第六章 水电站的布置形式及组成建筑物
第六章水电站水利枢纽概述
第一节 概 述
一、坝式水电站水利枢纽 二、引水式水电站水利枢纽
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一、坝式水电站水利枢纽
1、坝式水电站水利枢纽分为坝后式和河床式。 2、其主要建筑物有挡水、泄水建筑物和水电站厂房， 另外为满足综合利用要求还可能有通航、灌溉取水、工 业取水、鱼道及筏道等建筑物。 3、其主要特点是水头由挡水建筑物来集中，建筑物集 中布置在河床中，互相影响较大，必须合理安排。
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有压引水式水电站水利枢纽示意图
1、有压引水式水电站水利枢纽由三个部分组成： 1）首部枢纽：其组成建筑物有拦河坝和有压进水口； 2）有压引水隧洞； 3）厂区枢纽：包括调压室、压力水管、电站厂 房及尾水渠。
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无压引水式水电站水利枢纽示意图
实例
意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成，坝 顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽22.7m，最大坝高 265.5m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。1963年10 月9日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左岸靠坝的上游 发生大体积岩石滑坡，近3亿m3的滑坡体以40 m/s的速度 滑入水库并冲上右岸，掀起150m高的涌浪，涌浪溢过坝顶 ，冲向下游，致使2600人丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝 肩附近的坝内发生二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受 住相当于8倍设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能 力。 2020/4/10
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一、溢流坝
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二、河岸溢洪道
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小浪底水电站
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水电站建筑物
水电站建筑物绪论1、水力发电：利用河流中蕴藏的水能来生产电能。
2、水电站：将水能转变成电能的设备和建筑物的综合体，是生产电能的企业。
3、水电站厂房：水电站厂房是水能转变为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所4、厂区枢纽：又称厂房枢纽，指水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场、交通道路及行政和生活区建筑等组成的综合体。
5、水电站的类型按集中河段落差方式的不同，可分为坝式水电站、引水道式水电站和混合式水电站，抽水蓄能和潮汐电站也是水电站的重要形式。
6、组成水电站的建筑物：枢纽建筑物包括挡水建筑物、泄水泄沙建筑物、过坝建筑物发电建筑物包括输水建筑物（引水建筑物、进水建筑物、平水建筑物）、厂房建筑物（厂房、厂房枢纽）第二章进水口及引水建筑物1、进水口的任务及要求任务：引进发电水流；要求：有必要的进水能力、水质符合发电要求、水头损失小、流量可按要求控制、施工安装运行检修方便。
2、进水口是水电站水流的进口，按水流条件分为有压式进水口和无压式进水口3、无压式进水口（开敞式进水口）常设于凹岸，一般正面排沙，侧面进水，进水闸轴线与冲沙闸轴线交角宜在35~45之间。
4、有压式进水口（深式进水口、潜没式进水口）有压进水口的位置、高程及轮廓尺寸原则运行时应能保证流向进水口的水流平顺、对称、不产生回流和漩涡、不产生淤积和聚集污物等，泄洪时仍能正常进水，进水口接压力隧道，应与洞线布置协调一致选择较好的地形地质水流条件。
有压进水口顶部高程低于最低死水位，并有一定的淹没深度，底部应高于水库的设计淤积高程0、5~1、0m以上。
有压进水口沿水流方向可分为进口段（链接拦污栅与闸门段）、闸门段（是进口段和渐变段的连接段，闸门及启闭设备在此布置）、渐变段（通常采用圆角布置，其长度一般为隧洞直径的1.5~2倍，测角收缩率6~8一般不超过10）三部分有压进水口的主要设备：拦污设备（布置：平面倾斜，倾角一般为60~70适用于压力式和隧洞式；平面直立适用于塔式、坝式；多边形适用于坝式进水口。
水电站的布置形式
一、坝式水电站
在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种 开发方式为坝式开发。在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂 房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电 站所获取的水头。用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。 (一) 坝式水电站特点 (1) 坝式水电站的水头取决于坝高。目前坝式水电站的最大水头不超过 300m。 (2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。 (由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量 超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。此外坝式水电站水库的 综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。 (3) 坝式水电站的投资大，工期长。原因：工程规模大，水库造成的 淹没范围大，迁移人口多。 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
(二) 坝式水电站的形式
1．河床式电站(power station in river channel) 1）一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没 ，建低坝或闸。 2）适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。 3）厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定 问题； 4）厂房高度取决于水头的 高低。 5）引用流量大、水头低。 6）主要包括：挡水坝、泄 水坝、厂房、船闸、鱼道等。 7）注：厂房本身起挡水作 用是河床式水电站的主要特征。
