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1、水电站、变电站水电站、变电站 综合自动化系统综合自动化系统基础知识培训教材基础知识培训教材培培 训训 内内 容容一、水电站的类型； 二、水轮机的类型； 三、闸门的类型； 四、水轮发电机； 五、变压器（主变、厂用变、励磁变）； 六、断路器； 七、隔离开关； 八、PT(TV)、CT(TA)； 九、调速器； 十、励磁系统； 十一、上位机系统； 十二、主接线图。一、水电站的类型一、水电站的类型1 1、坝式水电站、坝式水电站 2 2、河床式水电站、河床式水电站 3 3、引水式水电站、引水式水电站 4 4、储能水电站、储能水电站 5 5、虹吸式水电站、虹吸式水电站1 1、坝式水电站、坝式水电站 坝式水电站
2、坝式水电站 靠坝来集中靠坝来集中 水头水头 ； 水电站厂房水电站厂房 位于非溢流位于非溢流 坝坝趾处坝坝趾处 。 如丹江口水如丹江口水 电站、三峡电站、三峡 水电站水电站丹江口水电站丹江口水电站坝式水电站结构坝式水电站结构2 2、河床式水电站、河床式水电站 位于河床内的水电站厂房本身起挡位于河床内的水电站厂房本身起挡 水作用水作用 ，从而成为集中水头的挡，从而成为集中水头的挡 水建筑物之一水建筑物之一 ； 一般见于河流中、下游，水头较低一般见于河流中、下游，水头较低 ，流量较大，流量较大 ； 如广西西津水电站如广西西津水电站 西津（河床式）水电站西津（河床式）水电站西津（河床式）水电站平面布置
3、图西津（河床式）水电站平面布置图西津（河床式）水电站厂房横剖面图西津（河床式）水电站厂房横剖面图 3 3、引水式水电站、引水式水电站引水式水电站的引水道较长，并用来集引水式水电站的引水道较长，并用来集 中水电站的全部或相当大一部分水头。中水电站的全部或相当大一部分水头。根据引水道中的水流是有压流或明流，根据引水道中的水流是有压流或明流， 又分为又分为有压引水式有压引水式水电站及水电站及无压引水式无压引水式水水 电站这种水电站常见于流量小、坡降大电站这种水电站常见于流量小、坡降大 的河流中、上游或跨流域开发方案，最高的河流中、上游或跨流域开发方案，最高 水头已达水头已达1767m1767m（奥地
4、利莱塞克水电站）（奥地利莱塞克水电站） ，我国广西天湖水电站最大静水头也达，我国广西天湖水电站最大静水头也达 1074m1074m。 广西天湖水电站（引水式广西天湖水电站（引水式 ）有压引水式水电站示意图有压引水式水电站示意图 无压引水式水电站示意图无压引水式水电站示意图 红岩水电站（引水式）红岩水电站（引水式）4 4、储能水电站、储能水电站 晚上电能负荷晚上电能负荷 小，电能多，小，电能多， 用来抽水储能用来抽水储能 ； 白天发电白天发电5 5、虹吸式水电站、虹吸式水电站二、水轮机的类型二、水轮机的类型1 1、反击式、反击式 2 2、 冲击式冲击式混流式混流式 水斗式水斗式轴流式轴流式 斜击
5、式斜击式斜流式斜流式 双击式双击式贯流式贯流式混流式水轮机混流式水轮机 水流径向流入转轮，轴向流出。水流径向流入转轮，轴向流出。 适用范围：适用范围：H=30700 m H=30700 m 单机容量：几万单机容量：几万kWkW几十万几十万kW kW 优点：适用范围广，结构简单，优点：适用范围广，结构简单， 运行稳定，效率高，适用高水头运行稳定，效率高，适用高水头 小流量电站。（刘家峡）小流量电站。（刘家峡）混流式水轮机混流式水轮机混流式水轮机的工作原理混流式水轮机的工作原理导叶结构示意图导叶结构示意图 导叶导叶转盘转盘导叶操作结构图导叶操作结构图轴流式水轮机轴流式水轮机 水流沿转轮轴向流入，轴
