抽水蓄能技术第二章

抽水蓄能技术pumped-storagepowerstation第二章抽蓄电站设备简介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。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。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。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。1.发电电动机发电电动机是既可用做发电机也可用做电动机的同步电机。作发电机用时，其运行原理如下:当励磁绕组通以直流电源后，电机内就会产生磁场。水轮机带动转子转动，则磁场与定子线棒之间有相对运动，就会在定子线棒中感应出交流电势。这些线棒联成三相绕组，则可在绕组出线端产生交流电动势。1.发电电动机作同步电动机运行时，则在定子三相绕组加以交流电，三相交流电流通过定子绕组时就会在电机内产生一旋转磁场，当转子上的励磁绕组加上励磁电流，旋转磁场就带动转子，并按旋转磁场的转速来旋转。由于水泵水轮机二种运行工况的水流方向相反，所以发电电动机二种运行工况旋转方向必须相反。为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反，这就需改变三相绕组相序排列，所以发电电动机需加装相应的换相设备(换相刀闸)。

发电电动机主要由定子、转子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、制动系统、高压减载装置、冷却系统等部分组成。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。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。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。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：1.发电电动机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2.水泵水轮机水泵水轮机包括水轮机和调速器、球阀等附属设备和冷却水系统、高压气系统等辅助设备。水泵水轮机本体由以下几大部件构成：转轮、主轴密封、水导轴承、导水机构、导叶、水轮机轴、中间轴、蜗壳、座环、顶盖、底环、尾水管等。水泵水轮机的水机的调相运行系统分压水系统、水环排水系统、蜗壳排气系统和尾水水位测量系统。水泵水轮机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。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；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。常规电站主要机电设备简介——水轮机水泵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。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。3.进水主阀在水轮机过水系统中，装置在水轮机蜗壳前的阀门统称水轮机进水主阀。抽水蓄能电站一般都具有水头高，压力大的特点，进水主阀一般为过流球形形式，即球阀。进水主阀的作用：(1)对于一洞多机岔管引水的水电站，检修时隔离机组与上游水道，保证机组检修安全与其它机组正常运行。3.进水主阀(2)对于高水头水电站，因其水头高，压力大，导叶漏水量大，设置进水主阀可减少能量损失。当机组发生故障时，迅速关闭进水主阀，截断水流，防止发生飞逸事故。(3)对于长引水管道的水电站，因其充水时间长，延长了机组的启动时间。装设进水主阀可缩短重新启动时间，提高机组运行的灵活性和速动性。3.进水主阀(4)投产初期，用做未投产机组压力钢管的堵头，保证厂房安全。主进水阀在抽水蓄能电站与常规电站一样根据水头的大小设置诸如球阀、蝶阀等。

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。

但目前国内多为高水头蓄能电站，故多采用球阀形式作为主进水阀。3.进水主阀4.调速器系统水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、水轮机、发电机及负载)共同组成的。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。常规电站主要机电设备简介——调速器4.调速器系统对调速器必需的要求是保证调节系统的稳定性和相当好的速度调节过程质量。近年来，新投产的机组都采用了数字式电液调速器即微机调速器。调节参数的整定和修改都非常方便，运行状态的查询和转换也很灵活。机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。即停机过程可根据调保计算要求，灵活地实现折线关闭规律；开机过程可根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定。而且便于直接与厂级或系统级上位机相连接，实现全厂的综合控制，提高水电厂的自动化水平。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：作为抽水蓄能机组调速器必须考虑：1、泵工况时调节参数；2、上下水库水位信息；3、调保计算更为复杂。4.调速器系统5.压缩空气系统压缩空气系统由空气压缩装置(空气压缩机及其辅助设备)、管道系统和测量控制元件三部分组成。水电站压缩空气的使用主要有以下几个方面：电站油压装置压力油罐充气，是水轮机调节系统和球阀控制系统的能源；机组停机时的机械制动用气；机组作调相运行时转轮室压水用气；检修维护室风动工具及吹污清扫用气；离相封闭母线的微增压用气和水轮机主轴检修密封供气等。按照空压机出口压力等级，压缩空气系统可分为高压压缩空气系统、中压压缩空气系统和低压压缩空气系统。6、调相压水系统

