水电厂设备的组成、结构和基本原理

水轮机按工作原理
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分为两大类，即反击
式水轮机和冲击式水 轮机。 1)反击式水轮机。转 轮利用水流的压力能
和动能做功的水轮机
称为反击式水轮机。 2）冲击式水轮机。 转轮只利用水流的动
能作功的水轮机称为
冲击式水轮机。
常见水轮机的特点及应用范围
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水轮机的型号的含义
水轮机产品型号由三部分组成，各部分用一短线分开。水轮机型号排列顺序如下：
水轮机调速器系统——调速器基本组成
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1）测量元件。在调速器中主要是测量机组转速。微调 中以硬、软件结合进行数字测频。 2) 综合元件。将测频元件、反馈元件送来的信号加以 综合，并将综合后的信号作为调节信号送给放大元件。微 调中是由软件来控制。 3) 放大元件。将综合元件送来的调节信号加以放大， 以操作执行元件。微调中由电路与液压部分联合完成。 4) 执行元件。根据放大后的调节信号，操作导水机构， 改变导叶开度。执行元件一般均指水轮机接力器。 5) 反馈元件。用于保证调节的适度性和稳定性。微调 中均采用位移传感器完成信号反馈。
调节实质：调节转速
水轮机调节所用的调节装置称为水轮机调速器。 水轮机+导水机构+调速器——水轮机自动调节系统 调节流量Q的途径：


反击式：通过改变导叶开度，同时改变桨叶片转角。
冲击式：通过改变喷嘴开度。 水轮机调节的作用： 能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。 能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。 当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。
水机设备组成及用途
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水轮机调速器系统
系统的构成、用途与特点、主要组成部分说明
3 调速器
油压装置系统
液压系统的构成、部分元器件原理
水轮机调速器系统——调速器
水轮机调节的定义：
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随着电力系统负荷变化，水轮机相应地改变导叶开度，使水轮机组转速维持在某一预定值，或按某一预定 的规律变化，这一过程称为水轮机调节
水轮机调速器系统——调速器压油装置
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03
电气设备组成及基本原理
电气设备组成及基本原理
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水轮发电机
电气 设备
主变压器
配电装置
厂用电系统
水机设备组成及用途
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发电机基本原理 1 发电机 发电机主要部件及原理
水轮发电机——工作原理
水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机 械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力 设备。
立式混流式水轮机构成部件——导水机构
接板）和接力器等部件。
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导水机构的主要组成部分包括顶盖、底环、控制环、导叶、导叶套筒、导叶传动机构（包括导叶臂、连杆、连
控制环 导叶连杆 活动导叶 底环
导叶套筒 顶盖
作用：调节通过机 组过流系统的水的 流量，达到控制机 组转速的目的。
立式混流式水轮机构成部件——引水部件及泄水部件
水轮机进水蝶阀系统——主要组成部分说明
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进水阀主体
水轮机进水蝶阀系统——主要组成部分说明
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旁通阀
在主阀开启前，上游压力水通过旁通管路向蜗壳充水平压。正常工作时，检 修阀处于常开状态，当旁通系统检修时，检修阀处于关闭状态。
排气阀
当开启或关闭主阀时，空气阀自动对管路进行排气或补气。正常工作时， 检修阀处于常开状态，检修空气阀时，检修阀处于关闭状态。
转子引线 磁极装配
水轮发电机——主要组成部件
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机架
机架是水轮发电机不可缺少的重要部件之一。按照机架所安放的位置不同， 一般分为装在发电机定子上部的上机架和装在定子下部的下机架
推力轴承
