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安徽皖南水电检修有限公司 抽水蓄能电站基本知识培训 安徽皖南水电检修有限公司 目录 一概论二抽水蓄能电站和常规水电站的不同点三抽水蓄能电站的组成部分四抽蓄电站设备简介五机械连接基本知识六抽水蓄能机组的机械部件及结构七抽水蓄能机组的吊装 1 抽水蓄能电站工作原理 电力的生产 输送和使用是同时发生的 一般情况下又不能储存 而电力负荷的需求却瞬息万变 一天之内 白天和前半夜的电力需求较高 其中最高时段称为高峰 下半夜大幅度地下跌 其中最低时段称为低谷 低谷有时只及高峰的一半甚至更少 鉴于这种情况 发电设备在负荷高峰时段要满发 而在低谷时段要压低出力 甚至得暂时关闭 为了按照电力需求来协调使用有关的发电设备 需采取一系列的措施 1 抽水蓄能电站工作原理 抽水蓄能电站就是为了解决电网高峰 低谷之间供需矛盾而产生的 是间接储存电能的一种方式 它利用下半夜过剩的电力驱动水泵 将水从下水库抽到上水库储存起来 然后在次日白天和前半夜将水放出发电 并流入下水库 在整个运作过程中 虽然部分能量会在转化间流失 但相比之下 使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷 停机这种情况来得便宜 效益更佳 除此以外 抽水蓄能电站还能担负调频 调相和事故备用等动态功能 因而抽水蓄能电站既是电源点 又是电力用户 并成为电网运行管理的重要工具 是确保电网安全 经济 稳定生产的支柱 抽水蓄能电站有发电和抽水两种主要运行方式 在两种运行方式之间又有多种从一个工况转到另一工况的运行 立轴水泵水轮机测试台 1 抽水蓄能电站工作原理 转换方式 正常的运行方式具有以下功能 1 发电功能 常规水电站最主要的功能是发电 即向电力系统提供电能 通常的年利用时数较高 一般情况下为3000 5000h 蓄能电站本身不能向电力系统供应电能 它只是将系统中其他电站的低谷电能和多余电能 通过抽水将水流的机械能变为势能 存蓄于上水库中 待到电网需要时放水发电 蓄能机组发电的年利用时数一般在800 1000h之间 蓄能电站的作用是实现电能在时间上的转换 经过抽水和发电两种环节 它的综合效率为75 左右 1 抽水蓄能电站工作原理 2 调峰功能 具有日调节以上功能的常规水电站 通常在夜间负荷低谷时不发电 而将水量储存于水库中 待尖峰负荷时集中发电 即通常所谓带尖峰运行 而蓄能电站是利用夜间低谷时其他电源 包括火电站 核电站和水电站 的多余电能 抽水至上水库储存起来 待尖峰负荷时发电 因此 蓄能电站抽水时相当于一个用电大户 其作用是把日负荷曲线的低谷填平了 即实现 填谷 填谷 的作用使火电出力平衡 可降低煤耗 从而获得节煤效益 蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用 1 抽水蓄能电站工作原理 3 调频功能 调频功能又称旋转备用或负荷自动跟随功能 常规水电站和蓄能电站都有调频功能 但在负荷跟踪速度 爬坡速度 和调频容量变化幅度上蓄能电站更为有利 常规水电站自起动到满载一般需数分钟 而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力 现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满载 增加出力的速度可达每秒1万kW 并能频繁转换工况 最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站 其6台300MW机组设计能力为每天起动3 6次 每天工况转换40次 6台机处于旋转备用时可在10s达到全厂出力1320MW 4 调相功能 调相运行的目的是为稳定电网电压 包括发出无功的调相运行方式和吸收无功的进相运行方式 常规水电机组的发电机功率因数为0 85 0 9 机组可以降低功率因数运行 多发无功 实现调相功能 1 抽水蓄能电站工作原理 抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能 无论在发电工况或在抽水工况 