發(fā)電廠、變電所電氣部分

劉耀丹

5/22/2025

第一章能源和發(fā)電◆主要教學內容本章主要闡述能量、能源和電能的基本概念，主要講述火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠生產過程和生產特點?！艚虒W重點及難點 1、發(fā)電廠類型及電能的生產過程； 2、能量的轉換過程。5/22/2025第一節(jié)能源和電能一、物質、能量和信息二、能源含義和能源分類三、能源資源四、電能五、發(fā)電廠主要內容:5/22/2025一、物質、能量和信息物質、能量和信息是構成客觀世界和三大基礎。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信息是客觀事物和主觀認識相結合的產物5/22/2025

目前，人類所認識的能量有如下六種形式：

(1)機械能⑵熱能⑶化學能⑷輻射能⑸核能⑹電能5/22/2025二、能源含義和能源分類

能源：是能量的來源或泉源.能源形式多樣，有如下四種分類方法:1、按獲得的方法分一次能源：自然界中現(xiàn)成存在，可直接取用。如煤、石油、水能、風能、太陽能等二次能源：指由一次能源經(jīng)過加工而轉換成的另一種形態(tài)的能源。常規(guī)能源：已經(jīng)被人們廣泛利用的能源

新能源：用新發(fā)展的技術開發(fā)，并采用先進的方法加以廣泛利用的能源。2、按被利用的程度分5/22/2025可再生能源：不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源3、按能否再生分非再生能源：隨人類的利用而越來越少，總有枯竭之時的能源。含能體能源：可以直接儲存的能源，如煤、石油等。4、按能源本身的性質過程性能源：無法直接儲存的能源，如水能、風能等。5/22/20255/22/2025三、能源資源1、煤炭【非再生能源】

注：據(jù)有關專家透露，按現(xiàn)在的煤炭消耗速度計算，當前所預測煤炭資源大約還能維持100年左右。

我國煤炭資源儲量較豐富，而且質量優(yōu)良，分布面廣，品種也很齊全。主要分布在新疆、內蒙古自治區(qū)、山西和陜西等省區(qū)。能源資源是指蘊藏于自然界中的各種能源“煤炭”是工業(yè)的糧食，是傳統(tǒng)的能源，也是重要的燃料和化工原料。5/22/2025我國水能資源蘊藏量6.76億kW年發(fā)電量5.92×104億kW.h可開發(fā)量為3.78億kW居世界首位，主要集中在西南地區(qū)2、水能資源水能資源又稱水力資源，是指天然水流的位能和動能所蘊藏的可再生資源。5/22/2025（1）石油：地質儲量68.1億噸?，F(xiàn)代工業(yè)的“血液”據(jù)有關專家透露，按現(xiàn)在的消耗速度計算，當前所預測石油資源大約還能維持50年左右。（2）天然氣：包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生氣等。總資源量達38×104億m3，主要分布在中部和西部地區(qū)?！疚鳉鈻|送工程】（3）鈾：地球上的鈾儲量有限，已探明的僅500萬噸。我國的鈾儲量可供4000萬kW核電廠運行30年。3、其它資源5/22/20255/22/20255/22/2025電能被視為與空氣和水一樣重要，如果沒有了電，現(xiàn)代文明社會將不復存在。 電能與其它形式的能源相比，具有如下特點： 1、便于大規(guī)模生產和遠距離輸送；2、可簡便地轉換成另一種形式的能量；3、用電容易控制，可實現(xiàn)自動化和遠動化操作；4、損耗小，效率高，經(jīng)濟效益好。5、無氣體和噪聲污染。四、電能5/22/2025風力發(fā)電廠太陽能發(fā)電廠地熱發(fā)電廠潮汐發(fā)電廠是我國目前的兩大主力發(fā)電廠火力發(fā)電廠水力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠（又稱核電廠）新能源發(fā)電廠五、發(fā)電廠

發(fā)電廠是“生產電能”的工廠，它將其它的一次能源轉換為電能。按輸入一次能源形式及轉換過程的不同，可將發(fā)電廠分為下列四類：5/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/2025

第二節(jié)火力發(fā)電廠(重點）一、火電廠的分類二、火電廠的電能生產過程三、火電廠的特點主要內容:

