水电站基础知识

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。

中国大陆最早建成的水电站是云南省昆明市郊的石龙坝水电站(1912) ，目前已经建成世界上第一大的水电工程----三峡水利枢纽工程，装机容量为2240万千瓦。

水利枢纽定义：为实现一项或多项水利任务，在一个相对集中的场所修建若干不同类型的水工建筑物组合体，以控制调节水流。

水电站类型：按水能来源分为利用河流、湖泊水能的常规水电站；利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，待电力负荷高峰期再放水至下水库发电的抽水蓄能电站；利用海洋潮汐能发电的潮汐电站；利用海洋波浪能发电的波浪能电站。

按对天然径流的调节方式分为：没有水库或水库很小的径流式水电站，水库有一定调节能力的蓄水式水电站。

按水电站水库的调节周期分为多年调节水电站、年调节水电站、周调节水电站和日调节水电站。

年调节水电站是将一年中丰水期的水贮存起来供枯水期发电用。

其余调节周期的水电站含义类推。

按发电水头分为高水头水电站、中水头水电站和低水头水电站。

世界各国对此无统一规定。

中国称水头70米以上的电站为高水头电站，水头70～30米的电站为中水头电站，水头30米以下的电站为低水头电站。

按装机容量分为大型、中型和小型水电站。

抽水蓄能电站利用电网中负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水至下水库，从而满足电网调峰等电力负荷的需要。

潮汐电站利用海潮涨落所形成的潮汐能发电。

径流式水电站没有水库或水库库容很小，对天然水量无调节能力或调节能力很小的水电站。

蓄水式水电站设有一定库容的水库，对天然水流具有不同调节能力的水电站。

工程建设分为：坝后式水电站，河床式水电站，引水式水电站，储能水电站，虹吸式水电站还常采用的分类方法：水电站厂房1.定义：水电站厂房是水电站中安装水轮机、水轮发电机和各种辅助设备的建筑。

它是水工建筑物、机械和电气设备的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。

2.水电站厂房的主要任务：(1) 将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。

(2) 布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。

(3) 布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环境。

3.水电站厂房的组成：从设备布置和运行要求的空间划分主厂房：布置水轮发电机组和各种辅助设备的主机室（主机间）及组装、检修设备的装配场(安装间)的总称。

是水电站厂房的主要组成部分。

主厂房布置：主厂房的主机室布置随机组主轴为竖直和水平两种不同的装置方式，而分为立式机组主机室和卧式机组主机室两大类副厂房：水电站的运行、控制、试验、管理和运行人员工作、生活的房间。

副厂房组成：直接与运行有关的房间，如中央控制室、电缆室（集缆室）、载波及微波通讯室、蓄电池室、贮酸室、充电机室、通风机室；开发方式即按集中水头的手段和水电站的工程布置，可分为坝式水电站、引水式水电站和坝－引水混合式水电站三种基本类型。

这是工程建设中最通用的分类方法。

用水头的大小可分为高水头、中水头和低水头水电站。

世界上对水头的具体划分没有统一的规定。

有的国家将水头低于 15m作为低水头水电站，15～70m为中水头水电站，71～250m为高水头水电站，水头大于250m时为特高水头水电站。

中国通常称水头大于70m为高水头水电站，低于30m为低水头水电站，30～70m为中水头水电站。

这一分类标准与水电站主要建筑物的等级划分和水轮发电机组的分类适用范围，均较适应。

装机容量的大小可分为大型、中型和小型水电站。

各国一般把装机容量5000kW以下的水电站定为小水电站，5000～10万kW为中型水电站，10万～100万kW为大型水电站，超过100万kW的为巨型水电站。

中国规定将水电站分为五等，其中：装机容量大于75万kW为一等〔大(1)型水电站〕，75万～25万kW 为二等〔大(2)型水电站〕，25万～2.5万kW为三等〔中型水电站〕，2.5万～0.05万kw为四等〔小(1)型水电站〕，小于0.05万kW为五等〔小(2)型水电站〕；但统计上常将1.2万kW以下作为小水电站。

建筑物特点水电站枢纽的组成建筑物有以下几种：（一）挡水建筑物用以截断水流，集中落差，形成水库的拦河坝、闸或河床式水电站的水电站的长房等水工建筑物。

如混凝土重力坝、拱坝、土石坝、堆石坝及拦河闸等。

（二）泄水建筑物用以宣泄洪水或防空水库的建筑物。

如开敞式河岸溢洪道、溢流坝、泄洪洞及放水底孔等。

（三）进水建筑物从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。

如有压、无压进水口等。

（四）引水建筑物将发电用水输送给水轮发电机组而专设的水工建筑物。

有时也将与水电站机组引水直接有关的水电站进水口和前池、调压室等平水建筑物包括在水电站引水建筑物中，并合称为水电站引水系统。

水电站引水建筑物有渠道、无压引水隧洞、有压引水隧洞(见水工隧洞)、压力水管等。

有时由于使用上的要求及地形、地质条件限制，常在与河流、水道、交通道路及山谷等相交叉处建造倒虹吸管、涵洞、渡槽等交叉建筑物。

（五）平水建筑物在水电站负荷变化时用以平稳引水建筑物中流量和压力的变化，保证水电站调节稳定的建筑物。

对有压引水式水电站为调压井或调压塔；对无压引水式电站为渠道末端的压力前池。

（六）厂房枢纽建筑物水电站厂房枢纽建筑物主要是指水电站的主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、交通道路及尾水渠等建筑物。

