第一章绪论

第一章绪论 §1.1 我国电力工业发展概况 §1.2 发电厂的类型 §1.3 变电站的类型 §1.4 电气设备概述

§1.1 我国电力工业发展概况

电力工业起步 人类在开发能源中不断前进，继17世纪广泛利用蒸汽机后，18世纪发现了电能，19世纪中叶制成了发电机。从19世纪末开始，电力应用得到了迅猛发展。 1875年 1878年 1879年 1882年法国开始进行远距离高压直流输电，同时，英国、日本、俄罗斯相继修建了发电厂美国旧金山实验电厂开始发电，成为世界上最早出售电力的电厂世界上最早的发电厂―巴黎北火车站电厂建成，用于照明供电法国建成第一座水电厂

一、我国电力工业的起点 • 第一个发电厂： • 1882年7月26日上海电气公司 • 12kW 以蒸汽机带动的直流发电机 • 从电厂到外滩，沿街架线，供给照明用电 • 第一个水电厂： • 1912年农历4月12日云南昆明附近石龙坝水电厂 • 装有2台240kW水轮发电机组

二、装机容量及发电量的增长 装机容量 185 6587 8500 13789 21722 31900 50841 万kW 年发电量 43 3006 3950 6213 10069 13685 24747 亿kW·h 世界排名 21/25 8/6 4 3/2 2/2

二、装机容量及发电量的增长 • 截至2007年底，总装机容量为71329万kW， • 火电：55442万kW，占77.73％； • 水电：14526万kW，占20.36％； • 核电：885万kW，占1.24％； • 风电：403万kW，占0.56％。 • 全年发电量为32559亿kW·h。

三、最大单机容量 • 最大火电机组： • 1000 MW(华电国际邹县发电厂、华能玉环电厂) • 最大水电机组： • 700 MW(三峡电厂) • 550 MW(二滩水电厂) • 320 MW(葛洲坝水电厂) • 最大核电机组： • 1000 MW(百万千瓦级)(大亚湾、岭澳、田湾)

四、最大发电厂 • 最大火电厂： • 邹县电厂，4×335+2×600+2×1000 = 4540MW • 北仑港电厂，5×600MW = 3000MW • 最大水电厂： • 三峡电厂(14+12(+6))×700 MW = 18200(+4200)MW • 二滩水电厂6×550MW = 3300MW • 最大核电厂： • 秦山核电站1×300+2×650+2×700 = 3000MW • 最大抽水蓄能电厂： • 广东抽水蓄能电厂8×300 MW = 2400MW

五、电力系统的发展 • 建国初期： • 大多是大城市发、供电系统； • 跨地区的电力系统有： • 东北中部和南部的154、220kV系统； • 东北东部的110kV系统（以丰满、水丰和镜泊湖水电厂等为中心）； • 冀北系统。 • 本世纪初： • 已形成东北、华北、华东、华中、西北、西南、华南等七个跨省区域性电力系统。

五、电力系统的发展 “十一五” 期间我国电力工业发展的基本方针是： 1.大力开发水电 2.优化发展煤电 3.积极发展核电 4.适当发展天然气发电 5.加快新能源发电 6.加强电网发展

五、电力系统的发展 • 1.大力开发水电 • 水能资源是可再生的、清洁的能源；水电站的发电成本低，水库可以综合利用；在电力系统中，有一定比重的水电装机容量对系统调峰和安全经济运行极为有利。 • 我国大陆水利资源理论蕴藏量和可开发装机容量均居世界首位，理论蕴藏量在1万kW及以上的河流共3886条，技术可开发装机容量54164万kW，经济可开发装机容量40180万kW。 • 优先并加快开发水电，是我国电力发展的基本方针，也是西部开发、西电东送的主要内容。我国水电建设将按照流域梯级滚动开发方式，重点开发黄河上游、长江中上游及其干支流、红水河、澜沧江中下游和乌江等流域。在东北、华北、华东等火电比重较大的电力系统，为适应系统调峰要求，将要建设相当规模的抽水蓄能电站。我国近期在建和拟建的大型水电站有十几座。近10～15年我国将新增50万kW机组120多台，到2020年，水电装机容量将增加到25000万kW。

水电 • 实行改革开放以来，我国规划并建设了葛洲坝、白山、龙羊峡、漫湾、广蓄、天生桥、五强溪、小浪底、二滩、天荒坪、三峡、龙滩、瀑布沟等一批巨型水电厂，迈入世界水电建设前列。 • 至2006年底，全国水电装机达到12857万kW，约占总容量20.67％；水电发电量4167亿kW.h，约占全部发电量14.70％。目前我国是世界上水电在建规模最大、发展速度最快的国家。

