水电站成套机电设备基础讲座

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水电站成套机电设备根底知识讲 座,奚家那么,2021年1月,长 沙,2,目 录,1.水力发电根本知识,水电站成套发电设备的组成,水轮机、调速器和进口阀,水轮发电机和励磁系统,水电站辅助机械设备,水电站辅助电气设备,主变压器,升压站高压开关设备,我国主要水电设备制造厂,3,.水力发电根本知识,1.1,中国水力资源,1.2,水力发电原理和装机容量,1.3,水电站装机容量和利用小时数,1.4,水电站保证出力和最大工作容量,1.5,水电站类型,1.6,抽水蓄能电站工作原理,4,1.1,中国水力资源,总水能蕴藏量 69440万kW 年电量 60829亿kWh,技术/经济可开发装机容量 54164/40180万kW,技术/经济年发电量 24740/17534亿kWh,水电装机容量,1949年 16.0 万kW 2021年 19700.0 万kW,水电年发电量,1949年 70.0 亿kWh,2021年5127.0 亿kWh,全国江河水力资源技术可开发量排序前三位为：长江流域,25627,3,万千瓦，雅鲁藏布江流域,6785,万千瓦，黄河流域,3734,3,万千瓦，分别占全国技术可开发量的,47,、,13,和,7,5,1.2,水力发电原理和装机容量,*,水从上游高水位经过水轮机,流向下游水位时，以所具有的,流量和落差做功，推动水轮机,旋转，带动发电机发出电力。,利用水流的流量,Q,和落差,H,发电。,*发电功率计算公式：,P = 9.81HQ ( 1.0 ),式中：,P,水轮发电机发出的功率,kW,；,H,上下游水位的落差，即水头,m,；,Q,流过水轮机的流量,m3/s,；,引水系统、水轮机和发电机的总效率。,6,*,发电量计算公式：,E = P h,式中：,E,水电站年发电量,kWh,；,P,水电站装机容量,kW,；,h,水电站的年利用小时数,(,通常为,3000-5000h),7,水电站装机容量是水轮发电机组额定功率的总和。通常就是水电站能够发出的最大出力。水电站装机容量的大小决定于电力系统的负荷特性、水电站的能量指标、水库的调节性能、水电站在系统中的地位及作用以及水电站本身的经济技术指标等。,水电站年利用小时数：年利用小时数视水能资源情况、在电力系统中的地位和任务、装机容量的大小等来确定；各国水电站的年利用小时数相差很大，通常范围为2,0007,000h，正常在3,5005,500h之间。,例如，长江葛洲坝水电站装机容量万千瓦，多年平均年发电量亿度，年利用小时为5190h。,三峡水电站装机容量为1820万千瓦，年平均发电量847亿kWh，年利用小时约4650h不包括左岸地下厂房内的装机容量。,1.3,水电站装机容量和利用小时数,8,1.4,水电站保证出力和最大工作容量,水电站保证出力：水电站在枯水期保证发出相应于设计保证率的平均出力功率。它是确定水电站装机容量的最主要依据之一。,设计保证率根据电力系统中水电容量所占的比重来估算，通常为80 98%水电比重越大，要求设计保证率越高。,装机容量总是数倍于水电站保证出力，其倍数约为4倍。例如，长江葛洲坝水电站装机容量为万千瓦，保证出力为万千瓦，那么其倍数为 倍。,水电站最大工作容量：根据保证出力以及水电站在负荷图上的工作位置来确定。水电站最大工作容量是水电站系统最大负荷时所能承担的最大出力。,9,1.5,水电站类型,按利用能源种类分为：,* 常规水电站,* 抽水蓄能电站,* 潮汐电站,* 波浪能电站等。,常规水电站：,* 按水头集中方式：坝式水电站、引水式水电 站和混合式水电站,* 按水库调节性能：多年调节、年调节、季调节、周调节、日调节径流调节、不调节的径流式等,* 按单站装机容量大小：250MW及以上为大型，250MW以下至25MW为中型，小于25MW为小型,10,1.6,抽水蓄能电站工作原理,原理：利用电力系统低谷负荷时的剩余电力抽水到高处蓄存，机组以水泵/电动机工况运行；在顶峰负荷时放水发电，机组以水轮机/发电机工况运行的电站。,为电力系统提供调峰容量。,调节性能：日、周、年；,电站综合效率：发电量,与抽水的耗电量之比，一般,为；,运行时间：按电力系统要求；,例如：每日发电4小时，,抽水6小时。