發(fā)電機(jī)原理介紹

1、水力發(fā)電的基本流程及發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介水力發(fā)電的基本流程1、什么是水電站？水電站樞紐的組成。水電站是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿乃ρb置，它由各種水工建筑物，以及發(fā)電、變電、配電等機(jī)械、電氣設(shè)備，組成為一個(gè)有機(jī)的綜合體，互相配合，協(xié)同工作，這種水力裝置，就是水電站樞紐或者水力樞紐，簡(jiǎn)稱(chēng)水電站。它由擋水建筑物、泄水建筑物、進(jìn)水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及水電站廠房等水工建筑物共7個(gè)部分組成，機(jī)電設(shè)備則安裝在各種建筑物上，主要是在廠房?jī)?nèi)及其附近。 （1）擋水建筑物。是攔截水流、雍高水位、形成水庫(kù)，以集中落差、調(diào)節(jié)流量的建筑物，例如壩和閘。（2）泄水建筑物。其作用主要是泄放水庫(kù)容納不了的來(lái)水，防止洪水漫過(guò)壩

2、頂，確保水庫(kù)安全運(yùn)用，因而是水庫(kù)中必不可少的建筑物，例如溢流壩、河岸溢洪道、壩下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等。（3）進(jìn)水建筑物。使水輪機(jī)從河流或水庫(kù)取得所需的流量，如進(jìn)水口。（4）引水建筑物。引水建筑物是引水式或混合式水電站中，用來(lái)集中落差（對(duì)混合式水電站而言，則只是集中總會(huì)落差）和輸送流量的工程設(shè)施，如明渠、隧洞等。有時(shí)水輪機(jī)管道也被稱(chēng)為引水建筑物，但嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，由于它主要是輸送流量的，所以與同時(shí)具有集中落差和輸送流量雙重作用的引水建筑物并不完全相同。有些水電站具有較長(zhǎng)的尾水隧洞及尾水渠道，這也屬于引水建筑物。（5）平水建筑物。其作用是當(dāng)負(fù)荷突然變化引起引水系統(tǒng)中流量和壓力劇烈波動(dòng)時(shí)，借以調(diào)

3、整供水流量及壓力，保證引水建筑物、水輪機(jī)管道的安全和水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。如引水式或混合式水電站的引水系統(tǒng)中設(shè)置的平水建筑物如壓力池或高壓池。（6）廠區(qū)建筑物。包括廠房、變電站和開(kāi)關(guān)站。廠房是水電站樞紐中最重要的建筑物之一，它不同于一般的工業(yè)廠房，而是是水力機(jī)械、電氣設(shè)備等有機(jī)地結(jié)合在一起的特殊的水工建筑物；變電站是安裝升壓變壓器的場(chǎng)所；而開(kāi)關(guān)站則是安裝各種高壓配電裝置的地方，故也稱(chēng)高壓配電場(chǎng)。（7）樞紐中的其它建筑物。此類(lèi)建筑物指對(duì)于將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓@個(gè)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有直接作用的船閘或升船機(jī)、筏道、魚(yú)道或魚(yú)閘以及為灌溉或城市供水而設(shè)的取水設(shè)施等。為了綜合利用水資源，它們?cè)谡麄€(gè)水電站樞紐中也是不

4、可分割的一部分，對(duì)樞紐的布置和運(yùn)用也有重要的影響。將水能轉(zhuǎn)變成電能的生產(chǎn)全過(guò)程是在整個(gè)水電站樞紐中進(jìn)行的，而不僅僅是在廠房中進(jìn)行的。2、水電站的基本類(lèi)型。水電站是借助于建筑物和機(jī)電設(shè)備將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠髽I(yè)。水電站包括哪些建筑物以及它們之間的相互關(guān)系，主要取決于集中水頭的方式。所以按集中水頭的方式來(lái)對(duì)水電站進(jìn)行分類(lèi)，最能反映出水電站建筑物的組成和布置特點(diǎn)。（1）按集中水頭的方式對(duì)水電站進(jìn)行分類(lèi)，水電站可分為：壩式、引水式和混合式。壩式水電站。它的水頭是由壩抬高上游水位而形成。分為壩后式和河床式。壩后式水電站：廠房建在壩的后面，上游水壓力由壩承受，不傳到廠房上來(lái)。對(duì)于水頭較高的壩式水電站，為了不

5、使廠房承受上游的水壓力，一般常采用這種布置方式。這時(shí)廠房設(shè)在壩后，水流經(jīng)由埋藏于壩體內(nèi)的或繞過(guò)壩端的水輪機(jī)管道（埋藏于壩體內(nèi)的常采用鋼管，繞過(guò)壩端的常采用隧洞）進(jìn)入廠房。河床式水電站：水電站廠房代替一部分壩體作為抬高水位的建筑物，直接承受著上游水壓力，它沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的水輪機(jī)管道，水流由上游進(jìn)入廠房轉(zhuǎn)動(dòng)水輪機(jī)后泄回下游。這類(lèi)水電站水頭較低，一般不超過(guò)30米。引水式水電站。水頭由引水道形成。這類(lèi)水電站在布置上的特點(diǎn)是具有較長(zhǎng)的引水道，水電站建筑物比較分散?；旌鲜剿娬?。它的水頭一部分由壩集中，一部分由引水道集中。這類(lèi)水電站的建筑物組成和布置除其中的壩以具有一定的高度為其特點(diǎn)外，其余與引水式水電站大體相

