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1、发电厂变电站基础知识 电是一种能量的表现形式，电已经成为工业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点：首先，它可简便的转换成另一种形式的能量。例如：工厂中的电动机，即是将电能转换为机械能，拖动各种机械，又如我日常用的电灯，是将电能转换为光能，满足照明需要。其次，电能通过高压输电线路，还可以输送很远的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门运用电进行控制，更容易实现自动化，提高产品质量和经济效率。电是一种二次能源，我国的一次能源（如煤，水力等天然能源）十分丰富，这是我国发展电能能源非常优越的物质基础。发电厂 发电厂也称为发电站，它是把其他形式的能量转换成为电能的工
2、厂。电能经过变压器和各种等级的输电线路输送并分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量，如机械能、热能、光能、化学能等。把这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。它包括从发电、变电、配电直到用电这样一个全过程。电力系统加上发电厂的动力部分，就称为动力系统。火电厂的动力部分包括汽轮机、锅炉、供热管道和热用户；水电厂的动力部分包括水库和水轮机；核电厂的动力部分包括反应堆和汽轮机。电力系统中输送和分配的部分称为电力网，它包括升、降压变压器和各种电压的输电线路。可见，电力系统是动力系统的一部分，电力网又是电力系统的一部分。分类 按一次能源的
3、不同发电厂分为火力发电厂（以煤、石油和天然气为燃 料）、水力发电厂（以水的位能作动力）、核能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂、潮汐能发电厂等。此外，还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。目前我国以火力发电厂为主，其发电量站全国总发电量的 70%以上，多处大型水力发电厂正在加紧建设中，核能发电厂的建设也已取得了重大成绩。下面仅对在国民经济中占重要地位的发电厂、水力发电厂的生产过程及特点进行介绍。水力发电厂 利用水流的动能和势能来生产电能，简称水电厂。水流量的大小和水头的高低，决定了水流能量的大小。从能量转换的观点分析，其过程为：水能机械能电能。实现这一能量转换的生产方式，一般是在
4、河流的上游筑坝，提高水位以造成较高的水头；建造相应的水工设施，以有效地获取集中的水流。水经引水机沟引入水电厂的水轮机，驱动水轮机转动，水能便被转换为水轮机的旋转机械能。与水轮机直接相连的发电机将机械能转换成电能，并由发电厂电气系统升压送入电网。建造强大的水力发电厂时，要考虑改善通航和土地灌溉以及生态平衡。水电厂按电厂结构及水能开发方式分类有引水式、堤坝式、混合式水电厂；按电厂性能及水流调节程度分类有径流式、水库式水电厂；按电厂厂房布置位置分类有坝后式、坝内式水电厂；按主机布置方式分类有地面式、地下式水电站。水力发电厂建设费用高，发电量受水文和气象条件限制，但是电能成本低，具有水利综合效益。水轮
5、机从启动到带满负荷只需几分钟，能够适应电力系统负荷变动，因此水力发电厂可担任系统调频、调峰及负荷备用。小水电 从容量角度来说处于所有水电站的末端，它一般是指容量 5 万千瓦以下的水电站。世界小水电在整个水电的比重大体在 5-6%。中国可开发小水电资源如以原统计数 7000 万 kW 计，占世界一半左右。而且，中国的小水电资源分布广泛，特别是广大农村地区和偏远山区，适合因地制宜开发利用，既可以发展地方经济解决当地人民用电困难的问题，又可以给投资人带来可观的效益回报，有很大的发展前景，它将成为中国 21 世纪前 20 年的发展热点。世界上，许多发展中国家都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于
6、小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低，在国家各种优惠政策的鼓励下，全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮，尤其是近年来，由于全国性缺电严重，民企投资小水电如雨后春笋，悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的，2003 年开始，特大水电投资项目也开始向民资开放。根据国务院和水利部的“十一五”计划和 2015 年发展规划，中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。中国小水电可开发量占全国水电资源可开发量的 23，居世界第一位。三峡水电站 火力发电厂 火力发电厂又称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能来生产电能的工厂。从能量转换的观点分析，其基本过程