都可以实现调相和进相运行 并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行 故其灵活性更大 另外 蓄能电站通常比常规水电站更靠近负荷中心 故其对稳定系统电压的作用要比常规水电机组更好 5 事故备用功能 有较大库容的常规水电站都有事故备用功能 6 黑启动功能 黑启动是指出现系统解列事故后 要求机组在无电源的情况下迅速起动 2 抽水蓄能电站适用的电力系统 由于能源在地区分布上的差别 电网的构成也有所不同 大致可分为两类 一类是以火电 包括核电 为主 另一类是以水电为主或水 火比例大致相当 根据我国各地区 各电网的具体情况 抽水蓄能电站适用于以下情况 2 抽水蓄能电站适用的电力系统 1 以火电为主的 没有水电或水电很少的电网 这些电网需要抽水蓄能电站承担调峰填谷 调频 调相和紧急事故备用 2 虽然有水电 但水电的调蓄性能较差的电网 如具有年调节及以上能力的水电站比例较小 枯水期可利用水电进行调峰 汛期水电失去调节能力 若要利用水电调峰 则只能被迫采取弃水调峰方式 在这样的电网 配备了抽水蓄能电站后 可吸收汛期基荷电 将其转化为峰荷电 从而减少或避免汛期弃水 提高经济效益并改善水电汛期运行状况 较大地改善电网的运行条件 2 抽水蓄能电站适用的电力系统 3 沿海地区的省份 不但火电比例较大 而且还有核电站 如广东已有大亚湾核电站 浙江已有秦山核电站 江苏的连云港核电站正在建设 辽宁 山东 福建等省正在筹建核电站 我国的核电站多是按基荷方式运行设计的 一则是为保证核电机组的安全 再则是为提高利用小时数 降低上网电价 为此 必须有抽水蓄能电站与之配合运行 如广州抽水蓄能电站与大亚湾核电站配合的成功经验 2 抽水蓄能电站适用的电力系统 4 远距离送电的受电区 如我国 西电东送 工程 西部电源点和东部受电区之间的距离都在1000 2000km甚至2500km以上 除保证安全供电外 还应考虑经济效益问题 输电距离远到一定限度后 送基荷将比送峰荷经济 特别是电价改革后 上网峰谷电价差增大 受电区自然要求买便宜的低谷电 但不能解决缺调峰容量的矛盾 如在受电当地自建抽水蓄能电站后 可将低谷电加工成尖峰电 经济效益更好 2 抽水蓄能电站适用的电力系统 5 风电比例较高或风能资源比较丰富的省 自治区 这些电网配备了抽水蓄能电站后 可把随机的 质量不高的电量转换为稳定的 高质量的峰荷 3 抽水蓄能电站静态效益 抽水蓄能电站在电网中由顶峰填谷作用而产生的经济效益 称为静态效益 包括 1 容量效益 抽水蓄能电站是调节电网负荷曲线高峰和低谷之间差距的有效措施 负荷高峰时段 它可以作为水电站发电 担负电网尖峰容量 用电低谷时段 则可作为电网用户 吸收低谷电量抽水蓄能 减少负荷峰谷差 因此抽水蓄能电站可减少火电机组的日出力变幅 使其在高效区运行 增加发电量 并使核电和大型火电机组稳定经济运行 抽水蓄能电站一般无防洪 灌溉 航运等综合利用要求 建设成本低 建设周 3 抽水蓄能电站静态效益 期比常规水电站要短 运行费用比火电站要低 在电网中缺少调峰电源时 建设抽水蓄能电站可减少火电或其它类型电源的装机容量 改变能源结构 减少总的电力建设投资 2 能量转换效益 抽水蓄能电站通过能量转换 将成本低的低谷电能转换为价值高的峰荷电能 3 抽水蓄能电站静态效益 3 节煤效益 抽水蓄能机组的投人 使电网负荷分配得到调整 火电尽量担负基荷和腰荷 从而使火电总平均煤耗下降 4 抽水蓄能电站的动态效益 抽水蓄能电站具有调峰 调频和调相等作用 还可承担紧急事故备用 保证电网安全 稳定运行 这些动态效益高于其静态效益 主要包括 1 调峰效益 抽水蓄能机组因为结构简单 控制方便 可以随需要增加功率或减少功率 因而有效地减轻了火电机组 包括燃气轮机机组 的调峰负担 大型火力发电机组及核电机组不适于变化负荷下运行 并且有最小的出力限制 大型火力发电机组最小技术限制出力为额定出力70 左右 核电机组为80 90 左右 蓄能机组具有可以随时将其出力谓整在额定出力的50 105或更宽大的范围内用以适应电网的负荷需要 如此电网调度无需频繁捐整火电机组之出力 使火电机组的 3 抽水蓄能电站动态效益 负荷相对稳定 