水利發(fā)電工程76清楚明了

第七章 水力發(fā)電工程第一節(jié) 水能的利用和計(jì)算水力發(fā)電工程：利用水來(lái)發(fā)電的工程水能的大小取決于水流的流量Q及其落差H。在工程上并不直接使用這個(gè)單位，通常用“千瓦(kW)”做為功率的單位，它們之間的關(guān)系為因此，除去發(fā)電機(jī)一定的能量損失后，水電站實(shí)際發(fā)出的功率為水頭損失與引水建筑物的條件、形狀，水流流速及引水路徑長(zhǎng)度等因素有關(guān)，可由水力學(xué)公式計(jì)算出來(lái)在水電工程中，水電站實(shí)際發(fā)出的功率叫做水電站的出力．如果把用A表示，則水電站出力為通常電能用度來(lái)表示,一度等于1KW.H第二節(jié)水能的開(kāi)發(fā)方式

和水電站的主要類型水能的開(kāi)發(fā)方式蓄水式徑流式普通式(天然河道筑壩)抽水蓄水式日調(diào)節(jié)月調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)一、壩式水電站二、河床式水電站三、引水式水電站水電站的三種基本類型一、壩式水電站水頭是由壩所形成，即在河道上修筑壩，甩以抬高水位，形成落差當(dāng)廠房緊靠著壩體布置在壩體的下游時(shí)，稱壩后式水電站，如圖5-2及圖5-3所示如河谷狹狹窄而水水電站的的機(jī)組較較多，泄泄洪建筑筑物與電電站廠房房的布置置有矛盾盾時(shí)，可可把廠房房置于泄泄洪建筑筑物之下下而構(gòu)成成廠房頂頂溢流式式水電站站當(dāng)壩址河河谷狹窄窄且泄洪洪量大時(shí)時(shí)，為了了解決樞樞紐布置置的困難難，擋水水建筑物物可采用用空腹混混凝土壩壩的型式式；將廠廠房布置置在壩體體的空腹腹內(nèi)，構(gòu)構(gòu)成壩內(nèi)內(nèi)式水電電站二、河床床式水電電站河床式水水電站的的特點(diǎn)是是水電站站水頭較較低，廠廠房本身身也起擋擋水的作作用，是是擋水建建筑物的的一部分分，壩軸軸線與廠廠房并列列。三、引水水式水電電站引水式水水電站的的特點(diǎn)是是引水道道較長(zhǎng)，，水電站站的水頭頭全部或或相當(dāng)大大的一部部分由引引水道所所集中按照引水水道的型型式可將將引水式水水電站分分為有壓壓引水式式和無(wú)壓壓引水式式兩種引水式水水電站的的建筑物物可分為為三部分分：(1)首首部樞紐紐 (2)引水水建筑物物(3)廠廠房樞紐紐特點(diǎn)：無(wú)無(wú)壓引水水道引水水壩式、河河床式及及引水式式水電站站雖各有有其特點(diǎn)點(diǎn)，但有有時(shí)它們們之間卻卻難以明明確劃分分在實(shí)際工工程中，，常將具具有一定定長(zhǎng)度的的引水建建筑物的的水電站站統(tǒng)稱為為引水式式水電站站第三節(jié)水水電電站建筑筑物水電站組成部份作用擋水建筑物截?cái)嗪恿骷新洳?，形成水?kù)泄水建筑物下泄多余的水量或放水以降低水庫(kù)水位水電站進(jìn)水建筑物將水電站所需流量引進(jìn)引水道水電站引水建筑物將發(fā)電用水由水庫(kù)輸送給水輪機(jī)水電站平水建筑物平穩(wěn)引水建筑物中流量及壓力的變化發(fā)電、變電和配電建筑物發(fā)電變電及配電其它建筑物（如過(guò)壩建筑物、取水防沙建筑物等）一、水電電站進(jìn)水水建筑物物二、水電電站引水水建筑物物三、水電電站平水水建筑物物一、水電電站進(jìn)水水建筑物物進(jìn)水建筑筑物的功功用和基基本要求求如下(1)要要有足夠夠的進(jìn)水水能力(2)水水質(zhì)要符符合要求求(3)水水頭損失失要小(4)可可控制引引水流量量(5)經(jīng)經(jīng)濟(jì)合理理，技術(shù)術(shù)可行，，施工方方便，維維修運(yùn)行行管理方方便（一）有有壓進(jìn)水水口有壓進(jìn)水水口的主主要特征征是進(jìn)水水口后接接有壓隧隧洞或有有壓管道道有壓進(jìn)水水口的主主要類型型有洞式式進(jìn)水口口、塔式式進(jìn)水口口、墻式