第二节: 水电站的布置形式
由N = 9.81ηQH可知，要发电必须有 流量和水头，关键是形成水头。 要充分利用河流的水能资源，首先要使 水电站的上、下游形成一定的落差，构成发 电水头。因此就开发河流水能的水电站而言 ，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水 式和混合式三种基本方式。 抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用 的重要型式。
水利水电工程概论课件 第6章 水电站
潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生 的水位差所具有势能来发电的，也就是把 海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机 械能转变为电能（发电）的过程。
潮汐发电原理
单向
仅在退潮时利用池中高水
潮汐
位与退潮低水位的落差发
潮
电站
电。
汐
电
坝
河床式 ( H＜30~40m)
式
水
电
引水道布置于坝内
站
厂房位置
坝后式
坝后式厂房 坝内式厂房
引水道布置于河岸
河岸式厂房
河床式水电站
当水头较小，厂房本身能承受水压力，与坝并排 建在河道中，而成为挡水建筑物的一部分。 工程实例：葛洲坝水电站，富春江水电站。
坝后式厂房
适用于水头较高的电站，厂房设置在坝后，厂 房本身不起挡水作用。典型实例：三峡水电站。
易于制作 ▪ 缺点：相同水头损失下，造价较高 ▪ 布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难 ▪ 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
(2) 混凝土坝内管道
▪ 压力管道的供水方式Ⅱ
2．联合供水： 一根主管，向多台机组供水。单机规模大，多分
岔管。机组前设快速阀门。 ▪ 优点：相同水头损失下，造价较低 ▪ 缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差 ▪ 布置：较容易 ▪ 适用：广泛应用于地下埋管和明管，机组数较
6.3 压力管道的功用和类型
▪ 压力管道的概念
水库 引水管道末端的前池 调压室
有压状态
全部或大 部分水头
水轮机
对坝式电站，压力管道的起点一般是水库进 水口；对无压引水式的电站，压力管道的起点一 般是压力前池；对有压引水式电站，压力管道的 起点一般是从调压室开始。
第六章 水电站厂房建筑物
(2) 当机组段间距由发电机定子外径控制时
L0 = D风 + d
D风——发电机风罩外缘直径；d——相邻两风罩
外缘之间通道的宽度，一般取1.5~2.0m。
• 机组段长度应综合考虑厂房分缝、蜗壳和尾水管混凝土 厚度的影响，水轮机层和发电机层的布置要求，包括排
架柱的布置(每个机组段布置2-3跨排架)、调速器接力
T w H s X
对混流式水轮机 对轴流式水轮机
X=b0/2 X=0.41D1
水轮机的安装高程确定以后，就可以依据
结构和设备的布- ( h3+h2+ h1)
(h2+h3)——尾水管的尺寸；
h1——尾水管底板混凝土厚度 (根据地基性质和尾水管结
• 上述确定厂房尺寸的基本原则和规律，要灵活运用， 全面分析，决不能简单套用，照搬照抄。 • 上面给出的确定高程或尺寸的计算公式，仅仅是反应 了其原理，不能简单背诵或套用。
• 某些经验公式多是根据统计资料得出的，常用于预可 行性研究阶段或方案比较中。
（二）装配场
装配场是厂房主要部件安装和检修的场所。
1、直接生产副厂房 中央控制室，继电保护盘室，电缆室，蓄电池室， 酸室和套间，蓄电池的通风机室，充电机室，计 算机室，载波通讯室，油、水、气系统，厂内变 压器室，巡回检测装置室等。 2、检修试验副厂房
继电保护试验室，精密仪器试验室，测量表计试
验室，高压试验室，电工修理间，机械修理间，
电气工具间，油化验室，水化实验室等。
（三）副厂房
为了保证机组正常运行，在主厂房近旁布置的各种辅助 机电设备、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的 房间，称为副厂房。 (一) 副厂房的组成
副厂房的组成、面积和内部布置取决于电站装机容量、 机组台数、电站在电力系统中的作用等因素。
1水电站基本类型及组成建筑物
1水电站基本类型及组成建筑物：工作水头（低中高水头）调节能力（有无调节）电力系统中作用（基腰峰荷）集中水头方式（坝式引水式混合式）水电站利用水源的性质（常规抽水蓄能潮汐）水电站的组成建筑物及其特征（坝式河床式引水式）坝式：常修建于河流中上游高山峡谷中，厂房不起挡水作用不承受上游水压力，引水道短水头损失小建筑物布置较集中当厂房布置在坝体非溢流段下游为坝后式当坝体足够大可将厂房布置在坝内为坝内式。
河床式：修建在河流中下游河道纵坡较平缓河段上厂房和坝共同组成挡水建筑物厂房承受上游水压力，一般为低水头大流量水电站。
引水式：修建在河床坡度大水流湍急山区河段，水头较高，有压引水式主采用有压引水建筑物引水以集中水头，无压引水式采用无压引水建筑物集中水头。
2水轮机类型及适用范围：反击式（主要利用水流压能转化为机械能）：轴流式（适用于低水头大流量水电站h一般50m最高88）混流式（适用h一般20~450m最高672m）斜流式（h一般20~200）贯流式（h30m 以下）冲击式（通过喷嘴将水流能量全转换成高速射流的动能）：水斗式（高水头小流量水电站，大型之h400~1000最高1772）斜击式（中小型水电站h25~300）双击式（小型水电站h10~150）3蜗壳（反击式水轮机引水部件，使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室）：金属蜗壳（工作水头>40多用于中高水头混流式水轮机，包角较大为345度左右）混凝土蜗壳（H<40用于低水头大流量电站包角180~270）包角：蜗壳在座环外缘包围的角度。
尾水管（位于转轮出口的泄水部件引导水流进入下游并回收剩余能量，衡量之性能指标为看它对转轮出口动能恢复程度，分直锥形弯锥形弯肘形。
4Hs：立轴混流式(导叶下部底环上平面到下游水面垂直高度)卧轴混流式贯流式（转轮叶片最高点到下游水面垂直高度）立轴轴流式（转轮叶片轴线到下游水面垂直高度）5安装高程（计算水电站厂房其他高程的基准值）：立轴反击式（导叶中心高程）卧轴混流式贯流式（主轴中心线高程）6综合特性曲线（表示水轮机各参数间关系曲线，用于分析水轮机性能，在水电站设计中选择基本参数及合理运行方式）：轴流式主要综合特性曲线（等开度线：模型试验时保持水轮机开度不变对应于不同工况下的一条连线。
电站布置结构形式
混流式
低水头混流式水轮机转轮 高水头混流式水轮机转轮
轴流式
低水头轴流式水轮机转轮 高水头轴流式水轮机转轮
贯流式（灯泡式）
