水利发电工程（76页）PPT

1、第七章水力发电工程,第一节水能的利用和计算,水力发电工程：利用水来发电的工程 水能的大小取决于水流的流量Q及其落差H,在工程上并不直接使用这个单位，通常用“千瓦(kW)”做为功率的单位，它们之间的关系为,因此，除去发电机一定的能量损失后，水电站实际发出的功率为,水头损失与引水建筑物的条件、形状，水流流速及引水路径长度等因素有关，可由水力学公式计算出来,在水电工程中，水电站实际发出的功率叫做水电站的出力如果 把 用A表示，则水电站出力为,通常电能用度来表示,一度等于1KW.H,第二节 水能的开发方式和水电站的主要类型,一、坝式水电站 二、河床式水电站 三、引水式水电站,水电站的三种基本类型,一、

2、坝式水电站,水头是由坝所形成，即在河道上修筑坝，甩以抬高水位，形成落差 当厂房紧靠着坝体布置在坝体的下游时，称坝后式水电站，如图5-2及图5-3所示,如河谷狭窄而水电站的机组较多，泄洪建筑物与电站厂房的布置有矛盾时，可把厂房置于泄洪建筑物之下而构成厂房顶溢流式水电站,当坝址河谷狭窄且泄洪量大时，为了解决枢纽布置的困难，挡水建筑物可采用空腹混凝土坝的型式；将厂房布置在坝体的空腹内，构成坝内式水电站,二、河床式水电站,河床式水电站的特点是水电站水头较低，厂房本身也起挡水的作用，是挡水建筑物的一部分，坝轴线与厂房并列,三、引水式水电站,引水式水电站的特点是引水道较长，水电站的水头全部或相当大的一部分

3、由引水道所集中 按照引水道的型式可将引水式水电站分为有压引水式和无压引水式两种,引水式水电站的建筑物可分为三部分： (1)首部枢纽(2)引水建筑物 (3)厂房枢纽,特点：无压引水道引水,坝式、河床式及引水式水电站虽各有其特点，但有时它们之间却难以明确划分 在实际工程中，常将具有一定长度的引水建筑物的水电站统称为引水式水电站,第三节水电站建筑物,一、水电站进水建筑物 二、水电站引水建筑物 三、水电站平水建筑物,一、水电站进水建筑物,进水建筑物的功用和基本要求如下 (1)要有足够的进水能力 (2)水质要符合要求 (3)水头损失要小 (4)可控制引水流量 (5)经济合理，技术可行，施工方便，维修运行

4、管理方便,一）有压进水口,有压进水口的主要特征是进水口后接有压隧洞或有压管道 有压进水口的主要类型有洞式进水口、塔式进水口、墙式进水口及坝式进水口等 有压进水口在枢纽中的位置，应尽量使进入进水口的水流平顺、对称，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不聚集污物，泄洪时仍能正常进水 有压进水口应低于运行中可能出现的最低水库水位，并有一定的淹没深度,二）无压进水口及沉沙池,无压引水的电站中采用无压进水口，其特征是水流在取水口及引水道中均有自由水面 进水口后一般接无压引水建筑物 进水口宜设在河流凹岸，以防回流造成漂浮物堆积，且河流中上层清水在弯道环流的作用下流向凹岸，进水口前不易淤积，以便引进上层清水,进水

5、口前一般均设拦污栅或浮排，以便拦截漂浮物 建造拦河闸，坝时，要充分考虑泥沙的影响，原则上是要尽量维持河流原有的形态，洪水期要使上游冲下来的泥沙(特别是推移质)基本上全部经泄水道下泄，不使其堆积起来 要尽可能防止有害泥沙（粒径大于0.25mm的泥沙）进入引水道,通常的做法是防止推移质泥沙进入进水口，悬移质泥沙可以进入，但要设沉沙池将有害泥沙清除 对于推移质泥沙，在进水口前设拦沙坎 被拦截住的推移质泥沙要及时清除，否则堆积过多会使拦沙坎失效,典型山区多泥沙河流上引水式水电站的首部枢纽图,沉沙池是一个静水池，它的基本原理是因它的断面远大于引水渠道的断面 原理:减小流速降低水流的挟沙能力 沉沙池的长度