6、似。（2）按運(yùn)行方式水電站可以分為：無(wú)調(diào)節(jié)水電站、有調(diào)節(jié)水電站和抽水蓄能電站等類(lèi)型。無(wú)調(diào)節(jié)水電站：它沒(méi)有水庫(kù)，不能對(duì)徑流進(jìn)行調(diào)節(jié)，只能直接引用河中徑流進(jìn)行發(fā)電，所以又稱(chēng)為徑流式水電站。無(wú)調(diào)節(jié)式水電站的運(yùn)行方式，以盡可能多利用河中徑流為原則。有調(diào)節(jié)水電站：它借助于水庫(kù)，能在某種限度內(nèi)按照用電負(fù)荷對(duì)徑流進(jìn)行調(diào)節(jié)，把超過(guò)發(fā)電所需的多余來(lái)水蓄入水庫(kù)，供來(lái)水不足時(shí)增大發(fā)電流量之用。有調(diào)節(jié)水電站也稱(chēng)為蓄水式水電站，它的運(yùn)行方式可以在一定程度上適應(yīng)用電負(fù)荷情況，按照調(diào)節(jié)徑流的周期長(zhǎng)短，有調(diào)節(jié)水電站又可分為日調(diào)節(jié)水電站、年調(diào)節(jié)水電站和多年調(diào)節(jié)水電站，視水庫(kù)的大小而定。壩后式和混合式水電站一般都是有調(diào)節(jié)的；河床

7、式水電站和引水式水電站則較多是無(wú)調(diào)節(jié)的。抽水蓄能電站。它以運(yùn)行方式主要取決于負(fù)荷情況為其特點(diǎn)。電力系統(tǒng)的負(fù)荷，在一日過(guò)程中和一年過(guò)程中都是很不均勻的。抽水蓄能電站的作用，是在電力系統(tǒng)供低負(fù)荷時(shí)利用其它電站多生產(chǎn)的電能，通過(guò)抽水機(jī)組把水提送到高處，即把這些多余電能轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿男问劫A蓄起來(lái)，待到電力系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)，再把高處的水通過(guò)水輪發(fā)電機(jī)組放下來(lái)發(fā)電，使貯蓄起來(lái)的水能重新轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑵M足電力系統(tǒng)負(fù)荷需要。所以建造抽水蓄能電站并不是為了水能資源的開(kāi)發(fā)，只是達(dá)到貯蓄和調(diào)節(jié)電能的目的。在較大的電力系統(tǒng)中，特別是在水電站比重很小或者水電站比重很大的電力系統(tǒng)中，建造抽水蓄能電站有重要意義，因?yàn)檫@樣可以使電力

8、系統(tǒng)的其它電站在一日和一年過(guò)程中承擔(dān)比較均勻的負(fù)荷，提高設(shè)備利用率和減低火電廠的單位煤耗量，并改善供電質(zhì)量。這類(lèi)電站要安裝用于抽水和用于發(fā)電的兩套機(jī)組設(shè)備，以及修建高、低兩個(gè)水庫(kù)；同時(shí)由于能量轉(zhuǎn)變經(jīng)歷了電能到水能再到電能的往復(fù)過(guò)程，損失增大，所以建設(shè)投資和能量損失都比一般水電站大些。但是由于這種電站能提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效益，加以它可以建在系統(tǒng)用電中心附近，既省輸電線路又供電靈活，因此最近國(guó)內(nèi)國(guó)外很多電力系統(tǒng)，都很重視抽水蓄能電站的建設(shè)。近年來(lái)由于機(jī)電設(shè)備制造水平的提高，已成功地制造出既可抽水又能發(fā)電的可逆式兩用機(jī)組，不必分別設(shè)置用于抽水和用于發(fā)電的兩套機(jī)組，從而節(jié)約了設(shè)備投資和提高了機(jī)組效

9、率。3、水力發(fā)電的基本流程。具有水頭的水力經(jīng)壓力管道或壓力隧洞（或直接進(jìn)入水輪機(jī)）進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流道水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在水力作用下旋轉(zhuǎn)（水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能）同時(shí)帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)定子繞組切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁力線（根據(jù)電磁感應(yīng)定理，發(fā)出電來(lái)，完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換）發(fā)出來(lái)的電經(jīng)升降壓變壓器后與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介一、水輪發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備簡(jiǎn)介1、水輪機(jī)水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的水力機(jī)械，利用水能機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備，稱(chēng)為水能發(fā)電機(jī)組。按水流能量轉(zhuǎn)換特征，可將水輪機(jī)分為：反擊式和沖擊式。（1）反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在工作過(guò)程中全部浸在水中，壓力水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)，受葉片