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适用 于转速在100r/min以上。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上导 的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速在 150r/min以下。 按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
当然，四川公司系统内主要是混流式、轴流式及贯流式机组。
水电站基本知识
水电站定义
水电站是将水能转换为电能的综合工程设施。又称水电厂。它包括 为利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设 备。利用这些建筑物集中天然水流的落差形成水头，汇集、调节天然水流 的流量，并将它输向水轮机，经水轮机与发电机的联合运转，将集中的水 能转换为电能，再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。有些 水电站除发电所需的建筑物外，还常有为防洪、灌溉、航运、过木、过鱼 等综合利用目的服务的其他建筑物。这些建筑物的综合体称水电站枢纽或 水利枢纽。主要有坝式水电站、河床式水电站、引水
典型剖面图
水电站典型剖面图（混流式）
水轮发电机分类
现代水轮机分为反击式和冲击式水轮机 一、反击式水轮机 1. 混流式 2. 轴流式 3. 斜流式 4. 贯流式
二、冲击式水轮机 1. 水斗式 2. 斜击式 3. 双击式
按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
• 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。 • 一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞式两种。
水电站的布置形式及组成建筑物
水电站的布置形式及组成建筑物水电站是利用流水能量转化为电能的设施，主要由水库、引水渠、发电厂和输电线路组成。
根据不同的水电站类型和特点，布置形式和组成建筑物也会有所区别。
下面将针对传统水电站和抽水蓄能电站进行详细介绍。
传统水电站的布置形式及组成建筑物：1.水库：水库是水电站的核心设施，主要用于储存水源，并且有利于调节供水、防洪和发电。
水库通常由大坝筑成，形状可以是弧形、重力式或拱坝式。
水库一般由库岸、溢洪道、排水口等构成。
2.引水渠：引水渠用于将水库中的水引入发电厂。
根据地形条件，引水渠可分为明渠和暗渠两种形式。
明渠是露天渠道，而暗渠则是埋设在地下的管道。
引水渠的主要组成部分有渠道、进水口、闸门和闸室。
3.发电厂：发电厂是水电站发电的主要场所。
根据水轮机的类型和水电站的规模，发电厂通常分为地下厂房和地上厂房两种类型。
地下厂房通常建在大坝下方的地下洞穴中，而地上厂房则建在地面上。
发电厂的主要组成部分有发电机组、水轮机、发电机组控制设备和变压器等。
4.输电线路：输电线路是将发电厂产生的电能传输到用户的重要环节。
输电线路通常是高压线路，包括由铁塔或电缆支撑的导线。
输电线路由输电塔、导线、绝缘子、变压器和变流器等组成。
抽水蓄能电站的布置形式及组成建筑物：抽水蓄能电站是一种通过向上泵水将低谷电能转化为高峰电能的设施。
1.水库：抽水蓄能电站同样需要一个水库，用于储存上升时产生的水。
水库的建设和传统水电站相似，主要用于储水并提供发电所需的水源。
2.泵站：泵站是抽水蓄能电站的关键设施，用于将水从下池抽到上池。
泵站由泵房和泵室组成，泵房用于放置水泵和相应的控制设备，泵室则是容纳泵装置的大型水池。
3.上池和下池：上池和下池是抽水蓄能电站的核心部分，用于储存上升和下降过程中的水。
上池通常比下池高，以便利用水头产生电能。
上池和下池之间通过水轮机连接，水能从上池流向下池产生电能。
4.发电厂：发电厂同样是抽水蓄能电站的重要组成部分，用于通过水轮机转化水能为电能。
水电站考试复习习题
水电站的布置形式及组成建筑物一、填空题1．水电站的基本布置形式有_坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站三种，其中坝式水电站分河床式、坝后式、坝内式、溢流式等形式。
2．有压引水式水电站由_________________、_________________、______________、______________、______________等组成；而无压引水式水电站由_____________、_____________、______________、______________、______________等组成。
3．抽水蓄能电站的作用是___________________________________，包括_________________和_________________两个过程。
4．按其调节性能水电站可分为____________和______________两类。
二、思考题1．按照集中落差的方式不同，水电站的开发分为几种基本方式？各种水电站有何特点及适用条件？2．水电站有哪些组成建筑物？其主要作用是什么？3．抽水蓄能电站的作用和基本工作原理是什么？潮汐电站基本工作原理是什么4．何为水电站的梯级开发？水电站进水口及引水建筑物一、判断题1．无压引水进水口，一般应选在河流弯曲段的凸岸。
( )2．有压进水口的底坎高程应高于死水位。
( )3．通气孔一般应设在事故闸门的上游侧。
( )4．进水口的检修闸门是用来检修引水道或水轮机组的。
( )5．渠道的经济断面是指工程投资最小的断面。
( )6．明渠中也会有水击现象产生。
( )二、填空题1．水电站的有压进水口类型有______________、______________、____________、____________等几种。
2．水电站有压进水口主要设备有______________、______________、______________和______________。
水电站的基本开发方式及其布置形式
水电站的基本开发方式及其布置形式标签：水电站的基本开发方式及其布置形式要发电必须有流量和水头，关键是形成水头。
要充分利用河流的水能资源，首先要使水电站的上、下游形成一定的落差，构成发电水头。
因此就开发河流水能的水电站而言，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水式和混合式三种基本方式。
另外，抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。
一、坝式水电站(一) 坝式水电站特点(1) 坝式水电站的水头取决于坝高。
目前坝式水电站的最大水头不超过300m。
(2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。
(由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。
此外坝式水电站水库的综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。
(3) 坝式水电站的投资大，工期长。
原因：工程规模大，水库造成的淹没范围大，迁移人口多。
适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
