水电站基础.docx

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水电站基础

水轮机基础知识

一、简介

水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。

1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。

反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。

2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；

3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。

1）、混流式：

水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出

应用水头范围：

30m~700m

特点：

结构简单、运行稳定且效率高

2）、轴流式

水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动

应用水头：

3~80m

特点：

适用于中低水头，大流量水电站

分类：

轴流定浆（本电站采用），轴流转桨

3）、冲击式

转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。

水头范围：

300~1700m

适用于高水头，小流量机组。

二、水轮机主要基本参数

1、水轮机主要基本参数

水头：

Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）

流量：

Q

转速:

f=np/60

出力：

N=9.81QHη（Kw）

效率：

η

2、水轮机型式代号

混流式：

HL

斜流式：

XL

轴流转桨式：

ZZ

轴流定桨式：

ZD

冲击（水斗式）：

CJ

双击式：

SJ

斜击式：

XJ

贯流转桨式：

GZ

贯流定桨式：

GD

对于可逆式，在其代号后增加N

3、混流式水轮机

型号：

HL100—LJ—210

HL：

代表混流式水轮机

100：

转轮型号（也称比转速）

LJ：

立式金属蜗壳

210：

转轮直径（210厘米）

4、轴流式水轮机

ZZ560—LH—1130

ZZ：

轴流转桨式水轮机

560：

转轮型号

LH：

立式混凝土蜗壳

1130：

表示转轮直径为1130厘米

5、冲击式水轮机

CJ47—W—170/2X15.0

CJ：

冲击式

W：

卧轴

170：

转轮直径170cm

2：

2个喷嘴

15.0：

射流直径

三、水轮机主要部件

（一）、组成

引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件

1、引水部件

组成：

引水室（蜗壳）、座环

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。

2、导水部件

组成：

导叶及其操作机构、顶盖、底环

作用：

调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量

3、工作部件

组成：

转轮

作用：

直接将水流能量转化为旋转的机械能

4、泄水部件

组成：

泄水锥、尾水管

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。

（二）、水轮发电机组装置形式

立式和卧式

立式：

根据推力头的位置分悬式、全伞式、半伞式

（三）、混流式水轮机主要结构

由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。

将水轮机分成三大部分：

转动部分、固定部分、埋入部分

1、转动部分

转动部分是机组的核心组成部分，是水能转换成机械能/电能的关键。

转动部分及其相关部件主要包括：

转轮、主轴、主轴密封等。

2、转轮

转轮是实现水能转换的主要部件，它将大部分水能转换成转轮的旋转机械能，并通过水轮机主轴传递给发电机。

水轮机的转轮是将水能转换成机械能。

3、主轴

主轴是承受水轮机转动部分的重量及轴向水推力所产生的拉力，同时传递转轮产生的扭矩。

4、转轮拆卸方式

现在立式机组转轮的拆卸可以有三种方式：

下拆：

将尾水锥管和底环以及转轮由下方取出；

中拆：

即取出一段中间轴并拆除顶盖后，将转轮由水车室取出；

上拆：

用传统方式，吊出发电机转子并拆除顶盖后由上方取出转轮。

5、主轴密封

主轴密封是水轮机关键部件之一，水轮机在运行过程中，其主轴密封的安全可靠运行，直接关系到水轮机是否安全运行

分类：

平板密封（映站）、端面密封、螺旋（水泵）密封、滑动架密封等。

作用是：

有效地阻挡尾水管中的水从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水轮机导轴承及顶盖被淹，维持轴承和机组的正常运行。

6、检修密封

检修密封是当机组检修、检查或由于主轴密封损坏时投入的一种密封，又称空气围带；

检修密封：

当投入时压缩空气进入空气围带，使空气围带的凸出部位抱紧水导旋转油盆与之配合的加工面或大轴法兰，切断尾水以防水淹水车室。

7、固定部分

顶盖、底环、座环、支持环等

8、埋入部分

蜗壳、座环等

9、水轮机导轴承

作用：

一是承受机组在各种工况下运行时通过主轴传过来的径向力

二是维持已调好的轴线位置

10、筒式水导轴承循环方式

筒式瓦的油循环方式是采用自循环，润滑油的自循环工作原理：

当机组运行时，安装在大轴上的水导轴承旋转油盆与大轴一起旋转，旋转时油盆中油也跟着旋转，由于离心力的作用，油盆中的油位形成边缘高，中心低的状态，即形成一个抛物面。

在压差的作用下，油经固定不动的轴承体圆周外部的进油孔进入瓦面的下环形油槽，由于大轴的转动使油沿轴瓦面上的斜向油沟上移，并流经整个瓦面，使大轴与轴瓦之间的润滑良好，同时带走热量，热油流到上环形油槽经排油管流至冷却器，热油经冷却后通过进油管进入油盆，以上润滑油的路径为一次工作过程。

