水电厂辅助设备.docx
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水电厂辅助设备
水电站辅助设备
2010年8月19日
第一章水电站的油系统.....................................1
第一节油的种类...........................................1
第二节油的作用...........................................1
第三节油的基本性质及其对运行的影响.......................1
第四节油的劣化分析及净化措施.............................2
第五节油系统的任务和组成.................................4
第六节洪家渡电站的油系统..................................4
第二章水电站的压缩空气系统...............................5
第一节概述...............................................5
第二节机组制动供气........................................5
第三节油压装置供气........................................6
第四节洪家渡电站的压缩空气系统...........................6
第三章水电站的供排水系统.................................9
第一节技术供水系统........................................9
第二节消防供水系统........................................9
第三节水电站的排水系统..................................10
第四节洪家渡电站技术供水系统............................10
第四章水电站的水力监测系统..............................14
第五章空气压缩机........................................16
第一节中压气机..........................................16
第二节低压气机..........................................19
第六章检修及渗漏深井排水泵..............................21
第七章压油装置组合阀....................................22
第一章水电站的油系统
第一节油的种类
油脂的种类很多。
根据工作需要，水电站机电设备选取用的主要是润滑油（H）、润滑脂（Z）及电气绝缘油（D）三类。
一、润滑油常用的种类有：
1、透平油（即汽轮机油）：
主要供机组轴承润滑及调速系统、主阀的液压操作用。
2、机械油（简称机油）：
供电动机、水泵、机修设备及起重机等滑动轴承润滑用。
3、压缩机油：
主要供活塞式空压机润滑用。
二、电气绝缘油常用的种类有：
1、变压器油：
供变压器及电流、电压互感器用。
2、开关油：
供开关用。
3、电缆油：
供充油电缆用。
第二节油的作用
一、透平油的作用
透平油在设备中的作用主要是润滑、散热及液压操作。
润滑作用：
在轴瓦与转动部分之间形成油膜，以润滑油内部摩擦代替固体干摩擦，从而大大减少摩擦系数、减少设备的摩擦功率损失和磨损。
润滑油还能保护机械不受腐蚀，延长设备寿命，保证设备的功能和安全。
散热作用：
设备转动部件因摩擦所消耗的功以热能形式表现出来，促使轴承温度升高，这对设备及润滑油本身的寿命和功能都有很大影响，因此必须设法散出其热量。