(二) 坝式水电站的形式1．河床式电站(power station in river channel)①一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。
②适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。
适用于较低水头的水电站。
③厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，使之成为挡水建筑物的一部分，故厂房也有抗滑稳定问题；注：厂房本身起挡水作用是河床式水电站的主要特征④厂房高度取决于水头的高低。
⑤引用流量大、水头低。
主要包括：挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、鱼道等。
▲葛洲坝水电站2．坝后式水电站(power staion at dam toe)▲坝后式水电站①当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。
厂坝之间设置沉陷缝，是两者之间互不传力，厂房不承受水头。
——坝后式水电站一般修建在河流的中上游。
——库容较大，调节性能好。
②如为土坝，可修建河岸式电站。
坝式、引水式等各类水电站特点介绍
第二篇水电站建筑物水电站是利用水能资源发电的场所，是水、机、电的综合体。
其中为了实现水力发电，用来控制水流的建筑物称为水电站建筑物。
本篇主要讨论水电站引水系统的布置、结构设计和水力计算；水电站厂区枢纽的布置设计和结构特点。
第六章水电站的布置形式及组成建筑物重点：坝式、引水式、混合式开发的水电站的布置特点及组成建筑物。
第一节水电站的基本开发方式及其布置形式由N = ηQH可知，要发电必须有流量和水头，关键是形成水头。
要充分利用河流的水能资源，首先要使水电站的上、下游形成一定的落差，构成发电水头。
因此就开发河流水能的水电站而言，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水式和混合式三种基本方式。
抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。
形成水头方式——水电站的开发方式。
一、坝式水电站在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发。
在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获取的水头。
用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。
(一) 坝式水电站特点(1) 坝式水电站的水头取决于坝高。
目前坝式水电站的最大水头不超过300m。
(2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。
(由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。
此外坝式水电站水库的综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。
(3) 坝式水电站的投资大，工期长。
原因：工程规模大，水库造成的淹没范围大，迁移人口多。
适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
(二) 坝式水电站的形式1．河床式电站(power station in river channel)——一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。
——适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。
高清图文+水电站的布置形式及组成建筑物
2. 有压引水式电站
引水建筑物是有压的： 压力隧洞(pressure tunnel)
主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室， 压力水管，厂房，尾水渠。
有压引水式水电站
三、 混合式水电站
由坝和引水道分别集中一部分水头，电站的总 水头等于这两部分之和。
适用于上游有优良坝址，适宜建库，而紧接水 库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。
库的条件。
1．河床式电站
一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免 大量淹没，建低坝或闸。
适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。 厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有
抗滑稳定问题； 厂房高度取决于水头的高低。 引用流量大、水头低。 注：厂房本身起挡水作用是河床式水电站的主要特征。
同时兼有坝式和引水式水电站的优点。 在工程中多称为引水式水电站。
石龙坝水电站
云南昆明石 龙坝水电站 是我国大陆 的第一座水 电站，其装 机容量仅为 1440kW， 1910年7月 开工建设， 1912年4月 发电。
四、抽水蓄能电站
抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的 电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动 机+水泵)， 以水的势能形式贮存起来；
放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下 来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电， 以补充系统中电能的不足。
抽水蓄能电站示意图
某抽水蓄能电站
五、潮汐水电站
潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生 的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。
潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位 差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、 落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为 电能（发电）的过程。
第六、七章 进水及引水建筑物
拦污设备(trash rack或trash screen)
1. 作用：防止有害污物、漂浮物等进入进水口，影响过 水能力。 2. 布臵： (1) 平面倾斜：倾角一般为60-70。过水断面大，易于清 污，适用于洞式、岸墙式。 (2) 平面直立：适用塔式、坝式 (3) 多边形：适用坝式相连。
塔式进水口可一 边或四周进水。
适用：当地材料坝、进
口处山岩较差、岸坡 又比较平缓.