水泵水轮机在抽水之前，机组必须先作抽水调相工况运行。当机组抽水或抽水调相启动时，需要靠SFC或BACKTOBACK进行逐步拖动，此时，利用压缩空气强制压低转轮室水位，使转轮在空气中旋转，可以减少阻力，即减少电能的消耗，同时机组的振动也可以相应的减轻，机组转速能快速达到额定转速进行同期并网。机组调相运行中，需要转向抽水时，转轮室排气之后打开导叶,工况即可转换，提高了机组的响应时间。机组作调相运行时的有功损耗与发无功功率有关，发电调相满发时，转轮在水中旋转约为额定有功功率的15%左右，在空气旋转则为4%左右，由此可见，调相压水的经济效益是很大的。6、调相压水系统机组调相时的压缩空气是从专用的气罐中引来，强制压低尾水管中的水位。气罐最小压力，必须等于转轮室所要求压低的水位与下游水位之差。

7.静止变频启动装置(SFC)静止变频器起动是利用可控硅变频装置(SFC)产生从零到额定频率的变频起动电源，将发电电动机起动并同步拖动起来。基本结构主要分为四个部分：静止变频器起动适用于容量大、机组台数多的大型抽水蓄能电站。因变频器都是静止元件，维护工作量小，工作可靠性高，设备布置比较灵活，每台机组可公用一套。静态变频器的主要优点是无级变速、启动平稳、反应速度快，具有很强的自诊断能力，但其所需控制设备比较复杂，元件质量要求高。静止变频器(SFC)用于机组抽水(抽水调相)工况启动，主要由输入单元、变频单元、输出单元、控制单元、保护单元及辅助单元几部分组成。8.主变压器主变压器由以下部分组成：

1)铁心：铁心是变压器的磁路，通常用含硅量约为5%表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。

2)线圈：绕组是变压器的电路部分，一般由外面包有绝缘纸的铝线或铜线绕制而成。3)绝缘结构：变压器绝缘主要指外部绝缘和内部绝缘。外部绝缘指高、低压绕组引出油箱外时用的瓷套管，它是带电的引线与接地的油箱间的绝缘。套管装在油箱盖上。套管中心穿有导电杆，下端伸进油箱，与绕组引线相连，上端露出油箱外，以便与外部电路连接。高压引线一般用充油式或电容式套管。

4)油箱及其它部件：油浸式变压器油箱具有容纳器身、变压器油及散热冷却作用，它用钢板焊成，呈椭圆桶状。油箱内的变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。

8.主变压器9.监控系统计算机监控系统是以微机为基础，以数据总线为通信介质，能远方监控，自动运行的智能型分层分布的开放式控制系统，整个系统由调度级、电站控制级和现地单元控制级组成。10.渗漏排水系统渗漏排水系统包括渗漏集水井、排水泵和配套水位计等设备。渗漏排水的特征是排水量小，不集中，而抽蓄电站一般采用地下厂房，位置较低，积水不能靠自压排出。因此需要设置集水井将渗漏水收集起来，然后用水泵抽出，从而保证厂房不致积水、潮湿。抽蓄电站渗漏排水集水井的水源主要有厂房围岩渗水、SFC冷却排水、机组顶盖排水、高压空压机冷却排水、主变压器空载冷却排水、蜗壳排气/排水管来水、滤水器冲污排水等。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。11.闸门第三章、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素1、蓄能电站的区域规划布局根据我国目前的电源构成和布局情况，依据现在的能源政策，对我国部分电网2020年及2030年电源优化配置统计分析，在我国，以火电为主的电网，抽水蓄能电站的合理规模应在电力总装机的6%～10%之间，而水电比重较大的电网，其合理规模应在4%～7%之间一、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素我国部分电网电源优化配置分析表地区2020年2030年抽水蓄能蓄比例（%）火电比例（%）抽水蓄能蓄比例（%）火电比例（%）华北电网6.6486.067.1585.60京津唐电网7.2890.946.3792.34河北南部电网6.1493.867.1192.89山西电网7.4288.486.9090.19蒙西电网7.2188.426.2090.94山东电网7.8288.177.8289.29河南电网7.3280.429.5482.01湖北电网4.7950.796.4262.70湖南电网5.0148.147.2884.58重庆电网3.9639.505.3156.82东北电网8.1079.348.0581.58辽宁电网7.2686.028.3787.37吉林电网8.4080.958.1181.37黑龙江电网6.8489.316.7989.60华东电网7.3467.777.4970.35上海电网7.3564.497.2267.87江苏电网6.5176.476.6178.54浙江电网7.6463.297.8964.91安徽电网7.7184.427.7180.82福建电网6.4156.626.3263.82广东电网4.5748.38一、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素（1）电源结构因素的影响（2）区域经济发展因素的影响（3）电网安全因素的影响（4）国家智能电网建设因素的影响蓄能电站规划布局影响因素一、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素1、

