水電站水能開發(fā)

水力發(fā)電工程第一節(jié) 水能的利用和計算水力發(fā)電工程：利用水來發(fā)電的工程水能的大小取決于水流的流量Q及其落差H。在工程上并不直接使用這個單位，通常用“千瓦(kW)”做為功率的單位，它們之間的關(guān)系為因此，除去發(fā)電機一定的能量損失后，水電站實際發(fā)出的功率為水頭損失與引水建筑物的條件、形狀，水流流速及引水路徑長度等因素有關(guān)，可由水力學公式計算出來在水電工程中，水電站實際發(fā)出的功率叫做水電站的出力．如果把用A表示，則水電站出力為通常電能用度來表示,一度等于1KW.H第二節(jié)水能的開發(fā)方式

和水電站的主要類型水能的開發(fā)方式蓄水式徑流式普通式(天然河道筑壩)抽水蓄水式日調(diào)節(jié)月調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)一、壩式水電站二、河床式水電站三、引水式水電站水電站的三種基本類型一、壩式水電站水頭是由壩所形成，即在河道上修筑壩，甩以抬高水位，形成落差當廠房緊靠著壩體布置在壩體的下游時，稱壩后式水電站，如圖5-2及圖5-3所示如河谷狹狹窄而水水電站的的機組較較多，泄泄洪建筑筑物與電電站廠房房的布置置有矛盾盾時，可可把廠房房置于泄泄洪建筑筑物之下下而構(gòu)成成廠房頂頂溢流式式水電站站當壩址河河谷狹窄窄且泄洪洪量大時時，為了了解決樞樞紐布置置的困難難，擋水水建筑物物可采用用空腹混混凝土壩壩的型式式；將廠廠房布置置在壩體體的空腹腹內(nèi)，構(gòu)構(gòu)成壩內(nèi)內(nèi)式水電電站二、河床床式水電電站河床式水水電站的的特點是是水電站站水頭較較低，廠廠房本身身也起擋擋水的作作用，是是擋水建建筑物的的一部分分，壩軸軸線與廠廠房并列列。三、引水水式水電電站引水式水水電站的的特點是是引水道道較長，，水電站站的水頭頭全部或或相當大大的一部部分由引引水道所所集中按照引水水道的型型式可將將引水式水水電站分分為有壓壓引水式式和無壓壓引水式式兩種引水式水水電站的的建筑物物可分為為三部分分：(1)首部樞紐紐(2)引水建筑筑物(3)廠房樞紐紐特點：無無壓引水水道引水水壩式、河河床式及及引水式式水電站站雖各有有其特點點，但有有時它們們之間卻卻難以明明確劃分分在實際工工程中，，常將具具有一定定長度的的引水建建筑物的的水電站站統(tǒng)稱為為引水式式水電站站第三節(jié)水水電電站建筑筑物水電站組成部份作用擋水建筑物截斷河流集中落差，形成水庫泄水建筑物下泄多余的水量或放水以降低水庫水位水電站進水建筑物將水電站所需流量引進引水道水電站引水建筑物將發(fā)電用水由水庫輸送給水輪機水電站平水建筑物平穩(wěn)引水建筑物中流量及壓力的變化發(fā)電、變電和配電建筑物發(fā)電變電及配電其它建筑物（如過壩建筑物、取水防沙建筑物等）一、水電電站進水水建筑物物二、水電電站引水水建筑物物三、水電電站平水水建筑物物一、水電電站進水水建筑物物進水建筑筑物的功功用和基基本要求求如下(1)要有足夠夠的進水水能力(2)水質(zhì)要符符合要求求(3)水頭損失失要小(4)可控制引引水流量量(5)經(jīng)濟合理理，技術(shù)術(shù)可行，，施工方方便，維維修運行行管理方方便（一）有有壓進水水口有壓進水水口的主主要特征征是進水水口后接接有壓隧隧洞或有有壓管道道有壓進水口的的主要類型有有洞式進水口口、塔式進水水口、墻式進進水口及壩式式進水口等有壓進水口在在樞紐中的位位置，應(yīng)盡量量使進入進水水口的水流平平順、對稱，，不發(fā)生回流流和漩渦，不不出現(xiàn)淤積，，不聚集污物物，泄洪時仍仍能正常進水水有壓進水口應(yīng)應(yīng)低于運行中中可能出現(xiàn)的的最低水庫水水位，并有一一定的淹沒深深度（二）無壓進進水口及沉沙沙池無壓引水的電電站中采用無無壓進水口，，其特征是水水流在取水口口及引水道中中均有自由水水面進水口后一般般接無壓引水水建筑物進水口宜設(shè)在在河流凹岸，，以防回流造造成漂浮物堆堆積，且河流流中上層清水水在彎道環(huán)流流的作用下流流向凹岸，進進水口前不易易淤積，以便便引進上層清清水進水口前一般般均設