,抽水,发电,日运行过程,负荷,24h,0,11,2.,水电站成套发电设备的组成,12,2.,水电站成套发电设备的组成,水轮机、调速器和进口阀；,发电机和励磁系统；,主变压器；,电站辅助机械设备；,电站辅助电气设备；,升压站高压开关设备；,大坝和进水口辅助设备；,尾水闸门及其起重设备等。,为了保证水轮发电机组平安、稳定、可靠运行，一座水电站通常包括以下主要机械和电气设备，组成一个完整成套发电设备和系统，投入电网运行。,成套设备组成,13,2.2,机电设备布置,主厂房,发电机层：发电机机旁盘、调速器和油压装置、进口阀、桥式起重机厂房顶部。,母线层：发电机、发电机引出线、发电机中性点设备、励磁变、发电机消防设备、电缆等。,水轮机层：水轮机、冷却供水系统、电缆。,尾水管层：尾水管、进人门、排水系统水泵室。,2. 安装场,组装机组主要部件，如：定子、转子、机架、转轮等。,安装场下层通常布置压气机室、透平油库等。,14,3. 副厂房,通常布置中央控制室、交流和直流供电系统、通信室、通风和空调室、厂用变压器等。,4. 变压器场和开关站,通常布置主变、高压电气设备断路器、隔离开关和接地开关、电流和电压互感器、避雷器等、高压母线、母线构架、导线绝缘子、出线铁塔等。,15,国外,2x110MW,水电站图例,-,厂房横剖面图,16,国外,2x110MW,水电站图例,-,厂房纵剖面图,17,国外,2x110MW,水电站图例,-,厂房平面图,18,国外,2x110MW,水电站图例,-220kV,开关站平面布置图,19,3.,水轮机、调速器和进口阀,20,3.1,水轮机,1.,工作原理,水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械 。,上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。,水轮机输出功率的,计算公式如下：,Q,其中：,P,水轮发电机发出的功率,kW,；,H,上下游水位的落差，即水头,m,；,Q,流过水轮机的流量,m3/s,；,水轮机的效率,水头,H,越高、流量,Q,越大，水轮机的效率,越高，,输出功率也就越大。,21,2.,水轮机的分类和适用水头,水轮机分类,还击式水轮机：混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机,冲击式水轮机：水斗式、斜击式和双击式水轮机和冲击式水轮机,立式混流式,立式轴流式,斜流式,灯泡贯流式,卧式混流式,轴伸贯流式,水斗式,双击式,22,适用水头,还击式水轮机：,混流式水轮机 20700m,轴流式水轮机 380m,斜流式水轮机 25200m,贯流式水轮机 125m,冲击式水轮机：,水斗式水轮机 3001700m大型， 40250m小型,斜击式水轮机 20300m,双击式水轮机 5100m 小型,根据工作水头、比转速ns等来选择水轮机的型式。,23,3. 水轮机的根本工作参数,主要有水头H、流量Q、出力P、效率、转速n。,特征水头H：,最大水头Hmax： 允许水轮机运行的最大净水头。,最小水头Hmin： 水轮机平安、稳定运行的最小净水头。,加权平均水头Ha：水轮机所有水头的加权平均值。,额定水头Hr： 水轮机发出额定出力时所需要的最小净 水头。,流量Q：单位时间内通过水轮机某一既定过流断面的水流体 积，常用的单位为m3/s。,转速n： 水轮机转轮在单位时间内的旋转的次数，常用单位 为r/min。,出力P：水轮机轴端输出的功率，常用单位kW。,效率：水轮机的输入功率和输出功率之比称为水轮机的效 率。,24,4.,水轮机的特性曲线,常用的水轮机特性曲线：,水轮机模型综合特性曲线；,水轮机运转特性曲线；,水轮机飞逸特性曲线等。,混流式水轮机模型特性曲线,水轮机运转特性曲线,25,混流式水轮机模型特性曲线实例,26,水轮机飞逸特性曲线例如,27,混流式水轮机运转特性曲线实例,28,目前，国内和国际上也通行分别以流量,Q,和水头,H,作为纵、横坐标来表示水轮机运转特性曲线,水轮机运转特性曲线,纵坐标为流量,Q,横坐标为水头,H,流量,Q,水头,H,29,5.,水轮机的主要结构,还击式水轮机的主要结构部件：,蜗壳、 座环、 导水机构、 顶盖、 转轮、 主轴、 导轴承、 底环、 尾水管等。