电气参数测量电路中的电气参数 电压表电压表 电流表电流表 功率因数表功率因数表③③继继电电保保护护及及自自动动装装置置————迅迅速速反反应应不不正正常常情情况况并并进进行行监监控控和和调节④④直直流流电电源源设设备备————供供给给控控制制、、保保护护和和厂厂用用直直流流负负荷荷、、事事故故照照明的直流用电明的直流用电 直流发电机组直流发电机组 蓄电池组蓄电池组 硅整流设备硅整流设备⑤⑤操作电器、信号设备及控制电缆操作电器、信号设备及控制电缆电气设备的主要内容电气设备的主要内容（（1 1〕发电机〔〕发电机〔3131：：0505））（（2 2〕电力变压器〕电力变压器（（3 3〕开关设备〔〕开关设备〔3939：：3636））（（4 4〕电力互感器〔〕电力互感器〔4343：：0707））（（5 5〕避雷器〕避雷器（（6 6〕阻波器〕阻波器（（7 7〕电气主接线及配电装置〔〕电气主接线及配电装置〔4444：：3737））（（8 8〕电气二次设备〔〕电气二次设备〔5050：：1010）） 1 1 发电机的原理和结构发电机的原理和结构 （（1 1〕基本原理〕基本原理磁力磁力 磁场磁场磁力线磁力线 磁体周围有磁力存在的地方成为磁场。

用磁力线来表示磁场的存在，用磁力线的疏密表示磁场的强弱电磁铁 将导线绕在铁棒上，通以直流电流，铁棒就显现有磁性，被称为电磁铁感应电流感应电流 当导线在当导线在 磁场移动，磁场移动， “ “切割〞磁力切割〞磁力 线时〔或磁线时〔或磁 场移动，磁场移动，磁 力线切割导力线切割导 线时），时），在 导线中就产生电压，此时如将导线两端连通，导线中就产生电压，此时如将导线两端连通，就会有电流通过，称为感应电流就会有电流通过，称为感应电流 （（2 2〕汽轮发电机的结构〕汽轮发电机的结构®转子 ®由整块的优质合金钢®制成具有良好的导磁性®定〔静〕子 ® 由铁芯、线圈及外壳组成铁芯由环形硅钢片叠压而成其内园开有齿槽，放置定子绕组 转子本体结构转子本体结构1—1—大齿；大齿；2—2—小齿；小齿；3—3—嵌线嵌线同步发电机的工作原理同步发电机的工作原理 励磁设备的作用是向发电机转子提供直流电流，励磁设备的作用是向发电机转子提供直流电流，形成转子磁场形成转子磁场汽轮发电机的损耗汽轮发电机的损耗铜损：定子和转子绕组电阻损耗铜损：定子和转子绕组电阻损耗铁损：定子铁芯的磁场变化铁损：定子铁芯的磁场变化机械损耗：通风及轴承部分的摩擦机械损耗：通风及轴承部分的摩擦 汽轮发电机功率汽轮发电机功率发电机冷却方式发电机冷却方式 发电机运行中因有损耗而发热。

为使发电机能长期安发电机运行中因有损耗而发热为使发电机能长期安全运行，必须把发电机的温度控制在绕组绝缘允许的温度全运行，必须把发电机的温度控制在绕组绝缘允许的温度范围内1 1〕空气冷却〕空气冷却 发电机转子两端装风扇，冷却能力不高只用于发电机转子两端装风扇，冷却能力不高只用于50MW50MW及以下2 2〕氢气冷却〕氢气冷却 用氢气将热量带走冷却能力高，通风损耗小，结构用氢气将热量带走冷却能力高，通风损耗小，结构复杂，需要制氢设备，用于复杂，需要制氢设备，用于30~100MW30~100MW（（3 3〕绕组导线内部冷却〔内冷）〕绕组导线内部冷却〔内冷） 用泵迫使氢气、水或油流过导体内部冷却能力更高，用泵迫使氢气、水或油流过导体内部冷却能力更高，可缩小发电机体积，节省材料结构复杂，铜损大，但铁可缩小发电机体积，节省材料结构复杂，铜损大，但铁损和机械损耗小损和机械损耗小2 2 电力变压器电力变压器 电力系统中广泛使用的升压和降压设备电力系统中广泛使用的升压和降压设备 作用：作用：高压输电高压输电 发电机输出电压受绝缘水平限制，最高为发电机输出电压受绝缘水平限制，最高为20KV20KV左右，左右，如果用这样的电压远距离输电，电流大，功率损耗大。

