热能与动力工程概论 吕太 第五章 水力发电新

2018/1/101第五章水力发电第一节水能利用和水电站基本类型1第二节水电厂水轮机设备2第三节水轮机工作原理及调节3第四节水电厂主要经济指标4第五章水力发电第五章水力发电2018/1/102第五章水力发电2018/1/103第五章水力发电第一节水能利用和水电站基本类型V一、水能资源V二、水能利用概述V三、水电站的基本类型2018/1/104第五章水力发电一、水能资源一切地面、地下水源也就成了一种重要的自然资源，称之为水资源。其中，河川水流及沿海潮汐所蕴藏的天然水能称之为水能资源或水力资源，它是水电站生产电能的“原料”，和煤炭、石油一样是国家宝贵的财富。第五章水力发电2018/1/105第五章水力发电一、水能资源我国能源探明总储量的构成2018/1/106第五章水力发电一、水能资源我国能源剩余可采总储量的构成2018/1/107第五章水力发电一、水能资源所谓常规能源资源通常包括煤炭、水能、石油和天然气,我国能源资源探明总储量约8450亿吨标准煤其中水能为可再生资源,按使用100年计算,探明剩余可采总储量为1590亿吨标准煤,分别约占世界总量的267和115。我国能源探明总储量的构成为原煤851、原油127、水能119、天然气03,能源剩余可采总储量的构成为原煤514、水能446、原油29、天然气11。由此可见，我国常规能源资源以煤炭和水能为主，水能仅次于煤炭，居十分重要的地位。2018/1/108第五章水力发电一、水能资源我国分地区的水能资源的理论蕴藏量地区理论蕴藏量/104KW年发电量/（108KWH）占全国的比例/华北地区东北地区华东地区中南地区西南地区西北地区全国1229931212663004886408374733118871469676047110774106232632356138414621737395922181818449570012510002018/1/109第五章水力发电一、水能资源我国分地区的水能资源地区装机容量/104KW年发电量/（108KWH）占全国的比例/华北地区东北地区华东地区中南地区西南地区西北地区全国6919811994517902267534923234334193773785324232253849168794297365130503619049319233041220361556789910002018/1/1010第五章水力发电一、水能资源2018/1/1011第五章水力发电一、水能资源我国水能资源总量虽然十分丰富，但人均资源量并不高。例如，我国可开发的水能资源约占世界总量的15，但人均资源量却只有世界平均值的70左右。另外，我国水资源的分布不均衡。从河流看，水能资源主要集中在长江、黄河中上游、雅鲁藏布江中下游、珠江、澜沧江、怒江和黑龙江上游。2018/1/1012第五章水力发电二、水能利用水能是自然界广泛存在的一次能源。它可以通过水力发电站方便地转换为优质的二次能源电能。所以通常所说的“水电”既是被广泛利用的常规能源，又是可再生能源。而且水力发电对环境无污染，因此水能是世界上众多能源中永不枯竭的优质能源。2018/1/1013第五章水力发电V水力发电在重力作用下，由高处流往低处的水体具有一定的能量。利用从高处流到低处的水力，带动水轮发电机组，将水能直接转换成电能，输送出去。二、水能利用2018/1/1014第五章水力发电在天然状况下，在高处的水所具有的能量消耗于克服水流摩阻、河床表面的摩阻、挟带泥沙、冲刷河床等。进行水能开发就是采取人工措施，将这些分散的白白消耗掉的能量集中起来加以利用。针对天然水能落差分散和流量多变，开发利用水能时要解决的基本问题是集中落差和调节流量，尤其是集中落差必不可少。