,三峡电站水轮发电机组模型照片,30,混流式水轮机剖面图 例如,31,Spiral Casing,Main Shaft,Turbine Guide Bearing,Gate Operating Mechanism,32,Stay Ring,Turbine Runner,Draft Tube,33,水轮机主要结构部件图,34,6.,水轮机的工厂试验,包括,:,：水轮机模型试验和验收，水轮机工厂试验检查和出厂验收等,.,1水轮机模型试验和验收,水轮机模型验收试验，应按IEC601931999?水轮机模型验收试验国际规程?或GB/T156131995?水轮机模型验收试验规程?进行。,模型试验的主要工程有：,1水轮机效率试验,2水轮机空蚀限制试验,3压力脉动试验,4飞逸转速试验,5压力脉动试验,6蜗壳差压测流试验Winter/Kennedy Test,7模型尺寸检查,35,模型验收试验的主要目的是对厂家提出的模型试验报告进行检查和验证 。,将模型试验结果换算成相应原型工况的数值，如其结果满足合同规定的效率、压力脉动等保证值，那么通过验收。,如果模型验收试验结果转换成原型特性不满足效率、压力脉动等保证值，厂家应修改模型，并重新进行试验；也可以按照合同规定进行违约罚款(SREPOK 3: 每0.1%,USD 180000)。,对于小型水轮机也可考虑采用完全相似的、已验收并在电站成功运行的模型水轮机作为验收依据，代替模型试验验收，这样可以节省工期和费用。,自动生成的试验图表,36,2水轮机模型试验台,在中国主要有：,中国水利水电科学研究院水力机械试验室，可进行国际验收试验和仲裁试验如：三峡转轮模型试验,哈尔滨电机厂有限责任公司水轮机试验室；,东方电机股份水轮机试验室。,高水头模型试验台,37,2水轮机工厂试验,对主要部件如：蜗壳、转轮、主轴、接力器、导轴承、顶盖等应进行检查、操作和试验。,主要检查和试验工程：,1材料检验；,2焊接检查；,3无损探伤；,4压力试验；,5尺寸检查,6工厂组装；,7动作试验；,8转轮静平衡试验等。,38,7.,水轮机现场试验,1安装过程中的试验和检查：,按照中国规程GB 8564-1988 ?水轮发电机组安装技术规程?及合同规定进行试验和检查。,主要有：,管路压力试验；,主轴盘车检查等。,2机组试运行,按照中国标准DL/T507-2002?水轮发电机组起动试验规程? 进行。,主要工程：,启动试验运行前的检查；,机组充水试验；,机组空载试验；,机组并列及负载试验；,机组72小时带负荷连续运行试验；,机组30天考核试运行试验。,试验合格机组可正式投入电网进行商业运行。,39,8.,水轮机的性能保证,水轮机性能保证工程主要有：,1运行水头范围保证；,2水轮机输出功率保证；,3水轮机效率保证；,4空蚀保证；,5尾水管压力脉动值；,6调节保证值；,7机组振动；,8噪声保证；,9飞逸转速试验；,10可靠性指标。,40,9.,水轮机常用技术标准,中国标准：,GB/T 156131995 ?水轮机模型验收试验规程?,GB/T 154691995 ?还击式水轮机空蚀评定?,GB/T 109691996 ?水轮机通流部件技术条件?,GB/T 154681995 ?水轮机根本技术条件?,GB 8564-2003 ?水轮发电机组安装技术标准?,DL/T 4431991 ?水轮发电机组设备出厂检验一般规定?,DL/T 507-2002 ?水轮发电机组启动试验规程?,GB/T 21718-2021 ?小型水轮机根本技术条件?,SL 397-2007 ?整装微型水轮发电机组?,GB/T 22140-2021 ?小型水轮机现场验收试验规程?,41,IEC标准：,IEC 601931999?水轮机、蓄能泵、水泵水轮机模型验收试验国际规程?,IEC 60041-1963?水轮机现场验收试验国际规程?,IEC 600545-1976?水轮机验收、运行和维护导那么?,IEC 4481987?水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水,力性能现场验收试验国际规程草案?,IEC6091978?水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空,蚀损坏评定标准?,42,2.2,调速系统,概述,1调速系统的任务,不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速频率在额定转速频率的规定范围内。,2调速器工作原理,以机组转速偏差为依据，调节导叶开度，到达改变出力、保持转速稳定的目的。,3常用的调速器类型,主要有：手动调速器 、自动调速器电气液压型调速器 、微机调速器,43,2.,调速器组成,调速器主要有调速柜、油压设备、接力器等设备组成。