《发电的基本流程和水力发电设备简介》由会员分享,可在线阅读,更多相关《发电的基本流程和水力发电设备简介(24页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、水力发电的基本流程及发电系统设备简介水力发电的基本流程1、什么是水电站水电站枢纽的组成。水电站是将水能转变为电能的水力装置,它由各种水工建筑物, 以及发电、变电、配电等机械、电气设备,组成为一个有机的综合体, 互相配合,协同工作,这种水力装置,就是水电站枢纽或者水力枢纽, 简称水电站。它由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑 物、平水建筑物及水电站厂房等水工建筑物共7 个部分组成,机电设 备则安装在各种建筑物上,主要是在厂房内及其附近。(1)挡水建筑物。是拦截水流、雍高水位、形成水库,以集中 落差、调节流量的建筑物,例如坝和闸。(2)泄水建筑物。其作用主要是泄放水库容纳不了的来水,防止
2、 洪水漫过坝顶,确保水库安全运用,因而是水库中必不可少的建筑物, 例如溢流坝、河岸溢洪道、坝下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等。(3)进水建筑物。使水轮机从河流或水库取得所需的流量,如进 水口。(4)引水建筑物。引水建筑物是引水式或混合式水电站中,用来 集中落差(对混合式水电站而言,则只是集中总会落差)和输送流量 的工程设施,如明渠、隧洞等。有时水轮机管道也被称为引水建筑物, 但严格说来,由于它主要是输送流量的,所以与同时具有集中落差和 输送流量双重作用的引水建筑物并不完全相同。有些水电站具有较长的尾水隧洞及尾水渠道,这也属于引水建筑 物。(5)平水建筑物。其作用是当负荷突然变化引起引水系统中流
3、量 和压力剧烈波动时,借以调整供水流量及压力,保证引水建筑物、水 轮机管道的安全和水轮发电机组的稳定运行。如引水式或混合式水电 站的引水系统中设置的平水建筑物如压力池或高压池。(6)厂区建筑物。包括厂房、变电站和开关站。厂房是水电站枢 纽中最重要的建筑物之一,它不同于一般的工业厂房,而是是水力机 械、电气设备等有机地结合在一起的特殊的水工建筑物;变电站是安 装升压变压器的场所;而开关站则是安装各种高压配电装置的地方, 故也称高压配电场。(7)枢纽中的其它建筑物。此类建筑物指对于将水能转变为电能 这个生产过程没有直接作用的船闸或升船机、筏道、鱼道或鱼闸以及 为灌溉或城市供水而设的取水设施等。为了
4、综合利用水资源,它们在 整个水电站枢纽中也是不可分割的一部分,对枢纽的布置和运用也有 重要的影响。将水能转变成电能的生产全过程是在整个水电站枢纽中进行的, 而不仅仅是在厂房中进行的。2、水电站的基本类型。水电站是借助于建筑物和机电设备将水能转变为电能的企业。水 电站包括哪些建筑物以及它们之间的相互关系,主要取决于集中水头 的方式。所以按集中水头的方式来对水电站进行分类,最能反映出水电站建筑物的组成和布置特点。(1)按集中水头的方式对水电站进行分类,水电站可分为:坝式、 引水式和混合式。坝式水电站。它的水头是由坝抬高上游水位而形成。分为坝后式 和河床式。坝后式水电站:厂房建在坝的后面,上游水压力
5、由坝承受,不传 到厂房上来。对于水头较高的坝式水电站,为了不使厂房承受上游的 水压力,一般常采用这种布置方式。这时厂房设在坝后,水流经由埋 藏于坝体内的或绕过坝端的水轮机管道(埋藏于坝体内的常采用钢 管,绕过坝端的常采用隧洞)进入厂房。河床式水电站:水电站厂房代替一部分坝体作为抬高水位的建筑 物,直接承受着上游水压力,它没有专门的水轮机管道,水流由上游 进入厂房转动水轮机后泄回下游。这类水电站水头较低,一般不超过 30 米。引水式水电站。水头由引水道形成。这类水电站在布置上的特点 是具有较长的引水道,水电站建筑物比较分散。混合式水电站。它的水头一部分由坝集中,一部分由引水道集中。 这类水电站的
