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1、 P1 P1 中小型水电站运行维护与管理中小型水电站运行维护与管理 第一章第一章 水轮发电机组正常运行水轮发电机组正常运行 1 1，水能是：一种资源，水能是：一种资源 一种能源一种能源 一种再生能源一种再生能源 2 2，水电是：一种可再生能源，水电是：一种可再生能源 一种清洁能源一种清洁能源 一种低成本能源一种低成本能源 3 3，水力发电伏特点：，水力发电伏特点： 水电是一种清洁低水电是一种清洁低溓溓的再生能源的再生能源 水力发电简单水力发电简单 启动关停操作简单、迅速启动关停操作简单、迅速 正因为此一特点：正因为此一特点：1中小型水电站运行维护与管理A P1P1 a a，大中型水电站可作系统
2、高峰，大中型水电站可作系统高峰 主要是操作简单、启动快主要是操作简单、启动快 火力发电火力发电 主要是担负系统基荷运行主要是担负系统基荷运行 核能发电核能发电 b，小水电应适合于偏避边远山区的农电开发和农，小水电应适合于偏避边远山区的农电开发和农 村电气建设村电气建设 水力发电是水力发电是 无害、无污染能源、综合开发、综合无害、无污染能源、综合开发、综合 利用、综合效益好。可发挥防洪、灌溉、运输、养利用、综合效益好。可发挥防洪、灌溉、运输、养 殖等综合开发利用。殖等综合开发利用。 4 4，水电站的构成与功能水电站的构成与功能 有六个方面有六个方面 5 5，电气系统，电气系统 主要包括两个方面：
3、一次系统：二次系统：主要包括两个方面：一次系统：二次系统：2中小型水电站运行维护与管理A 6 6，水电站的功能：主要是将，水电站的功能：主要是将 7 7，水电站管理，水电站管理 主要包括两个方面：主要包括两个方面：P2.P2.第一节第一节 水轮发电机组的基本参数水轮发电机组的基本参数 一一, ,水轮机型式水轮机型式 水轮机型式如表水轮机型式如表1-11-1所示所示 1 1，水轮机型式与水轮发电机组，水轮机型式与水轮发电机组 主要从四个方面说明：水轮机是主要从四个方面说明：水轮机是 水轮发电机组由水轮发电机组由 水轮机型式水轮机型式. .分两大类分两大类 机型与水头选择机型与水头选择3中小型水电
4、站运行维护与管理A P P2 2 水轮机型号如表水轮机型号如表1-11-1所示所示4中小型水电站运行维护与管理A 二，水轮机的技术参数二，水轮机的技术参数一一水轮机的基本技术参数：水轮机的基本技术参数：agag 1 1，水头，水头H H 2 2，流量，流量Q Q 3 3，功率，功率P Pt t 4 4，效率，效率 5 5，转速，转速n n 6 6，转轮标称直径转轮标称直径D Di i 包括两点：包括两点： 7 7，空气蚀系数，空气蚀系数 主要从两个方面说明：主要从两个方面说明： 结论：空气蚀结论：空气蚀5中小型水电站运行维护与管理AP34 6中小型水电站运行维护与管理AP5 P5 图图1-11
5、-1混流式水轮机翼型空蚀易发部位混流式水轮机翼型空蚀易发部位 7中小型水电站运行维护与管理A P P6 6 三，水轮发电机三，水轮发电机 重点从三个方面说明重点从三个方面说明 1 1，水轮要电机，水轮要电机adad 2 2，水轮发电机组成部分：，水轮发电机组成部分： 3 3，水轮发电机的控制设备，水轮发电机的控制设备aeae 四，水轮发电机的技术参数四，水轮发电机的技术参数 发电机的技术参数：反映发电机的技术参数：反映 发电机的技术参数有：发电机的技术参数有：amam 1 1，定子电压，定子电压u uN N 定子电流定子电流i iN N 2 2，发电机的视在功率和功率因数，发电机的视在功率和功