(shè)攔污柵柵或浮排，以以便攔截漂浮浮物建造攔河閘，，壩時，要充充分考慮泥沙沙的影響，原原則上是要盡盡量維持河流流原有的形態(tài)態(tài)，洪水期要要使上游沖下下來的泥沙(特別是推移質(zhì)質(zhì))基本上全部經(jīng)經(jīng)泄水道下泄泄，不使其堆堆積起來要盡可能防止止有害泥沙（（粒徑大于0.25mm的泥沙）進入入引水道通常的做法是是防止推移質(zhì)質(zhì)泥沙進入進進水口，懸移移質(zhì)泥沙可以以進入，但要要設(shè)沉沙池將將有害泥沙清清除對于推移質(zhì)泥泥沙，在進水水口前設(shè)攔沙沙坎被攔截住的推推移質(zhì)泥沙要要及時清除，，否則堆積過過多會使攔沙沙坎失效典型山區(qū)多泥泥沙河流上引引水式水電站站的首部樞紐紐圖沉沙池是一個個靜水池，它它的基本原理理是因它的斷斷面遠大于引引水渠道的斷斷面原理:減小流速降降低水流的挾挾沙能力沉沙池的長度度和寬度都要要適宜:沉沙池長度若若不足，則有有害泥沙尚未未沉到池底即即已流出沉沙沙池，達不到到沉沙的效果果；沉沙池過過長則造成浪浪費調(diào)節(jié)寬度使流流速為0.25～0.70m／s沉沙池內(nèi)沉積積的泥沙的排排除方式有連連續(xù)沖沙，定定期沖沙及機機械排沙三種種二、水電站引引水建筑物用于發(fā)電引水水的渠道稱為為動力渠道動力渠道必須須滿足以下基基本要求：足夠的輸水能能力水頭損失要小小水質(zhì)符合要求求運行安全可靠靠(一)動力渠道(二)引水隧洞優(yōu)點可以采用較短的路線，避開沿線地表不利的地形及地質(zhì)條件有壓隧洞能適應(yīng)水庫水位的大幅度變化，也能適應(yīng)水電站引用流量的迅速變化不受地表氣候的影響，可以避免沿途對水質(zhì)的污染缺點對地質(zhì)條件、施工技術(shù)及機械化的要求較高，單價較貴，工期較長(三)壓力水管壓力水管是指指從水庫、壓壓力前池或調(diào)調(diào)壓室將水流流直接引入水水輪機的水管管,又稱高壓水管管1.分類壓力水管露天式壩內(nèi)式隧洞式按布置方式分分壓力水管鋼管鋼筋混凝土管木管現(xiàn)場澆筑分段預(yù)制按管身材料分分能承受很大的的內(nèi)水壓力，，主要用于中中、高水頭電電站低水頭電站常常采用的壓力力水管木管僅用于盛盛產(chǎn)木材地區(qū)區(qū)的中小型水水電站，其優(yōu)優(yōu)點是就地取取材，缺點是是壽命不長，，維修費用較較高2.線路選擇選擇線路時主主要考慮以下下因素：盡量選擇最短短最直的線路路選擇良好的地地質(zhì)條件盡量減少水管管的轉(zhuǎn)折起伏伏3.壓力水管的供供水方式(1)單元供水優(yōu)點：構(gòu)造簡單，運運行方便可靠靠，當一根水水管發(fā)生故障障或檢修時不不影響其它機機組運行缺點：水管所費材料料較多，土建建工程量大，，造價較昂貴貴。一般在水水管不長、造造價不太高時時采用（2）聯(lián)合供水優(yōu)點：當機組多時時水管數(shù)目較較少，管理方方便，也較經(jīng)經(jīng)濟缺點：當總水管發(fā)生生故障或檢修修時，由它供供水的機組都都要停止運行行；每臺機組組前面都要裝裝閥門，以便便檢修某臺機機組時不影響響其它機組運運行（3）分組供水此此種供水方式式的特點介于于單元供水和和聯(lián)合供水之之間正面進水適用用于水頭不高高、水管不長長的情況下。。對于露天式式壓力水管，，從側(cè)面進水水的目的是使使水管失事爆爆裂后的高速速水流易于排排走，以免沖沖毀廠房。這這種進水方式式適用于水頭頭較高的情況況下。其缺點點是水管進入入廠房前要轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎，增加水水頭損失，且且使管道結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜。4.