水电厂主要构成和原理

1、水电厂主要构成和原理一、水力发电基本原理水力发电基本原理水力发电就是利用水力(具有水头 )推动水力机械 (水轮机 )转动，将水能转变为旋转机械能， 如果在水轮机上接上另一种机械(发电机 ),随着水轮机的旋转便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的势能变成旋转机械能，又变成电能的转换过程。根据原理可推算出水力发电的出力公式如下：P=9.81HQP：出力单位： kW（千瓦）机组机端传出的功率。H：水头单位： m（米）作用在水轮机上的有效水头，它等于水库水位与下游水位之差（即：毛水头）减去引水部分水头损失，水头损失 h，据经验，一般为Hg（毛水头）的 3%10%，输水道短取

2、小值。Q：流量单位： m3/s（立方米 / 秒） 水电厂水轮机的引用流量。：水轮发电机组效率，包括水轮机的效率和发电机的效率，不但与水轮机、 发电机的类型和参数有关， 还会随机组运行工况的改变而改变，不是一个固定值。为简化计算，令k=9.81，则可把出力公式简化为：P= kHQk：水电站出力系数。大中型水电站k=8.08.5；中小型水电站k=6.58.0，对小型电厂： k=6.06.5。各国一般把装机容量0.5 万 kW 以下的水电站定为小水电站，0.5万 10 万 kW 为中型水电站， 10 万 100 万 kW 为大型水电站， 超过 100 万 kW 的为巨型水电站。二、水电厂在电力系统中

3、的作用在电力系统中， 发电厂一般有火电厂、 水电厂、核电厂、风电场、太阳能电厂等几类。在水力资源贫乏地区，火电厂所占比例较大，而在水力资源丰富且开发程度较高的地区， 水电厂则占有较大的比例，风电场和太阳能属于新能源，最近几年发展比较迅速。 水电厂在电力系统的主要作用有以下几项：(1)提供电能。是水电厂的主要任务。(2)调峰。有调节能力的主力水电厂担任。(3)调频。有水库且调节能力较强的大型机组担任，中国的频率50± 0.2Hz。(4)调相。具备调相运行能力， 可根据电网要求参与系统无功功率平衡。(5)作为事故备用。由于水轮发电机组具有迅速起动投入并网发电的特点，当电力系统突然发生事故

4、时，急需补充电量，常把水电厂的机组作为事故备用机组。(6)蓄能作用。抽水蓄能水电厂低谷时抽水用电储能，在用电高峰时发电向系统供电，满足负荷需要。水电属于清洁能源， 根据水电的特点和在电力系统中的作用，运行方式一般遵循以下原则：1. 充分利用水能。无调节能力的一般担任基荷运行，主要是径流电厂；有调节能力的枯水期一般参与调峰运行，丰水期为避免弃水一般逐步过渡到基荷运行，调峰任务转交给火电厂。2. 为降低火电厂煤耗，节约资源，枯水期水电厂参与调峰运行，让火电厂在高效区运行。 丰水期则水电厂在基荷运行， 火电厂最大限度参与调峰运行，最大限度减少弃水。3. 合理分配负荷，尽量使水电机组在高效率区运行。水

5、电机组一般避免在低水头、低负荷区运行，在低水头、低负荷区运行时，不但效率低，还有可能会处在振动区运行， 影响机组的安全运行和使用寿命。三、水电站组成部分及作用水电站一般主要由挡水建筑物 (坝)、泄洪建筑物 (溢洪道或闸 )、引水建筑物 (引水渠或隧洞，包括调压井 )及电站厂房 (包括尾水渠、升压站 )四大部分组成。主要组成部分有：水工建筑物、水力机械设备、发电设备、变电设备、配电设备、输电设备和控制及辅助设备。1. 水工建筑物的组成挡水建筑物坝泄水建筑物溢洪道、泄水孔、溢流坝、泄洪洞闸门进水闸门、尾水闸门、溢洪道闸门用水建筑物水电站进水引水建筑物（渠道或隧洞、压力钢管、进水口）和厂房2. 水工

6、建筑物的作用坝的作用：是拦截水流、抬高水位、形成水库，造成上下游之间的水位差，使电站具备水力发电的基本条件。在有调节库容的坝式水电站上，坝同时实现集中河段落差和调节河流中的流量的双重作用，不仅为水电厂服务，同时还有防汛、灌溉、航运、工业给水等作用。溢洪道、泄水孔的作用：宣泄洪水，防止洪水漫顶，确保大坝安全，故又称泄洪建筑物。 有的泄水建筑物还可以用来放空水库或施工导流等。泄水建筑物按泄流方式可分为溢洪道和深式泄水道两类。闸门的作用：调节流量和控制洪水。 闸门可根据它所在的位置的不同分为低水头闸门和高水头闸门。 发电用的进水口闸门和底孔闸门属于高水头闸门，溢洪道上的闸门属于低水头闸门。从其结构划

7、分，最常见的有平板闸门和弧形闸门。尾水闸门主要是设备检修时使用。用水建筑物的作用： 可分为进水和引水建筑物， 它包括进水口和引水道，其作用是将坝内的水引到厂房供水轮发电机组使用。引水道可分为：渠道、隧洞（有压和无压） 、压力水管、渡槽和倒虹吸等 一些引水式水电站在引水建筑物上还设有压力前池、 调压室或调压井等主厂房：用来安装水轮发电机组及其辅助设备的厂房， 以及组装、检修发电机组的装配场。副厂房：安装配电设备及其运行管理设施的厂房。 副厂房一般包括水电站的运行、控制、试验、管理用房，以及操作人员工作、生活的用房。1. 水力机械设备的组成主阀水轮机轴导轴承尾水管2.水力机械设备的作用主阀：（球阀