电源结构因素的影响（1）我国能源资源布局不均衡：全国电网以火电为主，西南水电较丰富，“三北”地区风能资源较好，东南沿海一带核电配置较多；（2）我国电力资源主要集中在经济不甚发达的西部地区，而用电主要集中在经济比较发达而能源短缺的东部地区，（3）电源结构决定了未来我国电力发展必须坚持“一特四大”的发展战略，并根据区域电源结构的不同配置不同比例的抽水蓄能电站。华南华中华北华东东北我国已建和在建的蓄能主要分布在华南、华中、华北、华东、东北等以火电为主、经济较发达的地区，以解决电网的调峰问题这些地区经济发展较快，电力负荷和峰谷差亦迅速增加，用电高峰时段，在短时间内负荷增加的幅度大，增加的速率快，完全靠火电机组适应这种负荷变化难度较大，也不经济。因此，在这些地区需要建设一定比例的蓄能电站2、

区域经济发展因素的影响一、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素3、

电网安全因素的影响（1）随着特高压电网建设和全国联网工程的推进，抽水蓄能电站已不只是在局部电网发挥作用，而是在区域电网及跨区互联电网中发挥互补性整体作用；（2）电网规模越大，保证电网稳定和安全运行就愈重要，一旦出现事故，电网造成的损失也越大；（3）在大范围联网及远距离输电情况下，输电线路易出现事故，更需要在受电端靠近负荷中心的地区设置必要的备用容量；（4）蓄能电站的事故备用容量及黑启动等功能能在事故后迅速恢复供电，减少事故损失，对电网的稳定和安全运行起重要作用。一、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素4、

国家智能电网建设因素的影响（1）智能电网是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。（2）坚强智能电网主要是通过建设坚强智能电网，提高电网大范围优化配置资源能力，实现电力远距离、大规模输送，满足经济快速发展对电力的需求。（3）智能电网的建设目标要求电网本身具有高度的灵活性、适应性、安全性和经济性。这样就需要在电网中配置一定数量能够快速响应的调节和事故备用电源，以应对电源侧（核电、太阳能和风电、水电等）和用电侧（用户的随机用电需求）的不稳定性对电网造成的冲击。一、我国抽水蓄能区域规划布局及影响因素二、抽水蓄能站址选择的影响因素

影响抽水蓄能电站站址选择的因素很多，主要包括地理位置、水头、地形地质、环境和水库淹没等方面。二、抽水蓄能站址选择的影响因素1、距离负荷中心的距离

根据对国内近90座抽水蓄能电站相关资料的统计分析，抽水蓄能电站站址距离负荷中心或电源中心67.9%不超过100km，近93%不超过200km，超过200km的不到7%。从调度、潮流和送出工程等方面来考虑，抽水蓄能电站站址距负荷中心或者电源中心一般不宜超过200km。距负荷中心或电源中心距离范围统计表站址距负荷中心距离（km）<5050～100100～200200～300>300合计数量3126205284比重（%）36.931.023.86.02.4100二

、抽水蓄能站址选择的影响因素2、距高比

上表统计资料表明：我国抽水蓄能电站的距高比集中分布在2～7之间，占总数的70%。一般来说，距高比越小，电站引水系统长度和投资越小，对电站指标较有利，但是距高比值和电站投资之间关系不是很敏感，如果距高比值太小往往也会对电站布置产生不利影响。我国主要蓄能电站距高比范围统计表距高比<22~33~44~55~66~77~88~99~10>10合计数量1710211211358987比重（%）1.18.011.524.113.812.63.45.79.210.3100二、抽水蓄能站址选择的影响因素3、水头段