如果用这样的电压远距离输电，电流大，功率损耗大在用户端保证使用人员的安全，降低用电设备造价在用户端保证使用人员的安全，降低用电设备造价 电力变压器的原理和结构电力变压器的原理和结构 闭合铁心上绕两个互相绝缘匝数不等的绕组闭合铁心上绕两个互相绝缘匝数不等的绕组与电源相连的一侧，一次绕组〔原边）与电源相连的一侧，一次绕组〔原边）与负荷相连的一侧，二次绕组〔副边）与负荷相连的一侧，二次绕组〔副边）电磁感应原理：电电磁感应原理：电- -磁磁- -电电原边电压原边电压U1 U1 原边匝数原边匝数N1 N1 副边电压副边电压U2 U2 副边匝数副边匝数N2N2匝数多的一侧电压高，电流小匝数多的一侧电压高，电流小变压器的分类变压器的分类 按用途分：按用途分： 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器 联络变压器联络变压器 配电变压器配电变压器 按相数分按相数分 ：： 单相变压器单相变压器 三相变压器三相变压器 按每相绕组的线圈数按每相绕组的线圈数 ：： 双绕组双绕组 三绕组三绕组自耦自耦低压分裂绕组低压分裂绕组 == k= k〔变比）〔变比）变压器的损耗和冷却变压器的损耗和冷却 （一〕损耗（一〕损耗 铜耗：电流流过线圈的损耗，电流越大，铜损也越大；铜耗：电流流过线圈的损耗，电流越大，铜损也越大； 铁损：磁力线通过铁芯产生的损耗，与电流无关。

铁损：磁力线通过铁芯产生的损耗，与电流无关二〕冷却方式（二〕冷却方式 油浸自冷式油浸自冷式 油浸风冷式油浸风冷式 强迫油循环强迫油循环电力变压器的结构电力变压器的结构核心设备：铁芯核心设备：铁芯 + + 绕组绕组 （本体）（本体）外围设备：外围设备：（（1 1〕油：绝缘和散热〕油：绝缘和散热 需要油的部位：本体、调压开关、引出线需要油的部位：本体、调压开关、引出线 构造：构造： 储油〔油枕）储油〔油枕） 吸湿〔硅胶）吸湿〔硅胶） 监视油位〔油枕、调压开关、套管）监视油位〔油枕、调压开关、套管） 监视油温监视油温 监视油的分解，诊断内部故障〔瓦斯继电器）监视油的分解，诊断内部故障〔瓦斯继电器）（（2 2〕冷却系统：强迫油循环风冷〔大容量变压器）〕冷却系统：强迫油循环风冷〔大容量变压器） 风扇风扇 潜油泵〔油流继电器）潜油泵〔油流继电器） 电力变压器的结构电力变压器的结构电力变压器实物照片电力变压器实物照片 3 3 开关设备开关设备（（1 1〕作用：〕作用： 在在正正常常情情况况下下，，由由于于检检修修或或改改变变运运行行方方式式，，将将发发电电机机、、变变压压器器、、线线路路等等接接入入电电网网或或退退出出，，起起控控制制作作用用。

在在故故障障时时，，迅迅速速切切断断故故障障部部分分，，保保证证无无故故障障部分正常运行，起保护作用部分正常运行，起保护作用2 2〕种类：〕种类：仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流仅用来在正常工作情况下，断开或闭合正常工作电流 如如：：高高压压负负荷荷开开关关、、低低压压闸闸刀刀开开关关、、接接触触器器、、磁磁力启动器力启动器仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流仅用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流 如：高、低压熔断器如：高、低压熔断器 既既用用来来断断开开或或闭闭合合正正常常工工作作电电流流，，也也用用来来断断开开或或闭闭合合过负荷电流或短路电流过负荷电流或短路电流 如如：：高高压压断断路路器器、、低低压压空空气气开开关关〔〔能能起起控控制制和和保保护的作用）护的作用）不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电压 如：隔离开关如：隔离开关 电弧的形成与熄灭电弧的形成与熄灭（（1 1〕电弧产生的条件：〕电弧产生的条件： 电源电压大于电源电压大于10~20V10~20V，电流大于，电流大于80~100mA80~100mA，， 动静触头分离瞬间，触头间动静触头分离瞬间，触头间产生电弧。