10、的作用而改變壓力、流速的大小和方向，同時(shí)水流對(duì)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生反作用力，形成旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。反擊式水輪機(jī)按水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪的方向不同，又分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式四種類(lèi)型。混流式水輪機(jī)。水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)是輻向流進(jìn)而軸向流出。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率較高，是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的水輪機(jī)。適用水頭范圍一般為20450米，目前最高已達(dá)800米，最大機(jī)組容量已達(dá)100萬(wàn)KW。軸流式水輪機(jī)。水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)是軸向流進(jìn)而又軸向流出。按其葉片在運(yùn)行時(shí)能否轉(zhuǎn)動(dòng)又分為定漿式和轉(zhuǎn)漿式兩種。軸流定漿式水輪機(jī)的葉片固定在輪轂上，制造簡(jiǎn)單，但當(dāng)水頭和流量變化時(shí)，效率變化不大。因此，它適用于負(fù)荷變化不大，水頭變幅較小的水電站。適

11、用水頭范圍一般為350米，最大機(jī)級(jí)容量已達(dá)13萬(wàn)KW。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)其葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng)，能在水頭和流量變化時(shí)保持較高效率工作。目前適用水頭已達(dá)88米，最大機(jī)組容量已達(dá)25萬(wàn)KW。斜流式水輪機(jī)。水流進(jìn)出轉(zhuǎn)輪葉片都是斜向的，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與與水輪機(jī)軸線成一夾角，高效率區(qū)較寬，因而適用于水頭和流量變化較大的水電站。適用水頭在20200米之間，最大機(jī)組容量達(dá)25萬(wàn)KW。當(dāng)做成水泵水輪機(jī)時(shí)，可用在抽水蓄能電站上。貫流式水輪機(jī)。其轉(zhuǎn)輪與軸流式相似，水流基本上沿軸向流過(guò)轉(zhuǎn)輪，因而有良好的過(guò)流條件，提高了水輪機(jī)效率。貫流式水輪機(jī)一般為臥式，可降低和簡(jiǎn)化廠房結(jié)構(gòu)，土建工程量小，適用于25米以下的低水頭水電站

12、。目前最大機(jī)組容量達(dá)5.5萬(wàn)KW。（2）沖擊式水輪機(jī)的特征是：有壓水流從噴嘴射出后全部轉(zhuǎn)換為動(dòng)能沖擊轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)；在同一時(shí)間水流只沖擊部分斗葉而不充滿全部流道，轉(zhuǎn)輪在大氣壓下工作。常用的沖擊式水輪機(jī)有切擊式（水斗式）和斜擊式兩種。切擊式水輪機(jī)：其特點(diǎn)為噴嘴射流沿轉(zhuǎn)輪圓周切線方向沖擊斗葉，是應(yīng)用最廣泛的沖擊式水輪機(jī)。它適用于高水頭（10002000米）小流量的水電站，目前世界上最高水頭已應(yīng)用到1767米，最大機(jī)組容量達(dá)31.5萬(wàn)KW。斜擊式水輪機(jī)：其特點(diǎn)是噴嘴射流方向與轉(zhuǎn)輪輪旋轉(zhuǎn)平面成一夾角（約25.5°），從轉(zhuǎn)輪一側(cè)進(jìn)入斗葉，從另一側(cè)流出適用水頭為25300米。（3）水輪機(jī)按主軸的裝置方

13、式不同，又分為立式和臥式兩種。主軸豎向裝置者稱(chēng)立式，發(fā)電機(jī)位于水輪機(jī)上部，其位置較高，不易受潮，所占廠房面積較小，但廠房高度大。立式裝置多用于大中型水電站。主軸橫向裝置者稱(chēng)臥式，發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)布置在同一高程上，可減小廠房高度，但發(fā)電機(jī)易受潮，廠房面積較大，多用于小型水電站。（4）水輪機(jī)的銘牌參數(shù)水輪機(jī)的銘牌參數(shù)由三部分組成，第一部分之間用短橫線隔開(kāi)。第一部分由漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，前者表示水輪機(jī)型式，后者表示轉(zhuǎn)輪型號(hào)（入型譜者采用該轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速作為代號(hào)）。第二部分由兩個(gè)漢語(yǔ)拼音字母組成，前一人表示主軸裝置方式，后一個(gè)表示引水室特征。第三部分是以厘米為單位的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱(chēng)直徑D1。對(duì)沖擊式水輪

14、機(jī)，第三部分表示為：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱(chēng)直徑/（作用在每一個(gè)轉(zhuǎn)輪上的噴嘴數(shù)×射流直徑）。各種類(lèi)型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的標(biāo)稱(chēng)直徑D1規(guī)定如下：混流式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊的最大直徑。軸流式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪室的最大內(nèi)徑。斜流式水輪機(jī)是指與轉(zhuǎn)輪葉片軸線相交處的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)徑。沖擊式水輪機(jī)是指轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切處的節(jié)圓直徑。各型水輪機(jī)第一、二部分的代表符號(hào)見(jiàn)下表：水輪機(jī)型式主軸裝置方式引水室特征混流式HL軸流轉(zhuǎn)漿式ZZ軸流定漿式ZD斜流式XL貫流轉(zhuǎn)漿式GZ貫流定漿式GD切擊式QJ（也有稱(chēng)水斗式者，代號(hào)為CJ）斜擊式XJ雙擊式SJ立軸L臥軸W斜軸X金屬蝸殼J混凝土蝸殼H明槽M罐式G燈泡式P豎井式S虹吸式X軸伸式

