水电站及生产过程课件

1

水轮发电机组结构

2一、水头与水电机组的关系1、当P一定，H

Q

需加大过流能力2、增大过流能力措施：

增大过流通道尺寸、减少转轮叶片数 为了适应水头的降低，翼形发生变化 转轮流道形状发生变化。33、当P一定，H

nS与转轮几何形状的关系4、Q11

，n11

4提高ns有无限制？ns提高的轨迹5对水轮机而言：ns=60~100ns=100~220ns=220~350ns=350~420ns=400~1000混流式转轮轴流式转轮H6不同比转速水轮机的应用范围7二、不同水头段下水轮机特点1、H<10m的水电机组：贯流式机组bulbTurbine89贯流式水轮发电机组10112、H<45m的水电机组：轴流式机组KaplanTurbine12世界最大的转轮（东电），转轮直径11.3m，出力17万千瓦11.3m131415Kaplan

Turbine163、H<200m的水电机组：混流式机组FrancisTurbine1718三峡水电站巨型水轮机转轮1920三峡水电站水轮机转轮图片资料214、H>200m的水电机组：冲击式机组PeltonTurbine22232425264、H=200~350m的抽水蓄能水电机组：可逆式机组天荒坪水电站可逆式水力发电机组发电机水泵水轮机主阀图片27PumpstorageplantRaccoonMountainU.S.A上库下库地下厂房28立式机组三、水力发电机组结构特点悬式结构伞式结构29一、水利枢纽1、水利枢纽概念：

修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。水利枢纽工程通常是水利工程体系中最重要的组成部分，一般由挡水建筑物（壅水）、泄水建筑物、进水建筑物以及必要的水电站厂房、通航、鱼道、过木等专门性的水工建筑物组成。30世界文化遗产----都江堰水利枢纽31澳大利亚一水利枢纽全景－Danube32ShingkuII,Japan33葛洲坝水利枢纽34三峡水利枢纽35中堡岛上游围堰下游围堰导流明渠三斗坪江段地貌航拍资料三斗坪镇36程良骏教授陪同原总理李鹏同志考察三峡坝址——

三斗坪程良骏教授与我校原校长杨叔子院士一同会见我国著名科学家钱伟长37三峡峦峰峻岭38神女峰巫峡秀色3940隔河岩水利枢纽返回2041高坝洲水利枢纽42水布垭水利枢纽43十三陵水利枢纽44天荒坪水电枢纽水电枢纽可逆式水电机组45广州抽水蓄能水电站一期地下式厂房及枢纽46PumpstorageplantRaccoonMountainU.S.A上库下库地下厂房47工程等级工程规模分等指标水库总库容（亿m3）防洪灌溉面积(万亩)水电站装机容量（万kW）保护城镇及工矿区保护农田面积(万亩)一大（1）型>10特别主要城市、矿区>500>150>75二大（2）型10～1主要城市、概况区500～100150～5075～25三中型1～0.1中等城市、工矿区100～3050～525～3.5四小（1）型0.1～0.01一般城市、工矿区<305～0.53.5～0.05五小（2）型0.01～0.001