,中小型水轮机调速器将这三局部组合成一个整体，称为组合式，运行方便。,大中型,中小型,44,3.,典型的液压系统图,GSLT-3000调速器液压系统图,调速功为3000kgm，12MPa高油压数字阀,45,用于,15MW,混流式水轮发电机组的调速器,46,4.,调速器常用技术标准,中国标准：,GB 9652.1-1997?水轮机调速器与油压装置技术条件?,GB 9652.2-1997?水轮机调速器与油压装置试验验收规程?,GB 8564-1998 ?水轮发电机组安装技术规程?,IEC标准：,IEC 60308?水轮机调速系统试验国际规程? International code for speed governing system for hydraulic turbines,47,2.3,进口阀,1 . 概述,为了防止事故扩大、检修或较长时间停机在水轮机前需设置阀门 。,当一根钢管分叉向几台机组供水或压力引水管很长时，一般也需在水轮机前设置阀门。,作用,1在水轮机检查、大修时阻断水流；,2水轮机停机时减少机组漏水量；,3当导水叶失灵时，关闭进口阀防止机组飞逸。,48,主要包括：闸阀、蝴蝶阀、球阀,3.,主要类型,重锤式液压型卧轴蝶阀,闸阀一般用于小型机组 ；,重锤式蝴蝶阀比较通用；,球阀通常用于高水头机组 。,操作方式有：,手动、电动、油压和水压等,4,种。,重锤式蝴蝶阀和球阀，开启时采用油压或水压，关闭时依靠重锤自行关闭，动作可靠，关闭时间可调，目前广泛采用。,49,D2300 1.6MPa Hydraulic Controlled Butterfly Valve,50,4.,水轮发电机和励磁系统,51,4.1,水轮发电机,1. 工作原理,水轮发电机是用水轮机驱动，将机械能转化为电能的交流同步发电机。它利用电磁感应原理将机械能转换为电能。,2. 水轮发电机的分类,1按转轴的布置型式：立式布置和卧式布置,2立式水轮发电机： 分为悬式和伞式,3悬式水轮发电机：,普通伞式上、下导轴承分别位于上、下机架 中。,半伞式只有上导轴承，无下导轴承。,全伞式只有下导轴承，无上导轴承。,52,a),悬挂式发电机,b),普通伞式发电机,c),半伞式发电机,d),全伞式发电机,53,3.,水轮发电机的主要参数,发电机的主要参数如下：,1额定容量；,2有功功率；,3 定子电压U和定子电流；,4发电机额定功率因数；,5发电机效率；,6短路比；,7发电机转动惯量,8同步电抗；,9励磁电压和励磁电流等。,河龙水库电站水轮发电机组,54,4.,水轮发电机的主要结构,水轮发电机由定子、转子、轴承、机架等主要部件及励磁、冷却、制动、测量、灭火等辅助装置组成。,定子：由定子机座、铁芯、绕组和空气冷却器等组成。,转子：由大轴、转子支架、磁轭、磁极和制动环等组成。,轴承：有推力轴承和导轴承。,机架：上机架和下机架；用于安置推力轴承、导轴承和其他 部件。,55,SF15-16 / 4250,型立式水轮发电机外形尺寸图,56,定子,Stator,转子,Rotor,SF15-16/4250,型水轮发电机,57,上机架、推力轴承和导轴承,Upper Bracket & Thrust and Guide Bearing,下机架和下导轴承,Lower Bracket & Lower Guide Bearing,58,5.,水轮发电机的冷却,通常采用空气作为冷却介质对定子、转子绕组以及定子铁芯进行冷却。,大局部水轮发电机采用空气冷却器冷却的密闭自循环冷却方式；小型水轮发电机也有采用开启式或管道式通风方式。,SF15-16/4250,发电机空冷器布置,Layout of Air Coolers for SF15-16/4250 Generator,59,6.,水轮发电机的工厂试验,主要检查和试验工程有：,1材料检验；,2焊接检查；,3尺寸检查；,4耐压试验；,5工厂组装检查；,6硅钢片的磁化特性和损耗试验；,7定子线圈试验；,8转子磁极试验等。,雇主或买方有权派出其代表参加某些工厂试验检查工程，并进行见证试验 。,60,7.,水轮发电机的现场试验,按照中国标准GB 8564-1988 ?水轮发电机组安装技术规程?、DL/T 507-2002?水轮发电机组起动试验规程?及合同规定，在安装过程中或安装完成后对发电机应进行现场试验和检查，包括试运行试验等。