触头分开后，电路中有电流，电产生电弧触头分开后，电路中有电流，电弧导电，电弧中有大量自由电子弧导电，电弧中有大量自由电子2 2〕电弧的危害〕电弧的危害电弧的温度很高，可达电弧的温度很高，可达50005000～～70007000度以上，常度以上，常超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金超过金属的汽化点，可能烧坏开关电器的金属触头烧坏开关电器的绝缘如，烧坏瓷绝缘的表面，烧坏开关电器的绝缘如，烧坏瓷绝缘的表面，甚至完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，甚至完全损坏，或者使有机绝缘材料炭化，以致失去绝缘性能以致失去绝缘性能 若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而若电弧长时间不熄灭，不仅烧坏开关电器，而且造成系统事故，威胁电力系统安全运行且造成系统事故，威胁电力系统安全运行（（3 3〕电弧产生的物理过程〕电弧产生的物理过程 电弧的产生和维持是触头间中性质点〔分子和电弧的产生和维持是触头间中性质点〔分子和原子〕被游离的结果游离就是中性质点转化为原子〕被游离的结果游离就是中性质点转化为带电质点带电质点4 4〕游离与去游离〕游离与去游离游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程，游离过游离和去游离是电弧燃烧的两个相反过程，游离过程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去程使弧道中带电离子增加，有助于电弧燃烧；去游离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄游离过程使弧道中带电离子减少，有利于电弧熄灭。

灭 开关电器中，为加强灭弧能力，都采用各种措施减开关电器中，为加强灭弧能力，都采用各种措施减弱游离过程从等离子体观点看，就是控制温度，弱游离过程从等离子体观点看，就是控制温度，使触头间的介质，由等离子体态转化为其它物态使触头间的介质，由等离子体态转化为其它物态高压断路器高压断路器构造：灭弧装置构造：灭弧装置 + + 操纵机构操纵机构操动机构操动机构————断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状断路器进行合闸、分闸操作，并保持在合闸状态，这些任务全靠操动机构完成态，这些任务全靠操动机构完成 操动系统的动作过程，实际上是使操动元件〔如合闸操动系统的动作过程，实际上是使操动元件〔如合闸元件或分闸元件〕获得动能，再通过拐臂和连杆机构，将元件或分闸元件〕获得动能，再通过拐臂和连杆机构，将动能传到触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断动能传到触头，去实现合闸或分闸，操动系统中独立于断路器本体的那一部分，称为操动机构路器本体的那一部分，称为操动机构 其它作为传递动力的部分，称传动机构其它作为传递动力的部分，称传动机构熄灭交流电弧的基本方法熄灭交流电弧的基本方法（（1 1〕灭弧介质具有较高的传热能力、介电强度、热游温度和〕灭弧介质具有较高的传热能力、介电强度、热游温度和 热容量。

热容量 按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、按灭弧介质和灭弧方式分为：多油、少油、压缩空气、 SF6 SF6、真空、真空 (2) (2)采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金采用特殊金属材料作灭弧触头：铜钨和银钨合金 熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射熔点高、导热系数和热容量大的金属，减少热电子发射 (3) (3)利用气体或油吹动电弧利用气体或油吹动电弧 ：扩散和冷却：扩散和冷却 (4) (4)采用多断口熄弧采用多断口熄弧 ：在相等的触头行程下，拉长电弧在相等的触头行程下，拉长电弧 各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容各断口电压分布基本相等的措施：断路器加并联电容 (5) (5)采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧采用强有力的分闸机构，提高触头分离速度，拉长电弧看录像：高压断路器〔看录像：高压断路器〔1818分钟）分钟）隔离开关隔离开关主要用途主要用途 没有灭弧功能没有灭弧功能, ,隔离电压隔离电压, ,倒闸操作倒闸操作 分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母分合小电流：分、合避雷器、电压互感器和空载母线线 分、合励磁电流不超过分、合励磁电流不超过2A2A的空载变的空载变压器压器 关、合电容电流不超过关、合电容电流不超过5A5A的空载线的空载线路路 隔离开关的种类隔离开关的种类安装地点：屋内式和屋外式安装地点：屋内式和屋外式绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱绝缘支柱数目：单柱、双柱、三柱开关设备录像〔开关设备录像〔3939：：3636））4 4 互感器互感器 （（4343：：0707））互感器包括：电流互感器〔互感器包括：电流互感器〔TA TA 或或CTCT）） 电压互感器〔电压互感器〔TVTV或或 PT PT）。

