发电厂基本知识及发电机继电保护

,发电厂基本知识及发电机继电保护（内部培训）,许继发电部,题纲,一、发电厂的基本形式 二、火力发电厂运行三、汽轮发电机的结构及工作原理四、水轮发电机的结构及工作原理五、发电机励磁系统,发电厂基本型式、电能质量与供电可靠性一、发电厂 基本型式火电厂、核电站、水电站、风力电站、潮汐电站等,火电厂,凝气式电站蒸汽仅用于发电，而热力化电站蒸汽除发电外，一部分还用来供热 （生产、采暖、通风、热水）,原子能电站,水电站,抽水蓄能电站：实质相当一个极大容量的交流蓄电装置， 改善系统运行调度。,二、变电站基本型式,三、电能质量的标准 1衡量指标2电能质量基本标准电压偏移、电压变化摆幅，电压摇摆剂量、电压波形的非正弦系数、n次谐波分量系数、负序电压系数、另序电压系数、频率偏移，电压塌陷时间、脉冲电压及其持续时间四、电力负荷供电可靠性分类及要求,分,五、电力网额定电压等级 0.38/0.22KV、3KV、6KV、10KV、110KV、220KV、 330KV、500KV、750KV等。六、电气部分概述（一）一次接线对用户供电的电路部分 ：对外主接线；对内厂用电接线（二）二次接线：保证一次接线安全、可靠、优质、经济地运行，对一次接线中的设备实施测量、信号、控制、调节的电路部分。例如：断路器控制回路、中央音响信号回路等。,（三）电气设备额定电压 用电设备额定电压=电力网额定电压发电机：升压变压器： 当降压变压器： 取法同升压变（四）配电设备分类及符号,还有电压互感器、电缆、母线、绝缘子及四种常见低压开关电器等,火 电 厂,图11 凝汽式火电厂1锅炉；2蒸汽过热器；3汽轮机高压段；4中间蒸汽过热器；5汽轮机低压段；6凝汽器；7凝结水泵；8给水泵；9发电机；10主变压器；11断路器；12主母线；13站用变压器；14厂用电高压母线,图12 热电厂的生产过程1 锅炉；2蒸汽过热器；3汽轮机高压段；4生产抽汽；5汽轮机低压段；6凝汽器；7凝结水泵；8给水泵；9发电机；10主变压器；11供热抽汽；12蒸汽加热器；13供热泵,图17 核电厂简要生产过程 1核反应堆；2蒸汽发生器；3水管；4过滤器；5循环水泵；6水泵,坝后式水电站,河床式水电站,抽水蓄能电站,110KV升压站,二、火力发电厂主要设备及运行,火力发电厂概述,火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型.,基本原理,电磁感应理论：任何变化的电场都要在其周围空间产生磁场，任何变化的磁场都要在其周围空间产生电场。热力学第一定律：热可以变为功，功也可以变为热，消耗一定热量时，必产生相当数量的功，消耗一定量的功时，必出现相应数量的热。热力学第二定律：高温物体的热能可以自动传递给低温物体，而低温物体的热能却不能自动地传递给高温物体。机械能可以自动转化为热能，而热能却不能自动转化为机械能。,主要生产过程简述,储存在储煤场(或储煤罐)中的原煤由输煤设备从储煤场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤机中磨成煤粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储存(仓储式锅炉)。煤粉仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧(直吹式锅炉将煤粉分离后直接送入炉膛)。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四周水冷壁管内的水加热成汽水混合物。混合物被锅炉汽包内的汽水分离器进行分离,分离出的水经下降管送到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定温度和压力的过热蒸汽,经管道送到汽轮机作功。过热蒸汽在汽轮机内作功推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发电,发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变压器什压后引出送到电网。在汽轮机内作完功的过热蒸汽被凝汽器冷却成凝结水,凝结水经凝结泵送到低压加热器加热,然后送到除氧器除氧,再经给水泵送到高压加热器加热后,送到锅炉继续进行热力循环。再热式机组采用中间再热过程,即把在汽轮机高压缸做功之后的蒸汽,送到锅炉的再热器重新加热,使汽温提高到一定(或初蒸汽)温度后,送到汽轮机中压缸继续做功。