统计资料表明：我国抽水蓄能电站利用水头主要集中在300m～600m之间，占总数的62.9%。一般来说利用水头越高，相同出力所需的流量就越小，所需上、下水库库容就小，从土建工程量来看，水头越高越有利，但影响有限。

但若水头过高，给机组制造带来一定困难。从目前的蓄能机组制造技术来看，单级蓄能机组水头在700m以下，在制造技术上基本上没有问题。我国的蓄能电站机组制造技术水平，目前仅限于中等水头段，单机容量300MW以下。我国主要蓄能电站水头范围统计表利用水头（m）<200200～300300～400400～500500～600600～700>700合计数量10121522198389比重（%）11.213.516.924.721.39.03.4100二、抽水蓄能站址选择的影响因素4、主体工程投资因素

通过对我国已经建成的11座抽水蓄能电站主体工程的统计资料分析，可以得出如下规律：（1）上水库的选择对抽水蓄能电站的经济性影响最大；（2）下水库的选择对抽水蓄能电站的经济性有相当影响；（3）水道系统的选择对抽水蓄能电站的经济性也有一定影响；（4）厂房的条件对抽水蓄能电站的经济性影响较小；（5）机电设备投资对抽水蓄能电站的经济性影响也较小。

二

、抽水蓄能站址选择的影响因素5、环境影响因素

抽水蓄能电站的水头较高，上、下水库库容较小，输水系统和厂房一般布置在地下，因此，其对自然环境的影响比常规水电站要小。蓄能电站在施工建设过程中会对环境问题产生一定的影响，但通过采取相关工程措施，可以避免或减少对环境的影响。二、各区域抽水蓄能站址选择的影响因素

广州抽水蓄能电站十三陵抽水蓄能电站天荒坪抽水蓄能电站环境影响方面：蓄能电站建成后对提升环境质量会有很大的作用。如十三陵、天荒坪、广蓄抽水蓄能电站，目前其上水库均成为了当地非常有影响的旅游景点。三、各区域抽水蓄能站址选择的影响因素琅琊山蓄能电站3号渣场治理后全貌蓄能电站建成后，通过对渣场等的治理，一般还可以提升当地的环境质量。三、各区域抽水蓄能站址选择的影响因素十三陵抽水蓄能电站的主要渣场－大峪沟渣场堆渣量约70万m3，已建成为蟒山国家森林公园，人工造林面积8000hm2，是北京市面积最大的森林公园。三

、抽水蓄能站址选择的影响因素6、建设征地和移民安置因素

抽水蓄能电站建设征地与移民和常规水电比相对较少，根据对我国已建和在建的11座抽水蓄能电站的资料统计，电站平均征用耕地0.91亩/MW，移民0.68人/MW，此两项指标均比较小，建设征地和移民安置工作相对易于解决。

但是，在当前形势下，征地移民工作是水电工程建设中一个重要问题，处理不好会直接影响工程建设能否成立。尽管抽水蓄能电站征地和移民工作量不大，但在站址选择时必须高度重视这些问题，尽量避开村庄和耕地，减少占地范围。三、我国蓄能电站的设计和施工技术水平

1、上、下水库库盆防渗衬砌方面：上、下水库全库盆防渗是抽水蓄能电站区别于常规水电站，最有特色的水工建筑物之一。上、下水库型式我国已经成功实践了多种方案，包括全库防渗、局部防渗。全库防渗又包括钢筋混凝全库防渗，沥青混凝土全库防渗，钢筋混凝土和沥青混凝土组合防渗，钢筋混凝土和土工膜组合防渗等多种型式。有些防渗技术处于世界先进水平。三、我国蓄能电站的设计和施工技术水平

2、大型地下洞室的建设：

（1）广州抽水蓄能电站宽21m的大型地下厂房采用喷锚支护，其支护参数在国内外同类工程中是比较先进的；（2）天荒坪蓄能电站地下厂房也是采用喷锚支护，并根据岩石和地质构造条件局部使用了预应力锚索，厂房支护设计和施工也是很成功的；

