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1、水电站组成和生产过程水电站组成和生产过程 我国水资源情况我国水资源情况 uu我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量 为为2800028000亿立方米，占全球水资源的亿立方米，占全球水资源的6 6，仅次于，仅次于 巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均 只有只有22002200立方米，仅为世界平均水平的立方米，仅为世界平均水平的1 14 4、美、美 国的国的1 15 5，在世界上名列，在世界上名列121121位，是全球位，是全球1313个人个人 均水资源最贫乏的国家之一。均水资源最贫乏的国家之一。 我国水
2、资源情况我国水资源情况 uu我国水能资源我国水能资源6.766.76亿亿kwkw，其中可开发利用，其中可开发利用 的约为的约为3.793.79亿亿kwkw。均居世界首位。均居世界首位。 引入引入 n水电厂像其他工厂一样，要完成生产，需 要原料，加工设备，并通过对加工设备的 操作控制，使之加工出所需要的产品。 n对水电厂而言，其原料是水，基本加工设 备是水轮发电机组，输出产品是电能，下 面就让我们一起来了解一下水电厂是如何 实现由水变电这一生产工程的。 电力生产的特点电力生产的特点 nl）电力生产的同时性 发电、输电、供电是同时完成的,电能不能大量储存,必须用多少,发多少。 n2）电力生产的整体
3、性 发电厂、变压器、高压输电线路、配电线路和用电设备在电网中形成一个不 可分割的整体,缺少任一环节,电力生产都不可能完成,相反,任何设备脱离电网 都将失去意义。 n3）电力生产的快速性 电能输送过程迅速,其传输速度与光速相同, 达到每秒30万公里,即使相距几 万公里,发、供、用都是在一瞬间实现。 n 4）电力生产的连续性 电能的质量需要实时、连续的监视与调整。 n 5）电力生产的实时性 电网事故发展迅速,涉及面大,需要实时安全监视。 n6）电力生产的随机性： 由于负荷变化、异常情况及事故发生的随机性，电能质量的变化是随机的， 因此，在电力生产过程中，需要实时调度，并需要实时安全监控系统随时跟
4、踪随机事件，以保证电能质量及电网安全运行。 水电站生产过程水电站生产过程 原料 加工设备 对设备的控制 产品 水 水轮发电机组 控制系统 电能 水电站生产过程水电站生产过程 水 主阀 水轮机 发电机 电能 河流：拦河筑坝、引水 快速闸门、蝶阀、球阀 水能转换为机械能 机械能转换为电能 电能送入电力市场 水电站生产的特点水电站生产的特点 水电厂 火电厂 1、一次能源储备 水量储存燃料储存 2、机组启动速度 快慢 3、负荷增减速度 快慢 4、系统中的作用 调频、调峰、调压基荷、电压 支撑 5、运行成本 低（建设成本高）高 6、距离负荷中心 远一般较近 7、季节的影响 大小 水电站能量转换过程水电站
5、能量转换过程 n n 水流冲击水轮机转轮，将水流冲击水轮机转轮，将水能水能转换为水轮机轴上转换为水轮机轴上 的旋转的旋转机械能机械能并通过大轴传递给发电机。并通过大轴传递给发电机。 n n 发电机通过发电机通过电磁感应原理电磁感应原理将大轴上的旋转将大轴上的旋转机械能机械能 转换为转换为电能电能 n n 发电机工作的基本原理发电机工作的基本原理电磁感应原理电磁感应原理 导线导线 切割磁力线将感生电势，闭合导线将便有了电流切割磁力线将感生电势，闭合导线将便有了电流 。 n n 电枢绕组庞大，故工程上采用磁力线移动去切割电枢绕组庞大，故工程上采用磁力线移动去切割 固定不动的电枢绕组；固定不动的电枢
