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1、水电电厂设备设备 的组组成 结结构和基本原 理 2017 目录 Contents 01 02 03 04 水机设备组成及用途 电气设备组成及基本原理 辅助设备组成及作用 水电站基本类型 01 水电站基本类型 河床式 水电站 水电站基本类型 河床式水电站的引用流量一般较大 属于低水头头大流量型水电电站 其特点是 厂房与坝一起建在河床上 厂房本身承受上游水压力 并成为挡 水建筑物的一部 分 一般不设专门 的引水管道 水流直接从厂房上游进水口进入水轮机 坝后式 水电站 水电站基本类型 坝后式水电站一般修建在河流中上游的山区峡谷地段 受水库淹没限制相对较 小 所以坝可建得较高 水头也较大 由于水头较
2、高 厂房不能承受上游过大水压 力而建在坝后 坝下游 其特点是 水电站厂房布置在坝后 厂坝之间常用缝 分开 上游水压力全部由坝承担 坝内式 水电站 水电站基本类型 坝内式水电站是指将厂房布置在拦河坝体内部 采用如此布置主要是由于河谷狭 窄不足以布置坝后式厂房 而坝高足够允许在坝内留出一定大小的空腔布置厂房 由于坝内式水电站的厂房布置在溢流坝内 坝体内部的空腔削弱了坝体强度 并使得坝体应力复杂化 由于厂房尺寸受到坝体尺寸的限制 因此此类水电站的 机电设备选择 在尺寸上也受到相应的限制 引水式 水电站 水电站基本类型 发电 用水来自较长 的引水道 厂房远离挡水和进水建筑物 厂房上游不承受水压 力 厂
3、房布置在引水系统末端的的河岸上 由于厂房布置在地面的河岸上 因此称 为引水河岸式水电站 抽水蓄 能电站 水电站基本类型 抽水蓄能电站可认为 是一种特殊类 型的水电站 水电机组具备启停迅 速 运行灵活 适宜担任调峰 调 频和事故备用负荷等特点 而抽水 蓄能机组可将水电机组上述特点发 挥到极致 抽水蓄能电站不是为了 开发水能资源向系统提供电能 而 是以水体为贮 能介质 对电 力系统 起到调节 作用 抽水蓄能电站包括 抽水蓄能和放水发电 两个过程 它 有上下两个水库 一般用压力管道 相连 蓄能电站厂房建在离下水库 不远的地下山体内 在系统负 荷低 谷时 利用系统多余的电能带动泵 站机组 电动 机 水
4、泵 将下库的 水抽到上库 以水的势能形式储存 起来 当系统负 荷高峰时 将上库 的水放下来推动水轮发电 机组 水 轮机 发电 机 发电 以补充系统 中电能的不足 由于抽水蓄能电站 较之常规水电站可运行的工况更多 因此其在对电 力系统的调节 功能 上更为灵活 02 水机设备组成及用途 水机设备组成及用途 水轮机 调速器 水机设备 组成 主阀 水轮机的类型和应用范围 1 水轮机 水轮机的基本类型 常见水轮机的特点和应用范围 水轮机参数 和型号 立式混流式水轮机构成部件的介绍 转轮 导水机构 引水机构 泄水部件及其他部件 水机设备组成及用途 水轮机按工作原理 分为两大类 即反击 式水轮机和冲击式水
5、轮机 1 反击式水轮机 转 轮利用水流的压力能 和动能做功的水轮机 称为反击式水轮机 2 冲击式水轮机 转轮只利用水流的动 能作功的水轮机称为 冲击式水轮机 水机机的基本类型 常见水轮机的特点及应用范围 转轮型式一般适应水头 m 特点 混流式25 450 结构简单 运行可靠 效率高 应用水头范围广 一般适用于中高水头水 电站 轴流定桨式3 50结构简单 但高效率区范围较窄 适用于负荷及水头边幅较小的水电站 轴流转桨式2 88 结构较为复杂 由于导叶和桨页能双重调节 因此具有较大范围的高效率 区 适用于低水头 大流量和负荷变化较大的水电站 斜流式40 200 也可实现导叶和转轮叶片双重调节 具有
6、较宽的高效率区 但结构复杂 造价较高 一般用于大 中型水电站 贯流式2 30一般具有较高的效率 适用于低水头 大流量的河床式水电站 水斗式40 2000适用于高水头 小流量的水电站 斜击式25 300一般适用于中小型水电站 双击式5 150结构简单 制造方便 但效率低 一般适用于小型水电站 可逆混流式水泵水轮机50 700 适用于抽水蓄能电站 兼有水轮机和水泵的特点 可实现双向旋转使得水 流方向相反 从而实现水轮机和水泵的功能 水轮机产品型号由三部分组成 各部分用一短线分开 水轮机型号排列顺序如下 水轮机的型号的含义 例 HL180 LJ 550 表示混流式水轮机 转轮型号为180 立轴 金属
