水力发电认知实习报告

水电厂发电认知实习报告

机械与电子工程学院

14级电气5班-李增友-20142888

引入

水电厂像其他工厂一样，要完成生产，需要原料，加工设备，并通过对加工设备的操作控制，使之加工出所需要的产品。对水电厂而言，其原料是水能，基本加工设备是水能发电机组，输出产品是电能，下面就让我们一起来了解一下水电厂是如何实现由水变电这一生产工程的。天然水流－筑坝（隧洞、明渠引水）－水轮机－发电机－升压站－电网－降压站－用户

电力工业生产的特点

l）电力生产的同时性

发电、输电、供电是同时完成的,电能不能大量储存,必须用多少,发多少。

2）电力生产的整体性

发电厂、变压器、高压输电线路、配电线路和用电设备在电网中形成一个不可分割的整体,缺少任一环节,电力生产都不可能完成,相反,任何设备脱离电网都将失去意义。

3）电力生产的快速性

电能输送过程迅速,其传输速度与光速相同, 达到每秒30万公里,即使相距几万公里,发、供、用都是在一瞬间实现。

4）电力生产的连续性

电能的质量需要实时、连续的监视与调整。

5）电力生产的实时性

电网事故发展迅速,涉及面大,需要实时安全监视。

6）电力生产的随机性：

由于负荷变化、异常情况及事故发生的随机性，电能质量的变化是随机的，因此，在电力生产过程中，需要实时调度，并需要实时安全监控系统随时跟踪随机事件，以保证电能质量及电网安全运行。

生产原料——水能

水能的基本要素是流量、水头。当水流具有一定的流量、水头以后，我们说水流具有了一定的能量。但是水流的水头沿天然河流沿程分布时，我们无法使用，需要将水头集中以后才利于我们使用。按集中水头的方法，可以将水电厂分为三种类型：

1、坝式水电厂就是拦河筑坝集中水头。又可以分为河床式和坝后式。优点：有调节能力和可以综合利用。缺点：水淹面积大；泥沙淤积。

2、引水式水电厂缺点：无调节能力，属径流式；破坏生态。

3、混合式将上两种形式相结合。

流道中水流的控制依赖闸门，根据闸门的工作方式，可以将其分为以下四种：

1、工作闸门可以用于调节流量，可以动水操作。

2、事故闸门防止事故扩大，动水关闭，静水平压开启。

3、检修闸门以上两种闸门检修时的安全措施。

4、施工导流闸门施工时用

连续水流在突然通（断）时产生水击（惯性使然，像紧急刹车）

水流漂浮物用拦污栅拦截，栅差大则引用流量不足，压差大，故需加以限制

事例：耿站的水工枢纽。

水能转化为机械能

水能的三种表现形式：位能、动能、压能

将水能转化为机械能的设备叫水轮机（水力原动机），根据水流对水轮

的水力作用方式可以将水轮机分为：

冲击式水轮机（利用水流的动能来做功）；喷嘴、切击。

反击式水轮机（利用水流的压能和部分动能来做功）。叶片正反面的压力差。轴流（2－90）、混流（15－700）、斜流（可逆式电厂）。

3、水轮机型号的含义（反击式）转轮形式、型号－大轴、蜗壳形式－标称直径N

进入水轮机的水能的控制水能N=9.81QHη根据能量守恒，要调节机组的负荷，必须调整进入水轮机的水能。水头调节范围小，一般通过调节进水量来调节水能

通过改变搭接在水轮机水轮机周围的导叶的开度这一途径来调节进水量或切断水流

导叶的操作力来自液压接力器

液压接力器的动作由调速器来控制

所以流量的调节过程为：调节命令――调速器（自身可以产生调节信号以保证F一定）――液压接力器――导叶传动机构――导叶开度改别――进水量改别（这是水电厂生产非常重要的一个调节过程）

当上述过程发生故障时，由安装在水轮机进水端的主阀来切断水流，主阀只有全开、全关两种工作状态，不能用于流量调节。

主阀作用：岔管引水一机检修其他机可以运行；缩短开机时间；作为水机的保护装置；减少漏水。

主阀形式：蝶阀；球阀；快速闸门，桶阀。

1、水轮机运行中的主要问题

气蚀连续水流满足能量守恒，动能增加则压能减少，达空化压力（0.24M20℃）产生气泡，其溃灭产生高频冲击，金属疲劳剥落。

磨损泥沙特性大小、形状、硬度；水流特性流速、流向；受磨物特性硬度、光洁度；运行方式气蚀、冲角。

效率容积水力机械

振动形成水力振动的几个原因：水力不对称、卡门涡列、尾水涡带

从运行上解决以上问题的措施：补气、避开振动区、停机关闭主阀。

机械能转变为电能

水流驱动水轮机转动，水轮机带动同轴发电机转动，由发电机将水轮机传来的旋转机械能转化为电能

1、发电机工作的基本原理――电磁感应原理导线切割磁力线将感生电势，闭合导线将感生电流。

电枢绕组庞大，故工程上采用磁力线移动去切割固定不动的电枢绕组（简图）；

磁力线由电磁铁产生，为了得到电磁铁，必先得到直流电源2、怎样得到直流电源直流发电机；交流电通过变压、整流获得

3、发电机的电压调整过程由电磁感应定律E=L*dΦ/dt可知改别等式右侧任意一个参数，都可以改变感应电势E，但L 不可改别；同步电机磁力线的切割速度不可改别，所以一般通过改别磁通强度（磁力线密度）来调电压。要改别磁通强度必先改别电磁铁的电流强度，进一步需要改别直流发电机的转子回路电阻或整流可控硅的导通角。即：电压调整命令――励磁调节器－可控硅导通角－转子电压－转子电流－磁通－感应电势改变N

水轮发电机组将机械能转化为电能的物理过程

当定子绕组流过三相交流电以后产生一个旋转磁极，该磁极的转速称为同步转速（发电机的频率及磁极对P数确定后，同步转速即已确定N=60f/p），这个磁极与转子磁极产生相互

作用力，二者之间的角度决定了力的大小（发出有功负荷的大小）和性质（发电机或电动机）

水轮发电机的分类

同步－异步

立轴－横轴

悬式－伞式

发电机的损耗和散热铜损、铁损、机械损耗、附加损耗，风冷、氢冷、水冷。

必需的辅助设备－油系统

1、润滑油系统及其作用立轴式机组转动部件的支撑需要推力轴承（还有轴向水推力）；为了限制大轴的径向摆度，需要导轴承（机组结构简图）。轴承与大轴的摩擦干摩擦与油膜摩擦；油膜建立的条件（楔形、相对运动、油的粘度）－－润滑、散热

压力油及其作用导叶，主阀的操作能源一般用高压油，故电厂还设有压油装置。压力的产生－油泵；压力的存储－高压油罐；充气的作用（油气比＝1/2）－－液压操作

绝缘油及其作用断路器、变压器的灭弧、散热、绝缘N

必需的辅助设备－水系统

1、技术供水系统及其作用冷却、润滑、液压操作。

轴承在运行中的发热将使油劣化变质故需要冷却；发电机、变压器在运行中有铁损、铜损，温度过高会使电机绝缘老化