水电行业背景介绍

国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱 动。立式结构又可分为悬式和伞式。按布置方式的不同水轮发电机可分卧式和立式两种。按推 力轴承位置的不同来分,立式发电机又分为悬式和伞式两种。 推力轴承位于装置上方的发电机 称为悬式发电机，它适用于转速在100r/min以上。其优点是推力轴承耗损小，装配方便，运转 较稳定；缺点是机组高度较大，消费钢材较多。 推力轴承位于转子的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。其优点 是机组高度低、可降低厂房高度、节省钢材；缺点是推力轴承损耗大、安装、检修、维护都不 方便。 3)贯流式结构
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水电厂电力生产介绍
二、水电站的型式
（1）按集中落差方式的不同，水电站可区分为堤坝式、引水式和混合式。堤坝 式水电站又可按水电站厂房所处位置的不同，分为坝后式、河床式和岸边式。坝 后式水电站由堤坝集中水流落差，厂房设在堤坝下游坝处，不承受上游水的压力 。河床式水电站适宜于建筑在河床宽阔、落差小、流量大的平原河道上，厂房与 堤坝一同起挡水作用。岸边式水电站的厂房设在大坝下游的岸边，发电水流通过 隧洞或埋管流入厂房。引水式水电站是在河道坡度陡竣或急拐弯的山区河道，通 过修引水工程将水流的落差集中用来发电。混合式水电站的发电落差，一部分靠 大坝蓄水提高水位，获得落差，一部分利用地形修建引水工程集中落差。
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水电厂电力生产介绍
一、水力发电厂概述
水力发电厂简称水电厂，它是把水的位能和动能转换成电能的工厂，它的 基本生产过程是：从河流高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机 旋转，将水能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电 能。
水轮发电机发出的功率P 与上下游水位的落差（即水头）H和单位时间流过 水轮机的水量（即流量）成正比。因此，为了有效地利用天然水能，需要用人 工修建集中落差和能调节流量的水工建筑，如筑坝形成水库、建设引水建筑物 和厂房等，以构成水电站。由于天然水能存在的状况不同，因此，水电站的型 式多种多样。
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表3－1 水轮机的使用水头和比转速
类别
使用水头（ m ）
小型
大、中 型
比转速
冲击 式
反击 式
水斗式
斜击 式 轴流 式
贯流 式
定桨 式
转桨 式
定桨 式
转桨 式
大于 100
大于 300
20~300
3~70
3~80 小于20 小于20
10~35 （单 喷嘴） 30~70 200~800 200~800
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（3）一种特殊的水力发电厂——抽水蓄能 电力的生产和消费是同时完成的。在负荷低谷时，发电厂的发电量可能超过了用户
的需要，电力系统有剩余电能；而在负荷高峰时，又可能出现发电满足不了用户需要的 情况。建设抽水蓄能电站能够较好地解决这个问题。抽水蓄能电站有一个建在高处的上 水库（上池）和一个建在电站下游的下池。抽水蓄能电站的机组能起到作为一般水轮机 的发电的作用和作为水泵将下池的水抽到上池的作用。在电力系统的低谷负荷时，抽水 蓄能电站的机组作为水泵运行，在上池蓄水；在高峰负荷时，作为发电机组运行，利用 上池的蓄水发电，送到电网。建设抽水蓄能电站的关键是选好站址。一般要求上、下池 之间的落差愈高愈好。大多在已有水库的地方寻找山头建设上池，以原有水库作为下池 。也可选择已有水库附近的谷地建设下池，以原有水库作为上池。站址选对了可大量节 约建设资金。抽水蓄能电站的关键设备是水泵、水轮、电动发电机组。初期的机组是水 泵与水轮机分开的组合式水泵水轮机组。以后才发展为可逆水泵水轮机，把水泵与水轮 机合为一台机器。正转是水轮机，反转即是水泵。电动发电机也是一台特殊的电机，受 电时是电动机驱动水泵抽水，为上池放水；水泵变为水轮机时，电动发电机也就成为发 电机。抽水蓄能电站除调峰、填谷之外，也可用作调频、调相和事故备用。抽水蓄能电 站能提高电力系统高峰负荷时段的电力（功率），但它抽水和发电都有损耗，俗称用 4kW·h 换3，即低谷时段如以4kW·h 的电量去抽水，换来高峰时段放水发电只有3kW·h 。抽水蓄能电站的效益除峰谷电价差之外，更重要的是改善了电网的供电质量，提高了 火电机组，特别是核电机组的负荷率，降低了这些机组的发电成本。
