1、火力發電廠基本生產過程第一部分 概 述以煤、石油或天然氣作為燃料的發電廠統稱為火電廠。山東省的電廠 95%以上是火力發電廠。1、火電廠的分類(1按燃料分類:燃煤發電廠,即以煤作為燃料的發電廠;鄒縣、石橫青島等電廠燃油發電廠,即以石油(實際是提取汽油、煤油、柴油后的渣油為燃料的發電廠;辛電電廠燃氣發電廠,即以天然氣、煤氣等可燃氣體為燃料的發電廠;余熱發電廠,即用工業企業的各種余熱進行發電的發電廠。此外還有利用垃圾及工業廢料作燃料的發電廠。(2按原動機分類:凝汽式汽輪機發電廠、燃汽輪機發電廠、內燃機發電廠和蒸汽 -燃汽輪機發電廠等。(3按供出能源分類:凝汽式發電廠,即只向外供應電能的電廠;熱電廠,

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

3、cm 2 、溫度為 540的發電廠,單機功率小于 100MW ;超高壓發電廠,其蒸汽壓力一般為 13.83MPa (141kgf /cm 2 、溫度為 540/540的發電廠,單機功率小于 200MW ;亞臨界壓力發電廠,其蒸汽壓力一般為 16.77MPa (171 kgf/cm 2 、溫度為540/540的發電廠,單機功率為 30OMW 直至 1O00MW 不等;超臨界壓力發電廠,其蒸汽壓力大于 22.llMPa (225.6kgf /cm 2 、溫度為550/550的發電廠,機組功率為 600MW 及以上,德國的施瓦茨電廠。(6按供電范圍分類:區域性發電廠,在電網內運行,承擔一定區域性供電

4、的大中型發電廠;孤立發電廠,是不并入電網內,單獨運行的發電廠;自備發電廠,由大型企業自己建造,主要供本單位用電的發電廠(一般也與電網相連 。2、火電廠的生產流程及特點火電廠的種類雖很多,但從能量轉換的觀點分析,其生產過程卻是基本相同的,概括地說是把燃料(煤 中含有的化學能轉變為電能的過程。整個生產過程可分為三個階段: 燃料的化學能在鍋爐中轉變為熱能,加熱鍋爐中的水使之變為蒸汽,稱為燃燒系統; 鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機,推動汽輪機旋轉,將熱能轉變為機械能,稱為汽水系統; 由汽輪機旋轉的機械能帶動發電機發電,把機械能變為電能,稱為電氣系統。其基本生產流程為:整個電能生產過程如圖 1與水電廠和其他類

5、型的電廠相比,火電廠有如下特點:燃料燃燒的熱能 鍋爐 高溫高壓水蒸汽 汽輪機 機械能 發電機 電能 變壓器電 力 系 統凝汽式火電廠生產過程示意圖(1火電廠布局靈活,裝機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, 目前發電用煤約占全國煤碳總產量的 25%左右, 加上運煤費用和大量用水, 其 生產成本比水力發電要高出 34倍。(4 火電廠動力設備繁多, 發電機組控制操作復雜, 廠用電量和運行人員都多于水電廠, 運行費用高。(5汽輪機開、停機過程時間長,耗資大,不宜作為調峰電源用。(6火電廠對空氣

6、和環境的污染大。第二部分 三大系統簡介一、燃燒系統燃燒系統由輸煤、磨煤、燃燒、風煙、灰渣等環節組成,其流程如圖 2所示。(l 運煤。電廠的用煤量是很大的,一座裝機容量 4×3O 萬 kW 的現代火力發電廠,煤耗率按 36Og /kw.h 計, 每 天需用標準煤(每千克煤產生 70O0卡熱量 360(g ×120萬(kw ×24(h =10368t。因為電廠燃煤多用劣質 煤,且中、小汽輪發電機組的煤耗率在 40O 5O0g /kw ·h 左右,所以用煤量會更大。據統計,我國用于發電的煤 約占總產量的 1/4,主要靠鐵路運輸,約占鐵路全部運輸量的 4O %。

7、為保證電廠安全生產,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、 輪船等將煤運至電廠的儲煤場后, 經初步篩選處理, 用輸煤皮帶送到鍋爐間的原煤倉。 煤從原煤倉落入煤斗,由給煤機送入磨煤機磨成煤粉,并經空氣預熱器來的一次風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再行磨制,合格的細煤粉被一次風帶入旋風分離器,使煤粉與空氣分 離后進入煤粉倉。(3 鍋爐與燃燒。 煤粉由可調節的給粉機按鍋爐需要送入一次風管, 同時由旋風分離器送來的氣體 (含有約 10%左右未能分離出的細煤粉 ,由排粉風機提高壓頭后作為一次風將進入一次風管的煤粉經噴燃器噴入爐膛內燃燒。 電廠

8、煤粉爐燃燒系統流程圖目前我國新建電廠以 300MW 及以上機組為主。 300MW 機組的鍋爐蒸發量為 10O0t /h (亞臨界壓力 ,采用強 制循環(或自然循環的汽包爐; 600MW 機組的鍋爐為 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,內有汽水分離裝置,爐膛內壁有彼此緊密排列的水冷壁管,爐膛內的高溫火焰 將水冷壁管內的水加熱成汽水混合物上升進入汽包,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 內水冷壁管接通,靠爐外冷水下降而爐內水

