1、火力發(fā)電廠基本生產(chǎn)過程第一部分 概 述以煤、石油或天然氣作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠。山東省的電廠 95%以上是火力發(fā)電廠。1、火電廠的分類(1按燃料分類:燃煤發(fā)電廠,即以煤作為燃料的發(fā)電廠;鄒縣、石橫青島等電廠燃油發(fā)電廠,即以石油(實(shí)際是提取汽油、煤油、柴油后的渣油為燃料的發(fā)電廠;辛電電廠燃?xì)獍l(fā)電廠,即以天然氣、煤氣等可燃?xì)怏w為燃料的發(fā)電廠;余熱發(fā)電廠,即用工業(yè)企業(yè)的各種余熱進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電廠。此外還有利用垃圾及工業(yè)廢料作燃料的發(fā)電廠。(2按原動(dòng)機(jī)分類:凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電廠、燃汽輪機(jī)發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠和蒸汽 -燃汽輪機(jī)發(fā)電廠等。(3按供出能源分類:凝汽式發(fā)電廠,即只向外供應(yīng)電能的電廠;熱電廠,

2、即同時(shí)向外供應(yīng)電能和熱能的電廠。(4按發(fā)電廠總裝機(jī)容量的多少分類:小容量發(fā)電廠,其裝機(jī)總?cè)萘吭?100MW 以下的發(fā)電廠;中容量發(fā)電廠,其裝機(jī)總?cè)萘吭?100250MW 范圍內(nèi)的發(fā)電廠;大中容量發(fā)電廠,其裝機(jī)總?cè)萘吭?250600MW 范圍內(nèi)的發(fā)電廠;大容量發(fā)電廠,其裝機(jī)總?cè)萘吭?6001000MW 范圍內(nèi)的發(fā)電廠;特大容量發(fā)電廠,其裝機(jī)容量在 1000MW 及以上的發(fā)電廠。(5按蒸汽壓力和溫度分類:中低壓發(fā)電廠,其蒸汽壓力在 3.92MPa (40kgf /cm 2 、溫度為 450的發(fā)電廠,單機(jī)功率小于 25MW ;地方熱電廠。高壓發(fā)電廠,其蒸汽壓力一般為 9.9MPa (101kgf /

3、cm 2 、溫度為 540的發(fā)電廠,單機(jī)功率小于 100MW ;超高壓發(fā)電廠,其蒸汽壓力一般為 13.83MPa (141kgf /cm 2 、溫度為 540/540的發(fā)電廠,單機(jī)功率小于 200MW ;亞臨界壓力發(fā)電廠,其蒸汽壓力一般為 16.77MPa (171 kgf/cm 2 、溫度為540/540的發(fā)電廠,單機(jī)功率為 30OMW 直至 1O00MW 不等;超臨界壓力發(fā)電廠,其蒸汽壓力大于 22.llMPa (225.6kgf /cm 2 、溫度為550/550的發(fā)電廠,機(jī)組功率為 600MW 及以上,德國(guó)的施瓦茨電廠。(6按供電范圍分類:區(qū)域性發(fā)電廠,在電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行,承擔(dān)一定區(qū)域性供電

4、的大中型發(fā)電廠;孤立發(fā)電廠,是不并入電網(wǎng)內(nèi),單獨(dú)運(yùn)行的發(fā)電廠;自備發(fā)電廠,由大型企業(yè)自己建造,主要供本單位用電的發(fā)電廠(一般也與電網(wǎng)相連 。2、火電廠的生產(chǎn)流程及特點(diǎn)火電廠的種類雖很多,但從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)分析,其生產(chǎn)過程卻是基本相同的,概括地說是把燃料(煤 中含有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。整個(gè)生產(chǎn)過程可分為三個(gè)階段: 燃料的化學(xué)能在鍋爐中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎羝?稱為燃燒系統(tǒng); 鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī),推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,稱為汽水系統(tǒng); 由汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,把機(jī)械能變?yōu)殡娔?稱為電氣系統(tǒng)。其基本生產(chǎn)流程為:整個(gè)電能生產(chǎn)過程如圖 1與水電廠和其他類

5、型的電廠相比,火電廠有如下特點(diǎn):燃料燃燒的熱能 鍋爐 高溫高壓水蒸汽 汽輪機(jī) 機(jī)械能 發(fā)電機(jī) 電能 變壓器電 力 系 統(tǒng)凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖(1火電廠布局靈活,裝機(jī)容量的大小可按需要決定。(2 火電廠建造工期短, 一般為水電廠的一半甚至更短。 一次性建造投資少, 僅為水電廠的一半左右。(3 火電廠耗煤量大, 目前發(fā)電用煤約占全國(guó)煤碳總產(chǎn)量的 25%左右, 加上運(yùn)煤費(fèi)用和大量用水, 其 生產(chǎn)成本比水力發(fā)電要高出 34倍。(4 火電廠動(dòng)力設(shè)備繁多, 發(fā)電機(jī)組控制操作復(fù)雜, 廠用電量和運(yùn)行人員都多于水電廠, 運(yùn)行費(fèi)用高。(5汽輪機(jī)開、停機(jī)過程時(shí)間長(zhǎng),耗資大,不宜作為調(diào)峰電源用。(6火電廠對(duì)空氣

6、和環(huán)境的污染大。第二部分 三大系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)由輸煤、磨煤、燃燒、風(fēng)煙、灰渣等環(huán)節(jié)組成,其流程如圖 2所示。(l 運(yùn)煤。電廠的用煤量是很大的,一座裝機(jī)容量 4×3O 萬 kW 的現(xiàn)代火力發(fā)電廠,煤耗率按 36Og /kw.h 計(jì), 每 天需用標(biāo)準(zhǔn)煤(每千克煤產(chǎn)生 70O0卡熱量 360(g ×120萬(kw ×24(h =10368t。因?yàn)殡姀S燃煤多用劣質(zhì) 煤,且中、小汽輪發(fā)電機(jī)組的煤耗率在 40O 5O0g /kw ·h 左右,所以用煤量會(huì)更大。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)用于發(fā)電的煤 約占總產(chǎn)量的 1/4,主要靠鐵路運(yùn)輸,約占鐵路全部運(yùn)輸量的 4O %。

7、為保證電廠安全生產(chǎn),一般要求電廠貯備 十天以上的用煤量。(2 磨煤。 用火車或汽車、 輪船等將煤運(yùn)至電廠的儲(chǔ)煤場(chǎng)后, 經(jīng)初步篩選處理, 用輸煤皮帶送到鍋爐間的原煤倉。 煤從原煤倉落入煤斗,由給煤機(jī)送入磨煤機(jī)磨成煤粉,并經(jīng)空氣預(yù)熱器來的一次風(fēng)烘干并帶至粗粉分離器。在粉 粉分離器中將不合格的粗粉分離返回磨煤機(jī)再行磨制,合格的細(xì)煤粉被一次風(fēng)帶入旋風(fēng)分離器,使煤粉與空氣分 離后進(jìn)入煤粉倉。(3 鍋爐與燃燒。 煤粉由可調(diào)節(jié)的給粉機(jī)按鍋爐需要送入一次風(fēng)管, 同時(shí)由旋風(fēng)分離器送來的氣體 (含有約 10%左右未能分離出的細(xì)煤粉 ,由排粉風(fēng)機(jī)提高壓頭后作為一次風(fēng)將進(jìn)入一次風(fēng)管的煤粉經(jīng)噴燃器噴入爐膛內(nèi)燃燒。 電廠