6、向流出，水流方向水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向 始终平行于主轴。始终平行于主轴。 轴流定浆式：轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动叶片不能随工况的变化而转动 。改变叶片转角时需要停机进行。改变叶片转角时需要停机进行。 结构简单结构简单 ，效率低。适用，效率低。适用H H、QQ变化不大的情况（工变化不大的情况（工 况较稳定），况较稳定）， H H：350m350m。 轴流转浆式：轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，叶片能随工况的变化而转动， 进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。适进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。适 用水头流量的变化，高效率区广，大中型电用水头流量的变化，高效率区广
7、，大中型电 站多采用。站多采用。 H H：380m380m。（葛洲坝：。（葛洲坝：1717万万 kWkW、12.512.5万万kWkW，Hr=27mHr=27m）。）。 轴流定浆式水轮机轴流定浆式水轮机 叶片不能随工况的叶片不能随工况的 变化而转动。改变变化而转动。改变 叶片转角时需要停叶片转角时需要停 机进行。机进行。 结构简单结构简单 ，效率低。适用，效率低。适用H H、 QQ变化不大的情况（变化不大的情况（ 工况较稳定），工况较稳定）， H H ：350m350m。轴流定浆式水轮机工作原理轴流定浆式水轮机工作原理轴流转浆式水轮机轴流转浆式水轮机 转轮叶片可以转转轮叶片可以转 动（双调），
8、动（双调），H H 、N N变化时，水变化时，水 轮机具有较高的轮机具有较高的 效率。效率。转浆式水轮机叶片转浆式水轮机叶片斜流式水轮机斜流式水轮机 水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动， 该种水轮机的特点是：斜流式水轮机一般都是转浆式，比该种水轮机的特点是：斜流式水轮机一般都是转浆式，比 轴流式水轮机适应的水头较高，功率较大，效率也较高，轴流式水轮机适应的水头较高，功率较大，效率也较高， 应用较广。应用较广。 H=40120mH=40120m。斜流式水轮机工作原理斜流式水轮机工作原理 水流进出转轮叶片时均与水轮机主轴水流进出转轮叶
9、片时均与水轮机主轴 成一倾斜角，故称为斜流式水轮机。成一倾斜角，故称为斜流式水轮机。 贯流式水轮机贯流式水轮机 水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗 壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾 水管出口都是轴向的。水管出口都是轴向的。H20m,H20m,小型河床电小型河床电 站。站。 全贯流式：全贯流式： 发电机转子安装在转轮外缘。发电机转子安装在转轮外缘。 优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑优点：水力损失小，过流量大，结构紧凑 。 半贯流式：半贯流式： 轴伸式、竖井式、灯炮式。轴伸式、竖井式、灯炮式。贯流式水轮机结构图贯流式
10、水轮机结构图灯泡贯流式水轮机剖面图灯泡贯流式水轮机剖面图灯泡贯流式水轮机灯泡贯流式水轮机轴伸式贯流水轮机轴伸式贯流水轮机立式贯流式水轮机立式贯流式水轮机冲击式水轮机冲击式水轮机 由喷管和转轮组成。水流由喷管和转轮组成。水流 以自由水流的形式以自由水流的形式(P=Pa)(P=Pa)冲击冲击 转轮，利用水流动能转轮，利用水流动能(V(V方向、方向、 大小改变大小改变) )产生旋转力矩使转轮产生旋转力矩使转轮 转动。在同一时刻内，水流只转动。在同一时刻内，水流只 冲击着转轮的一部分，而不是冲击着转轮的一部分，而不是 全部。全部。冲击式水轮机冲击式水轮机 (1)(1)、水斗式：水斗式：特点是由喷泉嘴出