9、冷壁管中熱水自然上升的鍋爐叫自然循環汽包爐,而當壓力高到 16.6617.64MPa 時, 水、 汽重度差變小, 必須在循環回路中加裝循環泵, 即稱為強制循環鍋爐。 當壓力超過 18. 62MPa 時,應采用直流鍋爐。(4風煙系統。送風機將冷風送到空氣預熱器加熱,加熱后的氣體一部分經磨煤機、排粉風機進人爐膛,另一部 分經噴燃器外側套筒直接進入爐膛。爐膛內燃燒形成的高溫煙氣,沿煙道經過熱器、省煤器、空氣預熱器逐漸降 溫,再經除塵器除去 90%99%(電除塵器可除去 99%的灰塵,經引風機送入煙囪,排向天空。(5 灰渣系統。 爐膛內煤粉燃燒后生成的小灰粒, 被除塵器收集成細灰排入沖灰溝, 燃燒中因

10、結焦形成的大塊爐 渣,下落到鍋爐底部的渣斗內,經過碎渣機破碎后也排入沖灰溝,再經灰渣水泵將細灰和碎爐渣經沖灰管道排往 灰場(或用汽車將爐渣運走 。二、汽水系統火電廠的汽水系統由鍋爐、汽輪機、凝汽器、除氧器、加熱器等設備及管道構成,包括凝給水系統、再熱系 統、回熱系統、冷卻水(循環水系統和補水系統,如圖 3所示。(1 給水系統。 由鍋爐產生的過熱蒸汽沿主蒸汽管道進入汽輪機, 高速流動的蒸汽沖動汽輪機葉片轉動,帶 動發電機旋轉產生電能。在汽輪機內作功后的蒸汽,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 結成水 (稱為凝結水 , 匯集在凝汽器的熱水井中。 凝結水由凝結水泵打至低壓加熱器中加

11、熱, 再經除氧器除氧并 繼續加熱。由除氧器出來的水(叫鍋爐給水 ,經給水泵升壓和高壓加熱器加熱,最后送人鍋爐汽包。在現代大型 機組中, 一般都從汽輪機的某些中間級抽出作過功的部分蒸汽 (稱為抽汽 , 用以加熱給水 (叫做給水回熱循環 , 或把作過一段功的蒸汽從汽輪機某一中間級全部抽出,送到鍋爐的再熱器中加熱后再引入汽輪機的以后幾級中繼 續做功(叫做再熱循環 。(2補水系統。在汽水循環過程中總難免有汽、水泄漏等損失,為維持汽水循環的正常進行,必須不斷地向 系統補充經過化學處理的軟化水,這些補給水一般補入除氧器或凝汽器中,即是補水系統。(3冷卻水(循環水系統。為了將汽輪機中作功后排入凝汽器中的乏汽

12、冷凝成水,需由循環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涼水塔冷卻,冷卻水是循環使用的。這就是冷卻 水或循環水系統。 電廠汽水系統流程示意圖三、電氣系統發電廠的電氣系統,包括發電機、勵磁裝置、廠用電系統和升壓變電所等,如圖 4所示。發電機的機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 2OkA 。 發電機發出的電能, 其中一小部分 (約占發電機容量的 4%8% , 由廠用變壓器降低電壓 (一般為 63kV 和 400V 兩個電壓等級后,經廠用配電裝置由電纜供給水泵、送風機、磨煤機等各種輔機和電廠照明等設備用電,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,經高壓配電裝置、輸電線路送入電網。 發電廠電氣系統示意圖第三部分 電廠主要設備介紹鍋爐鍋爐是火力發電廠中主要設備之一。它的作用是使燃料在爐膛中燃燒放熱,并將熱量傳給工質,以產生一定 壓力和溫度的蒸汽,供汽輪發電機組發電。電廠鍋爐與其他行業所用鍋爐相比,具有容量大、參數高、結構復雜、 自動化程度高等特點。一、電廠鍋爐的容量和參數鍋爐容量即鍋爐的蒸發量,指鍋爐每小時所產生的蒸汽量。在保持額定蒸汽壓力、額定蒸汽溫度、使用設計 燃料和規定的熱效率情況下,鍋爐所能達到的蒸發量稱作額定蒸發量。電廠鍋爐的額定參數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。對于裝有再熱器的鍋爐,鍋爐蒸汽參數還應包括再熱蒸汽參數。我國電廠鍋爐的蒸汽參數及容量系列如下表所示。我國電廠鍋爐的蒸汽參數及容量系列 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量小于 220t /h 。中型鍋爐蒸發量為 22O410t /h 。大型鍋爐蒸發量不小于 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進行燃燒,又稱流化床鍋爐。4按排渣方式分類固態排渣鍋爐。燃料燃燒生成的灰渣呈固態排出。液態

16、排渣鍋爐。燃料燃燒生成的灰渣呈液態排出。5按循環方式分類按照鍋爐蒸發受熱面內工質流動的方式可將鍋爐分為下列幾種,如圖所示。(1 自然循環鍋爐, 是具有由汽包、 下降管和上升管組成的循環回路的鍋爐。 它依靠下降管和上升管中工 質柱重差產生自然循環的動力。 (鄒縣電廠(2強制循環鍋爐,是在循環回路下降管上裝有強制循環泵,以提高循環動力。 (石橫電廠(3 控制循環鍋爐, 是在強制循環鍋爐的上升管入口加裝節流圈, 以控制各上升管中的工質流, 防止發生循 環停滯或倒流等故障。 (石橫電廠(4直流鍋爐是沒有循環回路的鍋爐,工質一次性通過各受熱面變為過熱蒸汽。 (施瓦茨電廠鍋爐蒸發受熱面內工質流動的幾種類型

