1、1摘要电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一，它的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用。我国电力系统发展很快，电网及变电站运行的自动化水平也有了大幅度提高，一些变电站实现了无人值班运行但是变电运行的管理水平还基本停留在传统的模式上。如何使变电生产管理与变电运行紧密结合，使变电管理自动化水平与变电运行自动化发展相适应，已经成为电网发展的重要内容。本文阐述了电力系统的组成、规模、发展历程以及它对各个生产领域所产生的重大意义及其各个状态的分析；同时对君正热电发电厂的电气部分、动力部分、电气设备的基本原理与构造进行了详细介绍。从中我们可以看出， 在目前世界大
2、发展的前提下，我电力行业面向国际，面向未来的发展要求越发明确。我电力行业迫切需要就“改善发电系统结构，提高输电效率，保证用电质量，加速发展水，风，核电的建设等方面”展开发展。中国能源结构以煤为主体，清洁能源的比重偏低。大力发展新能源，不仅可以优化能源供应结构，促进能源资源节约，提高能源转化效率，而且能够带动产业结构的优化，有利于国民经济的可持续发展。关键词：电力系统， 安全运行， 状态分析， 动力部分， 电气部分， 电气设备。2目录第一章 绪论 11.1 电力系统发展历程 11.2 电力系统状态分析 .11.2.1 稳态分析 11.2.2 其它状态分析 11.3 君正热电电力系统各部分解析 1
3、1.4 本课题的研究意义 2第二章 君正热电电力系统的构造及其发展历程 32.1 电力系统的构造 32.2 电力系统发展历程 32.3 电力系统的运行 4第三章 电力系统的各种状态分析 63.1 电力系统稳态分析 63.2 电力系统故障分析 63.3 电力系统暂态分析 63.4 电磁暂态过程的分析 73.5 机电暂态过程的分析 7第四章 君正热电电力系统动力部分 84.1 燃运系统 84.2 锅炉 84.3 汽轮机 9第五章 君正热电电力系统电气部分 105.1 中央控制室 105.2 电气主接线 105.3 厂用电力系统 115.4 厂用低压开关设备 115.5 仪用互感器 115.5 信号
4、系统 12第六章 君正热电电力系统电气设备 126.1 发电机与变压器 136.1.1 发电机的基本原理与构造 136.1.2 发电机的冷却 136.1.3 变压器功能 146.1.4 电力变压器的原理 146.2 高压开关设备 146.2.1 高压断路器 156.2.2 隔离开关 .166.3 电气保护设备 166.3.1 熔断器 166.3.2 电抗器 1736.4 低压开关电器设备 186.4.1 闸刀开关 .186.4.2 接触器 .186.4.3 磁力启动器 .186.4.4 低压短路器 .19第七章 君正热电的不足与前景趋势 19第八章 结论 20致谢 211第一章 绪论本文对电力
5、系统的发展历程及各组成部分的功能进行了详述，主要以君正热电的电力系统为例展开描述。1.1 电力系统发展历程电力系统的出现推动了社会各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力是当今世界最为广泛、地位最为重要的能源。初期，由小容量发电机单独供电的供电系统称为住户式供电系统。白炽灯发明后，出现了中心电站式供电系统。到 19 世纪 90 年代，三项交流系统研制成功。20 世纪以后，电力系统规模迅速增长。1.2 电力系统状态分析1.2.1 稳态分析主要研究电力系统稳定运行的性能，主要包括有功和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等。潮流计算可以安全可靠的运行方式，给出电力网的功率
6、损耗，也可以用于电力网事故预想等。1.2.2 其它状态分析电力系统故障分析、暂态分析，电磁暂态过程分析及机电暂态过程的分析等。这些状态分析促进了电力系统的安全可靠、经济合理的运行。1.3 君正热电电力系统各部分解析1.3.1 动力部分包括燃运系统、锅炉、汽轮机。1.3.2 电气设备2有发电机、变压器、高压开关设备、电气保护设备、低压开关电气设备等。这些组成部分都是电力系统必不可缺的，它们之间的密切配合使电力系统能够顺利地运行。1.4 本课题的研究意义通过本论文对君正热电的介绍，从中可以看出我国大多数火力发电厂的不足之处。近年来，我国以煤为主的能源供应方式和传统电力方式已难以为继，一方面，以燃煤
