水电厂设备的组成、结构和基本原理

水电厂设备的组成、结构和基本原理2017目录/Contents01020304水机设备组成及用途电气设备组成及基本原理辅助设备组成及作用水电站基本类型01水电站基本类型4河床式水电站水电站基本类型河床式水电站的引用流量一般较大，属于低水头大流量型水电站。其特点是：厂房与坝一起建在河床上，厂房本身承受上游水压力，并成为挡水建筑物的一部分，一般不设专门的引水管道，水流直接从厂房上游进水口进入水轮机。5坝后式水电站水电站基本类型坝后式水电站一般修建在河流中上游的山区峡谷地段，受水库淹没限制相对较小，所以坝可建得较高，水头也较大。由于水头较高，厂房不能承受上游过大水压力而建在坝后（坝下游）。其特点是：水电站厂房布置在坝后，厂坝之间常用缝分开，上游水压力全部由坝承担。6坝内式水电站水电站基本类型坝内式水电站是指将厂房布置在拦河坝体内部，采用如此布置主要是由于河谷狭窄不足以布置坝后式厂房，而坝高足够允许在坝内留出一定大小的空腔布置厂房。由于坝内式水电站的厂房布置在溢流坝内，坝体内部的空腔削弱了坝体强度，并使得坝体应力复杂化。由于厂房尺寸受到坝体尺寸的限制，因此此类水电站的机电设备选择在尺寸上也受到相应的限制。7引水式水电站水电站基本类型发电用水来自较长的引水道，厂房远离挡水和进水建筑物，厂房上游不承受水压力，厂房布置在引水系统末端的的河岸上。由于厂房布置在地面的河岸上，因此称为引水河岸式水电站。8抽水蓄能电站水电站基本类型抽水蓄能电站可认为是一种特殊类型的水电站。水电机组具备启停迅速、运行灵活，适宜担任调峰、调频和事故备用负荷等特点，而抽水蓄能机组可将水电机组上述特点发挥到极致。抽水蓄能电站不是为了开发水能资源向系统提供电能，而是以水体为贮能介质，对电力系统起到调节作用。抽水蓄能电站包括抽水蓄能和放水发电两个过程，它有上下两个水库，一般用压力管道相连，蓄能电站厂房建在离下水库不远的地下山体内。在系统负荷低谷时，利用系统多余的电能带动泵站机组（电动机+水泵）将下库的水抽到上库，以水的势能形式储存起来；当系统负荷高峰时，将上库的水放下来推动水轮发电机组（水轮机+发电机）发电，以补充系统中电能的不足。由于抽水蓄能电站较之常规水电站可运行的工况更多，因此其在对电力系统的调节功能上更为灵活。02水机设备组成及用途10水机设备组成及用途水轮机调速器水机设备组成主阀11水轮机的类型和应用范围1水轮机水轮机的基本类型、常见水轮机的特点和应用范围、水轮机参数和型号立式混流式水轮机构成部件的介绍转轮、导水机构、引水机构、泄水部件及其他部件水机设备组成及用途12水轮机按工作原理分为两大类，即反击式水轮机和冲击式水轮机。1)反击式水轮机。转轮利用水流的压力能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。2）冲击式水轮机。转轮只利用水流的动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。水机机的基本类型13常见水轮机的特点及应用范围14水轮机产品型号由三部分组成，各部分用一短线分开。水轮机型号排列顺序如下：水轮机的型号的含义例：HL180—LJ—550：表示混流式水轮机，转轮型号为180，立轴，金属蜗壳，转轮公称直径为550cm。15转轮是水轮机将水流能量转变为旋转机械能的核心部件，要求转轮具有良好的水力性能，足够的强度和刚度。混流式水轮机转轮一般有上冠3、叶片4、下环7、止漏装置2和6、泄水锥5和减压装置1组成。立式混流式水轮机构成部件——转轮16导水机构的主要组成部分包括顶盖、底环、控制环、导叶、导叶套筒、导叶传动机构（包括导叶臂、连杆、连接板）和接力器等部件。立式混流式水轮机构成部件——导水机构控制环导叶连杆活动导叶导叶套筒顶盖底环作用：调节通过机组过流系统的水的流量，达到控制机组转速的目的。17混流式水轮机的引水部件主要由金属蜗壳、座环和基础环组成。水轮机的泄水部件主要由尾水管、泄水锥组成。立式混流式水轮机构成部件——引水部件及泄水部件引水部件作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。