二、水能利用2018/1/1015第五章水力发电构成河流水能的两个基本要素二、水能利用1河段落差水面高程差2河中水量或流量2018/1/1016第五章水力发电二、水能利用水能资源综合利用旅游水产TEXTTEXTTEXT灌溉航运发电防洪养殖供水2018/1/1017第五章水力发电V我国水电发展概况建国初期，水电建设主要集中于经济发展及用电增长较快的东部地区,但大型水电站不多。20世纪50年代末,开始在黄河干流兴建刘家峡等大型水电站,但仍以东部地区的开发建设为主,西南地区丰富的水力资源尚未得到大规模开发,水电在电力工业中的比重逐步下降。近年来,国家把开发西部地区水力资源提到重要位置,尤其是提出“西电东送”战略以后,西南地区丰富的水力资源逐步得到开发利用。二、水能利用2018/1/1018第五章水力发电V目前，我国水电建设技术已具有世界水平，一大批世界顶级的工程、一大批世界顶尖的技术已在中国兴起。2008年底，世界瞩目的三峡水利枢纽工程发电机组全部投产，总装机容量达到1820万千瓦，堪称世界上最大的水电站。二、水能利用2018/1/1019第五章水力发电三峡工程世界之最V世界防洪效益最为显著的水利工程三峡水库总库容393亿M3，防洪库容2215亿M3，能有效地控制长江上游洪水，增强长江中下游抗洪能力。V世界上最大的水电站三峡电站总装机容量1820万KW，年发电量8468亿万KWH。V世界上建筑规模最大的水利工程三峡大坝轴线长230974M，装有26台70万KW的水轮发电机组，双线5级船闸加升船机，无论单项、总体都是世界建筑规模最大的水利工程。V世界上工程量最大的水利工程主体建筑土石方挖填量为134亿M3，混凝土浇筑量2794万M3，钢筋4630万吨，金结2565万吨。V世界上施工难度最大的水利工程2000年混凝土浇筑量为54871万M3，月浇筑量为55万M3，创造了混凝土浇筑量的世界记录。2018/1/1020第五章水力发电V施工期流量最大水利工程三峡工程截流流量为9010M3/S，施工导流最大洪峰流量达79000M3/S。V世界泄洪能力最大的泄洪闸三峡工程泄洪闸最大泄洪能力为1025万M3/S。V世界级数最多、总水头最高的内河船闸三峡工程双线5级船闸，总水头113M。V世界上规模最大、难度最高的升船机升船机有效尺寸为120M18M35M，最大升程113M，船箱带水中量达11800吨，过船吨位3000吨。V世界上水库移民最多、工作最为艰巨的移民建设工程三峡水库移民最终可达113万。三峡工程世界之最2018/1/1021第五章水力发电三峡工程三峡工程2018/1/1022第五章水力发电2018/1/1023第五章水力发电三、水电站的基本类型水电站水电站类型类型BECDA坝式水电站引水式水电站混合式水电站抽水蓄能式水电站潮汐式水电站2018/1/1024第五章水力发电V坝式水电站在河道上修筑拦河大坝，抬高上游水位，以集中落差，并形成水库调节流量，这种水能开发方式称坝式开发。用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。按照集中落差的大小和水电站厂房布置的特点又可分为坝后式水电站和河床式水电站两种。1坝式水电站2018/1/1025第五章水力发电坝式水电站示意图坝式水电站示意图2018/1/1026第五章水力发电坝后式水电站厂房在坝的下游，不起挡水作用，发电用水经坝式进水口沿坝身压力管道进入厂房。一般适用于中、高水头的情况。坝后式水电站丹江口水电站2018/1/1027第五章水力发电当水头较低，单机容量有较大时，厂房与整个进水建筑物连成一体，厂房本身起挡水作用称为河床式厂房。葛洲坝水利枢纽西津水电站闸墩式青铜峡水电站河床式水电站河床式水电站2018/1/1028第五章水力发电河床式水电站布置示意图河床式水电站布置示意图2018/1/1029第五章水力发电V坝式开发的优点是建坝形成水库，可用以调节流量，故坝式水电站引用流量大、电站规模也大，水能利用较充分；坝式水电站因有水库，综合利用效益高，可同时解决防洪和其他兴利部门的水利问题。