水轮发电机
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第7章 水能、小水力发电与控制技术
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对于小型水电站，水力发电机的出力近似为
P (6.0 ~ 8.0)QH
年发电量的公式为
（7－2）
E PT
（7－3）
式中 E——年发电量（kW•h）；
P
——平均出力（kW）；
T——年利用小时数（h）
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小型水力发电机
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水电站
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水电站
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自然界中的水体在流动过程中产生的能量，称为水能。水 能的重要应用就是水力发电。 水力发电是利用河流、湖泊中的水在流经不同高度地形时 产生的能量来发电，是由水轮发电机组中的水轮机和发电机 实现水的位能向机械能再向电能的二次转换。 水轮发电机组主要由水轮机和发电机组成，水轮机的种类 很多，不同种类的水轮机在小水电中均有应用。水轮发电机主 要是同步发电机。
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7.1 水能及水力资源的特点
7.1.1 水能及水力资源
水能:自然界中的水体在流动过程中产生的能量
水能包括位能、压能和动能三种形式
广义的水能：河流水能、潮汐水能、波浪能和海洋热能 狭义的水能：河流水能，即河流、湖泊等位于高处的水流 至低处时所具有的位能 全世界技术上可开发的水能资源约15万亿kW•h。
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水力发电机发出的电能称为发电机的出力。 其计算公式为
P 9.81QH
（7－1）
式中 P——发电机的输出功率（kW）； Q——流量（m³ /s），单位时间内流过水轮机水的体积； H——水头（m），水轮机做功用的有效水头，为水轮机 进出口断面的总水位差； η——电厂的效率（包括水轮机和发电机的总效率）； 9.81——流速和水头转换为kW•h的一个常数。
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7.2.2 水电站的组成
1．典型水电站的组成
水力发电一般是通过集中水头，用人工的方式引导水流 以高速度冲击水轮机，带动发电机发电，因此典型的水电站 由以下几部分组成： （1）水工建筑物 包括大坝、引水建筑物和泄水建筑物等。 （2）水轮发电机组 水轮机、发电机、主轴及控制系统等组成。 （3）厂房 生产发电、输电和生活的建筑。 （4）变电所 主要包括变压器、各种开关控制设备等。 （5）输电线 输送电到变电站和终端用户的制技术
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小水电的新技术重点：水轮发电机组的控制 水轮发电机组的控制：频率及功率控制为主 水轮发电机组并网：准同步并网和自同步并网实现自动并网， 其中以准同步并网为主 电网的无功功率补偿：由各种无功功率补偿器完成 计算机监控系统： 小型水电站的自动监测、控制和保护 水电站的现场监控及远程监控 监控与数据采集系统（SCADA系统）可实现 水力发电与调度的完全自动化。
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水能资源，亦称水力资源。
理论蕴藏量 水能资源分3级统计 技术可开发资源 经济可开发资源 根据当前技术、经济水平，可开发资源主要是河川水能资 源，潮汐能资源占小部分，波浪能利用尚处于试验阶段。
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7.1.2 水力资源的特点
第7章
水能、小水力发电与控制技术
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第7章 水能、小水力发电与控制技术
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第7章 水能、小水力发电与控制技术
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主要内容
7.1 水能及水力资源的特点 7.2 水力发电 7.3 小水轮发电机组的构成及工作原理 7.4 小水电的新技术及其应用 7.5 小水电站的计算机监控与SCADA系统 7.6 小水力发电的经济技术性评价
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7.2.1 水电站的分类