五、电力系统的发展 • 2.优化发展煤电 • 火电厂的厂址不受限制，建设周期短，能较快发挥效益，燃煤火电仍是发电装机容量的主要组成部分。 • 我国有丰富的煤炭、石油和天燃气资源。 • 煤电发展的重点是建设大型高效、低污染燃煤火电机组，鼓励建设超临界、超超临界大容量机组，新建燃煤机组的单机容量要在60万kW及以上。 • 预计2020年燃煤火电装机将达7.1亿～7.85亿kW。

火电 • 2000年以前，我国的火电厂是以30万kW机组为主，2000年以后，主要建设30万kW及以上高参数、高效率、调峰性能好的机组，引进和发展超临界机组。 • 至2006年底，全国火电装机达到48405万kW，约占总容量77.82％；火电发电量23573亿kW.h，约占全部发电量83.17％。

五、电力系统的发展 • 3.积极发展核电 • 核电是一种“安全、可靠、高效、经济、清洁”的能源。 • 发展核电是实施电力可持续发展战略的长远大计。加快核电发展有利于电力结构调整，是解决我国能源资源不足的一项重要战略措施。 • 根据我国电力工业发展规划，未来20年我国将成为全世界最大的新核电厂建设基地。 • 到2020年，核电容量将要达到4000万kW，即还要新建31台百万kW级核电机组。

核电 • 1994年浙江秦山电站一期30万kW国产机组和广东大亚湾电站（装机容量2×90万kW，法国机组）的投产运行实现了我国核能发电零的突破。 • 到2006年底全国核电装机670万kW，约占总容量1.08％；核电发电量543亿kW.h，约占全部发电量1.92％。

五、电力系统的发展 • 4.适当发展天然气发电 • 天然气发电是燃气轮机联合循环的主要应用领域。 • 利用天然气发电的地区将主要是华南、华东、华北等经济发达、能源贫乏地区以及产气的西北、川、渝地区。 • 预测，2010年天然气发电装机约2800万～3000万kW，2020年天然气发电装机约6000万～7000万kW。

五、电力系统的发展 • 5.加快新能源发电 • 新能源发电主要包括风力发电、潮汐发电和太阳能发电，也包括地热发电和垃圾、生物质能发电等。 • 在新能源发电中，以风力发电为主。 • 预计到2010年，新能源发电将占全国装机容量1％以上。

新能源 • 从1992到2001年，我国的新能源发电装机容量以年均44.55％的速度发展，至2001年底，装机容量已达37万kW。 • 2003年底我国太阳电池的累计装机已经达到5万kW。 • 2004年底，我国已建风电场43个(除台湾省)，1292台机组，累计装机容量76.4万kW。

五、电力系统的发展 • 6.加强电网发展 • 在继续大力发展电源的同时，只有高度重视电网的建设，才能促进煤电就地转化和水电大规模开发。 • 我国将加强各跨省区电网建设，不断扩大跨大区的联网送电，提高资源使用效率和优化配置。 • 重点建设西北与川渝联网，华中与西北、华北加强联网，华北与西北、华东联网，以及东北与华北加强联网等项目，形成北、中、南三大输电通道，实现全国主要大区电力系统之间的联网。 • 电网将主要建设±500kV交直流系统、750kV交流系统，重点研制800kV直流和交流百万伏级输变电系统。

五、电力系统的发展 • 区域电网构成东北、西北电网的装机容量也超过4000万kW (40GW) 华北、华东、华中、南方电网的装机容量已超过1亿kW (100GW)

五、电力系统的发展 • 区域电网互联 2005年6月，直流背靠背 2001年5月，500kVAC 2003年9月，500kVAC 1989年9月，±500kVDC 2003年6月，500kVAC 2004年6月， ±500kVDC

五、电力系统的发展 • 电网电压等级第一条330kVAC： 1972年6月甘肃刘家峡-天水-陕西关中(眉县)。第一条500kVAC：1981年12月河南平顶山-湖北武昌。第一条±500 kVDC：1989年9月，湖北葛洲坝-上海南桥。第一条750kVAC：2005年9月青海官亭-甘肃兰州东。各电网已形成500kV或330kV的骨干网架。

2006年，1000kV交流特高压试验示范工程和云南至广东±800kV特高压直流输电示范工程奠基仪式已分别举行，标志着交、直流特高压试验示范工程建设已拉开帷幕。

六、电力工业发展前景 • 电力工业的基本任务： • 为国民经济各部门和人民生活提供充足、可靠、优质、廉价的电能。 • 电力工业的发展方向： • 厂网分开，竞价上网，实现高度自动化，西电东送，南北互供，走向联合电力系统。