2018/1/1030第五章水力发电V坝式开发的不足由于坝的工程量较大，尤其是形成水库会带来淹没问题，造成库区土地、森林、矿产等的淹没损失和城镇居民搬迁安置工作的困难，要花淹没损失费，所以，坝式水电站一般投资较大、工期较长、单价较贵。2018/1/1031第五章水力发电2引水式水电站V引水式水电站在河流坡降较陡的山区河段上游,筑一低坝或无坝取水,通过修建的引水道明渠、隧洞、管道等引水到河段下游附近来集中落差,再经压力管道引水至水轮机发电，这种采用引水道集中水头的水电站称为引水道式水电站。按引水建筑物中水流流态的不同，引水式水电站可分为无压引水式水电站和有压引水式水电站两种。2018/1/1032第五章水力发电采用无压引水建筑物（如明渠、无压隧洞,在无压引水道与压力水管的连接处设压力前池，用明流的方式引水以集中落差的水电站，称为无压引水式水电站。无压引水式水电站一般水头较小、规模不大。无压引水式水电站2018/1/1033第五章水力发电无压引水式水电站无压引水式水电站1河源；2明渠；3取水坝；4进水口；5前池；6压力水管；7水电站厂房；8尾水渠2018/1/1034第五章水力发电采用有压引水建筑物如压力隧洞、压力水管，用压力流的方式引水以集中落差的水电站，称为有压引水式水电站。有压引水式水电站的水头多为中高水头，目前最高水头达2000多米，如意大利劳累斯有压引水式水电站最大水头达2030M。有压引水式水电站2018/1/1035第五章水力发电1高河（或河湾上游）；2低河（或河湾下游）；3进水口；4有压隧洞；5低压室；6压力钢管；7水电站厂房有压引水式水电站有压引水式水电站2018/1/1036第五章水力发电引水式开发适用于河道坡降较陡、流量较小的山区性河段。尤其是适用于有下列天然地形条件的河段有瀑布或连续急滩的河段，用不长的引水道可获得较大水头。在河道有大弯段的颈部，可用截弯取直引水方式，获得相当的水头。当相邻河流高差很大而又相隔不远时，可在两河相距最近处采取跨河引水方式，获得较大水头。2018/1/1037第五章水力发电3混合式水电站在一个河段上，同时用坝和有压引水道结合起来共同集中落差的开发方式，叫混合式开发。坝集中一部分落差后，再通过有压引水道隧洞集中坝下河段的另一部分落差，形成电站总水头，这种开发方式的水电站称为混合式水电站。2018/1/1038第五章水力发电3混合式水电站1坝；2进水口；3隧洞；4调压井；5斜进；6钢管；7地下厂房；8尾水洞；9交通洞；10蓄水库2018/1/1039第五章水力发电4潮汐式水电站利用海洋涨潮落潮所形成的水位差引海水（即潮汐能）发电而建成的水电站，称潮汐式水电站。分类1单库单向发电2单库双向发电2018/1/1040第五章水力发电潮汐水能发电示意图2018/1/1041第五章水力发电4潮汐式水电站世界最大的潮汐电站法国朗斯电站2018/1/1042第五章水力发电5抽水蓄能式水电站建筑物组成包括上下两个水库,用引水建筑物相连,蓄能电站厂房建在下水库处,采用双向机组（如下图）抽水蓄能放水发电包括两个过程（实物图如下）2018/1/1043第五章水力发电抽水蓄能式水电站实物图2018/1/1044第五章水力发电5抽水蓄能式水电站V抽水蓄能系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库电动机水泵，以水的势能形式贮存起来；V放水发电系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组水轮机发电机发电，以补充系统中电能的不足。