机组运行时润滑油如此往复进行不停的循环，来满足轴承的运行需要。

11、导水机构

组成：

由导水机构由顶盖、底环、导叶、连杆机构和接力器等组成。

作用：

1、是使水流进入转轮之前形成旋转并改变水流的入射角度；

2、当机组出力发生变化时，用来调节流量。

3、正常与事故停机时，用来截断水流。

导叶的转动最终通过接力器和连杆机构来操纵导叶的开关

12、顶盖

主要作用：

形成流道并承受相应的流体压力

固定和支撑活动导叶及其连杆机构

支撑水导轴承

支撑并组成机组的密封，包括主轴密封、检修密封、上迷宫环等

13、底环

作用：

与顶盖一起形成过流通道

安装导叶下轴承

14、基础环

（支持环）作用:

在机组安装时放座环，成为座环的基础。

在水轮机安装及检修时，用来放置转轮。

15、尾水管

尾水管位于转轮的下方是主要的通流部件

，作用是引导进出转轮的水流。

水泵水轮机作水轮机运行时要求尾水管的断面为缓慢扩散型

16、其他

紧急真空破坏阀：

消除抬机现象

补气装置：

尾水管十字架补气、尾水短管补气、轴心孔补气

17、埋设管路

埋设管路主要包括

机组排水管路

机组测压管路

压水系统管路

回水排气管路

机组冷却润滑系统管路

18、水轮机气蚀（空化）及磨损

分类：

间隙、空腔、翼型、局部

19、水轮机振动

按振动的原因：

水力、机械、电磁

按振动方向：

轴向和径向

振动允许值：

250~375r/min合格为0.10

摆度允许值：

250r/min0.05mm/m375r/min0.04mm/m

20、水轮机保护装置

水轮机保护装置是当机组在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护或联锁措施，防止事故产生和避免事故扩大，从而保证人和设备的安全不受损害或将损害降到最低限度。

保护装置主要包括

振动保护装置

压力保护装置：

如转轮上腔水压力、冷却水压力

温度保护装置

导轴承油位保护装置

1桿线电力桿线导线（俗称电线）本身及其支持电桿等.

2季节电价依各地供电成本差异,而分别订价之电价制度.

3时间电价依不同供电时间之供电成本分别订价之电价制度.现行电价表依时段划分为二段式时间电价（离峰、尖峰时间）与叁段式时间电价（离峰、半尖峰、尖峰时间）.

4尖峰时间尖峰时间係指电力系统供电承受负载较高的时段.如为二段式时间电价其尖峰时间为週一至週五（离峰日除外）07:

30~22:

30.如为叁段式时间电价其尖峰时间为夏月週一至週五（离峰日除外）10:

00~12:

00及13:

00~17:

00.

5半尖峰时间叁段式时间电价供电时间划分之一种,半尖峰时间为夏月週一至週五（离峰日除外）07:

30~10:

00、12:

00~13:

00及17:

00~22:

30,非夏月週一至週五（离峰日除外）07:

00~22:

30.

6离峰时间离峰时间係指电力系统供电承受负载较少的时段

7离峰日电价表所列示全日适用节日,劳动节、端午节、中秋节及国庆日.

8尖峰用电尖峰时间使用之电力.

9尖峰电价选用时间电价之用户尖峰时间用电所适用之电价.

10风场风场（WindFarm或WindPark）,中文亦有译成「风车园区」,意指在风力资源良好的区域,集中佈置多部风力机组,而形成一处兼具发电及观光双重功能的景点.

11半尖峰电价选用时间电价之用户于半尖峰时间用电所适用之电价.

12离峰电价选用时间电价之用户于离峰时间用电所适用之电价.

