水电站水能开发

水力发电工程程第一节水水能的利用和和计算水力发电工程程：利用水来来发电的工程程水能的大小取取决于水流的的流量Q及其落差H。在工程上并不不直接使用这这个单位，通通常用“千瓦(kW)”做为功率的单单位，它们之之间的关系为因此，除去发发电机一定的的能量损失后后，水电站实实际发出的功功率为水头损失与引引水建筑物的的条件、形状状，水流流速速及引水路径径长度等因素素有关，可由由水力学公式式计算出来在水电工程中中，水电站实实际发出的功功率叫做水电电站的出力．．如果把用用A表示，则水电电站出力为通常电能用度度来表示,一度等于1KW.H第二节水水能的的开发方式和和水电站的的主要类型水能的开发方式蓄水式径流式普通式(天然河道筑坝)抽水蓄水式日调节月调节年调节多年调节一、坝式水电电站二、河床式水水电站三、引水式水水电站水电站的三种种基本类型一、坝式水电电站水头是由坝所所形成，即在在河道上修筑筑坝，甩以抬抬高水位，形形成落差当厂房紧靠着着坝体布置在在坝体的下游游时，称坝后后式水电站，，如图5-2及图5-3所示如河谷狭窄而而水电站的机机组较多，泄泄洪建筑物与与电站厂房的的布置有矛盾盾时，可把厂厂房置于泄洪洪建筑物之下下而构成厂房房顶溢流式水水电站当坝址河谷狭狭窄且泄洪量量大时，为了了解决枢纽布布置的困难，，挡水建筑物物可采用空腹腹混凝土坝的的型式；将厂厂房布置在坝坝体的空腹内内，构成坝内内式水电站二、河床式水水电站河床式水电站站的特点是水水电站水头较较低，厂房本本身也起挡水水的作用，是是挡水建筑物物的一部分，，坝轴线与厂厂房并列。三、引水式水水电站引水式水电站站的特点是引引水道较长，，水电站的水水头全部或相相当大的一部部分由引水道道所集中按照引水道的的型式可将引水式水电站站分为有压引引水式和无压压引水式两种种引水式水电站站的建筑物可可分为三部分分：(1)首部枢纽(2)引水建筑物(3)厂房枢纽特点：无压引引水道引水坝式、河床式式及引水式水水电站虽各有有其特点，但但有时它们之之间却难以明明确划分在实际工程中中，常将具有有一定长度的的引水建筑物物的水电站统统称为引水式式水电站第三节水水电站建筑物物水电站组成部份作用挡水建筑物截断河流集中落差，形成水库泄水建筑物下泄多余的水量或放水以降低水库水位水电站进水建筑物将水电站所需流量引进引水道水电站引水建筑物将发电用水由水库输送给水轮机水电站平水建筑物平稳引水建筑物中流量及压力的变化发电、变电和配电建筑物发电变电及配电其它建筑物（如过坝建筑物、取水防沙建筑物等）一、水电站站进水建筑筑物二、水电站站引水建筑筑物三、水电站站平水建筑筑物一、水电站站进水建筑筑物进水建筑物物的功用和和基本要求求如下(1)要有足够的的进水能力力(2)水质要符合合要求(3)水头损失要要小(4)可控制引水水流量(5)经济合理，，技术可行行，施工方方便，维修修运行管理理方便（一）有压压进水口有压进水口口的主要特特征是进水水口后接有有压隧洞或或有压管道道有压进水口口的主要类类型有洞式式进水口、、塔式进水水口、墙式式进水口及及坝式进水水口等有压进水口口在枢纽中中的位置，，应尽量使使进入进水水口的水流流平顺、对对称，不发发生回流和和漩涡，不不出现淤积积，不聚集集污物，泄泄洪时仍能能正常进水水有压进水口口应低于运运行中可能能出现的最最低水库水水位，并有有一定的淹淹没深度（二）无压压进水口及及沉沙池无压引水的的电站中采采用无压进进水口，其其特征是水水流在取水水口及引水水道中均有有自由水面面进水口后一一般接无压压引水建筑筑物进水口宜设设在河流凹凹岸，以防防回流造成成漂浮物堆堆积，且河河流中上层层清水在弯弯道环流的的作用下流流向凹岸，，进水口前前不易淤积积，以便引引进上层清清水进水口前一一般均设拦拦污栅或浮浮排，以便便拦截漂浮浮物建造拦河闸闸，坝时，，要充分考考虑泥沙的的影响，原原则上是要要尽量维持持河流原有有的形态，，洪水期要要使上游冲冲下来的泥泥沙(特别是推移移质)基本上全部部经泄水道道下泄，不不使其堆积积起来要尽可能防防止有害泥泥沙（粒径径大于0.25mm的泥沙）进进入引水道道通常的做法法是防止推推移质泥沙沙进入进水水口，悬移