7、是：化学能热能机械能电能。世界上多数国家的火电厂以燃煤为主。煤粉和空气在电厂锅炉炉膛空间内悬浮并进行强烈的混合和氧化燃烧，燃料的化学能转化为热能。热能以辐射和热对流的方式传递给锅炉内的高压水介质，分阶段完成水的预热、汽化和过热过程，使水成为高压高温的过热水蒸气。水蒸气经管道有控制地送入汽轮机，由汽轮机实现蒸气热能向旋转机械能的转换。高速旋转的汽轮机转子通过联轴器拖动发电机发出电能，电能由发电厂电气系统升压送入电网。火电厂分类 一、按燃料分类：1、燃煤发电厂。2、燃油发电厂。3、燃气发电厂。4、余热发电厂，即用工业企业的各种余热进行发电的发电厂。此外还有利用垃圾及工业废弃物作为燃料的发电厂。二、
8、按蒸汽压力和温度分：1、中低压发电厂，其蒸汽压力在3.92MPa、温度为 450的发电厂，单机功率小于 25MW。2、高压发电厂，其蒸汽压力一般为 9.9MPa、温度为 540的发电厂，单机功率小于 100MW。超高压发电厂，其蒸汽压力一般为 13.83MPa、温度为 540/540的发电厂，单机功率小于 200MW。4、亚临界压力发电厂，其蒸汽压力一般为 16.77MPa、温度为 540/540的发电厂，单机功率为300MW 直到 1000MW 不等。5、超临界压力发电厂，其蒸汽压力大于 22.11MPa、温度为 540/540的发电厂，机组功率为 600、800MW 及以上。三、按原动机分
9、：凝汽式汽轮机发电厂、燃汽轮机发电厂、内 燃机发电厂和蒸汽-燃气轮机发电厂等。四、按输出能源分：1、凝汽式发电厂，即只向外供应电能的发电厂，其效率较低，只能 30%-40%；2、热电厂，即同时向 外 供 应 电 能 和 热 能 的 发 电 厂，其 效 率 较 高，可 达60%-70%。五、按发电厂总装机容量的多少分：1、小容量发电厂，其装机总容量在 100MW 以下的发电厂。2、中容量发电厂，其装机容量在 100-250MW 范围内的发电厂。3、大中容量发电厂，其装机总容量在 250-1000MW 范围内的发电厂。4、大容量发电厂，其装机总容量在 1000MW 及以上的发电厂。火电厂燃烧系统流
10、程示意图 凝汽式汽轮机发电厂 变电站 改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低。这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。变电站 变电站(Substation）是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，变电 站主要分为：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站起变换电压作用的设
11、备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。变压器是变电站的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器即高、低压每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电站，后者用于受端变电站。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压
12、器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。电压互感器和电流互感器。它们的工作原理和变压器相似，它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。在额定运行情况下电压互感器二次电压为 l00V，电流互感器二次电流为 5A 或 1A。电流互感器的二次绕组经常与负荷相连近于短路,请注意:绝不能让其开路，否则将因高电压而危及设备和人身安全或使电流互感器烧毁。开关设备。它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统
13、正常运行情况下用来合上和断开电路故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动重合闸功能。在我国，220kV 以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。隔离开关（刀闸)的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保证安全。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关，送电时应先合隔离开关后合断路器。如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡。负荷开关能在正常运行时断开负荷电流没有断开故障电流的能力，一般与高压熔断丝配合用于 10kV 及以上电压且不经常操作的变压器或出线上。为了减少变电站的占地面积近年来积极发展六氟化硫全封闭组合电器(GIS