水电站的分类方式有很多种，主要有以下几种方法： ①按照水源的性质――可分为常规水电站和抽水蓄能电站。 ②按水电站集中水头的手段――可分为堤坝式、引水式和混合式 水电站三种基本类型。 ③按水电站利用水头的大小――可分为高水头（70m以上）、 中水头（15～70m）和低水头（低于15m）三种水电站。 ④按水电站装机容量的大小――可分为大型水电站（装机容量 在30万kW或以上）、中型水电站（5 ～30万kW）和小型水电站 （5万kW以下）。 ⑤按照水库的调节性能――可分为具有调节水量的调节水库水电站 和无水库调节能力的径流式水电站。
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水能的大小取决于两个因素： 河流中水的流量和水从多高的地方流下来（水头） 水的流量：指单位时间内水流通过河流（或水工建筑物）过水断 面的体积，一般用立方米/秒（m³ /s）和升/秒（l/s）来表示。 水头：用来表示发电站的发电机到水坝的水平面的高度（m）。 可利用的水量和一年中不同的流量决定了水力发电站一年 的发电量是不同的。
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图7－1、图7－2分别为水电站的大坝和水电站发电机房的照片
图7－1 水电站的大坝
图7－2 水电站发电机房
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图7－3为水力发电站发电原理示意图
1
水流
2 水流
4
3
水流
图7－3 水力发电站发电原理示意图
我国水力资源的特点主要有以下几点: １)．水力资源总量较多，但开发利用率低 ２)．水力资源地区分布不均，与经济发展不匹配 ３)．大多数河流年内、年际径流分布不均 ４)．水力资源主要集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送
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7.2水力发电
水能的主要应用是水力发电。 水力发电是利用河流在流经不同高度地形时产生的能量来发电: 当位于高处具有位能的水流至低处冲击水轮机时，将其中 所含有的位能转换成水轮机的动能，再由水轮机作为原动机推 动发电机发电。 因此水力发电在某种意义上讲是水的位能变成机械能，又 变成电能的“转换过程”。
水轮发电机及发电电动机的最新技术
水轮发电机及发电电动机的最新技术水轮发电机及发电电动机是利用水能进行发电的设备。
随着科技的不断进步，这些设备的技术也在不断创新和发展。
本文将介绍水轮发电机及发电电动机的最新技术。
水轮发电机最新技术双出水轮式水轮发电机传统的水轮发电机是单出水轮式，即一个水轮只能连接一台发电机进行发电。
而双出水轮式水轮发电机则是通过将两个不同类型的水轮设备并在一起，从而实现了一个水轮可以连接两个发电机同时发电的功能。
双出水轮式水轮发电机可以大大提高水轮效率，提高水能利用率，降低发电成本。
柔性多级水轮发电技术柔性多级水轮发电技术是一种新型的水轮发电技术，通过多级柔性液力变速器的结构设计，可以实现水轮的自适应运行。
该技术具有转速调节范围广、运行平稳、高转速环节绕过、节流段低平等优点。
同时，柔性多级水轮发电技术的运行灵活可靠，能够适应各种水流起伏和水头波动。
发电电动机最新技术直线式电磁驱动电机传统的发电电动机机构复杂，效率低下，维护成本高。
而直线式电磁驱动电机则采用由直线电机、球形机械传动机构和转换控制器等构成的新型电动机，具有结构简单、转子低惯量、能耗低、运行稳定、寿命长等优点。
直线式电磁驱动电机比传统的发电电动机效率提高了10%左右，能大大节约电力消耗和降低发电成本。
超临界直线电机技术超临界直线电机技术是一种新型的发电电动机技术。
该技术可以在超临界排气条件下使用，利用气体的高稠度和低压差，实现高效的转换电力。
与传统的发电电动机相比，超临界直线电机具有转速高、效率高、寿命长、维护简单等优点，可以大大提高发电效率，降低能耗和发电成本。
以上介绍的水轮发电机及发电电动机的最新技术都有着自己独特的特点和优势，可以提高水能利用率，降低发电成本，实现可持续性发展。
随着科技的不断进步，相信这些技术将会更加成熟和完善。
多种水轮发电机组结构原理
龙滩水电站尾水管施工
混流式水轮机转轮
上冠 下环 泄水锥 翼型扭曲叶片 (12~21片) 止漏环(迷宫环) 减压装置
轴流式水轮机转轮
•轴流式水轮机的转轮是由轮毂、轮叶和泄水锥三部分组成。在轮毂四周按悬臂方式安装轮叶，轮叶是扭曲 面。边缘薄，根部厚，外形类似螺旋桨。轮叶数目按工作水头大小而定，工作水头较低，轮叶数较少；反 之，较多。一般为3～8片
1—导叶；2—叶片；3—轮毂
反击式（Reaction Hydraulic Turbine） 轴流式：轴向进流，轴向出流 axial flow turbine, Kaplan turbine
1
4
2
4
3
5
1－导叶；2－叶片；3－轮毂 4－蜗壳；5－尾水管
反击式水轮机 ❖ 斜流式水轮机 ❖ 水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其转轮叶片大多做成可转的形式。 ❖ 适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。
➢
③根据机组负荷变化，调节水轮机流量，改变出力；
➢
④关机时截断水流。
导水机构（distributor ）
➢ 组成：导叶和传动机构。 ➢ 导叶：导水机构的主体，由导叶体和导叶轴两部分组成。上下端分别固定在底环和顶盖上，为流