从而节省火电厂的运行和维护费用 因此 蓄能电站抽水时相当于一个用电大户其作用是把日负荷曲线的低谷填平了 即实现 填谷 填谷 的作用使火电出力平衡 可降低煤耗 从而获得节煤效益 蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用 在整个运作过程中 虽然部分能量会在转化间流失 但相比之下 使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷 停机这种情况来得便宜 效益更佳 3 抽水蓄能电站动态效益 2 调频效益 抽水蓄能机组调节灵活 出力变化可以从0到100 可以快速起动 随时增荷或减荷 起到调整周波的作用 有助于保持频率并提高电网的稳定性 调频 在电网频率下降至设定值时 蓄能机组会自动从水泵工况 调相工况和停机状态转为发电工况 把电网频率调整到设定值 常规水电站自起动到满载一般需数分钟 而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力 现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满载 增加出力的速度可达每秒1万kW 并能频繁转换工况 最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站 其6台300MW机组设计能力为每天起动3 6次 每天工况转换 3 抽水蓄能电站动态效益 40次 6台机处于旋转备用时可在10s达到全厂出力1320MW 3 负荷跟随效益 电网负荷总是在不断的变化 当负荷急剧变化时 抽水蓄能机组与火电或其它类型机组相比 其负荷跟随很快 爬坡能力较强 4 旋转备用 事故备用 效益 现代电网一般应储备一定量的备用容量 蓄能机组可以作为热备用容量 用以应付不可预见的负荷需要 这样可以节省火电机组的启动费用 减少或避免备用火电机组低出力 负荷 时的运行费用 3 抽水蓄能电站动态效益 抽水蓄能机组作为水力机组可以方便地处于旋转备用状态 以利快速地承担事故备用 抽水蓄能电站能够快速启动机组 迅速转换工况 但因其水库库容较小 所起作用与具有较大库容的常规水电站有所区别 一般只能担任短时间的事故备用 在发电工况下 可利用抽水蓄能电站运行中的空闲容量 短时间内加大出力 在停机状态下 亦可紧急启动 从而达到短时应急事故备用的目的 在水泵工况下 可停止抽水 快速切换至发电工况 3 抽水蓄能电站动态效益 5 调相效益 抽水蓄能机组由于其结构上的优点 可以方便地做调相运行 可以向电网输送无功用以提高电网电压 也可以从电网中吸收无功用以降低电网电压 这样不但可以保持电网电稳定而且可以减少电网的网损 3 抽水蓄能电站动态效益 不但在空闲时可供调相用 在发电和抽水时也可调相 既可以发出无功功率提高电力系统电压 也可以吸收无功功率降低电力系统电压 尤其是在抽水工况调相时 经常进相吸收无功功率 有时进相很深 持续时间很长 这种情况是其他发电机组达不到的 只有抽水蓄能机组才能做到 另外 抽水蓄能机组在调相运行完成后可以快速地转为发电或抽水 3 抽水蓄能电站动态效益 6 提高电网可靠性 蓄能机组的高度灵活性和快速启动能力 可大大减少电网中强迫停运的时间和次数 因而可大大增加电网的可靠性 7 特殊作用 为电网做特殊负荷作用 由于蓄能机组既可做为电源又可做为负荷 这可为大火电机组的调试投产提供负荷作用 保证火电机组的调试顺利进行 避免了大火电机组甩负荷时对电网造成的剧烈冲击 5 抽水蓄能电站类型 按建设类型分 混合式抽水蓄能电站 常规水轮发电机组 抽水蓄能机组 纯抽水蓄能电站 利用电站上下游水库 就水库抽水功能而言 与地面径流发电无关 电站水体内的水体往复式循环 厂房安装的全是抽水蓄能电站 混合式抽水蓄能电站 如图所示 其上水库有一定的天然水流量 下水库按抽水蓄能需要的容积在河道下游修建 在混合式抽水蓄能电站内 既安装有普通水轮发电机组 利用江河径流调节发电 又安装有抽水蓄能机组 可从下水库抽水蓄能发电 进行蓄能发电 承担调峰 调频 调相任务 纯抽水蓄能电站 如图所示 其上池没有水源或天然水流量很小 需将水由下池抽到上池储存 