常規(guī)水電廠和抽水蓄能電廠運(yùn)作原理及主要機(jī)電設(shè)備介紹

1、常規(guī)水電廠和抽水蓄能電廠運(yùn)作原理及主要機(jī)電設(shè)備介紹2011.11培訓(xùn)目標(biāo)通過(guò)本門(mén)課程學(xué)習(xí)學(xué)員能初步認(rèn)識(shí)： 常規(guī)水電廠運(yùn)作原理及其主要機(jī)電設(shè)備 抽水蓄能電廠運(yùn)作原理及其主要機(jī)電設(shè)備 認(rèn)識(shí)到抽水蓄能電廠與常規(guī)水電廠運(yùn)作的異同。常規(guī)水電廠運(yùn)作原理及其主要機(jī)電設(shè)備常規(guī)水電廠運(yùn)作原理及其主要機(jī)電設(shè)備常規(guī)電站原理水電廠像其他工廠一樣，要完成生產(chǎn)，需要原料，加工設(shè)備，并通過(guò)對(duì)加工設(shè)備的操作控制，使之加工出所需要的產(chǎn)品。對(duì)水電廠而言，其原料是水能，基本加工設(shè)備是水能發(fā)電機(jī)組，輸出產(chǎn)品是電能，下面就讓我們一起來(lái)了解一下水電廠是如何實(shí)現(xiàn)由水變電這一生產(chǎn)過(guò)程的。常規(guī)水電廠機(jī)組運(yùn)行工況一般為發(fā)電工況（G）和發(fā)電調(diào)相工

2、況（CG）。常規(guī)電站原理 電能產(chǎn)生路線圖：天然水流/水庫(kù)筑壩（隧洞、明渠引水）水輪機(jī)發(fā)電機(jī)升壓站（變壓器）電網(wǎng)變電 站（變壓器）用戶勢(shì)能勢(shì)能動(dòng)能動(dòng)能動(dòng)能動(dòng)能電能電能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能升壓升壓減少損耗減少損耗電能輸送電能輸送水水 能能電網(wǎng)電網(wǎng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)主閥主閥河流：攔河筑壩、引水河流：攔河筑壩、引水潮汐：筑壩潮汐：筑壩快速閘門(mén)、蝶閥、球閥快速閘門(mén)、蝶閥、球閥水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苄D(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔芩腿胧袌?chǎng)電能送入市場(chǎng)水輪機(jī)水輪機(jī)常規(guī)電站原理?yè)Q個(gè)簡(jiǎn)單的流程看常規(guī)電站原理 從以上流程，我們可以總結(jié)出來(lái)，水電站電能的產(chǎn)生是以一定的天然水資源為基礎(chǔ)，借

3、助水力設(shè)施及水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，最后產(chǎn)生電能。 不管哪種形式的水輪發(fā)電機(jī)組，其能量轉(zhuǎn)換一般分為兩個(gè)過(guò)程：水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能；旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能水能的三種表現(xiàn)形式：水能的三種表現(xiàn)形式： 位能、動(dòng)能、壓能位能、動(dòng)能、壓能 水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能 當(dāng)具有以上三種表現(xiàn)形式能量的水流流經(jīng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)時(shí)，其大部分能量通過(guò)沖擊轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為水輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能！旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能l 水流驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)帶動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由發(fā)電機(jī)將水輪機(jī)傳來(lái)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能l 發(fā)電機(jī)工作的基本原理電磁感應(yīng)u電磁感應(yīng)因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電

4、動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介通過(guò)以上介紹，接下來(lái)我們簡(jiǎn)單介紹常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備及主要輔助設(shè)備。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介閘門(mén)一、閘門(mén)常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介閘門(mén) 流道中水流的控制依賴閘門(mén)，根據(jù)閘門(mén)的工作方式，可以將其分為以下四種：1、工作閘門(mén)工作閘門(mén) 可以用于調(diào)節(jié)流量，可以動(dòng)水操作。2、事故閘門(mén)事故閘門(mén) 防止事故擴(kuò)大，動(dòng)水關(guān)閉，靜水平壓開(kāi)啟。3、檢修閘門(mén)檢修閘門(mén) 以