8、煤粉爐燃燒系統(tǒng)流程圖目前我國(guó)新建電廠以 300MW 及以上機(jī)組為主。 300MW 機(jī)組的鍋爐蒸發(fā)量為 10O0t /h (亞臨界壓力 ,采用強(qiáng) 制循環(huán)(或自然循環(huán)的汽包爐; 600MW 機(jī)組的鍋爐為 200Ot /h 的(汽包直流鍋爐。在鍋爐的四壁上,均勻分 布著 4支或 8支噴燃器,將煤粉(或燃油、天然氣噴入爐膛,火焰呈旋轉(zhuǎn)狀燃燒上升,又稱為懸浮燃燒爐。在 爐的頂端,有貯水、貯汽的汽包,內(nèi)有汽水分離裝置,爐膛內(nèi)壁有彼此緊密排列的水冷壁管,爐膛內(nèi)的高溫火焰 將水冷壁管內(nèi)的水加熱成汽水混合物上升進(jìn)入汽包,而爐外下降管則將汽包中的低溫水靠自重下降至下連箱與爐 內(nèi)水冷壁管接通,靠爐外冷水下降而爐內(nèi)水

9、冷壁管中熱水自然上升的鍋爐叫自然循環(huán)汽包爐,而當(dāng)壓力高到 16.6617.64MPa 時(shí), 水、 汽重度差變小, 必須在循環(huán)回路中加裝循環(huán)泵, 即稱為強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。 當(dāng)壓力超過 18. 62MPa 時(shí),應(yīng)采用直流鍋爐。(4風(fēng)煙系統(tǒng)。送風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)送到空氣預(yù)熱器加熱,加熱后的氣體一部分經(jīng)磨煤機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)進(jìn)人爐膛,另一部 分經(jīng)噴燃器外側(cè)套筒直接進(jìn)入爐膛。爐膛內(nèi)燃燒形成的高溫?zé)煔?沿?zé)煹澜?jīng)過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器逐漸降 溫,再經(jīng)除塵器除去 90%99%(電除塵器可除去 99%的灰塵,經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪,排向天空。(5 灰渣系統(tǒng)。 爐膛內(nèi)煤粉燃燒后生成的小灰粒, 被除塵器收集成細(xì)灰排入沖灰溝, 燃燒中因

10、結(jié)焦形成的大塊爐 渣,下落到鍋爐底部的渣斗內(nèi),經(jīng)過碎渣機(jī)破碎后也排入沖灰溝,再經(jīng)灰渣水泵將細(xì)灰和碎爐渣經(jīng)沖灰管道排往 灰場(chǎng)(或用汽車將爐渣運(yùn)走 。二、汽水系統(tǒng)火電廠的汽水系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、除氧器、加熱器等設(shè)備及管道構(gòu)成,包括凝給水系統(tǒng)、再熱系 統(tǒng)、回?zé)嵯到y(tǒng)、冷卻水(循環(huán)水系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng),如圖 3所示。(1 給水系統(tǒng)。 由鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽沿主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī), 高速流動(dòng)的蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),帶 動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。在汽輪機(jī)內(nèi)作功后的蒸汽,其溫度和壓力大大降低,最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻凝 結(jié)成水 (稱為凝結(jié)水 , 匯集在凝汽器的熱水井中。 凝結(jié)水由凝結(jié)水泵打至低壓加熱器中加

11、熱, 再經(jīng)除氧器除氧并 繼續(xù)加熱。由除氧器出來的水(叫鍋爐給水 ,經(jīng)給水泵升壓和高壓加熱器加熱,最后送人鍋爐汽包。在現(xiàn)代大型 機(jī)組中, 一般都從汽輪機(jī)的某些中間級(jí)抽出作過功的部分蒸汽 (稱為抽汽 , 用以加熱給水 (叫做給水回?zé)嵫h(huán) , 或把作過一段功的蒸汽從汽輪機(jī)某一中間級(jí)全部抽出,送到鍋爐的再熱器中加熱后再引入汽輪機(jī)的以后幾級(jí)中繼 續(xù)做功(叫做再熱循環(huán) 。(2補(bǔ)水系統(tǒng)。在汽水循環(huán)過程中總難免有汽、水泄漏等損失,為維持汽水循環(huán)的正常進(jìn)行,必須不斷地向 系統(tǒng)補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理的軟化水,這些補(bǔ)給水一般補(bǔ)入除氧器或凝汽器中,即是補(bǔ)水系統(tǒng)。(3冷卻水(循環(huán)水系統(tǒng)。為了將汽輪機(jī)中作功后排入凝汽器中的乏汽

12、冷凝成水,需由循環(huán)水泵從涼水塔抽取大量的冷卻水送入凝汽器,冷卻水吸收乏汽的熱量后再回到?jīng)鏊鋮s,冷卻水是循環(huán)使用的。這就是冷卻 水或循環(huán)水系統(tǒng)。 電廠汽水系統(tǒng)流程示意圖三、電氣系統(tǒng)發(fā)電廠的電氣系統(tǒng),包括發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁裝置、廠用電系統(tǒng)和升壓變電所等,如圖 4所示。發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和電流隨著容量的不同而各不相同, 一般額定電壓在 1020kV 之間, 而額定電流可達(dá) 2OkA 。 發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能, 其中一小部分 (約占發(fā)電機(jī)容量的 4%8% , 由廠用變壓器降低電壓 (一般為 63kV 和 400V 兩個(gè)電壓等級(jí)后,經(jīng)廠用配電裝置由電纜供給水泵、送風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等各種輔機(jī)和電廠照明等設(shè)備用電,稱為

13、 廠用電(或自用電 。其余大部分電能,由主變壓器升壓后,經(jīng)高壓配電裝置、輸電線路送入電網(wǎng)。 發(fā)電廠電氣系統(tǒng)示意圖第三部分 電廠主要設(shè)備介紹鍋爐鍋爐是火力發(fā)電廠中主要設(shè)備之一。它的作用是使燃料在爐膛中燃燒放熱,并將熱量傳給工質(zhì),以產(chǎn)生一定 壓力和溫度的蒸汽,供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。電廠鍋爐與其他行業(yè)所用鍋爐相比,具有容量大、參數(shù)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。一、電廠鍋爐的容量和參數(shù)鍋爐容量即鍋爐的蒸發(fā)量,指鍋爐每小時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽量。在保持額定蒸汽壓力、額定蒸汽溫度、使用設(shè)計(jì) 燃料和規(guī)定的熱效率情況下,鍋爐所能達(dá)到的蒸發(fā)量稱作額定蒸發(fā)量。電廠鍋爐的額定參數(shù)是指額定蒸汽壓力和額定蒸汽溫度。所謂蒸汽

14、壓力和溫度是指過熱器主汽閥出口處的過 熱蒸汽壓力和溫度。對(duì)于裝有再熱器的鍋爐,鍋爐蒸汽參數(shù)還應(yīng)包括再熱蒸汽參數(shù)。我國(guó)電廠鍋爐的蒸汽參數(shù)及容量系列如下表所示。我國(guó)電廠鍋爐的蒸汽參數(shù)及容量系列 注蒸汽溫度欄中的分子、分母分別為過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度。二、電廠鍋爐的分類1.按蒸汽參數(shù)分類(1中壓鍋爐。壓力為 3.822MPa (39kgf /cm 2 ,溫度為 450。(2高壓鍋爐。壓力為 610MPa ,常用壓力為 9.8MPa (100kgf /cm 2 ,溫度為 540。(3超高壓鍋爐。壓力為 1014MPa ,常用壓力為 13.72MPa (14O kgf/cm 2 ,溫度為 555或

