发电的基本流程和水力发电设备简介

1、水力发电及发电系统设备基本流程简介水力发电基本流程1.什么是水电站？水电站枢纽的组成。水电站是一种将水能转化为电能的液压装置。它由各种水力结构以及发电、变电站和配电等机电设备组成，是一个有机的综合体，相互配合，共同工作。这种液压装置是水电站枢纽或液压枢纽，简称水电站。由挡水结构、排水结构、取水结构、引水结构、水电站厂房等7个水工建筑物组成。机电设备安装在各种建筑物上，主要在车间内和附近。(1)挡水结构。它是一个建筑，如大坝和闸门，拦截水流，保持高水位，并形成一个水库集中下降和调节流量。(2)排放结构。其主要功能是排出水库不能容纳的水，防止洪水漫过坝顶，保证水库的安全运行。因此，它是水库中必不可

2、少的建筑物，如溢流坝、河岸溢洪道、坝下泄水管及隧洞、导流明渠溢流槽等。(3)取水建筑物。使涡轮机从河流或水库(如进水口)获得所需的流量。(4)导流结构。导流建筑物是工程设施，如明渠、隧道等。用于引水或混合水电站集中落差(对于混合水电站，只集中总落差)和输送水流。水轮机管道有时也称为导流结构，但严格来说，它与具有集中落差和输送流量双重功能的导流结构并不完全相同。一些水电站有长的尾水隧洞和尾水渠道，也属于导流建筑物。(5)平水建筑。其功能是在负荷突变导致引水系统流量和压力剧烈波动时，调节供水流量和压力，以确保引水结构、水轮机管道的安全和水轮发电机组的稳定运行。例如，在导流或混合水电站的导流系统中提

3、供平水结构，例如压力箱或高压箱。(6)厂房。包括工厂、变电站和开关站。厂房是水电站枢纽中最重要的建筑之一，不同于一般的工业厂房，而是一种与液压机械和电气设备有机结合的特殊液压结构；变电站是安装升压变压器的地方。开关站是安装各种高压配电装置的地方，因此也被称为高压配电站。(7)枢纽内的其他建筑。此类建筑是指对水能转化为电能的生产过程没有直接影响的船闸或升船机、排筏、鱼道或鱼闸，以及用于灌溉或城市供水的取水设施。为了综合利用水资源，它们也是整个水电站枢纽的组成部分，对枢纽的布局和运行有着重要的影响。将水能转化为电能的整个过程是在整个水电站枢纽中进行的，而不仅仅是在车间中。2.水电站的基本类型。水电

4、站是利用建筑物和机电设备将水能转化为电能的企业。水电站包括哪些建筑物及其相互关系主要取决于集中水头的方式。因此，通过集中水头对水电站进行分类最能反映水电站的组成和布局特点。(1)水电站按集中水头进行分类，可分为坝型、导流型和混合型。坝式水电站。它的头部是由提高上游水位的大坝形成的。可分为坝后型和河床型。坝后水电站：厂房建在坝后，上游水压由大坝承担，不传递给厂房。对于高水头的坝型水电站，通常采用这种布置，以防止厂房承受上游水压。这时，阿宝河床式水电站：水电站厂房取代一部分坝体作为抬高水位的建筑物，直接承受上游水压。它没有专门的涡轮机管道，水流从上游进入发电站，转动涡轮机，然后排回到下游。这种水电

5、站的水头相对较低，一般不超过30米。引水水电站。水头由导流渠形成。这类水电站的布置特点是引水渠道长，水电站建筑物分散。混合水电站。它的水头部分由大坝集中，部分由引水渠道集中。除大坝有一定高度外，该类水电站的建筑组成和布局与引水水电站相似。(2)根据运行方式，水电站可分为非调节水电站、调节水电站和抽水蓄能电站。无调节水电站：它没有水库，不能调节径流，只能直接利用河流径流发电，所以又叫径流水电站。非调节水电站的运行方式是基于尽可能利用河流径流的原则。调节式水电站：借助水库，在一定限度内根据电力负荷调节径流，将发电以外的多余来水储存到水库中，在来水不足时增加发电流量。调节水电站又称蓄水水电站，其运行