17、(a 自然循環鍋爐; (b強制循環鍋爐; (c控制循環鍋爐 (d 直流鍋爐1-給水泵, 2-省煤器, 3-汽包, 4-下降管, 5-聯箱, 6-蒸發受熱面, 7-過熱器, 8-循環泵, 9-節流圈(5復合循環鍋爐,它具有循環回路和再循環泵,同時具有切換閥門,低負荷時按再循環方式運行,高負荷 時切換為直流方式運行,如圖所示。也可在全部負荷下以較低的循環倍率進行循環,這種鍋爐稱作低倍率循環鍋 爐,如圖所示。目前,大型火力發電廠的鍋爐多為亞臨界壓力以上的大型煤粉鍋爐。 復合循環鍋爐(a 全負荷復合循環鍋爐;比部分負荷復合循環鍋爐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

18、受熱面;6一循環泵; 7一控制閥; 8-節流圈; 9-去過熱器三、鍋爐機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煙氣與受熱面的傳熱來加熱給水,最終使水變為具有一定 參數的品質合格的過熱蒸汽。水在鍋爐中要經過預熱、蒸發、過熱三個階段才能變為過熱蒸汽。實際上,為了提 高蒸汽動力循環的效率,還有第四個階段,即再過熱階段,即將在汽輪機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,然后再送到汽輪機低壓缸繼續做功。為適應這四個變化階段的需要,鍋爐中必須布置相 應的受熱面,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熱器。大型鍋爐有的 在爐膛中增設預熱受熱面或過熱、再熱受熱面。鍋爐機組的基本工作過程是:燃料經制粉系統磨制成粉,送入爐膛中燃燒,使燃料的化學能轉變為煙氣的熱 能。高溫煙氣由爐膛經水平煙道進入尾部煙道,最后從鍋爐中排出。鍋爐排煙再經過煙氣凈化系統變為干凈的煙 氣,由風機送入煙囪排入大氣中。煙氣在鍋爐內流動的過程中,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流方式傳給過熱器、再熱器、省煤氣和空氣預熱器。于是,鍋爐給水便

20、經過省煤器、水冷壁、 過熱器變成過熱蒸汽,并把汽輪機高壓缸做功后抽回的蒸汽變成再熱蒸汽。四、鍋爐經濟技術指標鍋爐的經濟技術指標一般用鍋爐熱效率、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數。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量所用的鋼材重量,單位為 t ·t /h ,一般在 2.55t ·t /h 范圍內。 鍋爐可靠性用連續運行時數、事故率和可用率來評價。連續運行時數是指兩次檢修之間的運行時數。 目前,國內電廠鍋爐連續運行時數可達 400Oh 以上,事故率為 1%左右,可用率可達 90%。汽機汽輪機是火力發電廠三大主

21、要設備之一。它是以蒸汽為工質,將熱能轉變為機械能的高速旋轉式原動機。它 為發電機的能量轉換提供機械能。一、汽輪機的工作原理由鍋爐來的蒸汽通過汽輪機時,分別在噴嘴(靜葉片和動葉片中進行能量轉換。根據蒸汽在動、靜葉片中 做功原理不同,汽輪機可分為沖動式和反動式兩種。沖動式汽輪機工作原理如圖所示。具有一定壓力和溫度的蒸汽首先在固定不動的噴嘴中膨脹加速,使蒸汽壓 力和溫度降低,部分熱能變為動能。從噴嘴噴出的高速汽流以一定的方向進入裝在葉輪上的動葉片流道,在動葉 片流道中改變速度,產生作用力,推動葉輪和軸轉動,使蒸汽的動能轉變為軸的機械能。在反動式汽輪機中,蒸汽流過噴嘴和動葉片時,蒸汽不僅在噴嘴中膨脹加

22、速,而且在動葉片中也要繼續膨 脹,使蒸汽在動葉片流道中的流速提高。當由動葉片流道出口噴出時,蒸汽便給動葉片一個反動力。動葉片同時 受到噴嘴出口汽流的沖動力和自身出口汽流的反動力。在這兩個力的作用下,動葉片帶動葉輪和輪高速旋轉,這 就是反動式汽輪機的工作原理。 沖動式汽輪機工作原理l 一大軸; 2一葉輪; 3一動葉片; 4一噴嘴二、汽輪機設備的組成汽輪機設備包括汽輪機本體、調速保護及油系統、輔助設備和熱力系統等。事故率 = 運行總時數+事故停用小時數 事故停用小時數 可用率 = 統計時間總時數 運行總時數+事故停用小時數100% 100%1.汽輪機本體汽輪機本體由靜止和轉動兩大部分構成。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“轉子” ,包括軸、葉輪和動葉片等部件。2.調速保護及油系統汽輪機的調速保護及油系統包括調速器、油泵、調速傳動機構、調速汽門、安全保護裝置和冷油器等部件。3.輔助設備汽輪機的輔助設備有凝汽器、抽汽器、除氧器、加熱器和凝結水泵等。4熱力系統汽輪機的熱力系統包括主蒸汽系統、給水除氧系統、抽汽回熱系統和凝汽系統等。三、汽輪機的分類1.按工作原理分類如前所述,按工作原理不同,汽輪機可分為沖動式和反動式兩種。2按熱力過程特性分類按照熱力過程特性的不同,汽輪機可分為下面四種:(1 凝汽式汽輪機。 其特點是在汽輪機中做功后的排汽, 在低于大氣壓力