三、 塔 式 进 水 口
塔式进水口实物图
4.坝式进水口
特征：进水口依附在坝体的上游面上，并与坝内 压力管道连接。进口段和闸门段常合二为一，布 置紧凑。 适用：混凝土重力坝的坝后式、坝内式和河床式 电站。
图6-15 设有冲水闸的进水口总体布置
1-闸墩 2-边墩 3-上游翼墙 4-下游翼墙 5-闸底板 6-拦沙坎 7-截水墙8-消力池 9-护坦 10-穿孔混凝土板 11-乱石海漫 12-齿墙 13-胸墙14-工作桥 15-拦污栅 16-检修门 17-工作闸门 18-下游检修门 19-下游闸板存放槽20-启闭机
•门宽B 等于洞径D，门高略大于洞径D。
（3）渐变段 渐变段是矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。 通常采用圆角过渡，圆角半径r可按直线规律变 为隧洞半径R；渐变段的长度一般为隧洞直径的
第六章 水电站的布置形式及组成建筑物.doc
第二篇水电站建筑物水电站是利用水能资源发电的场所，是水、机、电的综合体。
其中为了实现水力发电，用来控制水流的建筑物称为水电站建筑物。
本篇主要讨论水电站引水系统的布置、结构设计和水力计算；水电站厂区枢纽的布置设计和结构特点。
第六章水电站的布置形式及组成建筑物重点：坝式、引水式、混合式开发的水电站的布置特点及组成建筑物。
第一节水电站的基本开发方式及其布置形式由N = 9.81ηQH可知，要发电必须有流量和水头，关键是形成水头。
要充分利用河流的水能资源，首先要使水电站的上、下游形成一定的落差，构成发电水头。
因此就开发河流水能的水电站而言，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水式和混合式三种基本方式。
抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。
形成水头方式——水电站的开发方式。
一、坝式水电站在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发。
在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获取的水头。
用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。
(一) 坝式水电站特点(1) 坝式水电站的水头取决于坝高。
目前坝式水电站的最大水头不超过300m。
(2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。
(由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。
此外坝式水电站水库的综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。
(3) 坝式水电站的投资大，工期长。
原因：工程规模大，水库造成的淹没范围大，迁移人口多。
适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
(二) 坝式水电站的形式1．河床式电站(power station in river channel)——一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。
——适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。
水电厂设备的组成结构和基本原理
转子连接 推力轴承
法兰
配合面
缸体连 接法兰
水导轴承 配合面
主轴密封。主轴密封是用以降低主轴与
固定部件之间漏水旳装置，是水轮机正常
工作旳主要保护装置。
水轮机导轴承。导轴承是保持主轴中
心位置，并承受径向力旳轴承。水轮机 导轴承旳主要作用是承受机组运营中主 轴传来旳径向力和振摆力，约束主轴轴 线位置。
另外水轮机还具有补气装置和真空破坏阀 等部件。
入转子励磁绕组，产生恒稳旳磁场。当转子被原动机带动旋转
后，定子绕组（也称电枢绕组）不断切割磁力线，就在其中感
应出电动势来。感应电动势旳方向由右手定则拟定。因为导线 有时切割N极，有时切割S极，因而感应出旳是交流电动势。
转子不断地旋转，A、B、C三相绕组先后切割转子磁场旳磁 力线，所以在三相绕组中电动势旳相位是不同旳，依次差120°， 相序为A、B、C。
25
水轮机进水蝶阀液压系统——蓄能器
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工作原理：囊内装氮气，囊外充液
压油。当油泵将液压油压入蓄能器 壳体 4 内时皮囊就受压变形，气体 体积随压力增长而降低。液压油被 逐渐储存。若液压系统工作需要液 压油时，则蓄能器将液压油排出。
充气环节：蓄能器上面孔充氮气，
先打开上盖 1，然后把充氮工具旳 出口接头装在充气阀 2上，把充氮 工具旳进口接头装在氮气瓶上，打 开氮气瓶上旳截止阀，氮气就进入 蓄能器皮囊 3 内，充氮压力 8~9MPa，用充氮工具或充氮小车 充入，蓄能器下面孔进液压油。
当发电机带上负荷后，三相定子绕组中旳定子电流（电枢
电流），将合成产生一种旋转磁场。该磁场于转子以同速度、 同方向旋转，这就叫同步发电机。
水电站中旳发电机都是同步发电机。
水轮发电机——主要构成部件
水电站厂房的布置与建设
水电站厂房的布置与建设水电站厂房的布置与建设Layout of Power House of Hydropower Station本节通过水电站厂房的建设过程来介绍水电站厂房的组成与结构，利用一个水电站厂房模型来演示这一过程。
水电站一般有数台水轮发电机组，用于演示的模型仅是一台轴流式水轮发电机组涉及的厂房部分（厂房的一段），并以水轮发电机组的轴线做剖面，剖面与水流方向平行。
水电站厂房的施工是分期完成的，作为基础的混凝土浇筑分为第一期混凝土与第二期混凝土，图1是厂房一期混凝土工程要建造的部分，是整个厂房的基础部分。