水轮发电机组的推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分的重 量以及水轮发电机的轴向水推力的滑动轴承，按液体润滑理论，在镜板和 推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度为0.1mm左右的油膜，形 成良好的润滑条件，同时经推力轴承将这些力传递给水轮发电机的荷重机 架。它是水轮发电机组最重要的组成部件之一，其工作性能的好坏，将直 接关系到机组的安全和稳定运行。 水轮发电机导轴承的作用是承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁 不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。发电机导轴承根据 安装位置是在转子上方还是下方可分为上导轴承和下导轴承
水轮机导轴承。导轴承是保持主轴中
心位置，并承受径向力的轴承。水轮机 导轴承的主要作用是承受机组运行中主 轴传来的径向力和振摆力，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。
缸体连 接法兰
水机设备组成及用途
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水轮机的进水蝶阀系统
系统的构成、用途与特点、主要组成部分说明
2 进水阀
定子铁芯
空冷器
水轮发电机——主要组成部件
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顶轴 集电环组件
转子
转子支架
1) 主轴。主轴的主要作用是起到连 磁轭 接发电机与水轮机，将水轮机的旋 转机械能传递给发电机转子，另外 主轴还承受由于推力负荷引起的拉 应力，以及承受单边磁拉力和转动 部分的机械不平衡力。 2) 转子支架。大、中型水轮发电机 的转子支架式连接主轴和磁轭的中 间部件，并起到固定磁轭和传递转 矩的作用 3) 磁轭。磁轭也叫轮环。它的作用 是产生转动惯量和固定磁极，同时 也是磁路的一部分。 4）磁极。当直流励磁电流通入磁极 线圈后就产生发电机磁场，因此磁 极是产生磁场的部示混流式水轮机，转轮型号为180，立轴，金属蜗壳，转轮公称直径为550cm。
立式混流式水轮机构成部件——转轮
混流式水轮机转轮一般有上冠3、叶片4、下环7、止漏装置2和6、泄水锥5和减压装置1组成。
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转轮是水轮机将水流能量转变为旋转机械能的核心部件，要求转轮具有良好的水力性能，足够的强度和刚度。
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抽水蓄 能电站
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水机设备组成及用途
水机设备组成及用途
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水轮机
水机设备 组成
主阀
调速器
水机设备组成及用途
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水轮机的类型和应用范围
水轮机的基本类型、常见水轮机的特点和应用范围、水轮机参数 和型号
1 水轮机
立式混流式水轮机构成部件的介绍
转轮、导水机构、引水机构、泄水部件及其他部件
水机机的基本类型
液压系统
液压系统的构成、部分元器件原理
水轮机进水蝶阀系统——系统的构成
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水轮机进水蝶阀系统——用途与特点
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当机组甩负荷又恰逢调速器发生故障不能动作时，进水阀可以在动水情况下 关闭，切断水流，防止机组过速的时间超过允许值，避免事故扩大。检修水轮机 时，用以截断水流。
用途
当机组长时间停机时，关闭进水阀，可大幅度减少导叶漏水量。 当机组暂时停运时，不需关闭引水管进水闸门，只需关闭进水阀，以便引水 管保持充水，使机组能快速启动。
河床式 水电站
水电站基本类型
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坝后式水电站一般修建在河流中上游的山区峡谷地段，受水库淹没限制相对较小， 所以坝可建得较高，水头也较大。由于水头较高，厂房不能承受上游过大水压力而 建在坝后（坝下游）。其特点是：水电站厂房布置在坝后，厂坝之间常用缝分开， 上游水压力全部由坝承担。
坝后式 水电站
水电站基本类型
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坝内式水电站是指将厂房布置在拦河坝体内部，采用如此布置主要是由于河谷狭窄 不足以布置坝后式厂房，而坝高足够允许在坝内留出一定大小的空腔布置厂房。由 于坝内式水电站的厂房布置在溢流坝内，坝体内部的空腔削弱了坝体强度，并使得 坝体应力复杂化。由于厂房尺寸受到坝体尺寸的限制，因此此类水电站的机电设备 选择在尺寸上也受到相应的限制。
水电站中的发电机都是同步发电机。
水轮发电机——主要组成部件
引出线
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定子机座
定子
定子绕组 定子是水轮发电机的固定 部件之一。它主要由机座、铁 芯、绕组以及引出线等其它部 件组成。 1) 定子机座。主要作用是 固定定子以及承重。 2) 定子铁芯。定子铁芯是 水轮发电机磁路的主要通道。 由于定子铁芯中存在交变磁通， 才在定子绕组上感应出交变电 流。因此，把定子铁芯称为磁 电交换元件，并在铁芯齿槽中 固定定子绕组。 3) 定子绕组。定子绕组的 作用是，当交变磁场切割绕组 时，便在绕组中产生交变电动 势和交变电流，从而完成水能 →机械能→电能的最终转换。
