常規(guī)水電廠和抽水蓄能電廠運作原理及主要機電設備介紹

1、常規(guī)水電廠和抽水蓄能電廠運作原理及主要機電設備介紹2011.11培訓目標通過本門課程學習學員能初步認識： 常規(guī)水電廠運作原理及其主要機電設備 抽水蓄能電廠運作原理及其主要機電設備 認識到抽水蓄能電廠與常規(guī)水電廠運作的異同。常規(guī)水電廠運作原理及其主要機電設備常規(guī)水電廠運作原理及其主要機電設備常規(guī)電站原理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，其原料是水能，基本加工設備是水能發(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)過程的。常規(guī)水電廠機組運行工況一般為發(fā)電工況（G）和發(fā)電調(diào)相工

2、況（CG）。常規(guī)電站原理 電能產(chǎn)生路線圖：天然水流/水庫筑壩（隧洞、明渠引水）水輪機發(fā)電機升壓站（變壓器）電網(wǎng)變電 站（變壓器）用戶勢能勢能動能動能動能動能電能電能機械能機械能機械能機械能升壓升壓減少損耗減少損耗電能輸送電能輸送水水 能能電網(wǎng)電網(wǎng)發(fā)電機發(fā)電機主閥主閥河流：攔河筑壩、引水河流：攔河筑壩、引水潮汐：筑壩潮汐：筑壩快速閘門、蝶閥、球閥快速閘門、蝶閥、球閥水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苄D(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔芩腿胧袌鲭娔芩腿胧袌鏊啓C水輪機常規(guī)電站原理換個簡單的流程看常規(guī)電站原理 從以上流程，我們可以總結(jié)出來，水電站電能的產(chǎn)生是以一定的天然水資源為基礎，借

3、助水力設施及水輪發(fā)電機組實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，最后產(chǎn)生電能。 不管哪種形式的水輪發(fā)電機組，其能量轉(zhuǎn)換一般分為兩個過程：水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能；旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能。水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能水能的三種表現(xiàn)形式：水能的三種表現(xiàn)形式： 位能、動能、壓能位能、動能、壓能 水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能 當具有以上三種表現(xiàn)形式能量的水流流經(jīng)水輪機發(fā)電機時，其大部分能量通過沖擊轉(zhuǎn)輪帶動水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)動，進而轉(zhuǎn)化為水輪發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的機械能！旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為電能旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為電能l 水流驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)動，水輪機帶動同軸發(fā)電機轉(zhuǎn)動，由發(fā)電機將水輪機傳來的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能l 發(fā)電機工作的基本原理電磁感應u電磁感應因磁通量變化產(chǎn)生感應電

4、動勢的現(xiàn)象，閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動時，導體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應。閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中就會產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象叫電磁感應現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應電流。旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能常規(guī)電站主要機電設備簡介通過以上介紹，接下來我們簡單介紹常規(guī)電站主要機電設備及主要輔助設備。常規(guī)電站主要機電設備簡介閘門一、閘門常規(guī)電站主要機電設備簡介閘門 流道中水流的控制依賴閘門，根據(jù)閘門的工作方式，可以將其分為以下四種：1、工作閘門工作閘門 可以用于調(diào)節(jié)流量，可以動水操作。2、事故閘門事故閘門 防止事故擴大，動水關閉，靜水平壓開啟。3、檢修閘門檢修閘門 以

5、上兩種閘門檢修時的安全措施。4、 施工導流閘門施工導流閘門 施工時用常規(guī)電站主要機電設備簡介水輪機二、水輪機 將水能轉(zhuǎn)化為機械能的設備叫水輪機（水力原動機）。水將水能轉(zhuǎn)化為機械能的設備叫水輪機（水力原動機）。水輪機由引水部件、導水部件、工作部件、泄水部件組成。輪機由引水部件、導水部件、工作部件、泄水部件組成。常規(guī)電站主要機電設備簡介水輪機1、引水部件 組成：引水室（蝸殼）、座環(huán) 作用：以較少的水力損失把水流均勻的、對稱地引入導水部件，并在進入導葉前形成一定的環(huán)量。常規(guī)電站主要機電設備簡介水輪機2、導水部件組成：導葉及其操作機構、頂蓋、底環(huán)；作用：調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)輪的流量和形成轉(zhuǎn)輪所需的環(huán)量；常規(guī)電站

6、主要機電設備簡介水輪機3、工作部件：轉(zhuǎn)輪作用：直接將水流能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機械能常規(guī)電站主要機電設備簡介水輪機4、泄水部件組成：泄水錐、尾水管；作用：引導水流進入下游，尾水管同時在轉(zhuǎn)輪后形成真空，利用轉(zhuǎn)輪出口到下游之間的位能，恢復轉(zhuǎn)輪出口處的部分動能損失以提高效率。常規(guī)電站主要機電設備簡介水輪機l水輪機的其他部件如：主軸、主軸密封、檢修密封、水導軸承、固定部分等等在此不一一介紹。l總之，水輪機是水電廠實現(xiàn)水電轉(zhuǎn)化為機械能的重要設備。常規(guī)電站主要機電設備簡介發(fā)電機 發(fā)電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當?shù)膶Т藕蛯щ姴牧蠘嫵苫ハ噙M行電磁感應的磁