15、540。(4亞臨界壓力鍋爐。壓力為 1422.2MPa ,常用壓力為 16.66MPa (170 kgf/cm 2 ,溫度為 555。(5超臨界壓力鍋爐。壓力大于 22.2MPa (225.65 kgf/cm 2 ,溫度為 550570。2、按容量分類小型鍋爐蒸發(fā)量小于 220t /h 。中型鍋爐蒸發(fā)量為 22O410t /h 。大型鍋爐蒸發(fā)量不小于 670t /h 。3.按燃燒方式分類(l 懸浮燃燒鍋爐。燃料在爐膛空間懸浮燃燒,燃燒可為煤粉、油或氣體燃料。(2沸騰燃燒鍋爐。固體燃料顆粒在爐排上呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行燃燒,又稱流化床鍋爐。4按排渣方式分類固態(tài)排渣鍋爐。燃料燃燒生成的灰渣呈固態(tài)排出。液態(tài)

16、排渣鍋爐。燃料燃燒生成的灰渣呈液態(tài)排出。5按循環(huán)方式分類按照鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的方式可將鍋爐分為下列幾種,如圖所示。(1 自然循環(huán)鍋爐, 是具有由汽包、 下降管和上升管組成的循環(huán)回路的鍋爐。 它依靠下降管和上升管中工 質(zhì)柱重差產(chǎn)生自然循環(huán)的動(dòng)力。 (鄒縣電廠(2強(qiáng)制循環(huán)鍋爐,是在循環(huán)回路下降管上裝有強(qiáng)制循環(huán)泵,以提高循環(huán)動(dòng)力。 (石橫電廠(3 控制循環(huán)鍋爐, 是在強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的上升管入口加裝節(jié)流圈, 以控制各上升管中的工質(zhì)流, 防止發(fā)生循 環(huán)停滯或倒流等故障。 (石橫電廠(4直流鍋爐是沒有循環(huán)回路的鍋爐,工質(zhì)一次性通過各受熱面變?yōu)檫^熱蒸汽。 (施瓦茨電廠鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的幾種類型

17、(a 自然循環(huán)鍋爐; (b強(qiáng)制循環(huán)鍋爐; (c控制循環(huán)鍋爐 (d 直流鍋爐1-給水泵, 2-省煤器, 3-汽包, 4-下降管, 5-聯(lián)箱, 6-蒸發(fā)受熱面, 7-過熱器, 8-循環(huán)泵, 9-節(jié)流圈(5復(fù)合循環(huán)鍋爐,它具有循環(huán)回路和再循環(huán)泵,同時(shí)具有切換閥門,低負(fù)荷時(shí)按再循環(huán)方式運(yùn)行,高負(fù)荷 時(shí)切換為直流方式運(yùn)行,如圖所示。也可在全部負(fù)荷下以較低的循環(huán)倍率進(jìn)行循環(huán),這種鍋爐稱作低倍率循環(huán)鍋 爐,如圖所示。目前,大型火力發(fā)電廠的鍋爐多為亞臨界壓力以上的大型煤粉鍋爐。 復(fù)合循環(huán)鍋爐(a 全負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐;比部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐1一來自給水泵; 2一省煤器; 3一汽水分離器; 4一混合器; 5一蒸發(fā)

18、受熱面;6一循環(huán)泵; 7一控制閥; 8-節(jié)流圈; 9-去過熱器三、鍋爐機(jī)組基本工作過程各種鍋爐的工作都是為了通過燃料燃燒放熱和高溫?zé)煔馀c受熱面的傳熱來加熱給水,最終使水變?yōu)榫哂幸欢?參數(shù)的品質(zhì)合格的過熱蒸汽。水在鍋爐中要經(jīng)過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱三個(gè)階段才能變?yōu)檫^熱蒸汽。實(shí)際上,為了提 高蒸汽動(dòng)力循環(huán)的效率,還有第四個(gè)階段,即再過熱階段,即將在汽輪機(jī)高壓缸膨脹做功后壓力和溫度都降低了 的蒸汽送回鍋爐中加熱,然后再送到汽輪機(jī)低壓缸繼續(xù)做功。為適應(yīng)這四個(gè)變化階段的需要,鍋爐中必須布置相 應(yīng)的受熱面,即省煤器、水冷壁、過熱器和再熱器。過熱器和再熱器布置在水平煙道和尾部煙道上部,省煤器布 置在尾部煙道下部。

19、為了利用煙氣余熱加熱燃燒所需要的空氣,常在省煤器后再布置空氣預(yù)熱器。大型鍋爐有的 在爐膛中增設(shè)預(yù)熱受熱面或過熱、再熱受熱面。鍋爐機(jī)組的基本工作過程是:燃料經(jīng)制粉系統(tǒng)磨制成粉,送入爐膛中燃燒,使燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊煔獾臒?能。高溫?zé)煔庥蔂t膛經(jīng)水平煙道進(jìn)入尾部煙道,最后從鍋爐中排出。鍋爐排煙再經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)變?yōu)楦蓛舻臒?氣,由風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣中。煙氣在鍋爐內(nèi)流動(dòng)的過程中,將熱量以不同的方式傳給各種受熱面。例如,在 爐膛中以輻射方式將熱量傳給水冷壁,在爐膛煙氣出口處以半輻射、半對(duì)流方式將熱量傳給屏式過熱器,在水平 煙道和尾部煙道以對(duì)流方式傳給過熱器、再熱器、省煤氣和空氣預(yù)熱器。于是,鍋爐給水便

20、經(jīng)過省煤器、水冷壁、 過熱器變成過熱蒸汽,并把汽輪機(jī)高壓缸做功后抽回的蒸汽變成再熱蒸汽。四、鍋爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)鍋爐的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)一般用鍋爐熱效率、鋼材消耗率和可靠性來表示。鍋爐熱效率是指送人鍋爐的全部熱量被有效利用的百分?jǐn)?shù)。電廠鍋爐熱效率一般在 90%以上。鋼材消耗率是指鍋爐單位蒸發(fā)量所用的鋼材重量,單位為 t ·t /h ,一般在 2.55t ·t /h 范圍內(nèi)。 鍋爐可靠性用連續(xù)運(yùn)行時(shí)數(shù)、事故率和可用率來評(píng)價(jià)。連續(xù)運(yùn)行時(shí)數(shù)是指兩次檢修之間的運(yùn)行時(shí)數(shù)。 目前,國(guó)內(nèi)電廠鍋爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)數(shù)可達(dá) 400Oh 以上,事故率為 1%左右,可用率可達(dá) 90%。汽機(jī)汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠三大主

21、要設(shè)備之一。它是以蒸汽為工質(zhì),將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的高速旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)。它 為發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換提供機(jī)械能。一、汽輪機(jī)的工作原理由鍋爐來的蒸汽通過汽輪機(jī)時(shí),分別在噴嘴(靜葉片和動(dòng)葉片中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。根據(jù)蒸汽在動(dòng)、靜葉片中 做功原理不同,汽輪機(jī)可分為沖動(dòng)式和反動(dòng)式兩種。沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理如圖所示。具有一定壓力和溫度的蒸汽首先在固定不動(dòng)的噴嘴中膨脹加速,使蒸汽壓 力和溫度降低,部分熱能變?yōu)閯?dòng)能。從噴嘴噴出的高速汽流以一定的方向進(jìn)入裝在葉輪上的動(dòng)葉片流道,在動(dòng)葉 片流道中改變速度,產(chǎn)生作用力,推動(dòng)葉輪和軸轉(zhuǎn)動(dòng),使蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檩S的機(jī)械能。在反動(dòng)式汽輪機(jī)中,蒸汽流過噴嘴和動(dòng)葉片時(shí),蒸汽不僅在噴嘴中膨脹加