5、上兩種閘門(mén)檢修時(shí)的安全措施。4、 施工導(dǎo)流閘門(mén)施工導(dǎo)流閘門(mén) 施工時(shí)用常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī)二、水輪機(jī) 將水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備叫水輪機(jī)（水力原動(dòng)機(jī)）。水將水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備叫水輪機(jī)（水力原動(dòng)機(jī)）。水輪機(jī)由引水部件、導(dǎo)水部件、工作部件、泄水部件組成。輪機(jī)由引水部件、導(dǎo)水部件、工作部件、泄水部件組成。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī)1、引水部件 組成：引水室（蝸殼）、座環(huán) 作用：以較少的水力損失把水流均勻的、對(duì)稱地引入導(dǎo)水部件，并在進(jìn)入導(dǎo)葉前形成一定的環(huán)量。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī)2、導(dǎo)水部件組成：導(dǎo)葉及其操作機(jī)構(gòu)、頂蓋、底環(huán)；作用：調(diào)節(jié)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的流量和形成轉(zhuǎn)輪所需的環(huán)量；常規(guī)電站

6、主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī)3、工作部件：轉(zhuǎn)輪作用：直接將水流能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī)4、泄水部件組成：泄水錐、尾水管；作用：引導(dǎo)水流進(jìn)入下游，尾水管同時(shí)在轉(zhuǎn)輪后形成真空，利用轉(zhuǎn)輪出口到下游之間的位能，恢復(fù)轉(zhuǎn)輪出口處的部分動(dòng)能損失以提高效率。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī)l水輪機(jī)的其他部件如：主軸、主軸密封、檢修密封、水導(dǎo)軸承、固定部分等等在此不一一介紹。l總之，水輪機(jī)是水電廠實(shí)現(xiàn)水電轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要設(shè)備。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁

7、路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。 發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋機(jī)座及軸承等部件構(gòu)成。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)1、定子 組成：電動(dòng)機(jī)的靜止部分，一般由導(dǎo)磁的定子鐵心、導(dǎo)電的定子的繞組、具有冷卻介質(zhì)通道的機(jī)座結(jié)構(gòu)組成； 作用:切割磁場(chǎng)，產(chǎn)生電流。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)2、轉(zhuǎn)子 組成：電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。主要由導(dǎo)電的轉(zhuǎn)子繞組、導(dǎo)磁的鐵心以及轉(zhuǎn)子軸伸、護(hù)環(huán)、中心環(huán)和風(fēng)扇等組成；作用：構(gòu)成磁場(chǎng)。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)3、端蓋機(jī)座及軸承等部件略l總之，發(fā)電機(jī)是實(shí)現(xiàn)水路發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的重要部件。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介調(diào)速器調(diào)速器控制系統(tǒng)是水力發(fā)電廠的重要機(jī)電設(shè)備

8、，其主要作用是： 能自動(dòng)調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使保持在額定轉(zhuǎn)速允許范圍偏差內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足電網(wǎng)對(duì)頻率質(zhì)量的要求； 能使水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)或手動(dòng)快速啟動(dòng)，整步并網(wǎng)增減負(fù)荷，正常停機(jī)或緊急停機(jī)，直接關(guān)系到電能的質(zhì)量和電站的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介調(diào)速器常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介調(diào)速器常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介進(jìn)水主閥 主閥的作用安裝在水輪機(jī)進(jìn)水口與壓力管道之間的閥門(mén)稱為主閥，其作用如下：（1）作為機(jī)組的后備保護(hù)。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷又遇調(diào)速器發(fā)生故障不能動(dòng)作時(shí)，主閥可以在動(dòng)水情況下關(guān)閉切斷水流，防止機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)間超過(guò)允許值，避免事故的擴(kuò)大。（2）對(duì)于較高水頭水電站，導(dǎo)葉漏水是不可避免的，

9、特別是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，導(dǎo)葉間隙發(fā)生變化，使漏水量增加。導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)，一般的漏水量為最大流量的23，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)5以上。主閥的水封要比導(dǎo)葉好得多，所以當(dāng)機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉主閥，以減少水量損失。常規(guī)電站主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介進(jìn)水主閥 （3）裝有幾臺(tái)機(jī)組的電站，一般都由一根總引水管引水，同時(shí)供幾臺(tái)機(jī)組發(fā)電。每臺(tái)機(jī)組前都安裝一個(gè)主閥，這樣當(dāng)某臺(tái)機(jī)組需檢修時(shí)，只需關(guān)閉該機(jī)組的主閥即可，而不影響其他機(jī)組的正常發(fā)電。（4）引水管很長(zhǎng)的引水式電站，設(shè)置主閥后，當(dāng)機(jī)組暫停運(yùn)行時(shí)可只關(guān)閉主閥，而不必關(guān)上游的進(jìn)水口閘門(mén)，使長(zhǎng)的引水管道中處于充水等待工作狀態(tài)，待再次開(kāi)機(jī)時(shí)，就節(jié)省了壓力管道充水的開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間。常規(guī)電站主