6、率因数 主要从五个方面说明：主要从五个方面说明： 8中小型水电站运行维护与管理A P6 2.P6 2.发电机的视在功率和功率因数发电机的视在功率和功率因数 9中小型水电站运行维护与管理A P7 P7 根据功率三角形关系根据功率三角形关系10中小型水电站运行维护与管理A P7 3.P7 3.发电机功率发电机功率发电机功率主要从发电机功率主要从8 8个方面说明：个方面说明：发电机损耗主要有：铁损和铜损发电机损耗主要有：铁损和铜损水机设备损失包括：旋转机械损耗水机设备损失包括：旋转机械损耗 机械磨擦损耗机械磨擦损耗发电机效率：发电机效率： =P Pf f/P/Po o 水轮发电机组的效率水轮发电机组
7、的效率=t tg g4.4.转速转速n n 转速转速nn是单位时间内发电机的旋转次数是单位时间内发电机的旋转次数 单位为：单位为：r/r/minmin 同步同步指同步发电机的转子转指同步发电机的转子转 速与定子旋转磁场保持速与定子旋转磁场保持 同步同步 11中小型水电站运行维护与管理A P P7 7 定子旋转磁场和发电机发出的交流电的频率关系为：定子旋转磁场和发电机发出的交流电的频率关系为： 式中式中ff交流电的频率交流电的频率 式中式中ff交流电的频率交流电的频率 P P发电机转子的磁极对数发电机转子的磁极对数P P发电机转子发电机转子的磁极对数式中的磁极对数式中ff交流电的频率交流电的频率
8、 P P发电机转子的磁极对数发电机转子的磁极对数 式中式中ff交流电的频率交流电的频率 P P发电机转子的磁极对数发电机转子的磁极对数 从上式可知，当发电机转子的磁极越少，其额定从上式可知，当发电机转子的磁极越少，其额定转速越高。转速越高。12中小型水电站运行维护与管理A P8 P8 飞轮转矩飞轮转矩GDGD2 2和机组惯性时间常数和机组惯性时间常数TaTa 机组的惯性时间常数机组的惯性时间常数TaTa表达式为：表达式为：13中小型水电站运行维护与管理A P8 6.P8 6.发电机电抗发电机电抗 发电机的电抗参数有：发电机的电抗参数有： 纵轴同步电抗纵轴同步电抗Xdo.Xdo.为为0.70.7
9、1.61.6 纵轴暂态电抗纵轴暂态电抗Xdo Xdo 为为0.240.240.380.38 纵轴次暂态电抗纵轴次暂态电抗X“do X“do 取决于转子与定子的漏磁通取决于转子与定子的漏磁通 7. 7.短路比短路比 短路比的大小关系到同步发电机的造价与运行稳定性短路比的大小关系到同步发电机的造价与运行稳定性 短路比为短路比为0.90.91.3 1.3 标准值为什么标准值为什么1.11.1 8. 8.励磁电压励磁电压U Uf f与励磁电流与励磁电流I If f Uf Uf与与IfIf是是 用于建立磁场用于建立磁场 发电运行控制的重要参数发电运行控制的重要参数14中小型水电站运行维护与管理A P P
10、9 9 第二节第二节 水轮发电机组正常运行方式水轮发电机组正常运行方式 首先明确两个问题：首先明确两个问题： 1. 1.发电机组备用状态：停机备用状态（冷备用）发电机组备用状态：停机备用状态（冷备用） 备用（热备用备用（热备用机组加电流）机组加电流） 2. 2.发电机组基本运行方式：空载运行发电机组基本运行方式：空载运行 发电运行发电运行 调相运行（设专门调相机）调相运行（设专门调相机）一一. .停机备用停机备用 从九个方面说明：从九个方面说明： 二二. .空载状态空载状态 从三个方面说明：从三个方面说明： 1 1 3 315中小型水电站运行维护与管理A P P1111 三三. .发电状态发电
11、状态 发电机发电：发电机发电： 1. 1.发电机的负荷调整发电机的负荷调整 首先说明的两个问题：首先说明的两个问题： 系统负荷性质：系统负荷性质：a ca c 系统负荷特性：系统负荷特性：a ca c 发电机外特性：如图发电机外特性：如图1-21-2所示所示 16中小型水电站运行维护与管理A P P1111 发电机的调整特性发电机的调整特性 如图如图1-31-3所示所示 发电机调整特性发电机调整特性 是保持是保持 定子电压恒定定子电压恒定 转速恒定转速恒定 功率因数恒定功率因数恒定 17中小型水电站运行维护与管理A P P1111 发电机的发电机的U U形曲线形曲线 如图如图1-41-4所示所