,主要工程有：,1机组高程检查以及机组轴线校正试验；,2空气冷却器、油冷却器、管路等的耐压试验；,3定子、转子的电气试验；,4发电机制动系统的检查；,5发电机冷却水系统检查；,6短路特性试验；,7空载特性试验；,8轴电压试验；,61,9相序试验；,10过速试验；,11轴承温度测定；,12振动、摆度测定；,13甩负荷25%、50%、75%、100%额定负荷试验；,14带负荷试验；,1572小时连续带负荷运行试验；,1630d考核性运行试验。,经过上述试验合格后，机组可交接验收，正式投入电网进行商业运行。,62,8.,水轮发电机的性能保证,发电机性能保证工程主要有：,1出力保证；,2效率保证；,3温升；,4温升；,5振动；,6噪声；,7其他保证等。,63,9.,发电机常用技术标准,中国标准：,GB/T 7894-2001?水轮发电机根本技术条件?,GB 8564-1998?水轮发电机组安装技术规程?,DL/T 4431991?水轮发电机组设备出厂检验一般规定?,DL/T 507-2002?水轮发电机组启动试验规程?,IEC标准：,IEC 60034-2A?用量热法测定损耗?,IEC 60034-1 to 10?旋转电机?,64,4.2,励磁系统,1.,励磁系统的功能,励磁系统的主要功能是给水轮发电机转子绕组提供电流以建立磁场。通常均采用直流电流建立磁场。,励磁系统的主要作用是：,1供给同步发电机励磁电流，调整励磁电流。,2提供强行励磁，提高电力系统稳定性。,3对发电机进行强制减磁，限制过电压。,4发生短路时，进行灭磁。,5对多台机组运行时，分配发电机无功功率。,2.,主要励磁参数,主要的励磁参数包括：,1励磁装置额定容量；,65,2励磁装置额定电压；,3励磁装置顶值电压；,4发电机空载励磁电压；,5发电机满载励磁电压；,6发电机空载励磁电流；,7发电机满载励磁电流；,8励磁装置电压响应时间等。,10MW,以下发电机组用励磁设备,10-100MW,机组用励磁设备,66,3.,常用技术标准,中国标准：,GB/T7409.3-1997?大、中型同步发电机励磁系统技术要求?,DL/T370-2000 ?进口水轮发电机(发电/电动机)设备技术标准?,DL/T583-1995 ?大中型水轮发电机静止可控硅励磁系统及装置 技术条件?,IEC标准：,IEC60034-16-1(1991) ?Excitation system for synchronous machines, Chapter 1 Definitions?,IEC60034-16-2(1991)?Excitation system for synchronous machines, Chapter 2 Models for power system studies?,IEC60034-16-3(1991)?Excitation system for synchronous machines, Chapter 3 Dynamic performances?,67,5.,水电站辅助机械设备,68,5.1,冷却供水系统,1.,用途,冷却供水系统用于发电机空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、油压装置回油箱冷却器、空气压缩机水冷却器、变压器的水冷却设备等。,2.,供水方式及布置型式,供水方式主要有：,1自流供水方式。适用于1580m水头的水电站。,2水泵供水方式。适用于水头大于100m或小于15m的水电站。,3混合式供水方式。适用于水头变幅较大的水电站。,供水系统布置型式，主要有：,1单元供水系统,2集中供水系统。,主要设备有：水泵、滤水器、阀门、管道、以及控制仪表等。,69,单元自流供水系统示意图,70,4.2,机组检修排水和电站渗漏排水系统,1机组检修排水系统 Dewatering system,水轮机检修时排出排出尾水管、转轮室、蜗壳、压力管道等处在尾水管以下部位的积水和来自快速闸门、进口阀、尾水闸门的漏水。,2电站渗漏排水系统 Drainage system,排除厂房渗漏水，主要包括厂房水工建筑物的渗水、厂内各种设备弃水和漏水。,上述排水系统采用的主要设备为水泵和水位控制仪表等，如：卧式离心泵、深井排水泵、潜水泵等。,71,排水系统示意图,72,4.3,压缩空气系统,1用途,主要为电站设备提供运行所需压缩空气，由压缩空气机、储气罐、供气管道、测量及控制元件、用气设备等组成。,一般分为低压压缩空气系统和高压压缩空气系统。