火力發(fā)電廠簡稱火電廠，指用煤、石油和天然氣作為燃料的發(fā)電廠。燃燒系統(tǒng)汽水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)能量轉換過程：5/22/2025一、火電廠的分類按燃料分燃煤發(fā)電廠燃油發(fā)電廠燃氣發(fā)電廠余熱發(fā)電廠按蒸汽壓力和溫度分：中低壓發(fā)電廠高壓發(fā)電廠超高壓發(fā)電廠亞臨界壓力發(fā)電廠超臨界壓力發(fā)電廠5/22/2025按原動機分：凝汽式汽輪機發(fā)電廠燃氣輪機發(fā)電廠內燃機發(fā)電廠蒸汽-燃氣輪機發(fā)電廠按輸出能源分：凝汽式發(fā)電廠熱電廠按發(fā)電廠總裝機容量的多少分：小容量發(fā)電廠中容量發(fā)電廠大中容量發(fā)電廠大容量發(fā)電廠5/22/2025火電廠外景5/22/2025熱電廠外景5/22/2025三、火電廠的電能生產過程【以凝汽式火電廠為例】（1）燃燒系統(tǒng)：燃料的化學能在鍋爐中燃燒轉變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎魵狻＃?）汽水系統(tǒng)：蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機旋轉，將熱能轉變?yōu)闄C械能。（3）電氣系統(tǒng)：汽輪機帶動發(fā)電機轉動，把機械能變?yōu)殡娔堋?/p>

整個生產過程可分為三個系統(tǒng)：5/22/20255/22/2025“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-1凝汽式發(fā)電廠生產過程示意圖5/22/2025“十一五”國家級規(guī)劃教材（一）燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)由運煤、磨煤、燃燒、風煙、灰渣等環(huán)節(jié)組成，其流程如圖所示。5/22/20251、燃燒系統(tǒng)它由運煤、磨煤、燃燒、風煙、灰渣等系統(tǒng)組成。5/22/2025(1)運煤系統(tǒng)：煤從煤場儲煤場(2)磨煤系統(tǒng)：煤經(jīng)過篩選從儲煤場原煤倉輸煤皮帶給煤機細粉旋風分離器粗粉煤粉倉風煤斗磨煤機粗粉分離器(3)燃燒系統(tǒng)：細粉從煤粉倉一次風管爐膛可調給粉機排粉風機(4)風煙系統(tǒng)：冷風送風機空氣預熱器磨煤機爐膛過熱器省煤器空氣預熱器除塵器引風機煙囪大氣(5)灰渣系統(tǒng)：細灰、爐渣沖灰溝灰場灰渣泵煤粉5/22/20252、汽水系統(tǒng)它包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補充給水系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。

5/22/2025“十一五”國家級規(guī)劃教材圖1-3火電廠汽水系統(tǒng)流程示意圖5/22/2025(1)給水系統(tǒng)：乏汽凝汽機凝結水泵低壓加熱器除氧器給水泵高壓加熱器省煤器鍋爐(2)補充水系統(tǒng)：生水水處理除氧器(3)循環(huán)水系統(tǒng)：水從流水塔凝汽器3、電氣系統(tǒng)【見圖1-2所示】5/22/2025“十一五”國家級規(guī)劃教材（三）電氣系統(tǒng)發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機、勵磁裝置、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等，如圖所示。

圖1-4火電廠電氣系統(tǒng)流程示意圖5/22/2025（1）火電廠布局靈活，裝機容量的大小可按需要決定。（2）火電廠的一次性建造投資少，僅為同容量水電廠的一半左右。（3）火電廠耗煤量大。（4）火電廠動力設備繁多，發(fā)電機組控制操作復雜，廠用電量和運行人員都多于水廠，運行費用高。（5）機動性較差。大型發(fā)電機組由停機到開機并帶滿負荷需要幾小時到十幾小時乃至幾十小時，并附加耗用大量燃料。（6）火電廠擔負急劇升降的負荷時，必須付出附加燃料消耗的代價。（7）在電力系統(tǒng)中主要承擔基荷。二、火電廠的特點5/22/2025(8)火電廠對空氣和環(huán)境的污染大。(9)需燃料及運輸費用，但不受自然條件影響(10)效率與蒸汽參數(shù)有關(11)受鍋爐、汽輪機最小技術負荷限制，有功出力調整范圍較窄，增減速度慢，參數(shù)越高范圍越窄(高溫高壓30%，中溫中壓75%)5/22/20255/22/2025臨界壓力：225大氣壓，臨界溫度374℃效率：中溫中壓 24.5% 高溫高壓 30.5% 超高壓力 37.0% 超臨界壓力 40.0% 熱電廠 ＞50%聯(lián)合循環(huán)機組投入退出，承擔急劇負荷響應時間長，多耗能量，易損壞設備熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術最小負荷取決于熱負荷，為強迫功率5/22/20255/22/2025