15、Z注：可逆式水輪機(jī)在水輪機(jī)型式代號(hào)后加“N”（逆）。水輪機(jī)牌號(hào)示例：HL220-LJ-550，表示混流式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為220，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為550cm。ZZ560-LH-800，表示軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為560，立軸，混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為800cm。XLN200-LJ-300，表示斜流可逆式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為200，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為300cm。GD600-WP-250，表示貫流定漿式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為600，臥軸，燈泡式引水室，轉(zhuǎn)輪直徑為250cm。2QJ30-W-120/（2×10），表示一根軸上具有兩個(gè)轉(zhuǎn)輪的切擊式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為30，臥軸，轉(zhuǎn)

16、輪直徑為120cm，每個(gè)轉(zhuǎn)輪有兩個(gè)噴嘴，射流直徑為10 cm。2、發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)。水輪發(fā)電機(jī)是水電站最重要的兩大主機(jī)設(shè)備之一，它的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?）主要組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、上機(jī)架、下機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)軸承、空氣冷卻器、勵(lì)磁機(jī)和永磁機(jī)等主要部件組成。其中轉(zhuǎn)子和定子是產(chǎn)生電磁作用的主要部件，其他部件僅起到支持和輔助作用。轉(zhuǎn)子由主軸、轉(zhuǎn)子支架、磁軛（輪環(huán)）和磁極等部件組成；定子由機(jī)座、鐵芯和繞組等部件組成。由于水電站的水頭有限，水壓力小，故轉(zhuǎn)速不可能很高，一般在1001000r/min。與汽輪發(fā)電機(jī)相比，轉(zhuǎn)速較低，要獲得50Hz頻率的電能

17、，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極也較多。同時(shí)，為了避免產(chǎn)生幾倍于正常水壓的水擊現(xiàn)象而要求導(dǎo)葉的關(guān)閉時(shí)間比較長(zhǎng)，但又要防止機(jī)組轉(zhuǎn)速上長(zhǎng)過(guò)高，因此要求轉(zhuǎn)子具有較大的重量和結(jié)構(gòu)尺寸，使之有較大的慣性。此外，為了減少占地面積，降低廠房造價(jià)，大中型水輪發(fā)電機(jī)一般采用立軸?？傊啺l(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低、磁極多、轉(zhuǎn)子為凸極式，結(jié)構(gòu)尺寸和重量都較大，大中型機(jī)組多采用立式。（2）同步發(fā)電機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子中由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的按正弦分布的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子三相對(duì)稱(chēng)繞組定子三相繞組中產(chǎn)生三相正弦交變電動(dòng)勢(shì)定子三相繞組與負(fù)載連通后，電路在電動(dòng)勢(shì)的作用下有電流通過(guò)向負(fù)載輸出電能。（3）水輪發(fā)電機(jī)的銘牌參數(shù)水輪發(fā)電機(jī)銘牌上標(biāo)示的主

18、要參數(shù)有型號(hào)、容量、電壓、電流、轉(zhuǎn)速各溫升。標(biāo)示的型號(hào)以定子鐵芯外徑、磁極個(gè)數(shù)及額定容量等用一定的格式排列表示的；而標(biāo)示的容量、電壓、電流、轉(zhuǎn)速和溫升等都是該臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定值。即能保證發(fā)電機(jī)正常連續(xù)運(yùn)行的最大限值。型號(hào)：國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)型號(hào)的含義是-/其中：第1、2、3個(gè)框?yàn)樾褪剑⊿F為立式空冷，SFS為立式水內(nèi)冷，SFW為臥式，SFG為貫流式水輪發(fā)電機(jī)，SFD為水輪機(jī)-電動(dòng)機(jī)）；第4個(gè)框?yàn)轭~定容量（MW）；第5個(gè)框?yàn)榇艠O個(gè)數(shù)；第6個(gè)框?yàn)槎ㄗ予F芯外徑（cm）。額定電壓：常用符號(hào)Ue表示，系指發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期安全工作的最高定子繞組線電壓，單位是KV。額定電流：常用符號(hào)Ie表示，系指發(fā)電機(jī)正常工作連

19、續(xù)運(yùn)行的最大工作電流，即指額定情況下發(fā)電機(jī)以此電流運(yùn)行其溫升不會(huì)超過(guò)允許范圍，其單位是A或KA。額定功率：常用符號(hào)Pe表示，指發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行情況下輸出的有功功率，單位是KW。額定轉(zhuǎn)速：常用符號(hào)Ne表示，轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。額定溫升：常用符號(hào)T表示，指發(fā)電機(jī)某部分的最高溫度與額定冷卻介質(zhì)溫度差值，額定溫升的確定與發(fā)電機(jī)絕緣的等級(jí)以及測(cè)量溫度的方法有關(guān)，我國(guó)規(guī)定的額定冷卻介質(zhì)溫度為40。額定頻率：我國(guó)規(guī)定的額定頻率為50Hz。3、調(diào)速器國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)對(duì)電能生產(chǎn)的要求：（1）供電可靠性；（2）保證電能質(zhì)量（電能質(zhì)量的指標(biāo)頻率和電壓）。調(diào)速器的主要作用是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)頻率和有功負(fù)荷。