6、和宽度都要适宜: 沉沙池长度若不足，则有害泥沙尚未沉到池底即已流出沉沙池，达不到沉沙的效果；沉沙池过长则造成浪费 调节宽度使流速为0.250.70ms 沉沙池内沉积的泥沙的排除方式有连续冲沙，定期冲沙及机械排沙三种,二、水电站引水建筑物,用于发电引水的渠道称为动力渠道 动力渠道必须满足以下基本要求： 足够的输水能力 水头损失要小 水质符合要求 运行安全可靠,一)动力渠道,二)引水隧洞,三)压力水管,压力水管是指从水库、压力前池或调压室将水流直接引入水轮机的水管,又称高压水管 1.分类,按布置方式分,按管身材料分,能承受很大的内水压力，主要用于中、高水头电站,低水头电站常采用的压力水管,木管仅用

7、于盛产木材地区的中小型水电站，其优点是就地取材，缺点是寿命不长，维修费用较高,2.线路选择 选择线路时主要考虑以下因素： 尽量选择最短最直的线路 选择良好的地质条件 尽量减少水管的转折起伏,3.压力水管的供水方式 (1)单元供水,优点：构造简单，运行方便可靠，当一根水管发生故障或检修时不影响其它机组运行 缺点：水管所费材料较多，土建工程量大，造价较昂贵。一般在水管不长、造价不太高时采用,2）联合供水,优点：当机组多时水管数目较少，管理方便，也较经济 缺点：当总水管发生故障或检修时，由它供水的机组都要停止运行；每台机组前面都要装阀门，以便检修某台机组时不影响其它机组运行,3）分组供水此种供水方式

8、的特点介于单元供水和联合供水之间,正面进水适用于水头不高、水管不长的情况下。对于露天式压力水管，从侧面进水的目的是使水管失事爆裂后的高速水流易于排走，以免冲毁厂房。这种进水方式适用于水头较高的情况下。其缺点是水管进入厂房前要转弯，增加水头损失，且使管道结构复杂,4.压力水管的断面尺寸 压力水管的经济直径应根据动能经济计算来确定，它与管内流速、水头损失、造价、运行、施工和维修等因素有关 当压力水管单元供水时 当压力水管分组或联合供水时,露天钢管的内水压力是管壁应力计算时的主要控制因素 管壁的必要厚度可由下式初估 另外还应加上12mm的锈蚀及磨损安全量 最后采用的管壁厚度还应符合钢板的规格,钢管是

9、一种薄壁结构，在外力作用下，可能丧失稳定而毁坏。露天钢管在承受最大外压力为一个大气压时，最小必需厚度约为 如按强度计算出的厚度小于按上式得出的数字，若出入不大，可采用上式计算结果；若相差较大，则可沿管壁每隔一定距离加设一个刚性环，以增加管壁刚度,压力水管必须用镇墩和支墩来固定和支承，以保持水管的稳定 镇墩多用浆砌石或混凝土浇筑而成。当水管管线为直线时，一般在坡顶与坡脚各设一镇墩。如水管管线为折线时则在转弯处加设镇墩。有时当管道过长，为了减小温度变化所产生的轴向力，一般每隔80120m设一镇墩 支墩布置在镇墩之间的管线上，间隔一般为610m 在压力水管的进口或末端有时要设置闸门或阀门,三、水电站