六、电力工业发展前景 • 相关技术： • 做好电力规划，加强电网建设 • 电力工业现代化 • 联合电力系统 • 电力市场 • IT技术 • 谐波治理 • 洁净煤发电技术 • 绿色能源的开发和利用

§1.2 发电厂的类型

引言 • 发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。 • 根据所使用的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。

一、火力发电厂 • 主要是煤，还有石油、天然气。 1. 一次能源（燃料） 2. 主要设备 • 锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。 3. 电能生产过程 • 燃料在锅炉里燃烧→使水变成蒸汽→推动汽轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机产生电能 • 化学能→热能→机械能→电能

一、火力发电厂 • 电能生产过程可分为三个系统： • 燃烧系统 • 汽水系统 • 电气系统

一、火力发电厂 • 燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽。 • 燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。 (1) 燃烧系统

一、火力发电厂 • 由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成， • 包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。 (2) 汽水系统

一、火力发电厂 • 包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。 (3) 电气系统

一、火力发电厂 • 电能生产过程电气系统燃烧系统汽水系统

一、火力发电厂 • 燃煤发电厂 • 燃油发电厂 • 燃气发电厂 • 余热发电厂 • 垃圾发电厂 • 工业废料发电厂 4. 类型 (1) 按燃料分

一、火力发电厂 • 中低压发电厂，PN<25MW； • 高压发电厂，PN<100MW； • 超高压发电厂，PN<200MW； • 亚临界压力发电厂，PN=300~1000MW； • 超临界压力发电厂，PN=600、800MW及以上。 4. 类型 (2) 按蒸汽压力和温度分

一、火力发电厂 • 凝汽式汽轮机发电厂 • 燃气轮机发电厂 • 内燃机发电厂 • 蒸汽—燃气轮机发电厂 4. 类型 (3) 按原动机分

一、火力发电厂 • 凝汽式火力发电厂—火电厂 • 只生产电能 • 效率较低，30%~40% • 供热式火力发电厂—热电厂 • 既生产电能又供应热能 • 效率较高，60%~70% 4. 类型 (4) 按输出能源分

一、火力发电厂 • 优点： • 布局灵活，装机容量的大小可按需要决定； • 一次投资较小，建设周期较短。 • 缺点： • 耗煤量大，发电成本高； • 动力设备繁多，控制操作复杂，运行费用高； • 启动时间长(几小时到十几小时)，启停费用高； • 担负调峰、调频时，煤耗增加、事故增多； • 对空气和环境的污染大。 5. 优缺点

二、水力发电厂 1. 一次能源 • 水的位能或动能 2. 主要设备 • 压力水管、水轮机、发电机 3. 生产过程 • 高处的水经压力水管→推动水轮机转子旋转→带动发电机转子旋转→发电机发出电能 • 位能或动能→机械能→电能

二、水力发电厂 4. 类型

二、水力发电厂 4. 类型 • 在河流上的适当地方建筑拦河坝，形成水库，抬高上游水位，使坝的上、下游形成大的水位差，这种水电站称为坝式水电站。 • 坝式水电站适宜建在河道坡降较缓且流量较大的河段。这类水电站按厂房与坝的相对位置又可为以下几种。 • 坝后式厂房溢流式厂房 • 岸边式厂房地下式厂房 • 坝内式厂房河床式厂房 (1) 堤坝式水电厂：

二、水力发电厂 (1) 堤坝式水电厂： • 坝后式水电厂 • 厂房建在拦河坝非溢流坝段的后面，不承受上游水压 • 压力管道通过坝体，适用于高、中水头。

坝后式水电站 坝后式在我国应用较多，如三门峡、刘家峡、白山、丹江口等水电厂均属此类。

二、水力发电厂 (1) 堤坝式水电厂： • 溢流式水电厂 • 溢流式厂房建在溢流坝段后（下游侧），泄洪水流从厂房顶部越过泄入下游河道。 • 适用于河谷狭窄，水库下泄洪水流量大，溢洪与发电分区布置有一定困难的情况。

二、水力发电厂 图中的溢洪坝、溢洪道是为了渲泄洪水、保证大坝安全的泄水建筑物。 (1) 堤坝式水电厂： • 河床式水电厂适用于水头小于50m的水电站。 • 厂房代替一部分坝体，也起拦水作用，直接承受上游水压

葛洲坝水电厂、西津电厂属于这一类。

二、水力发电厂 (1) 堤坝式水电厂： • 岸边式水电厂 • 岸边式厂房建在拦河坝下游河岸边的地面上，引水道及压力管道明铺于地面或埋没于地下。

二、水力发电厂 (1) 堤坝式水电厂： • 地下式水电厂 • 地下式厂房的引水道和厂房都建在坝侧地下

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