水电站机电设备及调试介绍(一)

（一）设备成套部 郭柳生大坝的用途 是用来拦河蓄水，为水轮发电机组提供水动能的建筑，大坝还可以用来防洪、防凌、灌溉、排沙等等；厂房的用途 是用来安装水轮发电机组及其辅助设备、公用设备、电气设备、全厂监控和保护装置的场所； 开关站的用途 是将发电机组的电能汇集、分配及输送给电网所需设备的安装场地。水电站是由 大坝、厂房、开关站 等部分组成大坝上的机电设备（发电机引水部分） ：上游有拦污栅，闸门，启闭机，坝顶门机，钢管道等；下游有尾水闸门、尾水门机等。厂房内的机电设备有机械设备 ：厂内桥机，进水阀，水轮机，发电机，通风 及消防 设备，空调，油气水系统设备及管道，调速系统设备，自动化元件等；电气设备：发电电压设备，敞露及金属封闭母线，厂用电系统设备，高低压开关柜，继电保护及计算机监控设备， 机组自动控制及温度、水力测量系统， 励磁系统设备，通讯设备，直流系统设备及中央控制室设备，电缆及桥架，火灾报警， 工业 电视、照明设备、端子箱等等。开关站设备 ：主变压器、 GIS设备，断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线、门架、铁塔、避雷针、阻波器、控制箱、端子箱等等。它位于大坝上游最外侧，是发电机进水口钢管第一道设备。它的作用是拦截水库上游漂浮物，不让树木、水草等杂物流进引水钢管和水轮机流道中，保护发电机组的安全运行。它的形状是由条形钢板焊接而成的条栅组成。假如没有拦污栅，会产生什么后果呢？ 比如说，现在有一根 2米长的木头流进了引水通道的钢管中，恰巧这时，电网出了事故，需要水轮发电机紧急停机，恰好这根木头正好卡在了导叶中，导叶关不严实，机组不能停止转动，造成的后果是机组事故扩大。闸门种类很多，有 平板闸门，平板定轮闸门，弧形闸门 ,人字闸门 等等船闸人字闸门 弧型闸门平面定轮闸门 1. 检修闸门 是水轮发电机引水钢管道的第一道门。是供检修机组和检修工作门时使用的；还有一个作用就是机组充水试验时，为工作闸门充水平压而用。2. 工作闸门 它的作用是用来关闭和开启流入压力钢管中水流的设备。 工作闸门一般都是快速的，所以工作闸门也称快速闸门。闸门的结构是用钢板焊接而成，根据进水钢管直径大小不同，闸门的尺寸和重量也各不一样。闸门根据它表面尺寸的大小，分为超大型、大型、中型及小型闸门。闸门的重量和型式，是决定它们价格的因素。闸门是根据重量来决定价格的。制造资质是制造闸门的先决条件，制造资质证书分为超大型、大型和中小型几种。闸门的制造一般都是在工厂完成的，大型闸门为了运输的需要，分节制造，运到工地后再进行拼装、焊接。小型闸门可以整体制造、运输。3.闸门的控制控制工作闸门关闭和开启的装置是启闭机，大型启闭机分卷扬式和液压式两种，小型的还有螺杆式等等。卷扬式启闭机是由固定钢结构机架、电动机、变速箱、制动控制器、卷筒和钢丝绳组成，安装在闸门的门槽上方，钢丝绳上的挂钩和闸门相连，通过电动机的正、反转动，提起和落下闸门。液压式启闭机，是机、电一体的新型启闭机产品，它是以液压缸为主体，包括油泵、电动机、油箱、滤油器、液压控制阀组合的总成。液压启闭机一般由液压系统和液压缸组成。在液压系统的控制下，液压缸内的活塞体内壁做轴向往返运动，从而带动连接在活塞上的连杆和闸门做直线运动，带动闸门达到开启、关闭钢管流道的目的。启闭机的液压系统包括动力装置、控制调节装置、辅助装置等。