20、具體說(shuō)，水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)，就是根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，不斷地相應(yīng)調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組有功功率的輸出，以維持機(jī)組轉(zhuǎn)速或頻率在規(guī)定范圍內(nèi)。水輪機(jī)調(diào)速器的類(lèi)型：根據(jù)水輪機(jī)類(lèi)型的不同，有單調(diào)和雙調(diào)兩種。（1）混流式、軸流定漿式、和貫流定漿式都是靠導(dǎo)水機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)的流量，為單調(diào)。（2）轉(zhuǎn)漿式、斜流式機(jī)組，除有除有調(diào)節(jié)流量的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外，還有按導(dǎo)葉開(kāi)度和水頭變化而改變轉(zhuǎn)輪葉片轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可使水輪按最優(yōu)效率運(yùn)行。有兩套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，為雙調(diào)。（3）沖擊式的流量調(diào)節(jié)不是采用導(dǎo)葉式，而是利用噴嘴和噴針相對(duì)位置的改變，以調(diào)節(jié)沖向水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪射流的大小。為了防止高水頭、長(zhǎng)管道在調(diào)節(jié)時(shí)引起的管道水錘，噴針的關(guān)閉速度不能太

21、快，為此在噴嘴出口處裝有可改變射流方向的折向器。當(dāng)線路或設(shè)備發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)需甩掉部分和全部負(fù)荷而要快速調(diào)節(jié)流量時(shí)，折向器可快速改變射流方向，從而使沖射到輪上的射流減小，噴嘴內(nèi)的噴針便按規(guī)定的速度移到相應(yīng)的位置，避免產(chǎn)生過(guò)大水錘壓力。這類(lèi)水輪機(jī)也有兩套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，為雙調(diào)。按操作方式不同分，有（1）人工調(diào)節(jié)方式；（2）半自動(dòng)調(diào)節(jié)方式；（3）自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。人工或半自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，多用于農(nóng)村小型水輪發(fā)電機(jī)組。大中型水輪發(fā)電機(jī)組，由于工業(yè)用電負(fù)荷變化迅速而且頻繁，電能質(zhì)量要求也高，依靠人工或半自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)法滿足要求，通常應(yīng)設(shè)置自動(dòng)調(diào)速器。4、勵(lì)磁系統(tǒng)供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的直流電源及其附屬部件，統(tǒng)稱(chēng)為水輪發(fā)

22、電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)是水輪發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它的特性好壞直接影響到同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。其主要作用是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功功率。具體說(shuō)，在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的主要作用有以下幾種：保持電壓恒定；實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功率的合理分配；提高電力系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及輸電線路的輸電能力；提高帶時(shí)限繼電保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性；限制水輪發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)電壓上升；根據(jù)電力系統(tǒng)需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步發(fā)電機(jī)不同的勵(lì)磁控制方式。5、油、水、氣系統(tǒng)（1）油系統(tǒng)油系統(tǒng)是水電站必不可少的輔助系統(tǒng)之一，它分為透平油和絕緣油。油系統(tǒng)的配置視水電站的規(guī)模而有不同，在一般的小型水電站中，它的作用是：絕緣、冷

23、卻、潤(rùn)滑，調(diào)速系統(tǒng)液壓操作及立式機(jī)組的電站中還有開(kāi)機(jī)前頂轉(zhuǎn)子之用。具體講在水電站中油的作用如下：透平油：潤(rùn)滑、散熱和液壓操作。潤(rùn)滑作用：在軸瓦與轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間形成油膜，以潤(rùn)滑油內(nèi)部摩擦代替固體干摩擦、從而大大減小摩擦系數(shù)、減少設(shè)備的摩擦功率損失和磨損。據(jù)估算，全世界消耗于摩擦損失的能量，約占全部產(chǎn)生的動(dòng)力能的1/3，因而改善潤(rùn)滑以減小摩擦阻力是具有重大意義的。潤(rùn)滑油還能保證機(jī)械不受腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，保證設(shè)備的功能和安全。散熱作用：設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部件因摩擦所消耗的功以熱能形勢(shì)表現(xiàn)出來(lái)，促使軸承溫度升高，這對(duì)設(shè)備和潤(rùn)滑油本身的壽命和功能都有很大影響，因此必須設(shè)法散出其熱量。根據(jù)潤(rùn)滑理論，潤(rùn)滑油在對(duì)流作用