V抽水蓄能式水电站一般可以分为两类纯抽水蓄能水电站；混合式抽水蓄能电站2018/1/1045第五章水力发电纯抽水蓄能式水电站V纯抽水蓄能水电站是指上水库无天然的径流量，全凭动力从下水库抽取水量。水在上下水库之间循环使用，但由于蒸发与渗漏要损失水量，所以下水库必须有径流补充。纯抽水蓄能水电站纯粹是为了满足电力系统调峰填谷的需要而兴建的。V特点是站址选择自由，要求靠近用电负荷中心或电源点，水头高，水源充沛，地质条件优越；相应的水工建筑物及引水系统规模小；造价低，投资少。它以日、周调节为主。西方国家已大量发展这种纯抽水蓄能水电站。2018/1/1046第五章水力发电混合式抽水蓄能电站V是利用河流上常规水电站水库作低库，另建高库，在电站厂房内装有水泵水轮机组可逆式和常规的水轮发电机组，既可进行水流的能量转换，又能利用天然径流发电，可以调节发电和抽水的比例以增加发电量。V在混合式抽水蓄能电站内，发电用水来源一部分靠径流，一部分靠抽储的水量。它在电力系统中兼有常规水电站和纯抽水蓄能水电站的双重功能，对于解决发电用水与其他季节性用水之间的矛盾特别有用。2018/1/1047第五章水力发电2018/1/1048第五章水力发电第二节水电厂水轮机设备V一、水轮机发展概况V二、水轮机的结构类型V三、水轮机的工作参数与特性V四、水轮发电机组的其他设备2018/1/1049第五章水力发电一、水轮机发展概况V1951年哈尔滨电机厂开始生产第一台800KW的混流式机组，到今天，已能制造出单机容量为700MW转轮直径世界最大的三峡水电站的混流式水轮发电机组。V1979年由东方电机厂设计生产的用于葛洲坝电站的单机容量为17万KW的轴流转桨式机组，其转轮直径达113M，是目前世界上最大的轴流转桨式水轮机。V至今全国有20多个水轮机制造厂纳入国家计划，可生产出多种型号和品种的水轮机。另外各地区县还有许多小型水轮机制造厂，它们是发展农村小水电，实现农村电气化的生力军。2018/1/1050第五章水力发电二、水轮机的结构类型混流式HL轴流定浆式ZD轴流式ZL轴流转浆式ZZ斜流定浆式XD反击式斜流式XL斜流转浆式XZ贯流定浆式GD贯流式GL贯流转浆式GZ切击式CJ冲击式斜击式XJ双击式SJ2018/1/1051第五章水力发电反击式水轮机V反击式水轮机根据水流在转轮中流动形式的特征，又可分为混流式、轴流式、贯流式和斜流式等几种主要型式的水轮机。V反击式水轮机利用水流的位能、压能和动能进行工作。上游水库中的水，在进入转轮前已大部分转化成压能，动能仅是一小部分。水流经过转轮时，由于受转轮叶片的作用改变了速度大小和方向，因而对转轮产生了反作用力，使转轮旋转作功。其特点是转轮处于压力水流的包围之中，不与大气接触。2018/1/1052第五章水力发电混流式水轮机混流式水轮机是水流开始进入转轮叶片时为径向，流经转轮叶片时改变了方向，最后为轴向从叶片流出。水流从压力钢管进入水轮机以后，先经过蜗壳1，然后通过活动导叶2进入转轮3。蜗壳和活动导叶控制着进入转轮的水流速度的大小和方向。水流在转轮内推动转轮做功以后，从尾水管4排入下游河道。2018/1/1053第五章水力发电V混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。V大型混流式水轮机一般应用于50700M水头范围，单机容量由几十干瓦到几十万千瓦。混流式水轮机2018/1/1054第五章水力发电轴流式水轮机轴流式水轮机是水流进入转轮叶片和流出转轮叶片的水流方向均为轴向。右图为轴流式水轮机简图。其中，蜗壳1、活动导叶2、转轮3以及尾水管4等主要组成部分都与混流式水轮机相同。不同的只是转轮的形状。2018/1/1055第五章水力发电轴流式水轮机轴流式又分定桨式和转桨式。定桨式叶片不能转动，但结构简单。当水头和出力变化时，效率变化较大，运行平均效率较低。