式進(jìn)水口口及壩式式進(jìn)水口口等有壓進(jìn)水水口在樞樞紐中的的位置，，應(yīng)盡量量使進(jìn)入入進(jìn)水口口的水流流平順、、對(duì)稱，，不發(fā)生生回流和和漩渦，，不出現(xiàn)現(xiàn)淤積，，不聚集集污物，，泄洪時(shí)時(shí)仍能正正常進(jìn)水水有壓進(jìn)水水口應(yīng)低低于運(yùn)行行中可能能出現(xiàn)的的最低水水庫(kù)水位位，并有有一定的的淹沒(méi)深深度（二）無(wú)無(wú)壓進(jìn)水水口及沉沉沙池?zé)o壓引水水的電站站中采用用無(wú)壓進(jìn)進(jìn)水口，，其特征征是水流流在取水水口及引引水道中中均有自自由水面面進(jìn)水口后后一般接接無(wú)壓引引水建筑筑物進(jìn)水口宜宜設(shè)在河河流凹岸岸，以防防回流造造成漂浮浮物堆積積，且河河流中上上層清水水在彎道道環(huán)流的的作用下下流向凹凹岸，進(jìn)進(jìn)水口前前不易淤淤積，以以便引進(jìn)進(jìn)上層清清水進(jìn)水口前前一般均均設(shè)攔污污柵或浮浮排，以以便攔截截漂浮物物建造攔河河閘，壩壩時(shí)，要要充分考考慮泥沙沙的影響響，原則則上是要要盡量維維持河流流原有的的形態(tài)，，洪水期期要使上上游沖下下來(lái)的泥泥沙(特特別是推推移質(zhì))基本上上全部經(jīng)經(jīng)泄水道道下泄，，不使其其堆積起起來(lái)要盡可能能防止有有害泥沙沙（粒徑徑大于0.25mm的的泥沙））進(jìn)入引引水道通常的做做法是防防止推移移質(zhì)泥沙沙進(jìn)入進(jìn)進(jìn)水口，，懸移質(zhì)質(zhì)泥沙可可以進(jìn)入入，但要要設(shè)沉沙沙池將有有害泥沙沙清除對(duì)于推移移質(zhì)泥沙沙，在進(jìn)進(jìn)水口前前設(shè)攔沙沙坎被攔截住住的推移移質(zhì)泥沙沙要及時(shí)時(shí)清除，，否則堆堆積過(guò)多多會(huì)使攔攔沙坎失失效典型山區(qū)區(qū)多泥沙沙河流上上引水式式水電站站的首部部樞紐圖圖沉沙池是是一個(gè)靜靜水池，，它的基基本原理理是因它它的斷面面遠(yuǎn)大于于引水渠渠道的斷斷面原理:減減小流速速 降低低水流的的挾沙能能力沉沙池的的長(zhǎng)度和和寬度都都要適宜宜:沉沙池長(zhǎng)長(zhǎng)度若不不足，則則有害泥泥沙尚未未沉到池池底即已已流出沉沉沙池，，達(dá)不到到沉沙的的效果；；沉沙池池過(guò)長(zhǎng)則則造成浪浪費(fèi)調(diào)節(jié)寬度度使流速速為0.25～～0.70m／／s沉沙池內(nèi)內(nèi)沉積的的泥沙的的排除方方式有連連續(xù)沖沙沙，定期期沖沙及及機(jī)械排排沙三種種二、水電電站引水水建筑物物用于發(fā)電電引水的的渠道稱稱為動(dòng)力力渠道動(dòng)力渠道道必須滿滿足以下下基本要要求：足夠的輸輸水能力力水頭損失失要小水質(zhì)符合合要求運(yùn)行安全全可靠(一)動(dòng)動(dòng)力渠道道(二)引引水隧洞洞優(yōu)點(diǎn)可以采用較短的路線，避開(kāi)沿線地表不利的地形及地質(zhì)條件有壓隧洞能適應(yīng)水庫(kù)水位的大幅度變化，也能適應(yīng)水電站引用流量的迅速變化不受地表氣候的影響，可以避免沿途對(duì)水質(zhì)的污染缺點(diǎn)對(duì)地質(zhì)條件、施工技術(shù)及機(jī)械化的要求較高，單價(jià)較貴，工期較長(zhǎng)(三)壓壓力水管管壓力水管管是指從從水庫(kù)、、壓力前前池或調(diào)調(diào)壓室將將水流直直接引入入水輪機(jī)機(jī)的水管管,又稱稱高壓水水管1.