12、示 从六个方面说明：从六个方面说明：a fa f a. a. 发电发电机并网运行稳定机并网运行稳定 、可靠、可靠 b. b.机组并网运行机组并网运行. .系统容量大系统容量大电压稳定、频率稳定电压稳定、频率稳定18中小型水电站运行维护与管理A P P1212 2. 2.发电机额定运行参数和允许运行范围发电机额定运行参数和允许运行范围 发电机视在功率发电机视在功率SNSN、额定电压、额定电压UNUN、 额定电流额定电流iNiN、功率因数、功率因数C0SC0S19中小型水电站运行维护与管理A P P12 12 2.2.发电机额定运行参数和允许范围发电机额定运行参数和允许范围 发电机视在功率发电机视
13、在功率SNSN、额定电压、额定电压UNUN、 额定电流额定电流iNiN、功率因数、功率因数C0SC0S 图图1-51-5发电机的发电机的P-QP-Q图图20中小型水电站运行维护与管理AP P1212 水轮发电机组发电运行时水轮发电机组发电运行时 其输出有功功率受水轮机功率的限制，其输出有功功率受水轮机功率的限制，输出视在功率受发电机定子电流限制输出视在功率受发电机定子电流限制21中小型水电站运行维护与管理AP P1313在图在图1-51-5 CAOCAO与发电机电动势三角形相似；与发电机电动势三角形相似；OA=U/XdOA=U/Xd近近似等于短路比；似等于短路比；ACAC代表定子额定电流代表定
14、子额定电流ININ；OC=Eq/XdOC=Eq/Xd代表稳代表稳态短路电流；态短路电流；AEAE代表机端电压方向；代表机端电压方向；CAECAE为功率因数角为功率因数角22中小型水电站运行维护与管理A P P1313 四四. .调相状态发电机作调相运行时，调相状态发电机作调相运行时，根据系统根据系统 需要，发出感性无功功率需要，发出感性无功功率( (吸收容性无功功率吸收容性无功功率) ) 发出容性无功功率（吸收感性无功功率）发出容性无功功率（吸收感性无功功率）23中小型水电站运行维护与管理A P P13 13 第三节第三节 水轮发电机组的正常运行监视水轮发电机组的正常运行监视 一一. .发电机
15、温度、温升监视控制发电机运行温度发电机温度、温升监视控制发电机运行温度 不能超过最高允许温度不能超过最高允许温度. .当发电机采用当发电机采用B B级绝缘级绝缘 其极限温度为其极限温度为130130如表如表1-31-3所示所示24中小型水电站运行维护与管理A P14P14发电机重要部份温度、温升限值发电机重要部份温度、温升限值当发电机采用当发电机采用B B级绝缘材料时，其极限温度级绝缘材料时，其极限温度130130定定子和转子温度子和转子温度130130如表如表1-31-3所示所示25中小型水电站运行维护与管理AP P1414发电机冷却气体温度的监视发电机冷却气体温度的监视防止绝缘过热老化防止
16、绝缘过热老化对冷却气体温度规定如下：冷却进口风温对冷却气体温度规定如下：冷却进口风温5050出出口温度口温度75.75.规定发电机冷却温升在规定发电机冷却温升在2525303026中小型水电站运行维护与管理AP P15 15 三三. .机组轴承温度的监视机组轴承温度的监视. .当油温当油温3030时，油时，油不发生氧化，当油温升高到不发生氧化，当油温升高到5050时，氧化加快；当时，氧化加快；当油温在油温在6060以上时，油温每增加以上时，油温每增加1010，氧化增加一，氧化增加一倍倍. .规定规定: :透平油的油温透平油的油温454527中小型水电站运行维护与管理AP P15 15 四四.