根据润滑理论，润滑油在对流作用下将热量传出，再通过冷却器将热量传给冷却水（水冷式），从而使油和设备的温度升高不致超过规定值，保证设备安全运行。
液压操作：
水电站的调速系统以及绝大多数的主阀或液压阀，都是用高压油来操作，常用透平油作传递能量的工作介质。
二、绝缘油的作用
绝缘油在设备中的作用是绝缘、散热和消弧。
绝缘作用：
油的绝缘强度比空气大得多，用油作绝缘介质可以大大提高电气设备运行的可靠性，缩小设备尺寸。
散热作用：
变压器等设备运行时，线圈通过强大的电流，损耗的功率将产生大量的热，若不及时将这些热量散发，温升过高将损害线圈绝缘，甚至烧毁变压器。
绝缘油吸收了这些热量，利用温差对流作用，在变压器内循环流动，通过冷却器将热量传给冷却水带走（水冷式），保证变压器温度正常。
三、润滑脂的作用
润滑脂有润滑、密封、防护、及节约能源等作用。
第三节油的基本性质及其对运行的影响
为了正确地选择与使用油以及判断油的好坏，必须掌握油的基本性质。
下面介绍润滑油的主要性质。
一、粘度
当液体质点受外力作用而相对移动时，在液体分子间产生的阻力称为粘度。
变压器中的绝缘油，粘度应尽可能小一些，因为变压器的绕组靠油的对流作用来散热，粘度小则流动性大，冷却效果好。
对于透平油，粘度大时，承受的负荷较大，容易附着于间隙小的金属摩擦面而不易被压出，从而保持液体摩擦状态；但产生的阻力较大，摩擦损失增加。
通常在压力大和转速低的设备中选用粘度较大的油，反之则选用粘度较小的油。
二、闪点
在一定条件下将油品加热，油的蒸气与周围空气所形成的混合气，在接触火源时即呈现兰色火焰并瞬间自行熄灭（初次闪光）的最低温度，称为闪点。
闪点是表示油品蒸发倾向和储运、使用与再生的安全指标。
根据闪点高低，可以判断润滑油中是否混进了轻油。
三、酸值
中和1g油中的酸性物质所需氢氧化钾的毫克数，称为酸值（酸价）。
中和100mL油中酸性物质所需的氢氧化钾毫克数，称为酸度。
酸值是控制油品精制深度及运行油品劣化程度的重要指标之一。
有机酸对机械设备具有一定的腐蚀性，在有水分存在的条件下，其腐蚀性会增大。
酸和有色金属接触形成一种皂化物，它在循环式润滑油系统中，妨碍油在管道中的正常流动，并降低油的润滑性能。
四、水分
油中水分的来源，多是外界侵入，或油氧化而生成。
润滑油中混进水分，会使油膜强度降低、产生泡沫或乳化变质、加速油的氧化、助长有机酸对金属的腐蚀，还使添加剂分解沉淀，使其性能降低乃至失去作用。
绝缘油中混入水分，会使耐压能力大大降低，如变压器油中有0.01%的水分时，就使其耐电压降低到1/8以下；会使介质损失角增大；能加速绝缘纤维的老化。
规定新油或运行中的油均不允许有水分存在。
五、机械杂质
在油中以悬浮状态及沉淀状态而存在的各种固体物质，如灰尘、金属屑、纤维物、泥沙及结晶盐类等，称为机械杂质。
油中的机械杂质，多是在储运及使用过程中混入的。
润滑油中的机械杂质会破坏油膜，磨损机件，使油路堵塞，并增大残炭和灰分数量。
变压器油中含有机械杂质，就会严重降低它的绝缘性能。
机械用过滤或沉淀等方法除掉。
规定透平油及变压器油均不含机械杂质。
六、透明度
清洁油是黄色透明的。
目测油品透明度时，可将油品注入100mL洁净量筒中，油品应均匀透明。
用透明度可以简易判断新油及运行中油的清洁或污染程度，如油中含有水分及机械杂质等，透明度将发生变化。
若油中胶质或沥青质含量增大，油的顔色将变深。
第四节油的劣化分析及净化措施
一、油劣化的原因及防止
油劣化的根本原因是氧化。
油被氧化后其酸值增高，闪点降低，粘度增大，顔色加深，并有胶质及油泥沉淀物析出。
这将影响正常润滑及散热作用，腐蚀金属及纤维，使操作控制系统失灵等。
促使油加速氧化的因素有：
1、水分：
水使油乳化，加速油的氧化。
水分是从以下几个方面混入油中的：
