水力发电原理之精讲(图文).

ChangelifewithheartWrittenBy：Date:Part1Part2Part3INDEX职位/姓名日期保存年限0,1,3,5,永久审核1//1,2,3,对外保密////////审批作成确认审核2批准Part4水力发电水力发电厂水轮机Part5水轮发电机电气运行知识电气科水工建筑物2Changelifewithheart水力发电1.水力发电简述2.水力发电的特点3.水力发电的分类4.水力发电的历史3Changelifewithheart水力发电简述前言我国水力资源丰富，居世界第一，最新查明理论蕴藏量6.94亿千瓦、技术可开发量5.42亿千瓦、经济可开发量4.02亿千瓦，按技术可开发量至今仅开发利用20%。截止2005年底，我国发电装机达到50841亿千瓦。其中，水电11652万千瓦，占22.9%。以技术可开发量5.42亿千瓦为基数，中国目前水电资源开发程度不足25%。与世界水电开发先进水平相比，存在着巨大的差距。加快水电资源开发，是提高中国水能资源利用效率的迫切需要，水电开发的前景是极其广阔的。Part1水力发电系统图4Changelifewithheart水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低为适合家庭用户、工厂用电设备的电压，并由配电线输送到各个工厂及家庭。Part1水力发电5Changelifewithheart•水电常识把天然水流蕴藏的力学能转换成电能的发电方式。是水能利用的主要形式。天然水流所蕴藏的力学能称为水力资源，是人类可以利用的重要能源之一。在自然状态下，河川水流的这种潜在能量以克服摩擦、冲刷河床、挟带泥沙等形式消耗掉。兴建水电站可利用这部分能量。•水电厂建设及发电过程水电站是将水能转换为电能的综合工程设施。一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。水库的高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。•水力发电设备水力发电主要是通过水头的冲力来带动转子的转动，再将机械能变为电能，因此水轮机是水力发电最重要的设备，在水工设计中占据很高的地位。•水电安全由于水力发电厂大多建设中主要的河流上，水电站的安全直接关系到电站下游人民的生命安全，不容忽视。水力发电厂安全性评价内容包括生产设备、劳动安全和作业环境、安全管理三大方面。Part1水力发电6Changelifewithheart•水力发电的特点水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。但为了有效利用天然水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引水管涵等。因此工程投资大、建设周期长。但水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。由于利用自然水流，受自然条件的影响较大。水力发电往往是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系。水力发电是再生能源，对环境冲击较小。除可提供廉价电力外，还有下列之优点:控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。美国田纳西河的综合发展计划，是首个大型的水利工程，带动整体的经济发展。Part1水力发电7Changelifewithheart•水力发电的分类按照水源的性质，可分为：常规水电站，即利用天然河流、湖泊等水源发电。抽水蓄能电站，利用电网负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的水抽到高处上存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水收集于下水库按水电站的开发水头手段，可分为：坝式水电站、引水式水电站和混合式按水电站利用水头的大小，可分为：高水头（70米以上）﹑中水头（15-70米）和低水头（低于15米）水电站。按水电站装机容量的大小，可分为：大型﹑中型和小型水电站。一般装机容量5000kW以下的为小水电站，5000至10万kW为中型水电站，10万kW或以上为大型水电站,或巨型水电站。Part1水力发电8Changelifewithheart•水力发电的历史1878年法国建成世界第一座水电站。美洲第一座水电站建于美国威斯康星州阿普尔顿的福克斯河上，由一台水车带动两台直流发电机组成,装机容量25kW,于1882年9月30日发电。欧洲第一座商业性水电站是意大利的特沃利水电站，于1885年建成.装机65W.世界上已建最大水电站为在巴西和巴拉圭两国界河巴拉那河上的伊泰普水电站，装机容量1260万kW.中国大陆第一座水电站为建于云南省螳螂川上的石龙坝水电站始建于1910年7月，1912年发电，当时装机480kW，以后又分期改建、扩建，最终达6000kW。Part1水力发电9Changelifewithheart水工建筑物1.水工建筑物的作用2.水工建筑物的分类3.水工建筑物的构成4.水工建筑物的特点10Changelifewithheart•水工建筑物的作用1.控制和调节水流，防治水害.2.开发利用水资源的建筑物。实现各项水利工程目标的重要组成部分。3.水工建筑物涉及许多学科领域，除基础学科外，还与水力学、水文学、工程力学、土力学、岩石力学、工程结构、工程地质、建筑材料以及水利勘测、水利规划、水利工程施工、水利管理等密切相关。它的设计和研究方法，主要有理论分析、试验研究、原型观测和工程类比等。