分類類壓力水管露天式壩內(nèi)式隧洞式按布置方方式分壓力水管鋼管鋼筋混凝土管木管現(xiàn)場(chǎng)澆筑分段預(yù)制按管身材材料分能承受很很大的內(nèi)內(nèi)水壓力力，主要要用于中中、高水水頭電站站低水頭電電站常采采用的壓壓力水管管木管僅用用于盛產(chǎn)產(chǎn)木材地地區(qū)的中中小型水水電站，，其優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是就地地取材，，缺點(diǎn)是是壽命不不長(zhǎng)，維維修費(fèi)用用較高2.線路路選擇選擇線路路時(shí)主要要考慮以以下因素素：盡量選擇擇最短最最直的線線路選擇良好好的地質(zhì)質(zhì)條件盡量減少少水管的的轉(zhuǎn)折起起伏3.壓力力水管的的供水方方式(1)單單元供水水優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單單，運(yùn)行行方便可可靠，當(dāng)當(dāng)一根水水管發(fā)生生故障或或檢修時(shí)時(shí)不影響響其它機(jī)機(jī)組運(yùn)行行缺點(diǎn)：水管所費(fèi)費(fèi)材料較較多，土土建工程程量大，，造價(jià)較較昂貴。。一般在在水管不不長(zhǎng)、造造價(jià)不太太高時(shí)采采用（2）聯(lián)聯(lián)合供水水優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)機(jī)組組多時(shí)水水管數(shù)目目較少，，管理方方便，也也較經(jīng)濟(jì)濟(jì)缺點(diǎn)：當(dāng)總水管管發(fā)生故故障或檢檢修時(shí)，，由它供供水的機(jī)機(jī)組都要要停止運(yùn)運(yùn)行；每每臺(tái)機(jī)組組前面都都要裝閥閥門(mén)，以以便檢修修某臺(tái)機(jī)機(jī)組時(shí)不不影響其其它機(jī)組組運(yùn)行（3）分分組供水水此種供供水方式式的特點(diǎn)點(diǎn)介于單單元供水水和聯(lián)合合供水之之間正面進(jìn)水水適用于于水頭不不高、水水管不長(zhǎng)長(zhǎng)的情況況下。對(duì)對(duì)于露天天式壓力力水管，，從側(cè)面面進(jìn)水的的目的是是使水管管失事爆爆裂后的的高速水水流易于于排走，，以免沖沖毀廠房房。這種種進(jìn)水方方式適用用于水頭頭較高的的情況下下。其缺缺點(diǎn)是水水管進(jìn)入入廠房前前要轉(zhuǎn)彎彎，增加加水頭損損失，且且使管道道結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù)雜。4.壓力力水管的的斷面尺尺寸壓力水管管的經(jīng)濟(jì)濟(jì)直徑應(yīng)應(yīng)根據(jù)動(dòng)動(dòng)能經(jīng)濟(jì)濟(jì)計(jì)算來(lái)來(lái)確定，，它與管管內(nèi)流速速、水頭頭損失、、造價(jià)、、運(yùn)行、、施工和和維修等等因素有有關(guān)當(dāng)壓力水水管單元元供水時(shí)時(shí)當(dāng)壓力水水管分組組或聯(lián)合合供水時(shí)時(shí)露天鋼管管的內(nèi)水水壓力是是管壁應(yīng)應(yīng)力計(jì)算算時(shí)的主主要控制制因素管壁的必必要厚度度可由下下式初估估另外還應(yīng)應(yīng)加上1~2mm的銹銹蝕及磨磨損安全全量最后采用用的管壁壁厚度還還應(yīng)符合合鋼板的的規(guī)格鋼管是一一種薄壁壁結(jié)構(gòu)，，在外力力作用下下，可能能喪失穩(wěn)穩(wěn)定而毀毀壞。露露天鋼管管在承受受最大外外壓力為為一個(gè)大大氣壓時(shí)時(shí)，最小小必需厚厚度約為為如按強(qiáng)度度計(jì)算出出的厚度度小于按按上式得得出的數(shù)數(shù)字，若若出入不不大，可可采用上上式計(jì)算算結(jié)果；；若相差差較大，，則可沿沿管壁每每隔一定定距離加加設(shè)一個(gè)個(gè)剛性環(huán)環(huán)，以增增加管壁壁剛度壓力水管管必須用用鎮(zhèn)墩和和支墩來(lái)來(lái)固定和和支承，，以保持持水管的的穩(wěn)定鎮(zhèn)墩多用漿砌砌石或混混凝土澆澆筑而成成。