6、建筑物组成和布置除其中的坝以具有一定的高度为其 特点外,其余与引水式水电站大体相似。(2)按运行方式水电站可以分为:无调节水电站、有调节水电站 和抽水蓄能电站等类型。无调节水电站:它没有水库,不能对径流进行调节,只能直接引 用河中径流进行发电,所以又称为径流式水电站。无调节式水电站的 运行方式,以尽可能多利用河中径流为原则。有调节水电站:它借助于水库,能在某种限度内按照用电负荷对 径流进行调节,把超过发电所需的多余来水蓄入水库,供来水不足时 增大发电流量之用。有调节水电站也称为蓄水式水电站,它的运行方 式可以在一定程度上适应用电负荷情况,按照调节径流的周期长短, 有调节水电站又可分为日调节水电
7、站、年调节水电站和多年调节水电 站,视水库的大小而定。坝后式和混合式水电站一般都是有调节的;河床式水电站和引水 式水电站则较多是无调节的。抽水蓄能电站。它以运行方式主要取决于负荷情况为其特点。电 力系统的负荷,在一日过程中和一年过程中都是很不均匀的。抽水蓄 能电站的作用,是在电力系统供低负荷时利用其它电站多生产的电 能,通过抽水机组把水提送到高处,即把这些多余电能转变为水能的 形式贮蓄起来,待到电力系统高负荷时,再把高处的水通过水轮发电 机组放下来发电,使贮蓄起来的水能重新转变为电能,满足电力系统 负荷需要。所以建造抽水蓄能电站并不是为了水能资源的开发,只是 达到贮蓄和调节电能的目的。在较大的
8、电力系统中,特别是在水电站比重很小或者水电站比重 很大的电力系统中,建造抽水蓄能电站有重要意义,因为这样可以使 电力系统的其它电站在一日和一年过程中承担比较均匀的负荷,提高 设备利用率和减低火电厂的单位煤耗量,并改善供电质量。这类电站 要安装用于抽水和用于发电的两套机组设备,以及修建高、低两个水 库;同时由于能量转变经历了电能到水能再到电能的往复过程,损失 增大,所以建设投资和能量损失都比一般水电站大些。但是由于这种 电站能提高整个电力系统的运行效益,加以它可以建在系统用电中心 附近,既省输电线路又供电灵活,因此最近国内国外很多电力系统, 都很重视抽水蓄能电站的建设。近年来由于机电设备制造水平
9、的提 高,已成功地制造出既可抽水又能发电的可逆式两用机组,不必分别 设置用于抽水和用于发电的两套机组,从而节约了设备投资和提高了 机组效率。3、水力发电的基本流程。具有水头的水力经压力管道或压力隧洞(或直接进入水轮机) 进入水轮机转轮流道水轮机转轮在水力作用下旋转(水能转变为 机械能)同时带动同轴的发电机旋转发电机定子绕组切割转 子绕组产生的磁场磁力线(根据电磁感应定理,发出电来,完成机械 能到电能的转换)发出来的电经升降压变压器后与电力系统联 网。发电系统设备简介一、水轮发电机组及辅助设备简介1、水轮机水轮机是将水能转换为机械能的水力机械,利用水能机带动发电 机将旋转机械能变为电能的设备,称
10、为水能发电机组。按水流能量转换特征,可将水轮机分为:反击式和冲击式。(1)反击式水轮机的转轮在工作过程中全部浸在水中,压力水流 流经转轮叶片时,受叶片的作用而改变压力、流速的大小和方向,同 时水流对转轮产生反作用力,形成旋转力矩使转轮转动。反击式水轮 机按水流流经转轮的方向不同,又分为混流式、轴流式、斜流式和贯 流式四种类型。 混流式水轮机。水流流经转轮时是辐向流进而轴向流出。其结 构简单,运行可靠,效率较高,是现代应用最广泛的水轮机。适用水 头范围一般为20450米,目前最高已达800米,最大机组容量已达 100 万 KW。 轴流式水轮机。水流流经转轮时是轴向流进而又轴向流出。按 其叶片在运
11、行时能否转动又分为定浆式和转浆式两种。轴流定浆式水轮机的叶片固定在轮毂上,制造简单,但当水头和 流量变化时,效率变化不大。因此,它适用于负荷变化不大,水头变 幅较小的水电站。适用水头范围一般为350米,最大机级容量已达13 万 KW。轴流转浆式水轮机在运行时其叶片可以转动,能在水头和流量变 化时保持较高效率工作。目前适用水头已达 88 米,最大机组容量已 达 25 万 KW。 斜流式水轮机。水流进出转轮叶片都是斜向的,叶片转动轴线 与与水轮机轴线成一夹角,高效率区较宽,因而适用于水头和流量变 化较大的水电站。适用水头在20200米之间,最大机组容量达25 万KW。当做成水泵水轮机时,可用在抽水