6、方式能在一定程度上适应电力负荷情况。根据调节径流的周期长度，调节水电站根据水库的大小可分为日调节水电站、年调节水电站和多年调节水电站。坝后水电站和混合水电站通常都受到监管。河床水电站和引水水电站大多不受监管。抽水蓄能电站。其特点是其运行模式主要取决于负载条件。电力系统的负荷在一天和一年内非常不均衡。抽水蓄能电站的功能是在电力系统低负荷时，利用其他电站产生的电能，将水抽到高处，即把这些多余的电能转化为水能储存起来。当电力系统处于高负荷时，来自高处的水将被水轮发电机组放下来发电，这样储存的水能可以再次转化为电能，以满足电力系统的负荷需求。因此，抽水蓄能电站的建设不是为了开发水电资源，而是为了储存和

7、调节电能。在大型电力系统中，特别是在具有小型或大型水电站的电力系统中，建设抽水蓄能电站具有重要意义，因为它可以使电力系统中的其他电站在一天和一年内承受相对均匀的负荷，提高设备利用率，降低火电厂的单位煤耗，提高供电质量。这种电站应安装两套抽水和发电装置和设备，并修建两座高、低水库；同时，由于能量转换经历了从电能到水能再到电能的往复过程，损耗增加，因此建设投资和能量损耗都比普通水电站大。但是，由于这种电站可以提高整个电力系统的运行效率，而且可以建在系统的电力中心附近，节省了输电线路，提供了灵活的供电方式，因此近年来国内外许多电力系统都非常重视抽水蓄能电站的建设。近年来，由于机电设备制造水平的提高，

8、已经成功制造出可抽水和发电的可逆两用机组，无需分别设置两套抽水和发电机组，从而节省了设备投资，提高了机组效率。3.水力发电的基本过程。带有水头的水力通过压力管道或压力隧道进入水轮机转弯通道(或直接进入水轮机)水轮机是将水能转化为机械能的水力机械，利用水能机驱动发电机将旋转机械能转化为电能的设备称为水能发电机组。根据流能转换的特点，水轮机可分为两种类型：冲击式和冲击式。(1)冲击式水轮机转轮在工作过程中完全浸没在水中。当压力水流过转轮叶片时，叶片改变了压力和流速的大小和方向。同时，水流对转轮产生反作用力，形成旋转力矩，使转轮旋转。根据水流流经转轮的方向，冲击式水轮机可分为四种类型：混合流、轴流式

9、、斜流和贯流式。混流式水轮机。当水流过流道时，它是径向流动，然后轴向流出。它结构简单，运行可靠，效率高，是现代应用最广泛的水轮机。适用水头范围一般为20 450米，目前最大水头已达到800米，最大单机容量已达到100万千瓦。轴流式涡轮机。当水流过转轮时，它轴向流动，然后轴向流出。根据其叶片在运行过程中是否能旋转，可分为两种类型：固定浆型和旋转浆型。轴流式定浆涡轮的叶片固定在轮毂上，易于制造。然而，当压头和流量变化时，效率变化很小。因此，适用于负荷变化小、水头变化小的水电站。适用水头范围一般为3 50米，最大单机容量已达到13万千瓦。轴流式水轮机的叶片在运行时可以旋转，在水头和流量变化时可以保持

10、高效率。目前，适用水头已达到88米，最大单机容量已达到25万千瓦。对角涡轮。进出转轮叶片的水流是倾斜的，叶片的旋转轴线与水轮机轴线成夹角，因此高效区较宽，适用于水头和流量变化较大的水电站。适用水头在20至200米之间，最大单位容量为250，000千瓦。制成水泵水轮机后，可用于抽水蓄能电站。贯流式水轮机。转轮类似于轴流式，水基本上沿轴向流过转轮，因此具有良好的过流条件，提高了水轮机的效率。贯流式水轮机一般为卧式，可减少和简化厂房结构，土建工程量小。适用于25m以下的低水头水电站。目前，最大机组容量为55，000千瓦。(2)脉冲涡轮的特点是：加压水从喷嘴流出后，完全转化为动能，冲击转轮旋转；同时，

11、水流只冲击部分叶片，但不会充满所有转轮，转轮在大气压下工作。有两种类型的脉冲涡轮机常用：剪切型(桶型)和倾斜型。剪切式水轮机：其特点是喷嘴射流沿转轮圆周切线方向冲击叶片，是应用最广泛的冲击式水轮机。适用于高水头(1000 2000米)小流量水电站。目前，世界最高水头已达到1767米，最大单机容量达到31.5万千瓦。斜涡轮：其特点是喷嘴的喷射方向与转轮的旋转平面形成一个夹角(约25.5)，从转轮的一侧进入叶片，从另一侧以25-300米的合适水头流出。(3)根据主轴安装方式的不同，水轮机分为立式和卧式。主轴的垂直安装称为垂直安装，发电机位于水轮机的上部，相对较高，不易受潮。它占地面积小，但株高大。