<0.5<0.05水利工程等级划分标准482、水能开发方式强烈依赖地理位置和地质条件

水能利用49河流水能的梯级利用1、解决一些无法解决的技术问题；2、减少淹没损失减少的淹没损失50河流水力资源梯级开发实例513、水利枢纽主要建筑物：

拦水建筑物：拦水坝。

引水建筑物：引水渠、引水管道等。溢洪（水）建筑物：溢洪坝、溢洪闸、泄洪闸等。疏砂建筑物：冲砂闸等。通航建筑物：船闸、升船机等。生态建筑物：鱼道等。

水力发电建筑物：水电枢纽等。52二、水电站的典型布置型式水电站建筑物的形式除了与地形地貌有关，也与水轮机型式和拦水坝型式有关。1、坝式水电站

以坝来集中水流落差的水电站。丹江口水电站53坝后式水电站：水电站主厂房布置在大坝后（下游）54三峡水利枢纽55厂房顶溢流式水电站：溢洪道布置在主厂房顶上56新安江水电站57坝内式水电站：主厂房布置在坝内如凤滩水电站58凤滩水电站59河床式水电站：主厂房布置与坝并排也是起挡水作用安装轴流式水轮发电机组的—河床式水电站60葛洲坝水利枢纽6162高坝洲水利枢纽63河床式水电站：主厂房布置与坝并排也是起挡水作用安装贯流式水轮发电机组的—河床式水电站642、引水式水电站

引水式水电站的特点：引水道较长，水电站的水头全部或相当大的一部分由引水道所集中。

引水式水电站的两种主要型式：65有压引水式水电站

1－水库；2－闸门室；3－进水口；4－坝；5－泄水道；6－调压室；7－有压隧洞；8－压力水管；9－厂房66下游河岸式水电站：主厂房布置在坝下游的顺河岸上67无压引水式水电站1－坝；2－进水口；3－沉沙池；4－引水渠道；5－日调节池；6－压力池；7－压力水管；8－厂房；9－开关站；10－尾水渠，11－泄水道1234567891011683、混合式水电站

坝集中一部份水头引水建筑物集中一部份水头4、地下式水电站厂房69十三陵水利枢纽70天荒坪水电枢纽水电枢纽可逆式水电机组71广州抽水蓄能水电站一期地下式厂房及枢纽72/42一、水电站的组成建筑物水电站建筑物的形式除了与地形地貌有关，也与水轮机型式和拦水坝型式有关。1、挡水建筑物：截断河流，集中落差，形成水库2、泄水建筑物：下泄多余的洪水，放水降低库中水位3、进水建筑物：将水引入引水道4、引水建筑物：将水输引给水轮机，排水5、平水建筑物：稳定水位（前池），减小水锤（调压室）6、发电、变电和配电建筑物（厂房）：7、其它建筑物：过船、过木、过鱼、拦砂、冲砂等等。73/42二、水电站的进水建筑物

进水建筑物是水电站流道的进口，作用是引进符合水电机组要求的发电用水。

基本要求1、要有足够的进水能力，避免出现吸气漩涡2、水质要符合要求3、水头损失要小4、可事故截流5、满足建筑物运行的一般要求。74/42

进水建筑物的分类1、有压进水口：进水口后接有压隧洞或管道，进水口在水库深层下，以引进深层水为主。2、无压进水口：进水口区为无压流，后接无压进水建筑物以引进表层水为主。75/42有压进水口的主要类型

1、洞式进水口特征：闸门在山体竖井中， 后接隧洞，为隧洞 进口段使用条件：地质条件好优点：节省混凝土方量76/422、墙式进水口特征：进口及闸门段在山体山 岩之外，紧靠山体的墙 式建筑物，承受山体和 水体的压力。使用条件：当地质条件不太好 时可用。优点：地形、地质条件要求不 高Back1077/42

3、塔式进水口特征：进口及闸门段形成一塔形，孤立在水库中。由工作桥与岸边连接。使用条件：当地质条件差山坡平缓时采用。78/424、坝式进水口特征：进水口依附在坝体上。使用条件：电站压力引水钢管埋设在坝体内。

79/42有压进水口的主要设备1、拦污设备：拦污栅，在计算水水头时考虑其水力损失2、闸门事故闸门（工作闸门）：动水2分钟关闭，静水开启检修闸门：静水启闭，在工作闸门之前（之上游）。3、充水阀：向引水压力管道内充水，在阀门上。4、通气孔：充水排气，补气防止在事故闸门之后出现真空反水锤。设备简图闸门启闭机80/42无压进水口及沉砂池1、无压进水口设计上较为简单2、设备与有压进水口基本相同3、问题无压多为开敞式的，漂浮物多，泥沙重。无压进水口简图4、沉砂池：低流速，有一定长度要求； 排砂方法，有冲砂和机械排砂81/4282/42三、水电站的进水渠道和隧洞