7、蜗壳 转轮公称直径为550cm 转轮是水轮机将水流能量转变为旋转机械能的核心部件 要求转轮具有良好的水力性能 足够的强度和刚度 混流式水轮机转轮一般有上冠3 叶片4 下环7 止漏装置2和6 泄水锥5和减压装置1组成 立式混流式水轮机构成部件 转轮 导水机构的主要组成部分包括顶盖 底环 控制环 导叶 导叶套筒 导叶传动机构 包括导叶臂 连杆 连 接板 和接力器等部件 立式混流式水轮机构成部件 导水机构 控制环环 导导叶连连杆 活动导动导叶 导导叶套筒 顶顶盖 底环环 作用 调节调节 通过过机 组过组过 流系统统的水的 流量 达到控制机 组转组转 速的目的 混流式水轮机的引水部件主要由金属蜗壳 座
8、环和基础环组成 水轮机的泄水部件主要由尾水管 泄水锥组成 立式混流式水轮机构成部件 引水部件及泄水部件 引水部件作用 以 较较小的水力损损失把 水流均匀地 对对称 地引入导导水部件 并在进进入导导叶前形 成一定的环环量 泄水部件作用 引导导水流进进 入下游 尾水管同时还时还 在转转 轮轮后形成真空 利用转轮转轮 出 口到下游尾水之间间的位能 恢复转轮转轮 出口处处的部分动动能 损损失 以提高效率 主轴 主轴是水轮机的主要部件之一 它的一端于发电机连接 另一端接水轮机转轮 它的作 用是将水轮机的旋转机械能传递给发电机 从而带动发电机转子旋转 立式混流式水轮机构成部件 其他部件 主轴密封 主轴密封
9、是用以减少主轴与 固定部件之间漏水的装置 是水轮机正常 工作的重要保护装置 水轮机导轴承 导轴承是保持主轴中 心位置 并承受径向力的轴承 水轮机 导轴承的主要作用是承受机组运行中主 轴传来的径向力和振摆力 约束主轴轴 线位置 转子连接 法兰 推力轴承 配合面 水导轴承 配合面 缸体连 接法兰 另外水轮机还具有补气装置和真空破坏阀 等部件 水轮机的进水蝶阀系统 2 进水阀 系统的构成 用途与特点 主要组成部分说明 液压系统 液压系统的构成 部分元器件原理 水机设备组成及用途 水轮机进水蝶阀系统 系统的构成 当机组甩负荷又恰逢调速器发生故障不能动作时 进水阀可以在动水情况下关 闭 切断水流 防止机
10、组过速的时间超过允许值 避免事故扩大 检修水轮机时 用以截断水流 当机组长时间停机时 关闭进水阀 可大幅度减少导叶漏水量 当机组暂时停运时 不需关闭引水管进水闸门 只需关闭进水阀 以便引水管 保持充水 使机组能快速启动 当电站由一根总引水管引水 同时供给几台机组发电时 如果其中一台机组需 要检修 这时只需关闭该机的进水阀 而不会影响其他机组的正常运行 水轮机进水蝶阀系统 用途与特点 用途 特点 阀门在全关位置设有液压锁锭装置和机械锁锭装置 防止检修水轮机时因 误操作阀门发生意外事故 阀门全开到位后主接力器采用保压措施 保压电 磁球阀动作提供液压持住力保证蝶阀处在全开位置 控制系统以 PLC 可
11、编程控制器 为核心 可就地操作进水阀 旁通阀的 开和关 也可由中控室对整个进水阀系统进行自动控制 水轮机进水蝶阀系统 主要组成部分说明 进水阀主体 水轮机进水蝶阀系统 主要组成部分说明 旁通阀 在主阀开启前 上游压力水通过旁通管路向蜗壳充水平压 正常工作时 检 修阀处于常开状态 当旁通系统检修时 检修阀处于关闭状态 排气阀 当开启或关闭主阀时 空气阀自动对管路进行排气或补气 正常工作时 检修阀处于常开状态 检修空气阀时 检修阀处于关闭状态 平压检测装置 当阀门开启时 差压控制器用来检测上下游的压力差 将其开关量信号 传至控制柜 并入阀门的开关程序中 水轮机进水蝶阀系统 工作程序 水轮机进水蝶阀