10、要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介進(jìn)水主閥l 水電站常用的主閥有蝶閥和球閥。1、在水電站中，水頭不超過(guò)150 m的情況下蝶閥使用最廣泛； 2、球閥一般適用于150m以上的高水頭電站。常規(guī)電站主要輔助設(shè)備簡(jiǎn)介油系統(tǒng) 1、潤(rùn)滑油系統(tǒng)及其作用潤(rùn)滑油系統(tǒng)及其作用 立軸式機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件的支撐需要推力軸承（還有軸向水推力）；為了限制大軸的徑向擺度，需要導(dǎo)軸承（機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖）。軸承與大軸的摩擦 干摩擦與油膜摩擦；油膜建立的條件（楔形、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、油的粘度）潤(rùn)滑、散熱 壓力油及其作用 導(dǎo)葉，主閥的操作能源一般用高壓油，故電廠還設(shè)有壓油裝置。壓力的產(chǎn)生油泵；壓力的存儲(chǔ)高壓油罐；充氣的作用（油氣比1/2）液壓操作 絕緣油及其作用絕緣油及

11、其作用 斷路器、變壓器的滅弧、散熱、絕緣 N常規(guī)電站主要輔助設(shè)備簡(jiǎn)介水系統(tǒng)1、技術(shù)供水系統(tǒng)及其作用 冷卻、潤(rùn)滑、液壓操作。 軸承在運(yùn)行中的發(fā)熱將使油劣化變質(zhì)故需要冷卻；發(fā)電機(jī)、變壓器在運(yùn)行中有鐵損、銅損，溫度過(guò)高會(huì)使電機(jī)絕緣老化或失去作用，故需要冷卻；空壓機(jī)散熱等。 普通這些熱量由冷卻水帶走，所以要有水系統(tǒng)。它需要滿足水溫、水質(zhì)、水壓、水量的要求。技術(shù)供水的作用還有潤(rùn)滑（橡膠軸承）、液壓操作（水界牌的球閥）2、供水系統(tǒng)包括消防水供水（主變、發(fā)電機(jī)、油室消防）、生活供水；3、排水系統(tǒng)包括滲漏排水檢修排水。常規(guī)電站主要輔助設(shè)備簡(jiǎn)介氣系統(tǒng)1、低壓氣系統(tǒng)、低壓氣系統(tǒng) ： 停機(jī)制動(dòng)（電氣制動(dòng)）用壓縮空氣

12、；調(diào)相壓水、圍帶密封、防凍吹冰、清潔吹掃、操作滅弧、風(fēng)動(dòng)工具。 過(guò)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后的頂轉(zhuǎn)子2、高壓氣系統(tǒng)、高壓氣系統(tǒng) ： 補(bǔ)氣、降壓使用。抽水蓄能電廠抽水蓄能電廠運(yùn)作原理及其主要機(jī)電設(shè)備抽水蓄能電廠抽水蓄能電廠運(yùn)作原理及其主要機(jī)電設(shè)備抽水蓄能電廠運(yùn)行原理 抽水蓄能電廠是水電廠的一種類型，它主要由上水庫(kù)、引水系統(tǒng)、廠房和下水庫(kù)組成。在水電廠的上游建有蓄水庫(kù)，下游也建有蓄水庫(kù)，在電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)期，利用上庫(kù)的水通過(guò)引水系統(tǒng)閘門(mén)、管道和調(diào)壓井等設(shè)施，將上庫(kù)水的位能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與水輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電（稱為發(fā)電工況）；在低谷負(fù)荷時(shí)期，將下庫(kù)的水再通過(guò)引水系統(tǒng)閘門(mén)、管道和調(diào)壓井等設(shè)施抽回