基础中首先要把水的通路留好，水流从水轮机的尾水管出来后向下方进入混凝土基础中的尾水通道，通道从垂直转为水平，截面逐步扩大到出口，通道垂直部分是直锥段，转弯部分称为肘管段，后面的称为扩散段，这条通道要预留好，见图2，图中蓝色箭头线是尾水流向；在尾水管出口处留有闸门槽，为安装尾水闸门；一期混凝土还有蜗壳、转轮室、尾水管的基座与支墩，厂房的隔墙、立柱、吊车梁等构架。
图1--厂房第一期混凝土工程图2--一期混凝土中的尾水管为了下一步的金属构件与设备的吊装，先把吊车安装好，厂房房顶也装上，见图3。
对于大型水电站，先不安装房顶，方便借助厂房外的大型吊车安装蜗壳与水管系统，然后再对厂房封顶。
图3--安装好吊车与房顶焊接组装蜗壳与进水管、转轮室、尾水管等金属构件，（为了图片清晰简单略去了座环），见图4。
图4--在一期混凝土基础上安装蜗壳等构件蜗壳、转轮室、尾水管等结构件组装完成后，开始浇筑二期混凝土，把以上结构件浇注于混凝土中（留有检修通道，图中未表示）；浇筑好机墩，机墩是安装发电机的基座；铺好楼板为吊装设备作准备，见图5。
图5--厂房浇筑第二期混凝土工程二期混凝土浇注好后，进入大规模机电设备安装阶段，主要是轴流式水轮机与水轮发电机的安装，包括水轮机导叶、转轮、顶盖与导叶控制机构；尾水闸门吊机与尾水闸门等，见图6。
课件：水电站的组成及布置
二级建造师执业资格考试
主讲老师：李 想
1F418022 水电站的组成及布置
考情分析：
单选题：无； 多选题：2006(1)； 案例题：无。
1F418022 水电站的组成及布置
一、水电站的布置形式 （一）坝式水电站 一般为中、高水头水电站。最常见的布置方式是坝后式水电站。 （二）河床式水电站 发电厂房与挡水闸、坝呈一列式布置在河床上共同起挡水作用的 水电站。建于河流中、下游，一般为低水头、大流量的水电站。 （三）引水式水电站 利用引水道来集中河段落差形成发电水头的水电站。常建于流量 小、河道纵坡降大的河流中、上游。
水建筑物，水电站平水建筑物，发电、变电和配电建筑物等。
1F418022 水电站的组成及布置
二、水电站枢纽建筑物的组成
5．平水建筑物：如有压引水道中的调压室、无压引水道末端的压 力前池等。
1F418022 水电站的组成及布置
例题： 1.2006(1)-25.水电站平水建筑物包括（ ）。 A.溢洪道 B.泄洪隧洞 C.调压室 D.放水底孔 E.压力前池 参考答式 （一）坝式水电站 坝后式水电站。
1F418022 水电站的组成及布置
一、水电站的布置形式 （二）河床式水电站
1F418022 水电站的组成及布置
一、水电站的布置形式 （三）引水式水电站
1F418022 水电站的组成及布置
二、水电站枢纽建筑物的组成 挡水建筑物，泄水建筑物，水电站进水建筑物，水电站引水及尾
1水电站基本类型及组成建筑物
1水电站基本类型及组成建筑物：工作水头（低中高水头）调节能力（有无调节）电力系统中作用（基腰峰荷）集中水头方式（坝式引水式混合式）水电站利用水源的性质（常规抽水蓄能潮汐）水电站的组成建筑物及其特征（坝式河床式引水式）坝式：常修建于河流中上游高山峡谷中，厂房不起挡水作用不承受上游水压力，引水道短水头损失小建筑物布置较集中当厂房布置在坝体非溢流段下游为坝后式当坝体足够大可将厂房布置在坝内为坝内式。
河床式：修建在河流中下游河道纵坡较平缓河段上厂房和坝共同组成挡水建筑物厂房承受上游水压力，一般为低水头大流量水电站。
引水式：修建在河床坡度大水流湍急山区河段，水头较高，有压引水式主采用有压引水建筑物引水以集中水头，无压引水式采用无压引水建筑物集中水头。
2水轮机类型及适用范围：反击式（主要利用水流压能转化为机械能）：轴流式（适用于低水头大流量水电站h一般50m最高88）混流式（适用h一般20~450m最高672m）斜流式（h一般20~200）贯流式（h30m 以下）冲击式（通过喷嘴将水流能量全转换成高速射流的动能）：水斗式（高水头小流量水电站，大型之h400~1000最高1772）斜击式（中小型水电站h25~300）双击式（小型水电站h10~150）3蜗壳（反击式水轮机引水部件，使水流均匀、旋转，以最小水头损失送入转轮室）：金属蜗壳（工作水头>40多用于中高水头混流式水轮机，包角较大为345度左右）混凝土蜗壳（H<40用于低水头大流量电站包角180~270）包角：蜗壳在座环外缘包围的角度。
尾水管（位于转轮出口的泄水部件引导水流进入下游并回收剩余能量，衡量之性能指标为看它对转轮出口动能恢复程度，分直锥形弯锥形弯肘形。
4Hs：立轴混流式(导叶下部底环上平面到下游水面垂直高度)卧轴混流式贯流式（转轮叶片最高点到下游水面垂直高度）立轴轴流式（转轮叶片轴线到下游水面垂直高度）5安装高程（计算水电站厂房其他高程的基准值）：立轴反击式（导叶中心高程）卧轴混流式贯流式（主轴中心线高程）6综合特性曲线（表示水轮机各参数间关系曲线，用于分析水轮机性能，在水电站设计中选择基本参数及合理运行方式）：轴流式主要综合特性曲线（等开度线：模型试验时保持水轮机开度不变对应于不同工况下的一条连线。
水利水电工程实习周记
水利水电工程实习周记范本1、蓄水枢纽：(1)作用：水库调节，防洪，发电，灌溉，航运，供水，渔业，旅游。
组成建筑物：挡水建筑物拱坝支墩坝土石坝）泄水建筑物溢流坝，溢洪遂洞，泄水管道，施工导流），专门建筑物2、引水灌溉枢纽：(1)作用：获取符合水量及水质要求的河水，满足灌，发电，工业类型：1、无坝引水，有坝引水2、无坝式布置：进水闸，冲沙闸，沿河池，船筏，鱼道3、有坝式设置：拦河闸抬高水位(1)多泥沙河流：1，冲砂槽式。
2人工弯道式。
3，底拦栅式。
4，底部冲砂廊道式少泥沙河流：侧，正引水式。
4、沉砂池：池断面大于引水渠断面，水流进入池后，断面扩大，流速减少，水流挟沙降低，泥沙便沉淀。
5、渠道：无压明渠，数量由少到多，由高到低，水能降低。