Part2水工建筑物11Changelifewithheart•水工建筑物的分类水工建筑物可按使用期限和功能进行分类。按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，后者是指在施工期短时间内发挥作用的建筑物，如围堰、导流隧洞、导流明渠等。按功能可分为通用性水工建筑物和专门性水工建筑物两大类。Part2水工建筑物水工建筑物按其功能可分为：①通用性水工建筑物。主要有挡水建筑物，如各种坝、堤和海塘；泄水建筑物，如各种溢流坝、溢洪道、泄水隧洞、分洪闸；进水建筑物，也称取水建筑物，如进水闸、深式进水口、水泵站；输水建筑物，如引（供）水隧洞、渠道及输水管道；河道整治建筑物，如丁坝、顺坝、护岸、导流堤。②专门性水工建筑物。主要有水力发电专用建筑物，如前池、调压室、压力水管、水电站厂房；灌溉和供水专用建筑物，如节制闸、沉沙池、冲沙闸；港口专用建筑物，如防波堤、码头、船坞、船台；过坝专用建筑物及设施，如船闸、升船机、筏道及鱼道等。12Changelifewithheart•水工建筑物的构成及特点水工建筑物的主要特点是：①受自然条件制约多，地形、地质、水文、气象等对工程选址、建筑物选型、施工、枢纽布置和工程投资影响很大。②工作条件复杂，如挡水建筑物要承受相当大的水压力，由渗流产生的渗透压力对建筑物的强度和稳定不利；泄水建筑物泄水时，对河床和岸坡具有强烈的冲刷作用等。③施工难度大，在江河中兴建水利工程，需要妥善解决施工导流、截流和施工期度汛，此外，复杂地基的处理以及地下工程、水下工程等的施工技术都较复杂。④大型水利工程的挡水建筑物失事，将会给下游带来巨大损失和灾难。Part2水工建筑物13Changelifewithheart水工建筑物的构成通用性水工建筑物①挡水建筑物，如各种坝、水闸、堤和海塘；②泄水建筑物，如各种溢流坝、岸边溢洪道、泄水隧洞、分洪闸；③进水建筑物，也称取水建筑物，如进水闸、深式进水口、泵站；④输水建筑物，如引（供）水隧洞、渡槽、输水管道、渠道；⑤河道整治建筑物，如丁坝、顺坝、潜坝、护岸、导流堤。Part2水工建筑物14Changelifewithheart专门性水工建筑物主要有：①水电站建筑物，如前池、调压室、压力水管、水电站厂房；②渠系建筑物，如节制闸、分水闸、渡槽、沉沙池、冲沙闸；③港口水工建筑物，如防波堤、码头、船坞、船台和滑道；④过坝设施，如船闸、升船机、放木道、筏道及鱼道等。水工建筑物的构成有些水工建筑物的功能并非单一，难以严格区分其类型，如各种溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；闸门既能挡水和泄水，又是水力发电、灌溉、供水和航运等工程的重要组成部分。有时施工导流隧洞可以与泄水或引水隧洞等结合。Part2水工建筑物15Changelifewithheart•水工建筑物的历史水工建筑物历史悠久。早在公元前2900年，埃及就在尼罗河上建造了一座高15m、长240m的挡水坝。在中国，从春秋时期开始，就在黄河下游沿岸修建堤防，经历代整修加固，形成长约1500km的黄河大堤。公元前256～前251年兴建并延用至今的都江堰工程，利用鱼嘴分水，飞沙堰泄洪、排沙，宝瓶口引水，是引水灌溉工程的典范。从春秋时期开始兴建至公元1293年全线通航的京杭运河是世界上最长的运河.世界最高的拱坝是苏联的英古里坝,高度已达272m。最大坝高272m，水库总库容11亿m3，下游设有引水式电站，装机130万kW苏联的罗贡坝，高达335m，是20世纪80年代世界上最高的土石坝。中国在岩溶地区成功地建成了高165m的乌江渡拱形重力坝，灌浆帷幕深达260m。Part2水工建筑物16Changelifewithheart水轮机1.水轮机的作用2.水轮机的分类3.水轮机的构成及特点4.水轮机调速器系统5.油、水、气等辅助系统17Changelifewithheart水轮机的作用水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。Part3水轮机早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。作用示意图：三峡水电站水轮机部件18Changelifewithheart•水轮机的分类水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。冲击式示意图反击式示意图Part3水轮机19Changelifewithheart•冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。冲击式水轮机外形水轮机内部构造Part3水轮机20Changelifewithheart•反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。•在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；•在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；•在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；•在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。•轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。典型混流式机组几种转轮形式Part3水轮机21Changelifewithheart•各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固