用于电力系统负荷处于高峰时发电 水在上池 下池循环使用 抽水和发电的水量基本相等 流量和历时按电力系统调峰填谷的需要来确定 纯抽水蓄能电站 一般没有综合利用的要求 仅用于调峰 调频 故不能作为独立电源存在 必须与电力系统中承担基本负荷的火电厂 核电厂等电厂协调运行 5 抽水蓄能电站类型 按调节规律分 日调节 每日中午 夜间抽水 上 下午 晚上负荷高峰期发电 水库的库容量按每日调峰的发电量决定 如图所示 在电力系统低谷负荷时抽水蓄能电站利用系统多余电能由机组把下水库的水抽到上水库储存 上水库处于高水位 如图所示 在白天电力系统尖峰负荷时将上水库的水放下由机组发电供给系统 上水库处于低水位 5 抽水蓄能电站类型 周调节 周一 周五每个工作日均有一定次数的抽水及发电 但每日的发电量大于抽水量 故上库的水量逐日减少 到周末时上库基本接近于防空 但周末工业负荷小 利用此时间段抽水 只周一 水库又蓄满水 按周调节设计水库的库容量比日调节水库的库容量大 5 抽水蓄能电站类型 季调节 利用径流式水电站丰水期季节性电能抽到另一个水库中蓄起来 到枯水期再放下来发电 年调节 多为混合式电站 5 抽水蓄能电站类型 按厂房形式分 地面式 地下式 半地下式 按水头高低分 低水头 100m以下 中水头 100m 700m 高水头 700m以上 5 抽水蓄能电站类型 按机组形式分 分置式 四机式 抽水蓄能电站 水轮发电机组与电动机带动的水泵机组分开 而输水系统与输 变电系统共有 特点 造价高 厂房大 水泵及水轮机效率高 串联式 三机式 抽水蓄能电站 水泵 水轮机共用一台发电电动机 水泵 水轮机 发电电动机三者共置在一根轴上 特点 调节灵活 效率高 转换工况不需停机 水泵 水轮机转向相同 造价高 整体尺寸大 5 抽水蓄能电站类型 可逆式 两机式 抽水蓄能电站 水泵与水轮机合为一体 水泵水轮机 与一台发电电动机连在一根轴上 特点 结构简单 造价低 土建工程量小 水泵工况 发电工况转向相反 现代抽水蓄能电站的主要机型 大部分使用混流式机组 5 抽水蓄能电站类型 多级可逆式水轮机 更高水头 提高比转速 采用多级可逆式水轮机 可提高效率 6 抽水蓄能电站特点 1 需要水但基本上不耗水 故其规模不象常规水电那样取决于所在站址的来水流量和落差 而主要取决于上下池容积和落差 更主要的是取决于所在电网可供低谷时抽水的电量 2 电站型式很多 适应性强 可视情况选定 在山区 江河梯级 平原均可修建抽水蓄能电站 关键在于因地制宜择优选择 7 抽水蓄能机组的几种拆卸方式 水轮机的几种拆卸方式 上拆式 中拆式 下拆式 广蓄一期为下拆式 广蓄二期 天荒坪中拆式 十三陵为上拆式 采用不同的拆卸方式与机组总体设计有关 主要关系到机组拆卸时间 机组结构 厂房高度等 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 一从电站的枢纽布置来看 抽水蓄能电站有上 下两个水库 常规水电站一般仅有一个水库 二从安装的机组来说 抽水蓄能电站有四机分置式 装有水泵和电动机 水轮机和发电机 三机串联式 即电动发电机 与水轮机 水泵连结在一个直轴上 和二机可逆式 一台水泵水轮机和一台电动发电机联结 而常规水电站仅装有水轮机和发电机 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 三从静态功能来说 抽水蓄能电站既能发电调峰 又能抽水填谷 而常规水电站仅能发电调峰 从动态功能来说 抽水蓄能电站和常规水电站均能承担调频 调相和事故备用等任务 但抽水蓄能电站在发电或抽水过程中 均可进行调频 调相 尤其是在抽水工况调相时 经常进相吸收无功功率 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 四从投资构成来看 由于大型抽水蓄能电站的机组目前主要依靠国外技术或从国外进口 机电设备价格较高 往往机电设备的投资占总投资的一半或更多 而常规水电站的机组一般国内都能自已制造 机电设备投资大约占总投资的四分之一左右 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 