當(dāng)水水管管線線為直線線時(shí)，一一般在坡坡頂與坡坡腳各設(shè)設(shè)一鎮(zhèn)墩墩。如水水管管線線為折線線時(shí)則在在轉(zhuǎn)彎處處加設(shè)鎮(zhèn)鎮(zhèn)墩。有有時(shí)當(dāng)管管道過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)，為了了減小溫溫度變化化所產(chǎn)生生的軸向向力，一一般每隔隔80～～120m設(shè)一一鎮(zhèn)墩支墩布置在鎮(zhèn)鎮(zhèn)墩之間間的管線線上，間間隔一般般為6～～10m在壓力水水管的進(jìn)進(jìn)口或末末端有時(shí)時(shí)要設(shè)置置閘門(mén)或或閥門(mén)三、水電電站平水水建筑物物壓力前池池是引水水渠道和和壓力水水管之間間的連接接建筑物物壓力前池池的三個(gè)個(gè)作用：：將引水道道引來(lái)的的流量均均勻地分分配給各各壓力水水管，并并加以必必要的控控制再次清除除水中的的污物、、泥沙、、浮冰等等，宣泄泄多余的的水量當(dāng)水輪機(jī)機(jī)引用流流量迅速速改變時(shí)時(shí)，壓力力前池的的容積可可以起一一定的調(diào)調(diào)節(jié)作用用（一）壓壓力前池池壓力前池池由下列列四種主主要建筑筑物所組組成：池身及漸漸變段壓力水管管的進(jìn)水水口泄水建筑筑物排污、排排沙、排排冰建筑筑物(二)調(diào)調(diào)壓室水電站在在運(yùn)行中中丟棄負(fù)負(fù)荷時(shí)，如果突突然關(guān)閉閉水輪機(jī)機(jī)的導(dǎo)葉葉或閥門(mén)門(mén)時(shí)，由由于水流流的慣性性，將產(chǎn)產(chǎn)生瞬時(shí)時(shí)的壓力力升高。。在發(fā)生生這種現(xiàn)現(xiàn)象時(shí)并并伴有錘擊般的的聲音，，因此被被稱之為為水錘現(xiàn)象象，其壓力力變化值值稱為水水錘壓力力為了使水水錘壓力力不致影影響引水水道，故故常在較較長(zhǎng)的引引水道末末端修建建調(diào)壓室室調(diào)壓室的的一部分分或全部部設(shè)置在在地面以以上的稱稱為調(diào)壓壓塔；調(diào)調(diào)壓室大大部分埋埋設(shè)在地地面之下下，則稱稱調(diào)壓井井調(diào)壓室在在引水系系統(tǒng)中的的布置有有四種基基本型式式：上游調(diào)壓壓室(引水調(diào)調(diào)壓室)下游調(diào)壓壓室(尾水調(diào)調(diào)壓室)上下游雙調(diào)壓室室系統(tǒng)上游雙調(diào)調(diào)壓室系系統(tǒng)第四節(jié)水水電站站的主要要設(shè)備一、水輪輪機(jī)水輪機(jī)是是將水能能轉(zhuǎn)換為為機(jī)械能能的一種種動(dòng)力機(jī)機(jī)械，它它帶動(dòng)發(fā)發(fā)電機(jī)再再將機(jī)械械能轉(zhuǎn)換換為電能能水輪機(jī)的的主要部部件是轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)的的類型1.反擊式水水輪機(jī)其轉(zhuǎn)輪全全部浸泡泡在有壓壓的水流流中水流連續(xù)續(xù)通過(guò)水水輪機(jī)的的轉(zhuǎn)輪，，水流對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)輪發(fā)發(fā)生反擊擊作用力力，形成成旋轉(zhuǎn)力力矩，使使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)水輪機(jī)按按水流對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)輪的的作用分分為反擊擊式和沖沖擊式混流式水水輪機(jī)中中的水流流流經