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发电机原理
通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引 入转子励磁绕组，产生恒稳的磁场。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。感应电动势的方向由右手定则确定。由于导线 有时切割N极，有时切割S极，因而感应出的是交流电动势。 转子不停地旋转，A、B、C三相绕组先后切割转子磁场的磁 力线，所以在三相绕组中电动势的相位是不同的，依次差120°， 相序为A、B、C。 当发电机带上负荷后，三相定子绕组中的定子电流（电枢 电流），将合成产生一个旋转磁场。该磁场于转子以同速度、 同方向旋转，这就叫同步发电机。
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混流式水轮机的引水部件主要由金属蜗壳、座环和基础环组成。水轮机的泄水部件主要由尾水管、泄水锥组成。
引水部件作用：以较 小的水力损失把水 流均匀地、对称地 引入导水部件，并 在进入导叶前形成 一定的环量。
泄水部件作用：引导水流进 入下游，尾水管同时还在转 轮后形成真空，利用转轮出 口到下游尾水之间的位能， 恢复转轮出口处的部分动能 损失，以提高效率。
立式混流式水轮机构成部件——其他部件
用是将水轮机的旋转机械能传递给发电机，从而带动发电机转子旋转。
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主轴。主轴是水轮机的主要部件之一，它的一端于发电机连接，另一端接水轮机转轮。它的作
主轴密封。主轴密封是用以减少主轴与
固定部件之间漏水的装置，是水轮机正常 工作的重要保护装置。
水导轴承 配合面
转子连接 法兰 推力轴承 配合面
目录/Contents
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水电站基本类型 水机设备组成及用途 电气设备组成及基本原理 辅助设备组成及作用
02
03 04
01
水电站基本类型
水电站基本类型
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河床式水电站的引用流量一般较大，属于低水头大流量型水电站。其特点是： 厂房与坝一起建在河床上，厂房本身承受上游水压力，并成为挡水建筑物的一部分， 一般不设专门的引水管道，水流直接从厂房上游进水口进入水轮机。
坝内式 水电站
水电站基本类型
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发电用水来自较长的引水道，厂房远离挡水和进水建筑物，厂房上游不承受水压力， 厂房布置在引水系统末端的的河岸上。由于厂房布置在地面的河岸上，因此称为引 水河岸式水电站。
引水式 水电站
水电站基本类型
抽水蓄能电站可认为是一种特殊类 型的水电站。水电机组具备启停迅 速、运行灵活，适宜担任调峰、调 频和事故备用负荷等特点，而抽水 蓄能机组可将水电机组上述特点发 挥到极致。抽水蓄能电站不是为了 开发水能资源向系统提供电能，而 是以水体为贮能介质，对电力系统 起到调节作用。抽水蓄能电站包括 抽水蓄能和放水发电两个过程，它 有上下两个水库，一般用压力管道 相连，蓄能电站厂房建在离下水库 不远的地下山体内。在系统负荷低 谷时，利用系统多余的电能带动泵 站机组（电动机+水泵）将下库的水 抽到上库，以水的势能形式储存起 来；当系统负荷高峰时，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。由于抽水蓄能电站较之 常规水电站可运行的工况更多，因 此其在对电力系统的调节功能上更 为灵活。
当电站由一根总引水管引水，同时供给几台机组发电时，如果其中一台机组
需要检修，这时只需关闭该机的进水阀，而不会影响其他机组的正常运行。
特点
阀门在全关位置设有液压锁锭装置和机械锁锭装置，防止检修水轮机时因 误操作阀门发生意外事故；阀门全开到位后主接力器采用保压措施，保压电 磁球阀动作提供液压持住力保证蝶阀处在全开位置。 控制系统以 PLC（可编程控制器）为核心。可就地操作进水阀、旁通阀的 开和关，也可由中控室对整个进水阀系统进行自动控制。
平压检测装置
当阀门开启时，差压控制器用来检测上下游的压力差，将其开关量信号 传至控制柜，并入阀门的开关程序中。
水轮机进水蝶阀系统——工作程序
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水轮机进水蝶阀液压系统——构成
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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 体积随压力增加而减少。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。 充气步骤：蓄能器上面孔充氮气， 先打开上盖 1，然后把充氮工具的 出口接头装在充气阀 2上，把充氮 工具的进口接头装在氮气瓶上，打 开氮气瓶上的截止阀，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。