五从在电网中的地位来看 由于抽水蓄能电站具有多种功能 电网常把它作为综合管理的工具 往往在负荷中心附近寻找有条件的站址建设抽水蓄能电站 常规水电站受自然条件影响更大 在负荷中心附近不是到处能找到可以开发的站址的 由于水能资源丰富的地区往往远离负荷中心 电站建成后需远距离输送电能到用电地区 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 六设备和运行方面的不同1 双向旋转 由于可逆式水泵水轮机作水轮机和水泵运行时的旋转方向是相反的 因此电动发电机也需按双向运转设计 在电气上要求电源相序随发电工况和驱动工况而转换 同时电机本身的通风 冷却系统和轴承结构都应能适应双向旋转工作 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 2 需有专门启动设施 可逆式电动发电机作电动机运行时 而必须采用专门的启动设备 SFC 从电网上启动 或采用背靠背方式各台机组间同步启动 3 频繁启停 抽水蓄能电站在电力系统中担任调峰填谷 调频调相及事故备用的作用 一般每天要启停多次 天荒坪抽水蓄能电站每台机组每天启停8 12次 广州蓄能水电厂机组启停则更加频繁 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 4 保护配置不同 与常规水力机组相比 蓄能机组多了相序监测 低频保护 低功率保护 逆功率保护和低频过流保护等特有的保护 二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 5 运行方式不同 常规水电站最主要的功能是发电 即向电力系统提供电能 蓄能电站不仅可以发电 还可在电网用电低谷时进行抽水 把多余的电能转化为势能储存起来 抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能 无论在发电工况或在抽水工况 都可以实现调相和进相运行 并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行 故其运行灵活性更大 此外 蓄能机组如果在抽水时遇电网发生重大事故 则可以由抽水工况快速转换为发电工况 即在一两分钟内 停止抽水并以同样容量转为发电 三 抽水蓄能电站的组成部分 1 上水库 抽水蓄能电站的上水库是蓄存水量的工程设施 电网负荷低谷时段可将抽上来的水储存在库内 负荷高峰时段由水库放下来发电 输水系统是输送水量的工程设施 在水泵工况 抽水 把下水库的水量输送到上水库 在水轮机工况 发电 将上水库放出的水量通过厂房输送到下水库 天荒坪抽水蓄能电站上水库 三 抽水蓄能电站的组成部分 2 输水系统 连接上下水库 由上库进 出水口及事故检修闸门井 隧洞或竖井 压力管道和调压室 岔管 分岔后的水平支管 尾水隧洞及检修闸门闸门井和下水库进 出水口组成 抽水蓄能电站有抽水和发电两种工况 上 下 池的进水口在发电时是出 进 水口 但到抽水时变成进 出 水口 故称进 出水口 天荒坪抽水蓄能电站输水系统图 天荒坪抽水蓄能电站工程示意图 三 抽水蓄能电站的组成部分 3 厂房 厂房包括主 副厂房 主变洞 母线洞等洞室 厂房是放置蓄能机组和电气设备等重要机电设备的场所 也是电厂生产的中心 抽水蓄能电站无论是完成抽水 发电等基本功能 还是发挥调频 调相 升荷爬坡和紧急事故备用等重要作用 都是通过厂房中的机电设备来完成的 安徽省滁州琅琊山抽水蓄能电站 三 抽水蓄能电站的组成部分 4 开关站及出线场 三 抽水蓄能电站的组成部分 5 下水库抽水蓄能电站的下水库也是蓄存水量的工程设施 负荷低谷时段可满足抽水水源的需要 负荷高峰时段可蓄存发电放水的水量 下水库 四 抽蓄电站设备简介 1 发电电动机 发电电动机是既可用做发电机也可用做电动机的同步电机 作发电机用时 其运行原理如下 当励磁绕组通以直流电源后 电机内就会产生磁场 水轮机带动转子转动 则磁场与定子线棒之间有相对运动 就会在定子线棒中感应出交流电势 这些线棒联成三相绕组 则可在绕组出线端产生交流电动势 1 发电电动机 作同步电动机运行时 则在定子三相绕组加以交流电 