水利發(fā)電工程（76頁(yè)清楚明了）

1、第七章水力發(fā)電工程第一節(jié)水能的利用和計(jì)算水力發(fā)電工程：利用水來(lái)發(fā)電的工程水能的大小取決于水流的流量Q及其落差H。在工程上并不直接使用這個(gè)單位，通常用“千瓦(kW)”做為功率的單位，它們之間的關(guān)系為因此，除去發(fā)電機(jī)一定的能量損失后，水電站實(shí)際發(fā)出的功率為水頭損失與引水建筑物的條件、形狀，水流流速及引水路徑長(zhǎng)度等因素有關(guān)，可由水力學(xué)公式計(jì)算出來(lái)在水電工程中，水電站實(shí)際發(fā)出的功率叫做水電站的出力如果 把 用A表示，則水電站出力為通常電能用度來(lái)表示,一度等于1KW.H第二節(jié) 水能的開發(fā)方式和水電站的主要類型水能的開發(fā)方式蓄水式徑流式普通式(天然河道筑壩)抽水蓄水式日調(diào)節(jié)月調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)一、壩式水電

2、站二、河床式水電站三、引水式水電站水電站的三種基本類型一、壩式水電站水頭是由壩所形成，即在河道上修筑壩，甩以抬高水位，形成落差當(dāng)廠房緊靠著壩體布置在壩體的下游時(shí)，稱壩后式水電站，如圖5-2及圖5-3所示如河谷狹窄而水電站的機(jī)組較多，泄洪建筑物與電站廠房的布置有矛盾時(shí)，可把廠房置于泄洪建筑物之下而構(gòu)成廠房頂溢流式水電站 當(dāng)壩址河谷狹窄且泄洪量大時(shí)，為了解決樞紐布置的困難，擋水建筑物可采用空腹混凝土壩的型式；將廠房布置在壩體的空腹內(nèi)，構(gòu)成壩內(nèi)式水電站二、河床式水電站河床式水電站的特點(diǎn)是水電站水頭較低，廠房本身也起擋水的作用，是擋水建筑物的一部分，壩軸線與廠房并列。三、引水式水電站引水式水電站的特點(diǎn)

3、是引水道較長(zhǎng)，水電站的水頭全部或相當(dāng)大的一部分由引水道所集中按照引水道的型式可將引水式水電站分為有壓引水式和無(wú)壓引水式兩種引水式水電站的建筑物可分為三部分：(1)首部樞紐(2)引水建筑物(3)廠房樞紐特點(diǎn)：無(wú)壓引水道引水壩式、河床式及引水式水電站雖各有其特點(diǎn)，但有時(shí)它們之間卻難以明確劃分在實(shí)際工程中，常將具有一定長(zhǎng)度的引水建筑物的水電站統(tǒng)稱為引水式水電站第三節(jié)水電站建筑物水電站組成部份作用擋水建筑物截?cái)嗪恿骷新洳?，形成水?kù)泄水建筑物下泄多余的水量或放水以降低水庫(kù)水位水電站進(jìn)水建筑物將水電站所需流量引進(jìn)引水道水電站引水建筑物將發(fā)電用水由水庫(kù)輸送給水輪機(jī)水電站平水建筑物平穩(wěn)引水建筑物中流量及壓力

4、的變化發(fā)電、變電和配電建筑物發(fā)電變電及配電其它建筑物（如過(guò)壩建筑物、取水防沙建筑物等）一、水電站進(jìn)水建筑物二、水電站引水建筑物三、水電站平水建筑物一、水電站進(jìn)水建筑物進(jìn)水建筑物的功用和基本要求如下(1)要有足夠的進(jìn)水能力(2)水質(zhì)要符合要求(3)水頭損失要小(4)可控制引水流量(5)經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行，施工方便，維修運(yùn)行管理方便（一）有壓進(jìn)水口有壓進(jìn)水口的主要特征是進(jìn)水口后接有壓隧洞或有壓管道有壓進(jìn)水口的主要類型有洞式進(jìn)水口、塔式進(jìn)水口、墻式進(jìn)水口及壩式進(jìn)水口等有壓進(jìn)水口在樞紐中的位置，應(yīng)盡量使進(jìn)入進(jìn)水口的水流平順、對(duì)稱，不發(fā)生回流和漩渦，不出現(xiàn)淤積，不聚集污物，泄洪時(shí)仍能正常進(jìn)水有壓進(jìn)水口應(yīng)