13、上庫(kù)蓄積起來(lái)（簡(jiǎn)稱水泵工況），此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)變成水泵。抽水蓄能機(jī)組已成為電力系統(tǒng)調(diào)峰的重要手段之一。抽水蓄能電廠運(yùn)行原理 抽水蓄能電廠機(jī)組運(yùn)行工況有發(fā)電（G）、抽水（P）、發(fā)電調(diào)相（CG）、抽水調(diào)相（CP）等工況； 就發(fā)電方向而言，其運(yùn)行原理與常規(guī)水電廠運(yùn)行原理一致。 抽水方向可以理解為發(fā)電方向的逆向過(guò)程。抽水蓄能電廠運(yùn)行原理天然水流/水庫(kù)筑壩（隧洞、明渠引水）水輪機(jī)發(fā)電機(jī)升壓站（變壓器）電網(wǎng)變電 站（變壓器）用戶水能水能動(dòng)能動(dòng)能電能電能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能升壓升壓減少損耗減少損耗電能輸送電能輸送電能產(chǎn)生路線圖:同樣也適用于抽水蓄能電廠，但僅限發(fā)電工況抽水蓄能電廠運(yùn)行原理

14、 電能轉(zhuǎn)換為水能路線圖：電網(wǎng)升壓站/變壓器發(fā)電機(jī)水輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)SFC/拖動(dòng)機(jī)水力設(shè)施上庫(kù)抽水蓄能電廠運(yùn)行原理 由此可見(jiàn)發(fā)電時(shí)與常規(guī)機(jī)組一樣，抽水蓄能機(jī)組其能量轉(zhuǎn)換同樣為兩個(gè)過(guò)程：水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能；旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 抽水時(shí)，抽水蓄能機(jī)組能量轉(zhuǎn)換為：電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能；旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水能。抽水蓄能電廠運(yùn)行原理 抽水時(shí)，電能通過(guò)靜止變頻啟動(dòng)器（SFC）電氣傳動(dòng)，或另一臺(tái)機(jī)組作為拖動(dòng)機(jī)啟動(dòng)機(jī)組至同步并網(wǎng)，此時(shí)機(jī)組具備轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機(jī)械能； 并網(wǎng)后，機(jī)組作為電動(dòng)機(jī)吸收電網(wǎng)電能把下庫(kù)水抽至上庫(kù)，使得原下庫(kù)的水抽到上庫(kù)后具備勢(shì)能并作為另一種能量形式儲(chǔ)存起來(lái)。抽水蓄能電廠主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介閘門(mén) 閘門(mén)由于抽水蓄

15、能電站上下水庫(kù)水位差都較大（一般在500M左右），設(shè)備性能要求高，這樣決定了許多機(jī)電設(shè)備的單一性。抽水蓄能電站閘門(mén)多采用：1、事故閘門(mén)事故閘門(mén) 防止事故擴(kuò)大，靜水關(guān)閉，靜水平壓開(kāi)啟，多應(yīng)用于尾水管處。2、檢修閘門(mén)檢修閘門(mén) 引水隧道檢修時(shí)的安全措施，多用于上下水庫(kù)進(jìn)出水口。抽水蓄能電廠主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介水輪機(jī) 水輪機(jī) 其組成和作用與常規(guī)水電站一致，但考慮到抽水蓄能機(jī)組特殊性，為滿足水泵和水輪機(jī)兩種運(yùn)行工況的要求，水泵水輪機(jī)比相同水頭和容量的水輪機(jī)尺寸大。抽水蓄能電廠主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī) 抽水蓄能電廠發(fā)電機(jī)與常規(guī)水電廠發(fā)電機(jī)組成和作用基本一致。 但以下關(guān)鍵技術(shù)必須得到合理解決： 通風(fēng)冷卻通風(fēng)冷卻 推力抽承推力抽承 定子線圈和鐵心定子線圈和鐵心 主軸系穩(wěn)定和高強(qiáng)度轉(zhuǎn)子主軸系穩(wěn)定和高強(qiáng)度轉(zhuǎn)子 提高發(fā)電電動(dòng)機(jī)效率提高發(fā)電電動(dòng)機(jī)效率 制動(dòng)技術(shù)制動(dòng)技術(shù)抽水蓄能電廠主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)抽水蓄能電廠主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)抽水蓄能電廠主要機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)抽水蓄能電廠主要機(jī)