（3）西龙池抽水蓄能电站，利用预应力锚索，解决了在水平底层中开挖大跨度地下厂房的先例；

（4）琅琊山成功建成了以III类围岩为主并有大规模IV~V石变岩带的地下厂房。以上这些工程实践证明，我国在建设大型地下厂房方面已经有了丰富的成功经验。三、我国蓄能电站的设计和施工技术水平

3、岩壁吊车梁设计方面：

广蓄电站厂房400t天车和天荒坪电站厂房500t天车均采用岩壁吊车梁，利用岩壁锚杆支撑，浇筑钢筋混凝土形成岩壁吊车梁，取代传统的柱式支承吊车梁，既减少厂房宽度，节约投资，又缩短了工期。

通过更多工程的实践应用，我国已完全掌握了岩壁吊车梁的设计理论和施工技术。三、我国蓄能电站的设计和施工技术水平

4、水工隧洞及岔管设计方面：

在高压引水水洞的衬砌方面，已经成功的实践了钢板衬砌和钢筋混凝土衬砌方案，解决了大型钢岔管的现场制安和混凝土岔管的施工问题。这些工程经验为今后建筑物方案的技术经济比较提供了很好的基础。三、我国蓄能电站的设计和施工技术水平

5、其他方面：

经过几十年的工程实践，我们既有在零下40多度的寒冷地区的建成的工程，也有在高温地区建成的工程；既有在水量充沛地区建成的工程，也有在缺水地区建成的工程；利用水头段从一百多米到七百米。这些成功的经验为我国今后抽水蓄能电站的布局选点和工程建设奠定了坚实的基础。四、结论和建议

1、社会经济的发展需要适当增加蓄能电站的规模（1）随着我国社会经济结构的调整和人民生活水平的提高，用电侧对电网的要求越来越高；（2）随着大容量火电机组和核电机组的投产，太阳能和风电等间歇性可再生能源的高速发展和大规模并网，电源侧的不确定性和随机性对电网的冲击会越来越大；（3）随着跨区域大规模长距离高等级电力输送规划的逐步实施，电网的安全保障问题会越来越突出；（4）智能电网建设的目标又要求电网具有高度的安全性、灵活性、适应性和经济性。抽水蓄能电站的特性注定其将成为解决上述问题的有效手段之一，电网中配置合适比例的抽水蓄能电站是非常必要的。四、结论和建议

2、国内设计施工技术水平能够保证蓄能电站的建设发展

我国近30年来抽水蓄能电站的建设实践表明，我国在蓄能电站的设计、施工和运行管理等方面积累了丰富的经验，很多技术在世界上也是领先的，这些为我们大规模开展抽水蓄能电站建设奠定了坚实的基础。三、结论和建议

3、抽水蓄能电站的作用无容置疑，争议在于如何对其建设和运营（1）抽水蓄能电站产生于西方资本主义社会，历时近百年还在蓬勃发展，这本身就说明其具有极强的生命力和在电网中有不可替代的技术经济作用。（2）现在国内对抽水蓄能电站争论的焦点在于如何对其进行建设和运营管理。这也说明我们在整个大系统中如何使用它，如何发挥它的技术和经济作用等方面研究还不够，相关政策还有需要完善的地方，尤其是在经济利益的协调方面还有了分歧。（3）建议对抽水蓄能电站的建设体制、运行管理模式和电价政策等方面进行研究，为抽水蓄能电站的健康有序发展提供保障。四、结论和建议