13TOU电表时间电价（time-of-use）电表,该表主要装置在选用时间电价的用户,主要功能在依时间纪录用户的用电情况.

14契约容量装置契约容量需量契约容量用户与电业部门约定之用电容量,作为基本电费计算之依据,依用户用电种类不同可分为装置契约容量与需量契约容量两类.装置契约容量为用户以其用电设备之总装置容量订定契约容量.需量契约容量为用户与本电业部门双方约定15分鐘平均之最高需量值为契约容量.

15基本电费依用户申请之契约容量每月计收之电费,主要在反映本电业部门投资电力设备所发生的固定成本.

16流动电费依用户实际用电度数计收之电费,主要在反映本电业部门经营电力事业所发生的变动成本.

17超约用电分为二种情况:

1.「需量契约容量」超约用电:

当用户之最高需量超出其所申请的契约容量时称之.超出部分在契约容量10%以下,按二倍计收基本电费（即超约附加费）,超出部分在契约容量10%以上,按叁倍计收基本电费.2.「装置契约容量」超约用电:

当用户之实际装置的器具总容量超出其所申请的契约容量时称之,超出部分概依窃电处理.

18可停电力契约容量用户配合电业部门实施负载管理,于约定时间减少负载用电量,电业部门则以扣减基本电费方式回馈用户.

19优惠电价符合法令规定之特定用户（如军眷、学校、农业、路灯等）,其依法享有之电价优惠或电价折扣.

20限电负载限制係指电源供电不足时,为维护电力系统安全,避免系统频率降低,影响供电品质,及更大规模的停电,电业部门依法得採取限制用户用电,称之为「负载限制」.「负载限制」可分为二种情况,即「紧急负载限制」及「计画性负载限制」.

21无预警限电紧急负载限制电力系统突然发生发电机跳机、输电线跳脱使得电源不足或设备超过负荷、电压突然降低需要立即实施之负载限制.

22

23限电措施计划性负载限制「限电措施」为通俗用语,同「计划性负载限制」说明.

24轮流限电轮流停电「计划性负载限制」的一种,指电源不足时,对契约容量未超过一千瓩及一般用户,实施分区轮流停电,塬则上每轮次为五十分鐘.

25工业限电无预警工业限电「计划性负载限制」的一种,指电源不足时,对契约容量1,000KW以上工业用户实施限制用电.依经济部颁布之「电源不足时期限制用电办法」规定,採取工业限电时,皆须于前一日下午四时前个别通知工业用户,「无预警工业限电」应係误解.

26代缴电费用户透过金融机构以转帐支付每期应缴电费的方式.

27代收电费用户持电费缴费单在代收电费期限前向电业部门约定的受理缴费服务机构、金融机构缴付电费,或利用约定的金融机构自动提款机、电话语音、网际网路等方式缴付电费.

28承装费产权属用户所有之用电设备（器具及线路）,由用户自行委託合格之电器承装业代为装置时,需支付给电器承装业者之费用.

29电力调度中心电力调度中心指依电业法规定成立,负责电力调度之财团法人.

30负载管理本电业部门透过时间电价、可停电力及空调週期性暂停等电价诱因方式,引导用户调整其用电习惯,将尖峰时间用电移转至离峰时间使用,称之为「负载管理」.用户配合「负载管理」措施不但可以减轻电费负担,本电业部门亦可降低供电成本,延缓投资兴建新电厂.

31供电量供电量＝净发电量+购电量-抽蓄用电.

32发电量一般指「净发电量」.净发电量＝厂毛发电量-厂内用电量.

33最高瞬间负载在特定时间内（每日、每月、每年）电脑每2至3秒鐘取一次系统负载值中之最高者.

34尖峰负载亦称「最高负载」,在特定时间内（每日、每月、每年）各时间单位（电业部门定为每小时）输出电力中之最高值.

35机组容量、装置容量机组容量,即发电厂机组之装置容量,通常以构成该机组之塬动机或发电机之设计容量称之（取用二者中较小者）,如以系统而论,则为该系统所有发电厂装置容量之和.

36系统净尖峰能力亦即「净尖峰能力」（Netpeakingcapacity）.各发电机组在正常发电情况下,可提供给系统之最大出力,即为净尖峰能力.

37备用容量「备用容量」＝「系统净尖峰能力」-「系统小时尖峰负载」.备用容量以备系统检修、紧急跳脱、运转或未预估之负载使用.

