水电站组成和生产过程

水电站组成和生产过程我国水资源情况我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。我国水资源情况我国水能资源6.76亿kw，其中可开发利用的约为3.79亿kw。均居世界首位。引入水电厂像其他工厂一样，要完成生产，需要原料，加工设备，并通过对加工设备的操作控制，使之加工出所需要的产品。对水电厂而言，其原料是水，基本加工设备是水轮发电机组，输出产品是电能，下面就让我们一起来了解一下水电厂是如何实现由水变电这一生产工程的。电力生产的特点l）电力生产的同时性发电、输电、供电是同时完成的,电能不能大量储存,必须用多少,发多少。2）电力生产的整体性发电厂、变压器、高压输电线路、配电线路和用电设备在电网中形成一个不可分割的整体,缺少任一环节,电力生产都不可能完成,相反,任何设备脱离电网都将失去意义。3）电力生产的快速性电能输送过程迅速,其传输速度与光速相同,达到每秒30万公里,即使相距几万公里,发、供、用都是在一瞬间实现。4）电力生产的连续性电能的质量需要实时、连续的监视与调整。5）电力生产的实时性电网事故发展迅速,涉及面大,需要实时安全监视。6）电力生产的随机性：由于负荷变化、异常情况及事故发生的随机性，电能质量的变化是随机的，因此，在电力生产过程中，需要实时调度，并需要实时安全监控系统随时跟踪随机事件，以保证电能质量及电网安全运行。水电站生产过程原料加工设备对设备的控制产品水水轮发电机组控制系统电能水电站生产过程水主阀水轮机发电机电能河流：拦河筑坝、引水快速闸门、蝶阀、球阀水能转换为机械能机械能转换为电能电能送入电力市场水电站生产的特点水电厂火电厂1、一次能源储备水量储存———燃料储存2、机组启动速度快————————慢3、负荷增减速度快————————慢4、系统中的作用调频、调峰、调压——基荷、电压支撑5、运行成本低（建设成本高）——高6、距离负荷中心远———————一般较近7、季节的影响大——————————小水电站能量转换过程水流冲击水轮机转轮，将水能转换为水轮机轴上的旋转机械能并通过大轴传递给发电机。发电机通过电磁感应原理将大轴上的旋转机械能转换为电能发电机工作的基本原理――电磁感应原理导线切割磁力线将感生电势，闭合导线将便有了电流。电枢绕组庞大，故工程上采用磁力线移动去切割固定不动的电枢绕组；磁力线由电磁铁产生，为了得到电磁铁，必先得到直流电源——励磁水轮发电机组将机械能转化为电能的物理过程当定子绕组流过三相交流电以后产生一个旋转磁场，该磁场的转速称为同步转速（发电机的频率及磁极对P数确定后，同步转速即已确定N=60f/p），这个磁极与转子磁极产生相互作用力，二者之间的角度决定了力的大小（发出有功负荷的大小）和性质（发电机或电动机）水电站能量转换过程发电机空转空载发电水能机械能机械能电能电能送出水电站生产过程定义：水电站是利用水能资源发电的场所，是水、机、电的综合体。将水能转换为电能的综合工程设施。水电站生产过程水能的基本要素是流量、水头。当水具有一定的流量、水头以后，我们说水具有了一定的能量。N=9.81QHη由此可知发电必须要具有水头和流量水电站生产过程但是水流的水头沿天然河流沿程分布时，我们无法使用，需要将水头集中以后才利于我们使用。按集中水头的方法，可以将水电厂分为三种类型：水电站类型坝式水电厂就是拦河筑坝集中水头，又可以分为河床式和坝后式。优点：有调节能力和可以综合用。缺点：水淹面积大；泥沙淤积。坝后式水电站水电站类型引水式水电厂是用引水道集中水头的电站称为引水式水电站。引水方式：明渠、无压遂洞、有压遂洞缺点：无调节能力，属径流式。引水式水电厂（有压）引水式水电厂（无压）水电站类型混合式水电站将上两种形式相结合。是由坝和引水道分别集中一部分水头，电站的总水头等于这两部分之和。水电站组成水工建筑物水轮发电机组励磁系统调速系统油水汽三大辅助系统计算机监控系统继电保护安全自动化装置配电装置直流系统厂用电系统水工建筑物挡水建筑物引水建筑物输水建筑物泄水建筑物挡水建筑物挡水建筑物就是大坝。作用：拦截河流的水，用以形成水库，积蓄水量，抬高水位、集中落差，造成水力发电的基本条件——流量、水头。挡水建筑物型式大坝土坝混凝土重力坝拱坝支墩坝堆石坝引水建筑物引水建筑物是指从水库或河道中将所需要利用的水引入水电站而造成的水工建筑物。对引水建筑物的基本要求：保证水电站所需的足够水量，不能使泥沙、漂浮物等进入引水隧洞。附加设备：拦污栅、工作闸门、检修闸门、档沙坎。引水建作用拦污栅——拦截杂物，避免使其进入压力管道工作闸门——开启、关闭进水口检修闸门——用于检修工作闸门档沙坎——拦截泥沙输水建筑物输水建筑物由引水隧洞、调压井和压力管道等组成阻抗式调压井定义：在圆筒式调压井的底部设置阻力孔并与隧洞及压力钢管连接的调压调压井。