5、低于運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低水庫(kù)水位，并有一定的淹沒深度（二）無(wú)壓進(jìn)水口及沉沙池?zé)o壓引水的電站中采用無(wú)壓進(jìn)水口，其特征是水流在取水口及引水道中均有自由水面進(jìn)水口后一般接無(wú)壓引水建筑物進(jìn)水口宜設(shè)在河流凹岸，以防回流造成漂浮物堆積，且河流中上層清水在彎道環(huán)流的作用下流向凹岸，進(jìn)水口前不易淤積，以便引進(jìn)上層清水進(jìn)水口前一般均設(shè)攔污柵或浮排，以便攔截漂浮物建造攔河閘，壩時(shí)，要充分考慮泥沙的影響，原則上是要盡量維持河流原有的形態(tài)，洪水期要使上游沖下來(lái)的泥沙(特別是推移質(zhì))基本上全部經(jīng)泄水道下泄，不使其堆積起來(lái)要盡可能防止有害泥沙（粒徑大于0.25mm的泥沙）進(jìn)入引水道通常的做法是防止推移質(zhì)泥沙進(jìn)入進(jìn)水口，懸

6、移質(zhì)泥沙可以進(jìn)入，但要設(shè)沉沙池將有害泥沙清除對(duì)于推移質(zhì)泥沙，在進(jìn)水口前設(shè)攔沙坎被攔截住的推移質(zhì)泥沙要及時(shí)清除，否則堆積過(guò)多會(huì)使攔沙坎失效典型山區(qū)多泥沙河流上引水式水電站的首部樞紐圖沉沙池是一個(gè)靜水池，它的基本原理是因它的斷面遠(yuǎn)大于引水渠道的斷面原理:減小流速降低水流的挾沙能力沉沙池的長(zhǎng)度和寬度都要適宜:沉沙池長(zhǎng)度若不足，則有害泥沙尚未沉到池底即已流出沉沙池，達(dá)不到沉沙的效果；沉沙池過(guò)長(zhǎng)則造成浪費(fèi)調(diào)節(jié)寬度使流速為0.250.70ms沉沙池內(nèi)沉積的泥沙的排除方式有連續(xù)沖沙，定期沖沙及機(jī)械排沙三種二、水電站引水建筑物用于發(fā)電引水的渠道稱為動(dòng)力渠道動(dòng)力渠道必須滿足以下基本要求：足夠的輸水能力水頭損失要

7、小水質(zhì)符合要求運(yùn)行安全可靠(一)動(dòng)力渠道(二)引水隧洞優(yōu)點(diǎn)可以采用較短的路線，避開沿線地表不利的地形及地質(zhì)條件有壓隧洞能適應(yīng)水庫(kù)水位的大幅度變化，也能適應(yīng)水電站引用流量的迅速變化不受地表氣候的影響，可以避免沿途對(duì)水質(zhì)的污染缺點(diǎn)對(duì)地質(zhì)條件、施工技術(shù)及機(jī)械化的要求較高，單價(jià)較貴，工期較長(zhǎng)(三)壓力水管壓力水管是指從水庫(kù)、壓力前池或調(diào)壓室將水流直接引入水輪機(jī)的水管,又稱高壓水管1.分類壓力水管露天式壩內(nèi)式隧洞式按布置方式分壓力水管鋼管鋼筋混凝土管木管現(xiàn)場(chǎng)澆筑分段預(yù)制按管身材料分能承受很大的內(nèi)水壓力，主要用于中、高水頭電站低水頭電站常采用的壓力水管木管僅用于盛產(chǎn)木材地區(qū)的中小型水電站，其優(yōu)點(diǎn)是就地取材

8、，缺點(diǎn)是壽命不長(zhǎng)，維修費(fèi)用較高2.線路選擇選擇線路時(shí)主要考慮以下因素：盡量選擇最短最直的線路選擇良好的地質(zhì)條件盡量減少水管的轉(zhuǎn)折起伏3.壓力水管的供水方式(1)單元供水優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便可靠，當(dāng)一根水管發(fā)生故障或檢修時(shí)不影響其它機(jī)組運(yùn)行缺點(diǎn)：水管所費(fèi)材料較多，土建工程量大，造價(jià)較昂貴。一般在水管不長(zhǎng)、造價(jià)不太高時(shí)采用（2）聯(lián)合供水優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)機(jī)組多時(shí)水管數(shù)目較少，管理方便，也較經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn)：當(dāng)總水管發(fā)生故障或檢修時(shí)，由它供水的機(jī)組都要停止運(yùn)行；每臺(tái)機(jī)組前面都要裝閥門，以便檢修某臺(tái)機(jī)組時(shí)不影響其它機(jī)組運(yùn)行（3）分組供水此種供水方式的特點(diǎn)介于單元供水和聯(lián)合供水之間正面進(jìn)水適用于水頭不高、水管不長(zhǎng)的情