泄水部件作用：引导水流进入下游，尾水管同时还在转轮后形成真空，利用转轮出口到下游尾水之间的位能，恢复转轮出口处的部分动能损失，以提高效率。18主轴。主轴是水轮机的主要部件之一，它的一端于发电机连接，另一端接水轮机转轮。它的作用是将水轮机的旋转机械能传递给发电机，从而带动发电机转子旋转。立式混流式水轮机构成部件——其他部件主轴密封。主轴密封是用以减少主轴与固定部件之间漏水的装置，是水轮机正常工作的重要保护装置。水轮机导轴承。导轴承是保持主轴中心位置，并承受径向力的轴承。水轮机导轴承的主要作用是承受机组运行中主轴传来的径向力和振摆力，约束主轴轴线位置。转子连接法兰推力轴承配合面水导轴承配合面缸体连接法兰另外水轮机还具有补气装置和真空破坏阀等部件。19水轮机的进水蝶阀系统2进水阀系统的构成、用途与特点、主要组成部分说明液压系统液压系统的构成、部分元器件原理水机设备组成及用途20水轮机进水蝶阀系统——系统的构成21当机组甩负荷又恰逢调速器发生故障不能动作时，进水阀可以在动水情况下关闭，切断水流，防止机组过速的时间超过允许值，避免事故扩大。检修水轮机时，用以截断水流。当机组长时间停机时，关闭进水阀，可大幅度减少导叶漏水量。当机组暂时停运时，不需关闭引水管进水闸门，只需关闭进水阀，以便引水管保持充水，使机组能快速启动。当电站由一根总引水管引水，同时供给几台机组发电时，如果其中一台机组需要检修，这时只需关闭该机的进水阀，而不会影响其他机组的正常运行。水轮机进水蝶阀系统——用途与特点用途特点阀门在全关位置设有液压锁锭装置和机械锁锭装置，防止检修水轮机时因误操作阀门发生意外事故；阀门全开到位后主接力器采用保压措施，保压电磁球阀动作提供液压持住力保证蝶阀处在全开位置。控制系统以PLC（可编程控制器）为核心。可就地操作进水阀、旁通阀的开和关，也可由中控室对整个进水阀系统进行自动控制。22水轮机进水蝶阀系统——主要组成部分说明进水阀主体23水轮机进水蝶阀系统——主要组成部分说明旁通阀在主阀开启前，上游压力水通过旁通管路向蜗壳充水平压。正常工作时，检修阀处于常开状态，当旁通系统检修时，检修阀处于关闭状态。排气阀当开启或关闭主阀时，空气阀自动对管路进行排气或补气。正常工作时，检修阀处于常开状态，检修空气阀时，检修阀处于关闭状态。平压检测装置当阀门开启时，差压控制器用来检测上下游的压力差，将其开关量信号传至控制柜，并入阀门的开关程序中。24水轮机进水蝶阀系统——工作程序25水轮机进水蝶阀液压系统——构成26水轮机进水蝶阀液压系统——蓄能器工作原理：囊内装氮气，囊外充液压油。当油泵将液压油压入蓄能器壳体4内时皮囊就受压变形，气体体积随压力增加而减少。液压油被逐渐储存。若液压系统工作需要液压油时，则蓄能器将液压油排出。充气步骤：蓄能器上面孔充氮气，先打开上盖1，然后把充氮工具的出口接头装在充气阀2上，把充氮工具的进口接头装在氮气瓶上，打开氮气瓶上的截止阀，氮气就进入蓄能器皮囊3内，充氮压力8~9MPa，用充氮工具或充氮小车充入，蓄能器下面孔进液压油。27水轮机调速器系统3调速器系统的构成、用途与特点、主要组成部分说明油压装置系统液压系统的构成、部分元器件原理水机设备组成及用途28水轮机调速器系统——调速器水轮机调节的定义：随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度，使水轮机组转速维持在某一预定值，或按某一预定的规律变化，这一过程称为水轮机调节调节实质：调节转速水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。水轮机+导水机构+调速器——水轮机自动调节系统调节流量Q的途径：反击式：通过改变导叶开度，同时改变桨叶片转角。冲击式：通过改变喷嘴开度。水轮机调节的作用：能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。29水轮机调速器系统——调速器基本组成1）测量元件。在调速器中主要是测量机组转速。