7、路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達到能量轉(zhuǎn)換的目的。 發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋機座及軸承等部件構成。常規(guī)電站主要機電設備簡介發(fā)電機1、定子 組成：電動機的靜止部分，一般由導磁的定子鐵心、導電的定子的繞組、具有冷卻介質(zhì)通道的機座結(jié)構組成； 作用:切割磁場，產(chǎn)生電流。常規(guī)電站主要機電設備簡介發(fā)電機2、轉(zhuǎn)子 組成：電機的轉(zhuǎn)動部分。主要由導電的轉(zhuǎn)子繞組、導磁的鐵心以及轉(zhuǎn)子軸伸、護環(huán)、中心環(huán)和風扇等組成；作用：構成磁場。常規(guī)電站主要機電設備簡介發(fā)電機3、端蓋機座及軸承等部件略l總之，發(fā)電機是實現(xiàn)水路發(fā)電機旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能的重要部件。常規(guī)電站主要機電設備簡介調(diào)速器調(diào)速器控制系統(tǒng)是水力發(fā)電廠的重要機電設備

8、，其主要作用是： 能自動調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速，使保持在額定轉(zhuǎn)速允許范圍偏差內(nèi)運轉(zhuǎn)，以滿足電網(wǎng)對頻率質(zhì)量的要求； 能使水輪發(fā)電機組自動或手動快速啟動，整步并網(wǎng)增減負荷，正常停機或緊急停機，直接關系到電能的質(zhì)量和電站的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。常規(guī)電站主要機電設備簡介調(diào)速器常規(guī)電站主要機電設備簡介調(diào)速器常規(guī)電站主要機電設備簡介進水主閥 主閥的作用安裝在水輪機進水口與壓力管道之間的閥門稱為主閥，其作用如下：（1）作為機組的后備保護。當機組甩負荷又遇調(diào)速器發(fā)生故障不能動作時，主閥可以在動水情況下關閉切斷水流，防止機組飛逸轉(zhuǎn)速時間超過允許值，避免事故的擴大。（2）對于較高水頭水電站，導葉漏水是不可避免的，

9、特別是經(jīng)過一段時間后，導葉間隙發(fā)生變化，使漏水量增加。導葉關閉時，一般的漏水量為最大流量的23，嚴重時可達5以上。主閥的水封要比導葉好得多，所以當機組較長時間停機時，應關閉主閥，以減少水量損失。常規(guī)電站主要機電設備簡介進水主閥 （3）裝有幾臺機組的電站，一般都由一根總引水管引水，同時供幾臺機組發(fā)電。每臺機組前都安裝一個主閥，這樣當某臺機組需檢修時，只需關閉該機組的主閥即可，而不影響其他機組的正常發(fā)電。（4）引水管很長的引水式電站，設置主閥后，當機組暫停運行時可只關閉主閥，而不必關上游的進水口閘門，使長的引水管道中處于充水等待工作狀態(tài)，待再次開機時，就節(jié)省了壓力管道充水的開機準備時間。常規(guī)電站主

10、要機電設備簡介進水主閥l 水電站常用的主閥有蝶閥和球閥。1、在水電站中，水頭不超過150 m的情況下蝶閥使用最廣泛； 2、球閥一般適用于150m以上的高水頭電站。常規(guī)電站主要輔助設備簡介油系統(tǒng) 1、潤滑油系統(tǒng)及其作用潤滑油系統(tǒng)及其作用 立軸式機組轉(zhuǎn)動部件的支撐需要推力軸承（還有軸向水推力）；為了限制大軸的徑向擺度，需要導軸承（機組結(jié)構簡圖）。軸承與大軸的摩擦 干摩擦與油膜摩擦；油膜建立的條件（楔形、相對運動、油的粘度）潤滑、散熱 壓力油及其作用 導葉，主閥的操作能源一般用高壓油，故電廠還設有壓油裝置。壓力的產(chǎn)生油泵；壓力的存儲高壓油罐；充氣的作用（油氣比1/2）液壓操作 絕緣油及其作用絕緣油及

11、其作用 斷路器、變壓器的滅弧、散熱、絕緣 N常規(guī)電站主要輔助設備簡介水系統(tǒng)1、技術供水系統(tǒng)及其作用 冷卻、潤滑、液壓操作。 軸承在運行中的發(fā)熱將使油劣化變質(zhì)故需要冷卻；發(fā)電機、變壓器在運行中有鐵損、銅損，溫度過高會使電機絕緣老化或失去作用，故需要冷卻；空壓機散熱等。 普通這些熱量由冷卻水帶走，所以要有水系統(tǒng)。它需要滿足水溫、水質(zhì)、水壓、水量的要求。技術供水的作用還有潤滑（橡膠軸承）、液壓操作（水界牌的球閥）2、供水系統(tǒng)包括消防水供水（主變、發(fā)電機、油室消防）、生活供水；3、排水系統(tǒng)包括滲漏排水檢修排水。常規(guī)電站主要輔助設備簡介氣系統(tǒng)1、低壓氣系統(tǒng)、低壓氣系統(tǒng) ： 停機制動（電氣制動）用壓縮空氣

