水工金属结构讲义

水电站基本知识讲义

讲课人：程贵平

2011年8月8日

水电站基本知识讲义

我国水力资源丰富，居世界第一，最新查明理论蕴藏量6.94亿千瓦、技术可开发量5.42亿千瓦、经济可开发量4.02亿千瓦，按技术可开发量至今仅开发利用20%。截止2005年底，我国发电装机达到50841亿千瓦。其中，水电11652万千瓦，占22.9%。以技术可开发量5.42亿千瓦为基数，中国目前水电资源开发程度不足25%。与世界水电开发先进水平相比，存在着巨大的差距。加快水电资源开发，是提高中国水能资源利用效率的迫切需要，水电开发的前景是极其广阔的。

1．水力发电的基本原理

水力发电是利用水体作为传递能量的介质来发电的，其基本原理是：利用水位落差形成的势能推动水轮机转动，将水能转变为水轮机的旋转机械能，水轮机转子带动发电机转子旋转，由于磁场切割导体，从而在发电机的定子绕组上产生感应电动势，当发电机与外电路接通时，发电机就向外供电了，此时，水轮机的旋转机械能又通过发电机转变为电能，形成了水力发电的过程。

2．水力资源的开发方式和水电站的基本类型

水力资源的开发方式是按照集中落差而选定，大致有三种基本方式：即堤坝式、引水式和混合式等。但这三种开发方式还要各适用一定的河段自然条件。按不同的开发方式修建起来的水电站，其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同，故水电站也随之而分为堤坝式、引水式和混合式三种基本类型。

3．径流式水电站及其特点

无调节水库的电站称为径流式水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择。全年不能满负荷运行，保证率为80％，一般仅达到180天左右的正常运行；枯水期发电量急剧下降，小于50％，有时甚至发不出电。即受河道天然流量的制约，而丰水期又有大量的弃水。

4．何谓出力？怎样估算水电站的出力和计算水电站的发电量？

在水电站（厂）中，水轮发电机组发出的电力功率称为出力，河川中某断面水流的出力则表示该段水能资源。所谓水流的出力就是单位时间内的水能。

N=9．81QH式中，Q为流量（m3/s）；H为水头（m）；N为水电站出力（kW）。

年发电量公式为:E=N?T式中，N为平均出力（kW）；T为年利用小时数（h）；E为年发电量（kW?h）。

5．保证出力及其作用

水电站在较长时段工作中，该供水期所能发出的相应于设计保证率的平均出力，称作该水电站的保证出力。水电站的保证出力是规划设计阶段确定水电站装机的重要依据。

6．装机年利用小时

装机年利用小时指水轮发电机组在年内平均满负荷运行的时间，是衡量水电站经济效益的重要指标。

7．日调节、周调节、年调节和多年调节

日调节是指一昼夜内进行的径流重新分配。周调节：调节周期为一周。年调节：对径流在一年内重新分配，当汛期洪水到来发生弃水，仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节，称不完全年调节；能将年内来水完全按用水要求重新分配，又不需要弃水的径流调节称完全年调节。多年调节：当水库容积足够大，可把多年期间的多余水量存在水库中分配在若干枯水年才用的年调节，称多年调节。

8．水电站设计保证率与年保证率

水电站的设计保证率是指在多年运行期间正常工作的时段数与总运行时段之比的百分率；年保证率指多年期间正常发电工作年数占运行总年数的百分比。

9．水电站主要经济指标

单位千瓦投资，是每千瓦装机需要的投资。单位电能投资，是每千瓦时电量需要的投资。电能成本，是每千瓦时电量支付的费用。装机年利用小时数，是衡量水电站设备利用程度的指标。

电能售价，是每千瓦时电量售给电网的价格。

10．水电站主要经济指标的计算

水电站主要经济指标按下列公式计算：

单位千瓦投资=水电站建设总投资/水电站总装机容量

单位电能投资=水电站建设总投资/水电站多年平均发电量

装机年利用小时数=多年平均发电量/总装机容量

1、水工金属结构的概念

水力发电厂中的各种闸门，拦污栅、以及闸门、拦污栅的启闭机械、拦污栅的清理机械等都属于水工机械的范畴。

以我站为例，我站的水工机械包括：弧门、溢流坝叠梁门、拦污栅、检修门、进水口闸门、快速闸门、尾水检修门、启闭机、电动葫芦、台车。

二、水工金属结构的作用及分类

1、闸门的作用

闸门是用来关闭和开启水工建筑物过水孔口的活动结构。作用为封闭水工建筑物的孔口，并能按照需要全部或局部开启这些孔口，以调节上、下游水位，泄放流量，用于防洪、灌溉、引水发电、通航、过木及排除泥沙、冰块和其他漂浮物。

2、闸门的分类

根据工作性质分为：工作闸门、事故闸门、检修闸门、施工导流闸门；

根据孔口位置，闸门可分为露顶闸门和潜孔闸门；

根据结构形式，可分为平面闸门，弧形闸门，拱形闸门，船闸上广泛使用的人字闸门；

根据制造材料，分为钢闸门、钢丝网水泥闸门和木闸门，目前基本都是钢闸门。

3、启闭机的作用

在水工建筑物中，用来操作闸门，拦污栅等设备的起重机械称为启闭机。主要完成调节闸门过流量，宣泄洪水，排沙冲沙等任务。

4、启闭机的分类

启闭机传动方式分为机械传动和液压传动。

机械传动的分为：卷扬式、螺杆式、齿条式、链式等。

液压式可分为：但作用油缸快速下降启闭机、双作用油缸启闭机、两用式启闭机。

5、拦污栅的作用及分类

拦阻水流中的杂物使之不能进入引水道内，以保证闸门、水轮机设备不受损坏。

根据拦污栅的安装形式可分为固定式、移动式、回转式。

根据我站水工机械的类型可以知道，我站的启闭机全为卷扬式，拦污栅为移动式，闸门多为潜孔式等

三、水工机械的使用注意事项

水工金属结构在我站中有着完整的使用规程，日常工作中须按照这些规程进行操作，目前存在的问题是部分职工对提落闸门的部分步骤不太清楚，对这些进行讲解：

1、提进水口快速闸门时首先应冲水，当闸门前方的补气管中没有冲水声音，闸门控