移质泥沙可可以进入，，但要设沉沉沙池将有有害泥沙清清除对于推移质质泥沙，在在进水口前前设拦沙坎坎被拦截住的的推移质泥泥沙要及时时清除，否否则堆积过过多会使拦拦沙坎失效效典型山区多多泥沙河流流上引水式式水电站的的首部枢纽纽图沉沙池是一一个静水池池，它的基基本原理是是因它的断断面远大于于引水渠道道的断面原理:减小流速降降低水流流的挟沙能能力沉沙池的长长度和宽度度都要适宜宜:沉沙池长度度若不足，，则有害泥泥沙尚未沉沉到池底即即已流出沉沉沙池，达达不到沉沙沙的效果；；沉沙池过过长则造成成浪费调节宽度使使流速为0.25～0.70m／s沉沙池内沉沉积的泥沙沙的排除方方式有连续续冲沙，定定期冲沙及及机械排沙沙三种二、水电站站引水建筑筑物用于发电引引水的渠道道称为动力力渠道动力渠道必必须满足以以下基本要要求：足够的输水水能力水头损失要要小水质符合要要求运行安全可可靠(一)动力渠道(二)引水隧洞优点可以采用较短的路线，避开沿线地表不利的地形及地质条件有压隧洞能适应水库水位的大幅度变化，也能适应水电站引用流量的迅速变化不受地表气候的影响，可以避免沿途对水质的污染缺点对地质条件、施工技术及机械化的要求较高，单价较贵，工期较长(三)压力水管压力水管是是指从水库库、压力前前池或调压压室将水流流直接引入入水轮机的的水管,又称高压水水管1.分类压力水管露天式坝内式隧洞式按布置方式式分压力水管钢管钢筋混凝土管木管现场浇筑分段预制按管身材料料分能承受很大大的内水压压力，主要要用于中、、高水头电电站低水头电站站常采用的的压力水管管木管仅用于于盛产木材材地区的中中小型水电电站，其优优点是就地地取材，缺缺点是寿命命不长，维维修费用较较高2.线路选择选择线路时时主要考虑虑以下因素素：尽量选择最最短最直的的线路选择良好的的地质条件件尽量减少水水管的转折折起伏3.压力水管的的供水方式式(1)单元供水优点：构造简单，，运行方便便可靠，当当一根水管管发生故障障或检修时时不影响其其它机组运运行缺点：水管所费材材料较多，，土建工程程量大，造造价较昂贵贵。一般在在水管不长长、造价不不太高时采采用（2）联合供水水优点：当机组多多时水管数数目较少，，管理方便便，也较经经济缺点：当总水管发发生故障或或检修时，，由它供水水的机组都都要停止运运行；每台台机组前面面都要装阀阀门，以便便检修某台台机组时不不影响其它它机组运行行（3）分组供水水此种供水水方式的特特点介于单单元供水和和联合供水水之间正面进水适适用于水头头不高、水水管不长的的情况下。。对于露天天式压力水水管，从侧侧面进水的的目的是使使水管失事事爆裂后的的高速水流流易于排走走，以免冲冲毁厂房。。这种进水水方式适用用于水头较较高的情况况下。其缺缺点是水管管进入厂房房前要转弯弯，增加水水头损失，，且使管道道结构复杂杂。4.压力水管的的断面尺寸寸压力水管的的经济直径径应根据动动能经济计计算来确定定，它与管管内流速、、水头损失失、造价、、运行、施施工和维修修等因素有有关当压力水管管单元供水水时当压力水管管分组或联联合供水时时露天钢管的的内水压力力是管壁应应力计算时时的主要控控制因素管壁的必要要厚度可由由下式初估估另外还应加加上1~2mm的锈蚀及磨磨损安全量量最后采用的的管壁厚度度还应符合合钢板的规规格钢管是一种种薄壁结构构，在外力力作用下，，可能丧失失稳定而毁毁坏。露天天钢管在承承受最大外外压力为一一个大气压压时，最小小必需厚度度约为如按强度计计算出的厚厚度小于按按上式得出出的数字，，若出入不不大，可采采用上式计计算结果；；若相差较较大，则可可沿管壁每每隔一定距距离加设一一个刚性环环，以增加加管壁刚度度压力水管必必须用镇墩墩和支墩来来固定和支支承，以保保持水管的的稳定镇墩多用浆砌石石或混凝土土浇筑而成成。当水管管管线为直直线时，一一般在坡顶顶与坡脚各各设一镇墩墩。如水管管管线为折折线时则在在转弯处加加设镇墩。。