特点是能实现远距离集中控制，能带负荷启动、动作灵活、工作平稳、能有效地吸收外负载力，冲击力小，行程控制准确。 4. 启闭机的调试启闭机的调试分静态调试和动态调试卷扬式启闭机液压式启闭机（三）门式起重机（三）门式起重机1. 作用和结构大中型水 电 站，在大 坝 的 顶 部都装有 门式起重机，它的 结 构是横跨于大 坝顶 部的 门形架型式。它 主要用来吊装闸门、拦污栅，装卸大型设备，也可进行安装和检修作业。起重量达 80 500吨，跨度较小，为 8 16米；起升速度较低，为 1 5米 /分。门式起重机是 桥式起重机 的一种变形。它的金属结构钢架像门形框架，承载主梁下安装两条支腿，可以直接在地面的轨道上行走。主梁两端可以具有外伸悬臂梁，用来起吊大坝两侧的重物。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在水电站大坝得到广泛使用。它的电器控制设备和卷扬机、电动机、变速箱、制动控制器、钢丝绳的卷筒等都安装在在门架的顶部。操作室在门架的下部。 轨道门式起重机2. 门机的安装它的安装顺序是先安装门机行走的轨道，在大坝顶部确定轨道安装位置，一般土建都预留二期混凝土沟槽，把轨道按设计要求安装、调整、固定后，浇注二期混凝土，混凝土达到强度后，即可进行门式起重机的安装。先安装门架支腿，把两端的门架支腿用吊车竖立并固定在轨道上，不使它在轨道上移动，然后调整门架支腿的对称位置，测量门架的上、下跨度，进行初步调整。再吊装横梁并和门架支腿连接固定。进一步精确调整门架，使横梁中心与两轨距中心在一垂直线上，门架固定完毕后，吊装电器控制盘柜及卷扬机等机械设备至横梁上的房间进行安装、调整和试验。在电气设备安装调试运转正常后，在卷扬机的卷筒上缠绕钢丝绳，钢丝绳在缠绕前，要把成卷的钢丝绳拉开，平放在地面上，让钢丝绳的应力得到释放。门机所有设备安装、调试完毕后，然后进行无载和有载负荷试验。型号标准： 门式起重机用代号、额定起重质量、跨度、工作级别 4个主要要素特征表示型号。 3.安装调整中注意事项：（ 1）两轨道的水平度及两轨道间的平行距离误差应在合格范围内；（ 2）门机横梁的水平度和挠度应符合要求；（ 3）门机横梁与两轨距间中心点应在同一垂线上；（ 4）门机行走时的稳定、摆度应符合要求；（ 5）吊钩及行走机构的限位开关安装在合适位置，并且动作可靠、灵敏。（四）（四） 引水压力钢管引水压力钢管1.作用压力钢管的作用是将水库中的静水输送到水轮机中，利用钢管的水流落差产生的位能，使水轮机转动。为什么称压力钢管？因为它从水库上游把水引至水轮机，这个高程有很大的落差，形成压力，压力的大小和水头有关。 2. 钢管的分类钢管按直径和水头的乘积的大小，分为 超大型、大型和中小型几类 3. 钢管的制造与安装钢管是由卷板机将钢板卷制成弧形瓦片，将分散的瓦片组装成一段圆管，再将这些分段的圆管组合连接在一起，就形成了整体的引水钢管。钢管间的接缝用电焊焊接。焊接工艺有手工电弧焊、自动焊、气体保护焊等。 压力钢管的焊接是关键工序，焊工必须持有相应的焊接资质证书 。 钢管焊接前， 必须对材质进行焊接工艺评定，焊工按工艺评定程序进行焊接。 所有焊缝，按等级分类要求，进行无损探伤检测。及时消除焊缝应力。钢管的安装。钢管有明敷和暗敷两种。坝后式厂房的钢管是浇筑在混凝土中的；另一种是明铺引水钢管。下图是一个水电站的两条明铺钢管，直径 3.8m，水头 68m。