24、的真空狀態下進入凝汽器凝結成水。(2背壓式汽輪機。其特點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。 其特點是在汽輪機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 到汽輪機中壓部分繼續做功。(4 調整抽汽式汽輪機。 其特點是從汽輪機的某級抽出部分具有一定壓力的蒸汽供熱用戶使用, 排汽仍進入 凝汽器。3.按主蒸汽參數分類進人汽輪機的蒸汽參數是指蒸汽壓力和溫度。按不同壓力等級可分為:(1低壓汽輪機。主蒸汽壓力小于 1.47MPa ;(2中壓汽輪機。主蒸汽壓力為 l.963.92MPa ;(3高壓汽輪機。主蒸汽壓力為 5.889.8MPa ;(4超高壓

25、汽輪機。主蒸汽壓力為 11.7713.93MPa ;(5亞臨界壓力汽輪機。主蒸汽壓力為 15.6917.65MPa ;(6超臨界壓力汽輪機。主蒸汽壓力大于 22.15MPa ;此外,按用途分類有電廠汽輪機、工業汽輪機、船用汽輪機;按汽流方向分類有軸流式、輻流式、周流式汽 輪機;按汽缸數目分類有單缸、雙缸和多缸汽輪機;按機組轉軸數目分類有單鈾和雙軸汽輪機等。四、汽輪機的型號國產汽輪機的型號采用三組符號加數字來表示。 第一組用漢語拼音字母及數字來表示。漢語拼音字母表示汽輪機型式,其后的數字表示汽輪機的額定功率,單位 為 MW 。第二組表示蒸汽參數。第三組數字表示設計的先后次序。汽輪機型號中蒸汽參數

26、表示法變型設計次序 蒸汽參數 額定功率(MW 型式 11 例如 N300-16.7/537/537-2型汽輪機,表示額定功率為 300MW ,額定進汽壓力為 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,屬第二次變型設計。五、汽輪機的經濟和安全指標l。汽輪機運行的經濟指標(1 循環熱效率。 汽輪機設備的循環熱效率是在理想條件下 1kg 蒸汽在汽輪機內轉換機械功的熱量與鍋爐送出 蒸汽熱量之比。目前大功率汽輪機的循環熱效率已達 40%以上。(2 汽輪機內效率。 汽輪機相對內效率是蒸汽在汽輪機內的有效比焓降與等嫡比焓降之比, 它是評價汽輪機結 構先

27、進程度的一個重要指標。(3汽耗率。汽耗率是汽輪發電機組每生產 1kw ·h 電所需要的蒸汽量,一般為 3.O 3.2kg /(kw ·h 。(4熱耗率。熱耗率是汽輪發電機組每生產 Ikw ·h 電所消耗的熱量。一般為 8000kJ/(kw ·h 左右。2.汽輪機運行的安全指標(1 可用率。 機組的可用率是指在統計期間, 機組運行累計小時數及備用停機小時數之和與統計期間日歷小時 數的百分比。(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,即上式中等效小時數為機組運行中降低出力小時數折算成機組全停的小時數。(3強迫停機率。強迫停機率是指在統計期間機組

28、的強迫停運小時數與統計期間小時數的百分比。(4等效強迫停機率。等效強迫停機率為考慮到降低出力影響的強迫停機率,即發電機發電機是電廠的主要設備之一,它同鍋爐和汽輪機會稱為火力發電廠的三大主機。目前,在電力系統中,幾 乎所有的發電機:汽輪發電機、水輪發電機、核發電機、燃汽輪發電機及太陽能發電機等都屬同步發電機。盡管 其容量大小、原動機類型、構造形式、冷卻方式等各有差異,但其工作原理是相同的。一、同步發電機的基本構造和工作原理同步發電機是利用電磁感應原理將機械能轉換成電能的設備,其工作原理如圖所示。由圖可見,同步發電機 可分為定子和轉子兩大部分,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; 轉子部分由轉子鐵芯和繞組組成,繞組通以直流電,建立發電機的磁場。當轉子由原動機(如汽輪機帶動旋轉 時,產生一旋轉磁場,定子繞組(導線切割了轉子磁場的磁力線,就在定子繞組上感應出電動勢,當定于繞組 接通用電設備時,定于繞組中即產生三相電流,發出電能。等效強迫停機率 =強迫停運小時數+運行累計小時數+l 、 2、 3類等效非計劃降低出力 備用停機小時數強迫停機率+1、 2、 3類等效非計劃降低出力小時數之和 100% 等效可用率 = 統計期間小時數運行累計小時數+備用小時數-等效小時數 100%同步發電機的工作原理二、同步發電視的為類同步發電機因用途不同, 結構

30、也相差甚大, 一般可按其原動機的類別、 本體結構特點、 安裝方式等進行分類。(1按原動機的類別不同,同步發電機可分為汽輪發電機、水輪發電機、燃汽輪發電機及柴油發電機等。(2按冷卻介質的不同,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按本體結構不同,可分為隱極式和凸板式、旋轉電樞式和旋轉磁極式等。同步發電機的結構, 主要是由原動機的特性決定的。 如汽輪發電機, 由于轉速高達 3000r /min , 故極對數少, 轉子采用隱極式,臥式安裝;水輪發電機由于轉速低(一般在 500r /min 以下故其極對數多,轉子采用凸極式, 立式安裝。三、同步發電