24、下將熱量傳出，再通過(guò)冷卻器將熱量傳給冷卻水（水冷式），從而使油和設(shè)備的溫度升高不致辭超過(guò)規(guī)定值，保證設(shè)備安全運(yùn)行。液壓操作：水電站的調(diào)速系統(tǒng)以及絕大多數(shù)的主閥、液壓閥和立式機(jī)組的頂轉(zhuǎn)子操作，都是用高油壓來(lái)操作，常用透平油作傳遞能量的工作介質(zhì)。絕緣油：絕緣、散熱和消弧。絕緣作用：油的絕緣強(qiáng)度比空氣大得多，用油作絕緣介質(zhì)可以大提高電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性，縮小設(shè)備尺寸。散熱作用：變壓器等設(shè)備運(yùn)行時(shí)，線圈通過(guò)強(qiáng)大的電流，損耗的功率將產(chǎn)生大量的熱，若不及時(shí)將這些熱量散發(fā)，溫升過(guò)高將損耗線圈絕緣，甚至燒毀變壓器。絕緣油吸收了這些熱量，利用溫差對(duì)流作用，在變壓器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)冷卻器將熱量傳給冷卻水帶走（水冷

25、式），保證變壓器溫度正常。消弧作用：當(dāng)油開(kāi)關(guān)切斷電力負(fù)荷時(shí)，在觸頭之間產(chǎn)生電弧。電弧溫度很高，如不及時(shí)將熱量傳出，弧道分子的高溫電離就會(huì)迅速擴(kuò)展，電弧將會(huì)不斷地發(fā)生，這樣就可能燒壞設(shè)備。此外，電弧的繼續(xù)存在，還可能使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩，引起過(guò)電壓，損壞設(shè)備。絕緣油在受到電弧作用時(shí)，發(fā)生分解，產(chǎn)生約含70%氫的氣體。氫是活潑的消弧氣體，它在被分解的過(guò)程中從弧道中帶走大量的熱，同時(shí)直接鉆進(jìn)弧柱地帶，將弧道冷卻，限制弧道分子的離子化，使電弧熄滅。在容量稍規(guī)模稍大的水電站中，油系統(tǒng)的配置有以下部分：油庫(kù)：設(shè)置各種油罐及油池；油處理室：設(shè)置油泵、濾油機(jī)、烘箱等；油化驗(yàn)室：設(shè)置化驗(yàn)儀器及藥物等；油再生設(shè)備：

26、水電站通常只設(shè)吸附器；管網(wǎng)及測(cè)量控制元件：如溫度計(jì)、液位信號(hào)器、油混水信號(hào)器、示流信號(hào)器等。（2）水系統(tǒng)水電站的水系統(tǒng)包括技術(shù)供水、消防供水、生活供水和排水系統(tǒng)。我們這里所講的主要是技術(shù)供水系統(tǒng)，它的作用主要是：冷卻、潤(rùn)滑、密封、操作。其中：冷卻包括發(fā)電機(jī)冷卻、推力軸承及導(dǎo)軸承冷卻、水冷卻式變壓器油的冷卻、水冷式空壓機(jī)的冷卻、其它冷卻（如油壓裝置回油箱有時(shí)也設(shè)置冷卻器，以帶走油在流動(dòng)中因摩阻而產(chǎn)生的熱量）。潤(rùn)滑包括水輪機(jī)導(dǎo)軸承使用橡膠瓦時(shí)的冷卻和深井泵導(dǎo)軸承橡膠瓦的冷卻。操作是指在水頭較高的電站利用高壓水操作主閥和其它液壓閥，這樣可以節(jié)省油壓設(shè)備或使油系統(tǒng)簡(jiǎn)化（就注意工作部件的防銹防蝕問(wèn)題），

27、以達(dá)到傳遞能量的目的。此外，射流泵的工作也是靠技術(shù)供水來(lái)傳遞能量的。除上述各項(xiàng)外，水輪機(jī)主軸密封供水也比較普遍。具體講：技術(shù)供水又稱(chēng)生產(chǎn)供水，主要作用是對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行冷卻、有時(shí)也用來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑（如水輪機(jī)橡膠瓦導(dǎo)軸承）、密封供水（如主軸密封供水）及水壓操作（如高水頭電站主閥）。消防供水主要用于主廠房、發(fā)電機(jī)及油處理室等處的滅火。實(shí)踐證明，技術(shù)供水對(duì)機(jī)組及整個(gè)電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，影響甚大，需要引起重視。技術(shù)供水系統(tǒng)由水源、管網(wǎng)、用水設(shè)備以及量測(cè)控制元件等組成。水源：由取水設(shè)備（如水壓不夠，應(yīng)設(shè)水泵升壓）、水處理設(shè)備（如沉淀池、過(guò)濾器等）組成，為完成技術(shù)供水系統(tǒng)的任務(wù)而準(zhǔn)備好水量、水壓、水溫、水質(zhì)都符