所以定桨式适用于功率不大，水头变化不大的电站，目前适用水头为350M。转桨式叶片相对于转轮体可以转动。在运行中根据不同的负荷和水头，叶片与导叶相互配合，形成一定的协联关系，实现导叶与叶片的双重调节，获得较高的水力效率和稳定的运行特性。它适用于水头变化较大，特别是出力变化较大的电站。适用水头为380M，广泛用于低水头、大容量的电站。2018/1/1056第五章水力发电贯流式水轮机贯流式水轮机是水流进入和流出水轮机的方向均与主轴方向一致，直贯整个水轮机流道。水流从上游直接通过活动导叶3进入转轮4。上游管路、活动导叶、转轮以及尾水管5，总体上就是一根管路，提高了过流能力和水力效率。发电机2装置于这个管路之内，用一个钢制壳体1保护起来。2018/1/1057第五章水力发电这种结构由于水流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，提高了过流能力和水力效率,是目前贯流式水轮机的主流结构形式。贯流式水轮机适用于225M水头，广泛用于平原河流上的电站和潮汐电站。贯流式水轮机2018/1/1058第五章水力发电斜流式水轮机斜流式水轮机是水流进入和流出转轮叶片时的方向均与水轮机主轴倾斜一定角度。斜流式水轮机适用于水头变幅大的电站,一般应用于40200M水头范围。目前由于它的制造工艺较复杂,技术要求较高,在一定程度上限制了它的推广和应用。1蜗壳；2导叶；3转轮叶片；4尾水管2018/1/1059第五章水力发电斜流式水轮机斜流式转轮叶片布置在与主轴同心的圆锥面上,叶片轴线与水轮机主轴中心线形成交角，角随水头不同而异，一般水头在4080M时60，水头在60130M时45，水头在120200M时30。2018/1/1060第五章水力发电反击式水轮机冲击式水轮机利用水流的动能进行工作。由压力水管引来的高压水流，经喷嘴把全部水流的能量均转化成速度能的形式，并以高速的自由射流冲向转轮，使转轮产生旋转力矩而转动作功。冲击式水轮机，按射流冲击转轮的方式可分为切击式又称水斗式、斜击式和双击式三种型式。2018/1/1061第五章水力发电切击式水轮机切击式水轮机是水流从喷嘴射出后，沿转轮圆周切线方向冲击水斗。在冲击式水轮机中，高压的水流从喷嘴1中高速喷出，形成一股自由射流。该射流作用于转轮叶片2，推动转轮旋转做功。喷嘴、射流和转轮的相互关系用该图右上角的局部放大图作了进一步的说明。喷嘴中有喷针3，前后移动喷针,就可以改变喷嘴的出口面积，从而改变流量和水轮机的功率。2018/1/1062第五章水力发电斜击式水轮机斜击式水轮机的主要部件与切击式水轮机大致相同，但其水流从喷嘴射出方向与转轮旋转平面成一斜角一般225，从转轮的一侧喷射斗叶，从另一侧流出。斜流式水轮机应用水头为25400M，适用在中小型水电站上。2018/1/1063第五章水力发电双击式水轮机双击式水轮机是从喷嘴射出的水流首先喷射在转轮上部叶片，对叶片进行第一次冲击；然后水流穿过转轮中心进入转轮下部，再对下部叶片进行第二次冲击。双击式水轮机的应用水头为580M，因效率较低，只适用于小型水电站。2018/1/1064第五章水力发电水轮机的类型、适用范围及其特点类型代号适用水头M比转速NS机型特点反击式混流式HL70050300结构紧凑，运转稳定，效率高，多用于中等水头和中等流量的电站，是目前应用最广泛的水轮机之一轴流式定浆ZD转浆ZZ350380250700200850过水能力大，适用于大流量、低水头电站。用转桨式ZX能克服定桨式ZD在流星变化时造成的运行不稳定和低负荷运行时效率低的缺点。贯流式定浆GD转浆GZ203023010001000过水能力大，流道通畅，水利损失小，效率高，土建投资少，但密封止水相绝缘要求高。适用于平原地区低水头、大流量的电站和潮汐电站。