,锅炉本体,锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。,锅炉主要设备,按锅炉的蒸汽压力：可将锅炉分为低压锅炉（压力小于2.45MPa），中压锅炉（压力2.944. 90MPa），高压锅炉（压力7.8410. 8MPa），超高压锅炉（压力11.814. 7MPa），亚临界锅炉（压力15.719. 6MPa），超临界锅炉（压力22. 1MPa），超超临界锅炉（压力3031MPa）。按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉。按锅炉的整体布置分类：型结构锅炉、箱型结构锅炉、塔型结构锅炉。,火力发电厂中的锅炉按水循环方式可分为自然循环,强制循环,直流锅炉三种类型。 依靠工质的重度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称为强制循环。 自然循环形成:汽包、下降管、下联箱和上升管(即水泠壁)组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内受热铲生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在炉外不受热,管中是水,其重度大,两者重度差就产生推动力,水沿下降管向下流动,而汽水混合物则沿上升管向上流动,这样就形成水的自然循环流动。 强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循环泵,作为增强汽水循环的动力。 直流炉的结构与自然循环锅炉结构不同,它没有汽包,是依靠给水泵压力使工质锅炉受热面管子中依次经过省煤器,蒸发受热面和过热器一次将水全部加热成为过热蒸汽。现在一般只宜用于亚临界,超临界压力锅炉。 强制循环锅炉与自然循环锅炉比较: 优点:可适用于亚临界、超临界压力;由于工质在受热面中是强制流动,因而受热面的布置较灵活,受热均匀水循环好;起停炉快;水冷壁可使小管径、薄管壁(压力准许),相对汽包容积减小,节省钢材。 缺点:加装循环泵,系统复杂,投资高,检修困难。,锅炉主要系统,汽水系统：锅炉的汽水系统的主要功用是接受燃料的热能，提升介质的热势能，增压增温，完成介质的状态转换。烟风系统：提供锅炉燃烧的氧气，带动干燥的燃料进入炉膛，维持炉膛风压以稳定燃烧。制粉系统：完成燃料的磨碎、干燥。使之形成具有一定细度和干燥度的燃料，并送入炉膛。其它辅助系统：包括燃油系统、吹灰系统、火检系统、除灰除渣系统等，具体功能不做介绍。,一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及干燥。空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系数在810。,炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。,汽轮机本体,汽轮机本体（steam turbine proper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。,汽机主要系统,主蒸汽系统：吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做功介质通过的系统。再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。回热抽汽系统：尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。,轴封系统：防止汽轮机内部高压蒸汽向外泄露，保证汽轮机效率，保持真空系统严密性。真空系统：维持汽轮机的低背压和凝汽器真空。凝结水系统：将凝结水输送到除氧器，完成加热、除氧、化学处理和剔除杂质。给水系统：提高给水压力，加热后为锅炉提供给水。主机油系统：包括润滑油系统、顶轴油系统、调节、保安系统。汽轮机调节、保安系统：协调各系统同步地按照要求进行工作。润滑油系统：为汽轮机提供润滑、冷却用油。发电机冷却系统和密封系统：冷却系统的功能是冷却发电机，带走发电机工作时的热量。密封系统的功能是密封冷却介质的外泄。工业水系统：提供冷却介质。冷却各种辅助设备。顶轴油系统由于不是所有机组都有，所以不做介绍。