31、機的主要技術數據為使發電機按設計技術條件運行, 一般在發電機出廠時都在銘牌上標注出額定參數, 并在說明書中加以說明。 這些額定參數主要有:(1額定容量(或額定功率 。額定容量是指發電機在設計技術條件下運行輸出的視在功率,用 kVA 或 MVA 表示;額定功率是指發電機輸出的有功功率,用 kw 或 MW 表示。(2額定定子電壓是指發電機在設計技術條件下運行時,定子繞組出線端的線電壓,用 kV 表示。我國生產 的 300MW 和 600MW 發電機組額定定子電壓均為 20kV(3額定定子電流 指發電機定子繞組出線的額定線電流,單位為 A 。(4 額定功率因數 (COS 指發電機在額定功率下運行時,

32、 定于電壓和定子電流之間允許的相角差的余弦值。 300MW 機組的額定功率因數為 0.85, 600MW 機組的額定功率因數為 0.9。(5額定轉速。指正常運行時發電機的轉速,用 r/min (每分鐘轉數表示。我國生產的汽輪發電機轉速 均為 3O00r /min 。(6額定頻率。我國電網的額定頻率為 50HZ (即每秒 50周 。(7額定勵磁電流。指發電機在額定出力時,轉子繞組通過的勵磁電流,用 A 或 kA 表示。(8額定勵磁電壓。指發電機勵磁電流達到額定值時,額定出力運行在穩定溫度時的勵磁電壓。(9額定溫度。指發電機在額定功率運轉時的最高允許溫度( 。(10效率。指發電機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 組在 98%以上。我國生產的 300MW 汽輪發電機主要參數如表所示。 12 注:型號中 Q-汽輪機; F-發電機; S-定子為水內冷; N-轉子為氫內冷; 300 -功率為 300MW ; 2-2極; 20-額定電 壓為 20kV 。我國上海汽輪發電機廠設計的 QFSN-600-2型 600MW 水氫氫 (轉子采用氫內冷, 定子鐵芯采用氫表冷, 定子繞組 采用水內冷,即簡稱水氫氫冷卻方式汽輪發電機的主要技術參數為額定功率 600MW 額定電壓:20KV ;額定定子電流 19245A ; 額定功率因數 O. 9;額定

34、轉速 3000r /min ;額定氫壓 0.4MPa;額定勵磁電流/電壓 3820A/417V; 效率 98.94%;短路比 0.54;冷卻方式 水氫氫。四、汽輪發電機的勵磁系統發電機要發出電來, 除了需要原動機帶動其旋轉外, 還需給轉子繞組輸人直流電流 (稱為勵磁電流 , 建立旋 轉磁場。供給勵磁電流的電路,稱為勵磁系統,包括勵磁機、勵磁調節器及控制裝置等。勵磁系統由兩個基本部分組成,即勵磁功率單元和勵磁調節器。勵磁功率單元,包括交流電源及整流裝置, 它向發電機的勵磁繞組提供直流勵磁電流;勵磁調節器(AVR 是根據發電機發出的電流、電壓情況,自動調節勵 磁功率單元的勵磁電流的大小,以滿足系統

35、運行的需要。勵磁控制系統指勵磁系統及其控制對象發電機共同組成的閉環反饋控制系統。勵磁控制系統原理框圖如 下所示。 勵磁控制系統原理框圖(一勵磁系統的主要功能勵磁系統的作用不僅是在發電機中建立旋轉磁場,而且還對發電機及電網的安全、經濟運行起著重要作用。 勵磁系統的主要功能是:(1在正常運行情況下,供給發電機勵磁電流,并根據發電機所帶負荷的變化,自動調整勵磁電流的大小, 以維持發電機的機端電壓在給定值(額定電壓值 。(2當發電機并列運行時,使各發電機組所帶的無功功率穩定并實現合理分配。(3 在電力系統發生短路故障、 發電機端電壓嚴重下降時, 能對發電機強行勵磁, 使勵磁電壓迅速增升到頂 值 (30

36、0MW 和 600MW發電機強勵頂值電壓為額定值的 2倍 , 以提高電力系統的暫態穩定性; 短路故障切除后, 使 電壓迅速恢復正常。(4 當發電機突然甩負荷時, 能進行強行減磁, 將勵磁電流迅速降到安全數值, 以防止發電機電壓過分升高。(5當發電機內部發生短路故障(如定于繞組相間短路,轉子繞組兩點接地短路跳閘時,能對發電機快速 1314滅磁,將勵磁電流減到零,以減小故障損壞程度。(二發電機勵磁系統簡介發電機的勵磁方式主要有三種:直流勵磁機勵磁方式;交流勵磁機勵磁方式,又分為靜止整流器勵磁方 式(稱有刷勵磁和旋轉整流器勵磁方式(稱無刷勵磁 ;靜止勵磁方式(如自共勵勵磁方式 。1.直流勵磁機勵磁系