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水电厂电力生产介绍
斜击式水轮机的转轮圆周密布叶片，喷嘴出 来的高速水流从转轮一侧倾斜冲击叶片使转 轮旋转。水流经转轮上的叶折转后从另一侧 流出。反击式水轮机由带有导叶的进水装置 和具有数个叶片的转轮组成，可分为混流 式、轴流式、斜流式和贯流式几种。在混流 式水轮机中，水流径向流入导叶再进入转 轮，然后轴向流出转轮。在轴流式水轮机 中，水流径向进入导叶，在导叶与转轮间由 径向转为轴向，转轮区域内水流沿轴向流 动。在斜流式水轮机中，水流倾斜于主轴某 一角度流入转轮。各式水轮机的使用水头和 比转速见表3－1，比转速是几何相似的水轮 机在1m 水头下发出1kW 功率时的转速。定 浆式的转轮叶片为固定的，转桨式的转轮叶 片可以绕叶片轴旋转。从表3－1 中可以看 出，混流式水轮机适用的水头范围大，广泛 用于大中型水电站。
二、水轮发电机的容量和等级的划分
水轮发电机的容量和转速等级划分,目前世界各国尚无统一的标准。根据我国的情 况,大致上可以按下表划分其容量和转速等级：
分类
微型水轮发电机 小型水轮发电机 中型水轮发电机 大型水轮发电机
额定功率 Pn(kW)
<100 100-500 500-10000 >10000
额定转速Nn(r/min)
Strongwish 水电行业介绍
2007年12月
目录
Ø部分水电厂照片 Ø水电厂组织结构 Ø水电厂电力生产介绍 Ø水轮发电机组结构介绍 Ø水轮发电机组部分照片
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部分水电厂照片
三峡泄洪时
3
部分水电厂照片
二滩水电厂丰水期泄洪时
4
Байду номын сангаас
部分水电厂照片
雄伟的二滩大坝
5
部分水电厂照片
二滩地下厂房
6
部分水电厂照片
贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片 的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水 管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的 电站中。
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水电厂电力生产介绍
三、水电站各建筑物及组成部分说明
图3-1 水电站构成图
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水电站由水工建筑物(图3-1中的1、2)、厂房、水轮发电机组(图3-1中的3、4)以及变 电站和送电设备组成，如图3—1 所示。 （1）水工建筑物包括大坝、引水建筑物和泄水建筑物等。大坝又称拦河坝，是水电站 的主要建筑物，作用是挡水提高水位，积蓄水量，集中上游河段的落差形成一定水头和 库容的水库，水轮发电机组从水库取水发电。大坝可分为混凝土坝和土石坝两大类。混 凝土坝分为重力坝、拱坝和支墩坝3 种。土石坝分为土坝、堆石坝、土石混合坝，又统 称当地材料坝。 （2）引水建筑物包括组成建筑物的进水口、拦污栅、闸门等以及组成输水建筑物的渠 道、隧洞、调压室、压力管道等。泄水建筑物主要包括溢洪坝、溢流坝、泄水闸、泄洪 隧道及底孔等，用于渲泄洪水、放空水库、冲砂、排水和排放漂水等。厂房是安装水轮 发电机组及其配套设备的场所。根据自然条件、机组容量和电站规模可分为地面厂房、 地下厂房和坝内厂房几种。 （3）水轮发电机组。水轮发电机组由水轮机与发电机的轴相联，水轮机接受水的位能 和动能，转换为旋转的机械能驱动发电机发电。水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机 和反击式水轮机。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，此水流的压力不变，转 轮将水流的动能转换为旋转的机械能。反击式水轮机的转轮是接受水流的反作用力而旋 转，此水流的位能和动能都在改变，但主要是位能转换为旋转的机械能。冲击式水轮机 可分为切击式和斜击式两种。切击水轮机转轮圆周布置多种水斗，喷嘴将水的位能变为 动能，形成高速水流沿转轮圆周的切线方向射向双U 形水斗中部，水流在水斗中折转向 两侧排出。
600~1000 600~1000