6、绕组； n n 磁力线由电磁铁产生，为了得到电磁铁，必先磁力线由电磁铁产生，为了得到电磁铁，必先 得到直流电源得到直流电源励磁励磁 水轮发电机组将机械能转化为电能的物理过程 n n 当定子绕组流过三相交流电以后产生一个当定子绕组流过三相交流电以后产生一个 旋转磁场，该磁场的转速称为同步转速（旋转磁场，该磁场的转速称为同步转速（ 发电机的频率及磁极对发电机的频率及磁极对P P数确定后，同步转数确定后，同步转 速即已确定速即已确定N=60f/pN=60f/p），这个磁极与转子磁），这个磁极与转子磁 极产生相互作用力，二者之间的角度决定极产生相互作用力，二者之间的角度决定 了力的大小（发出有功负荷的
7、大小）和性了力的大小（发出有功负荷的大小）和性 质（发电机或电动机）质（发电机或电动机） 水电站能量转换过程水电站能量转换过程 发电机 空转 空载发电 水能机械能 机械能电能 电能送出 水电站生产过程水电站生产过程 n n 定义：水电站是利用水能资源发电的场所定义：水电站是利用水能资源发电的场所 ，是水、机、电的综合体。将，是水、机、电的综合体。将水能水能转换为转换为 电能电能的综合工程设施的综合工程设施 。 水电站生产过程水电站生产过程 n水能的基本要素是流量、水头。当水具有 一定的流量、水头以后，我们说水具有了 一定的能量。 nN=9.81QH n由此可知发电必须要具有水头和流量 水电站生
8、产过程水电站生产过程 n但是水流的水头沿天然河流沿程分布时， 我们无法使用，需要将水头集中以后才利 于我们使用。按集中水头的方法，可以将 水电厂分为三种类型： 水电站类型水电站类型 n坝式水电厂 就是拦河筑坝集中水头，又可 以分为河床式和坝后式。 优点：有调节能力和可以综合用。 缺点：水淹面积大；泥沙淤积。 坝后式水电站 水电站类型水电站类型 n引水式水电厂是用引水道集中水头的电站 称为引水式水电站。 引水方式：明渠、无压遂洞、有压遂洞 缺点：无调节能力，属径流式。 引水式水电厂（有压） 引水式水电厂（无压） 水电站类型水电站类型 n混合式水电站将上两种形式相结合。是由 坝和引水道分别集中一部
9、分水头，电站的 总水头等于这两部分之和。 水电站组成水电站组成 水工建筑物水工建筑物 水轮发电机组水轮发电机组 励磁系统励磁系统 调速系统调速系统 油水汽三大辅助系统油水汽三大辅助系统 计算机监控系统计算机监控系统 继电保护继电保护 安全自动化装置安全自动化装置 配电装置配电装置 直流系统直流系统 厂用电系统厂用电系统 水工建筑物水工建筑物 n n 挡水建筑物挡水建筑物 n n 引水建筑物引水建筑物 n n 输水建筑物输水建筑物 n n 泄水建筑物泄水建筑物 挡水挡水建筑物建筑物 uu挡水建筑物就是大坝。挡水建筑物就是大坝。 uu作用：拦截河流的水，用以形成水库，积作用：拦截河流的水，用以形成
10、水库，积 蓄水量，抬高水位、集中落差，造成水力蓄水量，抬高水位、集中落差，造成水力 发电的基本条件发电的基本条件流量、水头。流量、水头。 挡水挡水建筑物型式建筑物型式 大坝 土坝 混凝土重力坝 拱坝 支墩坝 堆石坝 引水建筑物引水建筑物 uu引水建筑物是指从水库或河道中将所需要引水建筑物是指从水库或河道中将所需要 利用的水引入水电站而造成的水工建筑物利用的水引入水电站而造成的水工建筑物 。 uu对引水建筑物的基本要求：保证水电站所对引水建筑物的基本要求：保证水电站所 需的足够水量，不能使泥沙、漂浮物等进需的足够水量，不能使泥沙、漂浮物等进 入引水隧洞。入引水隧洞。 uu附加设备：拦污栅、工作闸
11、门、检修闸门附加设备：拦污栅、工作闸门、检修闸门 、档沙坎。、档沙坎。 引水建作用引水建作用 uu拦污栅拦污栅拦截杂物，避免使其进入压力拦截杂物，避免使其进入压力 管道管道 uu工作闸门工作闸门开启、关闭进水口开启、关闭进水口 uu检修闸门检修闸门用于检修工作闸门用于检修工作闸门 uu档沙坎档沙坎拦截泥沙拦截泥沙 输水建筑物输水建筑物 n n 输水建筑物由引水隧洞、调压井和压力管输水建筑物由引水隧洞、调压井和压力管 道等组成道等组成 n n 阻抗式调压井定义：在圆筒式调压井的底阻抗式调压井定义：在圆筒式调压井的底 部设置阻力孔并与隧洞及压力钢管连接的部设置阻力孔并与隧洞及压力钢管连接的 调压调
