水力发电厂简介

水力发电厂简介水力发电是利用江、河、水库的势能也就是水位的落差来作功，推动水轮机转动再带动发电 机转动发电的。水轮发电机所发出的功率与上游的水头和单位时间所流过水轮机的水量乘正比的 因此，为了有效合理地利用自然能源，还需要我们不断的努力去改造自然来实现。在人与大自然 不断的的抗争中已经形成了多种形式的水利发电厂，下面我们就简单的介绍一下水力发电厂。（一）水力发电厂的特点 水力发电厂的水轮发电机组不但具有设备简单，操作灵活，易于实现自动化等特点，而且还 可以在几分钟内迅速启动投入运行等特点，这种快速反映的特点除了燃气轮机可以与之媲美外， 这是其它发电厂望尘莫及的。虽然燃气轮机的启动速度可以与之媲美，但是对于节约能源和对大 气的污染以及发电成本上，燃气轮机就摇显逊色了。在正常情况下水力发电厂的启动到带满负荷只需4-5分钟。在紧急情况下可缩短到1分钟左右 且增减负荷也十分方便灵活。因此，水轮发电机组通常可以承担电网的调峰，调频曾加电力网的 无功分量和事故备用等。其它发电厂虽然也可以承担上述任务，但是确存在着设备多，启动复杂 且时间较长，浪费能源等。但是水力发电厂的一次性投资大，工期长。（二）效率高、成本底 水力发电厂水轮机组生产效率较高，大、中型水力发电厂效率为80-90%，小型水电站一般为 60-70%，而火力发电厂的发电效率紧为35%左右。同时水力发电厂发电成本较底，一般为火力发 电厂的三分之一到四分之一，并且水力发电厂几乎不产生对环境的污染。（三）水力发电厂的基本型式a 、按集中落差方式的不同，水力发电厂可区分为堤坝式、引水式和混合式三种。 堤坝式水力发电厂又可按电厂厂房所处的位置的不同，分为坝后式、河床式和岸边式。1 、坝后式水力发电厂是由河道中拦河筑坝建水库，调节水的径流来集中水流落差，厂房 设在堤坝下游的坝处，有的设在坝内但不承受上游水的压力。2 、河床式水力发电厂适宜于建筑在河床宽阔、落差较小、流量大的平川河道上，其厂房和 堤坝一同担负着拦截水的作用。3 、岸边式水力发电厂厂房设在堤坝下游的岸边上，发电用的水通过隧道或者预埋的管道中 流入厂房内的水轮机。4 、引水式水力发电厂是在河道坡度陡峻或急转弯的山区河道旁，它是通过在河段上游筑坝 引水，用引水渠道、隧洞、压力水管等将水引到河段下游，用以集中落差发电的。5 、混合式水力发电厂的发电落差，一部分是靠堤坝蓄水来提高水位获得落差，一部分是利 用地形来修建引水工程来集中落差发电的。6 、抽水蓄能式水力发电厂是有两座水库（即上游一座水库下游一座水库）的调峰发电厂。 它是用压力隧洞或压力水管来连接水轮机的。它利用电网深夜的低谷负荷和节假日的多余电能， 从下游的水库往上游水库抽水蓄能。它正是利用了电不可存储而将电能转换成势能来存储的。当 电网的用电达到高谷时它就防水发电。7 、潮汐水力发电厂是利用海洋的潮汐落差发电的。在海湾口处筑坝建水库，将海弯与外 海隔开，涨潮时外高内低，落潮时内高外底，这样潮涨潮落都可以发电。b 、按水库蓄水的调节能力的不同，水力发电厂可分为径流式水电厂、日调节水电厂、周 调节水电厂、年调节水电厂和多年调节的水电厂。1 、径流式水力发电厂没有调节水库，上游来多少水就发多少电，发电能力只能随季节水量 的变化来控制，如遇丰水期还要大量的弃水，造成自然资源的浪费。2 、日调节水的水力发电厂有水库蓄水，但是库区容量较小，只能将一天的来水蓄存起来用 在当天的发电上。3 、周调节水的水力发电厂是将周休日一天的来水积存起来，然后平均在下一周的所有工作 日内来使用发电，这真是一日打柴，千日烧啊！4 、年调节水的水力发电厂的库区容量比较大，可以将一年的丰水期多余下来的水量存储下 来，而这些多余的存水就可以在今后的枯水期也照常发电。5 、多年调节水的水力发电厂具有比较稳定的发电水源和比较稳定的发电能力。在运行时同 样可以作为日调节和周调节来使用。能够充分的利用能源。（四）水力发电厂的构成 水力发电厂的构成主要有水源、拦水建筑物体、润滑系统、冷却系统、水轮机、水轮发电 机变压器、高压断路器、配电装置等组成。a、我们主要介绍一下水轮机 水轮机是一种将水的势能转换成机槭能的机器。以这种机器驱动发电机，便可使水能变为 电能这就是水轮发电机组。现代水轮机，按水流作用原理和结构特点可分为两类，一类是仅利用水流动能的称为冲击 式水轮机，另一类同时利用水流动能和势能的称为反击式水轮机。水轮机分类很多。