8、、蝶阀）事故时，紧急切断水流，防止机组飞逸事故发生；机组检修时，切断水流；长时间停机时，关闭蝶阀，减少漏水量，节约水资源。水轮机：按安装方式可分为立式、 卧式；按水流能量转换的特征，可分为反击式（利用水流体的动能和势能）和冲击式（仅利用水流的动能）。反击式：轴流式（定浆：H： 350m，转浆： H： 380m）、混流式（ H=30700 m ）、斜流式（ H=40200m）、贯流式（ 230m） 。冲击式：适用于高水头、小流量的小型机组，水斗式水轮机（切击式）（ 402000m，一般常用水头范围40800m）、斜击式水轮机（ 50400m）、双击式水轮机（ 6150m）。水轮机的组成部分及作用

9、蜗壳：形成水力环量。座环：承受机组全部重量。底环及顶盖：固定活动导叶并形成转轮室。转轮：水能转换成旋转机械能。活动导叶：控制水流量，达到调节转速和出力的目的。轴：传递机械能。导轴承：承受径向水推力和控制摆度。尾水管：回收能量并导出水流。（三）、发电机的组成部分及作用1.发电机主要组成部分定子、转子、推力轴承、导轴承、轴、机架、冷却器、制动器。2.发电机主要组成部分的作用定子：产生感应电势。转子：产生旋转磁场。推力轴承：承受轴向水推力及机组转动部件自重。导轴承：承受径向水推力和控制摆度。轴：传递机械能。上机架：安装推力轴承、上导轴承、集电环等。下机架：安装下导轴承、制动器。冷却器：轴承冷却器用于

10、冷却轴承， 空气冷却器用于冷却发电机。制动器：停机时制动发电机，防止长时间低速旋转损坏推力轴承。（四）、变电设备的组成部分及作用1.变电设备组成油浸式变压器：底座、钟罩、油枕、铁芯、绕组及散热装置等。干式变压器：铁芯、绕组、箱体及散热装置等。2.变电设备的作用变压器：升高交流电压或降低交流电压。1. 配电设备主要有：断路器（开关）、隔离开关（闸刀）、互感器、避雷器、母线、导线等。2.配电设备的作用断路器（开关）：关合、承载、开断运行回路正常电流、过载电流。隔离开关（闸刀）：合闸时承载正常回路电流、过载电流，分闸时符合绝缘距离和有明显断开标志。（五）、配电设备的组成及作用电压互感器（PT）：把高

11、电压降为标准电压，供保护、计量、仪表等装置使用。一般标准电压为100V。电流互感器（ CT）：把大电流降为标准电流，供保护、计量、仪表等装置使用。一般标准电流为5A 或 1A。避雷器：限制过电压以保护电气设备。母线：汇集、分配和传送电能。导线：传送电能。（六）、输电设备的组成及作用1. 输电设备的组成线路、铁塔（电杆）、避雷线等。2.输电设备的作用线路：传送电能。铁塔（电杆）：固定导线和避雷线。避雷线：保护架空输电线路（七）、控制设备的组成及作用1. 控制设备主要有：励磁装置、调速装置、继电保护、同期装置、自动装置、计算机监控系统、直流系统等。2. 控制设备的作用励磁装置：为发电机转子提供直流

12、电建立磁场， 控制发电机机端电压或调整机组无功功率。调速装置：控制机组转速或调整机组有功功率。继电保护：监视电力系统的正常运行， 当被保护的元件发生故障时，自动迅速地、有选择地发出跳闸命令， 将故障设备从系统中切除，保证正常设备继续运行， 将事故限制在最小范围， 提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全、连续供电。同期装置：不同电源间的同期并网。类型：自同期、准同期（自动准同期、手动准同期、灯光熄灭准同期） 。自动装置：完成一定功能的自动装置。类型：重合闸装置、低周启动装置、高周切机装置。计算机监控系统： 通过对电站各种设备信息进行采集、处理，实现自动监视、控制、调节、保护等功能，保证设

13、备安全稳定运行，按电力系统要求进行优化运行，合理充分利用水能，保证电能质量，减少运行与维护成本，改善运行条件，实现无人值班或少人值守。硬件组成有：工作站、服务器、网络设备、GPS时钟、UPS电源、现地 LCU、数据采集设备及通信设备等。直流系统：为开关设备的操作、二次设备提供可靠能源。直流系统组成：蓄电池、充电装置、配电装置。（八）、辅助设备的组成及作用1.水电厂辅助设备的组成：水系统：技术供水、渗漏排水、检修排水。油系统：绝缘油、润滑油。气系统：高压气、中压气、低压气。2.水电厂辅助设备的作用技术供水系统：主要对象：发电机空气冷却器、发电机推力轴瓦及导轴承冷却器、水轮机导轴承冷却器、 主轴密封、水冷式变压器、水冷式空气压缩机、深井泵润滑水、消防用水等。技术供水水源：上游水库（压力钢管或蜗壳、坝前取水）、下游水库、地下水源等。技术供水的方式： 自流供水、水泵供水、混合供水、射流泵供水。排水系统：防止