12、立式设备主要用于大中型水电站。主轴的横向装置称为水平，发电机和汽轮机安装在同一高度，这样可以降低厂房的高度。然而，发电机很容易受潮，而且发电厂占地面积大，这是大多数每种类型涡轮机转轮的公称直径D1规定如下：(1)混流式水轮机是指转轮叶片进口侧的最大直径。轴流式水轮机是指转轮室的最大内径。(3)斜流式水轮机是指与转轮叶片轴线相交的转轮内径。冲击式水轮机是指转轮与射流中心线切线处的节圆直径。每种类型涡轮机的第一和第二部分的代表性符号见下表：水轮机类型主轴设备模式导流室的特性混合流HL轴流式泥浆轴流式定浆ZD斜流XL管状泥浆GZ横流固定浆液切割式QJ(又名水桶式，代号CJ)斜向XJ双击SJ垂直轴l横

13、轴w倾斜轴x金属蜗壳j混凝土蜗壳h明沟m坦克gp型灯泡轴s虹吸管x轴向延伸z注：“N”(反向)添加在可逆式水轮机的水轮机类型代码之后。涡轮机品牌示例：HL220-LJ-550代表混流式水轮机，转轮型号为220，立轴，金属蜗壳，转轮直径为550厘米。ZZZ560-LH-800，代表轴流式浆轮机，转轮型号为560，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为800厘米。XLN200-LJ-300代表斜流可逆式水轮机，转轮型号为200，立轴，金属蜗壳，转轮直径为300厘米。GD600-WP-250，为贯流式固定尺寸水轮机，转轮型号600，水平轴，灯泡式分水室，转轮直径250厘米。2QJ30-W-120/(210)，

14、表示一个轴上有两个转轮的剪切式涡轮机。跑步者模型是30。转轮直径为120厘米。每个流道有两个喷嘴，喷射直径为10厘米。2.发电机。发电机分为涡轮发电机和水力发电机。水轮发电机是水电站两大主要设备之一，其功能是将机械能转化为电能。(1)主要成分和结构特征水轮发电机一般由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导向轴承、空气冷却器、励磁机和永磁电机组成。其中，转子和定子是产生电磁作用的主要部件，其他部件只起辅助和支撑作用。转子由主轴、转子支架、轭(轮环)和磁极组成；定子由框架、铁芯和绕组组成。由于水电站水头有限，水压低，转速不能很高，一般为100 1000 r/min。与汽轮发电机相比，转速更低，发

15、电机转子磁极更多，可获得50Hz功率。同时，为了避免数倍于正常水压的水锤现象，导叶的关闭时间要求较长，但应防止机组转速变得过高。因此，要求转子具有更大的重量和结构尺寸，从而具有更大的惯性。此外，为了减少占地面积和厂房成本，大中型水轮发电机一般采用立轴。总之，水轮发电机的特点是转速低，磁极多，转子凸极，结构尺寸和重量大，大中型机组大多是立式的。(2)同步发电机的工作原理转子旋转。转子中励磁电流产生的旋转磁场切割定子的三相对称绕组。定子的三相绕组中产生三相正弦交流电动势。定子三相绕组与负载连接后，电路在电动势的作用下，有电流通过向负载输出电能。(3)水轮发电机铭牌参数水轮发电机铭牌上标注的主要参数包括型号、容量、电压、电流和速度。标记模型以一定的格式表示，包括定子铁芯外径、磁极数和额定容量；标记的容量、电压、电流、转速和温升都是发电机的额定值。即能保证发电机正常连续运行的最大极限。型号：国产发电机型号的含义是-/其中，第一、第二和第三框架为类型(SF为垂直空气冷却，SFS为垂直水内冷却，SFW为水平，SFG为贯流式水轮发电机，SFD为涡轮发动机)；第四个盒子的等级是c额定电流：通常用Ie表示，指发电机在正常运行和连续运行时的最大工作电流，即发电机在额定条件下的温升不超过允许范围，其单位为A或KA