4、建议探讨和研究的问题

（1）研究“电网控股，非电源方参股”的建设体制。（3）研究随着可再生能源的快速发展，在电网中如何配置抽水蓄能电站的比例及如何进行电网调度等问题。（2）加快推进抽水蓄能电站在电网中事故备用、调频、调相、黑启动和储能作用等辅助服务的经济补偿机制，研究出台抽水蓄能承担调峰容量及其辅助服务的交易机制，以共同承担电力系统辅助服务责任。分置式（四机式）抽水蓄能电站。水轮发电机组与电动机带动的水泵机组分开，而输水系统与输、变电系统共有。特点：造价高、厂房大、水泵及水轮机效率高。串联式（三机式）抽水蓄能电站。水泵、水轮机共用一台发电电动机，水泵、水轮机、发电电动机三者共置在一根轴上。特点：调节灵活，效率高、转换工况不需停机，水泵、水轮机转向相同，造价高，整体尺寸大。第四章机械连接基本知识可逆式（两机式）抽水蓄能电站。水泵与水轮机合为一体---水泵水轮机，与一台发电电动机连在一根轴上。特点：结构简单、造价低，土建工程量小，水泵工况、发电工况转向相反。现代抽水蓄能电站的主要机型。大部分使用混流式机组。可逆式（两机式）抽水蓄能机组在布置上有立式和卧式两种。卧式机组通常将水泵和水轮机布置在电动发电机的两端，同轴连接。在水泵和电动发电机之间安装一个联轴器，机组作抽水工况时，联轴器接通；做发电工况时，联轴器断开，水泵与电机脱离。立式机组将水泵安装在水轮机下面，水轮机上面是电动发电机，同轴连接，可减少水电站厂房平面尺寸。在水泵上方安装一个联轴器，因联轴器不能传递轴向推力，因此泵的下方还需安装一个推力轴承。水泵和水轮机各有进出水管道，在厂房的上下游连接在一起，并安装球阀。机械联接是将两个或两个以上物体联接在一起的结构，常用的机械联接分为两类，一类称机械静联接，被联接的两物体间没有相对运动，位置固定不变；另一类称机械动联接，被联接的两物体间可以产生相对运动，如铰链联接。常称的联接一般指机械静联接。机械静联接又可分为不可拆联接和可拆联接两种。不可拆联接常见的有铆接、焊接和胶接等。可拆联接的类型很多，如螺纹联接、键联接和销联接等。过盈联接可做成可拆联接，也可做成不可拆联接。机械动连接→

运动副机械静连接→

焊接、胶接、铆接螺纹连接、键连接销连接等连接的分类静连接：在机器工作中，不允许零部件之间存在相对运动的连接。动连接：机器工作时，零部件之间可以有相对运动。例如：机构中，构件之间的连接，即运动副。静连接可拆连接：不须毁坏连接中的任何一个零件就可拆开的连接。例如：螺纹连接、键连接。不可拆连接：至少毁坏连接中的一部分才能拆开的连接。例如：铆接、焊接等。

指的是零件的组合方式。连接1、螺纹联接1.1常用螺纹的类型、特点及应用1.1.1螺纹的分类：螺纹的分类方法很多，按形成部位不同，可分为外螺纹和内螺纹，如螺栓和螺母，两者在一起组成螺旋副；按旋向不同，可分为左旋和右旋，常用的是右旋螺纹，顺时针转为拧紧，逆时针转为松脱；按形成的线数不同，可分为单线、双线、及多线螺纹，但一般线数最好不超过4，否则不好加工；我们平时常讲的三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹是按形成螺纹的牙型来分的，其中三角螺纹常用于联接，其余三种常用于传动，除矩形螺纹外，其余三种都已标准化。1.1.2螺纹的主要参数：大径d（D）也称为公称直径，小径常作为外螺纹危险截面的计算直径，中径上螺纹牙厚度与牙间宽度相等，标记M10，10指的是大径。螺距p，按p不同，可分为粗牙螺纹和细牙螺纹，同一公称直径时，螺距最大的为粗牙，其余皆为细牙。标号时区分：M10×2，2表示细牙螺纹的螺距。导程s=np，螺纹升角，牙型角。1、螺纹联接2、螺纹联接的基本类型和标准联接件

2.1螺纹联接的基本类型2.1.1螺栓联接：其结构特点是在被联接件上不必切制螺纹孔，螺栓杆和通孔间留有间隙，故通孔的加工精度低，结构简单，装拆方便，成本低，使用时不受被联接件材料的限制。因此它是最常用的一种联接型式。主要受轴向载荷。铰制孔用螺栓主要承受横向载荷，孔的加工精度要求较高。1、螺栓连接装拆方便螺栓受拉力普通螺栓连接螺纹连接的基本类型F0FpFF预紧力