6、渠系建筑物：涵洞，输水隧道，渡槽，倒虹吸管，跃水与陡坡）3、发电工程：1、发电开发方式：坝式发电，引水式发电，混合式发电2、水电站组成建筑物：1）挡水建筑物；2）泄水建筑物；3）水电站进水建筑物；4）水电站引水建筑物；5）水电站稳压建筑物；6）发电，变压，配电建筑物3、水电站布置形式：1）坝式水电站枢纽：坝后式，河床式；2）引水式水电站：无压式，有压式；3）混合式4）水力机械与电器设备：水轮机；发电机4、工知识总结：1、重力拱坝：重力作用较为显著的拱坝。
一般情况下重力拱坝常建筑于较宽的河谷，其厚度较大，厚高比常在0.35以上。
重力拱坝形式随河谷形状而异。
对较宽的 U形或梯形河谷，常采用定中心定半径拱坝，与重力坝接近。
对较宽的 V形河谷常采用变中心变半径拱坝。
重力拱坝在拱坝中属较厚实的一种坝，它的主要优点是：①兼有拱坝及重力坝的优点，安全性较高，对抗御超标准洪水或意外荷载潜力较大；②便于在坝体内布置泄水孔及坝顶溢流；③便于在坝下游面设置厂房；④坝体应力及渗透压力比降较低；⑤有时为适应地形、地质上的需要，还可调整体型结构，降低坝基应力，以满足坝址地质要求。
如美国胡佛坝地质差，要使221m的大坝最大坝基应力控制在3MPa以下，才采用了这种坝型。
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第二篇水电站建筑物水电站是利用水能资源发电的场所，是水、机、电的综合体。
其中为了实现水力发电，用来控制水流的建筑物称为水电站建筑物。
本篇主要讨论水电站引水系统的布置、结构设计和水力计算；水电站厂区枢纽的布置设计和结构特点。
第六章水电站的布置形式及组成建筑物重点：坝式、引水式、混合式开发的水电站的布置特点及组成建筑物。
第一节水电站的基本开发方式及其布置形式由N = 9.81ηQH可知，要发电必须有流量和水头，关键是形成水头。
要充分利用河流的水能资源，首先要使水电站的上、下游形成一定的落差，构成发电水头。
因此就开发河流水能的水电站而言，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水式和混合式三种基本方式。
抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。
形成水头方式——水电站的开发方式。
一、坝式水电站在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发。
在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获取的水头。
用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。
(一) 坝式水电站特点(1) 坝式水电站的水头取决于坝高。
目前坝式水电站的最大水头不超过300m。
(2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。
(由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。
此外坝式水电站水库的综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。
(3) 坝式水电站的投资大，工期长。
原因：工程规模大，水库造成的淹没X围大，迁移人口多。
适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
(二) 坝式水电站的形式1．河床式电站(power station in river channel)——一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。
——适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。
——厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；——厂房高度取决于水头的高低。
——引用流量大、水头低。
——主要包括：挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、鱼道等。
注：厂房本身起挡水作用是河床式水电站的主要特征。
葛州坝水电站坝后式水电站2．坝后式水电站(power staion at dam toe)——当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。
——坝后式水电站一般修建在河流的中上游。
——库容较大，调节性能好。
——如为土坝，可修建河岸式电站。
——举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18 200MW。
XX水电站三峡水电站二、引水式水电站(diversion type power station)在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电。
用引水道集中水头的电站称为引水式水电站。
特点：(1)水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。
(2) 引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。
(3) 电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。
类型：(1) 无压引水式(free flow)：引水道是无压的(如明渠)(2) 有压引水式(pressure flow)：引水道是有压的(压力隧洞)适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。
1．无压引水式电站●引水建筑物是无压的：明渠(open channel)、无压隧洞(free flow tunnel)●主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。
