水电厂生产过程ppt课件.ppt

水电厂生产流程 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，其原料是水能，基本加工设备是水能发电机组，输出产品是电能，实现由水变电这一生产过程。天然水流－筑坝（隧洞、明渠引水）集中水头－水轮机－发电机－升压站－电网－降压站－用户水电厂生产流程 电力工业生产的特点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。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。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。 电力工业生产的特点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。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。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。 水电厂在水力发电的过程中，为了实现电能的连续产生需要修建一系列水工建筑物，如进水、引水、厂房、排水等，安装水轮发电机组及其附属设备和变电站的总体称为水电站(水、机、电的综合体)。水力发电特点不耗燃料，成本低廉水火互济，调峰灵活综合利用，多方得益水能资源是随水循环(降水——径流——蒸发——降水)周而复始地不断再生的能源，取之不尽，用之不竭。一次性投资大，事故严重。 生产原料——水能水能的基本要素是流量、水头。当水流具有一定的流量、水头以后，我们说水流具有了一定的能量。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。 水电厂类型-坝式水电厂就是拦河筑坝集中水头，坝址处形成集中落差，厂房位于拦河坝的下游，紧接坝后，在结构上与大坝用永久缝分开，发电用水由坝内高压管道引入厂房。又可以分为河床式和坝后式。优点：坝后式水电站一般修建在河流的中上游，库容较大，有调节能力和可以综合利用。缺点：水淹面积大；泥沙淤积。 水电厂类型-引水式水电厂发电用水来自较长的引水道，厂房远离挡水建筑物，一般位于河岸。在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电。用引水道集中水头的电站称为引水式水电站。缺点：电站库容很小无调节能力，属径流式；引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。分有压引水式电站和无压引水式电站。 水电厂类型-混合式水电厂在一个河段上，同时采用高坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一部分落差，形成了电站的总水头。这种开发方式的水电站称为混合式水电站。同时兼有坝式和引水式水电站的优点。 水电站枢纽工程挡水建筑物（坝）。泄洪建筑物（溢洪道或闸）。引水建筑物（引水渠或隧洞，包括调压井）。电站厂房（包括尾水渠、升压站）。航运、过木/过鱼 水电厂进水口进水口的功用进水口是水电站水流的进口，是按照发电要求将水引入水电厂的引水道。进水口须设置闸门，以便在事故时紧急关闭，截断水流，避免事故扩大，也为引水系统的检修创造条件。对于无压引水式电站，引用流量的大小也由进口闸门控制。按水流条件分，水电站进水口分为有压进水口和无压进水口两大类。 有压进水口有压进水口在最低水位以下，水流为有压流，以引深层水为主。适用于坝式、有压引水式、混合式水电站。有压进水口主要设置拦污设备、闸门及其启闭设备、通气孔及充水阀等。拦污设备是防止有害污物进入进水口，防止漂浮物进入进水口，影响过水能力。为了控制水流，进水口必须设置闸门。闸门可分为事故闸门和检修闸门。工作闸门(事故闸门)紧急情况下切断水流，以防事故扩大。动水中快速(1~2min)关闭，静水中开启。检修闸门设在工作闸门上游侧，检修事故闸门和及其门槽时用以堵水。静水中启闭。充水阀开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便在静水中开启闸门，从而减小闸门起门力。 水电厂引水部分引水道集中落差，形成水头，输送水流进入机组、排走发电用水(尾水渠)。无压引水道：渠道、无压隧洞。具有自由水面。压力前池设置在引水渠道或无压隧洞的末端，是水电站无压引水建筑物与压力管道的连接建筑物。平稳水压、平衡水量，均匀分配流量，渲泄多余水量拦阻污物和泥沙。有压引水道：有压隧洞。