引水渠道的功用、要求

1、功用：集中水流落差、引水、排水2、要求：有足够的输水能力有排漂、除砂功能及设施水力损失小、渗漏小、运行安全3、溢流功能：由溢流堰或溢流坝完成 无压水电枢纽83/42压力前池及日调节池

1、压力前池位置，在引水渠道与压力水管之间功用：将水流均匀分配给各机组的压力水管再此清污、排污 当流量急剧变化时，前池容量可起一定调节作用 沉砂作用前池的组成：形状为扩散形；进水口多为塔式；溢流建筑；排污、排砂、排水等建筑物

无压水电枢纽84/42

2、日调节池位置，在压力前池旁，与前池连接功用：调峰电站日流量在为0～Qmax之间变化。 若无日调节池，渠道过流能力按Qmax设计

有日调节池，渠道过流能力按平均流量设计

渠道越长，影响就越大，优越性越明显。无压水电枢纽85/42引水隧洞

1、优点：洞线较短，避开不利地地质及地形条件，能适应较大地水头及流量变化，受地表气候影响小2、缺点：地质条件要求和施工难度较高，工程单价较高3、洞线布置：地质条件，地形条件，施工条件 4、洞径选择：水力损失要小、直径又不能过大86/42四、水电站的压力水管压力水管的功用、类型

1、功用：从水库、前池、或调压室引水送向水轮机2、特点：内水压大，近厂房，可靠性要求高。3、类型：钢管，露天式、坝内式，强度高 钢筋混凝土管，造价低，强度较低4、木管：应用不多

87/42

供水方式:电站机组>2台，供水方式（方案）也有不同

1、单元供水：单机单管供水方式

优点：无机组间影响，不会产生管径过大。缺点：材料多，设备多大型电站，大型水轮机多采用单机单管供水方式

88/422、联合供水：单管多机供水方式

优点：省材料，省设备，管道很长时，优势明显。缺点：机组间相互影响较大小型电站，采用此方式较多。

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3、分组供水：

优点，缺点：介于前两种供水方式之间。90/42

经济管径及附件1、经济管径管径大，水力损失小，投资高；管径小，水力损失大，投资少；故有经济管径。确定经济管径：一般水力损失带来的经济损失曲线与投资曲线的交点为经济管径点。初步计算时，经验定水流流速5～7m/s。若流速高于此值，水力损失太大，可能不合理；反之……91/422、“附件”

镇墩支墩92/42伸缩节

93/423、分岔管94/42A、贴边岔管B、三梁岔管C、月牙肋岔管D、球形岔管95/42五、水电站的水击与调压室压力水管的水击（水锤）现象：A关机B开机

洞式进水口主阀和伸缩节尾水闸门室96/42调节保证计算

1、问题：事故关机时间控制长（为了减小水击），机组 事故可能会扩大，危及整个机组安全。

事故关机时间控制短（为了减小事故扩大）， 管道水击增大，危及管道。机组飞逸强度

2、目的：确定一个调节时间，机组飞逸转速在允许值下， 水击强度在允许值下，即在钢管、蜗壳强度的 允许值下。

3、若找不到合适的时间，这么办？二种，其中之一是在 水电站建筑物上想办法，以缓解水击的影响。97/42洞式进水口主阀和伸缩节调压室或调压井调压室或调压井尾水闸门室减小水击压力措施