与土建同时施工的钢管，做好配合与协调。钢管的运输与吊装，是安装的重要环节。由于施工环境复杂、险峻， 安装前应先制定施工方案， 包括选用多大吨位的吊车，吊车的站位，运输通道，安全措施等等。 明敷的钢管，干扰比较小，但坡度比较大，运输和吊装难度也大。钢管从下往上拼装，钢管由卷扬机牵引从上往下通过底部的两根钢轨溜放滑行到安装位置。高水头明敷钢管，吊装措施是重要的技术方案 。安全施工成为最重要的环节。2006年在云南某水电站安装露天钢管时，发生了事故。原因是停放在滑道上方等待往下溜放的一节钢管失控，从滑道上溜下，把正在下面钢管上焊接的一名电焊工轧住，不幸身亡。钢管的进水口段是方形的，也称为渐变段，就是钢管由圆形变为方形，便于闸门和钢管配合应用。引水明敷钢管(一）水轮机一）水轮机1.作用水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，并带动水轮发电机发电，安装在厂房的机坑内，当上游水库中的静水经引水压力钢管流向水轮机时，水流推动水轮机旋转，带动与水轮机同轴的发电机发电。做完功的水流则通过转轮室下的锥形管及尾水管道排向下游。水头越高，流量越大，水轮机的输出功率也就越大。2.水轮机分类水轮机按安装方式可分立式和卧式，按工作原理可分为冲击式和 反击式 两大类。 (1) 冲击式水轮机冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式 (又称水斗式 )和斜击式两类。一般用于高水头，单机容量不是很大。(2) 反击式水轮机反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。反击式水轮机都设有尾水管，其作用是：回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游；水轮机转轮(3) 水轮机应用水轮机除了在水电站带动发电机发电外，还可以在抽水蓄能电站中当水泵应用。水泵水轮机用于 抽水蓄能电站 。它的原理就是在 电力系统 负荷低于基本负荷时，它可用作 水泵，利用多余发电能力，从下游水库抽水到 上游水库 ，以位能形式蓄存能量；在系统负荷高于基本负荷时，可用作水轮发电机，发出电力以调节高峰负荷。因此，纯抽水蓄能电站并不能增加电力系统的电量，但可以改善火力 发电机组 的运行经济性，提高电力系统的总效率，削峰填谷。一般抽水蓄能电站都修建在负荷中心区附近。 (4) 水轮机的组成部分（反击式）蜗壳蜗壳蜗壳在压力钢管的末端，由圆形钢管渐变为外形 似 蜗牛壳形状的引水管道，与水轮机座环的圆周碟形边连接。导水机构导水机构它由座环和导叶组成。座环的作用是将上部发电机及机坑的重量传递到大体积混凝土中，通过蜗壳把水流经座环上的固定导叶均匀引进水轮机转轮室，推动叶片做功。活动导叶安装在座环内侧圆周边上的上下轴孔中，座环的固定导叶就象门框，活动导叶就象一扇门。水轮机转轮水轮机转轮定义：水轮机构件中可以旋转的部件，称为转轮。是水轮机中把水能转换成机械能的核心部件。混流式水轮机的转轮主要由叶片、上冠、下环和泄水锥组成；轴流式水轮机的转轮主要由叶片、转轮体和泄水锥组成；冲击式水轮机的转轮主要由叶片（亦称水斗）、轮盘组成 (在蓄能泵与水泵中称 “ 叶轮 ” )水轮机转轮位于座环下部的转轮室内，靠水流冲击轮叶使之转动，这就是水轮机的动作原理。 水轮机轴承水轮机轴承水轮机大轴部位的轴承中设有轴承瓦，称为水导瓦。