37、統60年代以前, 汽輪發電機的勵磁方式均采用同軸直流發電機作為勵磁機, 通過勵磁調節器改變直流勵磁機 的勵磁電流,來改變發電機轉子繞組的勵磁電壓,以調節轉子的勵磁電流,達到調節發電機機端電壓和輸出無功 功率的目的。目前 100MW 以下的汽輪發電機仍采用這種勵磁方式。隨著機組容量的不斷增大,直流勵磁機勵磁方式表現出了明顯的缺陷,一是受換向器所限其制造容量不可 能大;二是整流子、碳刷及滑環磨損,污染環境,運行維護麻煩;三是勵磁調節速度慢,可靠性低,直流勵磁機 勵磁方式已無法適應大容量汽輪發電機的需要。2.交流勵磁機靜止整流器勵磁系統交流勵磁機靜止整流器勵磁系統通常稱為三機勵磁方式。發電機、主勵磁

38、機和副勵磁機三臺交流同步發電機 同軸旋轉,勵磁機不需換向器,而整流裝置和勵磁調節器是靜止的,所以勵磁容量不會受到限制。交流勵磁機靜 止整流器勵磁系統原理圖如圖所示。發電機的勵磁電流由同軸的交流主勵磁機經靜止整流裝置供給,主勵磁機的 勵磁電流由同軸的中頻副勵磁機經可控整流裝置供給。隨著發電機運行參數的變化,勵磁調節器 AVR 自動地改變 主勵磁機勵磁回路中可控整流裝置的控制角,以改變其勵磁電流,從而改變主勵磁機的輸出電壓,也就調節了發 電機的勵磁電流。交流勵磁機的頻率一般采用 100Hz , 交流副勵磁機多采用永磁式中頻同步發電機, 其頻率一般為 400500Hz , 以減少勵磁繞組的電感及時間

39、常數。這樣,即簡化了結構,又提高了副勵磁機運行的可靠性。目前大型汽輪發電 機的勵磁系統多采用永磁式中頻副勵磁機。整流柜采用三相橋式硅二極管整流電路,通常由兩個或兩個以上整流柜并聯運行,并留有備用,因此整流裝 置運行是可靠的。交流勵磁機靜止硅整流器勵磁方式的勵磁能源取自主軸功率,不受電力系統擾動的影響,工作穩定可靠。以 大容量的靜止硅整流器代替轉動的換向整流,就解決了整流子和碳刷的運行維護問題。三機勵磁方式目前在國產 30OMW 大容量汽輪發電機組上廣為采用。運行實踐表明,三機勵磁系統存在以下問題:(1旋轉部件多,出故障的機率較高,而且修復時間較長,檢修維護工作量大。(2由于機組軸系長,軸承座多

40、,使軸振和瓦振值較高,對軸系穩定和機組的安全運行不利。3.交流勵磁機旋轉硅整流器勵磁系統交流勵磁機旋轉硅整流器勵磁系統與靜止硅整流器勵磁系統的主要區別,是整流裝置是否與軸同轉。整流裝 置與交流主勵磁機及發電機同軸旋轉時,三者相對靜止,所以可直接相連而無需滑環、碳刷,因此又稱為無刷勵 磁系統,如圖所示。目前工程中采用的均是旋轉二極管形的,旋轉可控硅型尚處于試驗階段。 S交流勵磁機靜止整流器勵磁系統原理圖 15(a 旋轉二極管勵孩系統; (b 旋轉可控硅勵磁系統在無刷旋轉二極管勵磁系統中,主勵磁機一般采用 100Hz 交流勵磁機,其 10OHz 電流經整流后直接送入發電 機轉子繞組。因省去了滑環和

41、碳刷,使勵磁系統結構簡單、便于維護、可靠性高,這對大容量的汽輪發電機組是 適用的,但同時也帶來兩個新問題:一是不能用常規方法直接測量轉子電流、溫度和對地絕緣,而必須采用其他 方法;二是無法在發電機勵磁回路裝設滅磁開關,而只能裝于交流勵磁機勵磁回路,使滅磁時間延長(20s ,好 在這些問題已用其他方法得到解決。目前,美國西屋公司、日本三菱公司、德國西門子公司和法國阿爾斯通公司 生產的汽輪發電機多采用無刷勵磁系統, 而且已用于 12OOMW 的汽輪發電機。 我國近年來引進了西屋公司無刷勵磁 技術,已在 300MW 及 6OOMW 大型汽輪發電機組上應用。4.自并勵勵磁(靜止勵磁系統自并勵勵磁系統,

42、其勵磁電源由發電機自身供給,整個勵磁裝置沒有轉動部分,因此又稱為靜止勵磁系統或 全靜態勵磁系統。如圖所示為自并勵勵磁系統的原理圖。用一只接在機端的勵磁變壓器取得勵磁電源,通過受勵 磁調節器控制的可控硅整流裝置,直接控制發電機的勵磁,這種勵磁方式比前述幾種都簡單,因此又稱簡單自勵 方式。 自并勵勵磁系統原理圖自并勵勵磁系統具有下列優點:(l 運行可靠。由于沒有旋轉部件,設備接線簡單,減少了事故的機率。據統計,自并勵勵磁系統的強迫停 機率僅為交流勵磁機勵磁系統的 1/3, 平均修復時間僅為交流勵磁機勵磁系統的 1/4。 大大提高了運行的可靠性。(2改善了發電機軸系的穩定性。自并勵勵磁系統使 30O