12、蓄能电站上。 贯流式水轮机。其转轮与轴流式相似,水流基本上沿轴向流过 转轮,因而有良好的过流条件,提高了水轮机效率。贯流式水轮机一 般为卧式,可降低和简化厂房结构,土建工程量小,适用于25 米以 下的低水头水电站。目前最大机组容量达万KW。(2)冲击式水轮机的特征是:有压水流从喷嘴射出后全部转换为 动能冲击转轮旋转;在同一时间水流只冲击部分斗叶而不充满全部流 道,转轮在大气压下工作。常用的冲击式水轮机有切击式(水斗式) 和斜击式两种。切击式水轮机:其特点为喷嘴射流沿转轮圆周切线方向冲击斗 叶,是应用最广泛的冲击式水轮机。它适用于高水头( 10002000 米)小流量的水电站,目前世界上最高水头
13、已应用到1767 米,最大 机组容量达万 KW。 斜击式水轮机:其特点是喷嘴射流方向与转轮轮旋转平面成一夹角(约),从转轮一侧进入斗叶,从另一侧流出适用水头为25300 米。(3)水轮机按主轴的装置方式不同,又分为立式和卧式两种。主 轴竖向装置者称立式,发电机位于水轮机上部,其位置较高,不易受 潮,所占厂房面积较小,但厂房高度大。立式装置多用于大中型水电 站。主轴横向装置者称卧式,发电机和水轮机布置在同一高程上,可 减小厂房高度,但发电机易受潮,厂房面积较大,多用于小型水电站。(4)水轮机的铭牌参数水轮机的铭牌参数由三部分组成,第一部分之间用短横线隔开。 第一部分由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成
14、,前者表示水轮机型式, 后者表示转轮型号(入型谱者采用该转轮的比转速作为代号)。第二 部分由两个汉语拼音字母组成,前一人表示主轴装置方式,后一个表 示引水室特征。第三部分是以厘米为单位的转轮标称直径D1。对冲 击式水轮机,第三部分表示为:水轮机转轮标称直径 /(作用在每一 个转轮上的喷嘴数X射流直径)各种类型水轮机转轮的标称直径D1规定如下: 混流式水轮机是指转轮叶片进口边的最大直径。 轴流式水轮机是指转轮室的最大内径。 斜流式水轮机是指与转轮叶片轴线相交处的转轮室内径。 冲击式水轮机是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。各型水轮机第一、二部分的代表符号见下表:水轮机型式主轴装置方式引水室特征
15、混流式HL立轴L金属蜗壳J轴流转浆式ZZ卧轴W混凝土蜗壳H轴流定浆式ZD斜轴X明槽M斜流式XL罐式G贯流转浆式GZ灯泡式P贯流定浆式GD竖井式S切击式QJ (也有称水斗式者,代号为CJ) 斜击式XJ双击式SJ虹吸式X轴伸式Z注:可逆式水轮机在水轮机型式代号后加“N”(逆)水轮机牌号示例:HL220LJ550 ,表示混流式水轮机,转轮型号为 220,立轴,金属 蜗壳,转轮直径为 550cm。ZZ560LH800 ,表示轴流转浆式水轮机,转轮型号为 560,立轴, 混凝土蜗壳,转轮直径为 800cm。XLN200LJ300 ,表示斜流可逆式水轮机,转轮型号为200,立轴, 金属蜗壳,转轮直径为 300cm。GD600WP250 ,表示贯流定浆式水轮机,转轮型号为 600,卧轴, 灯泡式引水室,转轮直径为 250cm。2QJ30W120/(2X10),表示一根轴上具有两个转轮的切击式水轮机,转轮型号为30,卧轴,转轮直径为120cm,每个转轮有两个喷嘴,射流直径为10 cm。2、发电机。发电机分为汽轮发电机和水轮发电机。水轮发电机是水电站最重要的两大主机设备之一,它的作用是把 机械能转变为电能。(1)主要组成和结构特点水轮发电机一般由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导 轴承、空气冷却器、励磁机和永磁机等主要部件组成。其中转子和定 子是