22、速,而且在動(dòng)葉片中也要繼續(xù)膨 脹,使蒸汽在動(dòng)葉片流道中的流速提高。當(dāng)由動(dòng)葉片流道出口噴出時(shí),蒸汽便給動(dòng)葉片一個(gè)反動(dòng)力。動(dòng)葉片同時(shí) 受到噴嘴出口汽流的沖動(dòng)力和自身出口汽流的反動(dòng)力。在這兩個(gè)力的作用下,動(dòng)葉片帶動(dòng)葉輪和輪高速旋轉(zhuǎn),這 就是反動(dòng)式汽輪機(jī)的工作原理。 沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理l 一大軸; 2一葉輪; 3一動(dòng)葉片; 4一噴嘴二、汽輪機(jī)設(shè)備的組成汽輪機(jī)設(shè)備包括汽輪機(jī)本體、調(diào)速保護(hù)及油系統(tǒng)、輔助設(shè)備和熱力系統(tǒng)等。事故率 = 運(yùn)行總時(shí)數(shù)+事故停用小時(shí)數(shù) 事故停用小時(shí)數(shù) 可用率 = 統(tǒng)計(jì)時(shí)間總時(shí)數(shù) 運(yùn)行總時(shí)數(shù)+事故停用小時(shí)數(shù)100% 100%1.汽輪機(jī)本體汽輪機(jī)本體由靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分構(gòu)成。前者又稱

23、“靜子” ,包括汽缸、隔板、噴嘴、汽封和軸承等部件;后 者又稱“轉(zhuǎn)子” ,包括軸、葉輪和動(dòng)葉片等部件。2.調(diào)速保護(hù)及油系統(tǒng)汽輪機(jī)的調(diào)速保護(hù)及油系統(tǒng)包括調(diào)速器、油泵、調(diào)速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速汽門、安全保護(hù)裝置和冷油器等部件。3.輔助設(shè)備汽輪機(jī)的輔助設(shè)備有凝汽器、抽汽器、除氧器、加熱器和凝結(jié)水泵等。4熱力系統(tǒng)汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)包括主蒸汽系統(tǒng)、給水除氧系統(tǒng)、抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)和凝汽系統(tǒng)等。三、汽輪機(jī)的分類1.按工作原理分類如前所述,按工作原理不同,汽輪機(jī)可分為沖動(dòng)式和反動(dòng)式兩種。2按熱力過程特性分類按照熱力過程特性的不同,汽輪機(jī)可分為下面四種:(1 凝汽式汽輪機(jī)。 其特點(diǎn)是在汽輪機(jī)中做功后的排汽, 在低于大氣壓力

24、的真空狀態(tài)下進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水。(2背壓式汽輪機(jī)。其特點(diǎn)是在排汽壓力高于大氣壓力的情況下,將排汽供給熱用戶。(3 中間再熱式汽輪機(jī)。 其特點(diǎn)是在汽輪機(jī)高壓部分做功后蒸汽全部抽出, 送到鍋爐再熱器中加熱, 然后回 到汽輪機(jī)中壓部分繼續(xù)做功。(4 調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)。 其特點(diǎn)是從汽輪機(jī)的某級(jí)抽出部分具有一定壓力的蒸汽供熱用戶使用, 排汽仍進(jìn)入 凝汽器。3.按主蒸汽參數(shù)分類進(jìn)人汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)是指蒸汽壓力和溫度。按不同壓力等級(jí)可分為:(1低壓汽輪機(jī)。主蒸汽壓力小于 1.47MPa ;(2中壓汽輪機(jī)。主蒸汽壓力為 l.963.92MPa ;(3高壓汽輪機(jī)。主蒸汽壓力為 5.889.8MPa ;(4超高壓

25、汽輪機(jī)。主蒸汽壓力為 11.7713.93MPa ;(5亞臨界壓力汽輪機(jī)。主蒸汽壓力為 15.6917.65MPa ;(6超臨界壓力汽輪機(jī)。主蒸汽壓力大于 22.15MPa ;此外,按用途分類有電廠汽輪機(jī)、工業(yè)汽輪機(jī)、船用汽輪機(jī);按汽流方向分類有軸流式、輻流式、周流式汽 輪機(jī);按汽缸數(shù)目分類有單缸、雙缸和多缸汽輪機(jī);按機(jī)組轉(zhuǎn)軸數(shù)目分類有單鈾和雙軸汽輪機(jī)等。四、汽輪機(jī)的型號(hào)國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)的型號(hào)采用三組符號(hào)加數(shù)字來表示。 第一組用漢語拼音字母及數(shù)字來表示。漢語拼音字母表示汽輪機(jī)型式,其后的數(shù)字表示汽輪機(jī)的額定功率,單位 為 MW 。第二組表示蒸汽參數(shù)。第三組數(shù)字表示設(shè)計(jì)的先后次序。汽輪機(jī)型號(hào)中蒸汽參數(shù)

26、表示法變型設(shè)計(jì)次序 蒸汽參數(shù) 額定功率(MW 型式 11 例如 N300-16.7/537/537-2型汽輪機(jī),表示額定功率為 300MW ,額定進(jìn)汽壓力為 16.7MPa ,額定主蒸汽溫 度為 537,額定再熱蒸汽溫度為 537,是中間再熱凝汽式汽輪機(jī),屬第二次變型設(shè)計(jì)。五、汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)和安全指標(biāo)l。汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(1 循環(huán)熱效率。 汽輪機(jī)設(shè)備的循環(huán)熱效率是在理想條件下 1kg 蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換機(jī)械功的熱量與鍋爐送出 蒸汽熱量之比。目前大功率汽輪機(jī)的循環(huán)熱效率已達(dá) 40%以上。(2 汽輪機(jī)內(nèi)效率。 汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率是蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的有效比焓降與等嫡比焓降之比, 它是評(píng)價(jià)汽輪機(jī)結(jié) 構(gòu)先

27、進(jìn)程度的一個(gè)重要指標(biāo)。(3汽耗率。汽耗率是汽輪發(fā)電機(jī)組每生產(chǎn) 1kw ·h 電所需要的蒸汽量,一般為 3.O 3.2kg /(kw ·h 。(4熱耗率。熱耗率是汽輪發(fā)電機(jī)組每生產(chǎn) Ikw ·h 電所消耗的熱量。一般為 8000kJ/(kw ·h 左右。2.汽輪機(jī)運(yùn)行的安全指標(biāo)(1 可用率。 機(jī)組的可用率是指在統(tǒng)計(jì)期間, 機(jī)組運(yùn)行累計(jì)小時(shí)數(shù)及備用停機(jī)小時(shí)數(shù)之和與統(tǒng)計(jì)期間日歷小時(shí) 數(shù)的百分比。(2等效可用率。等效可用率為考慮到降低出力影響的可用率,即上式中等效小時(shí)數(shù)為機(jī)組運(yùn)行中降低出力小時(shí)數(shù)折算成機(jī)組全停的小時(shí)數(shù)。(3強(qiáng)迫停機(jī)率。強(qiáng)迫停機(jī)率是指在統(tǒng)計(jì)期間機(jī)組

28、的強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)數(shù)與統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)的百分比。(4等效強(qiáng)迫停機(jī)率。等效強(qiáng)迫停機(jī)率為考慮到降低出力影響的強(qiáng)迫停機(jī)率,即發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是電廠的主要設(shè)備之一,它同鍋爐和汽輪機(jī)會(huì)稱為火力發(fā)電廠的三大主機(jī)。目前,在電力系統(tǒng)中,幾 乎所有的發(fā)電機(jī):汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、核發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)及太陽能發(fā)電機(jī)等都屬同步發(fā)電機(jī)。盡管 其容量大小、原動(dòng)機(jī)類型、構(gòu)造形式、冷卻方式等各有差異,但其工作原理是相同的。一、同步發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造和工作原理同步發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備,其工作原理如圖所示。由圖可見,同步發(fā)電機(jī) 可分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分,定子部分主要由定子鐵芯和繞組組成,分為 A 、 B 、