12、液压系统 构成 水轮机进水蝶阀液压系统 蓄能器 工作原理 囊内装氮气 囊外充液 压油 当油泵将液压油压入蓄能器 壳体 4 内时皮囊就受压变形 气体 体积随压力增加而减少 液压油被 逐渐储存 若液压系统工作需要液 压油时 则蓄能器将液压油排出 充气步骤 蓄能器上面孔充氮气 先打开上盖 1 然后把充氮工具的 出口接头装在充气阀 2上 把充氮 工具的进口接头装在氮气瓶上 打 开氮气瓶上的截止阀 氮气就进入 蓄能器皮囊 3 内 充氮压力 8 9MPa 用充氮工具或充氮小车 充入 蓄能器下面孔进液压油 水轮机调速器系统 3 调速器 系统的构成 用途与特点 主要组成部分说明 油压装置系统 液压系统的构成
13、部分元器件原理 水机设备组成及用途 水轮机调速器系统 调速器 水轮机调节的定义 随着电力系统负荷变化 水轮机相应地改变导叶开度 使水轮机组转速维持在某一预定值 或按某一预定 的规律变化 这一过程称为水轮机调节 调节实质 调节转速 水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器 水轮机 导水机构 调速器 水轮机自动调节系统 调节调节流量Q的途径 反击式 通过改变导叶开度 同时改变桨叶片转角 冲击式 通过改变喷嘴开度 水轮轮机调节调节的作用 能自动调节 水轮发电 机组的转速 使其保持在额定转速允许偏差内运转 以满足电网对频率质量的要 求 能使水轮发电 机组自动或手动快速启动 适应电网负荷的增减 正常停机
14、或紧急停机的需要 当水轮发电 机组在电力系统中并列运行时 调速器能自动承担预定的负荷分配 使各机组能实现经济 运行 水轮机调速器系统 调速器基本组成 1 测量元件 在调速器中主要是测量机组转速 微调 中以硬 软件结合进行数字测频 2 综合元件 将测频元件 反馈元件送来的信号加以 综合 并将综合后的信号作为调节信号送给放大元件 微 调中是由软件来控制 3 放大元件 将综合元件送来的调节信号加以放大 以操作执行元件 微调中由电路与液压部分联合完成 4 执行元件 根据放大后的调节信号 操作导水机构 改变导叶开度 执行元件一般均指水轮机接力器 5 反馈元件 用于保证调节的适度性和稳定性 微调 中均采用
15、位移传感器完成信号反馈 水轮机调速器系统 调速器压油装置 03 电气设备组成及基本原理 电气 设备 水轮发电机 主变压器 配电装置 厂用电系统 电气设备组成及基本原理 1 发电机 发电机基本原理 发电机主要部件及原理 水机设备组成及用途 水轮发电机 工作原理 水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机 水流经过水轮机时 将水能转换成机 械能 水轮机的转轴又带动发电机的转子 将机械能转换成电能而输出 是水电站生产电能的主要动力 设备 通过电刷和滑环的滑动接触 将励磁系统产生的直流电引 入转子励磁绕组 产生恒稳的磁场 当转子被原动机带动旋转 后 定子绕组 也称电枢绕组 不断切割磁力线
16、就在其中感 应出电动势来 感应电动势的方向由右手定则确定 由于导线 有时切割N极 有时切割S极 因而感应出的是交流电动势 转子不停地旋转 A B C三相绕组先后切割转子磁场的 磁力线 所以在三相绕组中电动势 的相位是不同的 依次差 120 相序为A B C 当发电机带上负荷后 三相定子绕组中的定子电流 电枢 电流 将合成产生一个旋转磁场 该磁场于转子以同速度 同方向旋转 这就叫同步发电机 水电电站中的发电发电 机都是同步发电发电 机 发电机原理 水轮发电机 主要组成部件 定子 定子铁铁芯 定子绕组绕组 引出线线 定子机座 空冷器 定子是水轮发电机的固定 部件之一 它主要由机座 铁 芯 绕组以及引出线等其它部 件组成 1 定子机座 主要作用是 固定定子以及承重 2 定子铁芯 定子铁芯是 水轮发电机磁路的主要通道 由于定子铁芯中存在交变磁通 才在定子绕组上感应出交变 电流 因此 把定子铁芯称为 磁电交换元件 并在铁芯齿槽 中固定定子绕组 3 定子绕组 定子绕组的 作用是 当交变磁场切割绕组 时 便在绕组中产生交变电动 势和交变电流 从而完成水能 机械能 电能的最终转换 水轮发电机 主要组成