9、況下。對(duì)于露天式壓力水管，從側(cè)面進(jìn)水的目的是使水管失事爆裂后的高速水流易于排走，以免沖毀廠房。這種進(jìn)水方式適用于水頭較高的情況下。其缺點(diǎn)是水管進(jìn)入廠房前要轉(zhuǎn)彎，增加水頭損失，且使管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4.壓力水管的斷面尺寸壓力水管的經(jīng)濟(jì)直徑應(yīng)根據(jù)動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算來(lái)確定，它與管內(nèi)流速、水頭損失、造價(jià)、運(yùn)行、施工和維修等因素有關(guān)當(dāng)壓力水管單元供水時(shí)當(dāng)壓力水管分組或聯(lián)合供水時(shí)露天鋼管的內(nèi)水壓力是管壁應(yīng)力計(jì)算時(shí)的主要控制因素管壁的必要厚度可由下式初估另外還應(yīng)加上12mm的銹蝕及磨損安全量最后采用的管壁厚度還應(yīng)符合鋼板的規(guī)格鋼管是一種薄壁結(jié)構(gòu)，在外力作用下，可能喪失穩(wěn)定而毀壞。露天鋼管在承受最大外壓力為一個(gè)大氣壓時(shí)

10、，最小必需厚度約為如按強(qiáng)度計(jì)算出的厚度小于按上式得出的數(shù)字，若出入不大，可采用上式計(jì)算結(jié)果；若相差較大，則可沿管壁每隔一定距離加設(shè)一個(gè)剛性環(huán)，以增加管壁剛度壓力水管必須用鎮(zhèn)墩和支墩來(lái)固定和支承，以保持水管的穩(wěn)定鎮(zhèn)墩多用漿砌石或混凝土澆筑而成。當(dāng)水管管線為直線時(shí)，一般在坡頂與坡腳各設(shè)一鎮(zhèn)墩。如水管管線為折線時(shí)則在轉(zhuǎn)彎處加設(shè)鎮(zhèn)墩。有時(shí)當(dāng)管道過(guò)長(zhǎng)，為了減小溫度變化所產(chǎn)生的軸向力，一般每隔80120m設(shè)一鎮(zhèn)墩支墩布置在鎮(zhèn)墩之間的管線上，間隔一般為610m在壓力水管的進(jìn)口或末端有時(shí)要設(shè)置閘門或閥門三、水電站平水建筑物壓力前池是引水渠道和壓力水管之間的連接建筑物壓力前池的三個(gè)作用：將引水道引來(lái)的流量均勻地

11、分配給各壓力水管，并加以必要的控制再次清除水中的污物、泥沙、浮冰等，宣泄多余的水量當(dāng)水輪機(jī)引用流量迅速改變時(shí)，壓力前池的容積可以起一定的調(diào)節(jié)作用（一）壓力前池壓力前池由下列四種主要建筑物所組成：池身及漸變段壓力水管的進(jìn)水口泄水建筑物排污、排沙、排冰建筑物(二)調(diào)壓室水電站在運(yùn)行中丟棄負(fù)荷時(shí)，如果突然關(guān)閉水輪機(jī)的導(dǎo)葉或閥門時(shí)，由于水流的慣性，將產(chǎn)生瞬時(shí)的壓力升高。在發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)并伴有錘擊般的聲音，因此被稱之為水錘現(xiàn)象，其壓力變化值稱為水錘壓力為了使水錘壓力不致影響引水道，故常在較長(zhǎng)的引水道末端修建調(diào)壓室調(diào)壓室的一部分或全部設(shè)置在地面以上的稱為調(diào)壓塔；調(diào)壓室大部分埋設(shè)在地面之下，則稱調(diào)壓井調(diào)壓室