第三節(jié)水力發(fā)電廠一、水電廠的分類二、水電廠的特點三、抽水蓄能電廠主要內容:

水力發(fā)電廠：是利用水的動能和勢能作為動力的發(fā)電廠，其能量轉換過程：5/22/2025水力發(fā)電廠的發(fā)電容量：取決于水流的水位落差和水流的流量，即P=9.8ηQHP-水電廠的發(fā)電容量（KW）Q-通過水輪機的水的流量（m3/s）H-作用于水電廠的水位落差，也稱水頭（m）η-水輪發(fā)電機組的效率，一般為0.80~0.85如：葛洲壩二江電廠#1、#2機水頭18.6米，最大27米，流量1130m3/sPN=170MW，UN=13.8KV，IN=8125A葛洲壩二江電廠#3~#7機水頭18.6米，最大27米，流量825m3/sPN=125MW，UN=13.8KV5/22/2025一、水電廠的分類1、按集中落差的方式分類1)堤壩式水電廠：在河床上修建攔河壩，將水積蓄起來，抬高水位形成發(fā)電水頭。根據(jù)廠房布置的位置，又分：

①壩后式

②河床式

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壩后式水電站：發(fā)電機廠房建在壩后，全部水頭的壓力由壩體承受，水庫的水由壓力水管引入廠房，推動水輪發(fā)電機發(fā)電，如三峽水電站，廠房采用全封閉式結構。

圖1-3壩后式水電站示意圖5/22/2025圖1-4河床式水電站示意圖

河床式水電站：發(fā)電機廠房和擋水堤連成一體，廠房也起擋水作用。由于廠房修建在河床中，故稱河床式，如葛洲壩水電站。5/22/2025圖1-5引水式水電站示意圖

2)引水式水電站：建在山區(qū)水流湍急的河道上或河床坡度較陡的地段，由引水渠道提供水頭，一般不需要修建堤壩，或只修低堰，適用于水頭比較高的情況。

3)混合式水電廠：它兼有堤壩式和引水式兩種水電站的特點。

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1)無調節(jié)水電廠：庫容很小，出力的變化，主要取決于天然來水流量，往往是枯水季節(jié)水量不足，出力很小，而洪水期流量很大，產生棄水。

2)有調節(jié)水電廠：庫容較大，能按照發(fā)電用水要求對天然來水量進行調節(jié)。有調節(jié)水電廠又有日調節(jié)、月調節(jié)、季調節(jié)、年調節(jié)和多年調節(jié)水電廠之分2、按徑流調節(jié)的程度分類5/22/2025二、水電廠的特點1）可綜合利用水能資源。2）發(fā)電成本低，效率高。3）運行靈活，啟、停迅速。4）水能可儲蓄和調節(jié)。5）水力發(fā)電不污染環(huán)境。6）水電廠建設投資大，工期較長。7）水電廠的建設和生產都受到河流的地形、水量及季節(jié)氣象條件限制，因而發(fā)電不均衡。8）由于水庫的興建，淹沒土地，移民搬遷，給農業(yè)生產帶來一些不利，還可能在一定程度破壞自然界的生態(tài)平衡。5/22/2025三、抽水蓄能電廠1、工作原理：

是一種特殊電站，水工建筑具有上庫與下庫，既有水輪發(fā)電機組，又有電動水泵機組，低谷負荷時蓄水【作為用戶】，高峰負荷時發(fā)電【作為發(fā)電廠】，主要用于調峰。圖1-6抽水蓄能電站示意圖5/22/2025

2、在電力系統(tǒng)中的作用1）調峰。2）填谷。在低谷負荷時，可使火電機組不必降低出力（或停機）和保持在熱效率較高的區(qū)間運行，從而節(jié)省燃料，并提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。3）備用。4）調頻。5）調相。

5/22/20253、抽水蓄能電廠的功能降低電力系統(tǒng)燃料消耗。提高火電設備利用率?？勺鳛榘l(fā)電成本低的峰荷電源。對環(huán)境沒有污染且可美化環(huán)境?？捎糜谛钅堋?/22/2025第四節(jié)核能發(fā)電廠