壓力水管的斷斷面尺寸壓力水管的經(jīng)經(jīng)濟直徑應(yīng)根根據(jù)動能經(jīng)濟濟計算來確定定，它與管內(nèi)內(nèi)流速、水頭頭損失、造價價、運行、施施工和維修等等因素有關(guān)當壓力水管單單元供水時當壓力水管分分組或聯(lián)合供供水時露天鋼管的內(nèi)內(nèi)水壓力是管管壁應(yīng)力計算算時的主要控控制因素管壁的必要厚厚度可由下式式初估另外還應(yīng)加上上1~2mm的銹蝕及磨損損安全量最后采用的管管壁厚度還應(yīng)應(yīng)符合鋼板的的規(guī)格鋼管是一種薄薄壁結(jié)構(gòu)，在在外力作用下下，可能喪失失穩(wěn)定而毀壞壞。露天鋼管管在承受最大大外壓力為一一個大氣壓時時，最小必需需厚度約為如按強度計算算出的厚度小小于按上式得得出的數(shù)字，，若出入不大大，可采用上上式計算結(jié)果果；若相差較較大，則可沿沿管壁每隔一一定距離加設(shè)設(shè)一個剛性環(huán)環(huán)，以增加管管壁剛度壓力水管必須須用鎮(zhèn)墩和支支墩來固定和和支承，以保保持水管的穩(wěn)穩(wěn)定鎮(zhèn)墩多用漿砌石或或混凝土澆筑筑而成。當水水管管線為直直線時，一般般在坡頂與坡坡腳各設(shè)一鎮(zhèn)鎮(zhèn)墩。如水管管管線為折線線時則在轉(zhuǎn)彎彎處加設(shè)鎮(zhèn)墩墩。有時當管管道過長，為為了減小溫度度變化所產(chǎn)生生的軸向力，，一般每隔80～120m設(shè)一鎮(zhèn)墩支墩布置在鎮(zhèn)墩之之間的管線上上，間隔一般般為6～10m在壓力水管的的進口或末端端有時要設(shè)置置閘門或閥門門三、水電站平平水建筑物壓力前池是引引水渠道和壓壓力水管之間間的連接建筑筑物壓力前池的三三個作用：將引水道引來來的流量均勻勻地分配給各各壓力水管，，并加以必要要的控制再次清除水中中的污物、泥泥沙、浮冰等等，宣泄多余余的水量當水輪機引用用流量迅速改改變時，壓力力前池的容積積可以起一定定的調(diào)節(jié)作用用（一）壓力前前池壓力前池由下下列四種主要要建筑物所組組成：池身及漸變段段壓力水管的進進水口泄水建筑物排污、排沙、、排冰建筑物物(二)調(diào)壓室水電站在運行行中丟棄負荷荷時，如果突然關(guān)關(guān)閉水輪機的的導葉或閥門門時，由于水水流的慣性，，將產(chǎn)生瞬時時的壓力升高高。在發(fā)生這這種現(xiàn)象時并并伴有錘擊般的聲音音，因此被稱稱之為水錘現(xiàn)象，其壓力變化化值稱為水錘錘壓力為了使水錘壓壓力不致影響響引水道，故故常在較長的的引水道末端端修建調(diào)壓室室調(diào)壓室的一部部分或全部設(shè)設(shè)置在地面以以上的稱為調(diào)調(diào)壓塔；調(diào)壓壓室大部分埋埋設(shè)在地面之之下，則稱調(diào)調(diào)壓井調(diào)壓室在引水水系統(tǒng)中的布布置有四種基基本型式：上游調(diào)壓室(引水調(diào)壓室)下游調(diào)壓室(尾水調(diào)壓室)上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)統(tǒng)上游雙調(diào)壓室室系統(tǒng)第四節(jié)水電電站的主要設(shè)設(shè)備一、水輪機水輪機是將水水能轉(zhuǎn)換為機機械能的一種種動力機械，，它帶動發(fā)電電機再將機械械能轉(zhuǎn)換為電電能水輪機機的主主要部部件是是轉(zhuǎn)輪水輪機機的類類型1.反擊式式水輪輪機其轉(zhuǎn)輪輪全部部浸泡泡在有有壓的的水流流中水流連連續(xù)通通過水水輪機機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，，水流流對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪發(fā)發(fā)生反反擊作作用力力，形形成旋旋轉(zhuǎn)力力矩，，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動水輪機機按水水流對對轉(zhuǎn)輪輪的作作用分分為反反擊式式和沖沖擊式式混流式式水輪輪機中中的水水流流流經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪是是輻向向流進進而軸軸向流流出，，然后后經(jīng