水電站組成和生產(chǎn)過程

水電站組成和生產(chǎn)過程第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日我國水資源情況我國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1／4、美國的1／5，在世界上名列121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日我國水資源情況我國水能資源6.76億kw，其中可開發(fā)利用的約為3.79億kw。均居世界首位。

第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日引入水電廠像其他工廠一樣，要完成生產(chǎn)，需要原料，加工設備，并通過對加工設備的操作控制，使之加工出所需要的產(chǎn)品。對水電廠而言，其原料是水，基本加工設備是水輪發(fā)電機組，輸出產(chǎn)品是電能，下面就讓我們一起來了解一下水電廠是如何實現(xiàn)由水變電這一生產(chǎn)工程的。

第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日電力生產(chǎn)的特點l）電力生產(chǎn)的同時性發(fā)電、輸電、供電是同時完成的,電能不能大量儲存,必須用多少,發(fā)多少。2）電力生產(chǎn)的整體性發(fā)電廠、變壓器、高壓輸電線路、配電線路和用電設備在電網(wǎng)中形成一個不可分割的整體,缺少任一環(huán)節(jié),電力生產(chǎn)都不可能完成,相反,任何設備脫離電網(wǎng)都將失去意義。3）電力生產(chǎn)的快速性電能輸送過程迅速,其傳輸速度與光速相同,達到每秒30萬公里,即使相距幾萬公里,發(fā)、供、用都是在一瞬間實現(xiàn)。

4）電力生產(chǎn)的連續(xù)性電能的質(zhì)量需要實時、連續(xù)的監(jiān)視與調(diào)整。

5）電力生產(chǎn)的實時性電網(wǎng)事故發(fā)展迅速,涉及面大,需要實時安全監(jiān)視。6）電力生產(chǎn)的隨機性：由于負荷變化、異常情況及事故發(fā)生的隨機性，電能質(zhì)量的變化是隨機的，因此，在電力生產(chǎn)過程中，需要實時調(diào)度，并需要實時安全監(jiān)控系統(tǒng)隨時跟蹤隨機事件，以保證電能質(zhì)量及電網(wǎng)安全運行。第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站生產(chǎn)過程原料加工設備對設備的控制產(chǎn)品水水輪發(fā)電機組控制系統(tǒng)電能第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站生產(chǎn)過程水主閥水輪機發(fā)電機電能河流：攔河筑壩、引水快速閘門、蝶閥、球閥水能轉(zhuǎn)換為機械能機械能轉(zhuǎn)換為電能電能送入電力市場第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站生產(chǎn)的特點水電廠火電廠1、一次能源儲備水量儲存———燃料儲存2、機組啟動速度快————————慢3、負荷增減速度快————————慢4、系統(tǒng)中的作用調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓——基荷、電壓支撐5、運行成本低（建設成本高）——高6、距離負荷中心遠———————一般較近7、季節(jié)的影響大——————————小第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站能量轉(zhuǎn)換過程水流沖擊水輪機轉(zhuǎn)輪，將水能轉(zhuǎn)換為水輪機軸上的旋轉(zhuǎn)機械能并通過大軸傳遞給發(fā)電機。發(fā)電機通過電磁感應原理將大軸上的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為電能發(fā)電機工作的基本原理――電磁感應原理導線切割磁力線將感生電勢，閉合導線將便有了電流。電樞繞組龐大，故工程上采用磁力線移動去切割固定不動的電樞繞組；磁力線由電磁鐵產(chǎn)生，為了得到電磁鐵，必先得到直流電源——勵磁第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水輪發(fā)電機組將機械能轉(zhuǎn)化為電能的物理過程

當定子繞組流過三相交流電以后產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速（發(fā)電機的頻率及磁極對P數(shù)確定后，同步轉(zhuǎn)速即已確定N=60f/p），這個磁極與轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生相互作用力，二者之間的角度決定了力的大?。òl(fā)出有功負荷的大小）和性質(zhì)（發(fā)電機或電動機）第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站能量轉(zhuǎn)換過程