28、合要求的技術(shù)用水。管網(wǎng)：由取水干管、支管及管路附件等組成。干管直徑較大，把水引到廠內(nèi)用水區(qū)，支管直徑較小，把水從干管引向用水設(shè)備。管路附件包括彎頭、三通、法蘭等，是管網(wǎng)不可缺少的組成部分。管網(wǎng)分樹(shù)枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)。水電站普遍采用樹(shù)枝狀管網(wǎng)，管網(wǎng)中水不循環(huán)，用后即排走。這種管網(wǎng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，容易計(jì)算，但供水可靠性較差。環(huán)狀管網(wǎng)則與此相反。量測(cè)控制元件：如閥門(mén)、壓力表、溫度計(jì)、示流信號(hào)器等。用以監(jiān)視、控制和操作供水系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)備，保證供水系統(tǒng)正常運(yùn)行。（3）氣系統(tǒng)由于壓縮空氣具有彈性，是貯存壓能的良好介質(zhì)，因此用它來(lái)貯備能量作為操作能源是非常合適的。同時(shí)壓縮空氣使用方便、易于運(yùn)輸和貯存，所以它在水電

29、站中得到得到廣泛應(yīng)用。在機(jī)組的安裝、檢修、與運(yùn)行過(guò)程中都要使用壓縮空氣。水電站中使用壓縮空氣有以下幾個(gè)方面： 機(jī)組停機(jī)時(shí)制動(dòng)用氣； 機(jī)組調(diào)相壓水用氣； 機(jī)組維護(hù)檢修時(shí)風(fēng)動(dòng)工具和吹掃用氣； 水輪機(jī)主軸檢修密封圍帶用氣； 蝴蝶閥止水圍帶用氣； 油壓裝置壓力油罐用氣，它是水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和主閥操作系統(tǒng)的能源； 升壓站配電裝置中空氣斷路器及氣動(dòng)操作的隔離開(kāi)關(guān)的操作和滅弧用氣； 寒冷地區(qū)的水工建筑物、閘門(mén)、攔污柵及調(diào)壓井等防凍吹冰用氣。根據(jù)上述用戶(hù)性質(zhì)及對(duì)壓縮空氣壓力的要求不同，不輪機(jī)調(diào)速器和主閥操作的油壓裝置一般設(shè)在水電站主廠房?jī)?nèi)，要求氣壓較高，工作壓力一般為2.5MPa。目前國(guó)內(nèi)已采用工作壓力為4MP

30、a的油壓裝置。故其組成的壓縮空氣系統(tǒng)稱(chēng)為廠內(nèi)高壓壓縮空氣系統(tǒng)。機(jī)組制動(dòng)、機(jī)組調(diào)相壓水、機(jī)組維護(hù)檢修用氣均在廠內(nèi)，要求氣壓均為7×105Pa，稱(chēng)為廠內(nèi)低壓壓縮空氣系統(tǒng)。根據(jù)電站的具體情況，廠內(nèi)高低壓壓縮空氣系統(tǒng)可組成聯(lián)合壓縮空氣系統(tǒng)?？諝鈹嗦菲饕话悴贾迷趶S外，其工作壓力為22.5MPa。但為了使壓縮空氣干燥，要求壓縮空氣的氣壓在4MPa以上，其所組成的壓縮空氣系統(tǒng)稱(chēng)為廠外高壓壓縮空氣系統(tǒng)。水工閘門(mén)、攔污柵和調(diào)壓井等防凍吹冰用氣都在廠外，要求壓縮空氣的氣壓為7×105Pa，稱(chēng)為廠外低壓壓縮空氣系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)的任務(wù)和組成：壓縮空氣系統(tǒng)的任務(wù)，就是及時(shí)地供給用氣設(shè)備所需的氣量，

31、同時(shí)滿足用氣設(shè)備對(duì)壓縮空氣的氣壓、清潔和干燥的要求。壓縮空氣系統(tǒng)由四組成：空氣壓縮裝置，它包括空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、貯氣罐和油水分離器等。供氣管網(wǎng)，它由干管、支管和管件組成。管網(wǎng)將氣源和用氣設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，輸送和分配壓縮空氣。測(cè)量和控制元件，它包括各種類(lèi)型的自動(dòng)化元件，如壓力繼電器、溫度信號(hào)器、電磁空氣閥等。其主要作用是監(jiān)測(cè)、控制，保證壓縮空氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。用氣設(shè)備，如油壓裝置壓力油罐、制動(dòng)閘、風(fēng)動(dòng)工具等。二、升壓站及其它主要設(shè)備簡(jiǎn)介1、變壓器（1）變壓器的種類(lèi)：按相數(shù)分，有單相的、三相的；按鐵芯結(jié)構(gòu)分，有內(nèi)鐵型、外鐵型；按用途分，有電力變壓器、儀用互感器、電焊變壓器和行燈變壓器；按冷卻方式分有

32、油浸變壓器、干式變壓器等。（2）水電站使用變壓器的必要性：在水電站和用戶(hù)之間往往用各種電壓等級(jí)的輸電線路連接起來(lái)。在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，升高電壓有利于提高輸送容量，減少輸電損耗，但是隨著電壓的增高絕緣費(fèi)用也要增大。因此，對(duì)3070KM的用戶(hù)，一般采用35KV輸電，更近一些的用戶(hù)，用10KV輸電。但是小型水電中的發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)采用0.4KV、6.3KV，而日常日常的電氣設(shè)備（電動(dòng)機(jī)、照明器等）都是低壓的，不能直接接在高壓輸電線路上。為了解決高壓輸電和低壓發(fā)電、用電之間的矛盾，必須要有一系列升壓、降壓的設(shè)備。這種將電壓升高或降低的電力設(shè)備就是變壓器。（3）變壓器的作用：（1）改變電壓；（2）改變電流；（