微调中以硬、软件结合进行数字测频。2)综合元件。将测频元件、反馈元件送来的信号加以综合，并将综合后的信号作为调节信号送给放大元件。微调中是由软件来控制。3)放大元件。将综合元件送来的调节信号加以放大，以操作执行元件。微调中由电路与液压部分联合完成。4)执行元件。根据放大后的调节信号，操作导水机构，改变导叶开度。执行元件一般均指水轮机接力器。5)反馈元件。用于保证调节的适度性和稳定性。微调中均采用位移传感器完成信号反馈。30水轮机调速器系统——调速器压油装置03电气设备组成及基本原理32电气设备水轮发电机主变压器配电装置厂用电系统电气设备组成及基本原理331发电机发电机基本原理发电机主要部件及原理水机设备组成及用途34水轮发电机——工作原理水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。当转子被原动机带动旋转后，定子绕组（也称电枢绕组）不断切割磁力线，就在其中感应出电动势来。感应电动势的方向由右手定则确定。由于导线有时切割N极，有时切割S极，因而感应出的是交流电动势。转子不停地旋转，A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁力线，所以在三相绕组中电动势的相位是不同的，依次差120°，相序为A、B、C。当发电机带上负荷后，三相定子绕组中的定子电流（电枢电流），将合成产生一个旋转磁场。该磁场于转子以同速度、同方向旋转，这就叫同步发电机。水电站中的发电机都是同步发电机。发电机原理35水轮发电机——主要组成部件定子定子铁芯定子绕组引出线定子机座空冷器定子是水轮发电机的固定部件之一。它主要由机座、铁芯、绕组以及引出线等其它部件组成。1)定子机座。主要作用是固定定子以及承重。2)定子铁芯。定子铁芯是水轮发电机磁路的主要通道。由于定子铁芯中存在交变磁通，才在定子绕组上感应出交变电流。因此，把定子铁芯称为磁电交换元件，并在铁芯齿槽中固定定子绕组。3)定子绕组。定子绕组的作用是，当交变磁场切割绕组时，便在绕组中产生交变电动势和交变电流，从而完成水能→机械能→电能的最终转换。36水轮发电机——主要组成部件转子转子支架磁轭磁极装配顶轴集电环组件转子引线1)主轴。主轴的主要作用是起到连接发电机与水轮机，将水轮机的旋转机械能传递给发电机转子，另外主轴还承受由于推力负荷引起的拉应力，以及承受单边磁拉力和转动部分的机械不平衡力。2)转子支架。大、中型水轮发电机的转子支架式连接主轴和磁轭的中间部件，并起到固定磁轭和传递转矩的作用3)磁轭。磁轭也叫轮环。它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一部分。4）磁极。当直流励磁电流通入磁极线圈后就产生发电机磁场，因此磁极是产生磁场的部件。37水轮发电机——主要组成部件机架机架是水轮发电机不可缺少的重要部件之一。按照机架所安放的位置不同，一般分为装在发电机定子上部的上机架和装在定子下部的下机架水轮发电机组的推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分的重量以及水轮发电机的轴向水推力的滑动轴承，按液体润滑理论，在镜板和推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度为0.1mm左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将这些力传递给水轮发电机的荷重机架。它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工作性能的好坏，将直接关系到机组的安全和稳定运行。推力轴承水轮发电机导轴承的作用是承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。发电机导轴承根据安装位置是在转子上方还是下方可分为上导轴承和下导轴承制动器一般位于转子制动环的下方，中、小型机组一般直接安装在下支架上，大型发电机制动器则有独立的基础，即在对应制动环的