油与空气接触能吸收大气中的水分；运行时随着油与空气温度的变化，空气在低温油表面冷却而凝结出水分；设备联结处不严密漏水或冷却器破裂漏水；变压器、贮油罐的呼吸器中干燥剂失效或效率低会带入空气中水分；从油系统或操作系经统中混进的水分。
2、温度：
油温升高吸氧速度加快，从而加速氧化。
据试验，在正常压力下，油温30℃时氧化很少；50---60℃时开始加速氧化。
因此，通常规定透平油不得高于45℃，绝缘油不得高于65℃。
水电站油系统油温升高的原因是设备运行不良，如冷却器中断或冷却效果下降，过负荷以及设备中油膜破坏出现干摩擦等。
3、空气：
空气中含有氧和水分，其影响如上所述。
空气中还含有沙粒及尘埃等物，增加油中的机械杂质。
油与空气除直接接触外，还有泡沫接触，泡沫使接触面增大，加快氧化速度。
产生泡沫的原因常有：
运行人员加油时速度太快，因油的冲击而带入空气；油回到油槽由于排油管设计不正确或流速太大造成泡沫；油被油泵或在轴承中剧烈搅动也会产生泡沫。
4、天然光线：
因它含有紫外线，对油的氧化起触媒作用。
经天然光线照射后的油，再转到阴暗处，劣化还会继续进行。
5、电流：
流过油内部的电流会使油分解劣化。
如发电机转子铁芯产生的涡流，通过轴颈后穿过轴承的油膜时，油的顔色将较怜惜地变深并生成油泥沉淀物。
6、其它因素：
如金属与油接触（特别是铜）促使油品氧化变质；检修清洗不良；净油与污油相混合而污染等。
根据劣化的因素可采取相应的措施：
1、设备密封，保持呼吸器的性能良好，以防止水分混入。
2、持设备在正常状况下运行，冷却水供应正常，保持正常油膜，以防止油和设备过
热。
3、减少油与空气的接触，防止泡沫形成。
如在贮油罐中设呼吸器及油槽上部设抽气
管，用真空泵抽出油槽内湿空气；油系统的供排油管伸入油内并使流速不要太大。
4、将油槽置于阴凉干燥之处，避免阳光直接照射。
5、在轴承等处加绝缘垫，防止轴电流。
6、设备检修后涂上合适的油漆（如亚麻仁油、红铅油、白漆即氧化铝等），正确地加
以清洗。
尽管采取了相应措施，可以减缓油的劣化，但在长期运行中，油难免变质，应根据劣化程度采取不同措施加以净化，以恢复原来的使用性能。
二、油的净化措施：
（一）机械净化
1、沉降法
油在较长时间处于静止状态时，重度大的水分及机械杂质便沉在底部。
沉降法简单经济，但不能完全净化。
2、压力过滤
压力过滤是目前电站广泛使用的一种方法。
把油加压使之通过能吸收水分并阻止脏物的过滤层，以达到使油净化的目的。
压力过滤的设备是压力滤油机，压力过滤的质量较高，但生产率较低。
3、真空分离
真空分离是一种快速除水的好方法。
它是利用油和水的沸点不同，在真空罐内水分和气体形成减压蒸发，将油中的水分及气体分离出来，达到除水脱气的目的。
真空分离的优点是速度快，除水脱气能力强，无油耗、纸耗且不受气候条件影响。
缺点是不能清除机械杂质。
（二）油的再生
运行中油的再生，通常使用吸附剂法。
现在电站内常用的吸附剂是硅胶，此外，活性炭、粘土、矾土、氧化铝等都可以作为吸附剂。
它们每一颗粒上都有许多不同直径的微孔，这些微孔使它们在单位质量上具有极大的内表面，所以它们有很强的吸附能力，能将一些化学物质如劣化生成的酸类、胶质、沥青等吸附在其表面小孔内，使油得到再生。
第五节油系统的任务和组成
一、油系统的任务
为保证设备安全经济运行，油系统的任务有以下几项。
1、接受新油：
用油槽车或油桶将新油运来后，视水电站贮油罐的位置高程，可采用自流或油泵压送的方式将新油贮存在净油罐中。
2、贮备净油：
在油库或油处理室随时贮存有合格的、足够的备用油，以供发生事故需要全部换用净油或正常运行补充损耗之用。
3、给设备充油：
新装机组、设备大修或设备中排出劣化油后，需要充油。
4、向运行设备添油：
用油设备在运行中，由于蒸发、飞溅、漏油及同样等原因，油量将不断减少，需要及时添油。
5、检修时从设备中排出污油：
检修时，应将设备中的污油通过排油管，用油泵或自流方式送至油库的运行油罐中。