斜流式XL40200100350多数为转桨式的，运行时高效率区较宽，对水头和流量变化较大的情况能适应。但其制造工艺较复杂，技术要求较高。2018/1/1065第五章水力发电冲击式切击式CJ200335适用于高水头、小流量电站，是唯一使用在700M以上的高水头水轮机。小型机组多用于水头在50M以上、流量在1M3/S以下的电站。斜击式XJ254003070与切击式水斗式相比，转轮较简单，过水能力大，制造容易，使用流量较切击式大，适用在中小型水电站上。双击式SJ58035150水流从喷嘴射出后，先冲击转轮的上部叶片；然后水流通过转轮中心再冲击下部叶片。因效率较低，主要用于小型电站。类型代号适用水头M比转速NS机型特点水轮机的类型、适用范围及其特点2018/1/1066第五章水力发电三、水轮机的工作参数与特性水头流量功率、效率水轮机的比转速（一）工作参数2018/1/1067第五章水力发电1水轮机的工作水头水轮机的水头H是指水轮机的进口断面1和出口断面2的单位重量水流所具有的能量差2018/1/1068第五章水力发电2水轮机的流量每秒钟流进或流出水轮机的水流体积，叫做水轮机的流量，以Q作代号，以M3S作单位。把一个直径为D1，工作水头为H的水轮机的实际流量Q折算为直径1M，工作水头1M的水轮机流量，叫做水轮机的“单位流量”，以作代号2018/1/1069第五章水力发电3水轮机的功率和效率水流流进水轮机每单位时间付出的能量叫做“水功率”，用表示，单位为KW或MW。WKW水轮机通过主轴输出的功率称为水轮机的功率（用N表示），因为有损失，所以它比“水功率”要小一些，两者之比（输出能量与输入能量的比值）就叫做水轮机的效率2018/1/1070第五章水力发电4水轮机的比转速水轮机的比转速是指当工作水头H1M、发出的功率N1KW时，水轮机所具有的转速。式中，N是水轮机的转速转分钟；N是水轮机的功率KW；H是水轮机的工作水头M。2018/1/1071第五章水力发电水轮机参数参数关系反映水轮机特性。1结构参数转轮直径D1，导叶高度B0，导叶开度A0，叶片转角2工作参数H、Q、N、H3、N、3综合参数2018/1/1072第五章水力发电（二）水轮机特性曲线2018/1/1073第五章水力发电1水轮机线型特性曲线转速特性曲线2018/1/1074第五章水力发电当N0时，因为水轮机不转动，故不能输出有功功率，则N0、0。当N达最高转速时，由于流入水轮机的水流能量全部消耗在因水轮机旋转产生的磨擦损失上，故出力N0和0。水轮机出力N和效率的最大值，发生在转速N从零到最大值，或力矩M从最大值至零之间的某一点，并且最大出力和最高效率一般发生在两个不同的工况点。转速特性曲线2018/1/1075第五章水力发电工作特性曲线工作特性曲线2018/1/1076第五章水力发电A是载点，即水轮机维持额定转速空转时，消耗的功率NX此时轴功率为零，故效率曲线不通过坐标原点；C点是效率最高点，即最优工况点，切线为水平线；D点是极限出力点，是水轮机可能发生的最大出力NMAX点。过D点以后，即使导叶开度A0再增大，由于水力损失急剧加大，效率下降超过流量增加对出力的影响，故出力反而下降。因此，水轮机在这一区域内不能稳定运行；B点是出力限制点，把水轮机限制在最大出力的95以内运行，保证水轮机有5NMAX的出力储备，防止水轮机在不稳定区域内运行。工作特性曲线2018/1/1077第五章水力发电不同型式水轮机工作特性曲线不同型式水轮机工作特性曲线2018/1/1078第五章水力发电曲线1为高比转速轴流转桨式水轮机,因转轮叶片可以转动,它的效率变化最小,高效率区宽广,只有当出力很大时效率才稍有下降。曲线2为中比转速的混流式水轮机，效率变化较大，高效率区较窄，但最高效率较高。曲线3为低比转速的冲击式水轮机，效率变化小，高效率区宽，而最高效率最低。