29、 C 三相,均勻的分布在定于槽中; 轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵芯和繞組組成,繞組通以直流電,建立發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)(如汽輪機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) 時(shí),產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),定子繞組(導(dǎo)線切割了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁力線,就在定子繞組上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì),當(dāng)定于繞組 接通用電設(shè)備時(shí),定于繞組中即產(chǎn)生三相電流,發(fā)出電能。等效強(qiáng)迫停機(jī)率 =強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)數(shù)+運(yùn)行累計(jì)小時(shí)數(shù)+l 、 2、 3類等效非計(jì)劃降低出力 備用停機(jī)小時(shí)數(shù)強(qiáng)迫停機(jī)率+1、 2、 3類等效非計(jì)劃降低出力小時(shí)數(shù)之和 100% 等效可用率 = 統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)運(yùn)行累計(jì)小時(shí)數(shù)+備用小時(shí)數(shù)-等效小時(shí)數(shù) 100%同步發(fā)電機(jī)的工作原理二、同步發(fā)電視的為類同步發(fā)電機(jī)因用途不同, 結(jié)構(gòu)

30、也相差甚大, 一般可按其原動(dòng)機(jī)的類別、 本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、 安裝方式等進(jìn)行分類。(1按原動(dòng)機(jī)的類別不同,同步發(fā)電機(jī)可分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)等。(2按冷卻介質(zhì)的不同,可分為空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻等。(3按主軸安裝方式不同,可分為臥式安裝和立式安裝等。(4按本體結(jié)構(gòu)不同,可分為隱極式和凸板式、旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式等。同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu), 主要是由原動(dòng)機(jī)的特性決定的。 如汽輪發(fā)電機(jī), 由于轉(zhuǎn)速高達(dá) 3000r /min , 故極對(duì)數(shù)少, 轉(zhuǎn)子采用隱極式,臥式安裝;水輪發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)速低(一般在 500r /min 以下故其極對(duì)數(shù)多,轉(zhuǎn)子采用凸極式, 立式安裝。三、同步發(fā)電

31、機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)為使發(fā)電機(jī)按設(shè)計(jì)技術(shù)條件運(yùn)行, 一般在發(fā)電機(jī)出廠時(shí)都在銘牌上標(biāo)注出額定參數(shù), 并在說明書中加以說明。 這些額定參數(shù)主要有:(1額定容量(或額定功率 。額定容量是指發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)技術(shù)條件下運(yùn)行輸出的視在功率,用 kVA 或 MVA 表示;額定功率是指發(fā)電機(jī)輸出的有功功率,用 kw 或 MW 表示。(2額定定子電壓是指發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)技術(shù)條件下運(yùn)行時(shí),定子繞組出線端的線電壓,用 kV 表示。我國(guó)生產(chǎn) 的 300MW 和 600MW 發(fā)電機(jī)組額定定子電壓均為 20kV(3額定定子電流 指發(fā)電機(jī)定子繞組出線的額定線電流,單位為 A 。(4 額定功率因數(shù) (COS 指發(fā)電機(jī)在額定功率下運(yùn)行時(shí),

32、 定于電壓和定子電流之間允許的相角差的余弦值。 300MW 機(jī)組的額定功率因數(shù)為 0.85, 600MW 機(jī)組的額定功率因數(shù)為 0.9。(5額定轉(zhuǎn)速。指正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,用 r/min (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示。我國(guó)生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 均為 3O00r /min 。(6額定頻率。我國(guó)電網(wǎng)的額定頻率為 50HZ (即每秒 50周 。(7額定勵(lì)磁電流。指發(fā)電機(jī)在額定出力時(shí),轉(zhuǎn)子繞組通過的勵(lì)磁電流,用 A 或 kA 表示。(8額定勵(lì)磁電壓。指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流達(dá)到額定值時(shí),額定出力運(yùn)行在穩(wěn)定溫度時(shí)的勵(lì)磁電壓。(9額定溫度。指發(fā)電機(jī)在額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最高允許溫度( 。(10效率。指發(fā)電機(jī)輸出與輸入能量之百

33、分比,一般額定效率在 93%98%之間, 300MW 和 600MW 大型機(jī) 組在 98%以上。我國(guó)生產(chǎn)的 300MW 汽輪發(fā)電機(jī)主要參數(shù)如表所示。 12 注:型號(hào)中 Q-汽輪機(jī); F-發(fā)電機(jī); S-定子為水內(nèi)冷; N-轉(zhuǎn)子為氫內(nèi)冷; 300 -功率為 300MW ; 2-2極; 20-額定電 壓為 20kV 。我國(guó)上海汽輪發(fā)電機(jī)廠設(shè)計(jì)的 QFSN-600-2型 600MW 水氫氫 (轉(zhuǎn)子采用氫內(nèi)冷, 定子鐵芯采用氫表冷, 定子繞組 采用水內(nèi)冷,即簡(jiǎn)稱水氫氫冷卻方式汽輪發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為額定功率 600MW 額定電壓:20KV ;額定定子電流 19245A ; 額定功率因數(shù) O. 9;額定

34、轉(zhuǎn)速 3000r /min ;額定氫壓 0.4MPa;額定勵(lì)磁電流/電壓 3820A/417V; 效率 98.94%;短路比 0.54;冷卻方式 水氫氫。四、汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)要發(fā)出電來, 除了需要原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)外, 還需給轉(zhuǎn)子繞組輸人直流電流 (稱為勵(lì)磁電流 , 建立旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。供給勵(lì)磁電流的電路,稱為勵(lì)磁系統(tǒng),包括勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及控制裝置等。勵(lì)磁系統(tǒng)由兩個(gè)基本部分組成,即勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁功率單元,包括交流電源及整流裝置, 它向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電流;勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR 是根據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流、電壓情況,自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì) 磁功率單元的勵(lì)磁電流的大小,以滿足系統(tǒng)

35、運(yùn)行的需要。勵(lì)磁控制系統(tǒng)指勵(lì)磁系統(tǒng)及其控制對(duì)象發(fā)電機(jī)共同組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理框圖如 下所示。 勵(lì)磁控制系統(tǒng)原理框圖(一勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功能勵(lì)磁系統(tǒng)的作用不僅是在發(fā)電機(jī)中建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),而且還對(duì)發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。 勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功能是:(1在正常運(yùn)行情況下,供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,并根據(jù)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的變化,自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電流的大小, 以維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓在給定值(額定電壓值 。(2當(dāng)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí),使各發(fā)電機(jī)組所帶的無功功率穩(wěn)定并實(shí)現(xiàn)合理分配。(3 在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、 發(fā)電機(jī)端電壓嚴(yán)重下降時(shí), 能對(duì)發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁, 使勵(lì)磁電壓迅速增升到頂 值 (30

36、0MW 和 600MW發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)頂值電壓為額定值的 2倍 , 以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性; 短路故障切除后, 使 電壓迅速恢復(fù)正常。(4 當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí), 能進(jìn)行強(qiáng)行減磁, 將勵(lì)磁電流迅速降到安全數(shù)值, 以防止發(fā)電機(jī)電壓過分升高。(5當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障(如定于繞組相間短路,轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地短路跳閘時(shí),能對(duì)發(fā)電機(jī)快速 1314滅磁,將勵(lì)磁電流減到零,以減小故障損壞程度。(二發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式主要有三種:直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式;交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式,又分為靜止整流器勵(lì)磁方 式(稱有刷勵(lì)磁和旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁方式(稱無刷勵(lì)磁 ;靜止勵(lì)磁方式(如自共勵(lì)勵(lì)磁方式 。1.直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系