这些建筑物一般集中布置在同一局部区域形成厂区。

厂区是发电、变电、配电、送点的中心，是电能生产的中枢。

（七）通航建筑物用于克服集中水位落差或地形障碍而升降或通过船舶的水工设施。

又称过船建筑物。

水电站厂房1.定义：水电站厂房是水电站中安装水轮机、水轮发电机和各种辅助设备的建筑。

它是水工建筑物、机械和电气设备的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。

2.水电站厂房的主要任务：(1) 将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。

(2) 布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。

(3) 布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环境。

3.水电站厂房的组成：(一) 从设备布置和运行要求的空间划分主厂房：布置水轮发电机组和各种辅助设备的主机室（主机间）及组装、检修设备的装配场(安装间)的总称。

是水电站厂房的主要组成部分。

（图）主厂房布置：主厂房的主机室布置随机组主轴为竖直和水平两种不同的装置方式，而分为立式机组主机室和卧式机组主机室两大类1.立式机组主机室机组主轴为竖直装置。

以装设水轮发电机的上机架所在楼板面为界，以上为上部结构，以下为下部结构。

上部结构因厂房采用户内式、露天式、半露天式、地下式、半地下式等类型（见水电站厂房）而采用不同的结构形式。

立式机组主机室共分为四层。

①发电机层：装设机组和调速器操作柜、油压装置、机旁盘、励磁盘等设备的场所。

为了装卸机组及其他的辅助设备，其上部设置移动式起重设备（吊车）。

（图）②水轮机层：发电机层楼板以下与蜗壳顶部混凝土以上的空间。

在机组部位有支承水轮发电机定子支座的发电机机墩（机座）。

内腔称为定子坑或水轮机井。

机墩上需要装设作用筒（接力器），预埋各种油、气、水系统管道和布置电缆、电线等。

机墩的形式随机组容量不同而分为：块式机墩（矮机墩），它的刚度和抗震性能都很好，但混凝土用量大；圆筒式机墩，它受力均匀，抗震、抗扭性能好，用钢量省；环梁立柱式机墩和刚架式(框架式)机墩，材料用量较省,便于安装检修,但抗震、抗扭性能较差,噪声较大,适用于中小容量的机组。

水轮机层上下游侧常分别布置水力机械设备（油、气、供水、排水系统设备和管道等）和电气设备（母线、电缆、互感器及厂用电配电设备等），互不干扰，有时在这层还布置励磁盘和能抽出深处积水的深井水泵。

当发电机层楼面与水轮机层地面高差超过6～8m时,可考虑在其间加设出线层，布置水轮发电机引出线、中性点接地装置、母线和互感器等设备。

水电站主厂房（图）③蜗壳层：反击式水轮机引水设备的形状象蜗牛外壳称为蜗壳。

蜗壳及其周围的混凝土结构的块体和空间部分称为蜗壳层。

当水头小于40m时,多采用梯形断面的钢筋混凝土蜗壳；当水头大于40m时,宜采用圆形断面的铸铁、铸钢或钢板焊接的金属蜗壳。

大型水电站厂房的金属蜗壳常外包混凝土。

中小型水电站厂房的金属蜗壳常将下半部埋入混凝土内，以增加水轮机层的净高并减少工程量。

蜗壳进人孔道通常设在蜗壳进口处的钢管的顶面或侧面。

水电站主厂房。

（图）④尾水管层：反击式水轮机的泄水设备（称为尾水管或吸出管）的顶部与基础板之间的空间。

尾水管有直锥形和弯肘形两种。

前者用钢板焊接而成，部分埋入混凝土中，仅适用于小型反击式和贯流式水轮机；后者用钢筋混凝土浇筑，适用于大中型立轴反击式水轮机。

当采用冲击式水轮机的高水头水电站厂房，就无需设尾水管而仅有尾水室。

2.卧式机组主机室①发电机层：指装设机组的楼板以上的空间。

上部结构同立式机组主机室，布置水轮发电机、励磁机、金属蜗壳、水轮机、飞轮、尾水管弯段、调速器、配电盘、开关柜和梁式电动或手动吊车等机电设备。

机组在发电机层布置方式有三种：横向布置，机组轴线与厂房纵轴线垂直，适用于机组台数较多的情况；纵向布置，机组轴线与主厂房纵轴线平行，适用于地形狭长及机组台数在3台以下的情况;斜向布置，机组轴线与厂房纵轴线成斜交布置，因这种布置发电机层显得不整齐，已很少采用。

②尾水室层：机组以下的空间，有机座、阀坑和尾水室。

尾水室内装直锥管，发电后的尾水从直锥管泄出，经尾水渠流入下游河道或下一个梯级水电站的渠道。

控制设备，电气设备和辅助设备，是水电站运行、控制、监视、通讯、试验、管理和工作的房间。

（图）副厂房：水电站的运行、控制、试验、管理和运行人员工作、生活的房间。

位置：①副厂房设在主厂房的上游侧。

其优点是布置紧凑、电缆短，监视机组方便。

缺点是电气设备的线路与进水系统设备互相交叉干扰，引水管道增长。

②副厂房设在主厂房的下游侧。

其优点是电气设备的线路与进水系统设备互不交叉干扰，监视机组方便。

缺点是主厂房的采光、通风和建筑外观受到影响；尾水管加长,工程量增加;中央控制室及继电保护在尾水管上方，易受振动干扰③。

③副厂房设在主厂房靠对外交通的一端。

其优点是主、副厂房的总宽度较小，采光、通风良好。