6、污油的净化处理：
贮存在运行油罐中的污油通过压滤机或真空滤油机等进行净化处理，除去油中的水分和机械杂质。
7、油的监督与维护：
主要内容有：
鉴定新油是否符合标准；定期对运行油进行取样化验，观察其变化情况，判断运行设备是否安全；对油系统进行技术管理，提高运行水平。
二、油系统的组成
根据油系统的任务以及电站用油量的大小，将贮油设备、用油设备、管网及油处理设备连接成一个系统。
通常由以下几部分组成：
1、油库：
设置各种油罐及油池。
2、油处理室：
设置油泵、滤油机、烘箱等。
3、油化验室：
设置化验仪器及药物等。
4、油再生设备：
水电站通常只设吸附器。
5、管网及测量控制元件：
如温度计、液位信号器、油混水信号器、示流信号器等。
第六节洪家渡电站的油系统
见油系统图。
第二章水电站的压缩空气系统
第一节概述
一、压缩空气的用途
由于压缩空气具有弹性，是贮存压能的良好介质，因此，用它来贮备能量作为操作能源是非常合适的。
同时，压缩空气使用方便、易于贮存和输送，所以它在水电站中得到了广泛应用。
在机组的安装、检修与运行过程中都要使用压缩空气。
水电站中使用压缩空气的有以下几个方面：
（1）机组停机时制动用气。
（2）机组调相压水用气。
（3）机组维护检修时风动工具和吹扫用气。
（4）水轮机主轴检修密封围带用气。
（5）蝴蝶阀止水围带用气。
（6）油压装置压力油罐用气，它是水轮机调节系统和主阀操作系统的能源。
（7）变电站配电装置中空气断路器及气动操作的隔离开关的操作和灭弧用气。
（8）寒冷地区的水工建筑物、闸门、拦污栅及调压井等防冻吹冰用气，其工作压力一般为300---400Kpa。
二、压缩空气系统的任务和组成
压缩空气的任务，就是及时地供给用气设备所需要的气量，同时满足用气设备对压缩空气的气压、清洁和干燥的要求。
为此必须正确地选择压缩空气设备，设计合理的压缩空气系统，并实行自动控制。
压缩空气系统由四部分组成：
1、空气压缩装置，它包括空气压缩机、电动机、贮气罐和油水分离器等。
2、供气管网，它由干管、支管和管件组成。
管网将气源和用气设备联系起来，输送和分配压缩空气。
3、测量和控制元件，它包括各种类型的自动化元件，如压力继电器、温度信号器、电磁空气阀等。
其主要作用是监测、控制，保证压缩空气系统的正常运行。
4、用气设备，如油压装置压力油罐、制动闸、风动工具等。
第二节机组制动供气
一、机组制动的目的和方法
运转的水轮发电机组具有很大的动能，即E=Jω2/2（J为机组转动部分的惯性矩，ω为机组转动角速度）。
当发电机与电网解列，水轮机导叶关闭之后，机组的动能仅消耗在克服摩擦力矩上（发电机转子对空气的摩擦力矩、推力轴承和导轴承上的摩擦力矩以及水轮机转轮对空气和水的摩擦力矩之和）。
由于这样的能量消耗，机组转速逐渐减小，经过一段时间机组才能停下来。
当水轮机导叶关闭不严密而有漏水时，机组将长期在低速状态下转动。
为了缩短机组低速运转时间，防止推力轴承发生半干摩擦和干摩擦，以至烧坏轴瓦，发电机需要一套强迫制动装置---制动闸。
发电机制动装置除了用于停机制动以外，还用作油压千斤顶，用来顶起发电机转子。
因长时间停机后，推力轴承油膜可能被破坏，故在开机前要将转子顶起，使之形成油膜。
顶起转子时用移动式高压油泵，将油压加到10MPa左右，由制动闸将转子抬起10---20mm。
第三节油压装置供气
一、压力油罐的充气的目的
油压装置的压力油罐是一个蓄能容器，是水轮机调节系统的能源，用它来移动接力器活塞以改变导叶的开度和转桨式水轮机转轮桨叶的转角，同时也用来操作水轮机主阀、调压阀、技术供水管路和调相供气管路上的液压阀。
压力油罐的容积有30%---40%是透平油，其余为压缩空气。
用压缩空气和油共同造成压力，保证和维持调节系统所需要的工作压力。
由于压缩空气具有弹性，并贮存了一定量的机械能，因而减小了压力油罐中的压力波动。