發(fā)電機空轉(zhuǎn)空載發(fā)電水能機械能機械能電能電能送出第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站生產(chǎn)過程定義：水電站是利用水能資源發(fā)電的場所，是水、機、電的綜合體。將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設施。第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站生產(chǎn)過程水能的基本要素是流量、水頭。當水具有一定的流量、水頭以后，我們說水具有了一定的能量。N=9.81QHη由此可知發(fā)電必須要具有水頭和流量第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站生產(chǎn)過程但是水流的水頭沿天然河流沿程分布時，我們無法使用，需要將水頭集中以后才利于我們使用。按集中水頭的方法，可以將水電廠分為三種類型：第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站類型壩式水電廠就是攔河筑壩集中水頭，又可以分為河床式和壩后式。優(yōu)點：有調(diào)節(jié)能力和可以綜合用。缺點：水淹面積大；泥沙淤積。第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日壩后式水電站第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站類型引水式水電廠是用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站。引水方式：明渠、無壓遂洞、有壓遂洞缺點：無調(diào)節(jié)能力，屬徑流式。第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日引水式水電廠（有壓）第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日引水式水電廠（無壓）第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站類型混合式水電站將上兩種形式相結合。是由壩和引水道分別集中一部分水頭，電站的總水頭等于這兩部分之和。第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水電站組成水工建筑物水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)油水汽三大輔助系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)繼電保護安全自動化裝置配電裝置直流系統(tǒng)廠用電系統(tǒng)第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水工建筑物擋水建筑物引水建筑物輸水建筑物泄水建筑物第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日擋水建筑物

擋水建筑物就是大壩。作用：攔截河流的水，用以形成水庫，積蓄水量，抬高水位、集中落差，造成水力發(fā)電的基本條件——流量、水頭。第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日擋水建筑物型式大壩土壩混凝土重力壩拱壩支墩壩堆石壩第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日引水建筑物引水建筑物是指從水庫或河道中將所需要利用的水引入水電站而造成的水工建筑物。對引水建筑物的基本要求：保證水電站所需的足夠水量，不能使泥沙、漂浮物等進入引水隧洞。附加設備：攔污柵、工作閘門、檢修閘門、檔沙坎。第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日引水建作用攔污柵——攔截雜物，避免使其進入壓力管道工作閘門——開啟、關閉進水口檢修閘門——用于檢修工作閘門檔沙坎——攔截泥沙第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日輸水建筑物輸水建筑物由引水隧洞、調(diào)壓井和壓力管道等組成阻抗式調(diào)壓井定義：在圓筒式調(diào)壓井的底部設置阻力孔并與隧洞及壓力鋼管連接的調(diào)壓調(diào)壓井。第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日調(diào)壓井的作用由于發(fā)電站的引水管道較長，當機組運行中突然甩負荷關閉導葉時，由于水流的慣性作用，有很大的水錘效應，易損毀發(fā)電設備，如無調(diào)壓井，水錘會擊毀導水葉和其它過流部件。調(diào)壓井的作用A、讓水錘有一個釋放的通道，以減小過流部件的壓力及水位波動，平穩(wěn)水頭。第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日調(diào)壓井的作用B、阻擋雜物進入壓力水管和水輪機。調(diào)壓井中的流速較低，可以使泥沙沉降。C、在調(diào)壓井中設置快速閘門，可以對壓力鋼管進行檢修。第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日泄水建筑物泄水建筑物：用以宣泄洪水及其他多余水量的建筑物，同時可以用來排泥沙及其漂浮物等。第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日引水電站水流路徑水庫進水口壓力隧洞調(diào)壓井壓力鋼管蝶閥蝸殼水輪機轉(zhuǎn)輪尾水第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日水輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的裝置。發(fā)電機的分類（1）同步－異步（2）立軸－橫軸（3）懸式－傘式發(fā)電機的損耗和散熱銅損、鐵損、機械損耗、附加損耗，風冷、氫冷、水冷。水輪機分類（1）沖擊式水輪機（利用水流的動能來做功）：水斗、斜擊、雙擊。（2）反擊式水輪機（利用水流的壓能和部分動能來做功），葉片正反面的壓力差：軸流、混流、斜流、貫流。（3）可逆式水輪機：混流、軸流、斜流。第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日勵磁系統(tǒng)