核電廠發(fā)電的原理與火電廠相似，都要有一個熱源，將水加熱成蒸汽，進而推動汽輪機旋轉并帶動發(fā)電機轉動而發(fā)出電能。不同的是核電廠所用的熱源不是煤或石油，它的熱源是原子核的裂變能。核電是一種安全清潔的能源，利用它可以大大地節(jié)約煤和減少污染。一個1000MW的火電廠一天燃燒的煤是9600t，而相應1000MW的核電廠，一天只要3.3kg的U235，同樣容量的電廠其用燃料量竟相差300萬倍。5/22/2025自核電站問世以來，在工業(yè)上成熟的發(fā)電堆主要有以下四種：輕水堆重水堆石墨氣冷堆快中子增殖反應堆目前世界上使用最多的是輕水堆核電廠輕水堆又分為：壓水堆核電站沸水堆核電站

核電廠系統(tǒng)1、核島系統(tǒng)2、常規(guī)島系統(tǒng)5/22/2025核電廠發(fā)電可調容量大，退、投、增、減負荷消耗能量、時間，易損壞設備一次投資大，運行費低，盡量利用承擔基本負荷核電廠的特點：5/22/2025第五節(jié)新能源發(fā)電廠

包括太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質能發(fā)電及垃圾電廠等。

①太陽能熱發(fā)電：它是將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能的裝置，其基本組成與常規(guī)火力電廠相似。

②太陽能光發(fā)電：太陽能光發(fā)電不通過熱過程而直接將太陽的光能轉換成電能，其中光伏電池是一種主要的太陽能光發(fā)電形式，也叫光伏發(fā)電。

光伏發(fā)電：是把照射到太陽能電池上的光直接變換成電能的一種發(fā)電形式，它是目前太陽能發(fā)電研究的方向。1、太陽能發(fā)電5/22/2025太陽能發(fā)電——光伏發(fā)電5/22/2025將風能轉換成電能的發(fā)電方式稱為風力發(fā)電。風能屬于再生能源，又是一種過程性的能源，無法直接儲存，還具有隨機性，所以對風能的應用技術上比較復雜。圖1-８是風力發(fā)電裝置的示意圖。由此圖可以看出風力發(fā)電機生產過程的簡單描述。2、風力發(fā)電圖1-8風力發(fā)電裝置的示意圖1—風力機2—升速齒輪箱3—發(fā)電機4—控制系統(tǒng)5—改變方向的驅動裝置6—底板7—塔架8—控制和保護裝置9—基礎10—電纜線路11—配電裝置5/22/2025風力發(fā)電廠5/22/2025

地球本身是個大熱庫，地熱資源遍布世界各地。僅地表10公里以內就有可供開采的熱能，地熱能的儲量很大，它的總量大約是煤炭的一億七千萬倍。但是，目前世界上實際能利用的地熱資源很少，主要限于蒸汽田和熱水田，這兩者統(tǒng)稱為地熱田。地熱電站是清潔的能源。它的發(fā)電成本比水電和火電都低，而且地熱發(fā)電后排出的熱水還可以供采暖、醫(yī)療、提取化學物質等利用，所以目前地熱發(fā)電發(fā)展很快。3、地熱發(fā)電5/22/2025地熱發(fā)電廠5/22/20254、潮汐發(fā)電

利用潮汐的落差推動水輪機而發(fā)電稱之為潮汐發(fā)電。即在海灣或河流入?？谔幹鸬虊?，漲潮時蓄水，高潮時關閉。退潮時形成足以使水輪機工作的落差時才開始放水，將蓄水放出，驅動水輪發(fā)電機發(fā)電。5/22/2025