洞中水流为压力流，隧洞承受内水压力很大。适用有压引水电站。 水电厂压力钢管压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管。特点坡度陡、内水压力大，且承受动水压力的冲击(水击压力)、靠近厂房，严重威胁厂房的安全。分类：按布置分明管：暴露在空气中(无压引水式电站)；地下埋管（隧洞埋管)：埋入岩体。(有压引水电站)；混凝土坝身埋管：依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝)，包括：坝内管道、坝上游面管、坝下游面管。按材料分钢管、钢筋混凝土管等 水库调节日调节：是指一昼夜内进行的径流重新分配，即调节周期为24小时。周调节：调节周期为一周（7天）的。年调节：对径流在一年内重新分配，当汛期洪水到来发生弃水，仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节，称不完全年调节（或季调节）；能将年内来水完全按用水要求重新分配，又不需要弃水的径流调节称完全年调节。多年调节：当水库容积足够大的可把多年期间的多余水量存在水库中，然后以丰补欠，分配在若干枯水年才用的年调节，称多年调节。 水流的控制流道中水流的控制依赖闸门，根据闸门的工作方式，可以将其分为以下四种：1、工作闸门可以用于调节流量，可以动水操作。2、事故闸门防止事故扩大，动水关闭，静水平压开启。3、检修闸门以上两种闸门检修时的安全措施。4、施工导流闸门施工时用水击：连续水流在突然通（断）时产生水击（惯性）水流漂浮物用拦污栅拦截，压差大需加以限制 水能转化为机械能水能的三种表现形式：位能、动能、压能将水能转化为机械能的设备叫水轮机，水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电厂主设备之一。根据水流对水轮的水力作用方式可以将水轮机分为：冲击式水轮机（利用水流的动能来做功）反击式水轮机（利用水流的压能和部分动能来做功） 机械能转变为电能水流驱动水轮机转动，水轮机带动同轴发电机转动，由发电机将水轮机传来的旋转机械能转化为电能。发电机是水电厂主设备之一。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，闭合导线将感生电流）。电枢（定子）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（定子）绕组。磁力线由转子绕组通入直流电流产生。 水力发电的基本原理水力发电就是利用水力（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势能变成机械能，又变成电能的转 换过程。水电厂的出力在水电厂中，水轮发电机组发出的电力功率称为出力，所谓水流的出力就是单位时间内的水能。水能N=9.81QHη：Q为流量（m3/S）；H为水头（m）；N为水电站出力（W）； η为水轮发电机组的效率。 水电厂水能控制进入水轮机的水能的控制根据能量守恒，要调节机组的负荷，必须调整进入水轮机的水能。水头调节范围小，一般通过调节进水量来调节水能。通过改变搭接在水轮机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。导叶的操作力来自液压接力器。液压接力器的动作由调速器来控制。 流量的调节过程流量的调节过程：调节命令―调速器（自身可以产生调节信号以保证F一定）―液压接力器―导叶传动机构――导叶开度改变―进水量改变（这是水电厂生产非常重要的一个调节过程）当上述过程发生故障时，由安装在水轮机进水端的主阀来切断水流，主阀只有全开、全关两种工作状态，不能用于流量调节。主阀作用：岔管引水一机检修其他机可以运行；缩短开机时间；作为水机的保护装置；减少漏水。主阀形式：蝶阀；球阀；桶阀。 水轮机转轮冲击式水轮机反击式水轮机 机械能转变为电能水流驱动水轮机转动，水轮机带动同轴发电机转动，由发电机将水轮机传来的旋转机械能转化为电能。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，闭合导线将感生电流）。电枢（定子）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（定子）绕组。磁力线由转子绕组通入直流电流产生。 机械能转化为电能的物理过程转子绕组通过直流电流后产生方向不变的磁场，在水轮机的带动下旋转切割定子绕组，在发电机出口开关合上后，送出电能。