普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接

2、螺纹联接的基本类型和标准联接件2.1.2双头螺柱联接：这种联接是利用双头螺柱的一端旋入较厚的被联接件中，另一端与螺母旋合，拆卸时只拧下螺母，不拧下螺柱。它一般适用于被联接件之一较厚不便穿孔，或由于结构限制必须采用盲孔的场合。双头螺柱连接：被连接件之一较厚（可常拆卸）2.1.3螺钉联接：螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中。这种联接在结构上比双头螺柱简单、紧凑，其用途和双头螺柱相似，但不宜经常装拆，以免损坏被联接件的螺孔。螺钉连接：被连接件之一较厚(不常拆卸）2、螺纹联接的基本类型和标准联接件2.1.4紧定螺钉联接：一般把紧定螺钉拧入被联接件的螺孔中，其末端顶入另一被联接件的表面或凹坑中，以固定两零件的相对位置，并可传递不大的轴向力或转矩。3、螺纹联接件螺纹联接件的种类很多，大都已经标准化，设计时应尽量按标准选用。3.1螺栓：螺栓的头部形状很多，但最常用的是六角头螺栓。六角头又分为标准六角头和小六角头两种。冷镦工艺生产的小六角头螺栓具有材料利用率高，生产成本低，机械性能好等优点，但由于头部尺寸较小，不宜用于经常装拆和强度低、易锈蚀的被联接件上。常用螺栓材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢.对于要求强度高、尺寸小的螺栓可采用合金钢制成。当螺栓不用与螺母配合使用时，也可作为螺钉使用。3.2双头螺柱：它的两端均制有螺纹，中部为光杆。其中旋入螺孔的一端称为座端，另一端为螺母端。其公称长度为ｌ。，一般可分为Ａ型和Ｂ型两种。3.3螺钉：根据用途不同，螺钉可分为紧定螺钉和联接螺钉两种。它与螺栓不同之处在于螺钉的头部形状较多，必须留有按扳手或起子的位置，且用于联接时不必与螺母配合使用。紧定螺钉末端要顶住被联接件之一的表面或相应的凹坑，所以末端也具有各种形状。3.4螺母：螺栓及双头螺柱都需要和螺母配合使用。螺母的形状很多，常用的有六角螺母和圆螺母。六角螺母应用最广，按要求又有厚薄的不同，扁螺母用于尺寸受到限制的地方，厚螺母用于经常装拆易于磨损的场合。圆螺母一般尺寸较大，常用于轴上零件的轴向固定。3.5垫圈：它的作用是保护被联接件表面免于刮伤，增大螺母与被联接件的接触面积，降低支承面的挤压应力，遮盖被联接件不平的接触表面。垫圈种类很多，常用的有平垫圈、斜垫圈、弹簧垫圈、止动垫圈和球面垫圈等。4、螺纹联接的预紧与防松

4.1螺纹联接的预紧预紧的目的是保证联接的可靠性和密封性，防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。控制预紧力的方法很多，通常可用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小。4.2螺纹联接的防松从理论上讲，螺纹联接都能满足自锁条件，在静载荷和温度变化不大时不会自行松脱。但是在交变、冲击和振动载荷作用下，联接仍可能失去自锁作用而松脱，使联接失效，造成事故。为了使联接安全可靠，必须采用有效的防松装置。螺纹联接防松的根本问题在于防止螺旋副的相对转动。防松的方法很多，按工作原理不同可分为以下三类：1）摩擦防松这类防松措施是使拧紧的螺纹之间不因外载荷变化而失去压力，始终有摩擦力防止联接松脱。这种方法不十分可靠，故多用冲击和振动不剧烈的场合。常用的有以下几种。（1）对顶螺母（2）尼龙圈锁紧螺母（3）弹簧垫圈4、螺纹联接的预紧与防松2）机械防松：这类防松装置是利用各种止动零件来阻止拧紧的螺纹零件相对转动。这类防松方法十分可靠，应用很广。（1）开口销与槽形螺母（2）止动垫圈（3）串联钢丝3）永久性防松：（1）冲点法防松（2）粘接法防松4、螺纹联接的预紧与防松5、抽水蓄能机组关键螺栓紧固方法5.1电加热法利用电气加热的方法，使螺杆伸长，以拆卸或安装螺母，并达到预期预紧的效果。5.2液压拉伸法