7、发电使不可再生资源过度消耗；另一方面，对环境也造成了很大污染。这样新型能源崛起了，水力发电大规模开发，核电技术的研发工作也正在开展，风电规模已连续三年翻番，太阳能发电也开始提速，这些都说明我国的电力行业在不断发展壮大。3第二章 君正热电电力系统的构造及其发展历程2.1 电力系统的构造君正热电电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消
8、费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。2.2 电力系统发展历程电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。在电能应用的初期，由小容量发电机单独向灯塔、轮船、车间等的照明供电系统，可看作是简单的住户
9、式供电系统。白炽灯发明后，出现了中心电站式供电系统，如 1882 年 T.A.爱迪生在纽约主持建造的珍珠街电站。它装有 6 台直流发电机（总容量约 670 千瓦） ，用 110 伏电压供 1300 盏电灯照明。19 世纪 90 年代，三相交流输电系统研制成功，并很快取代了直流输电，成为电力系统大发展的里程碑。20 世纪以后，人们普遍认识到扩大电力系统的规模可以在能源开发、工业布局、负荷调整、系统安全与经济运行等方面带来显著的社会经济效益。于是，电力系统的规模迅速增长。世界上覆盖面积最大的电力系统是前苏联的统一电力系统。它东西横越7000 千米，南北纵贯 3000 千米，覆盖了约 1000 万平
10、方千米的土地。中华人民共和国的电力系统从 50 年代开始迅速发展。到 1991 年底，电力系统装机容量4为 14600 万千瓦，年发电量为 6750 亿千瓦时，均居世界第四位。输电线路以220 千伏、330 千伏和 500 千伏为网络骨干，形成 4 个装机容量超过 1500 万千瓦的大区电力系统和 9 个超过百万千瓦的省电力系统，大区之间的联网工作也已开始。此外，1989 年，台湾省建立了装机容量为 1659 万千瓦的电力系统。系统构成与运行电力系统的主体结构有电源、电力网络和负荷中心。电源指各类发电厂、站，它将一次能源转换成电能；电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路
11、等构成。它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。它既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理。2.3 电力系统的运行电力系统的运行指组成系统的所有环节都处于执行其功能的状
12、态。系统运行中，由于电力负荷的随机变化以及外界的各种干扰（如雷击等）会影响电力系统的稳定，导致系统电压与频率的波动，从而影响系统电能的质量，严重时会造成电压崩溃或频率崩溃。系统运行分为正常运行状态与异常运行状态。其中，正常状态又分为安全状态和警戒状态；异常状态又分为紧急状态和恢复状态。电力系统运行包括了所有这些状态及其相互间的转移。各种运行状态之间的转移需通过不同控制手段来实现。电力系统在保证电能质量、实现安全可靠供电的前提下，还应实现经济运行，即努力调整负荷曲线，提高设备利用率，合理利用各种动力资源，降低燃料消耗、厂用电和电力网络的损耗，以取得最佳经济效益。系统调度电能生产、供应、使用是在瞬
13、间完成的，并需保持平衡。因此，它需要有一个统一的调度5指挥系统。这一系统实行分级调度、分层控制。其主要工作有：预测用电负荷；分派发电任务，确定运行方式，安排运行计划；对全系统进行安全监测和安全分析；指挥操作，处理事故。完成上述工作的主要工具是电子计算机。系统规划大型电力系统是现代社会物质生产部门中空间跨度最广、时间协调要求严格、层次分工极复杂的实体系统。它不仅耗资大，费时长，而且对国民经济的影响极大。所以制订电力系统规划必须注意其科学性、预见性。要根据历史数据和规划期间的电力负荷增长趋势做好电力负荷预测。在此基础上按照能源布局制订好电源规划、电网规划、网络互联规划、配电规划等。电力系统的规划问