互感器的作用互感器的作用（（1 1〕〕将将一一次次回回路路的的高高电电压压和和大大电电流流变变为为二二次次回回路路标标准准的的低低电电压压〔〔100V100V〕〕和和小小电电流流〔〔5A 5A 1A1A）），，使使测测量量仪仪表表和和保保护护装装置置标标准准化化、、小小型型化化，，并并使使其其结结构构轻轻巧巧、、价价格格便便宜宜和和便便于于屏屏内安装2 2〕使二次〕使二次设备与高压部设备与高压部分隔离，且互分隔离，且互感器二次侧均感器二次侧均接地，从而保接地，从而保证了设备和人证了设备和人身安全5 5避雷器避雷器6 6监视泄露电流监视泄露电流 7 7阻波器阻波器8 8阻止高频信号进入厂站内阻止高频信号进入厂站内9 9高频保护高频保护————线路保护的一种，电网故障线路保护的一种，电网故障时，线路两端的收发讯机发出高于工频〔时，线路两端的收发讯机发出高于工频〔50HZ50HZ〕的信号，由阻波器限制该高频只在本〕的信号，由阻波器限制该高频只在本线路上传输线路上传输1010 各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定各种电气设备根据工作的要求和它们的作用，依一定次序用导线连接成的电路，称为电气接线。

次序用导线连接成的电路，称为电气接线 一次设备连接成的电路成为电气主接线一次设备连接成的电路成为电气主接线 二次设备连成的电路称为二次电路二次设备连成的电路称为二次电路7 7 电气主接线及配电装置〔电气主接线及配电装置〔4444：：3737））电气主接线图电气主接线图 ®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表明电能汇集和分配的关系以及各种运行方式®主主接接线线常常按按规规定定的的图图形形符符号号画画成成单单线线图图的的形形式式，，单单线线图图画画出的是单相电路，实际上表示三相电路出的是单相电路，实际上表示三相电路®断路器和隔离开关画成断开状态断路器和隔离开关画成断开状态电气主接线图举例电气主接线图举例配电装置配电装置®由由开开关关电电器器、、保保护护和和测测量量电电器器、、母母线线和和必必要要的的辅辅助助设设备备和和建筑物组成的整体，用来接受和分配电能的装置建筑物组成的整体，用来接受和分配电能的装置®按电气设备装设地点，分屋内和屋外配电装置按电气设备装设地点，分屋内和屋外配电装置单母线接线单母线接线 单母线分段单母线分段 双母线带旁路双母线带旁路 第第7 7节节 火力发电厂的运行火力发电厂的运行 （（1 1〕机组的启动和停运〕机组的启动和停运机组启动的过程：机组启动的过程：锅炉点火、升压、并入母管，锅炉点火、升压、并入母管，汽轮机暖管、暖机、冲转、升速，汽轮机暖管、暖机、冲转、升速，发电机与电力系统并列、带负荷。