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪是輻輻向流進(jìn)進(jìn)而軸向向流出，，然后經(jīng)經(jīng)尾水管管排人下下游河道道（1）混混流式水水輪機(jī)軸流式水水輪機(jī)中中的水流流流經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪是軸軸向流入入而又軸軸向流出出，然后后經(jīng)尾水水管排向向下游河河道（2）軸軸流式水水輪機(jī)（3）斜斜流式水水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的輪輪葉軸線線與機(jī)組組主軸成成一角度度(45度～60度)布置可以適應(yīng)應(yīng)較大的的負(fù)荷變變化，性性能穩(wěn)定定，高效效率范圍圍寬，且且抗氣蝕蝕性能好好（4）貫貫流式水水輪機(jī)貫流式水水輪機(jī)是是橫向軸軸流式水水輪機(jī)水流從人人口到出出口是直直線流動(dòng)動(dòng)，故效效率較高高2.沖擊擊式水輪輪機(jī)工作原理理：利用用噴嘴將將高壓水水流噴射射在水輪輪機(jī)的工工作輪上上，驅(qū)使使工作輪輪旋轉(zhuǎn)，，從而將將水流的的動(dòng)能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為機(jī)機(jī)械能二、水輪輪發(fā)電機(jī)機(jī)（一）水水輪發(fā)電電機(jī)的類類型水輪發(fā)電電機(jī)按軸軸的裝置置方式可可分為臥臥式和立立式兩種種立式水輪輪發(fā)電機(jī)機(jī)一般由由轉(zhuǎn)子、、定子、、軸承、、機(jī)架、、勵(lì)磁機(jī)機(jī)、永磁磁發(fā)電機(jī)機(jī)、制動(dòng)動(dòng)閘、空空氣冷卻卻器等部部件組成成立式水輪輪發(fā)電機(jī)機(jī)按推力力軸承的的位置不不同又可可分為懸懸吊型和和傘型兩兩種三、主要要電氣設(shè)設(shè)備長(zhǎng)距離相相同電阻阻情況下下，高壓壓輸送電電能損失失比低壓壓小得多多（一）電電力變壓壓器開(kāi)關(guān)設(shè)備備主要包包括：斷斷路器、、隔離開(kāi)開(kāi)關(guān)、自自動(dòng)空氣氣開(kāi)關(guān)、、磁力起起動(dòng)器、、接觸器器等（二）開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備備和熔斷斷器開(kāi)關(guān)設(shè)備種類性質(zhì)作用或原理斷路器高壓開(kāi)關(guān)切斷電流及電弧隔離開(kāi)關(guān)隔離電壓閘刀開(kāi)關(guān)低壓開(kāi)關(guān)隔離帶電部分的電壓接觸器隔離，熄滅電弧磁力起動(dòng)器自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)熔斷器：：超荷自動(dòng)動(dòng)熔斷通過(guò)熔件件的電流流越大，，則熔件件熔斷也也越快，，電路斷斷開(kāi)的時(shí)時(shí)間就越越短（三）電電壓互感感器和電電流互感感器電壓互感感器和電電流互感感器也是是一種變變壓器，，將高壓壓或大電電流轉(zhuǎn)為為低壓或或小電流流，以供供測(cè)量?jī)x儀表和保保護(hù)線路路應(yīng)用（四）一一次回路路和二次次回路將水電站站的主要要機(jī)電設(shè)設(shè)備，發(fā)發(fā)電機(jī)，，變壓器器和開(kāi)關(guān)關(guān)設(shè)備等等，按一一定順序序聯(lián)結(jié)成成的線路路，稱為為一次回回路，也也稱主結(jié)結(jié)線電站中用用于測(cè)量量、監(jiān)視視、控制制、信號(hào)號(hào)、操作作、保護(hù)護(hù)和自動(dòng)動(dòng)裝置等等的低壓壓電路，，稱為二二次回路路，也稱稱二次結(jié)結(jié)線（五）防防雷保護(hù)護(hù)與接地地裝