无压引水式水电站2．有压引水式电站●引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)●主要建筑物：低坝，引水隧洞(有压)，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。
有压引水式水电站三、混合式水电站(mixed power plant)在一个河段上，同时采用高坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。
坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一部分落差，形成了电站的总水头。
这种开发方式的水电站称为混合式水电站。
●适用于上游有优良坝址，适宜建库，而紧接水库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。
●同时兼有坝式和引水式水电站的优点。
●在工程时间中多称为引水式，很少用混合式水电站这个名称。
下马岭引水电站四、抽水蓄能电站(pumped storage power station)随着经济的发展以及人民生活水平的提高，电力负荷和电网日益扩大，系统负荷的峰谷差越来越大，预计到21世纪初，我国东北、华北、华东均将成为几百万兆瓦的电力系统，它们的峰谷差将达到1万MW，因此解决调峰填谷的任务愈来愈迫切。
在电力系统中，核电站和火电站不能适应电力系统负荷的急剧变化，且受到技术最小出力的限制，调峰能力有限，而且火电机组调峰煤耗多，运行维护费用高。
而水电站启动与停机迅速、运行灵活，适宜担任调峰、调频、事故备用。
●抽水蓄能电站是以水体为储能介质，起调节作用。
主要解决电力系统的调峰问题；●建筑物组成包括：上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建在下水库处，采用双向机组；●抽水蓄能和放水发电两个过程：抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)，以水的势能形式贮存起来；放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。
●随着电力行业的改革，实行负荷高峰高电价、负荷低峰低电价后，抽水蓄能电站的经济效益将是显著的。
我国已建抽水蓄能电站有：(1) XX抽水蓄能电站，其装机容量为2400MW(8×300MW)；(2) 天荒坪抽水蓄能电站，其装机容量为1800MW(6×300MW)；(3) 十三陵抽水蓄能电站，其装机容量为800MW (4×200MW)；(4) 潘家口抽水蓄能电站，其装机容量为420MW （3×90MW+150MW），联合型；(5) XX羊卓雍湖抽水蓄能电站，其装机容量为90MW(4×22.5MW)。
五、潮汐电站( tidal energy power station)潮汐电站示意图●潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。
潮汐的最大潮差为8.9m；北美芬迪湾蒙克顿港最大潮差竟达19m。
世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万kW.h。
●潮汐发电与原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。
潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。
最大的潮汐电站——法国朗斯电站由于潮汐发电的开发成本较高和技术上的原因，所以发展不快。
六、河流的梯级开发和梯级水电站●一条河流的水力蕴藏量是一定的，如果在下游建一个高坝大库，则调节能力很好，但淹没损失太大。
如果修多个较低的坝形成一系列的较小的水库，则淹没小得多。
后一种方式为梯级开发。
梯级开发方案是一条河流的综合利用规划。
●梯级水电站开发的原则是：(1) 在地形地质和淹没限制等条件许可时，尽可能使各枢纽首尾衔接，以充分利用落差；(2)不允许淹没的河段，尽可能用低坝河床式或引水式开发；(3) 最上游一级的开发，最好是有较大的水库，以提高其调节控制性能；(4) 开发顺序是首先建设比较关键的开发条件较优的工程。
河流中上游有修较大水库的条件时，最好首先建设，对下游工程施工有利按调节能力分成：无调节水电站：无水库，来流较多时需要弃水。
有调节水电站：有较大水库，可调节天然径流。
分为日调节、月调节、年调节等。
第二节水电站的组成建筑物挡水建筑物：坝、闸一、枢纽建筑泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、过坝建筑物：过船、过木、过鱼二、发电建筑物进水建筑物：进水口、沉沙池、引水建筑物引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室水电站主厂房建筑物厂区枢纽厂房副厂房变电站、开关站本章小结1．水电站的基本类型有坝式、引水式及混合式。
坝式水电站分为河床式、坝后式；引水式水电站分有压引水式和无压引水式电站；混合式开发多为有压引水式电站。
就其建筑物的组成及结构型式而言，坝后河岸引水、混合式及有压引水式电站是相同的。
这部分是水电站建筑物最基本的概念，也是本章的重点，应牢固掌握。
2．抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。
抽水蓄能电站主要解决电力系统的调峰问题，尤其在我国东北、华北、华东等水能资源相对短缺的地区，加快抽水蓄能电站的建设速度很有必要；潮汐电站是开发海水能源的主要型式，应有所了解。
3．水电站建筑物由引水系统和厂区枢纽两大部分组成。
水电站的类型不同，建筑物的组成有所不同；厂区枢纽包括厂房建筑物和变电站。
这部分也是本章的重点。