发电机与电力系统并列、带负荷 机组启动和停运时间长的原因：机组启动和停运时间长的原因：锅炉与汽轮机体积大、部件重，特别是高参数大锅炉与汽轮机体积大、部件重，特别是高参数大容量锅炉的汽包钢板特厚，汽轮机的结构复杂、精细容量锅炉的汽包钢板特厚，汽轮机的结构复杂、精细启动不能太快，保证各部件的温度均匀上升，防止因启动不能太快，保证各部件的温度均匀上升，防止因温升不均而发生变形、弯曲、连接部位松动、动静部温升不均而发生变形、弯曲、连接部位松动、动静部分之间发生摩擦等不良后果分之间发生摩擦等不良后果在停炉、停机后，同样要注意保证冷却均匀，防在停炉、停机后，同样要注意保证冷却均匀，防止金属部件冷却太快止金属部件冷却太快中温中压锅炉〔点火中温中压锅炉〔点火- -并入母管）：并入母管）：2~4h2~4h高温高压锅炉：高温高压锅炉：4~5h4~5h中温中压汽轮机〔暖管、机中温中压汽轮机〔暖管、机- -带满负荷）：带满负荷）：1.5~2.5h1.5~2.5h高温高压汽轮机：高温高压汽轮机：4~5h4~5h参数越高，容量越大，启动时间越长参数越高，容量越大，启动时间越长单元机组一般采用滑参数启动：单元机组一般采用滑参数启动：锅炉启动后当参数还很低时汽轮机就开始启动，锅炉启动后当参数还很低时汽轮机就开始启动，随着锅炉汽压、汽温的升高，汽轮机转速也逐步随着锅炉汽压、汽温的升高，汽轮机转速也逐步提高到额定转速，当发电机并入系统并带上一定提高到额定转速，当发电机并入系统并带上一定负荷后，蒸汽参数才能达到额定值。

这种启动方负荷后，蒸汽参数才能达到额定值这种启动方式可以缩短启动时间一半，并可减少汽水损失式可以缩短启动时间一半，并可减少汽水损失（（2 2〕安全运行〕安全运行 火电厂生产过程复杂，主辅设备较多，任火电厂生产过程复杂，主辅设备较多，任何一台设备发生事故，都会不同程度地影响安何一台设备发生事故，都会不同程度地影响安全运行，甚至会造成主要设备损坏、全厂停电全运行，甚至会造成主要设备损坏、全厂停电和人身伤亡等严重后果和人身伤亡等严重后果由于结垢、腐蚀、磨损和超温，造成炉管爆破由于结垢、腐蚀、磨损和超温，造成炉管爆破锅炉灭火后处理不当，造成炉膛爆炸锅炉灭火后处理不当，造成炉膛爆炸锅炉缺水、满水锅炉缺水、满水汽轮机严重超速而遭破坏，甚至引起人身伤亡汽轮机严重超速而遭破坏，甚至引起人身伤亡汽轮机叶片断裂汽轮机叶片断裂轴瓦烧坏或火灾轴瓦烧坏或火灾发电机或主变压器绕组烧坏发电机或主变压器绕组烧坏全厂停电全厂停电误操作造成人身伤亡、设备损坏或停电误操作造成人身伤亡、设备损坏或停电看录像：防止全厂停电事故看录像：防止全厂停电事故(30(30分钟分钟) )（（3 3〕经济运行〕经济运行 主要经济指标主要经济指标供电煤耗：发电厂每向外供供电煤耗：发电厂每向外供1kWh1kWh电所消耗的标准电所消耗的标准煤。

煤蒸汽参数越高，煤耗越低蒸汽参数越高，煤耗越低厂用电率：发电厂本身消耗的电量占发电量的百厂用电率：发电厂本身消耗的电量占发电量的百分数 降耗的主要措施：控制运行小指标降耗的主要措施：控制运行小指标第第8 8节节 火力发电厂自动化火力发电厂自动化（（1 1〕作用〕作用 利用各种自动化仪表和装置〔包括计算机系统〕对火利用各种自动化仪表和装置〔包括计算机系统〕对火力发电厂生产过程进行监视、控制和管理，使之安全、经力发电厂生产过程进行监视、控制和管理，使之安全、经济运行的技术济运行的技术2 2〕自动化发展历程〕自动化发展历程 就地控制方式就地控制方式————主要运行参数靠人工控制主要运行参数靠人工控制 单元控制方式单元控制方式————机炉电集中布置在单元控制室仍由机机炉电集中布置在单元控制室仍由机炉电运行人员分别进行监视和控制炉电运行人员分别进行监视和控制 分散控制系统分散控制系统————将各种不同的控制功能分别由数台以微将各种不同的控制功能分别由数台以微处理器为核心的装置来实现，集中监视、分散控制处理器为核心的装置来实现，集中监视、分散控制。

图6.3 火电厂集控运行图6.4 分散控制系统结构图6.5 仿真装置系统配置。