当定子绕组流过三相交流电以后产生一个旋转磁极，该磁极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） 同步电机结构模型 必需的辅助设备－水系统技术供水系统及其作用：冷却、润滑、液压操作轴承在运行中的发热将使油劣化变质故需要冷却；发电机、变压器在运行中有铁损、铜损，温度过高会使电机绝缘老化或失去作用，故需要冷却；空压机需要散热等，这些热量由冷却水带走，所以要有水系统。它需要满足水温、水质、水压、水量的要求技术供水的作用还有润滑（橡胶轴承）、液压操作电厂的水源（上游、下游、支流）；供水方式（自流、水泵、混合）供水系统包括消防水供水（主变、发电机）、生活供水排水系统包括渗漏排水检修排水 必需的辅助设备－油系统润滑油系统及其作用：立轴式机组转动部件的支撑需要推力轴承（还有轴向水推力）；为了限制大轴的径向摆度，需要导轴承（机组结构简图）。轴承与大轴的摩擦需要油的润滑和散热压力油及其作用：导叶、主阀的操作能源一般用高压油，故电厂还设有压油装置。绝缘油及其作用：变压器散热、绝缘；油断路器的灭弧、绝缘 必需的辅助设备－气系统低压气系统：停机制动用压缩空气；调相压水、围带密封、防冻吹冰、清洁吹扫、风动工具等。压缩空气的生产：空气压缩机；空气的净化－油水分离器；空气的存储：储气罐（减小压力波动，析出水分）要求：压力适合、气量足够、清洁干燥高压气系统：补气、降压使用 设备组成的系统划分(一）水流系统:水轮机及其进出水设备，包括压力管道、水轮机前的进水阀、蜗壳、水轮机、尾水管及尾水闸门等。电流系统：即电气一次回路系统，包括发电机及其引出线、母线、发电机电压配电设备、主变压器和高压开关站等电气控制设备系统：即电气二次回路系统，包括机旁盘、励磁设备系统、中央控制室、各种控制及操作设备如各种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通迅及调度设备等系统。 设备组成的系统划分(二）机械控制设备系统:包括水轮机的调速设备，如接力器及操作柜，事故阀门的控制设备，其它各种闸门、减压阀、拦污栅等操作控制设备辅助设备系统:包括为了安装、检修、维护、运行所必须的各种电气及机械辅助设备，如厂用电系统(厂用变压器、厂用配电装置、直流电系统)，油系统、气系统、水系统，起重设备，各种电气和机械修理室、试验室、工具间、通风采暖设备等 电能的输送为了远距离输送电能，减少电能损耗，必须提高电压。电力变压器为改变电压的主要设备，是水电厂的主设备之一。电厂：升高电压，用于远距离输电用户：降低电压使用 陈村大坝陈村大坝于1958年7月开始准备工作和导流工程，1962年初步完成一期断面后停工缓建，1970年7月1日大坝开始蓄水，1970年10月1日第一台机组发电，1971年10月1日第二台机组发电，1972年拦河大坝和主体工程基本完成。第三台机组于1975年7月1日投产发电。将整个泄，引水建筑物都布置在河床中，共计有坝后厂房的引水管三道，坝体两边开敞式溢洪各一座，坝体内泄洪中孔一个及泄水底孔一个。1、2号钢管的进水口高程为92.0M，3号钢管的进水口高程为85.0M。溢洪道位于厂房两侧，每侧各两孔，每孔净宽12M，总宽48M，中孔位于厂房右侧，进口底高程82.5M，孔经φ7.0M。底孔位于厂房左侧，进水口底高程56.05M，孔经φ3.5M。 陈村引水建筑、钢管陈村水电站引水建筑物布置在重力拱坝内，压力钢管为坝内埋管，发电厂房为坝后式厂房，装有3台50MW机组、1台30MW的机组。三条引水钢管的大部分都埋藏在坝体内，出下游坝面后，只在厂坝之间各有一露天段。2002年在安装场下游侧扩建一台30MW机组的扩机工程-4号机组1#、2#、3#引水建筑物由进水口、引水压力钢管、尾水管及出水口组成，为一洞一机布置。1#机引水钢管（至伸缩节前）长75.43m；2#机引水钢管（至伸缩节前）长76.565m；3#机引水钢管（至伸缩节前）长71.007m。进水口为悬臂式，自上游坝面起，悬出长度为16M，进水口前设置拱形直立钢拦污栅，进水口设两道闸门,事故闸门各由一台50/130T油压启闭机操纵。三个进水口共用一扇检修闸门,由一台50/30/5T门式启闭机操纵,门式启重机还兼任三个进水口拦污栅的吊装工作。 陈村水库特性调节性能为多年调节。陈村水库是以防洪、发电为主，结合灌溉、航运、养鱼等综合利用的大型水库。保证出力2.8万千瓦，多年平均水位发电量31500千瓦时。坝顶高度126.3米，最大坝高76.3米，坝顶长度419.00米，坝顶宽度8.00米。总库容26．88亿立米，死水位101．00米。 复习题简述水电厂生产过程水电厂的主设备有哪些水轮机的出力与哪些因素有关水能有哪几种表现形式如何控制进入水轮机的流量