14、题需要在时间上展开，从多种可行方案中进行优选。这是一个多约束条件的具整数变量的非线性问题，需利用系统工程的方法和先进的计算技术。研究与开发电力系统的发展是研究开发与生产实践相互推动，密切结合的过程，是电工理论、电工技术以及有关科学技术和材料、工艺、制造等共同进步的集中反映。电力系统的研究与开发，还在不同程度上直接或间接地对信息、控制和系统理论以及计算机技术起了推动作用。反之，这些科学技术的进步又推动着电力系统现代化水平的日益提高。超导电技术的发展、动力蓄电池和燃料电池的成就使得有可能实现电能储存和建立分散、独立的电源，从而展现了电力系统重大变革的前景。6第三章 电力系统的各种状态分析3.1 电
15、力系统稳态分析主要研究电力系统稳态运行的性能，包括系统有功和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等，解决系统有功功率和频率调整，无功功率和电压控制等问题。电力系统潮流计算是电力系统稳态分析的基础。潮流计算的结果可以给出电力系统稳态运行时各节点电压和各支路功率的分布。在不同系统运行方式下进行大量潮流计算，可以研究并从中选择确定经济上合理、技术上可行、安全可靠的运行方式。潮流计算还给出电力网的功率损耗，便于进行网据分析，并进一步制定降低网损的措施。潮流计算还可以用于电力网事故预想，确定事故影响的程度和防止事故扩大的措施。潮流计算也用于输电线路工频过电压研究和调相、调压分析，为确定输电线路并
16、联补偿容量、变压器可调分接头设置等系统设计的主要参数以及线路绝缘水平提供部分依据。谐波分析主要通过谐波潮流计算，研究在特定谐波源作用下，电力网内各节点谐波电压和支路谐波电流的分布，确定谐波源的影响从而制定消除谐波的措施。3.2 电力系统故障分析主要研究电力系统中发生故障（包括短路、断线和非正常操作）时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。短路电流计算是故障分析的的主要内容。短路电流计算的目的，是确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数。整定继电保护，分析系统中负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响。3.3 电力系统暂态分析主要研究电力系统受到扰动后的电磁和机电暂态过程，包括电磁
17、暂态过程的分析和机电暂态过程的分析。73.4 电磁暂态过程的分析主要研究电力系统故障和操作过电压及谐振过电压，为变压器、断路器等高压电气设备和输电线路的绝缘配合和过电压保护的选择，以及降低或限制电力系统过电压技术措施的制订提供依据。3.5 机电暂态过程的分析主要研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定和受到小扰动后的静态稳定性能。其中暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障，切除或投入线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。为选择规划设计中的电力系统的网络结构，校验和分析运行中的电力系统的稳定性能和稳定破坏事故，制订防止稳定破坏的
18、措施提供依据。静态稳定分析为确定输电系统的输送功率，分析静态稳定破坏和低频振荡事故的原因，选择发电机励磁调节系统、电力系统稳定器的形式和参数提供依据。电力系统分析的理论研究和计算机技术的发展和广泛应用，促进了电力系统分析方法的进步和发展。理论研究为电力系统分析建立了坚实的理论基础，例如三相交流电力系统不对称故障和操作下电压、电流计算的对称分量法，以及描述同步电机的电压、电流、磁链等电磁量与转矩、转速等机械量之间的相互关系的派克方程。前者为现代电力系统网络分析提供了重要的方法依据，而后者奠定了同步电机暂态分析的基础。矩阵、图论、数值计算等与计算机相关的应用数学分支在电力系统分析领域的应用与发展，
19、使电力系统分析数学表达的形式、建立数学模型的方法、数值计算方法等方面发生了很大变化，从而大大提高了电力系统分析的规模和速度，适应了现代大规模电力系统（几千个节点、上万条支路）和实时控制快速分析的需要，这是其他分析手段无法比拟的。8第 4 章 君正热电电力系统动力部分君正热电的动力部分包括燃运、锅炉和汽轮机三大部分。君正热电厂主要燃料是煤炭。煤的种类很多，发热量各异，发电用煤以劣质煤为主。为分析和评说发电厂的运行状态和经济指标，使电厂具有相同的可比条件，我们把每公斤燃料 完全燃烧时，其发热量为 29300J/Kg 者为标准煤。4.1 燃运系统 燃运系统是电厂的基础系统，其主要任务是把燃料从外地运
