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1、水电站及水电机组的控制1.发电厂的分类 1.1 按电厂在电网中承担的任务分类： 基荷电厂（年工作时间：5000小时以上） 腰荷电厂（年工作时间： 2000 5000小时） 峰荷电厂（年工作时间：2000小时以下） 1.2 按电厂的能量来源和工作方式分类 ： 以煤为燃料的火力发电厂 燃气发电厂 燃油发电厂 水力发电厂 抽水蓄能电厂 原子能电厂 压缩空气的蓄能电厂 非常规能源电厂（如：太阳能、潮汐能、风能、地热能 等）2 水力发电厂2.1 水电站的组成 水库 大坝 厂房 输水管道系统 尾水系统 开关站 输电线路 2.2 水电站的分类(1) 根据工作水头分类： 高水头 （水头：250m）中水头 （水
2、头：50m250m） 低水头 （水头：50m）(2) 还可以分为：河谷蓄能坝式水电站（需建筑大坝）径流式水电站（各季水流变化很小、低坝、库容小）引水式水电站（河床坡度陡峭、落差大、低坝）抽水蓄能电站潮汐电站2.3 水轮机的分类将水能转变为旋转机械能的水力原动机叫做 水轮机 水轮机分成两种主要类型： 冲击式水轮机 反击式水轮机 冲击式水轮机利用水流的动能做功的水轮机为冲 击式水轮机。以水斗式水轮机为代表， 主要应用在高水头小容量电站。 反击式水轮机利用水流的势能与动能做功的水轮 机为反击式水轮机。分为混流式、轴流 式、轴流转浆式、斜流式水轮机，按其 结构还可分为定桨式和转桨式 水斗式水轮机恒压水
3、轮机高水头，水头变幅300m1800m 三大基本组成部件：喷嘴、转轮、机 壳斜击式水轮机混流式 水轮机蜗壳轴流式 水轮机转轮 反击式水轮机分为混流式、轴流式、轴流转浆式、斜流式 水轮机混流式 水轮机转轮 混流式水轮机 在混流式水轮机中，水流径向进 入导水机构，轴向流出转轮。使用最广泛，适用的水头范围宽 ，单机容量大，多为立式布置。基本组成部件：蜗壳、座环、导 叶、转轮、尾水管。推力导轴承的安装位置立式混流式水轮机推力导轴承的安装位置： 1个推力轴承，一般安装在发电机转子下部，有时 在水轮机蜗壳以上 2个推力轴承，一般一个安装在发电机轴顶部，另 一个在水轮机轴顶部 轴流式水轮机轴流式水轮机水流为
4、轴向流动的反击式型水轮机。 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。应用于低水头电站。 斜流式水轮机斜流式水轮机流道与轴线斜交，转轮叶片能够转动的水 轮机。造价高，结构复杂，应用较少。 贯流式水轮机贯流式水轮机贯流式水轮机中，水流沿轴向流进 导叶和转轮。贯流式水轮机有多种结构，使用最 多的是灯泡式水轮机 ，特别适用于水头 为320米的低水头电站 。卧式混流式水轮机三峡电厂发电机转子起吊2.4 水电站的电气设备2.4.1 水轮发电机（1） 组成水轮发电机为三相交流同步发电机，包括以下 部件： 定子安装枢绕组 转子安装磁极，直流电流励磁 轴承推力轴承、导轴承。（2）冷却和润滑 轴
5、承的正常冷却，由加压循环水来完成； 轴承的润滑有两种方法：一种为转速在额定转 速的10%之内时，高压油顶起转子0.050.07mm ，形成油膜；另一种为启动之前，用制动闸将 转子顶起6mm约3min，形成油膜。 发电机的冷却消除定子、转子内铜损、铁 损的所产生的热量，一般采用密封循环的空气 冷却系统或水冷却系统来完成。（3）设计参数 同步转速：N=（频率*120）/ 磁极数 飞逸转速：飞逸转速是指水力机组突然甩负荷而调 速机构失效时所达到的转速，飞逸转速的数 值为水斗式水轮机1.85N混流式水轮机1.65N1.8N轴流转桨式水轮机1.9N2.2N 发电机功率：P= 3 U I cos2.4.2
6、 变压器一般机组的发电电压为6KV20KV， 但在远距离传输中，为尽量减少线路损耗 ，传输电压可达到500KV以上。所以需用 变压器将发电机的输出电压升高到输送电 压，水电站的主变压器一般多为升压变。变压器的冷却系统通过油泵或风扇来降低变压器油 的温度，有时在油箱内设水管，冷却水 循环散热。2.4.3 开关设备（1） 断路器 断路器的工作特性： 断开时必须采用绝缘 油或SF6气体或真空来熄灭断路器触点产生 的电弧。 断路器根据灭弧介质分类：多油断路器、 少油断路器、空气灭弧断路器 多油断路器灭弧油、绝缘油油量很多 少油断路器陶瓷断流器，减少了绝缘油 空气灭弧断路器采用高压气体，吹掉电离介 质隔
7、离开关的工作特性：在断路器断开回路之 后系统处于无电流状态才可进行操作。隔离开关 不存在切断或接通电源的能力。（2） 隔离开关（3） 隔离开关与断路器之间操作闭 锁关系分操作：先分断路器，再分隔离开关合操作：先合隔离开关，再合断路器（4）母线连接发电机和变压器的回路2.4.4 变电站 变电站的设备组成： 输入线 输出线 母线 变压器 高低压开关设备和避雷器 继电器、测量仪表、电流电压互感器、熔 断器、接地系统 载波通讯2.4.5 辅助设备 辅助设备组成： 油压装置 励磁系统 空压机 技术供水 排水泵 上游闸门 蝶阀 润滑油泵 变频器 卷扬机 轴承油冷却器 厂用变、主变冷却 器2.5 低水头电站