37、統(tǒng)60年代以前, 汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式均采用同軸直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁機(jī), 通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改變直流勵(lì)磁機(jī) 的勵(lì)磁電流,來改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電壓,以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流,達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和輸出無功 功率的目的。目前 100MW 以下的汽輪發(fā)電機(jī)仍采用這種勵(lì)磁方式。隨著機(jī)組容量的不斷增大,直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式表現(xiàn)出了明顯的缺陷,一是受換向器所限其制造容量不可 能大;二是整流子、碳刷及滑環(huán)磨損,污染環(huán)境,運(yùn)行維護(hù)麻煩;三是勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度慢,可靠性低,直流勵(lì)磁機(jī) 勵(lì)磁方式已無法適應(yīng)大容量汽輪發(fā)電機(jī)的需要。2.交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)通常稱為三機(jī)勵(lì)磁方式。發(fā)電機(jī)、主勵(lì)磁

38、機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)三臺(tái)交流同步發(fā)電機(jī) 同軸旋轉(zhuǎn),勵(lì)磁機(jī)不需換向器,而整流裝置和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是靜止的,所以勵(lì)磁容量不會(huì)受到限制。交流勵(lì)磁機(jī)靜 止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如圖所示。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流主勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止整流裝置供給,主勵(lì)磁機(jī)的 勵(lì)磁電流由同軸的中頻副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)可控整流裝置供給。隨著發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的變化,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 AVR 自動(dòng)地改變 主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路中可控整流裝置的控制角,以改變其勵(lì)磁電流,從而改變主勵(lì)磁機(jī)的輸出電壓,也就調(diào)節(jié)了發(fā) 電機(jī)的勵(lì)磁電流。交流勵(lì)磁機(jī)的頻率一般采用 100Hz , 交流副勵(lì)磁機(jī)多采用永磁式中頻同步發(fā)電機(jī), 其頻率一般為 400500Hz , 以減少勵(lì)磁繞組的電感及時(shí)間

39、常數(shù)。這樣,即簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),又提高了副勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行的可靠性。目前大型汽輪發(fā)電 機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)多采用永磁式中頻副勵(lì)磁機(jī)。整流柜采用三相橋式硅二極管整流電路,通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上整流柜并聯(lián)運(yùn)行,并留有備用,因此整流裝 置運(yùn)行是可靠的。交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁方式的勵(lì)磁能源取自主軸功率,不受電力系統(tǒng)擾動(dòng)的影響,工作穩(wěn)定可靠。以 大容量的靜止硅整流器代替轉(zhuǎn)動(dòng)的換向整流,就解決了整流子和碳刷的運(yùn)行維護(hù)問題。三機(jī)勵(lì)磁方式目前在國(guó)產(chǎn) 30OMW 大容量汽輪發(fā)電機(jī)組上廣為采用。運(yùn)行實(shí)踐表明,三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)存在以下問題:(1旋轉(zhuǎn)部件多,出故障的機(jī)率較高,而且修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng),檢修維護(hù)工作量大。(2由于機(jī)組軸系長(zhǎng),軸承座多

40、,使軸振和瓦振值較高,對(duì)軸系穩(wěn)定和機(jī)組的安全運(yùn)行不利。3.交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)與靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)的主要區(qū)別,是整流裝置是否與軸同轉(zhuǎn)。整流裝 置與交流主勵(lì)磁機(jī)及發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)時(shí),三者相對(duì)靜止,所以可直接相連而無需滑環(huán)、碳刷,因此又稱為無刷勵(lì) 磁系統(tǒng),如圖所示。目前工程中采用的均是旋轉(zhuǎn)二極管形的,旋轉(zhuǎn)可控硅型尚處于試驗(yàn)階段。 S交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖 15(a 旋轉(zhuǎn)二極管勵(lì)孩系統(tǒng); (b 旋轉(zhuǎn)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)在無刷旋轉(zhuǎn)二極管勵(lì)磁系統(tǒng)中,主勵(lì)磁機(jī)一般采用 100Hz 交流勵(lì)磁機(jī),其 10OHz 電流經(jīng)整流后直接送入發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。因省去了滑環(huán)和

41、碳刷,使勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、可靠性高,這對(duì)大容量的汽輪發(fā)電機(jī)組是 適用的,但同時(shí)也帶來兩個(gè)新問題:一是不能用常規(guī)方法直接測(cè)量轉(zhuǎn)子電流、溫度和對(duì)地絕緣,而必須采用其他 方法;二是無法在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路裝設(shè)滅磁開關(guān),而只能裝于交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路,使滅磁時(shí)間延長(zhǎng)(20s ,好 在這些問題已用其他方法得到解決。目前,美國(guó)西屋公司、日本三菱公司、德國(guó)西門子公司和法國(guó)阿爾斯通公司 生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)多采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng), 而且已用于 12OOMW 的汽輪發(fā)電機(jī)。 我國(guó)近年來引進(jìn)了西屋公司無刷勵(lì)磁 技術(shù),已在 300MW 及 6OOMW 大型汽輪發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用。4.自并勵(lì)勵(lì)磁(靜止勵(lì)磁系統(tǒng)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),

42、其勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)自身供給,整個(gè)勵(lì)磁裝置沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分,因此又稱為靜止勵(lì)磁系統(tǒng)或 全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。如圖所示為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理圖。用一只接在機(jī)端的勵(lì)磁變壓器取得勵(lì)磁電源,通過受勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器控制的可控硅整流裝置,直接控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁,這種勵(lì)磁方式比前述幾種都簡(jiǎn)單,因此又稱簡(jiǎn)單自勵(lì) 方式。 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn):(l 運(yùn)行可靠。由于沒有旋轉(zhuǎn)部件,設(shè)備接線簡(jiǎn)單,減少了事故的機(jī)率。據(jù)統(tǒng)計(jì),自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)迫停 機(jī)率僅為交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的 1/3, 平均修復(fù)時(shí)間僅為交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的 1/4。 大大提高了運(yùn)行的可靠性。(2改善了發(fā)電機(jī)軸系的穩(wěn)定性。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)使 30O

43、MW 機(jī)組的輸系長(zhǎng)度減少了約 3m ,因無勵(lì)磁機(jī),軸 承座也減少,所以提高了軸系的穩(wěn)定性,從而提高了機(jī)組的安全運(yùn)行水平。(3提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)速度快,調(diào)壓性能好,短路后機(jī)端電壓恢復(fù)快。由于 配置了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS ,對(duì)小干擾的穩(wěn)定水平較交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)有明顯提高。(4經(jīng)濟(jì)性好,可降低投資。由于該系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單,軸系長(zhǎng)度又有縮短,降低了設(shè)備和廠房基礎(chǔ)投資;加之 調(diào)整維護(hù)簡(jiǎn)單,故障修復(fù)時(shí)間短,可提高發(fā)電的效益。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)存在的問題是:當(dāng)發(fā)電機(jī)近端發(fā)生三相短路而切除時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí),不能及時(shí)提供足夠的強(qiáng)行 勵(lì)磁;另外,接于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機(jī),由于短路電流衰減快,繼電保護(hù)配合

44、較復(fù)雜。目前,在大型汽輪發(fā)電機(jī)上采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式已成發(fā)展方向。五、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行與控制(一發(fā)電機(jī)的起動(dòng)發(fā)電機(jī)由停機(jī)狀態(tài)(檢修后或新安裝投入運(yùn)行,需按規(guī)程進(jìn)行一系列試驗(yàn)及啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作。待發(fā)電機(jī) 逐漸升速至額定轉(zhuǎn)速 3000r /min 。(二發(fā)電機(jī)的并列現(xiàn)代電力網(wǎng)是由多座發(fā)電廠、多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的大電網(wǎng)方式,省級(jí)電網(wǎng)、跨省的區(qū)域網(wǎng),甚至跨國(guó)電力 網(wǎng)已取得十分成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。多臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的大電網(wǎng)方式對(duì)提高電能的質(zhì)量、供電的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn) 定性以及經(jīng)濟(jì)性等都有著重大意義。同時(shí),電網(wǎng)的規(guī)模也是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的標(biāo)志。 發(fā)電機(jī)的并列運(yùn)行,又稱為同步運(yùn)行,就是各發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子