曲线4为高比转速轴流定桨式水轮机，效率变化最大，高效率区最窄，特性曲线出现尖蜂，末端有钩子区。不同型式水轮机工作特性曲线2018/1/1079第五章水力发电2水轮机综合特性曲线模型综合特性曲线能全面地反映出模型水轮机的效率、汽蚀、导叶开度等综合性能的大小，有利于各种不同型式水轮机的性能比较，所以是分析比较水轮机性能的依据，是代表同系列水轮机的总特性曲线。运转综合特性曲线能反映出水轮机在实际运行水头H和出力N时水轮机的效率和吸出高度，所以可用它来指导水轮机的经济运行和正确地选择水轮机。2018/1/1080第五章水力发电四、水轮发电机组的其它设备1发电机2调速器3水轮机进水阀4油、水、气系统5电能输送装置2018/1/1081第五章水力发电1水轮发电机由水轮机驱动的发电机。由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大。通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构。水轮发电机的外型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。水轮发电机组起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。2018/1/1082第五章水力发电2调速器调速器是依据机组转速的快慢，通过调节水轮机的导叶开度来改变进入水轮机的流量以实现电力系统供求平衡的。当系统负荷增大，机组发出的电能不能满足要求，转速因而降低时，由永磁发电机发出的转速降低信号，通过调速器开大导叶开度增大电能输出使电力系统的供求达到平衡，相反，当机组发出的电能超过系统需要时，转速会升高，通过调速器来关小导叶的开度，减小电能输出，使系统达到新的平衡。2018/1/1083第五章水力发电调速器的基本作用是1能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。2能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。3当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。4能满足转桨式、冲击式水轮机双重协联调节的需要。2调速器2018/1/1084第五章水力发电3水轮机进水阀在压力管道末端，水轮机蜗壳或引水管之前所设的阀门称为水轮机进水阀。进水阀只有全开及全关两种工作位置，不调节进水的流量。作用为机组检修提供安全工作条件停机时减少机组漏水量，开机时缩短起动所需要的时间防止机组飞逸事故扩大2018/1/1085第五章水力发电3水轮机进水阀蝴蝶阀球阀闸阀2018/1/1086第五章水力发电4油系统油系统包括油泵、贮油、净油设备和管路。作用1接受新油，并以自流或以油泵压送的方法将新油送入贮油桶。2贮备净油，以供发生事故需要更换污油或正常运行补充损耗之用。3在设备大修后或新安装机组运行前，给设备充净油。4向运行设备添油，补充用油设备在运行中的损耗。5检修时，通过油泵或自流方式，从设备中排出污油并送到油库的污油桶或运行油桶中。6将贮存在污油桶运行油桶中的污油通过压力过滤或真空过滤进行净化处理。7油的监督与维护。2018/1/1087第五章水力发电4水系统水系统包括水泵、阀门和管路等组成的供水和排水系统。水电站中需要排出的水可以概括为生产排水，渗漏排水和检修排水三大类。水电站的供水包括技术用水、消火用水和生活用水。2018/1/1088第五章水力发电4气系统气系统包括空压机、贮气罐及管道等。用途1油压装置压力油罐充气。2机组停机过程中制动装置用气。3水轮发电机作调相运行时，反击型水轮机转轮室及尾水管的压水充气。