作用是用来固定轴承和导向的，瓦与轴承间用透平油进行润滑。运行中要特别注意观察轴承瓦油槽中的油位，油位过低，容易引发烧瓦事故。水轮机部件及辅助设水轮机部件及辅助设备安装程序见框图备安装程序见框图尾水管里衬安装座环和基础环安装导水机构预装水轮机转动部分吊装调速器机械柜及管路安装水轮机附件及管路安装机坑及接力器里衬安装转轮联轴导叶操作机构安装导叶及水轮机部件安装主轴密封安装 接力器安装水轮机导轴承安装调速器油压装置安装锥形管安装蜗壳安装调速器电气柜安装、调试 调速器静特性试验水轮机调速器无水试验检查验收（二）（二） 公用辅助系统公用辅助系统1. 压缩空气系统(1) 主要作用：1)向压油罐内充气。压油罐内充有三分之一的油和三分之二的压缩空气，使两者产生一定的压力，为调速系统操作提供液压动力。2)用于机组停机时的制动及蝶阀关闭时给空气围带充气。3)用于机组调相运行时压水，把水从转轮室中压出，使转轮在空气中转动，减少有功功率的损耗。4)用于安装检修时的风动工具及设备的清扫。5)用于操作高压空气开关及灭弧。6)在高寒地区，用压缩空气给闸门及拦污栅滑道吹风防冰冻。(2) 组成高低压空压机、储气罐、管路阀门、控制屏、电磁阀、压力表等组成。(3) 安装和调试空压机、控制屏、储气罐一般都布置在厂房下层的房间里。首先把储气罐就位固定后，然后排列管路进行安装，储气罐和管路连接安装完毕后，要进行打压试验。再进行空压机的安装和调试。压缩空气管道为白色，管路安装完毕后，涂刷白色油漆。空压机调试，根据储油罐的容积及所承受的压力，调整电接点压力表的整定值，先手动启动空压机，升压核定压力表停机的动作值是否正确、可靠；然后再放气，降至使压力表到启动空压机的动作值，经过反复调试核对，动作可靠无误后，将空压机控制回路投入到自动位置，这样就可实现自动运行了。要保证空压机系统的手动和自动操作准确无误。 2. 油系统水电站用油一般为润滑油和绝缘油两种。(1)主要作用1)润滑油的作用润滑油种类很多，有透平油、空气压缩机油、机械油和润滑脂等。这里主要介绍透平油。它的主要作用是轴承润滑、散热及对设备进行控制时传递能量。压力油可以供调速器用来操作机组开、停机；蝶阀的开启和关闭等，压力油还可以用来操作其它一些辅助设备。2)绝缘油的作用绝缘油分为变压器油和开关油两种。变压器油用于变压器中作为散热和绝缘介质；开关油作为油开关中的绝缘及灭弧介质 (2) 油系统组成部分油系统是由用油系统和油处理系统两部分组成。由储油罐、油泵、滤油机、管道、阀门、漏油泵及控制箱、控制元件及操作控制盘柜等组成油系统，用来完成用油设备的给油、排油、添油及净化处理等工作。油处理设备的职能就是把油过滤后储存到油罐中。油管道分进油和排油两种。它们分别以不同颜色来区分。压力油管和进油管为红色；排油管和漏油管为黄色。 3. 冷却水系统(1)作用：它是为水轮发电机组的各部位导轴瓦油槽冷却器、发电机空气冷却器降温提供水源。发电机组在没有冷却水的情况下，机组是不能投入运行的。(2)组成部分冷却水系统由管路、滤水器、电动阀门、冷却器、压力开关、电磁阀、流量计等元件组成。(3)安装的管道和阀门，焊接完毕后应进行打压试验，不应有渗漏。冷却水管道的颜色为天蓝色，管道安装完毕后，应涂刷天蓝色油漆。(4)电动阀门、压力开关、电磁阀、流量计等，都要逐一按规范及说明书要求进行调试，要求动作可靠，信号正确。4.排水系统(1)主要作用及时