勵磁系統(tǒng)：提供發(fā)電機磁場電流的裝置，包括所有調(diào)節(jié)與控制元件，還有磁場放電或滅磁裝置及保護裝置勵磁系統(tǒng)由功率單元、調(diào)節(jié)單元、滅磁單元組成。第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日勵磁系統(tǒng)作用維持發(fā)電機或系統(tǒng)電壓水平；并列運行機組間合理分配無功負荷；提高發(fā)電機靜穩(wěn)定極限；提高系統(tǒng)動穩(wěn)水平；發(fā)電機故障時快速滅磁。第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)：根據(jù)水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速偏差的檢測以開關水輪機導水機構控制進入水輪機的流量來調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)速和出力的設備。調(diào)速器用來控制液壓接力器的動作，通過改變搭接在水輪機周圍的導葉的開度這一途徑來調(diào)節(jié)進水量或切斷水流。流量的調(diào)節(jié)過程為：調(diào)節(jié)命令――調(diào)速器――液壓接力器――導葉傳動機構――導葉開度改別――進水量改別第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日調(diào)速系統(tǒng)作用未并網(wǎng)前：調(diào)整機組轉(zhuǎn)速；并網(wǎng)后：通過調(diào)整導葉開度調(diào)整機組有功出力、有功功率的成組調(diào)節(jié)分配并列運行的各機組之間的負荷；正常開停機；電氣事故情況下緊急關閉導葉，以防止事態(tài)擴大。電壓頻率相位第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日油水汽三大輔助系統(tǒng)油系統(tǒng)：水電站油主要分透平油和絕緣油。透平油主要作用：潤滑、散熱、液壓操作絕緣油主要作用：絕緣、散熱、滅弧。水系統(tǒng)：主要用于機組各軸承，定子空冷器冷卻、主變冷卻。第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日油水汽三大輔助系統(tǒng)第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日油水汽三大輔助系統(tǒng)氣系統(tǒng)：分為中壓氣和低壓氣中壓氣作用：用于調(diào)速器壓油裝置低壓氣作用：機組剎車制動、檢修密封、吹掃用氣、風動工具用氣、調(diào)相用氣、空氣斷路器及氣動裝置的隔離開關操作用氣、防凍吹冰。第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日油水氣管路的著色紅－壓力油管、加油管；黃－排油管；橙－消防水管；藍－進水管；綠－排水管；黑－排污管；白－壓縮空氣管。

第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日計算機監(jiān)控系統(tǒng)以計算機網(wǎng)絡為平臺，通過開放、模塊化的結構設計，實現(xiàn)對水電廠生產(chǎn)過程的監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、控制、調(diào)節(jié)和保護，的一種系統(tǒng)。計算機監(jiān)控系統(tǒng)包括：現(xiàn)在LCU單元、上位機等組成。特點：計算速度快、精度高、存貯量大等優(yōu)點。第42頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日繼電保護繼電保護：對運行中電力系統(tǒng)的設備和線路，在一定范圍內(nèi)經(jīng)常監(jiān)測有無發(fā)生異?；蚴鹿是闆r，并作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動裝置。繼電保護要求：可靠性、選擇性、速動性、靈敏性主要作用是：防止電力系統(tǒng)事故的發(fā)生和發(fā)展，限制事故的影響及范圍，保證電能質(zhì)量并提高供電的可靠性。第43頁，共45頁，2023年，2月20日，星期日配電裝置發(fā)電廠和變電所電氣主接線中，所裝開關電