17、.发电机电压、电流的监视发电机电压、电流的监视发电机机端电压规发电机机端电压规定在额定电压的定在额定电压的55范围内变化范围内变化. . 电流变化电流变化5 5，三相电流差不超过额定电流的三相电流差不超过额定电流的202028中小型水电站运行维护与管理A P15 P15 五五. .机组频率的监视规程规定：机组频率的监视规程规定：额定频率为额定频率为f=50Hzf=50Hz，原规定允许偏差为原规定允许偏差为55 随电网规模扩大，现规定允许偏差为随电网规模扩大，现规定允许偏差为(0.2-0.5)(0.2-0.5)HzHz29中小型水电站运行维护与管理A P15 P15 五五. .机组频率的监视规程
18、规定机组频率的监视规程规定额定频率为额定频率为f=50Hzf=50Hz，原规定允许偏差为原规定允许偏差为55 随电网规模扩大，现规定允许偏差为随电网规模扩大，现规定允许偏差为(0.2-0.5)(0.2-0.5)HzHz30中小型水电站运行维护与管理A P P16 16 六六. .机组摆渡、振动监视机组摆渡、振动监视 主要表现有：主要表现有：1.1.机械振动机械振动1 41 4 、 2. 2.水力振动水力振动1 51 5、3.3.电气振动电气振动1 41 431中小型水电站运行维护与管理AP P16 16 七七. .发电机绝缘电阻监视发电机绝缘电阻监视. .机组启动前后要机组启动前后要用用100
19、010002500V2500V摇表测量绝缘电阻摇表测量绝缘电阻R R60 60 /R/R15 15 要求吸收比要求吸收比1.31.3；转子的绝缘电阻；转子的绝缘电阻0.50.510032中小型水电站运行维护与管理AP16 P16 七七. .发电机绝缘电阻监视发电机绝缘电阻监视. .机组启动前后要机组启动前后要用用100010002500V2500V摇表测量绝缘电阻摇表测量绝缘电阻R R60 60 / /R R15 15 要求吸收比要求吸收比1.31.3；转子的绝缘电阻转子的绝缘电阻0.50.533中小型水电站运行维护与管理AP18 绝缘电阻监视绝缘电阻监视. .机组启动前后要用机组启动前后要用
20、100010002500V2500V摇表摇表测量绝缘电阻测量绝缘电阻R R60 60 /R/R15 15 要求吸收比要求吸收比1.31.3；将所测绝缘；将所测绝缘电阻转换到电阻转换到7575下下. .进行比较进行比较. .转子的绝缘电转子的绝缘电0.50.534中小型水电站运行维护与管理AP P18 18 1.1.短路干燥法短路干燥法. .短路干燥法将机组三相短接，启短路干燥法将机组三相短接，启动机组在额定转速下，并加励磁电流使定子绕组有动机组在额定转速下，并加励磁电流使定子绕组有电流通过，起到烘干的作用，操作步骤：电流通过，起到烘干的作用，操作步骤：161635中小型水电站运行维护与管理AP
21、 P1919 3. 3.通直流电法、八通直流电法、八. .冷却系统的监视冷却系统的监视. .规定冷却水温度规定冷却水温度在在5 54545之间，机组冷却主要对之间，机组冷却主要对推力、上导、下导、水推力、上导、下导、水导轴承导轴承等部位与环节等部位与环节. .九九. .测量、控制、保护屏的监视测量、控制、保护屏的监视36中小型水电站运行维护与管理AP P20 20 第二章第二章 水轮发电机组的运行操作与维护水轮发电机组的运行操作与维护 第一节第一节 水轮发电机水轮发电机 组的正常运行操作组的正常运行操作37中小型水电站运行维护与管理A P P2020第一节第一节 水轮发电机水轮发电机 组的正常