98/42六、引水式水电站地面厂房

厂房的作用、组成、及基本类型

1、功用：保护设备、便于运行、便于维护、安全2、组成： 水电厂设备分类

水流系统的设备：钢管、主阀、水轮机、尾水闸门

电气系统的设备（一次）：发电机、主变、高压开关

电气控制系统设备：励磁、中央自动控制、通讯

机械控制系统设备：各种机械控制设备

辅助设备系统：油气水系统、厂用电、起重、试验室、 通风采暖等99/42ShingkuII,Japan厂区枢纽组成、及布置

100/42101/42

厂房枢纽的建筑物分为四部份主厂房：102/42上游下游103/42安装场建筑物剖面图104/42发电机层105/42水轮机层106/42蜗壳层107/42B、副厂房：108/42C、变压器场：109/42D、高压开关站：110/42D、高压开关站：111/42完112/42开关站船闸大江厂房泄洪闸二江厂房冲沙闸二三船闸西坝管理及生活区113/42泄洪闸主厂房船闸副厂房114/42有压引水式水电站

1－水库；2－闸门室；3－进水口；4－坝；5－泄水道；6－调压室；7－有压隧洞；8－压力水管；9－厂房

115/42无压引水式水电站1－坝；2－进水口；3－沉沙池；4－引水渠道；5－日调节池；6－压力池；7－压力水管；8－厂房；9－开关站；10－泄水道，11－泄水道1234567891011Backto11Backto13Backto14Backto15Backto5116/42白山水电站进水口门机117/42葛洲坝进水口门机118/42隔河岩水电站Backto8119/35天荒坪水电站可逆式水力发电机组发电机水泵水轮机主阀120/35一、水轮机的主阀水轮机蜗壳前设置的阀门通称为“水轮机的进水阀”，或称“主阀”。1、作用①截断水流，检修机组，正常停机。②事故紧急截断水流，实行紧急停机。③减少停机后的漏水量，关闭进口主阀。2、设置的技术条件①多台机组公用一根引水总管。②水头较高（如>120m)，充水量较大，时间较长。③若水头较低，充水量不大，设置时需论证。121/353、技术要求①止水效果好，工作可靠，操作便利，静水开启。②可在2min～30s内实现动水全关闭。③只有全关和全开两种工作状态。4、主阀种类①蝶阀：尺寸较大的进水阀应用H<200m②球阀：压力较高的进水阀 应用H>200m③闸阀：尺寸较小的进水阀 应用小型机组蝶阀图片球阀图片闸阀图片122/35二、油系统水电站各机组的用油由管路联成的一个油的互通、循环的网络，即为“油系统”，包括：油管、储油、油分析及用油设备。1、油的种类

①透平油。

②变压器油。③其他油类。2、管路的编号及颜色含义：编号为“1#

”为油系统管路及设备,如:081021--8号机,油系统,第21号阀门。

①供油管或高压油管：Red

②回油管或低压排油管：Yellow123/35三、水系统水电站除主机外的用水管路联成的一个供水、排水的各自互通的网络，即为“水系统”，包括：供水、排水的管路设备等。1、供水分类：自流、水泵、混合供水方式

①技术供水：主机正常、安全运行所需的用水。

②消防供水：厂房设备、变压器等

③生活用水：2、取水方式

①坝前取水：

②蜗壳取水：

③引水压力钢管取水：124/354、管路的编号及颜色含义：编号为“2#

”为水系统管路及设备,如:082022--8号机,水系统,第22号阀门。

①供水管或清洁水管：Blue

②排水管或污水管：Black3、排水

①厂房内设备渗漏水：

②设备检修排水：

③厂区生活排水：125/355、水系统图

①技术供水：126/35②排水：127/35四、气系统水电站各设备用气的管路联成的一个供气的网络，即为“气系统”，包括：供气的管路及设备等。1、供气部位：高压气（25-40kg/cm)、低压气(7kg/cm)①调速控制用气：稳定调速系统油压用气。

②主轴密封用气：③刹车制动用气：④风动工具用气：⑤吹扫用气：

2、管路的编号及颜色含义：编号为供气管颜色：“3”white为水系统管路及设备,如:083023--8号机,气系统,第23号阀门。128/35八盘峡水电站发电机层的辅助系统供气管129/352、供气分类①高压气系统130/35131/35四、调速系统控制水电机组出力、事故紧急停机。132/35机组出力调节部位

水轮机导水机构133/