43、MW 機組的輸系長度減少了約 3m ,因無勵磁機,軸 承座也減少,所以提高了軸系的穩定性,從而提高了機組的安全運行水平。(3提高了電力系統的穩定水平。自并勵勵磁系統響應速度快,調壓性能好,短路后機端電壓恢復快。由于 配置了電力系統穩定器(PSS ,對小干擾的穩定水平較交流勵磁機系統有明顯提高。(4經濟性好,可降低投資。由于該系統設備簡單,軸系長度又有縮短,降低了設備和廠房基礎投資;加之 調整維護簡單,故障修復時間短,可提高發電的效益。自并勵勵磁系統存在的問題是:當發電機近端發生三相短路而切除時間又較長時,不能及時提供足夠的強行 勵磁;另外,接于地區網絡的發電機,由于短路電流衰減快,繼電保護配合

44、較復雜。目前,在大型汽輪發電機上采用自并勵勵磁方式已成發展方向。五、發電機的運行與控制(一發電機的起動發電機由停機狀態(檢修后或新安裝投入運行,需按規程進行一系列試驗及啟動前的準備工作。待發電機 逐漸升速至額定轉速 3000r /min 。(二發電機的并列現代電力網是由多座發電廠、多臺發電機并列運行的大電網方式,省級電網、跨省的區域網,甚至跨國電力 網已取得十分成熟的運行經驗。多臺發電機并列運行的大電網方式對提高電能的質量、供電的可靠性、系統的穩 定性以及經濟性等都有著重大意義。同時,電網的規模也是一個國家現代科學技術水平和經濟發達的標志。 發電機的并列運行,又稱為同步運行,就是各發電機的轉子

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

46、方法。1、 1 手動準同步并列手動準同步即用手操作相關開關,調節發電機電壓頻率使其滿足同步條件,并手動合閘并列的方法。(1頻率。汽輪機起動后,通過操作其調速開關,使其轉速逐漸升高至額定值 3000r /min ,則同軸旋轉的 汽輪發電機的轉速即達到與電網頻率接近同步的要求。(2電壓。當汽輪發電機升速至額定轉速后,經檢查各處工作情況正常,即可給轉子加上勵磁電流,緩慢轉 動磁場變阻器手輪,減小電阻以增加勵磁電流,使發電機定子繞組電壓逐漸升高達到與系統電壓相等。(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針轉動至接近同步點時, 操作斷路器控制開關合閘,使發電機與

47、系統并列。并列成功后,無異常現象出現,即可使發電機帶上負荷,并退 出同步儀表,并列操作完畢。發電機并列操作是一項非常重要的操作,在一定程度上關系到發電廠甚至電網的安危。手動準同步操作是否 成功,與操作者的現場工作經驗有很大關系,如果掌握不好合閘時機,發生非同步并列事故,將會產生強烈的沖 擊電流和振蕩現象,會使發電機端部繞組和鐵芯遭到破壞。因此,經過考核獲得同步操作權的人員才可進行此項 操作。1、 2.自動準同步自動準同步并列裝置是一種自動控制裝置,它能根據系統的頻率,檢查待并發電機的轉速,并發出調節脈沖 去調節待并發電機的轉速,使其略高出系統一預定數值。然后檢查同步的回路開始工作,當待并發電機

48、以微小的 轉差向同步點接近,且待并發電機與系統的電壓差在±5V 以內時,就提前一個預定時間發出合閘脈沖,合上主斷 路器,使發電機與系統并列。2、自同步并列自同步并列法,就是當待并發電機的轉速接近額定轉速(相差±2%范圍之內時,在未加勵磁的情況下, 先 會上發電機的斷路器進行并列,然后再合上勵磁開關,加入勵磁電流,利用發電機的自整步”作用,將發電機 自動拉入同步。采用自同步的優點是:操作簡單,并列速度快,在緊急情況下能很快將發電機并入系統。缺點是:待并發電 機會受到較大電流的沖擊(小于三相短路電流 。(三發電機的負荷調整3、 1.有功負荷的調整發電機在運行中對有功負荷的調整,

49、 是通過汽輪機的調速系統進行的, 當需增加有功負荷時, 就加大進汽量; 當需減小有功負荷時,就減小進汽量,以保持發電與負荷的平衡,維持發電機的轉速恒定。3、 2無功負荷的調整發電機在運行中對無功負荷的調整,是通過改變發電機勵磁電流來實現的。通常利用自動電壓調節器(簡稱 調節器自動調節,也可手動調節。(1 自動調節方式。 這是主要運行方式, 即根據發電機端電壓的變化, 采用負反饋原理對發電機勵磁電流進 行自動調節,以維持發電機端電壓的恒定。(2 手動控制方式。 當自動電壓調節器因有故障失去作用時, 改用由運行人員手動操作調節方式。 一般自動 調節為主要方式,手動調節為備用方式。功率因數 (cos

50、 是電能質量和經濟運行的重要指標。 當有功負荷不變而調整無功負荷時, 功率因數即改變, 無功負荷減少時,功率因數增加;無功負荷增加時,功率因數下降。發電機的功率因數一般應限在 0.95以內, 否 則易進相運行,若發現進相運行,應增大勵磁電流;若此時定子電流過大,則減少有功功率,否則將引起發電機 振蕩或失步。四、同步發電機的調相運行同步發電機空載運行時,從電網吸收有功功率(即發電機變為電動機以維持同步旋轉。此時加大勵磁(過 勵運行 ,則向電網送感性無功功率;欠勵運行時,則吸收電網中的感性無功,發電機變成了調相機 (或稱同步補 償機 。當輸電線路很長時,線路本身具有電容,當終端負荷變化時要維持端電