33、3）改變相位。電力變壓器的作用是將一種等級(jí)的電壓變?yōu)橥l率的另一種等級(jí)電壓的電氣設(shè)備。（4）變壓器由鐵芯、繞組、油箱、套管、分接開(kāi)關(guān)以及其它附件所構(gòu)成。（5）變壓器的銘牌參數(shù)變壓器銘牌一般載有下列內(nèi)容：型號(hào)：表示變壓器的結(jié)構(gòu)、冷卻方式、容量和電壓等級(jí)等。例如：S9-6300/35，表示三相油浸自冷式雙繞組銅導(dǎo)線電力變壓器；額定容量6300KVA，高壓繞組電壓等級(jí)為35KV；設(shè)計(jì)序號(hào)9為低損耗能型。額定電壓：指繞組正常運(yùn)行時(shí)在絕緣及允許溫升情況下所規(guī)定的線電壓值，單位為KV。額定電流：指變壓器在額定運(yùn)行情況下容許發(fā)熱所規(guī)定的線電流值，單位為KA。額定容量：在額定工作條件下，變壓器輸出視在功率的保

34、證值，為變壓器二次繞組額定電壓與額定電流的乘積，單位為VA或KVA（三相變壓器還應(yīng)乘要根號(hào)3倍）。額定頻率：我國(guó)為50Hz。阻抗電壓：也稱(chēng)短路電壓，即當(dāng)一側(cè)繞組短路，另一側(cè)繞組達(dá)到額定電流時(shí)所施加的電壓，一般用額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。此外還有允許溫升、繞組連接方式、使用條件和冷卻方式等項(xiàng)內(nèi)容。1000KVA以上的變壓器銘牌上還標(biāo)有空載電流、空載損耗及短路損耗的數(shù)據(jù)。2 、高壓配電裝置（1）高壓斷路器作用：高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)電器。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，它能切斷和接通線路及各種電氣設(shè)備的空載和負(fù)載電流；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它和繼電保護(hù)配合，能迅速切除故障電流，防止擴(kuò)大事故范圍。因此高

35、壓斷路器工作的好壞，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。分類(lèi)：根據(jù)安裝場(chǎng)所不同，有記戶(hù)內(nèi)式和戶(hù)外式；根據(jù)滅弧介質(zhì)不同，有油斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器和真空斷路器等幾種。油斷路器有少油和多油兩種。小型水電站一般采用油斷路器、真空斷路器和SF6斷路器。（2）高壓隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)又名閘刀，是高壓開(kāi)關(guān)的一種。它沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的滅弧裝置，不能切斷負(fù)荷電流和短路電流。隔離開(kāi)關(guān)的用途：隔離電源：用隔離開(kāi)關(guān)將需要檢修的電氣設(shè)備與帶電設(shè)備可靠地隔離，使它們之間有一個(gè)明顯可見(jiàn)的斷開(kāi)點(diǎn)，以保證檢修人員的。倒閘操動(dòng)：例如，將設(shè)備或線路從一組母線切換到另一組母線。接通和斷開(kāi)小電流電路：例如可以用隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行下列操作：接通和斷

36、開(kāi)電壓互感器和避雷器回路；接通和斷開(kāi)電壓為10KV、距離在5KM以?xún)?nèi)的空載輸電線路；接通和斷開(kāi)電壓為35KV、容量為1000KVA及以下和電壓為110KV、容量為3150KVA及以下的空載變壓器回路等。用戶(hù)外三聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)10KV及以下、電流在15A以一的負(fù)荷。3、互感器電力系統(tǒng)為了傳輸電能，往往采用交流高電壓、大電流回路把電能送到用戶(hù)，無(wú)法用儀表進(jìn)行直接測(cè)量?；ジ衅鞯淖饔茫褪菍⒔涣鞲唠妷?、大電流按比例降到可以用儀表直接測(cè)量的數(shù)值，使測(cè)量?jī)x表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化和小型化并可采用小截面的控制電纜或?qū)Ь€進(jìn)行連接，使屏內(nèi)布線簡(jiǎn)單，安裝方便；使測(cè)量?jī)x表、繼電器等二次設(shè)備與高電壓隔離，以保證人身和設(shè)備的安全，當(dāng)電路上發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)測(cè)測(cè)量?jī)x表的電流繞組，使它不受大電流的損壞，同時(shí)為繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置提供電源。互感器分為電流互感器和電壓互感器。二、水電站計(jì)量初步水電站計(jì)量一般在電力變壓器的高壓側(cè)進(jìn)行,發(fā)電量等于各臺(tái)機(jī)組發(fā)電量之和減去主變損耗，即發(fā)電量=各臺(tái)機(jī)組發(fā)電量之和-電力變壓器損耗售電量=發(fā)電量-力率調(diào)整電量而一段時(shí)間（一般以自然月為單位，目前根據(jù)南方電網(wǎng)規(guī)定以自然月