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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，防止洪
2、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量和压力
3、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。为了综合利用水
4、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，上游水压力由坝承受，不
5、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 站的建筑物组成和布置除
6、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站、年调节 水电站和
7、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。在较大的电力系统中，特别是在水
8、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的提高，已成功地制造出既
9、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。具有水头的水力一一经压力管道或压力隧洞（或直接进入水轮机）进入水轮 机转轮流道一一水轮机转轮在水力作用下旋转（水能转变为机械能）一一同时带 动同轴的发电机旋转一一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）一一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，称为水能发
10、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 行时能否转动又分为
11、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 在抽水蓄能电站上。 贯流式水轮机。其转轮
12、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5.5万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已应用到1767米，最大机组容量
13、达31.5万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 25.5）,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，前者表示水轮机型式，
14、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混流式HL立轴L金属蜗
15、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）虹吸式X斜击式XJ轴伸式Z双击式SJ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：HL220-LJ-550，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。ZZ560-LH-800，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。XLN200-LJ-300，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。GD600-WP-250，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。2QJ30-W-120/ （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。其中转子和定子是产生电磁作用的主 要部件，其他部