,2电站主要用气工程,-,水轮发电机制动用气；,-,机组调相充气压水及补气；,-,维护检修用气；,-,水轮机主轴检修密封及进口阀空气围带用气；,-,水轮机强迫补气等。,低压压缩空气系统的压力通常为。,高压压缩空气系统的压力通常为、,4MPa,、,6MPa,等。,73,电站压缩空气系统图,主要设备：压气机、储气罐、控制柜等。,典型的水电站压缩空气系统示意图,74,Compressed air for generating units,Compressed air for governor pressure system,75,4.4,电站油处理和储存系统,1油系统的作用,水电站油系统主要是为了满足水电站机电设备的用油、排油要求。一般水电站油系统具有透平油系统、绝缘油系统和油化验等3个局部。对于小型水电站通常只设透平油系统。,2透平油系统,主要为水轮发电机组的各轴承提供润滑油，为水轮机调速器、进口阀的油压装置提供操作用油。,透平油系统的设备主要有：滤油机、油罐、油泵及管路系统等。,3典型的油系统示意图,76,典型的油系统示意图,77,78,5.,水力监测系统,水电站水力监测系统，主要包括：,1上、下游水位及电站毛水头；,2水轮机的净水头；,3拦污栅前后水位差；,4水轮机流量测定；,5顶盖压力；,6水库水温及机组冷却水温等。,水位测量主要采用遥测水位计、压差传感器等。水轮机流量采用蜗壳差压计、超声波流量计等测定。,79,某水电站水力测量系统原理图,80,6.,厂房起重设备,1 用途,用于安装和检修机组及其辅助设备。,常用桥式起重机，其工作参数主要包括：,额定起重量、跨度、运行机构运行速度、起升机构起,升速度、工作制等。,2 桥式吊车的选择,主要参数：最大起重量和跨度。,-,最大起重量：发电机转子带轴、水轮机转轮带轴、主变压器,(,主变需要在厂内检修,),。,-,跨度：应满足下部块体结构中的设备布置和发电机层内设备起吊的要求。,81,6.,水电站辅助电气设备,82,5.1,发电机电压配电装置,发电机电压配电装置为发电机主引出线至主变低压侧及发电机中性点引出线的全部发电机电压设备。主要包括：发电机电压引出线、发电机电压开关柜、发电机出口和中性点设备、厂用变压器等发电机电压设备。,1 发电机引出线,可采用高压电缆、电缆封闭母线Cable enclosed bus duct、共箱封闭母线Non-segregated phase enclosed bus duct、隔箱封闭母线Segregated phase enclosed bus duct和离相封闭母线Isolated phase enclosed bus duct等。,对于小型水电站，隔箱封闭母线和共箱封闭母线使用比较广泛。,83,2 发电机出口开关设备,水轮发电机机端输出电压通常采用、,18kV,。对于小型水轮发电机一般选用、。,根据发电机输出端接线要求设置发电机电压开关柜。,设置发电机出口对提高运行可靠性、操作灵活性有利；同时也方便机组检修和调试。但初期费用加大。,图示为一座装机容量为,35MW,，装设,2,台,17MW+1,台,1MW,水轮发电机组的水电站主接线图。发电机输出电压为，每台发电机出口均装设,KYN28A-12,中置式高压开关柜。,3 -12kV,开关柜,真空断路器,84,SREPOK 3,主接线图,85,17MWx2+1MW,三台机组水电站主接线图,86,5.2,厂用变压器,目前生产的厂用变压器有油浸式和干式两种 ；由于干式变没有爆炸和火灾漫延的危险，布置灵活、维护方便，目前得到广泛应用。,5.3,厂用交流和直流设备,1厂用交流供电电源,向水轮发电机组和主变压器的附属设备、全厂生产辅助设备、厂坝区公用设施以及空调通风和照明负荷供电的电源。,通常采用由发电机主引出线引接厂用电源变压器的方式。,厂用电源的供电电压一般为交流,400/230V,。,87,作为全厂控制、保护、操作、自动装置、逆变电源装置的电源，在事故情况下，确保电厂平安运行。,厂用直流电源主要来自蓄电池组。直流控制电源的额定电压一般采用220V、110V。小型水电站通常采用110V。,一般采用铅酸蓄电池和碱性蓄电池。,2厂用直流供电电源,88,5.4,电站计算机控制系统,1概述,利用计算机对水电站生产过程进行自动监测和控制。,计算机系统通过输入/输出I/O过程通道，取得电气量、非电量和状态量等的实时数据，经运算分析，实现对水电站主要设备的调节和控制。