三相交流电流通过定子绕组时就会在电机内产生一旋转磁场 当转子上的励磁绕组加上励磁电流 旋转磁场就带动转子 并按旋转磁场的转速来旋转 由于水泵水轮机二种运行工况的水流方向相反 所以发电电动机二种运行工况旋转方向必须相反 为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反 这就需改变三相绕组相序排列 所以发电电动机需加装相应的换相设备 换相刀闸 发电电动机主要由定子 转子 上机架 下机架 推力轴承 导轴承 制动系统 高压减载装置 冷却系统等部分组成 2 水泵水轮机 水泵水轮机包括水轮机和调速器 球阀等附属设备和冷却水系统 高压气系统等辅助设备 水泵水轮机本体由以下几大部件构成 转轮 主轴密封 水导轴承 导水机构 导叶 水轮机轴 中间轴 蜗壳 座环 顶盖 底环 尾水管等 水泵水轮机的水机的调相运行系统分压水系统 水环排水系统 蜗壳排气系统和尾水水位测量系统 水泵水轮机 3 进水主阀 在水轮机过水系统中 装置在水轮机蜗壳前的阀门统称水轮机进水主阀 抽水蓄能电站一般都具有水头高 压力大的特点 进水主阀一般为过流球形形式 即球阀 进水主阀的作用 1 对于一洞多机岔管引水的水电站 检修时隔离机组与上游水道 保证机组检修安全与其它机组正常运行 3 进水主阀 2 对于高水头水电站 因其水头高 压力大 导叶漏水量大 设置进水主阀可减少能量损失 当机组发生故障时 迅速关闭进水主阀 截断水流 防止发生飞逸事故 3 对于长引水管道的水电站 因其充水时间长 延长了机组的启动时间 装设进水主阀可缩短重新启动时间 提高机组运行的灵活性和速动性 3 进水主阀 4 投产初期 用做未投产机组压力钢管的堵头 保证厂房安全 4 调速器系统 水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象 包括引水系统 水轮机 发电机及负载 共同组成的 调节的任务是根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出 以维持机组转速 频率 在规定范围内 4 调速器系统 对调速器必需的要求是保证调节系统的稳定性和相当好的速度调节过程质量 近年来 新投产的机组都采用了数字式电液调速器即微机调速器 调节参数的整定和修改都非常方便 运行状态的查询和转换也很灵活 机组的开 停机规律可方便地用软件程序实现 即停机过程可根据调保计算要求 灵活地实现折线关闭规律 开机过程可根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定 而且便于直接与厂级或系统级上位机相连接 实现全厂的综合控制 提高水电厂的自动化水平 5 压缩空气系统 压缩空气系统由空气压缩装置 空气压缩机及其辅助设备 管道系统和测量控制元件三部分组成 水电站压缩空气的使用主要有以下几个方面 电站油压装置压力油罐充气 是水轮机调节系统和球阀控制系统的能源 机组停机时的机械制动用气 机组作调相运行时转轮室压水用气 检修维护室风动工具及吹污清扫用气 离相封闭母线的微增压用气和水轮机主轴检修密封供气等 按照空压机出口压力等级 压缩空气系统可分为高压压缩空气系统 中压压缩空气系统和低压压缩空气系统 调相压水系统 水泵水轮机在抽水之前 机组必须先作抽水调相工况运行 当机组抽水或抽水调相启动时 需要靠SFC或BACKTOBACK进行逐步拖动 此时 利用压缩空气强制压低转轮室水位 使转轮在空气中旋转 可以减少阻力 即减少电能的消耗 同时机组的振动也可以相应的减轻 机组转速能快速达到额定转速进行同期并网 机组调相运行中 需要转向抽水时 转轮室排气之后打开导叶 工况即可转换 提高了机组的响应时间 机组作调相运行时的有功损耗与发无功功率有关 发电调相满发时 转轮在水中旋转约为额定有功功率的15 左右 在空气旋转则为4 左右 由此可见 调相压水的经济效益是很大的 调相压水系统 机组调相时的压缩空气是从专用的气罐中引来 强制压低尾水管中的水位 气罐最小压力 必须等于转轮室所要求压低的水位与下游水位之差 6 静止变频启动装置 SFC 静止变频器起动是利用可控硅变频装置 SFC 产生从零到额定频率的变频起动电源 