在水轮机调节过程中，压力油罐中所消耗的油，由油泵自动补充。
压缩空气的损耗很少，一部分溶解于油中，另一部分从不严密处漏失。
对大、中型油压装置的压力油罐所损耗的压缩空气都采用贮气罐补气。
充入压力油罐中的压缩空气必须是清洁和干燥的，以避免压力油罐中有湿气凝结，防止配压阀和接力器锈蚀。
二、压力油罐供气方式
向压力油罐供气的方式，有一级压力供气和二级压力供气两种。
1、一级压力供气
空压机的排气压力不需要专门减压而直接供给压力油罐。
2、二级压力供气
空压机的排气压力高于压力油罐的额定压力。
压缩空气自高压贮气罐经减压后供给压力油罐。
贮气罐中的压力与压力油罐额定工作压力差值越大，压力油罐中压缩空气的干燥度越高，对减少压力油罐中空气水份越有利。
第四节洪家渡电站的压缩空气系统
一、压缩空气装置的附属设备介绍
压缩空气装置除了空压机本体主要部件外，还有许多附属设备，主要有：
空气过滤器、贮气罐、油水分离器、逆止阀、减压阀、电磁排污阀等。
1、空气过滤器
空气过滤器用来过滤空气中所含的尘埃，因为当尘埃进入气缸后，由于气缸中空气压缩时所产生的高温影响，尘埃与气缸的润滑油混合，会渐碳化，并且在气缸内壁、活塞以及阀板（片）上形成积碳，使气阀关闭不严密，活塞环紧粘在活塞上而失去弹力，使空压机供气量减少，运行中发生敲击声，以致损坏。
所以必须有空气过滤器来清除空气中的混合杂质。
常用的有织物过滤器与金属网过滤器两种，直接装在吸气管上。
2、贮气罐
贮气罐可以作为压力调节器，它能缓和活塞式空压机由于断续动作而产生的压力波动；还可以作为气能的贮存器。
当设备用气量小时积蓄气能，用气量大时放出气能。
另外，由于压缩空气的温度急剧下降以及运动方向的改变，水和油的微粒将分离和汇集，可通过贮气罐底部的阀门手动排除。
3、油水分离器（又称气水分离器）
油水分离器的功用是分离压缩空气中所含的油分和水分，使压缩空气得到初步净化，以减轻污染、腐蚀管道和对用气设备产生的不利影响。
油水分离器的作用原理，是使进入油水分离器中的压缩空气气流产生方向和速率的改变，并依靠气流的惯性，分离出密度较大的油滴和水滴。
油水分离器下部装有一阀门，供排污之用。
4、冷却器
多级压缩的空压机除气缸的冷却外，还有中间冷却器和机后冷却器，其作用是使压缩后的高温气体得到冷却，以减少功耗和降低终温。
5、逆止阀
为了防止空压机停机后或吸气过程中贮气罐内的压缩空气倒流，在空压机与贮气罐之间的管道上装有逆止阀，
6、减压阀
为了对压缩空气进行热力干燥，降低其相对湿度，满足用气设备对压缩空气的干燥要求，需要在高压贮气罐和用气设备。
7、电磁排污阀
电磁排污阀用于压缩空气装置自动排污后，可以保证油水分离器中不积存油水污物，有利于防锈和保持压缩空气清洁。
二、中压气系统
本电站厂内压缩空气系统分为低压气系统和中压气系统。
中压气系统额定压力8.0MPa，全厂设两台中压空压机，互为备用；中压气系统包含两台中压贮气罐，额定压力为8.0MPa，气罐后压力管道上设置1个减压阀、2个安全阀。
供气对象为三台调速器油压装置和一台进水阀油压装置供气，供气压力6.4MPa。
压缩空气系统设备均布置在主厂房内976.0m高程的空压机室内。
系统情况见厂内压缩空气系统图。
1、中压贮气罐
电站设二个2m3中压贮气罐，额定压力8.0MPa，在每个贮气罐上各配有一个安全阀、一个压力表，需在贮气罐上开一个内部检查和清洁的进人孔，各气罐底部设有排污接口。
并装配安全阀、压力表，压力表前选用专用仪表阀门。
压缩空气过滤器能方便、快速地除去压缩空气中的水分、油分、固体颗粒及异味，使经过过滤后的压缩空气能满足设备要求。
为了使经过压缩空气过滤器产生的污水能自动排除以免对压缩空气及设备造成二次污染，压缩空气过滤器有自动排污装置，能根据压力自动将污水排出压缩空气过滤器体外。
3在电站运行条件下，减压阀可将进口压力减小为一个稳定的较低的出口压力，而不受进口压力和流量变化的影响。