14、)。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中集中组成一个整体外壳充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体 积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前 765kV 已在变电站投入运行。目前，它的缺点是价格贵，制造和检修工艺要求高。变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。在变电站附近的线路上落雷时雷电波会沿导线进入变电站，产生过电压。另外，断路器操作等也会引起过电压。避雷器的作用是当过电压超过一定限值时，自动对地放电降低电压
15、保护设备放电后又迅速自动灭弧，保证系统正常运行。目前，使用最多的是氧化锌避雷器。发电厂变电站综合图 水轮机介绍 水轮机是水轮发电成套设备的主机，它与水轮发电机、调速器、励磁系统和电站控制设备配套使用，组成水力发电站的主体。水轮机是根据水的流量和水头大小进行设计和制造的，作用是将水能转变为机械功，并带动水轮发电机发电。水轮机的本体由转轮、座环、蜗 水轮机是水轮发电成套设备的主机，它与水轮发电机、调速器、励磁系统和电站控制设备配套使用，组成水力发电站的主体。水轮机是根据水的流量和水头大小进行设计和制造的，作用是将水能转变为机械功，并带动水轮发电机发电。水轮机的本体由转轮、座环、蜗壳和主轴组成。除此
16、以外，根据型号的不同，还配有附属装置和部件。不同型式的水轮机，其结构和适用范围不甚相同，应视需要选择，以取得较高的经济效益。水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入
17、导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。中小型水利发电设备已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。汽轮机基本知识 汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸
18、汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量 转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。1、汽轮机的分类 级：一列喷嘴和其后的一列动叶组成的级。单级汽轮机：只有一个级组成的汽轮机 多级汽轮机：由多个级组成的汽轮机 冲动式汽轮机：喷嘴中膨胀，动叶中做功 反动式汽轮机：喷嘴和动叶中各膨胀 50%2、汽轮机的结构 汽缸 汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量的转换过程，汽缸内安装着喷嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外连接着进汽、排汽、抽汽等管道。汽缸的高、中压段一般采用合金钢或碳钢铸造结构，低压段可根据容量和结构要
19、求，采用铸造结构或由简单铸件、型钢及钢板焊接的焊接结构。高压缸有单层缸和双层缸两种形式。单层缸多用于中低参数的汽轮机。双层缸适用于参数相对较高的汽轮机。分为高压内缸和高压外缸。高压内缸由水平中分面分开，形成上、下缸，内缸支承在外缸的水平中分面上。高压外缸由前后共四个猫爪支撑在前轴承箱上。猫爪由下缸一起铸出，位于下缸的上部，这样使支承点保持在水平中心线上。中压缸由中压内缸和中压外缸组成。中压内缸在水平中分面上分开，形成上下汽缸，内缸支承在外缸的水平中分面上，采用在外缸上加工出来的一外凸台和在内缸上的一个环形槽相互配合，保持内缸在轴向的位置。中压外缸由水平中分面分开，形成上下汽缸。中压外缸也以前后
20、两对猫爪分别支撑在中轴承箱和 1 号低压缸的前轴承箱上。低压缸为反向分流式，每个低压缸一个外缸和两个内缸组成，全部由板件焊接而成。汽缸的上半和下半均在垂直方向被分为三个部分，但在安装时，上缸垂直结合面已用螺栓连成一体，因此汽缸上半可作为一个零件起吊。低压外缸由裙式台板支承，此台板与汽缸下半制成一体，并沿汽缸下半向两端延伸。低压内缸支承在外缸上。每块裙式台板分别安装在被灌浆固定在基础上的基础台板上。低压缸的位置由裙式台板和基础台板之间的滑销固定。转子 转子是由合金钢锻件整体加工出来的。在高压转子调速器端用刚性联轴器与一根长轴连接，此节上轴上装有主油泵和超速跳闸机构。所有转子都被精加工，并且在装配