将发电电动机起动并同步拖动起来 基本结构主要分为四个部分 静止变频器起动适用于容量大 机组台数多的大型抽水蓄能电站 因变频器都是静止元件 维护工作量小 工作可靠性高 设备布置比较灵活 每台机组可公用一套 静态变频器的主要优点是无级变速 启动平稳 反应速度快 具有很强的自诊断能力 但其所需控制设备比较复杂 元件质量要求高 静止变频器 SFC 用于机组抽水 抽水调相 工况启动 主要由输入单元 变频单元 输出单元 控制单元 保护单元及辅助单元几部分组成 7 主变压器 主变压器由以下部分组成 1 铁心 铁心是变压器的磁路 通常用含硅量约为5 表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成 2 线圈 绕组是变压器的电路部分 一般由外面包有绝缘纸的铝线或铜线绕制而成 7 主变压器 3 绝缘结构 变压器绝缘主要指外部绝缘和内部绝缘 外部绝缘指高 低压绕组引出油箱外时用的瓷套管 它是带电的引线与接地的油箱间的绝缘 套管装在油箱盖上 套管中心穿有导电杆 下端伸进油箱 与绕组引线相连 上端露出油箱外 以便与外部电路连接 高压引线一般用充油式或电容式套管 4 油箱及其它部件 油浸式变压器油箱具有容纳器身 变压器油及散热冷却作用 它用钢板焊成 呈椭圆桶状 油箱内的变压器油既是绝缘介质 又是冷却介质 8 监控系统 计算机监控系统是以微机为基础 以数据总线为通信介质 能远方监控 自动运行的智能型分层分布的开放式控制系统 整个系统由调度级 电站控制级和现地单元控制级组成 9 渗漏排水系统 渗漏排水系统包括渗漏集水井 排水泵和配套水位计等设备 渗漏排水的特征是排水量小 不集中 而抽蓄电站一般采用地下厂房 位置较低 积水不能靠自压排出 因此需要设置集水井将渗漏水收集起来 然后用水泵抽出 从而保证厂房不致积水 潮湿 抽蓄电站渗漏排水集水井的水源主要有厂房围岩渗水 SFC冷却排水 机组顶盖排水 高压空压机冷却排水 主变压器空载冷却排水 蜗壳排气 排水管来水 滤水器冲污排水等 五 机械连接基本知识 机械联接是将两个或两个以上物体联接在一起的结构 常用的机械联接分为两类 一类称机械静联接 被联接的两物体间没有相对运动 位置固定不变 另一类称机械动联接 被联接的两物体间可以产生相对运动 如铰链联接 常称的联接一般指机械静联接 机械静联接又可分为不可拆联接和可拆联接两种 不可拆联接常见的有铆接 焊接和胶接等 可拆联接的类型很多 如螺纹联接 键联接和销联接等 过盈联接可做成可拆联接 也可做成不可拆联接 机械动连接 运动副 机械静连接 焊接 胶接 铆接 螺纹连接 键连接 销连接等 连接的分类 静连接 在机器工作中 不允许零部件之间存在相对运动的连接 动连接 机器工作时 零部件之间可以有相对运动 例如 机构中 构件之间的连接 即运动副 静连接 可拆连接 不须毁坏连接中的任何一个零件就可拆开的连接 例如 螺纹连接 键连接 不可拆连接 至少毁坏连接中的一部分才能拆开的连接 例如 铆接 焊接等 指的是零件的组合方式 连接 1螺纹联接 1 1常用螺纹的类型 特点及应用1 1 1螺纹的分类 螺纹的分类方法很多 按形成部位不同 可分为外螺纹和内螺纹 如螺栓和螺母 两者在一起组成螺旋副 按旋向不同 可分为左旋和右旋 常用的是右旋螺纹 顺时针转为拧紧 逆时针转为松脱 按形成的线数不同 可分为单线 双线 及多线螺纹 但一般线数最好不超过4 否则不好加工 我们平时常讲的三角螺纹 矩形螺纹 梯形螺纹和锯齿形螺纹是按形成螺纹的牙型来分的 其中三角螺纹常用于联接 其余三种常用于传动 除矩形螺纹外 其余三种都已标准化 1螺纹联接 1 1 2螺纹的主要参数 大径d D 也称为公称直径 小径常作为外螺纹危险截面的计算直径 中径上螺纹牙厚度与牙间宽度相等 标记M10 10指的是大径 螺距p 按p不同 可分为粗牙螺纹和细牙螺纹 同一公称直径时 螺距最大的为粗牙 其余皆为细牙 标号时区分 M10 2 2表示细牙螺纹的螺距 导程s np 螺纹升角 牙型角 2螺纹联接的基本类型和标准联接件 2 1螺纹联接的基本类型2 1 1螺栓联接 其结构特点是在被联接件上不必切制螺纹孔 螺栓杆和通孔间留有间隙 故通孔的加工精度低 结构简单 