液压油系统划归调节、保安系统，所以不做介绍。其它系统：压缩空气系统、旁路系统、减温水系统、精处理系统、胶球系统等。,汽机主要设备 汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。,给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。,发电机本体,在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、 油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。 转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。,主变压器：利用电磁感应原理，可以把一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电的一种设备。6KV、380V配电装置：完成电能分配，控制设备的装置。电机：将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电能转换器。蓄电池：指放电后经充电能复原继续使用的化学电池。在供电系统中，过去多用铅酸蓄电池，现多采用镉镍蓄电池控制盘：有独立的支架，支架上有金属或绝缘底板或横梁，各种电子器件和电器元件安装在底板或横梁上的一种屏式的电控设备。,火力发电厂其它系统介绍,输煤系统：运输燃料进入厂房，进行初步加工和燃料筛选工作，同时完成外加物质的混合工作。所包涵的主要设备有斗轮机、碎煤机、翻车机、输煤皮带等。化学水系统：将天然水在进入汽水系统前先除去杂质。其流程一般为：天然水混凝沉淀过滤离子交换补给水。混凝沉淀是加入混凝剂，产生絮凝体。过滤处理是使用石英砂等滤料除去细小悬浮物。化学除盐是使用混床除去金属离子和酸根，常使用树脂除盐。循环水系统：为机组提供冷却水源。工业生产过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。从江、河、湖、海等天然水体中吸取一定量的水作为冷却水，冷却工艺设备吸取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海，这种冷却方式称为直流冷却。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散人大气。,单元机组集控运行,机组按照启动前所处温度状态可分为冷态启动和热态启动。按照冲转汽轮机的主蒸汽参数可分为额定参数启动和滑参数启动。滑参数启动程序：启动前准备锅炉上水点火升压升温暖管冲转暖机升速并网、带负荷升负荷。锅炉运行及监视因素：维持适应的蒸发量。均衡给水，维持汽包水位。保证汽水品质。控制蒸汽压力及温度。燃烧调整。减少热损失，提高锅炉热效率。汽机运行及监视因素：主蒸汽压力及温度。再热蒸汽压力及温度。凝汽器真空。轴向位移。机组振动。轴瓦温监测。汽轮机寿命管理。单元机组的负荷调节：锅炉跟随的负荷调节方式，汽机跟随的负荷调节方式，机炉协调控制的负荷调节方式。,八大系统,热力系统 燃料供应系统除灰系统水处理系统供水系统电气系统热工控制系统附属生产工程,公司简介,核电站运行,公司简介,核电站生产原理,公司简介,水轮发电机运行,公司简介,水轮发电机运行,水流系统 ， 电流系统 、 电气控制设备系统 、 机械控制设备系统 、 辅助设备系统,水力发电厂主要系统,水力发电机构成,水力发电厂辅助系统,调速系统： 作用：根据电力系统要求自动调整机组的出力，同时使机组保持一定的额定转速。 组成：调速器柜、作用筒(接力器)、油压装置。三部分之间用管路联系。,水力发电厂辅助系统,油压系统： 透平油供给机组轴承的润滑油和操作用的压力油，作用：润滑、散热及传递能量； 绝缘油供给变压器、油开关等电气设备的，作用：绝缘、散热及灭弧。,水力发电厂辅助系统,技术供水系统： 技术供水冷却及润滑。 发电机的空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、水润滑导轴承、空气压缩机气缸冷却器、变压器的冷却设备等。耗水量最大的是发电机和变压器的冷却用水，可达技术用水的80%左右，要求水质清洁、不含对管道和设备有害的化学成分。 生活供水生活用水根据工作人员的多少决定。 消防供水消防用水要求水流能喷射到建筑物的最高部位。