20、回来后，进行贮存传输和制粉、为锅炉提供可燃用的煤粉。因此除有贮煤厂和料厂外，还应有卸煤机、翻车机、给煤机、破碎机、筛分机、电池分离器、木屑分离器及计量机械等主要设备。多采用双路胶带输送机对燃料进行输送，作为建筑物之间的纽带。煤粉制备系统的主要作用是把原煤研成煤粉送入锅炉，其主要设备有球磨机粗粉分离器、旋风分离器、排粉机、喷燃器等，通过管道连成系统。4.2 锅炉 锅炉是由燃烧市和烟道组成，主要任务是使燃料通过燃烧将化学能转化为热能，从而获得一定数量和质量的蒸汽，其燃烧室是由水冷壁，下降管、联箱和气包组成。受热面，形成循环系统。在烟道中布置着过热器、省煤器和空气预热器等设备吸收烟道中的余热，降低派
21、烟温度，节省燃料，减少煤耗，提高锅炉利用效率。燃料在煤膛中完全燃烧时，除有大量的煤粉外，还有一定量的空气量，其中一部分伴随煤粉，经燃烧器送如炉膛的热风称为一次风；另一部分热风直接送入炉膛助燃称为二次风；而由炉膛上部经喷燃器射入的风称为三次风，其搅拌作用促进燃烧。为保证锅炉的正常运行，还有一些必不可少的辅助设备和系统，诸如给水设备，通风系统，以及排灰渣系统等，由众多的辅助设备和管道组成。94.3 汽轮机 汽轮机是发电厂的的原动机，它是把蒸汽的热能转化为大轴的机械能。通过锅炉与汽轮机之间的热力系统完成工质的汽水循环，热力系统包括凝汽冷却系统，回热加热系统、疏水系统以及补水系统等若干子系统，并利用各
22、种热力设备来完成各自的功能凝汽冷却系统主要使汽轮机的出口汽造成真空，让进入汽轮机的出口汽及工作蒸汽从高的压力和温度，膨胀到可能达到的最低压力，尽可能的多方出热量变为机械能。同时，使乏汽加以冷却凝结成水，该系统由凝汽器、抽汽器、冷水塔及管道等主要设备组成。回热加热系统的主要作用是为减少进入凝汽器的蒸汽量，以减少热量损失，提高热效率，利用汽轮机的各级抽汽，在逐级加热器中给水加热，该系统的主要设备有回热加热器、除氧器等。随机组的型式和供热要求的不同，抽汽的级数和压力也不同。为保证热力系统的正常工作且适应电能负荷的变化要求，汽轮机设置有调速系统，用调速器来保证汽轮机的转速在允许的范围内变化。同时在汽轮
23、机上还装设有保护装置，最常见的有危机保安器、盘车装置以及轴向装置等。火力发电厂的运行经济指标，主要包括：热效率、煤耗率、汽耗率、热耗率、厂用电率、装机容量年运行小时数以及成本等。它是衡量发电厂技术装备及管理水平的标准。10第五章 君正热电电力系统电气部分5.1 中央控制室君正发电厂的主控制中心设在主控制室，又称中央控制室。对中小型容量的电厂，一般对电气设备进行集中控制，而君正热电厂则更多的采用对机、炉、电统一调度的单元监控单元控制方式。当电厂容量大、机组台数、接线复杂、出现回路数较多时，还设有网络控制室，通常简称网控。5.2 电气主接线电气主接线是电厂的的主系统，反映着发电厂的总装机容量，台数
24、及主要电气设备的数量、布局、技术规范、连接形式及各回路间的关系。接线的基本形式可归纳为母线制形式如：单母线、双母线，一个半断路器接线等和无母线制接线如桥型接线、角型接线和单元接线等。发电机十八机械能转化为电能的主要设备，但在结构上汽轮机与水轮机有着较大的差异。气轮发电机卧式机组阴极式转子，转子为整铸发电机的体积相对较小高转速水氢氢水水空水水氢在发电厂中变压器可用作电压升高或降低，将电能传送给用户或电力系统，通常称为主变压器，用于不同的升高电压系统之间，作为相互能量转移的变压器，通常称为联络变压器。供给发电厂本身用电的变压器称为厂用变压器。空冷水轮发电机立式机组凸极式转子，转子为组装式发电机的体
25、积相对较大低转速高压断路器是开关设备中比较完善的一种开关设备。它有灭弧装置，通常可以切断负荷电流和短路电流。根据灭弧介质的不同可以分为：油断路器、空气断路器、SF6 断路器等。隔离开关是用来隔离和切断电源和倒换电路的开关设备。本身没有灭弧装置。主要用于检修电路和设备时，与电源形成明显的断口。在电路中与断路器串联使用，操作时必须按照规定的顺序，避免带负荷拉闸，合闸时先合隔离开关，后合断路器，跳闸时先跳断路器，后跳隔离开关。电气主接线在发电厂现场实施的具体装置，称为配电装置。可分为屋内配电装置（一层式、二层式和三层式布置） 、屋外配电装置（中型、高型和半高型）和成套配电装置。115.3 厂用电力系