45、以相同的電角速度一齊旋轉(zhuǎn),而電角度差不超過 允許值的運(yùn)行狀態(tài)。將發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)進(jìn)行同步運(yùn)行的操作,稱為同步并列(俗稱并網(wǎng) 。 發(fā)電機(jī)常用的同步并列方法有兩種:準(zhǔn)同步并列法和自同步并列法。 此外還有異步起動(dòng)和非同步合閘法 (事 故情況下用1準(zhǔn)同步并列法準(zhǔn)同步(又稱精確同步并列,是常用的基本同步方法。準(zhǔn)同步并列是指待并發(fā)電機(jī)與運(yùn)行系統(tǒng)間滿足同步 條件時(shí)進(jìn)行并列操作,即當(dāng)發(fā)電機(jī)的頻率、電壓和相位角與系統(tǒng)的電壓、頻率和相位角均相同(或接近時(shí),將 發(fā)電機(jī)的斷路器合閘,完成與系統(tǒng)的并列。這種并列方式實(shí)質(zhì)上是先促成同步狀態(tài),然后進(jìn)行并列操作。準(zhǔn)同步并列分為手動(dòng)準(zhǔn)同步并列和自動(dòng)準(zhǔn)同步并列兩種具體

46、方法。1、 1 手動(dòng)準(zhǔn)同步并列手動(dòng)準(zhǔn)同步即用手操作相關(guān)開關(guān),調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓頻率使其滿足同步條件,并手動(dòng)合閘并列的方法。(1頻率。汽輪機(jī)起動(dòng)后,通過操作其調(diào)速開關(guān),使其轉(zhuǎn)速逐漸升高至額定值 3000r /min ,則同軸旋轉(zhuǎn)的 汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即達(dá)到與電網(wǎng)頻率接近同步的要求。(2電壓。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)升速至額定轉(zhuǎn)速后,經(jīng)檢查各處工作情況正常,即可給轉(zhuǎn)子加上勵(lì)磁電流,緩慢轉(zhuǎn) 動(dòng)磁場(chǎng)變阻器手輪,減小電阻以增加勵(lì)磁電流,使發(fā)電機(jī)定子繞組電壓逐漸升高達(dá)到與系統(tǒng)電壓相等。(3 相位角。 在滿足頻率和電壓相等的條件后, 技人同步表, 待同步表指針緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至接近同步點(diǎn)時(shí), 操作斷路器控制開關(guān)合閘,使發(fā)電機(jī)與

47、系統(tǒng)并列。并列成功后,無異常現(xiàn)象出現(xiàn),即可使發(fā)電機(jī)帶上負(fù)荷,并退 出同步儀表,并列操作完畢。發(fā)電機(jī)并列操作是一項(xiàng)非常重要的操作,在一定程度上關(guān)系到發(fā)電廠甚至電網(wǎng)的安危。手動(dòng)準(zhǔn)同步操作是否 成功,與操作者的現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系,如果掌握不好合閘時(shí)機(jī),發(fā)生非同步并列事故,將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖 擊電流和振蕩現(xiàn)象,會(huì)使發(fā)電機(jī)端部繞組和鐵芯遭到破壞。因此,經(jīng)過考核獲得同步操作權(quán)的人員才可進(jìn)行此項(xiàng) 操作。1、 2.自動(dòng)準(zhǔn)同步自動(dòng)準(zhǔn)同步并列裝置是一種自動(dòng)控制裝置,它能根據(jù)系統(tǒng)的頻率,檢查待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并發(fā)出調(diào)節(jié)脈沖 去調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使其略高出系統(tǒng)一預(yù)定數(shù)值。然后檢查同步的回路開始工作,當(dāng)待并發(fā)電機(jī)

48、以微小的 轉(zhuǎn)差向同步點(diǎn)接近,且待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的電壓差在±5V 以內(nèi)時(shí),就提前一個(gè)預(yù)定時(shí)間發(fā)出合閘脈沖,合上主斷 路器,使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列。2、自同步并列自同步并列法,就是當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速(相差±2%范圍之內(nèi)時(shí),在未加勵(lì)磁的情況下, 先 會(huì)上發(fā)電機(jī)的斷路器進(jìn)行并列,然后再合上勵(lì)磁開關(guān),加入勵(lì)磁電流,利用發(fā)電機(jī)的自整步”作用,將發(fā)電機(jī) 自動(dòng)拉入同步。采用自同步的優(yōu)點(diǎn)是:操作簡(jiǎn)單,并列速度快,在緊急情況下能很快將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。缺點(diǎn)是:待并發(fā)電 機(jī)會(huì)受到較大電流的沖擊(小于三相短路電流 。(三發(fā)電機(jī)的負(fù)荷調(diào)整3、 1.有功負(fù)荷的調(diào)整發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中對(duì)有功負(fù)荷的調(diào)整,

49、 是通過汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的, 當(dāng)需增加有功負(fù)荷時(shí), 就加大進(jìn)汽量; 當(dāng)需減小有功負(fù)荷時(shí),就減小進(jìn)汽量,以保持發(fā)電與負(fù)荷的平衡,維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定。3、 2無功負(fù)荷的調(diào)整發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中對(duì)無功負(fù)荷的調(diào)整,是通過改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)的。通常利用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(簡(jiǎn)稱 調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié),也可手動(dòng)調(diào)節(jié)。(1 自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。 這是主要運(yùn)行方式, 即根據(jù)發(fā)電機(jī)端電壓的變化, 采用負(fù)反饋原理對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流進(jìn) 行自動(dòng)調(diào)節(jié),以維持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定。(2 手動(dòng)控制方式。 當(dāng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器因有故障失去作用時(shí), 改用由運(yùn)行人員手動(dòng)操作調(diào)節(jié)方式。 一般自動(dòng) 調(diào)節(jié)為主要方式,手動(dòng)調(diào)節(jié)為備用方式。功率因數(shù) (cos

50、 是電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)。 當(dāng)有功負(fù)荷不變而調(diào)整無功負(fù)荷時(shí), 功率因數(shù)即改變, 無功負(fù)荷減少時(shí),功率因數(shù)增加;無功負(fù)荷增加時(shí),功率因數(shù)下降。發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)一般應(yīng)限在 0.95以內(nèi), 否 則易進(jìn)相運(yùn)行,若發(fā)現(xiàn)進(jìn)相運(yùn)行,應(yīng)增大勵(lì)磁電流;若此時(shí)定子電流過大,則減少有功功率,否則將引起發(fā)電機(jī) 振蕩或失步。四、同步發(fā)電機(jī)的調(diào)相運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí),從電網(wǎng)吸收有功功率(即發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)以維持同步旋轉(zhuǎn)。此時(shí)加大勵(lì)磁(過 勵(lì)運(yùn)行 ,則向電網(wǎng)送感性無功功率;欠勵(lì)運(yùn)行時(shí),則吸收電網(wǎng)中的感性無功,發(fā)電機(jī)變成了調(diào)相機(jī) (或稱同步補(bǔ) 償機(jī) 。當(dāng)輸電線路很長(zhǎng)時(shí),線路本身具有電容,當(dāng)終端負(fù)荷變化時(shí)要維持端電