消防用水可从上游压力管道、下游尾水渠或生活用水的水塔取水，并且应设置两个水源。,水力发电厂辅助系统,排水系统： 渗漏排水系统厂房内的生活用水、技术用水、阀门或建筑物及其他设备的渗漏水。 发电机冷却用水等均自流排往下游。不能自流排除的用水和渗水，则集中到集水井，再用水泵排到下游，这个系统称为渗漏排水系统。 检修排水系统机组检修时常需要排空蜗壳和尾水管，为此需设检修排水系统。 检修时将检修机组前蝴蝶阀或进水闸门关闭，将蜗壳及尾水管中的水自流经尾水管排往下游。当蜗壳和尾水管中的水位等于下游尾水时，关闭尾水闸门，利用检修排水泵将余水排走。,水力发电厂辅助系统,气系统： 压气系统的用途 压缩空气分为低压压缩空气和高压压缩空气。 低压压缩空气系统。 机组制动；调相运行压水；蝶阀关闭时，将压缩空气通入阀上的空气围带，使其膨胀而减少漏水；检修时清扫设备，供风动工具使用；通向拦污栅，防冻清污。额定气压为0.50.8MPa。 高压压缩空气系统。给油压装置的压力油箱充气。 调速器压力油箱中约有2/3的体积为压缩空气，以保证调速器用油时无过大的压力波动，额定气压为2.5MPa及4MPa。 配电装置如空气断路器的灭弧和操作的用气，以及开关和少油断路器的操作用气，额定气压为25MPa。起重设备：,同步发电机结构,汽轮机发电机定子,汽轮机定子绕线,汽轮机发电机转子绕组,汽轮机转子,水轮发电机定子,水轮发电机转子,水轮发电机定子结构,水轮发电机定子绕线,水轮发电机转子结构,水轮发电机转子磁极结构,发电机励磁系统,1、励磁系统的分类：1.）按励磁方式分： .自励：即从发电机出口引出一条支路，通过励磁变压器降压以后输入励磁调节器，励磁调节器的输出作为励磁电源为转子磁场提供电流。 特点：系统简单，发电机出口电压较稳定，励磁调节器输出电流稳定，但需要起励电源。,发电机转子,发电机转子,调节装置,起励电源,发电机定子,碳刷滑环,励磁变,发电机出线,自励系统示意图,他励：取消了励磁变压器等设备，系统更简化，直接从厂用电接出一路电源作为励磁电源。 源 特点：不需要另接起励电源，但厂用电电压不稳定，容易引起励磁电流的波动，造成发电机出口电压的波动。,发电机转子,发电机转子,调节装置,发电机定子,碳刷滑环,发电机出线,他励系统示意图,励磁电源,2.）按励磁的接入方式分无刷励磁：在励磁系统接入方式上不采用碳刷滑环，而且将励磁调节装置的整流部分与连接部分整和为一体。属于他励方式的演化形式。有刷励磁:即励磁电源过碳刷滑环接入转子回路.,发电机转子,调节装置,发电机定子,副励,主励,旋转二极管,灭磁开关,带有副励磁机的无刷励磁系统示意图,发电机出线,采用定子磁场方式,采用永磁机，转子磁场,发电机转子,调节装置,发电机定子,励磁机,旋转二极管,灭磁开关,不带有副励磁机的无刷励磁系统示意图,励磁变,发电机出线,起励电源,发电机转子,调节装置,发电机定子,励磁机,灭磁开关,带有励磁机的有刷励磁系统示意图,发电机出线,碳刷滑环,发电机转子,发电机转子,调节装置,起励电源,发电机定子,碳刷滑环,励磁变,发电机出线,不带有励磁机的有刷励磁系统示意图（）,灭磁开关,发电机转子,发电机转子,调节装置,发电机定子,碳刷滑环,发电机出线,励磁电源,不带有励磁机的有刷励磁系统示意图（）,灭磁开关,有刷励磁和无刷励磁的对比有刷励磁可以带有励磁机，也可以不带有励磁机，方便灵活，使系统简单化。而且，有刷励磁系统的灭磁开关设在靠近转子回路处，灭磁迅速。但是有刷励磁采用带有相对运动的设备，在运行中，碳刷易磨损，而且碳刷磨损后的粉末积存在滑环处，有可能造成短路。无刷励磁必须带有励磁机，系统较复杂，但因设有独立的励磁电源，励磁电压基本不受干扰，稳定性较高。同时，因没有相对运动的部件，不产生磨损。但旋转二极管损坏后维修较困难。同时，无刷励磁系统的灭磁开关设在励磁机之前，磁滞较大，不利于事故迅速灭磁。还有由于旋转二极管的容量和强度的原因，无刷励磁系统现在还仅限于中小型机组的应用。,当整流桥的一个桥臂完全断开时，引起电枢三相负载不平衡，产生逆序磁场分量将在磁场绕组中感应出交流电流分量与自动电压调节器输出的直流分量迭加，使合成的励磁电流波形中出现一个脉冲量，二极管故障检测到该信号动作通过继电器触点即送出报警信号。所以，当励磁调节器发出这样的报警信号后最好立即停机处理，以防整流盘发热造成事故的扩大。,汽轮发电机组的调节,同步发电机有功输出当发电机带纯阻性负荷时,出现定子电流,产生定子磁场(电枢反应磁场),阻