26、统厂用电力系统是热电厂不可缺少的一部分，其接线形式多为单母线或单母分段式。在君正热电厂多采用：按炉分段原则。且以 6KV 高压和 380/220V 低压两种电压等级供电。5.4 厂用低压开关设备厂用低压开关设备广为采用的有闸刀开关、接触器磁力启动器、自动空气开关等。为了对高压电气设备进行测量保护，需要借助仪用互感器，把高电压变为 100V 的低电压，把强电流变为 5A 的弱电流。不仅可以使高电压与低电压分离，有利于人身和设备的安全，而且使二次侧仪表、继电器等自动化元件标准化，小型化，有利于系列生产。5.5 仪用互感器仪用互感器包括：电压互感器和电流互感器。其工作原理都是根据变压器原理构成的其工
27、作原理是根据变压器原理构成的。采用适当的一、二次绕组的闸数，来满足二次侧的要求。电流互感器 N1N2 原边接于主电路，副边的仪表及继电器等负荷均串接，为了安全二次绕组必须接地并在运行中严禁二次侧开路。电压互感器 N1N2 原边接于主电路，副边接于二次侧，对于 35 千伏以下的中性点不接地系统，为监视其对地绝缘水平，必须采用三相五柱式电压互感器，利用二次绕组接成开口三角形，作为绝缘检查。供给继电保护装置、信号装置。自动装置和开关电器的操作电源应当独立可靠，目下发电厂广泛采用蓄电池组，以浮充电方式运行。直流电压可为 110/220 伏。当采用 220 伏时每组蓄电池的总数为 132 个，其中基本电
28、池 56 个，调节电池 46 个，对大容量的发电厂通常设有两套蓄电池组。现代化的发电厂，对主要的电器设备通常采用距离操作可以用弱电（低于 50 伏）或强电（220/110 伏）控制方式。125.5 信号系统依据需要可采用手动方式或自动方式发电厂的信号系统包括：位置信号、事故信号、故障信号以及指挥信号等。并以指示灯、光字牌和音响等反映运行状态和事故性质，通常以蜂鸣器表示事故，电铃表示出现故障，一般把事故信号和故障信号统称为中央音响信号。发电厂为保证安全运行，对各主要的电器设备都采用纪电保护装置，并分别由几种保护构成主保护和后备保护。相互配合反映其事故与异常。例如利用电路在发生短路故障时，会出现电
29、流增大的特点，通过继电器及辅助设备构成过电流保护装置，利用比较被保护设备各端的电流大小和相位差别，用继电器构成差动保护装置等。利用测量仪表监视发电厂各个回路的电能质量、负荷大小以及某些设备和装置的运行状态，作为分析电厂的经济运行指标和事故分析依据。这就是测量系统的作用。现代化大中型的发电厂，都日趋于自动化和利用计算机实现程序测量和监控，在厂用电系统中普遍采用备用电源自动投入装置，以保证厂用电的供电可靠性；在输电线路上广泛采用自动重合闸装置来提高供电可靠性和电力系统并连运行的稳定性；发电厂的同期并列是经常的、重要的一项操作，最常采用的是手动准同期和自同期；发电机的励磁系统概括为电机励磁系统和半导
30、体励磁系统两类。在运行中为保证电压恒定以及事故状态下尽可能维持电力系统稳定运行，提高发电、供电的可靠性，都采用自动励磁调节装置。近年来计算机在发电厂的广泛运用已经逐渐深入并拓宽了应用面。除了新型大容量机组现代化的新建电厂，都使用了计算机检测与控制外老厂亦随微机的发展而逐步实现单项自动化的技术改造。君正热电紧随着科技的步伐不断改进，实现了电力系统自动化。大气过电压对发电厂的配电装置及建筑物构成了威胁，为防范雷击常采用避雷针；防止感应雷和行波的侵入而采用避雷器。君正热电厂为了人身和设备的安全，对设备进行接地和接零。接地一般分为工作接地、保护接地和防雷接地。13第六章 君正热电电力系统电气设备君正热
31、电电力系统的电气设备主要包括发电机，变压器，高压开关设备，电气保护设备，低压开关电气设备。6.1 发电机与变压器6.1.1 发电机的基本原理与构造君正热电电力系统发电机采用同步发电机发电，其同步发电机是由转子与定子组成。转子是由铁芯、励磁绕组、护环、中心环和风扇等组成的转动部件，其作用是在转子的励磁绕组中输入直流电流后产生磁场。以便定子绕组中感应出交流电动势。转子铁芯上有槽，槽内放置励磁绕组，通过两个集电环与电刷与电源连接。汽轮发电机转速高，转子制成隐极式，呈细长的圆柱体，转子与定子间的气隙是均匀的，水轮发电机转速低，极对数多，体积大，转子作成凸极式呈扁盘型，转子与定子间的气隙是不均匀的，极弧