51、壓不波動(dòng)是很困難的。所以接上同步 補(bǔ)償機(jī),通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流,可以控制功率因數(shù),保持電網(wǎng)電壓恒定。五、發(fā)電機(jī)的解列與停機(jī)發(fā)電機(jī)要解列時(shí),應(yīng)先將所帶廠用電轉(zhuǎn)至備用電源,然后再將發(fā)電機(jī)所帶的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他 并列機(jī)組上去,并在有功負(fù)荷降至零時(shí),斷開發(fā)電機(jī)斷路器,將發(fā)電機(jī)解列。當(dāng)跳開發(fā)電機(jī)斷路器解列后,如果發(fā)電機(jī)需停下來,應(yīng)再跳開滅磁開關(guān),并通知汽輪機(jī)值班員減速停機(jī)。停 機(jī)后拉開發(fā)電機(jī)出線隔離開關(guān)。電力變壓器電力變壓器是電力系統(tǒng)中輸配電能的主要設(shè)備。電力變壓器利用電磁感應(yīng)原理,可以把一種電壓等級(jí)的交流 電能方便地變換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。經(jīng)輸配電線路將發(fā)電廠和變電所的變壓器

52、連接在一起, 便構(gòu)成了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主能源網(wǎng)絡(luò)電力網(wǎng)。-、變壓器的基本原理變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,圖所示為變壓器基本原理示意圖。由圖可見,變壓器由兩個(gè)互相絕緣且 匝數(shù)不等的繞組,套在由良好導(dǎo)磁材料制成的同一個(gè)鐵芯上,其中一個(gè)繞組接交流電源,稱為一次繞組;另一個(gè) 繞組接負(fù)荷,稱為二次繞組。當(dāng)一次繞經(jīng)中有交流電流流過時(shí),則在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通 ,其頻率與電源電壓 的頻率相同;鐵芯中的磁通同時(shí)交鏈一、二次繞組,由電磁感應(yīng)定律可知,一、二次繞組中分別感應(yīng)出與匝數(shù)成 正比的電動(dòng)勢(shì),其二次繞組內(nèi)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì),向負(fù)荷輸出電能,實(shí)現(xiàn)了電壓的變換和電能的傳遞。可見,變壓器 是利用一、二次繞組匝數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)

53、變壓的。變壓器基本原理示意圖變壓器在傳遞電能的過程中效率很高, 可以認(rèn)為兩側(cè)電功率基本相等, 所以當(dāng)兩側(cè)電壓變化時(shí) (升壓或降壓 , 則兩側(cè)電流也相應(yīng)變化(變小或變大 ,即變壓器在改變電壓的同時(shí)也改變了電流。二、變壓器的分類為適應(yīng)不同的用戶要求,變壓器分為多種類型。1.按用途分為(1電力變壓器。在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用,又進(jìn)一步分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器(連接幾個(gè)不 同電壓等級(jí)的電網(wǎng)等。(2 儀用變壓器。指電流互感器和電壓互感器等,用于儀表測(cè)量、繼電保護(hù)和操作電源。(3 特殊用途變壓器。有整流變壓器、電爐變壓器、焊接變壓器、實(shí)驗(yàn)變壓器等。2.按統(tǒng)組數(shù)分為(1自耦變壓器。高、低壓側(cè)共用一個(gè)

54、繞組,兩側(cè)接線匝數(shù)不同。(2雙繞組變壓器。指每相有高、低壓兩個(gè)繞組。(3三繞組變壓器。每相有高、中、低壓三個(gè)繞組,常用于聯(lián)絡(luò)變壓器。(4分裂繞組變壓器。用作大容量廠用電變壓器。3.按相數(shù)分為(1 單相變壓器。 容量過大且受運(yùn)輸條件限制時(shí), 在三相電力系統(tǒng)中用三臺(tái)單相變壓器組合成三相變壓器組。(2三相變壓器。用于三相電力系統(tǒng),三相繞組和鐵芯連為一體。4按冷卻方式分為(l 油浸式變壓器。繞組與鐵芯完全浸在變壓器油里。又可分為:油浸自冷式變壓器 -油自然循環(huán)進(jìn)行冷 卻;油浸風(fēng)冷式變壓器 -在散熱器上裝設(shè)風(fēng)扇吹風(fēng)冷卻;強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻變壓器 -用油泵強(qiáng)迫變壓器油通過 變壓器外專設(shè)的水冷卻器冷卻后再送回

55、變壓器內(nèi)。(2干式變壓器。鐵芯和繞組都由空氣直接冷卻。三、變壓器的額定參數(shù)與銘牌為使變壓器能按照設(shè)計(jì)技術(shù)條件安全、 經(jīng)濟(jì)、 合理地運(yùn)行, 制造廠將變壓器的設(shè)計(jì)額定參數(shù)標(biāo)注在銘牌上 (又 稱銘牌值 。按照額定參數(shù)運(yùn)行,可以保證變壓器長(zhǎng)期可靠的工作,并能達(dá)到設(shè)計(jì)的性能。1.變壓器的額定參數(shù)(1額定容量初 SN。在銘牌規(guī)定的額定工作狀態(tài)下,變壓器的容量叫額定容量,對(duì)三相變壓器而言,即三相容量之和,用視在功率 S N 表示,單位為 kVA 或 MVA 。 (2額定電壓化。一次側(cè)額定電壓 U 1N ,指加到一次繞組上的規(guī)定電壓值;二次側(cè)額定電壓 U2N,指一次側(cè)加入額定電壓 U1N時(shí),二次側(cè)的空載電壓。

56、額定電壓的單位為 kV 。三相變壓器的額定電壓都是指線電壓。(3額定電流 IN。在額定使用條件下(或根據(jù)發(fā)熱限制而規(guī)定的繞組中允許長(zhǎng)期通過的電流值 ,一次側(cè)輸入的電流叫一次側(cè)額定電流,用 I 1N 表示;二次側(cè)輸出的電流叫二次側(cè)額定電流,用 I2N表示。額定電流都是指線電流,單位為 A 或 kA 。(4空載電流 I。變壓器加額定電壓空載運(yùn)行時(shí)的電流,常以額定電流的百分比來表示,可以折算到一次 側(cè),也可折算到二次側(cè)。(5空載損耗 P 0 。在變壓器一個(gè)繞組上加入額定電壓,而其余繞組均為開路時(shí),變壓器的有功損耗,用 P 0表示,單位為 kw 。(6短路損耗 P k 。當(dāng)變壓器的一個(gè)繞組通以額定電流

57、,而另一繞組短接時(shí)的有功損耗,用 Pk表示,單位為kw 。(7短路電壓(阻抗電壓百分比 Uk%。當(dāng)一個(gè)繞組短接時(shí),在另一繞組中為產(chǎn)生額定電流所加入的電壓稱為短路電壓,以額定電壓的百分比 Uk%來表示。2.變壓器的型號(hào)及符號(hào)說明變壓器的型號(hào)由文字和數(shù)字兩部分組成,一般格式如下: 1-6-調(diào)壓方式。其符號(hào)代表的含義為:O自耦; D 單相; S 三相; G 空氣自冷式; F 油浸風(fēng)冷式; W 水冷式; P 強(qiáng)迫油循環(huán); Z 有載調(diào)壓; L 鋁; F 分裂變壓器; FP 強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷; WP 強(qiáng)迫油循環(huán)水冷。舉例:SFP7-3600OO /22O :表示三相油浸風(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán)式電力變壓器,設(shè)計(jì)序號(hào)為 7,額定容量為 36000OkVA , 額定電壓為 220kV 。3. 300MW 發(fā)電機(jī)組配用變壓器情況(1主變壓器(升壓變壓器 。型號(hào)為 SFP7-360000/22O ,中性點(diǎn)直接接地,無載調(diào)壓。其主要參數(shù)為額 定容量 3600