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《电气工程概论》辅导资料十一供参习
电气工程概论辅导资料十一
主 题:第三章 电力系统及其自动化技术(第1节)
学习时间:2012年12月10日-12月16日
内 容:
我们这周主要学习第三章电力系统及其自动化技术的第一节,主要学习电力系统的组成,发电厂以及输配电系统等相关知识。
第三章 电路系统及其自动化技术
第一节 电力系统的基本概念
1.电力系统的组成
发电机把机械能转变为电能,电能经变压器和电力线路传送并分配到用户,在那里经电动机、电炉、电灯等用电设备又将电能转变为机械能、热能、光能等。由这些生产、变换、传送、分配、消耗电能的电气设备(发电机、变压器、电力线路及各种用电设备等)联系在一起组成的统一整体就是电力系统,如图1所示。
与“电力系统”一词相关的还有“电力网”和“动力系统”。前者指电力系统中除去发电机和用电设备外的部分;后者指电力系统和发电厂动力部分的总和。
2.发电厂
发电厂是生产电能的核心,担负着把不同种类的一次能源转换成电能的任务。依据使用的一次能源不同,发电厂可分为许多类型。例如:燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂;利用水力能发电的水力发电厂;利用核能发电的核动力发电厂。
(1)火力发电厂
火电厂的主要发电设备包括锅炉、汽轮机和发电机,其辅助设备有冷凝器、给水加热器、各种水泵、磨煤机、除氧器、烟囱及各种量测与控制设备。原煤从煤矿运到电厂后,先存入原煤仓,随后由输煤皮带运进原煤斗,从原煤斗落入球磨机中被磨成很细的煤粉,再由排粉机抽出,随同热空气送入锅炉的燃烧室进行燃烧。燃烧放出的热量一部分被燃烧室四周的水冷壁吸收,一部分加热燃烧室顶部和烟道入口处的过热器中的蒸汽,余下的热量则被烟气携带穿过省煤器、空气预热器传递给这两个设备内的水和空气。烟气经过除尘器净化处理,由吸风机导入烟囱,被排入大气。燃烧时生成的灰渣和由除尘器收集下来的细灰,用水冲进冲灰沟排出厂外。燃烧用的助燃空气,经送风机进入空气预热器中加热,加热后,一部分被送往磨煤机作为干燥和运送煤粉的介质,大部分送入燃烧室参与助燃。水、蒸汽是把热能转化成机械能的重要介质。净化后的给水,先送进省煤器预热,继而进入汽包,由汽包降入水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽。蒸汽通过过热器时,再次被加热,变为高温高压的过热蒸汽。过热蒸汽经主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功,推动汽轮机转子转动,将热能转变为机械能。做完功的蒸汽在凝结器中被冷却凝结成水。凝结水经除氧器去氧、加热器加热后再用给水泵重新送入省煤器预热,便可作为工质继续循环使用。凝结器需要的冷却水由循环水泵送入,冷却水在凝结器中吸热之后,流回冷却塔散热,然后,再经循环水泵供给凝结器。汽轮机转子转动带动发电机转子旋转,在发电机中又把机械能转换成电能。发电机发出的电能经过变压器升高电压后送入高压电力网。
(2)水力发电厂
水力发电厂是利用河流所蕴藏的水能资源来发电,水力能资源是最干净、价廉的能源。水力发电厂的容量大小决定于上下游的水位差(简称水头)和流量的大小。因此,水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的较高水位差,并依靠大坝形成具有一定容积的水库,以调节河水流量。根据地形、地质、水能资源特点等的不同,水力发电厂的形式是多种多样的。由拦河坝维持在高水位的水,经压力水管进入螺旋形蜗壳,推动水轮机转子旋转,将水能变为机械能。水轮机转子再带动发电机转子旋转,使机械能变成了电能。而做完功的水则经过尾水管排往下游。发电机发出的电,经变压器升压后由高压输电线送至用户。
水利发电厂的优势是首先,水利发电厂的生产过程较简单,故所需的运行维护人员较少,且易于实现全盘自动化。其次,水力发电厂不消耗燃料,故电能成本要比火力发电厂低得多。此外,水力机组的效率较高,承受变动负载的性能较好,故在系统中的运行方式较为灵活。水力机组启动迅速,在事故时能有力地发挥其后备作用。再者,随着水力发电厂的兴建往往还可以同时解决发电、防洪、灌溉、航运等多方面的问题,从而实现河流的综合利用,使国民经济取得更大效益。水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环境污染问题。
水利发电厂的劣势是由于水力发电厂需要建设大量的水工建筑物,所以相对于火电厂来说,建设投资大,工期较长,使用劳力也较多。特别是水库还将淹没一部分土地,给农业生产带来一定不利影响。水力发电厂的运行方式还受到气象、水文等条件的影响,有丰水期、枯水期之别,发电出力不如火电厂稳定,也给电力系统的运行带来一定不利因素。
(3)核能发电厂
核能是一种新的能源,也是可望长期使用的能源。所以,自1954年世界上第一座核电厂投入运行以来,许多国家纷纷建设核电厂。核电厂建设的速度最快 。
核能发电的基本原理:核燃料在反应堆内产生核裂变,即所谓链式反应,释放出大量热能,由冷却剂(水或气体)带出,在蒸汽
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