11、来的射流特点是由喷泉嘴出来的射流 沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗作功。 适用适用H H：1002000m1002000m；使用最广泛（高水；使用最广泛（高水 头，小流量）。头，小流量）。 (2)(2)、斜击式：斜击式：H H：25300m25300m。 斜击、双斜击、双 击水轮机构造简单，效率低，击水轮机构造简单，效率低， (3)(3)、双击式：双击式：H H：580m580m。 多用于小多用于小 型电站。型电站。水斗式冲击水轮机水斗式冲击水轮机双双 喷喷 嘴嘴 水水 斗斗 式式 水水 轮轮 机机水斗式冲击水轮机水斗式冲击水轮机冲击式水轮机的喷嘴冲击式水轮机
12、的喷嘴斜击式水轮机斜击式水轮机双击式水轮机双击式水轮机水轮机的水头与比转速水轮机的水头与比转速类别类别类别类别使用水使用水头头头头比比转转转转速速(r/min)(r/min)小型小型大、中型大、中型冲冲 击击击击 式式反反 击击击击 式式水斗式水斗式大于大于100100大于大于30030010-35(10-35(单喷单喷单喷单喷 嘴嘴) )斜斜击击击击式式203002030030703070轴轴轴轴流式流式定定桨桨桨桨式式370370200800200800转桨转桨转桨转桨 式式380380200800200800贯贯贯贯流式流式定定桨桨桨桨式式小于小于2020600-1000600-1000
13、转桨转桨转桨转桨 式式小于小于2020600-1000600-1000混流式混流式5-2005-20030-70030-7005030050300斜流式斜流式定定桨桨桨桨式式40-12040-120150350150350转桨转桨转桨转桨 式式40-12040-120150350150350比转速：比转速：在在lmlm水头下发出水头下发出1kW1kW功率时的转速功率时的转速 三、水轮发电机三、水轮发电机发电机的原理发电机的原理导体在导体在 磁场中运磁场中运 动，在导动，在导 体中会产体中会产 生电流。生电流。二极同步发电机二极同步发电机四极同步发电机四极同步发电机水轮发电机水轮发电机水轮发电机
14、水轮发电机立式立式 水轮发水轮发 电机电机水轮发电机水轮发电机卧式水卧式水 轮发电机轮发电机发电机的画法发电机的画法四、水电站的闸门四、水电站的闸门闸门的类型闸门的类型闸门主要有三种类型闸门主要有三种类型 ： 1 1、蝴蝶阀（蝶阀）、蝴蝶阀（蝶阀） 2 2、闸阀、闸阀 3 3、球阀、球阀1 1、蝶阀、蝶阀 150M150M以下中低水头用以下中低水头用 外形尺寸小，重量较轻外形尺寸小，重量较轻 ，价格便宜，操作力矩，价格便宜，操作力矩 小，启闭灵活，用于中小，启闭灵活，用于中 低水头，能有效控制机低水头，能有效控制机 组速率上升及减少水锤组速率上升及减少水锤 效应；效应； 止水密封不严密，易漏止
15、水密封不严密，易漏 水，活门在水中有一定水，活门在水中有一定 阻力，容易引起气蚀。阻力，容易引起气蚀。蝶阀的控制蝶阀的控制 手动手动 、电动（小型）、电动（小型） 、液压（大中型）、液压（大中型） 旁通阀：蝶阀为静水开旁通阀：蝶阀为静水开 启，故设旁通阀先平压启，故设旁通阀先平压 ，即两边注满水。，即两边注满水。 空气阀：充水时，排出空气阀：充水时，排出 空气用浮筒自行关阀；空气用浮筒自行关阀； 排水时，补充空气用，排水时，补充空气用， 浮筒自行下降。浮筒自行下降。 2 2、闸阀、闸阀 高水头用（高水头用（ 100M100M以上）以上） 结构：明杆式结构：明杆式 、暗杆式、暗杆式闸阀的控制闸阀的控制 控制：手动、电动（液压控制：手动、电动（液压 的较少）的较少） 附属部件：与前