51、壓不波動是很困難的。所以接上同步 補償機,通過調節其勵磁電流,可以控制功率因數,保持電網電壓恒定。五、發電機的解列與停機發電機要解列時,應先將所帶廠用電轉至備用電源,然后再將發電機所帶的有功負荷和無功負荷轉移到其他 并列機組上去,并在有功負荷降至零時,斷開發電機斷路器,將發電機解列。當跳開發電機斷路器解列后,如果發電機需停下來,應再跳開滅磁開關,并通知汽輪機值班員減速停機。停 機后拉開發電機出線隔離開關。電力變壓器電力變壓器是電力系統中輸配電能的主要設備。電力變壓器利用電磁感應原理,可以把一種電壓等級的交流 電能方便地變換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。經輸配電線路將發電廠和變電所的變壓器

52、連接在一起, 便構成了工農業生產的主能源網絡電力網。-、變壓器的基本原理變壓器是根據電磁感應原理工作的,圖所示為變壓器基本原理示意圖。由圖可見,變壓器由兩個互相絕緣且 匝數不等的繞組,套在由良好導磁材料制成的同一個鐵芯上,其中一個繞組接交流電源,稱為一次繞組;另一個 繞組接負荷,稱為二次繞組。當一次繞經中有交流電流流過時,則在鐵芯中產生交變磁通 ,其頻率與電源電壓 的頻率相同;鐵芯中的磁通同時交鏈一、二次繞組,由電磁感應定律可知,一、二次繞組中分別感應出與匝數成 正比的電動勢,其二次繞組內感應的電動勢,向負荷輸出電能,實現了電壓的變換和電能的傳遞?？梢?變壓器 是利用一、二次繞組匝數的變化實現

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, 可以認為兩側電功率基本相等, 所以當兩側電壓變化時 (升壓或降壓 , 則兩側電流也相應變化(變小或變大 ,即變壓器在改變電壓的同時也改變了電流。二、變壓器的分類為適應不同的用戶要求,變壓器分為多種類型。1.按用途分為(1電力變壓器。在輸配電系統中應用,又進一步分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯絡變壓器(連接幾個不 同電壓等級的電網等。(2 儀用變壓器。指電流互感器和電壓互感器等,用于儀表測量、繼電保護和操作電源。(3 特殊用途變壓器。有整流變壓器、電爐變壓器、焊接變壓器、實驗變壓器等。2.按統組數分為(1自耦變壓器。高、低壓側共用一個

54、繞組,兩側接線匝數不同。(2雙繞組變壓器。指每相有高、低壓兩個繞組。(3三繞組變壓器。每相有高、中、低壓三個繞組,常用于聯絡變壓器。(4分裂繞組變壓器。用作大容量廠用電變壓器。3.按相數分為(1 單相變壓器。 容量過大且受運輸條件限制時, 在三相電力系統中用三臺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,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 -油自然循環進行冷 卻;油浸風冷式變壓器 -在散熱器上裝設風扇吹風冷卻;強迫油循環水冷卻變壓器 -用油泵強迫變壓器油通過 變壓器外專設的水冷卻器冷卻后再送回

55、變壓器內。(2干式變壓器。鐵芯和繞組都由空氣直接冷卻。三、變壓器的額定參數與銘牌為使變壓器能按照設計技術條件安全、 經濟、 合理地運行, 制造廠將變壓器的設計額定參數標注在銘牌上 (又 稱銘牌值 。按照額定參數運行,可以保證變壓器長期可靠的工作,并能達到設計的性能。1.變壓器的額定參數(1額定容量初 SN。在銘牌規定的額定工作狀態下,變壓器的容量叫額定容量,對三相變壓器而言,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。一次側額定電壓 U 1N ,指加到一次繞組上的規定電壓值;二次側額定電壓 U2N,指一次側加入額定電壓 U1N時,二次側的空載電壓。

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(或根據發熱限制而規定的繞組中允許長期通過的電流值 ,一次側輸入的電流叫一次側額定電流,用 I 1N 表示;二次側輸出的電流叫二次側額定電流,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行時的電流,常以額定電流的百分比來表示,可以折算到一次 側,也可折算到二次側。(5空載損耗 P 0 。在變壓器一個繞組上加入額定電壓,而其余繞組均為開路時,變壓器的有功損耗,用 P 0表示,單位為 kw 。(6短路損耗 P k 。當變壓器的一個繞組通以額定電流

57、,而另一繞組短接時的有功損耗,用 Pk表示,單位為kw 。(7短路電壓(阻抗電壓百分比 Uk%。當一個繞組短接時,在另一繞組中為產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.變壓器的型號及符號說明變壓器的型號由文字和數字兩部分組成,一般格式如下: 1-6-調壓方式。其符號代表的含義為:O自耦; D 單相; S 三相; G 空氣自冷式; F 油浸風冷式; W 水冷式; P 強迫油循環; Z 有載調壓; L 鋁; F 分裂變壓器; FP 強迫油循環風冷; WP 強迫油循環水冷。舉例:SFP7-3600OO /22O :表示三相油浸風冷強迫油循環式電力變壓器,設計序號為 7,額定容量為 36000OkVA , 額定電壓為 220kV 。3. 300MW 發電機組配用變壓器情況(1主變壓器(升壓變壓器 。型號為 SFP7-360000/22O ,中性點直接接地,無載調壓。其主要參數為額 定容量 3600