21、上所有的叶片后，进行全速转动试验和精确动平衡。转子分类见下图：套装转子：叶轮、轴封套、联轴节等部件都是分别加工后，热套在阶梯型主轴上的。各部件与主轴之间采用过盈配合，以防止叶轮等因离心力及温差作用引起松动，并用键传递力矩。中低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用套装结构。套装转子在高温下，叶轮与主轴易发生松动。所以不宜作为高温汽轮机的高压转子。整锻转子：叶轮、轴封套、联轴节等部件与主轴是由一整锻件削而成，无热套部分，这解决了高温下叶轮与轴连接容易松动的问题。这种转子常用于大型汽轮机的高、中压转子。结构紧凑，对启动和变工况适应性强，宜于高温下运行，转子刚性好，但是锻件大，加工工艺要求高，加
22、工周期长，大锻件质量难以保证。焊接转子：汽轮机低压转子质量大，承受的离心力大，采用套装转子时叶轮内孔在运行时将发生较大的弹性形变，因而需要设计较大的装配过盈量，但这会引起很大的装配应力，若采用整锻转子，质量难以保证，所以采用分段锻造，焊接组合的焊接转子。它主要由若干个叶轮与端轴拼合焊接而成。焊接转子质量轻，锻件小，结构紧凑，承载能力高，与尺寸相同、有中心孔的整锻转子相比，焊接转子强度高、刚性好，质量轻，但对焊接性能要求高，这种转子的应用受焊接工艺及检验方法和材料种类的限制。组合转子：由整锻结构套装结构组合而成，兼有两种转子的优点。联轴器 联轴器用来连接汽轮机各个转子以及发电机转子，并将汽轮机的
23、扭矩传给发电机。现代汽轮机常用的联轴器常用三种形式：刚性联轴器，半挠性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器：如右图，这种联轴器结构结构简单，尺寸小；工作不需要润滑，没有噪声；但是传递振动和轴向位移，对中性要求高。半挠性联轴器 如上图，右侧联轴器与主轴锻成一体，而左侧联轴器用热套加双键套装在相对的轴端上。两对轮之间用波形半挠性套筒连接起来，并以配合两螺栓坚固。波形套筒在扭转方向是刚性的，在变曲方向刚是挠性的。这种联轴器主要用于汽轮机发电机之间，补偿轴承之间抽真空、温差、充氢引起的标高差，可减少振动的相互干扰，对中要求低，常用于中等容量机组 挠性联轴器 通常有两种形式，齿轮式和蛇形弹簧式。这种联轴器，可
24、以减弱或消除振动的传递。对中性要求不高，但是运行过程中需要润滑，并且制作复杂，成本较高。静叶片 隔板用于固定静叶片，并将汽缸分成若干个汽室。动叶片 动叶处安装在转子叶轮或转鼓上，接受喷嘴叶栅射出的高速气流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。叶片一般由叶型、叶根和叶顶三个部分组成。叶型是叶片的工作部分，相邻叶片的叶型部分之间构成汽流通道，蒸汽流过时将动能转换成机械能。按叶型部分横截面的变化规律，叶片可以分为等截面直叶片、变截面直叶片、扭叶片、弯扭叶片。等截面直叶片：断面型线和面积沿叶高是相同的，加工方便，制造成本较低，有利于在部分级实现叶型通用等优点。但是气动性能差，主要用于短叶片。弯扭叶片
25、：截面型心的连线连续发生扭转，具有良好的拨动特性及强度，但制造工艺复杂，主要用于长叶片。叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。它应保证在任何运行条件下的连接牢固，同时力求制造简单、装配方便。叶根分类见下图：T 形叶根：加工装配方便，多用于中长叶片。菌形叶根：强度高，在大型机上得到广泛应用。叉形叶根：加工简单，装配方便，强度高，适应性好。枞树型叶根：叶根承载能力大，强度适应性好，拆装方便，但加工复杂，精度要求高，主要用于载荷较大的叶片。汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连在一起，构成叶片组。长叶片刚在叶身中部用拉筋连接成组，或者成自由叶片。围带的作用：增加叶片刚性，改变叶片的自振频率，
26、以避开共振，从而提高了叶片的振动安全性；减小汽流产生的弯应力；可使叶片构成封闭通道，并可装置围带汽封，减小叶片顶部的漏气损失。拉筋：拉筋的作用是增加叶片的刚性，以改善其振动特性。但是拉筋增加了蒸汽流动损失，同时拉筋还会削弱叶片的强度，因此在满足了叶片振动要求的情况下，应尽量避免采用拉筋，有的长叶片就设计成自由叶片。汽封 转子和静体的间的间隙会导致漏汽，这不仅会降低机组效率，还会影响机组安全运行。为了防止蒸汽泄漏和空气漏入，需要有密封装置，通常称为汽封。汽封按安装位置的不同，分为通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封。轴承 轴承是汽轮机一个重要的组成部分，分为径向支持轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重力并且确定转子在汽缸中的正确位置。1、多有楔轴承（三油楔、四油楔）：轻载、耗功大，高速小机 2、圆轴承：可承重载，瓦温高 3、椭圆轴承：可承重载 4、可倾瓦轴承：2、4、5、6 瓦块轴承，稳定性好，承载范围 大，耗油量较大 5、推力轴承：）固定瓦块式：承载能力小，用于小机组 2）可倾瓦块式：密切尔式：瓦块背面线接触 金斯伯里式：瓦块背面点接触