装拆方便 成本低 使用时不受被联接件材料的限制 因此它是最常用的一种联接型式 主要受轴向载荷 铰制孔用螺栓主要承受横向载荷 孔的加工精度要求较高 1 螺栓连接 装拆方便 螺栓受拉力 普通螺栓连接 螺纹连接的基本类型 普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接 2螺纹联接的基本类型和标准联接件 2 1 2双头螺柱联接 这种联接是利用双头螺柱的一端旋入较厚的被联接件中 另一端与螺母旋合 拆卸时只拧下螺母 不拧下螺柱 它一般适用于被联接件之一较厚不便穿孔 或由于结构限制必须采用盲孔的场合 双头螺柱连接 被连接件之一较厚 可常拆卸 2螺纹联接的基本类型和标准联接件 2 1 3螺钉联接 螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中 这种联接在结构上比双头螺柱简单 紧凑 其用途和双头螺柱相似 但不宜经常装拆 以免损坏被联接件的螺孔 螺钉连接 被连接件之一较厚 不常拆卸 2螺纹联接的基本类型和标准联接件 2 1 4紧定螺钉联接 一般把紧定螺钉拧入被联接件的螺孔中 其末端顶入另一被联接件的表面或凹坑中 以固定两零件的相对位置 并可传递不大的轴向力或转矩 3螺纹联接件 螺纹联接件的种类很多 大都已经标准化 设计时应尽量按标准选用 3螺纹联接件 3 1螺栓 螺栓的头部形状很多 但最常用的是六角头螺栓 六角头又分为标准六角头和小六角头两种 冷镦工艺生产的小六角头螺栓具有材料利用率高 生产成本低 机械性能好等优点 但由于头部尺寸较小 不宜用于经常装拆和强度低 易锈蚀的被联接件上 常用螺栓材料为Q215 Q235 35 45等碳素钢 对于要求强度高 尺寸小的螺栓可采用合金钢制成 当螺栓不用与螺母配合使用时 也可作为螺钉使用 3 2双头螺柱 它的两端均制有螺纹 中部为光杆 其中旋入螺孔的一端称为座端 另一端为螺母端 其公称长度为 一般可分为 型和 型两种 3螺纹联接件 3 3螺钉 根据用途不同 螺钉可分为紧定螺钉和联接螺钉两种 它与螺栓不同之处在于螺钉的头部形状较多 必须留有按扳手或起子的位置 且用于联接时不必与螺母配合使用 紧定螺钉末端要顶住被联接件之一的表面或相应的凹坑 所以末端也具有各种形状 3螺纹联接件 3 4螺母 螺栓及双头螺柱都需要和螺母配合使用 螺母的形状很多 常用的有六角螺母和圆螺母 六角螺母应用最广 按要求又有厚薄的不同 扁螺母用于尺寸受到限制的地方 厚螺母用于经常装拆易于磨损的场合 圆螺母一般尺寸较大 常用于轴上零件的轴向固定 3 5垫圈 它的作用是保护被联接件表面免于刮伤 增大螺母与被联接件的接触面积 降低支承面的挤压应力 遮盖被联接件不平的接触表面 垫圈种类很多 常用的有平垫圈 斜垫圈 弹簧垫圈 止动垫圈和球面垫圈等 4螺纹联接的预紧与防松 4 1螺纹联接的预紧预紧的目的是保证联接的可靠性和密封性 防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移 控制预紧力的方法很多 通常可用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小 4 2螺纹联接的防松从理论上讲 螺纹联接都能满足自锁条件 在静载荷和温度变化不大时不会自行松脱 但是在交变 冲击和振动载荷作用下 联接仍可能失去自锁作用而松脱 使联接失效 造成事故 为了使联接安全可靠 必须采用有效的防松装置 螺纹联接防松的根本问题在于防止螺旋副的相对转动 防松的方法很多 按工作原理不同可分为以下三类 4螺纹联接的预紧与防松 1 摩擦防松这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力 始终有摩擦力防止联接松脱 这种方法不十分可靠 故多用冲击和振动不剧烈的场合 常用的有以下几种 1 对顶螺母 2 尼龙圈锁紧螺母 3 弹簧垫圈 4螺纹联接的预紧与防松 2 机械防松 这类防松装置是利用各种止动零件来阻止拧紧的螺纹零件相对转动 这类防松方法十分可靠 应用很广 1 开口销与槽形螺母 2 止动垫圈 3 串联钢丝3 永久性防松 1 冲点法防松 2 粘接法防