32、低下气隙较小，极间部分较大。定子是由铁芯、定子绕组以及机座、端盖、挡风装置等组成的固定静止部分。同步发电机的工作原理是基于电磁感应原理，把机械能转化为电能，当在转子的励磁绕组中通入直流电以后，转子就产生磁场，磁场与定子绕组就有相运动。定子绕组中将感应电动势，当定子绕组连接成闭合回路，就有电流流出，这样发电机就发出电能。6.1.2 发电机的冷却君正热电电力系统的水轮发电机因直径大、体积大，轴向长度短，冷却问题相对汽轮发电机较为简单，一般均采用空气冷却，发电机的内部热空气通过均匀布置在定子机壳外的空气冷却器后，再从新送入发电机，此外，水轮发电机也有采用双水内冷方式的，即对发电机定子绕组和转子绕组都
33、采用纯水进行冷却。大中型的汽轮发电机因它的直径小，轴向长中部的热量不易散发出来对于 50 兆瓦的汽轮发电机，大多采用氢气冷却或水冷却，因为氢气的比重比空气小 4.5 倍，而导热率比空气大了 7.4 倍，所以氢冷发电机的风阻损耗大为减小，仅为空气冷却的 1/7 左右，当把汽轮发电机的绕组导线采用空心导体，把纯水14通过空心导线中，直接冷却绕组内部，称为水内冷。由于水的比热和导热系数比氢气更大。所以水内冷较之空冷和水冷具有更好的效果。目前，汽轮发电机通常采用以下各种不同的方式组合：水氢氢，即定子绕组采用水内冷，转子绕组用氢冷，铁芯采用氢气冷却：水水空：即定子绕组、转子绕组采用水内冷，而铁芯采用空气
34、冷却；水水氢：即定子绕组、转子绕组采用水内冷，而铁芯采用氢气冷却。6.1.3 变压器功能变压器是把某一级电能转化为另一级电能的电器设备，君正热电，机修分厂通过变压器可以方便的实现把电能输送到君正其它各个分厂，有白灰分厂，电石分厂，金河分厂，铁合金分厂，再用合适的电压再分配到各个分厂的车间。输送一定的电功率，输电线路中的电流大小和电压的高低成反比。电压升高几倍，电流就减小几倍，输电线路上的功率损耗就减少 N*N 倍，如果输电线的功率损耗仍保持在电压未升高以前的数值则当电压提高 N 倍后，输电线上的电阻就可以增加 N*N 倍也就是说导线的材料就可以减少 N*N 倍。对于节约物质，减少投资也有重大的
35、效益。所以远距离输电都采用高压或超高压，当电能送到受电端后，还必须把电压降低以适用用电设备。君正发电厂中为了经济合理的把电能送给各个分厂，必须通过电力变压器将电压升高到35KV、110KV、220KV、330KV、550KV 等电压后，再送到相应电压等级的电力系统中。6.1.4 电力变压器的原理电力变压器铁芯上绕有互相绝缘的绕组 N1、N2，其中 N1 接到交流电源上称为一次绕组 N2 接到负载称为二次绕组。当一次绕组上有交流通过时，则在铁芯中产生交变磁通，同时铰链二次绕组，根据电磁感应原理在一、二次绕组中将分别感应电动势 E1、E2，当二次绕组分别接有负载时，则有电流通过负载，由于两绕组在同
36、一铁芯上，每匝的感应电势相等。所以一、二次绕组的匝数不同就可以得到不同的电压，其关系式为：K=E1/E2=U1/U2=I2/I1。156.2 高压开关设备君正热电电力系统的高压开关设备有高压断路器和隔离开关。6.2.1 高压断路器高压断路器是君正发电厂中一种重要的控制、保护设备，正常运行时可以用它来倒换运行方式、把设备或线路接入电路或退出运行，起者控制作用。当设备或线路发生故障时能快速切除，保证无故障正常运行。其保护作用。断路器的最主要的特点是能断开电路中的负荷电流和故障电流的能力，特别市断开比正常电流大很多倍的故障电流， ，是断路器最严重的任务。因此，必须有专门的灭弧装置。 ，采用各种措施，
37、使电弧迅速熄灭。为此，高压断路器一般应由动触头、静触头、灭弧室、操动机构等绝缘支柱构成。按照绝缘介质的不同可分为以下几种：（1）油断路器：具有较高介质强度的矿物油作为灭弧和绝缘介质的断路器，称为油断路器。根据绝缘结构和绝缘油所起的作用不同，油断路器可以分为多油式和少油式两种。多油式断路器的油，除了作为灭弧介质外，还可以作为触头开断后的绝缘以及带电部分与接地外壳之间的绝缘介质。少油式断路器，只作为灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质。因此，油箱外部是带电的，其对地之间的绝缘则以磁介质承担。少油式相对于多油式来讲，用油量小体积小重量轻，钢材消耗量小，即火灾的危险性少，检修较为方便，因此在发电厂中和电
38、力系统中被广泛的运用。 （2）空气式断路器：高压空气断路器是以压缩空气作为灭弧介质和触头断开后的弧隙绝缘介质，并兼作操动机构的能源，操动机构与断路器合为一体，目前我国 110KV 及以上的电压等级的电力系统中使用的 KW4 和 KW5 系列的高压屋外型空气断路器都是常冲气式的高压断路器。 （3）六氟化硫高压断路器。六氟化硫高压断路器是以六氟化硫气体作为灭弧介质和绝缘介质的新型高压断路器。纯净的六氟化硫气体是无色、无味、无臭、无毒、不燃的惰性气体。重度为空气的 1.5 倍。它具有优异的电气绝缘性能和灭弧能力，其绝缘强度是相同条件下空气的 2.5 倍,在三个大气压下,相当于变压器油的绝缘强度,而灭
