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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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，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
6、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轴流转浆式ZZ轴流定浆式ZD斜流式XL贯流转浆式GZ贯流定浆式GD切击式QJ（也有称水斗式者，代号为CJ）斜击式XJ双击式SJ 立轴L卧轴W斜轴X 金属蜗壳J混凝土蜗壳H明槽M罐式G灯泡式P竖井式S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：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
7、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/（210），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
8、是产生电磁作用的主要部件，其他部件仅起到支持和辅助作用。转子由主轴、转子支架、磁轭（轮环）和磁极等部件组成；定子由机座、铁芯和绕组等部件组成。由于水电站的水头有限，水压力小，故转速不可能很高，一般在1001000r/min。与汽轮发电机相比，转速较低，要获得50Hz频率的电能，发电机转子的磁极也较多。同时，为了避免产生几倍于正常水压的水击现象而要求导叶的关闭时间比较长，但又要防止机组转速上长过高，因此要求转子具有较大的重量和结构尺寸，使之有较大的惯性。此外，为了减少占地面积，降低厂房造价，大中型水轮发电机一般采用立轴。总之，水轮发电机的特点是转速低、磁极多、转子为凸极式，结构尺寸和重量都较大，
9、大中型机组多采用立式。（2）同步发电机的工作原理转子转动转子中由励磁电流产生的按正弦分布的旋转磁场切割定子三相对称绕组定子三相绕组中产生三相正弦交变电动势定子三相绕组与负载连通后，电路在电动势的作用下有电流通过向负载输出电能。（3）水轮发电机的铭牌参数水轮发电机铭牌上标示的主要参数有型号、容量、电压、电流、转速各温升。标示的型号以定子铁芯外径、磁极个数及额定容量等用一定的格式排列表示的；而标示的容量、电压、电流、转速和温升等都是该台发电机的额定值。即能保证发电机正常连续运行的最大限值。型号：国产发电机型号的含义是其中：第1、2、3个框为型式（SF为立式空冷，SFS为立式水内冷，SFW为卧式，S
10、FG为贯流式水轮发电机，SFD为水轮机-电动机）；第4个框为额定容量（MW）；第5个框为磁极个数；第6个框为定子铁芯外径（cm）。额定电压：常用符号Ue表示，系指发电机正常运行时长期安全工作的最高定子绕组线电压，单位是KV。额定电流：常用符号Ie表示，系指发电机正常工作连续运行的最大工作电流，即指额定情况下发电机以此电流运行其温升不会超过允许范围，其单位是A或KA。额定功率：常用符号Pe表示，指发电机在额定运行情况下输出的有功功率，单位是 KW。额定转速：常用符号Ne表示，转子正常运行时的转速，单位为r/min。额定温升：常用符号T表示，指发电机某部分的最高温度与额定冷却介质温度差值，额定温升
11、的确定与发电机绝缘的等级以及测量温度的方法有关，我国规定的额定冷却介质温度为 40。额定频率：我国规定的额定频率为 50Hz。3、调速器国民经济各部门对电能生产的要求：（1）供电可靠性；（2）保证电能质量（电能质量的指标频率和电压）。调速器的主要作用是调节发电机频率和有功负荷。具体说，水轮机调节的基本任务，就是根据电网负荷的变化，不断地相应调节水轮发电机组有功功率的输出，以维持机组转速或频率在规定范围内。水电站系统组成：1.水工建筑物2.水轮发电机组3.励磁系统4.调速系统5.油水汽三大辅助系统6.计算机监控系统7.继电系统8.安全自动化系统9.配电装置10.直流系统11.厂用电系统水电站系统
12、特征参数：1. 水工建筑物 主要有：挡水建筑物，如各种坝、水闸、堤和海塘；泄水建筑物，如各种溢流坝、岸边溢洪道、泄水隧洞、分洪闸；进水建筑物，也称取水建筑物，如进水闸、深式进水口、泵站；输水建筑物，如引（供）水隧洞、渡槽、输水管道、渠道；河道整治建筑物，如丁坝、顺坝、潜坝、护岸、导流堤。 专门性水工建筑物 主要有：水电站建筑物，如前池、调压室、压力水管、水电站厂房；渠系建筑物，如节制闸、分水闸、渡槽、沉沙池、冲沙闸；港口水工建筑物，如防波堤、码头、船坞、船台和滑道；过坝设施，如船闸、升船机、放木道、筏道及鱼道等。 有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型，如各种溢流坝，既是挡水建筑物，
13、又是泄水建筑物；闸门既能挡水和泄水，又是水力发电、灌溉、供水和航运等工程的重要组成部分。有时施工导流隧洞可以与泄水或引水隧洞等结合。 编辑本段主要特点水工建筑物的主要特点是： 受自然条件制约多，地形、地质、水文、气象等对工程选址、建筑物选型、施工、枢纽布置和工程投资影响很大。 工作条件复杂，如挡水建筑物要承受相当大的水压力，由渗流产生的渗透压力对建筑物的强度和稳定不利；泄水建筑物泄水时，对河床和岸坡具有强烈的冲刷作用等。 施工难度大 ，在江河中兴建水利工程，需要妥善解决施工导流、截流和施工期度汛，此外，复杂地基的处理以及地下工程 、 水下工程等的 施工技术都较复杂。 大型水利工程的挡水建筑物失
14、事，将会给下游带来巨大损失和灾难。.水轮发电机组额定功率：用以表示水轮发电机的容量，以千瓦计。额定功率除以效率不应大于水轮机的最大轴出力。额定电压：水轮发电机的额定电压需经技术经济比较会同制造厂决定，当前水轮发电机的电压从6.3kV到 18.0kV。容量越大则额定电压越高。额定功率因数:发电机的额定有功功率与额定视在功率之比,用cosn表示,远离负荷中心的水电站常采用较高的功率因数，功率因数增大则电机的造价可略降低。额定功率：用以表示水轮发电机的容量，以千瓦计。额定功率除以效率不应大于水轮机的最大轴出力。额定电压：水轮发电机的额定电压需经技术经济比较会同制造厂决定，当前水轮发电机的电压从6.3
15、kV到 18.0kV。容量越大则额定电压越高。额定功率因数:发电机的额定有功功率与额定视在功率之比,用cosn表示,远离负荷中心的水电站常采用较高的功率因数，功率因数增大则电机的造价可略降低。蓄能电站在电网中主要起调峰填谷作用，机组起动停止很频繁。发电电动机的结构必须充分考虑其反复出现的离心力，对结构材料造成疲劳和定子、转子绕组上的热变化和热膨胀，定子常采用热弹性绝缘；可逆式发电电动机用常规水轮发电机转子上的风扇不能满足散热降温的要求,对大容量高转速的机组一般采用外设风扇;推力轴承和导轴承在正反旋转时，油膜都不能破坏；结构与起动方式有密切关系，用起动电动机则在同轴上装有专用电动机，如需改变发电
16、电动机转速时，除改变电源相位外，还需将定子绕组改接和将转子换极。水轮发电机的基本工作原理 电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。 发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。 发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率，