12、；調(diào)相壓水、圍帶密封、防凍吹冰、清潔吹掃、操作滅弧、風動工具。 過長時間停機后的頂轉(zhuǎn)子2、高壓氣系統(tǒng)、高壓氣系統(tǒng) ： 補氣、降壓使用。抽水蓄能電廠抽水蓄能電廠運作原理及其主要機電設備抽水蓄能電廠抽水蓄能電廠運作原理及其主要機電設備抽水蓄能電廠運行原理 抽水蓄能電廠是水電廠的一種類型，它主要由上水庫、引水系統(tǒng)、廠房和下水庫組成。在水電廠的上游建有蓄水庫，下游也建有蓄水庫，在電力系統(tǒng)高峰負荷時期，利用上庫的水通過引水系統(tǒng)閘門、管道和調(diào)壓井等設施，將上庫水的位能轉(zhuǎn)變成動能推動水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動與水輪機同軸的發(fā)電機發(fā)電（稱為發(fā)電工況）；在低谷負荷時期，將下庫的水再通過引水系統(tǒng)閘門、管道和調(diào)壓井等設施抽回

13、上庫蓄積起來（簡稱水泵工況），此時發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C，水輪機轉(zhuǎn)變成水泵。抽水蓄能機組已成為電力系統(tǒng)調(diào)峰的重要手段之一。抽水蓄能電廠運行原理 抽水蓄能電廠機組運行工況有發(fā)電（G）、抽水（P）、發(fā)電調(diào)相（CG）、抽水調(diào)相（CP）等工況； 就發(fā)電方向而言，其運行原理與常規(guī)水電廠運行原理一致。 抽水方向可以理解為發(fā)電方向的逆向過程。抽水蓄能電廠運行原理天然水流/水庫筑壩（隧洞、明渠引水）水輪機發(fā)電機升壓站（變壓器）電網(wǎng)變電 站（變壓器）用戶水能水能動能動能電能電能機械能機械能機械能機械能升壓升壓減少損耗減少損耗電能輸送電能輸送電能產(chǎn)生路線圖:同樣也適用于抽水蓄能電廠，但僅限發(fā)電工況抽水蓄能電廠運行原理

14、 電能轉(zhuǎn)換為水能路線圖：電網(wǎng)升壓站/變壓器發(fā)電機水輪機啟動時SFC/拖動機水力設施上庫抽水蓄能電廠運行原理 由此可見發(fā)電時與常規(guī)機組一樣，抽水蓄能機組其能量轉(zhuǎn)換同樣為兩個過程：水能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能；旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能。 抽水時，抽水蓄能機組能量轉(zhuǎn)換為：電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能；旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為水能。抽水蓄能電廠運行原理 抽水時，電能通過靜止變頻啟動器（SFC）電氣傳動，或另一臺機組作為拖動機啟動機組至同步并網(wǎng)，此時機組具備轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機械能； 并網(wǎng)后，機組作為電動機吸收電網(wǎng)電能把下庫水抽至上庫，使得原下庫的水抽到上庫后具備勢能并作為另一種能量形式儲存起來。抽水蓄能電廠主要機電設備簡介閘門 閘門由于抽水蓄

15、能電站上下水庫水位差都較大（一般在500M左右），設備性能要求高，這樣決定了許多機電設備的單一性。抽水蓄能電站閘門多采用：1、事故閘門事故閘門 防止事故擴大，靜水關閉，靜水平壓開啟，多應用于尾水管處。2、檢修閘門檢修閘門 引水隧道檢修時的安全措施，多用于上下水庫進出水口。抽水蓄能電廠主要機電設備簡介水輪機 水輪機 其組成和作用與常規(guī)水電站一致，但考慮到抽水蓄能機組特殊性，為滿足水泵和水輪機兩種運行工況的要求，水泵水輪機比相同水頭和容量的水輪機尺寸大。抽水蓄能電廠主要機電設備簡介發(fā)電機 發(fā)電機 抽水蓄能電廠發(fā)電機與常規(guī)水電廠發(fā)電機組成和作用基本一致。 但以下關鍵技術必須得到合理解決： 通風冷卻通風冷卻 推力抽承推力抽承 定子線圈和鐵心定子線圈和鐵心 主軸系穩(wěn)定和高強度轉(zhuǎn)子主軸系穩(wěn)定和高強度轉(zhuǎn)子 提高發(fā)電電動機效率提高發(fā)電電動機效率 制動技術制動技術抽水蓄能電廠主要機電設備簡介發(fā)電機抽水蓄能電廠主要機電設備簡介發(fā)電機抽水蓄能電廠主要機電設備簡介發(fā)電機抽水蓄能電廠主要機