39、弧能力相当与相同条件下的空气的一百倍,同时它具有良好的冷却性和隔音性能.因此,利用六氟化硫气体作为介质可以制成断流能力大、绝缘距离小、噪音小的新型断路器。六氟化硫断路器按照结构形式和16使用地点，可以分为屋内封闭式和屋外敞开式。敞开式六氟化硫断路器的气体只承担灭弧任务，而对地绝缘由支持瓷套管担任，多用于户外配电装置中。封闭式六氟化硫断路器与其他的特殊制造的高压电器元件在一起。分别装在充有不同气压的六氟化硫气体的金属壳内，依照电器接线的顺序，将各元件连成一个整体形成电路，组成六氟化硫封闭式组合电器。六氟化硫气体的压力选择，是以在不同设置加热装置中气体不液化为原则。并根据具体设备的要求所定，又实验
40、而知温度在 20C 左右，压力为 2026KPA 时，六氟化硫气体将开始液化。因此，在应用上，以取 303.9709.1KPA 范围内较为适宜,所以在六氟化硫本体中作为灭弧和绝缘介质时,可采用 354.55KPA 的压力,在引线套管和其他的电器元件中只作绝缘使用,.可采用 354.55KPA 的压力,在全封闭式的组合电器中,对不同压力的气体之间采用环氧树脂浇注式的绝缘子及用 O 形密封圈相互隔离,并使导体与外间绝缘。6.2.2 隔离开关隔离开关是隔开或切断电路，特别是在电路检修或停运时，隔离开关将不带电不分与带电的部分隔开，造成明显的空气绝缘间隙，以保证检修工作安全的进行，隔离开关有时也可以用
41、来接通或断开电流不大的电路。隔离开关因没有灭弧装置，在电路中不能断开负荷电流和短路电流，也就是常说的不能带负荷拉闸，所以，必须与断路器串联使用，隔离开关断路器在操作时必须有一定的操作顺序：电路投入运行时，应先合上隔离开关，在合上断路器；电路退出运行时应先拉开断路器，再拉开隔离开关。如果操作顺序颠倒，就会造成人身和设备的安全。为此，在隔离开关与断路器之间， ，一般设有电器或机械的连锁装置。以防止误动作。隔离开关可以分为屋外和屋内两种，每种又分为单极、三极，大多数采用三极隔离开关。在 320 离开关。6.3 电气保护设备君正热电电力系统的电气保护设备 KV 电压等级中多为屋内式隔离开关，在35KV
42、 及以上的电压等级中多为屋外式隔电器保护设备。其中有熔断器，电抗器。176.3.1 熔断器熔断器是一种最简单的保护设备，串接于电路中，在短路或过负荷时用来保护电器设备它具有结构简单、体积小、重量轻，使用维护方便等特点。在功率较小或保护性能要求不高的地方，可以与铡刀开关配合代替自动空气开关。或与负荷开关配合代替高压短路器，在 1KV 以下的电路中广为采用，在电压335KV 电路中，熔断器主要被用作小功率馈线或小容量设备的保护馈线，如电压互感器。熔断器主要由金属部件，支持部件的触头和外壳构成，有些熔断器内部还装有特种灭弧物质如：产气纤维管，石英砂等。用来熄灭熔节熔断时形成的电弧。熔体柴了材料最常见
43、的有铜、银、铝、锌以及他们的合金。1KV 以下的低压熔断器，俗称“保险丝” ，在发电厂和变电所中广泛使用在厂用低压系统中作为保护器件，其种类和形式很多各有其特点。常见的有瓷插式、螺旋式、密闭管式、和有填料管式等，发电厂中 335KV 采用高压熔断器有屋外式和屋内式屋内式主要采用 RN1、RN2 型管式熔断器，屋外型广泛采用 RW9 型限流熔断器和 RW3、RW4 型跌落式熔断器。6.3.2 电抗器电抗器使用来在事故的情况下限制短路电流，因为在大型的发电厂中620KV 母线上发生短路时，短路电流如果不加以限制，可能达到很大的数值，如以次短路电流来选择电器设备，不仅使电器设备和材料偏大造成不经济，
44、甚至使设备的选择成为不可能。如高压熔断器的开断电流不够等，在这种情况下，通常采用电抗器把短路电流限制在某一允许的范围内，从而可以采用较轻型的高压电器，并且在短路的瞬间可以维持母线上一定的电压，常称为残压，时其他的设备能维持正常的工作，在发电厂中通常只在电缆的出线上才装设电抗器。，而对架空线因为它本身具有很大的电抗，线路上的电抗远远大于电缆的电抗值，只要有几十公里的线路，就相当于电抗器的限流效果，所以一般在架空线路上不装设电抗器。串接在电缆线路上的电抗器，通常称为出线电抗器。串联母线中间的电抗器，被称作母线电抗器或分段电抗器，此外，在电抗器中心设有抽头的则称为分裂电抗器。表示电抗器特性的参数有：