10、平水建筑物,压力前池是引水渠道和压力水管之间的连接建筑物 压力前池的三个作用： 将引水道引来的流量均匀地分配给各压力水管，并加以必要的控制 再次清除水中的污物、泥沙、浮冰等，宣泄多余的水量 当水轮机引用流量迅速改变时，压力前池的容积可以起一定的调节作用,一）压力前池,压力前池由下列四种主要建筑物所组成： 池身及渐变段 压力水管的进水口 泄水建筑物 排污、排沙、排冰建筑物,二)调压室,水电站在运行中丢弃负荷时，如果突然关闭水轮机的导叶或阀门时，由于水流的惯性，将产生瞬时的压力升高。在发生这种现象时并伴有锤击般的声音，因此被称之为水锤现象，其压力变化值称为水锤压力 为了使水锤压力不致影响引水道，故

11、常在较长的引水道末端修建调压室,调压室的一部分或全部设置在地面以上的称为调压塔；调压室大部分埋设在地面之下，则称调压井,调压室在引水系统中的布置有四种基本型式： 上游调压室 (引水调压室) 下游调压室 (尾水调压室) 上下游 双调压室系统 上游双调压室系统,第四节 水电站的主要设备,一、水轮机 水轮机是将水能转换为机械能的一种动力机械，它带动发电机再将机械能转换为电能 水轮机的主要部件是转轮,水轮机的类型,1.反击式水轮机 其转轮全部浸泡在有压的水流中 水流连续通过水轮机的转轮，水流对转轮发生反击作用力，形成旋转力矩，使转轮转动,水轮机按水流对转轮的作用分为反击式和冲击式,混流式水轮机中的水流

12、流经转轮是辐向流进而轴向流出，然后经尾水管排人下游河道,1）混流式水轮机,轴流式水轮机中的水流流经转轮是轴向流入而又轴向流出，然后经尾水管排向下游河道,2）轴流式水轮机,3）斜流式水轮机 转轮的轮叶轴线与机组主轴成一角度(45度60度)布置 可以适应较大的负荷变化，性能稳定，高效率范围宽，且抗气蚀性能好,4）贯流式水轮机 贯流式水轮机是横向轴流式水轮机 水流从人口到出口是直线流动，故效率较高,2.冲击式水轮机 工作原理：利用喷嘴将高压水流喷射在水轮机的工作轮上，驱使工作轮旋转，从而将水流的动能转换为机械能,二、水轮发电机,一）水轮发电机的类型 水轮发电机按轴的装置方式可分为卧式和立式两种 立式

13、水轮发电机一般由转子、定子、轴承、机架、励磁机、永磁发电机、制动闸、空气冷却器等部件组成 立式水轮发电机按推力轴承的位置不同又可分为悬吊型和伞型两种,三、主要电气设备,长距离相同电阻情况下，高压输送电能损失比低压小得多,一）电力变压器,开关设备主要包括：断路器、隔离开关、自动空气开关、磁力起动器、接触器等,二）开关设备和熔断器,熔断器： 超荷自动熔断 通过熔件的电流越大，则熔件熔断也越快，电路断开的时间就越短,三）电压互感器和电流互感器,电压互感器和电流互感器也是一种变压器，将高压或大电流转为低压或小电流，以供测量仪表和保护线路应用,四）一次回路和二次回路,将水电站的主要机电设备，发电机，变压

14、器和开关设备等，按一定顺序联结成的线路，称为一次回路，也称主结线 电站中用于测量、监视、控制、信号、操作、保护和自动装置等的低压电路，称为二次回路，也称二次结线,五）防雷保护与接地装置,架空输电线路常采用避雷线保护；水电站和变电所常采用避雷针、阀型避雷器保护 电力系统中的接地可分为保护接地和工作接地两种,第五节电力系统中的水电站,电站生产的电能是很难贮存的，在确定水电站的装机容量时，既要合理利用河流的水能，还要分析用户对电力的需要 反映负荷随时间变化的曲线称为负荷图,日负荷图,年负荷图,日负荷图可划分成三部分：基荷、腰荷、峰荷 基荷是负荷图中位于最低负荷以下部分，腰荷是图中最低负荷与平均负荷之间的部分；峰荷是图中平均负荷至最高负荷部分 电力用户可分为