,也可实现和电网调度中心的数据交换 以及实现人机对话等。,计算机监控系统进一步提高了水电站的平安运行性能、发送电能的质量和运行经济效益。,89,2 计算机监控系统配置原那么和结构,目前，在中国水电站监控系统按“无人值班少人值守的要求以全计算机监控方式进行总体配置，不再重复配置常规设备。,水电站计算机监控系统结构通常有两种模式，即集中式与分层分布式。目前通常采用分层分布式结构。,分布式结构系统一般分为两局部，即中央控制层或称电站层和单元控制层或称现地控制层。,90,17MWx2+1MW,三台机组水电站监控系统结构图,91,该水电站装机容量为35MW，并为梯级开发的一级电站，主厂房内装有2台17MW混流式水轮发电机组称为“大机组和1台1MW卧式水轮发电机组称为“小机组。,该水电站监控系统是一套以光纤以太网为根底的分层分布式开放系统。系统设备总体上分为电站层和现地控制层。,电站层由主工作站1套、备用工作站1套及通信工作站1套等组成。,现地控制层由机组LCU 3套、公用设备LCU 1套、网络设备5套以及软件等组成。对3台水轮发电机组、2台主变压器、4回110kV出线、2台厂变、2台坝区变、1台近区变及其他辅助设备进行监视和控制。,网络结构为100Mbps光纤以太环网结构，各LCU通过以太网络与上位机相联。,电站系统可以与梯级电站监控中心网络接口。,92,5.5,应急柴油发电机组,柴油发电机组为电站提供必要的备用辅助电源，在主系统故障期间，其他厂用电源可能失去，在这样的情况下，柴油发电机组应向必要的辅助系统供电。,应急柴油发电机的工作有两个特点：,1作为应急用，连续工作的时间不长，一般只需要持续运行几小时12H；,2作为备用，应急发电机组平时处于停机等待状态，只有当主用电源全部故障断电后，应急柴油发电机组才起动运行供给紧急用电负荷，当主用电源恢复正常后，随即切换停机。,93,5.6,电站通信系统,电站的对外通信分为系统通信及厂内通信。,系统通信常采用光纤通信、电力载波通信和市话通信等方式，以确保和系统之间通道的可靠。,厂内通信包括厂内生产管理和调度通信，以及对外通信。厂内生产管理和调度通信通常采用数字式程控交换机 ；对外通信可采用用户交换机的中继方式 。,5.7,工业电视监控系统,水电站通常设置一套工业电视系统，对各监视点进行定点监视，并将实时画面数据送至工业电视监控主机上进行发布。,工业电视监视系统选用全数字监控设备，由户内摄像机、户外摄像机、视频切换矩阵、数字硬盘录像主机、视频分配器、红外报警探头、电线电缆等组成。,94,7.,主变压器,95,1.,功能,主变压器是利用电磁感应原理将水轮发电机发出的电能由发电机电压大电流转化为较高电压小电流传输至电力系统，可大大减少电力远距离输送的损耗，系水电站的主要电气设备之一。,中小型水轮发电机的输出电压一般为及以下、等。中国电网的电压等级，农村电网为10kV及以下、主干电网为35kV及以上、区域式电网为110kV、高压输电电网为220kV、超高压输电电网为330kV、500kV、750kV等。,主变压器的低压侧电压为水轮发电机输出额定电压，主变高压侧电压为连接电网的额定电压。,2.,主变压器分类,按照相数分：三相变压器和单相变压器,按照绕组分：双绕组变压器和三绕组变压器,96,SF10-20000/110,型升压变压器,97,油浸式电力变压器的冷却方式：,1自然油循环自然冷却油浸自冷式；,2自然油循环风冷油浸风冷式；,3强迫油循环水冷却；,4强迫油循环风冷却。,50MVA,110kV,主变,2.,主变压器分类,按照相数分：三相变压器和单相变压器,按照绕组分：双绕组变压器和三绕组变压器,98,5.,主变压器性能保证,1温升：在正常运行工况下，变压器油和绕组的最高温升不能超过规定值；,2效率：在额定负载、额定电压和额定功率因素运行时，变压器的效率不能小于规定值；,3.,主变压器的主要参数,额定容量kVA；额定电压kV；额定电流A；额定频率Hz；额定温升K；电压变比；短路电压%；空载电流%；空载损耗W；负载损耗W等。,4.,正常使用条件,油浸式变压器正常使用条件：,-,海拔不超过,1000m,户内或户外,-,最高环境气温,+40,最高日平均温度,+30,-,最高年平均温度,+20,最低气温,-25,99,6.,常用技术标准,中国标准：,GB/T 6451 -2021?油浸式电力变压器技术参数和要求?,GB/T 1094 -2003?