8、 灯泡式布置 全贯流式布置（直流式） 半贯流式布置（轴伸式） 2.6 潮汐发电 单向运行（落潮时发电） 双向运行（涨落潮均发电） 抽水蓄能（发电+抽水） 2.7 抽水蓄能电站2.7.1 抽水蓄能电站的分类 按调节周期分类：日调节；月调节 ；年调节 按入流情况分类：纯抽水蓄能型； 混合型2.7.2 抽水蓄能电站的典型布置 2.7.3 抽水蓄能电站的运行 （1） 抽水蓄能电站的运行在用电低谷时段，机组作为水泵运行而把水 抽到上游水库，把能量储存起来；在峰荷时 段内，再把上述储存的水用来发电。（2） 抽水蓄能电站在电网中的作用一方面，低谷负荷时段改善了热电站的负荷 率，有利于电网；另一方面，降低热电
9、站发 峰荷出力的要求，设计容量可以降低。2.7.4 抽水蓄能电站的发展 早期：设置4种设备，即水轮机、发电机、水泵 和电动机(2) 后来：发电机和电动机能结合成为电动发电 机，形成串列机组安装在公共轴上：电机水 轮机水泵(3) 现在：水泵和水轮机结合成可递式水泵水轮 机，从而形成二元机组：电动发电机和水泵 水轮机机组的布置 串列机组的布置：卧式 水轮机电机水泵立式 电机水轮水泵 二元机组：几乎全是立式2.7.5 二元机组抽水运行的启动 小型电机启动法只有一对磁极，同步转速比主电动发电机 大，容量相当于主电动发电机的5%10%。 降低电压启动法（异步）电压降低50%65%，启动功率降至80%左
10、右，一般采用主回路串联电抗器或主变抽头来降 压 降低周波启动法（同步）采用静态双向离子变频器（SFC） 背靠背启动法一台机组做发电运行，输出电流供给 另一台机组。然后两台机组同时加速到同 步转速，并使第二台机组并网作电动机运 行。与背靠背同步启动相似，只是开始时两 者均不投励磁，抽水机组以感应电动机方式启 动，先使发电机启动并升速到50%80%ne，使 发电机与抽水机组连接起来，然后投发电机励 磁，此时发电机减速，电动机升速达到平衡时 ，电动机投励磁，两机同步升速，其后过程同 背靠背启动。 半同步启动 全压异步启动以全电压方式将机组启动，机组以感 应电动机方式升速到额定转速附近，然后 加励磁，
11、机组被接入同步。2.8 坝、闸门和阀门2.8.1 坝的类型 土石坝，又可分为土坝和堆石坝 混凝土重力坝或砌石重力坝 混凝土拱坝 混凝土支墩坝 溢流坝2.8.2闸门的用途和类型 闸门的用途：调节具有自由水面的水流 闸门的类型 进水口闸门：矩形闸门，圆筒形闸门 尾水闸门：矩形闸门，叠梁闸门 溢洪闸门：平板闸门（滚轮式闸门），弧 形闸门（扇形闸门） 检修闸门：矩形闸门，叠梁闸门2.8.3阀门的用途和类型 阀门的用途调节压力钢管和管道中的承压水流 阀门的类型 关闭阀：球阀；蝴蝶阀；筒阀 调节阀：针阀；管阀；空注阀 消散阀：锥形消散阀；降能消散 阀3 水电机组的控制3.1 机组运行工况（1） 常规机组
12、停机 空转 空载 发电 调相（2） 抽水蓄能机组 停机 空转 空 载发电 发电调相 抽水 抽水 调相3.2 工况变换过程（1）常规机组的工况变换 停机空转 停机空载 停机发电 停机发电调相 空载发电 发电发电调相机械事故停机 电气事故停机 紧急事故停机 一级过速停机（不一定有 ） 二级过速停机（不一定有 ）3.3 机组控制所涉及的控制对象（1）调速器及其油压装置 调速器开停机令 导叶锁定 油泵 补气阀、排气阀 隔离阀（2） 励磁系统励磁开停机令 发电机灭磁开关FMK 发电机短路开关FDK（3）油气水系统A. 技术供水及冷却水系统，包括： 上导冷却水 推力冷却水 水导冷却水 定子冷却水 主变冷却
13、水 调速器油箱冷却水B. 水导外循环泵C.主轴密封水D.制动风闸吸尘器E.密封围带（4） 进水口闸门，快速事故闸门3.4 正常停机与非正常停机的区别和处 理（1）区别正常停机是在机组设备正常的情况下，根 据调度或运行人员的指令而启动机组正常停机 流程，机组最后转入停机状态。非正常停机是指在机组设备或电网发生异 常时，监控系统根据调度或运行人员的指令以 及根据非正常停机的启动条件而直接启用机组 非正常停机流程，机组最后转入停机状态（2）停机流程的启动方式中控室运行人员命令（正常/非正常停 机） 远方调度命令 （正常/非正常停 机） LCU工控机/触摸屏/按钮命令（正常/非 正常停机） 自动启动（非正常停机）（3）非正常停机流程的类型电气事故停机 机械事故停机 紧急事故停机 一级过速停机 二级过速停机（4）非正常停机流程的实现原则：非正常停机是发生机组事故或电网事故时 的紧急措施，要求做到可靠、快速、准确 方法：根据LCU的配置形式不同，区别对待 LCU配置形