减压阀出口压力可根据需要现场调整。
在电站运行条件下，要求开启压力可调，当管道压力大于6.5MPa（或依据现场整定值）时，能快速自动开启泄荷；当压力低于6.5MPa（或依据现场整定值）时，能自动复本电站厂内低压气系统额定压力0.8MPa，全厂共设四台低压空压机，排气量3.0m3/min，空压机出口压力为0.8MPa。
其中两台专供机组制动用气，另两台供风动工具、吹扫、维护检修等用气，同时兼作机组制动用气的备用气源。
每台空压机配备过滤器。
系统根据各压力变送器测出的各贮气罐的气压自动控制空压机工作。
本电站共设三个6m3低压贮气罐，额定压力0.8MPa，在每个贮气罐上各配有一个安全阀、一个压力表，需在贮气罐上开一个内部检查和清洁的进人孔，各气罐底部应设有排污接口。
并有合理措施装配安全阀、压力表，所用压力表选用Y-100，量程0～1MPa，压力表前的阀门选用专用仪表阀门。
第三章水电站的供排水系统
第一节技术供水系统
水电站的供水包括技术供水、消防供水及生活供水。
技术供水又称生产供水，主要作用是对运行设备进行冷却。
消防供水主要用于主厂房、发电机及油处理室等处的灭火。
一、技术供水系统的任务
1、发电机冷却
发电机运行时将产生电磁损失及机械损失。
这些损耗转化为热量，影响发电机出力，甚至发生事故，需要及时加以冷却将热量散发出去。
除小型发电机可采用开敞式或管道式通风外大中型发电机普遍采用密闭式通风，发电机周围被封闭着一定体积的空气，利用发电机转子上装设的风扇（有的不带风扇，利用轮辐的风扇作用），强迫空气通过转子线圈，并经定子的通风沟排出。
吸收了热量的热空气再经设置在发电机定子外围的空气冷却器，将热量传给冷却器中的冷却水并带走，然后冷空气又重新进入发电要内循环工作。
2、推力轴承及导轴承冷却
机组运行时轴承处产生的机械摩擦损失，以热能形式聚积在轴承中。
由于轴承是浸在透平油中的，油温高将影响轴承寿命及机组安全，并加速油的劣化。
因此，应将油加以冷却并带走热量。
3、水冷式变压器的冷却
4、其它冷却：
如深井泵推力装置冷却、油压装置回油箱冷却（通过设置冷却器带走油在
流动中因摩阻而产生的热量）。
二、技术供水系统的组成
技术供水系统由水源、管网、用水设备以及量测控制元件等组成。
水源：
由取水设备、水处理设备等组成。
管网：
由取水干管、支管及管路附件等组成。
量测控制元件：
用以监视、控制和操作供水系统的有关设备，保证供水系统正常运行。
如阀门、压力表、示流信号器、压力变送器等。
三、用水设备对水的要求
用水设备对水量、水压、水质、水温有一定的要求，其总的原则是：
水量足够，水压合适，水质良好，水温适宜。
第二节消防供水系统
一、发电机灭火
发电机在运行时可能由于定子线圈匝间短路，或其他事故而起火。
为了避免事故的扩大，应立即采取灭火措施。
发电机采用喷水灭火方式时，一般是在定子线圈的上方与下方各布置灭火环管一根，在该环管上对着线圈的方向交错钻有两排直径为2---5mm的小孔，孔的间距为30---100mm，这样便可均匀地向线圈喷水灭火。
二、厂房灭火
厂房消防设施一般有消防龙头（消火栓）和化学灭火器。
消火栓的布置，应保证相邻两个消火栓的充实水柱能在主厂房内与最高最远可能着火处的建筑物相遇。
三、油系统灭火
油库、油处理室及油化验室，一般采用化学灭火器、喷雾嘴、砂箱和砂包等灭火。
为防止油或干燥空气沿管道流动与管壁摩擦发生静电而引起火灾，在接受新油与排出废油的管道出口以及管道每隔100m处都装上地线，并用铜导线把所有的接头和阀门都联好接地，所有油槽也必须有2---3处接地。
油库的消火措施，一般是在油罐上方设喷雾嘴，在油库下部设事故排油管。
当发生火灾时，将存油经事故排油管全部排除。
同时，喷雾嘴向外喷水，形成水幕，降
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