)尾尾水管管排人人下游游河道道（1）混流流式水水輪機機軸流式式水輪輪機中中的水水流流流經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪是是軸向向流入入而又又軸向向流出出，然然后經(jīng)經(jīng)尾水水管排排向下下游河河道（2）軸流流式水水輪機機（3）斜流流式水水輪機機轉(zhuǎn)輪的的輪葉葉軸線線與機機組主主軸成成一角角度(45度～60度)布置可以適適應(yīng)較較大的的負荷荷變化化，性性能穩(wěn)穩(wěn)定，，高效效率范范圍寬寬，且且抗氣氣蝕性性能好好（4）貫流流式水水輪機機貫流式式水輪輪機是是橫向向軸流流式水水輪機機水流從從人口口到出出口是是直線線流動動，故故效率率較高高2.沖擊式式水輪輪機工作原原理：：利用用噴嘴嘴將高高壓水水流噴噴射在在水輪輪機的的工作作輪上上，驅(qū)驅(qū)使工工作輪輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，從從而將將水流流的動動能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為為機械械能二、水水輪發(fā)發(fā)電機機（一））水輪輪發(fā)電電機的的類型型水輪發(fā)發(fā)電機機按軸軸的裝裝置方方式可可分為為臥式式和立立式兩兩種立式水水輪發(fā)發(fā)電機機一般般由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子、、定子子、軸軸承、、機架架、勵勵磁機機、永永磁發(fā)發(fā)電機機、制制動閘閘、空空氣冷冷卻器器等部部件組組成立式水水輪發(fā)發(fā)電機機按推推力軸軸承的的位置置不同同又可可分為為懸吊吊型和和傘型型兩種種三、主主要電電氣設(shè)設(shè)備長距離離相同同電阻阻情況況下，，高壓壓輸送送電能能損失失比低低壓小小得多多（一））電力力變壓壓器開關(guān)設(shè)設(shè)備主主要包包括：：斷路路器、、隔離離開關(guān)關(guān)、自自動空空氣開開關(guān)、、磁力力起動動器、、接觸觸器等等（二））開關(guān)關(guān)設(shè)備備和熔熔斷器器開關(guān)設(shè)備種類性質(zhì)作用或原理斷路器高壓開關(guān)切斷電流及電弧隔離開關(guān)隔離電壓閘刀開關(guān)低壓開關(guān)隔離帶電部分的電壓接觸器隔離，熄滅電弧磁力起動器自動空氣開關(guān)熔斷器器：超荷自自動熔熔斷通過熔熔件的的電流流越大大，則則熔件件熔斷斷也越越快，，電路路斷開開的時時間就就越短短（三））電壓壓互感感器和和電流流互感感器電壓互互感器器和電電流互互感器器也是是一種種變壓壓器，，將高高壓或或大電電流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為低低壓或或小電電流，，以供供測量量儀表表和保保護線線路應(yīng)應(yīng)用（四））一次次回路路和二二次回回路將水電電站的的主要要機電電設(shè)備備，發(fā)發(fā)電機機，變變壓器器和開開關(guān)設(shè)設(shè)備等等，按按一定定順序序聯(lián)結(jié)結(jié)成的的線路路，稱稱為一一次回回路，，也稱稱主結(jié)結(jié)線電站中中用于于測量量、監(jiān)監(jiān)視、、控制制、信信號、、操作作、保保護和和自動動裝置置等的的低壓壓電路路，稱稱為二二次回回路，，也稱稱二次次結(jié)線線（五））防雷雷保護護與接接地裝裝置架空輸輸電線線路常常采用用避雷雷線保保護；；水電電站和和變電電所常常采用用避雷雷針、、閥型型避雷雷器保保護電力系系統(tǒng)中中的接接地可可分為為保護護接地地和工工作接接地兩兩種第五節(jié)節(jié)電電力力系統(tǒng)統(tǒng)中的的水電電站電站生生產(chǎn)的的電能能是很很難貯貯存的的，在在確定定水電電站的的裝機機容量量時，，既要要合理理利用用河流流的水水能，，還要要分析析用戶戶對電電力的的需要要反映負負荷隨隨時間間變化化的曲曲線稱稱為負負荷圖圖日負荷荷圖年負荷荷圖日負荷荷圖可