常规水电厂和抽水蓄能电厂运作原理与主要机电设备介绍

常规水电厂和抽水蓄能电厂运作原理与主要机电设备介绍第一页，共54页。培训目标通过本门课程学习学员能初步认识：常规水电厂运作原理及其主要机电设备抽水蓄能电厂运作原理及其主要机电设备认识到抽水蓄能电厂与常规水电厂运作的异同。第二页，共54页。常规水电厂运作原理及其主要机电设备第三页，共54页。常规水电厂运作原理及其主要机电设备第四页，共54页。常规电站原理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，下面就让我们一起来了解一下水电厂是如何实现由水变电这一生产过程的。常规水电厂机组运行工况一般为发电工况（G）和发电调相工况（CG）。第五页，共54页。常规电站原理电能产生路线图：天然水流/水库筑坝（隧洞、明渠引水）水轮机发电机升压站（变压器）电网变电站（变压器）用户势能动能动能电能机械能机械能升压减少损耗电能输送第六页，共54页。水能电网发电机主阀河流：拦河筑坝、引水潮汐：筑坝快速闸门、蝶阀、球阀水能转变为旋转机械能旋转机械能转变为电能电能送入市场水轮机常规电站原理换个简单的流程看第七页，共54页。常规电站原理从以上流程，我们可以总结出来，水电站电能的产生是以一定的天然水资源为基础，借助水力设施及水轮发电机组实现能量的转换，最后产生电能。不管哪种形式的水轮发电机组，其能量转换一般分为两个过程：水能转化为旋转机械能；旋转机械能转化为电能。第八页，共54页。水能转化为旋转机械能水能的三种表现形式：位能、动能、压能第九页，共54页。水能转化为旋转机械能当具有以上三种表现形式能量的水流流经水轮机发电机时，其大部分能量通过冲击转轮带动水轮发电机转动，进而转化为水轮发电机旋转的机械能！第十页，共54页。旋转机械能转换为电能第十一页，共54页。旋转机械能转换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――电磁感应电磁感应因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。第十二页，共54页。旋转机械能转化为电能第十三页，共54页。常规电站主要机电设备简介通过以上介绍，接下来我们简单介绍常规电站主要机电设备及主要辅助设备。第十四页，共54页。常规电站主要机电设备简介——闸门一、闸门第十五页，共54页。常规电站主要机电设备简介——闸门

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第十六页，共54页。常规电站主要机电设备简介——水轮机二、水轮机

将水能转化为机械能的设备叫水轮机（水力原动机）。水轮机由引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件组成。第十七页，共54页。常规电站主要机电设备简介——水轮机1、引水部件组成：引水室（蜗壳）、座环作用：以较少的水力损失把水流均匀的、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。第十八页，共54页。常规电站主要机电设备简介——水轮机2、导水部件组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环；作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量；第十九页，共54页。常规电站主要机电设备简介——水轮机3、工作部件：转轮作用：直接将水流能量转化为旋转的机械能第二十页，共54页。常规电站主要机电设备简介——水轮机4、泄水部件组成：泄水锥、尾水管；作用：引导水流进入下游，尾水管同时在转轮后形成真空，利用转轮出口到下游之间的位能，恢复转轮出口处的部分动能损失以提高效率。第二十一页，共54页。常规电站主要机电设备简介——水轮机水轮机的其他部件如：主轴、主轴密封、检修密封、水导轴承、固定部分等等在此不一一介绍。总之，水轮机是水电厂实现水电转化为机械能的重要设备。第二十二页，共54页。常规电站主要机电设备简介——发电机发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。发电机通常由定子、转子、端盖机座及轴承等部件构成。第二十三页，共54页。常规电站主要机电设备简介——发电机1、定子组成：电动机的静止部分，一般由导磁的定子铁心、导电的定子的绕组、具有冷却介质通道的机座结构组成；作用:切割磁场，产生电流。第二十四页，共54页。常规电站主要机电设备简介——发电机2、转子组成：电机的转动部分。主要由导电的转子绕组、导磁的铁心以及转子轴伸、护环、中心环和风扇等组成；作用：构成磁场。第二十五页，共54页。常规电站主要机电设备简介——发电机3、端盖机座及轴承等部件略总之，发电机是实现水路发电机旋转机械能转化为电能的重要部件。第二十六页，共54页。常规电站主要机电设备简介——调速器调速器控制系统是水力发电厂的重要机电设备，其主要作用是：能自动调节水轮发电机组的转速，使保持在额定转速允许范围偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求；能使水轮发电机组自动或手动快速启动，整步并网增减负荷，正常停机或紧急停机，直接关系到电能的质量和电站的安全、经济、稳定运行。第二十七页，共54页。常规电站主要机电设备简介——调速器第二十八页，共54页。常规电站主要机电设备简介——调速器第二十九页，共54页。常规电站主要机电设备简介——进水主阀主阀的作用

安装在水轮机进水口与压力管道之间的阀门称为主阀，其作用如下：

（1）作为机组的后备保护。当机组甩负荷又遇调速器发生故障不能动作时，主阀可以在动水情况下关闭切断水流，防止机组飞逸转速时间超过允许值，避免事故的扩大。

（2）对于较高水头水电站，导叶漏水是不可避免的，特别是经过一段时间后，导叶间隙发生变化，使漏水量增加。导叶关闭时，一般的漏水量为最大流量的2％—3％，严重时可达5％以上。主阀的水封要比导叶好得多，所以当机组较长时间停机时，应关闭主阀，以减少水量损失。