38备载容量、备转容量备用容量「备载容量」、「备转容量」均为误用语,正确用语为「备用

容量」（Reservemargin）.

39备用容量率「备用容量」佔「系统小时尖峰负载」之百分比.

40无效电力电能与功能传授过程中,电能中不能变为功能之部分称谓「无效电力」.以公式表示:

无效电力＝VIsinθ.

41跳电因用电设备故障,导致相关保护开关动作（如断路器启断）,而中断供电的现象.

42电力网、电力系统联结各发电厂传送电力至各用户之间的输配电网路称为电力网,又称电力系统.

43跳机与电力网联结、运转中的发电机组,因自动保护信号动作或紧急手动操作,使发电机输出断路器打开,切离电力系统停止供电,即俗称为「跳机」.跳机可能是因为机件故障、人为疏失,也可能是地震、雷击等突发的天然事件所造成.

44停机发电机组停止运转之状态.一般所称的「停机」为计划性停机（如大修）及非计划性停机（如跳机）之统称.

45急停因核子反应器保护系统动作,致使控制棒快速全部插入反应器炉心,称为「急停」.若此时发电机正与电力系统联结供电中,就会造成跳机停止供电.

46线路跳脱线路因事故发生,导致相关保护设备动作而切离系统.

47解联发电机组与电力网处于分离之状态,称为解联.

48併联发电机组与电力网处于联结之状态,称为併联.

49併联发电新加入或完成检修之机组经电力调度中心许可,依规定完成起动、与系统同步併联后,发电供给电力系统.

50商转新发电机组完成各项测试,取得相关单位之证照后,正式加入电力系统运转.

51卸载指发电机、变压器或输电线路解除一部分或全部的负载.

52降载指发电机减少一部分或全部的输出功率.

53满载运转发电机组运转发电达到设备允许範围之最大发电量.

54厂内用电发电厂因为发电而消耗于各项附属设备之电力.

55线路损失电力自发电厂传送到用户的过程中,因流经线路及变电设备（如变压器）含有阻抗成分,部分电力会由电能转变成热能,散发至空气中,造成电力损失.

56回线回线公里由电源端至受电端之一组叁相或二相电线即称为ㄧ回线.如铁塔上单侧叁层（叁条线平行排列）不同相位电线即称为一回线,而一般铁塔上左右两侧各有叁层电力线即有二回线.回线公里＝回线数×回线长度,其中回线长度以公里表示.例如,两座铁塔之间距离2公里,若上面挂有2回线,则两座塔之间有4回线公里.所以回线公里数并非所有铁塔上电力线长度的加总.

57馈线特高压供电线路经变电所变压器降压后,供给用户用电的线路称为馈线.

58开关爆炸熔丝熔断并非开关爆炸,係线路开关保护熔丝熔断之响声.

59电筒爆炸变压器损坏并非电筒爆炸,係变压器保护熔丝熔断之响声.

60碍子碍子为瓷製绝缘器,主要功能为支撑带电之设备及阻断电流洩漏.

61瞬间压降亦称为「电压骤降」,线路由于接地事故或负载用电突然剧增,造成电压瞬间下降的现象.

62电缆地下化线路地下化架空线路改设地下电缆.

63电磁波电场与磁场交互作用产生之能量,以光速及波的形式传播就称为电磁波.频率愈高其电磁波的能量就愈强.

64电磁场一般将极低频（3-3,000赫）之电磁波称为“电磁场”.

65电场电场是由不同位置的许多电荷之间的互作用力而产生的.日常生活常常会发现电场的存在,例如冬天脱毛衣所发生的声响,就是因摩擦而产生的电场.距离电场产生源（如电的开关,电线等）愈远电场就愈小.

66磁场日常生活常常会发现磁场的存在,例如指南针的作用即为磁场效应.各种电力设施及电气用品的磁场是由于导线上电流流动造成的.距离磁场产生源（如磁铁,电线等）愈远磁场就愈小.

67风场风场（WindFarm或WindPark）,中文亦有译成「风车园区」,意指在风力资源良好的区域,集中佈置多部风力机组,而形成一处兼具发电及观光双重功能的景点.

68微波辐射频率介于106~108赫间之电磁波辐射,一般做为通讯之用途.