1 、反击式 从上游水库引来的水，先流至引水室（蜗壳），然后经导向叶流入转轮叶片的弯曲形通道 水水流对叶片产生反作用力，使叶轮转动，此时将水能转换成机槭能，流出转轮的水经尾水管排 向下游。反击式水轮机主要有混流式、斜流式、轴流式，其主要区别在于转轮结构形式各有不同。（1）混流式转轮一般由12-20个流线型的扭曲叶片和轮冠、下环等主要部件组成，水流从辐 向流入，轴向流出，这种水轮机的适用水头范围较广，体积较小，造价较低，广泛用于高水头。轴流式又分螺浆式和转浆式，前者的叶片固定不动，后者的叶片可以转动。轴流式转 轮一般由3-8个叶片，转轮体、泄水锥等主要部件组成。这种水轮机的过水能力较混流式为大。 对于转浆式水轮机。由于叶片可随负荷改变其位置，因而在负荷变化很大的范围内，均具有较高 的效率。这种水轮机的抗气蚀性能与机槭强度均比混流式差，结构也较复杂，一般适用于10-80 米的低、中水头范围。（2）引水室的作用是使水流均匀地流入导水机构，减少导水机构的能量损失，以提高水轮 机效率。大中型水轮机水头在50米以上的，常采用圆形断面金属蜗壳。（3）导水机构，一般均匀布置于转轮外围，具有一定数量的流线型导叶片及其转动机构等 组成其作用在于引导水流均匀地流入转轮，并通过调节导叶开度，来改变水轮机的过流量以适应 发电机负荷调整变化的要求，全部关闭时也可起到封水的作用。（4）尾水管：由于转轮出口的水流还有部分剩余能量未被利用，尾水管的作用就是回收这 部分能量并将水排至下游。小型水轮机一般采用直锥型尾水管，效率高，但大中型水轮机由于尾 水管不可能挖的很深，因此均采用肘弯型尾水管。另外对于反击式水轮机中还有贯流式水轮机、斜流式水轮机、可逆式水泵水轮机等在这里 我们就不一一介绍了。冲击式水轮机：这种水轮机利用高速水流的冲击力使水轮机转动，最常见的为水斗式。 水斗式水轮机一般用于300米以上的高水头水电厂。其工作部件主要有导水管、喷嘴和喷 针、水轮及蜗壳等，在水轮的外缘装有许多坚固的勺型水斗。这种水轮机在负荷变化时其效率 变化较小，但过水能力受喷嘴所限，远比辐向轴流式小。为了提高过水能力，增大单机出力和 提高效率，大型水斗式水轮机已由横轴改为竖轴，由单喷嘴发展到多喷嘴。b 、辅助设备 （1）调速系统：是调整机组出力，控制设备转速的主要设备，其操作方法是操作导水机构 调整导叶方向以调节水轮机的进水量及进水方向，使水轮机的出力与发电机负荷随时平衡，从 而保持机组在额定转速下运行，来满足系统对频率稳定的要求，手动开停机及事故紧急停机，配 合自动装置合理分配机组负荷或自动开停机。水轮机的调速系统工作原理与火力发电厂的调速系 统相同。大中型水力发电厂的水轮机均采用自动调速器，常见的有机槭液压式和电气液压式，后者 动作迅速、灵敏、稳定、维修方便。（2）蝴蝶阀与快速闸门蝴蝶阀一般分别安装在水轮机蜗壳前的钢管上或压力引水管的进水口 处，当机组发生事故而导水机构又同时发生故障不能及时关闭时，可迅速关闭蝴蝶阀或快速闸门 ，来紧急停机，避免事故扩大。在停机或检修时将其关闭，还可减少漏水及确保工作安全。c 、水轮发电机 （1）水轮发电机与汽轮发电机相比，其特点有转速底：由于水头所限，一般均在750转/分以下，有的每分钟只有几十转/分。极数多：因为转速底，为了达到50HZ/S的电能要求，就需要增加磁极对数，以使定子线圈的 磁场每分钟仍能变化50次。结构尺寸和重量都较大：一方面由于转速较底，另一方面当机组发生甩负荷时，为了避免产 生强大的水锤而造成钢管破裂，要求导叶紧急关闭时间较长，但这又会引起转速上升过高，因此 要求转子要具有较大的重量。水轮发电机一般采用竖轴。为了减少占地，来降低厂房的造价。所以在大中型水轮发电 机组中，一般都采用竖轴。（2）水轮发电机的主要组成部件 水轮发电机主要有定子、转子、推力轴承、上下部导轴承、上部下部机架、通风冷却装置、 制动装置、及励磁装置等组成。定子：是产生电能的主要部件，它是由线圈、铁芯和本体等组成。由于大中型水轮发电机的 定子直径很大，为了便于运输，一般是分解运输的。转子：是产生磁场的旋转部件，由支架、轮环、磁极和励磁线圈等组成。 推力轴承：它是承受机组转动部分总重和水轮机轴向水力推力的部件。冷却系统： 在大中型水轮发电机组中，一般均采用空气冷却，发电机内部的热风通过均布于定子机壳外 的空气冷却器冷却后，再重新送入发电机。但近年来随着机组容量不断的扩大，现在已有定子水 内冷的机组在投入使用。励磁装置及其发展趋势与火力发电厂基本相同。