22、运行操作组的正常运行操作 本节主要介绍水轮发电机组的典型操作，本节主要介绍水轮发电机组的典型操作， 操作步骤：操作步骤：（1 1）（7 )7 )步步38中小型水电站运行维护与管理AP20P20一一. .机组的首次启动操作机组的首次启动操作( (一一) )首次启动试验前的检查首次启动试验前的检查试验在前验收在后试验在前验收在后. .试验是验收的重要项目试验是验收的重要项目161639中小型水电站运行维护与管理A P22 ( P22 (一一) )首次启动试验前的检查首次启动试验前的检查 1.1.引水系统的检查引水系统的检查(1)(5)(1)(5) 2. 2.水轮机及调速系统的检查水轮机及调速系统的
23、检查(1) (7)(1) (7)40中小型水电站运行维护与管理AP P21212.2.水轮机及调速系统的检查水轮机及调速系统的检查检查项目检查项目(1) (7)(1) (7)3.3.油、水、气管路系统检查油、水、气管路系统检查. .检查项目从检查项目从( (1)(3)1)(3)41中小型水电站运行维护与管理AP P2121 3.3.油水气管路系统检查油水气管路系统检查. .检查项目从检查项目从( (1)(3)1)(3)4.4.水轮发电机及励磁系统检查水轮发电机及励磁系统检查检查项目检查项目(1)(7)(1)(7)42中小型水电站运行维护与管理AP215.P215.电气一次设备检查电气一次设备检
24、查检查项目检查项目(1)(9)(1)(9)43中小型水电站运行维护与管理AP215.P215.电气一次设备检查电气一次设备检查检查项目检查项目(1)(9).(1)(9).主要检查：主要检查：一次设备有母线、一次设备有母线、断路器、变压器、隔离开关、避雷器、互感器断路器、变压器、隔离开关、避雷器、互感器44中小型水电站运行维护与管理A P P2222 6. 6.电气二次回路检查检电气二次回路检查检查项目查项目(1)(7).(1)(7). 主要检查主要检查表计、继电器、自动装置、回路电阻表计、继电器、自动装置、回路电阻45中小型水电站运行维护与管理A P P22 22 ( (二二) )充水试验试验
25、项目：充水试验试验项目：(1)(8)(1)(8) 充水操作步骤：充水操作步骤：(1)(4)(1)(4)46中小型水电站运行维护与管理AP22 (P22 (二二) )充水试验充水试验. .试验项目试验项目：(1)(8)(1)(8) 充水试验操作步骤充水试验操作步骤：(1)(4)(1)(4)47中小型水电站运行维护与管理AP P22 22 ( (三三) )首次启动试验首次启动试验试验项目：试验项目：(1) (1) （3)3) 手动开机操作步骤：手动开机操作步骤：（1 1） (11) (11)48中小型水电站运行维护与管理AP23 (P23 (三三) )首次启动试验首次启动试验试验项目：试验项目：(
26、1) (1) （3)3) 手动开机操作步骤：手动开机操作步骤：（1 1） (11) (11)49中小型水电站运行维护与管理A P P2323 ( (四四) )首次启动后的手动停机首次启动后的手动停机 操作调速器关导叶至零操作调速器关导叶至零. .转速降到转速降到30304040. . 手动操作刹车并作记录手动操作刹车并作记录50中小型水电站运行维护与管理AP P2323( (五五) )首次启动后的空载试验首次启动后的空载试验空载试验项目：空载试验项目：(1)(12)(1)(12)51中小型水电站运行维护与管理A P23 ( P23 (五五) )首次启动后的空载试验首次启动后的空载试验 空载试验项目：空载试验项目：(1)(12)(1)(12)52中小型水电站运行维护与管理A
