小水电发电系统参数设置.docx

水利发电基本原理：水能水轮机机械能发电机电能小型水电站的基本结构：1、水工建筑物：壅水建筑物、引水建筑物、泄水建筑物、水电站厂房和尾水建筑物等。2、水力机械设备：水轮发电机组、调速器和油压装置、各种水泵、油泵、空气压缩机、起重设备、机械修理设备、通风采暖设备等。3、电工一次系统：变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器、消弧线圈等。4、电工二次系统：自动化元件、自动装置、断电器、仪表灯组成的检测、控制和保护系统。小水电的水力开发方式一般为：引水式。调节能力：无调节。类型有：天然瀑布型、急滩或天然跌水河段型、灌渠跌水型、河湾型、跨河或跨流域引水型、高山湖泊型，选择河湾型水电站。装机容量的选择：装机容量为水电站最大出力的极限值，我国以容量为0.5MW-25MW水电站划分为小型小水电、0.1MW-0.5MW为小小型小水电，0.1MW以下为微型小水电，故选取装机容量为1MW即1000kW（2x500kW）;由于小水电大都远离负荷中心且无调节水库或调节水库较小，故不考虑负荷备用容量和事故备用容量。为了利用丰水期的多余水量，增发季节性电能可多装一些容量，称为重复容量或季节容量，取200kW。故总容量1.2MW。设计保证率：以某个枯水日出力为标准，多年间有X%的时间的出力不小于它，称X%为其保证率，取设计保证率为80%。保证出力：按选出的丰水年、中水年、枯水年3个设计代表年的日平均流量绘制日平均流量历时（保证率）曲线。则不小于最小日平均流量的时间为3x365 =1095日，其频率为P=+1x100%≈100%；不小于最大日平均流量的时间为1日，其频率为P=11095+1x100%=0.091%，其余类推。从曲线上可查得要求保证率对应下的保证流量Q保，然后算出保证出力：N保=AQ保H，式中H为水头，A为系数，一般为7~8，取中间值7.5，由于是引水式水电站，可以认为水头保持不变，即H=10m，即N保=75Q保.多年平均发电量：水电站在不同年份内的发电量不一样，丰水年多，枯水年少，故水电站的发电量指标常用多年平均发电量来表示。装机容量的确定：由于无调节水电站（径流式电站）不能对径流进行任何调节，即不能担任调峰任务，因此电站的保证出力N保通常就是其为满足电力用户或电网最大负荷需要而设置的最大工作量，及N保=N工。水轮机的选择：1、类型：冲击型水轮机可选择双击式，反击型水轮机可选择卧式布置的混流式水轮机、轴流转桨式、惯流式,选择卧式布置的混流式水轮机。2、基本参数设定：(1)、工作水头：H=10m(2)、效率：η水=90%；（3）、流量：随季节变化，丰水期取Q=200m3/s，枯水期取Q=50m3/s，平水期取Q=100m3/s;（4）、输入功率：N入=g*H*Q（kW)，即N入=98QkW（5）、转速:与发电机的转速相同为300r/min；（6）、转轮直径：3m。3、结构：尾水管采用直锥形发电机的选择： 1、类型：凸极立式同步发电机2、基本参数：（1）额定容量：发电机的功率N发,应与水轮机的出力N水相适应,二者的关系:N发=N水η发η传（kW）式中,N发应选择的发电机功率,N水为水轮机的输出功率,η发为发电机效率,对于100kW~3200kW的发电机可采用0.9~0.93,取0.9;η传为传动效率,平皮带传动为0.9,三角皮带为0.95,直接传动为1.0，由于是采用水轮机直接传动，故取1.0。对小型发电机的容量按上式进行计算,都能满足要求。为了便于选择定型系列产品,计算出的发电机容量要取相近的标准值:5、12、18、26、40、55、75、100、125、160、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200(kW)。有以上数据有：N发=600x0.9x1.0kW=540kW，故取单机容量为500kW；（2）额定电压：现有的小型水轮发电机多为400V和6300V,500kW以下一般为400V,500kW以上一般为6300V。在选择发电机时,山区小型水电站由于受技术因素的影响,选择电压等级时尽可能选用400V,便于维修管理。（3）额定功率因数：不低于0.8（滞后），取最小值cosΦ=0.8（滞后）.（4）频率：与电网频率相同，我国规定为f=50Hz；（5）额定转速：与磁极对数相关，取磁极对数为p=10，则额定转速为n=60fp=300r/min；（6）飞逸转速：1.65-1.8倍额定转速，取中间值1.72倍额定转速。3、电磁参数：直轴瞬变电抗、直轴超瞬变电抗、短路比4、机械参数：转动惯量（飞轮力矩）：发电机转子与其惯性直径平方的乘积，即L=G D2表明电力系统出现大扰动时，水轮发电机组转子仍保持原来运动状态的能力；机械（惯性）时间常数：表示发电机在额定转矩作用下，把转子从静止状态加速到额定转速所需的时间，Tmec=27.4GDi2nN2104PN,式中，PN为额定功率，nN为额定转速，1、励磁方式：自励或他励，发电机的励磁电流是由励磁装置提供,,目前小型水轮发电机采用的大多为直流励磁、自动静止半导体励磁或硅整流励磁等。新设计的发电机有带直接交流励磁机的无刷励磁系统,以及可控直接励磁,可控分流双绕组电抗分流励磁系统等。由于自励方式没有励磁机，可以缩小机组尺寸，故选择自励方式。调速器的选择：水轮机和发电机已选定后,就可以正确地选择调速器,主要是根据水轮机的出力、最大水头、转轮直径及流量等来计算调速功A,计算公式为：反击式水轮机：A=(20~30)QHmaxD（kg·m）冲击式水轮机：A=Z（d+d3Hmax6000）（kg·m）式中：Q为水轮机流量（m3/s），Hmax为最大水头（m），D为反击式水轮机的转轮直径（m），Z位喷嘴数（个），d射流直径（cm）由于水轮机采用混流式水轮机为冲击式水轮机，取Z=4，d=10cm，H=10m，则A=4x（10x103x）=66.7kg·m变压器的选择：1、运行方式：升压变压器2、调压方式：无载调压3、线圈数量：双线圈4、相数：三相5、油浸式 1、线圈：单层或双层圆筒式线圈调速器选择1、水锤时间常数：在水轮发电机组额定水头条件下，水轮机导叶在一瞬间完全打开，引水管道内的流量由零逐渐增大到额定流量所需要的时间，假定Tw=1.5s2、