第三十页，共54页。常规电站主要机电设备简介——进水主阀（3）装有几台机组的电站，一般都由一根总引水管引水，同时供几台机组发电。每台机组前都安装一个主阀，这样当某台机组需检修时，只需关闭该机组的主阀即可，而不影响其他机组的正常发电。

（4）引水管很长的引水式电站，设置主阀后，当机组暂停运行时可只关闭主阀，而不必关上游的进水口闸门，使长的引水管道中处于充水等待工作状态，待再次开机时，就节省了压力管道充水的开机准备时间。第三十一页，共54页。常规电站主要机电设备简介——进水主阀水电站常用的主阀有蝶阀和球阀。

1、在水电站中，水头不超过150m的情况下蝶阀使用最广泛；2、球阀一般适用于150m以上的高水头电站。第三十二页，共54页。常规电站主要辅助设备简介——油系统1、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）。轴承与大轴的摩擦干摩擦与油膜摩擦；油膜建立的条件（楔形、相对运动、油的粘度）－－润滑、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。压力的产生－油泵；压力的存储－高压油罐；充气的作用（油气比＝1/2）－－液压操作绝缘油及其作用断路器、变压器的灭弧、散热、绝缘N第三十三页，共54页。常规电站主要辅助设备简介——水系统1、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；空压机散热等。普通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（水界牌的球阀）2、供水系统包括消防水供水（主变、发电机、油室消防）、生活供水；3、排水系统包括渗漏排水检修排水。第三十四页，共54页。常规电站主要辅助设备简介——气系统1、低压气系统：停机制动（电气制动）用压缩空气；调相压水、围带密封、防冻吹冰、清洁吹扫、操作灭弧、风动工具。过长时间停机后的顶转子2、高压气系统：补气、降压使用。第三十五页，共54页。抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂运作原理及其主要机电设备第三十六页，共54页。抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂运作原理及其主要机电设备第三十七页，共54页。抽水蓄能电厂运行原理抽水蓄能电厂是水电厂的一种类型，它主要由上水库、引水系统、厂房和下水库组成。在水电厂的上游建有蓄水库，下游也建有蓄水库，在电力系统高峰负荷时期，利用上库的水通过引水系统闸门、管道和调压井等设施，将上库水的位能转变成动能推动水轮机旋转，带动与水轮机同轴的发电机发电（称为发电工况）；在低谷负荷时期，将下库的水再通过引水系统闸门、管道和调压井等设施抽回上库蓄积起来（简称水泵工况），此时发电机转变为电动机，水轮机转变成水泵。抽水蓄能机组已成为电力系统调峰的重要手段之一。第三十八页，共54页。抽水蓄能电厂运行原理抽水蓄能电厂机组运行工况有发电（G）、抽水（P）、发电调相（CG）、抽水调相（CP）等工况；就发电方向而言，其运行原理与常规水电厂运行原理一致。抽水方向可以理解为发电方向的逆向过程。第三十九页，共54页。抽水蓄能电厂运行原理天然水流/水库筑坝（隧洞、明渠引水）水轮机发电机升压站（变压器）电网变电站（变压器）用户水能动能电能机械能机械能升压减少损耗电能输送电能产生路线图:同样也适用于抽水蓄能电厂，但仅限发电工况第四十页，共54页。抽水蓄能电厂运行原理电能转换为水能路线图：电网升压站/变压器发电机水轮机启动时SFC/拖动机水力设施上库电能降压电气传动机械能输送电能电能机械能水能第四十一页，共54页。抽水蓄能电厂运行原理由此可见发电时与常规机组一样，抽水蓄能机组其能量转换同样为两个过程：水能转化为旋转机械能；旋转机械能转化为电能。抽水时，抽水蓄能机组能量转换为：电能转化为旋转机械能；旋转机械能转化为水能。第四十二页，共54页。抽水蓄能电厂运行原理抽水时，电能通过静止变频启动器（SFC）电气传动，或另一台机组作为拖动机启动机组至同步并网，此时机组具备转转机械能；并网后，机组作为电动机吸收电网电能把下库水抽至上库，使得原下库的水抽到上库后具备势能并作为另一种能量形式储存起来。第四十三页，共54页。抽水蓄能电厂主要机电设备简介——闸门闸门由于抽水蓄能电站上下水库水位差都较大（一般在500M左右），设备性能要求高，这样决定了许多机电设备的单一性。抽水蓄能电站闸门多采用：1、事故闸门防止事故扩大，静水关闭，静水平压开启，多应用于尾水管处。2、检修闸门引水隧道检修时的安全措施，多用于上下水库进出水口。第四十四页，共54页。抽水蓄能电厂主要机电设备简介——水轮机水轮机其组成和作用与常规水电站一致，但考虑到抽水蓄能机组特殊性，为满足水泵和水轮机两种运行工况的要求，水泵水轮机比相同水头和容量的水轮机尺寸大。第四十五页，共54页。第四十六页，共54页。抽水蓄能电厂主要机电设备简介——发电机发电机

抽水蓄能电厂发电机与常规水电厂发电机组成和作用基本一致。但以下关键技术必须得到合理解决：第四十七页，共54页。通风冷却推力抽承定子线圈和铁心主轴系稳定和高强度转子提高发电电动机效率制动技术发电电动机关键技术抽水蓄能电厂主要机电设备简介——发电机第四十八页，共54页。抽水蓄能电厂主要机电设备简介——发电机

第四十九页，共54页。抽水蓄能电厂主要机电设备简介——发电机

第五十页，共54页。抽水蓄能电厂主要机电设备简介——调速器调速器抽水蓄能机组调速器与常规电厂机组调速器作用基本一致，但：