12、压井。调压调压井。 调压井的作用调压井的作用 n n 由于发电站的引水管道较长，当机组运行由于发电站的引水管道较长，当机组运行 中突然甩负荷关闭导叶时，由于水流的惯中突然甩负荷关闭导叶时，由于水流的惯 性作用，有很大的水锤效应，易损毁发电性作用，有很大的水锤效应，易损毁发电 设备，如无调压井，水锤会击毁导水叶和设备，如无调压井，水锤会击毁导水叶和 其它过流部件。其它过流部件。 n n 调压井的作用调压井的作用 A A、让水锤有一个释放的通道，以减小过流部、让水锤有一个释放的通道，以减小过流部 件的压力及水位波动，平稳水头。件的压力及水位波动，平稳水头。 调压井的作用调压井的作用 n n B B
13、、阻挡杂物进入压力水管和水轮机。调压、阻挡杂物进入压力水管和水轮机。调压 井中的流速较低，可以使泥沙沉降。井中的流速较低，可以使泥沙沉降。 n n C C、在调压井中设置快速闸门，可以对压力、在调压井中设置快速闸门，可以对压力 钢管进行检修。钢管进行检修。 泄水建筑物泄水建筑物 uu泄水建筑物：用以宣泄洪水及其他多余水量泄水建筑物：用以宣泄洪水及其他多余水量 的建筑物，同时可以用来排泥沙及其漂浮物的建筑物，同时可以用来排泥沙及其漂浮物 等。等。 引水电站水流路径引水电站水流路径 水库 进水口 压力隧洞 调压井 压力钢管 蝶阀 蜗壳 水轮机转轮 尾水 水轮发电机组水轮发电机组 n n 水轮发电机
14、组：实现能量转换的装置。水轮发电机组：实现能量转换的装置。 n n 发电机的分类发电机的分类 （1 1）同步异步）同步异步 （2 2）立轴横轴）立轴横轴 （3 3）悬式伞式）悬式伞式 发电机的损耗和散热发电机的损耗和散热 铜损、铁损、机械损耗、附加损耗，风冷、氢冷铜损、铁损、机械损耗、附加损耗，风冷、氢冷 、水冷。、水冷。 n n 水轮机分类水轮机分类 （1 1）冲击式水轮机（利用水流的动能来做功）：水斗、斜击、双击。）冲击式水轮机（利用水流的动能来做功）：水斗、斜击、双击。 （2 2）反击式水轮机（利用水流的压能和部分动能来做功），叶片正反面）反击式水轮机（利用水流的压能和部分动能来做功），
15、叶片正反面 的压力差：轴流、混流、斜流、贯流。的压力差：轴流、混流、斜流、贯流。 （3 3）可逆式水轮机：混流、轴流、斜流。）可逆式水轮机：混流、轴流、斜流。 励磁系统励磁系统 n n 励磁系统：提供发电机磁场电流的装置，励磁系统：提供发电机磁场电流的装置， 包括所有调节与控制元件，还有磁场放电包括所有调节与控制元件，还有磁场放电 或灭磁装置及保护装置或灭磁装置及保护装置 n n 励磁系统由功率单元、励磁系统由功率单元、 调节单元、灭磁单元组成。调节单元、灭磁单元组成。 励磁系统作用励磁系统作用 n维持发电机或系统电压水平； n并列运行机组间合理分配无功负荷； n提高发电机静稳定极限； n提高
16、系统动稳水平； n发电机故障时快速灭磁。 调速系统调速系统 n n 调速系统：根据水轮发电机组转速偏差的检测以调速系统：根据水轮发电机组转速偏差的检测以 开关水轮机导水机构控制进入水轮机的流量来调开关水轮机导水机构控制进入水轮机的流量来调 节水轮机转速和出力的设备。节水轮机转速和出力的设备。 n n 调速器用来控制液压接力器的动作，通过改变搭调速器用来控制液压接力器的动作，通过改变搭 接在水轮机周围的导叶的开度这一途径来调节进接在水轮机周围的导叶的开度这一途径来调节进 水量或切断水流。水量或切断水流。 n n 流量的调节过程为：调节命令流量的调节过程为：调节命令调速器调速器液压液压 接力器接力器导叶传动机构导叶传动机构导叶开度改别导叶开度改别