45、电抗百分数、额定电压、和额定电流。电抗器的电抗百分数是对应于在额定电压下，通过额定电流18时，电抗器上的电压百分数。电抗百分数是表示电抗器限流能力的主要技术指标。电抗器的结构有干式和油浸式两种，在 35KV 及以下的屋内配电装置中，都是采用干式空气冷却电抗器，电抗器实质上就是一只大电流的空心线圈，为防止饱和出现非线形不利于限流，所以不加铁心，一般把线圈固定在混凝土的支架上，故又称水泥电抗器。在发电厂中布置，随电流的大小而异，一般有水平布置，垂直布置和品字型布置等，水泥电抗器结构简单，体积大、笨重，在运中产生的热量也较大。所以电抗器置于屋内时多放在第一层，且要求通风良好。6.4 低压开关电器设备
46、君正热电电力系统中常用的低压开关有闸刀开关，接触器，磁力启动器，低压断路器。6.4.1 闸刀开关闸刀开关是一种最简单的低压开关，额定电流可达到 1500A，它只能手动操作，所以闸刀开关必须于熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时能自动切断电路。闸刀开关的分类方式很多，在结构上可以分为单极、双极和三极三种，按其操作方式可以分为中间手柄、旁边手柄和杠杆操作三种，按用途分有单掷、双掷两种。双掷用于倒换电路按灭弧结构可以不带灭弧罩和带灭弧罩两种带灭弧罩的闸刀开关可以用来切断额定电流，不带灭弧罩的闸刀开关，不能开断大的负荷电流，只能用于隔离电源或拉开小电流。此外还有一种组合式的开关电器称作刀熔开关，是用来
47、代替低压配电装置中闸刀开关和熔断器的组合电器，因此，刀熔开关既有刀开关和熔断器双重性能，在发电厂的厂用系统中被广为采用。6.4.2 接触器接触器又称电磁开关，适用于电压在 500V 以下的交直流电动机或其他操作频繁的电路中，作为远距离操作及自动控制，但不能切断短路电流和过负荷电流，因此不能用来保护电器设备，接触器种类繁多，其结构大同小异，主要由19吸持电磁铁、主触头、辅助触点及灭弧栅点及灭弧栅构成，利用电磁铁的吸力控制活动触头，使之切断或接通主电路。6.4.3 磁力启动器磁力启动器在发电厂中，一般用于 40KW 以下中小型的电动机作为启动和保护装置。启动器内装有接触器和热继电器，能利用控制按钮
48、在远方控制。当发生过负荷式，热继电器依据过电流的数值的大小，在限定的时间内将电流切断。热继电器是把两种膨胀系数不同的片状金属材料复合在一起。构成双金属片，利用热胀冷缩原理，当双金属片受热以后，由于两种金属片膨胀的程度不同而发生弯曲。通过杠杆机械传动机构，使常闭触点断开，对电路起到保护作用。6.4.4 低压短路器低压短路器又称自动开关，它既能带负荷通断电流，又能在短路、过负荷，和失压时自动跳闸.20第七章 君正热电的不足与前景趋势近年来我国煤电运紧张问题反复出现，显示了君正热电以输煤为主的能源供应方式已经难以为继。君正热电可以试着向热电联产发面发展，热电联产是大家公认的 21 世纪的清洁能源之一
49、，工业性的应用已经较为广泛，当前西方和东欧国家发展热电联产已达较高水平，由于他们起步较早，热电联产技术和政策方面都处于行业发展的前列。我国人口众多，能源消耗大，如果让 13 亿人口都过上高水平的生活，达到中等发达国家的水平，节能环保之路势在必行。尚普咨询能源行业分析师认为，我国热电联产事业虽然经过多年的发展，已有相当规模，但是目前的状况远远不能满足实际的需要，还有很大的发展空间。热电联产能有效的节约能源，在国内已被越来越多的人所认识，政府部门也确定了热电产业为优先发展的产业，国家发展改革委员会能源局编制的2010 年热电联产发展规划及 2020 年远景目标确定了我国今后热电联产的发展思路。节能减排是国家大力提倡并要求所有工厂必须做到的，于此，君正热电应试着实施热电联产。21第八章 结论通过对君正热电电力系统的探究与分析发现，大力发展新能源是优化中国能源和经济结构的现实选择。中国能源结构以煤为主体，君正热电也正是这样一个以煤为能源的发电厂，清洁能源的比重偏低。大力发展新能源，不仅可以优化能源供应结构，促进能源资源节约，提高能源转化效率，而且能够带动产业结构的优化，有利于国民经济的可持续发展。从以上我们可以看到我国电力行业的美好前景，但同时我们更应该看到我国电力行业的不发达，这就需要我们每一个电力人去努力，去奋