电力变压器?,IEC标准：,IEC 60076 ?Power Transformers? 电力变压器,IEC 60156 ?Insulating liquids - Determination of the breakdown voltage at power frequency -Test method?绝缘液体.电源频率击穿电压 的测定,IEC 60085 ?Electrical Insulation Thermal classification?,电绝缘的热评定和分类,3空载损耗：在空载运行情况下，变压器的损耗不能超过保证值；当超过保证值时，应根据实测值与保证值之差按每千瓦相应的罚金进行罚款(SREPOK 3- USD 1500/kW)；,4负载损耗：在额定负载、额定电压和额定功率因素运行时，变压器的损耗不能超过保证值；当超过保证值时，应根据实测值与保证值之差按每千瓦相应的罚金进行罚款(SREPOK 3- USD 3200/kW ；,5噪声：变压器在额定工况下运行，其噪声不能超过规定值。,100,8.,升压站高压开关设备,101,水电站升压变电站配置的主要电气设备有高压开关柜、断路器、隔离开关、避雷器、电压互感器、电流互感器等。,开关站升压变压器高压侧接线图,102,开关站平面图,103,开关站剖面图,104,1.,高压断路器,当系统正常运行时,它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流；当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。,少油断路器：,利用绝缘油作为灭弧介质。主要用于,10 220kV,电力系统中小型发电站和变电站。户内型主要用于,10 35kV,开关柜中。,SF6,断路器：,采用,SF6,气体作为灭弧介质的气气吹式断路器，灭弧性能好，介质强度高，适用电压达,550kV,。户内式,SF6,断路器适用于中压开关柜内，户外式分为瓷柱式和罐式。,真空断路器：,真空断路器适用于,3 35kV,户内电气装置，以真空作为绝缘及灭弧介质。,105,2.,高压隔离开关,主要功能是：保证高压电器及装置在检修工作时的平安，起电路间隔离的作用。隔离开关只能分合无载电路，不具有灭弧功能。,隔离开关分为户内、户外式：,户内隔离开关多用于35KV及以下电压等级的配电装置；户外隔离开关多用于35KV以上的系统。,按有无接地刀闸，可分为带接地刀闸和不带接地刀闸隔离开关两种。,106,3.,电流互感器和电压互感器,1 电流互感器,电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。,107,2电压互感器,电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。,电压互感器的主要参数：,额定一次电压：作为互感器性能基准的一次电压值。,额定二次电压：作为互感器性能基准的二次电压值。,额定变比：额定一次电压与额定二次电压之比。,负荷值VA：根据二次回路的阻抗选定。,准确级：根据电力系统使用要求选定。,108,4.,避雷器,用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。,当过电压值到达规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。,避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。,保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。,阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电站和发电厂的保护。,109,9.,我国主要水电设备制造厂,110,1.,水轮发电机组主要厂家,- 哈尔滨电机厂,- 东方电机制造,- 天津阿尔斯通,- 上海希科,- 四川东风电机厂,- 福建南电股份,- 杭州杭发集团公司,- 浙江金轮机电实业,- 昆明电机厂,- 重庆发电设备制造,- 南宁发电设备总厂,- 浙江乐清机械厂,- 浙江临海机械等,111,2.,调速系统生产厂家,-武汉三联水电控制设备,-武汉长江控制设备研究所,-武汉万事达设备等,3.,励磁系统生产厂家,4.,主变压器生产厂家,5.,控制和保护系统生产厂家,112,谢 谢！,