利用机械液压拉伸的方法，使螺杆伸长，以拆卸或安装螺母，并达到预期预紧的效果。关键螺栓紧固方法要求:1、螺栓、螺母对号，与初始位置一致；2、螺栓、螺母回装时清洗干净，转动灵活；3、按规定涂抹润滑脂（厂家说明书）；4、使用规定拉力（或加热器功率、加热时间、方法）；5、多方验证（拉力、温度、加热时间、螺母转角、螺杆伸长值相对应。）、确认无误。第五章抽水蓄能机组的机械部件及结构水轮发电机组轴承分为：推力轴承和导轴承。导轴承是固定水轮机轴径向，限制其在径向摆动，受力方向在水平方向；推力轴承是承受水轮机转动部分重量的，受力方向在垂直方向。推力瓦是固定在机架上的，镜板是固定在推力头上的，瓦泡在透平油中，瓦上会有一层油膜，镜板压在推力瓦上（中间有层很薄的油膜，润滑的）。转子转动时，镜板随转子一起转动，和推力瓦上的薄油膜摩擦。以此实现转动部件和固定部件之间的衔接。悬式发电机伞式发电机根据推力轴承的位置，若推力轴承在上机架（转子上方），则为悬式机组；若推力轴承在下机架（转子下方），则为伞式机组。特点：推力轴承位于位于转子上方，支承在上机架上，整个水轮发电机的转动部分是悬挂着的。优点：推力轴承损耗较小，装配方便，运行较稳定；缺点：上机架尺寸大，机组较高，消耗钢材多。转速在150r/min以上。悬式发电机伞式发电机特点：推力轴承设在定子下方，支承在下机架上，推力轴承好似伞把支承着机组的转动部分。优点：上机架轻便，可降低机组及厂房高度，节省钢材。缺点：推力轴承直径较大，易磨损，设计制造较复杂。转速多在150r/min以下。类型：1.普通伞式：有上下导轴承2.半伞式:有上导轴承，无下导轴承3.全伞式:无上导轴承，有下导轴承(1)普通伞式有上下导轴承。

发电机的传力方式为：机组转动部分的重量→推力头和推力轴承→下机架→机座。上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。(2)半伞式有上导轴承，无下导轴承。发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。(3)全伞式无上导轴承，有下导轴承。机组转动部分的重量通过推力轴承的支撑结构传到水轮机顶盖上，通过顶盖传给水轮机座环。

1）上导推力轴承抽水蓄能机组上导推力轴承结构大体上与常规机组没有太大区别。但有它的特点：a、由于机组发电工况与抽水工况转向相反，导瓦、推力瓦为双向进油，即所谓进油边有区别（同理，转子风扇也得考虑此因素）；b、由于机组发电工况与抽水工况转向相反，推力瓦支撑中心与推力瓦中心没有常规机组推力瓦的偏心距e值。即采用对称支撑结构；1）上导推力轴承c、部分进口机组导瓦、推力瓦表面不需要进行刮削处理；d、推力油循环多采用强迫油循环及外部冷却方式。设有油泵两台，互为备用，正常开机时，一台投入运行。推力油槽设外水冷却器e、推力轴承设有高压油顶起装置，一台直流注油泵和一台交流注油泵，当机组开机、停机达到一定转速运行时，自动投入推力注油泵运行，将高压油从推力瓦中心打入，顶起转子，形成油膜；f、推力轴承的轴瓦放在压缩弹簧上，利用弹簧吸收不均匀负荷，这种支撑没有偏心，在两个旋转方向都能形成很好的油膜。2、下导轴承下导轴承与常规机组无异。瓦间隙调整多用楔板调整，楔板斜度一般为∠1:50。下导底部设有双层环氧板组成的空腔，由于收集油雾。对于此类结构间隙调整注意事项：中心确定、架表监视、用小木锤将楔板均匀调整至下限、按设计间隙调整螺杆长度、螺母锁定。3、水导轴承水导轴承与常规机组无异。瓦间隙调整多用楔板调整，楔板斜度一般为∠1:50。对于此类结构间隙调整注意事项：中心确定、架表监视、用小木锤将楔板均匀调整至下限、按设计间隙调整螺杆长度、螺母锁定。水导轴承4