混流式
斜流 式
定桨 式
转桨 式
5~200 30~700 40~120 40~120
50~300 150~350 150~350
水轮发电机组结构介绍
一、水轮发电机组的特点
水轮发电机的特点是： ①转速较低，一般均在750r／min 以下，有的只有几十转／分； ②由于转速低，故磁极数较多； ③结构尺寸和重量都较大； ④大、中型水轮发电机一般采用竖轴。
高压开关站
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部分水电厂照片
中控室
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水电厂组织结构
1、水电厂组织结构方框图
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水电厂组织机构
2、S8000工程施工主要配合部门说明
水电厂的组织结构比较复杂，与我们工程施工相关的部门主要包含以下各部分（上图中已用 红色文本框标出）： lMIS主管：负责MIS网的管理及资源分配。在S8000的工程施工中通常负责光缆的溶接；服 务器网络资源的分配，以及S8000网络结构的设计等。 l设备主管：设备主管隶属设备部，在2003年以前称之为生技部，主要负责设备改造方案的 制定。S8000工程施工前，主要由设备主管给我们提供现场的情况以及相关参数，并负责 S8000工程施工的启动。当工程启动后就主要由自动班和机械班进行监督及配合S8000工程的 施工。在工程竣工时设备主管还负责系统的验收，以及向他们上级申请回款的问题。 l自动班班长：是S8000工程施工中主要的配合人员，负责工程施工的具体安排及规划。他 们负责的工作主要包含：电缆铺设、光缆铺设、机柜就位、服务器就位、传感器安装及接线 、柜内设备安装及接线、参与系统验收以及其他部门配合的协调等。 l机械班班长：机械班的人员对于S8000工程施工也是比较重要的，他们主要负责测点位置 的落实、传感器支架的焊接、以及压力管道的铺设等，其次在多数电厂他们是S8000系统的 最终使用者，但在有些电厂也例外，例如三峡S8000系统的使用部门是水工部。 l水工班班长：主要负责水力机械的日常维护及改造，例如调速器。在S8000工程施工中主 要负责相应压力测点管道走向的落实等。
（2）按水库蓄水的调节能力不同，水电站可分为径流式水电站、日调节水电站 、周调节水电站、年调节水电站和多年调节水电站。径流式水电站没有调节水库 ，上游来多少水发多少电，发电能力随季节水量变化，丰水期要大量弃水。日调 节水电站有水库蓄水，但库容较小，只能将一天的来水蓄存起来用在当天要求发 电的时候。周调节水电站是将周休日的来水积存起来，平均在本周的工作日使用 。年调节水电站的库容较大，可将平水年的丰水期多余的水量贮存起来，在枯水 期间使用。多年调节水电站的库容更大，能把丰水年多余的水量积存起来在枯水 年使用。年调节和多年调节水电站具有比较稳定和稳定的发电能力，在运行时同 样可以进行日调节和周调节，能够充分利用水力资源。
我国水力资源的蕴藏量达6．8 亿kW，约占全世界的1／6，居世界第一位， 可开发的容量约4 亿kW，年发电量1～2 万亿kW·h 左右。这相当于每年提供4 ～8 亿吨标准煤或3～6 亿吨重油的能量。我国目前最大的水电厂是三峡，装 机容量1820万KW，26台70万KW机组，现在参与发电的有16台机组；最大抽水蓄 能水电厂是广东抽水蓄能水电厂，装机容量240万KW，8台30万KW机组。
低速
中速
高速
750-1500
<375 375-600 750-1500
<375 375-600 750-1500
<100 100-375
>375
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水轮发电机组结构介绍
三、水轮发电机的安装结构型式
水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式: 1)卧式结构
卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。卧式水轮机组通常采用两个或三个轴 承。两个轴承的结构其轴向长度短，结构紧凑，安装调整方便。但当其轴系临界转速不能满足 要求或轴承负荷较大时，这需要采用三轴承结构。国产卧室水轮机发电机组大部分属于中小型 机组。而容量为12.5MW的大型卧式机组也有生产，国外生产的卧式水轮发电机组，容量在 60--70MW的并不罕见，而用抽水蓄能电站的卧式水轮发电机组，单机容量可达300MW。 2)立式结构