4主阀围带止水充气。5水轮机主轴的围带止水充气。6设备维护及检修工作中风动工具、吹扫等用气。2018/1/1089第五章水力发电5电能输送装置水电站运行后，发出的电能经配电后再送至输电线路，最终到达用户。下图是水电站电能传输过程示意图。水轮发电机组1发出的电能经户内配电装置上的断路器2、隔离开关3送给户内母线4，母线汇集各发电机的电能，经升压变压器5升压后，通过户外开关站内的断路器6、隔离开关7输送给户外高压母线8，高压输电线XL从母线8上获得电能向远方输送。2018/1/1090第五章水力发电5电能输送装置1水轮发电机；2户内断路器；3户内隔离开关；4户内母线；5升压变压器；6户外断路器；7户外隔离开关；8户外高压母线；9绝缘子；10母线支持杆2018/1/1091第五章水力发电2018/1/1092第五章水力发电第三节水轮机工作原理及调节V一、水轮机工作原理V二、水轮机的调节2018/1/1093第五章水力发电一、水轮机工作原理U水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流1是转轮的流通形状复杂；2转轮本身又是旋转的。因此，在转轮内的水流，既随转轮旋转，同时又沿着转轮叶片的弯曲表面作相对运动，所以实际上是一种复杂的空间流动。2018/1/1094第五章水力发电（一）水流在转轮中的运动反击式转轮进、出口速度三角形水流质点在转轮中的运动速度可分解水流相对于转轮的速度，称相对速度，以W表示；水流与转轮一起绕主轴旋转时在圆周切线方向的牵连速度，称圆周速度，以U表示；水流质点所具有的速度对地球而言，称绝对速度，以V表示。2018/1/1095第五章水力发电（二）水轮机的基本方程式动量矩定理单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于作用在该水流上的外力的力矩总和。即其中M为水流对转轮的力矩，方程右端为水流本身速度矩的变化。该式表达了水轮机中水流能量转换为旋转机械能的平衡关系。2018/1/1096第五章水力发电水流传给转轮的功率为（二）水轮机的基本方程式实质上就是恒定流时水能转换为转轮的旋转机械能的能量平衡方程式，是能量守恒原理在水轮机中的应用。它对反击式和冲击式水轮机都适用。2018/1/1097第五章水力发电水轮机的基本方程式也可用环量表示其中，（二）水轮机的基本方程式2018/1/1098第五章水力发电水轮机工作原理水流在转轮叶片上流动时，由于叶片流道迫使水流动量矩改变，而水流动量矩的改变又反作用于转轮的叶片上，驱动转轮旋转形成了旋转的机械能，这就是水轮机的工作原理。2018/1/1099第五章水力发电水轮机的最优工况U水轮机的最优工况是指最高的工况。U一般情况下，对起主要作用的是水力损失，流量损失和机械损失相对较小，且基本不变，在水力损失中撞击和涡流损失最大。2018/1/10100第五章水力发电（三）水轮机效率和能量损失水力损失HEADLOSS和水力效率容积损失WATERLOSS与容积效率机械损失FRICTIONLOSS和机械效率主要内容主要内容2018/1/10101第五章水力发电1水力损失和水力效率天然水流经过蜗壳，导水机构，转轮及尾水管等过流部件时产生水力摩擦、撞击、涡流、脱壁等引起能量损失。水力效率水力效率水力损失水力损失2018/1/10102第五章水力发电2容积损失和容积效率进入水轮机的水流，有一部分会从这些间隙中漏掉，这样就会造成一部分不对转轮做功，这能量损失称为容积损失。容积效率容积效率容积损失容积损失2018/1/10103第五章水力发电3机械损失和机械效率水轮机的一些部件之间存在一定的摩擦,这些摩擦消耗一定的能量的简称，用N表示。机械效率机械效率机械损失机械损失2018/1/10104第五章