调压井的作用由于发电站的引水管道较长，当机组运行中突然甩负荷关闭导叶时，由于水流的惯性作用，有很大的水锤效应，易损毁发电设备，如无调压井，水锤会击毁导水叶和其它过流部件。调压井的作用A、让水锤有一个释放的通道，以减小过流部件的压力及水位波动，平稳水头。调压井的作用B、阻挡杂物进入压力水管和水轮机。调压井中的流速较低，可以使泥沙沉降。C、在调压井中设置快速闸门，可以对压力钢管进行检修。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，同时可以用来排泥沙及其漂浮物等。引水电站水流路径水库进水口压力隧洞调压井压力钢管蝶阀蜗壳水轮机转轮尾水水轮发电机组水轮发电机组：实现能量转换的装置。发电机的分类（1）同步－异步（2）立轴－横轴（3）悬式－伞式发电机的损耗和散热铜损、铁损、机械损耗、附加损耗，风冷、氢冷、水冷。水轮机分类（1）冲击式水轮机（利用水流的动能来做功）：水斗、斜击、双击。（2）反击式水轮机（利用水流的压能和部分动能来做功），叶片正反面的压力差：轴流、混流、斜流、贯流。（3）可逆式水轮机：混流、轴流、斜流。励磁系统励磁系统：提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置励磁系统由功率单元、调节单元、灭磁单元组成。励磁系统作用维持发电机或系统电压水平；并列运行机组间合理分配无功负荷；提高发电机静稳定极限；提高系统动稳水平；发电机故障时快速灭磁。调速系统调速系统：根据水轮发电机组转速偏差的检测以开关水轮机导水机构控制进入水轮机的流量来调节水轮机转速和出力的设备。调速器用来控制液压接力器的动作，通过改变搭接在水轮机周围的导叶的开度这一途径来调节进水量或切断水流。流量的调节过程为：调节命令――调速器――液压接力器――导叶传动机构――导叶开度改别――进水量改别调速系统作用未并网前：调整机组转速；并网后：通过调整导叶开度调整机组有功出力、有功功率的成组调节分配并列运行的各机组之间的负荷；正常开停机；电气事故情况下紧急关闭导叶，以防止事态扩大。电压频率相位油水汽三大辅助系统油系统：水电站油主要分透平油和绝缘油。透平油主要作用：润滑、散热、液压操作绝缘油主要作用：绝缘、散热、灭弧。水系统：主要用于机组各轴承，定子空冷器冷却、主变冷却。油水汽三大辅助系统油水汽三大辅助系统气系统：分为中压气和低压气中压气作用：用于调速器压油装置低压气作用：机组刹车制动、检修密封、吹扫用气、风动工具用气、调相用气、空气断路器及气动装置的隔离开关操作用气、防冻吹冰。油水气管路的着色红－压力油管、加油管；黄－排油管；橙－消防水管；蓝－进水管；绿－排水管；黑－排污管；白－压缩空气管。计算机监控系统以计算机网络为平台，通过开放、模块化的结构设计，实现对水电厂生产过程的监视、数据采集、控制、调节和保护，的一种系统。计算机监控系统包括：现在LCU单元、上位机等组成。特点：计算速度快、精度高、存贮量大等优点。继电保护继电保护：对运行中电力系统的设备和线路，在一定范围内经常监测有无发生异常或事故情况，并作用于断路器跳闸或发出信号的自动装置。继电保护要求：可靠性、选择性、速动性、灵敏性主要作用是：防止电力系统事故的发生和发展，限制事故的影响及范围，保证电能质量并提高供电的可靠性。配电装置发电厂和变电所电气主接线中，所装开关电器、载流导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建造而成的电工建筑物，称为配电装置。它的作用是接受和分配电能，它是发电厂和变电所的重要组成部分。包括：断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线、电缆、高压熔断器。分类：根据电气设备安装地点分为户内和户外式；按电气设备组装方式分为装配式和成套组合式。直流系统直流系统作用：断路器操作电源、各控制电源、事故照明等。组成：蓄电池、充电机、馈电装置、绝缘监测装置。厂用电系统厂用电系统：电厂自身用电。基本要求：可靠性、经济性厂用电负荷分类：一类、二类、三类和事故保安负荷“四保”保人身、保电网、保设备、保厂用电厂用电负荷分类表负荷分类特点示例一类短时停电就会造成设备损坏，危及人身安全、主机停运及大量影响出力的负荷压油泵，循环油泵等二类允许短时停电，恢复供电后，不致造成生产紊乱的负荷水电厂的大部分电机负荷三类较长时间都不会直接影响生产照明及普通动力负荷事故保安负荷在事故或紧急停机过程中仍必须保证供电的负荷负责机组开停的监控系统负荷thanks