有时当管管道过长，，为了减小小温度变化化所产生的的轴向力，，一般每隔隔80～120m设一镇墩支墩布置在镇墩墩之间的管管线上，间间隔一般为为6～10m在压力水管管的进口或或末端有时时要设置闸闸门或阀门门三、水电站站平水建筑筑物压力前池是是引水渠道道和压力水水管之间的的连接建筑筑物压力前池的的三个作用用：将引水道引引来的流量量均匀地分分配给各压压力水管，，并加以必必要的控制制再次清除水水中的污物物、泥沙、、浮冰等，，宣泄多余余的水量当水轮机引引用流量迅迅速改变时时，压力前前池的容积积可以起一一定的调节节作用（一）压力力前池压力前池由由下列四种种主要建筑筑物所组成成：池身及渐变变段压力水管的的进水口泄水建筑物物排污、排沙沙、排冰建建筑物(二)调压室水电站在运运行中丢弃弃负荷时，如果突然然关闭水轮轮机的导叶叶或阀门时时，由于水水流的惯性性，将产生生瞬时的压压力升高。。在发生这这种现象时时并伴有锤击般的声声音，因此此被称之为为水锤现象，其压力变变化值称为为水锤压力力为了使水锤锤压力不致致影响引水水道，故常常在较长的的引水道末末端修建调调压室调压室的一一部分或全全部设置在在地面以上上的称为调调压塔；调调压室大部部分埋设在在地面之下下，则称调调压井调压室在引引水系统中中的布置有有四种基本本型式：上游调压室室(引水调压室室)下游调压室室(尾水调压室室)上下游双调压室系系统上游双调压压室系统第四节水水电站的主主要设备一、水轮机机水轮机是将将水能转换换为机械能能的一种动动力机械，，它带动发发电机再将将机械能转转换为电能能水轮机的主主要部件是是转轮水轮机的类类型1.反击式水轮轮机其转轮全部部浸泡在有有压的水流流中水流连续通通过水轮机机的转轮，，水流对转转轮发生反反击作用力力，形成旋旋转力矩，，使转轮转转动水轮机按水水流对转轮轮的作用分分为反击式式和冲击式式混流式水轮轮机中的水水流流经转转轮是辐向向流进而轴轴向流出，，然后经尾尾水管排人人下游河道道（1）混流式水水轮机轴流式水轮轮机中的水水流流经转转轮是轴向向流入而又又轴向流出出，然后经经尾水管排排向下游河河道（2）轴流式水水轮机（3）斜流式水水轮机转轮的轮叶叶轴线与机机组主轴成成一角度(45度～60度)布置可以适应较较大的负荷荷变化，性性能稳定，，高效率范范围宽，且且抗气蚀性性能好（4）贯流式式水轮机机贯流式水水轮机是是横向轴轴流式水水轮机水流从人人口到出出口是直直线流动动，故效效率较高高2.冲击式水水轮机工作原理理：利用用喷嘴将将高压水水流喷射射在水轮轮机的工工作轮上上，驱使使工作轮轮旋转，，从而将将水流的的动能转转换为机机械能二、水轮轮发电机机（一）水水轮发电电机的类类型水轮发电电机按轴轴的装置置方式可可分为卧卧式和立立式两种种立式水轮轮发电机机一般由由转子、、定子、、轴承、、机架、、励磁机机、永磁磁发电机机、制动动闸、空空气冷却却器等部部件组成成立式水轮轮发电机机按推力力轴承的的位置不不同又可可分为悬悬吊型和和伞型两两种三、主要要电气设设备长距离相相同电阻阻情况下下，高压压输送电电能损失失比低压压小得多多（一）电电力变压压器开关设备备主要包包括：断断路器、、隔离开开关、自自动空气气开关、、磁力起起动器、、接触器器等（二）开开关设备备和熔断断器开关设备种类性质作用或原理断路器高压开关切断电流及电弧隔离开关隔离电压闸刀开关低压开关隔离带电部分的电压接触器隔离，熄灭电弧磁力起动器自动空气开关熔断器：：超荷自动动熔断通过熔件件的电流流越大，，则熔件件熔断也也越快，，电路断断开的时时间就越越短（三）电电压互感感器和电电流互感感器电压互感感器和电电流互感感器也是是一种变变压器，，将高压压或大电电流转为为低压或或小电流流，以供供测量仪仪表和保保护线路路应用（四）一一次回路路和二次次回路将水电站站的主要要机电设设备，发发电机，，变压器器和开关关设备等等，按一一定顺序序联结成成的线路路，称为为一次回回路，也也称主结结线电站中用用于测量量、监视视、控制制、信号号、操作作、保护护和自动动装置等等的低压压电路，，称为二二次回路路，也称称二次结结线（五）防防雷保护护与接地地装置架空输电电线路常常采用避避雷线保保护；水水电站和和变电所所常采用用避雷针针、阀型型避雷器器保护电力系统统中的接接地可分分为保护护接地和和工作接接地两种种第五节电电力力系统中中的水电电站电站生产产的电能能是很难难贮存的的，在确确定水电电站的装装机容量量时，既