潮汐發(fā)電示意圖5/22/2025各發(fā)電廠間負荷的合理充分利用水力資源，避免棄水降低火電煤耗，發(fā)揮高產機組作用減少火電成本，多燒劣質煤、本地煤、少燒油考慮發(fā)電成本(燃料價格、管理水平、機組效率等)，充分利用資源5/22/2025如下圖（a）所示，綜合各類發(fā)電廠特點，豐水期各類發(fā)電廠承擔負荷的順序大致排列如下：A為水電廠的不可調功率；B為水電廠的可調功率；C為熱電廠；D為核電廠；E為高溫高壓凝氣式火電廠；F為中溫中壓凝氣式火電廠。5/22/2025如下圖（b）所示，綜合各類發(fā)電廠特點，枯水期各類發(fā)電廠承擔負荷的順序大致排列如下：A為水電廠的不可調功率；B為水電廠的可調功率；C為熱電廠；D為核電廠；E為高溫高壓凝氣式火電廠；F為中溫中壓凝氣式火電廠。5/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/20255/22/2025粵電集團下屬發(fā)電廠的情況廣東電力發(fā)展股份有限公司（下稱公司）于1992年9月8日經(jīng)廣東省人民政府粵府函[1992]20號文及廣東省企業(yè)股份制試點聯(lián)審小組、廣東省經(jīng)濟體制改革委員會粵股審[1992]54號文批準成立，公司主要經(jīng)營范圍為建設、經(jīng)營發(fā)電站、建設輸變電工程。5/22/2025粵電集團下屬發(fā)電廠的情況現(xiàn)時，粵電力投資經(jīng)營了七間電廠，包括已投產發(fā)電的沙角A電廠、湛江發(fā)電廠、梅縣B電廠、江坑水電站、中心坑水電站、韶關電廠＃10機組和茂名熱電廠＃5機，正在建設中的和計劃中的梅縣B電廠擴建工程、韶關＃11號機組、惠州LNG電廠、茂名熱電廠＃6機、汕尾電廠、前灣燃機電廠、貴州盤南電廠、湛江燃奧里油電廠等。5/22/20255/22/2025沙角A電廠由粵電力全資擁有。該廠總裝機容量為1200MW（其中，一期容量為3×200MW的燃煤發(fā)電機組；二期容量為2×300MW的燃煤發(fā)電機組），是廣東省電網(wǎng)的主力電廠之一。沙角A電廠位于經(jīng)濟迅速發(fā)展的珠江三角洲地區(qū)，緊靠用電負荷中心，對于電量銷售十分有利；同時該廠地處珠江沿岸，燃煤運送便利。

5/22/2025湛江發(fā)電廠由粵電力控股76%的湛江電力有限公司（湛江電力）經(jīng)營，位于廣東省西部發(fā)展最為迅速的經(jīng)濟中心湛江市內，該電廠發(fā)電機總裝機容量為1,200MW（4×300MW燃煤發(fā)電機組），現(xiàn)已全部投產，成為粵電力的重要發(fā)電基地。湛江電力的另一合作伙伴為國華能源有限公司擁有24%股權。

5/22/2025梅縣B電廠由粵電力控股58%的廣東粵嘉電力有限公司（粵嘉電力）經(jīng)營，位于廣東省東部的梅州市內，是在梅縣發(fā)電廠基礎上擴建的電廠。廠內設有2×125MW燃煤機組，已于1997年正式投入商業(yè)運行?；浖坞娏橐恢型夂腺Y企業(yè)，外方股東為粵電投資有限公司，其他股東為梅州市電力開發(fā)公司、梅州市嘉誠電力有限公司，他們分別持有25%、7%和10%的股權。

5/22/2025韶關發(fā)電廠#10機由廣東省韶關粵江發(fā)電有限公司經(jīng)營，位于廣東省北部的韶關市，韶關#10機為一臺300MW的燃煤發(fā)電機組，于2001年3月投產。粵電力擁有該公司的65%權益。

5/22/2025茂名熱電廠＃5機由廣東省茂名瑞能熱電有限公司經(jīng)營，位于廣東省西部的茂名市，是一臺200MW的熱電聯(lián)產燃煤發(fā)電機組，已于2003年5月底投產。由粵電力、廣東粵電聯(lián)投資開發(fā)有限公司及茂名市電力開發(fā)總公司合資組建，三家分別占51%、29%及20%權益?；葜菀夯烊粴猓↙NG）電廠項目5/22/2025惠州液化天然氣（LNG）電廠項目惠州液化天然氣（LNG）電廠項目計劃建設規(guī)模為3×350MW發(fā)電機組?；涬娏M參股32%投資籌建該項目。5/22/2025汕尾電廠

汕尾電廠由紅海灣電力有限公司負責建設經(jīng)營，該電廠位于廣東省汕尾市，總建設規(guī)模8×600MW燃煤機組，一期工程4×600MW燃煤機組，首臺機組計劃2006年12月投產。該公司由廣東省粵電集團公司、廣州發(fā)展實業(yè)控股