12、在引水系統(tǒng)中的布置有四種基本型式：上游調(diào)壓室(引水調(diào)壓室)下游調(diào)壓室(尾水調(diào)壓室)上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)上游雙調(diào)壓室系統(tǒng)第四節(jié) 水電站的主要設(shè)備一、水輪機(jī)水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械，它帶動(dòng)發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能水輪機(jī)的主要部件是轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)的類型1.反擊式水輪機(jī)其轉(zhuǎn)輪全部浸泡在有壓的水流中水流連續(xù)通過(guò)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，水流對(duì)轉(zhuǎn)輪發(fā)生反擊作用力，形成旋轉(zhuǎn)力矩，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)水輪機(jī)按水流對(duì)轉(zhuǎn)輪的作用分為反擊式和沖擊式混流式水輪機(jī)中的水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪是輻向流進(jìn)而軸向流出，然后經(jīng)尾水管排人下游河道（1）混流式水輪機(jī) 軸流式水輪機(jī)中的水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪是軸向流入而又軸向流出，然后經(jīng)尾水管排向下游河道（2）軸流

13、式水輪機(jī)（3）斜流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的輪葉軸線與機(jī)組主軸成一角度(45度60度)布置可以適應(yīng)較大的負(fù)荷變化，性能穩(wěn)定，高效率范圍寬，且抗氣蝕性能好（4）貫流式水輪機(jī)貫流式水輪機(jī)是橫向軸流式水輪機(jī)水流從人口到出口是直線流動(dòng)，故效率較高2.沖擊式水輪機(jī)工作原理：利用噴嘴將高壓水流噴射在水輪機(jī)的工作輪上，驅(qū)使工作輪旋轉(zhuǎn)，從而將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能二、水輪發(fā)電機(jī)（一）水輪發(fā)電機(jī)的類型水輪發(fā)電機(jī)按軸的裝置方式可分為臥式和立式兩種立式水輪發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、軸承、機(jī)架、勵(lì)磁機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、制動(dòng)閘、空氣冷卻器等部件組成立式水輪發(fā)電機(jī)按推力軸承的位置不同又可分為懸吊型和傘型兩種三、主要電氣設(shè)備長(zhǎng)距離相同電阻情

14、況下，高壓輸送電能損失比低壓小得多（一）電力變壓器開關(guān)設(shè)備主要包括：斷路器、隔離開關(guān)、自動(dòng)空氣開關(guān)、磁力起動(dòng)器、接觸器等（二）開關(guān)設(shè)備和熔斷器開關(guān)設(shè)備種類性質(zhì)作用或原理斷路器高壓開關(guān)切斷電流及電弧隔離開關(guān)隔離電壓閘刀開關(guān)低壓開關(guān)隔離帶電部分的電壓接觸器隔離，熄滅電弧磁力起動(dòng)器自動(dòng)空氣開關(guān)熔斷器：超荷自動(dòng)熔斷通過(guò)熔件的電流越大，則熔件熔斷也越快，電路斷開的時(shí)間就越短（三）電壓互感器和電流互感器 電壓互感器和電流互感器也是一種變壓器，將高壓或大電流轉(zhuǎn)為低壓或小電流，以供測(cè)量?jī)x表和保護(hù)線路應(yīng)用（四）一次回路和二次回路將水電站的主要機(jī)電設(shè)備，發(fā)電機(jī)，變壓器和開關(guān)設(shè)備等，按一定順序聯(lián)結(jié)成的線路，稱為一次

15、回路，也稱主結(jié)線電站中用于測(cè)量、監(jiān)視、控制、信號(hào)、操作、保護(hù)和自動(dòng)裝置等的低壓電路，稱為二次回路，也稱二次結(jié)線（五）防雷保護(hù)與接地裝置架空輸電線路常采用避雷線保護(hù)；水電站和變電所常采用避雷針、閥型避雷器保護(hù)電力系統(tǒng)中的接地可分為保護(hù)接地和工作接地兩種第五節(jié)電力系統(tǒng)中的水電站電站生產(chǎn)的電能是很難貯存的，在確定水電站的裝機(jī)容量時(shí)，既要合理利用河流的水能，還要分析用戶對(duì)電力的需要反映負(fù)荷隨時(shí)間變化的曲線稱為負(fù)荷圖日負(fù)荷圖年負(fù)荷圖日負(fù)荷圖可劃分成三部分：基荷、腰荷、峰荷基荷是負(fù)荷圖中位于最低負(fù)荷以下部分，腰荷是圖中最低負(fù)荷與平均負(fù)荷之間的部分；峰荷是圖中平均負(fù)荷至最高負(fù)荷部分電力用戶可分為三類：固定用電量用戶季節(jié)性用電戶 用電量隨時(shí)間變化的用電戶二、電力系統(tǒng)發(fā)電站和電力用戶共同組成的系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)組成電力系統(tǒng)的作用如下：可以減少系統(tǒng)的總裝機(jī)容量可以統(tǒng)一調(diào)度而充分利用能源提高供電的可