线形。 ➢ 传动机构：由控制环、连杆、转臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，改变导
引水部件—蜗壳和座环
蜗壳 以沿水流方向过水断面的面积逐渐减小的蜗形流道，紧紧围住导水机构，使水流进入导水机构具有一定的
旋转环量 。并基本保证水流的对称、均匀性，从而提高效率。
三峡电站的一台机组蜗壳，由高强度钢板卷制焊接而成，与大坝引水管相连，蜗壳中间是座环及固 定导叶。
水电站水轮发电机组的基本结构及安装过程
水电站水轮发电机组的基本结构及安装过程一、水轮发电机组的基本结构1.水轮发电机：水轮发电机是水电站发电的核心设备，它将水流的动能转化为机械能，在转子与定子之间通过电磁感应产生电能。
水轮发电机包括转子、定子和转子轴承等。
2.调速装置：调速装置用于控制水轮的转速，保证水轮发电机的正常运行。
调速装置通常由水轮的钢轮、调速器和液力传动装置等组成。
3.低压配电系统：低压配电系统是将水轮发电机产生的高压电能通过变压器降压后输送至用户的系统。
它包括变压器、开关设备、保护装置和电流互感器等。
4.辅助设备：辅助设备主要包括水泵、冷却设备、火灾监控装置等。
水泵用于进水和排水，冷却设备用于降低水轮发电机组的温度，火灾监控装置用于监测水轮发电机组周围的火灾情况。
二、水轮发电机组的安装过程1.场地选择：水轮发电机组需要选择在水流充足、坡度适宜、土壤稳定和交通便利的场地上建设。
同时要考虑电网的接入方式和水轮发电机组的运输通道。
2.水轮发电机组的安装：首先需要修建一座水坝，形成一个水库，以储存水资源。
然后在水库出口处建造一座放水渠道，将水引入水轮发电机组的水导管系统。
水导管系统包括水流整流器、水轮进水口、水轮和尾水放空口。
3.水轮发电机组的建设：根据水轮发电机组的设计要求，在场地上修建发电厂房和相关设备基础。
然后进行水轮发电机组的设备安装，包括将水轮发电机组各个组件安装在机房内，并与输电线路连接。
4.调试与运行：水轮发电机组安装完成后，需要进行一系列的调试工作，包括试运转、开机调试和正常运行试验等。
在调试工作完成后，水轮发电机组即可正式投入运行，生成电能供给用户使用。
5.运维与管理：水轮发电机组在正常运行中需要进行定期的检查、维护和管理工作，包括设备的巡视、清洗、润滑和更换等。
同时还需要注意水库的管理和维护，以确保水能资源的充足和水轮发电机组的安全运行。
总结：水电站水轮发电机组的基本结构包括水轮发电机、调速装置、低压配电系统和辅助设备。
水轮发电机组
龙头石发电机结构 定子 转子 推力轴承 上、下导轴承 制动和除尘系统 通风冷却 灭火系统 防油雾系统 机组其它自动化元件
发电机定子
定子机座 定子机座由钢板焊接而成，为运输方便而 分成6瓣，在工地组焊成整圆，机座外径为 14500mm，高2245mm，定子机座采用无 上、下环结构，大齿压板直接入于定子基 础板上，定子上端通过上机架支墩与上机 架相连。
• 灭火系统
• 发电机采用水喷雾灭火方式，灭火环管分 别布置在发电机定子线圈的上、下两端， 上、下分别设有64个喷雾头圆周分布。
• 防油雾系统
• 本发电机在上导轴承油槽上、下端和推力 油槽上、下端分别设置了防油雾装置，将 有效地防止油雾污染发电机。
机组其它元件
轴电流监测装置
轴电流监测装置由ZCT型轴电流互感器和ZCX型 轴电流报警装置两部分组成。ZCT型轴电流互感 器为环形分瓣结构，安装在发电机上端轴上，
• 上、下机架
• 发电机上、下机架均由中心体和支臂组成， 下机架中心体分两瓣在工地组装，中心体 和支臂在工地焊接成整体，并有足够的强 度和钢度，上机架采用能将径向力转化为 切向力的结构，可有效地改善发电机基础 的受力，下机架能通过发电机定子整体吊 出。
上机架及上挡 下机架及制动
风板
闸
• 上、下导轴承
水力发电机组
水轮机发电机组简述
水流经引水道进入水轮机，由于水流 和水轮机的相互作用，水流便把自己 的能量传给了水轮机，水轮机获得能 量后开始旋转而作功。因为水轮机和 发电机相连，水轮机便把它获得的能 量传给了发电机，带动发电机转子旋 转，在定子内感应出电势，带上外负 荷后便输出了电流。当水流通过水轮 机时，水能即转变成机械能。
三、水电站厂房的布置
水轮发电机原理及运行
水轮发电机原理及运行嘿，朋友们！今天咱来聊聊水轮发电机那神奇的原理和运行呀！你看啊，水轮发电机就像是一个超级大力士，能把水的力量转化为电的能量。
这就好比咱人吃饭有力气干活一样，水就是它的“饭”，电就是它干出来的“活”。
水从高处冲下来，那劲头可足啦！就像咱跑步冲刺一样，带着满满的能量。
然后呢，水冲击水轮机的叶片，让叶片飞快地转起来。
这叶片一转起来呀，就带动了里面的那些个零件啊，一起欢快地动起来。
这不就跟咱骑自行车似的，脚一蹬，轮子就咕噜噜转起来啦。
然后呀，通过一系列复杂又巧妙的装置，这转动的能量就被神奇地变成了电。
哇塞，是不是很厉害？你说这大自然的力量加上人类的智慧，咋就这么牛呢！咱再想想，要是没有水轮发电机，那咱的生活得少多少便利呀！晚上黑灯瞎火的，啥也干不了。
那多不方便呀！所以说呀，这水轮发电机可真是个大宝贝呢！你说水从那么高的地方冲下来，咋就能变成电呢？这就是科学的神奇之处呀！就好像魔术师一样，能把一样东西变成完全不一样的另一样东西。
而且水轮发电机还特别环保，它用的是水的力量，又不污染环境，多好呀！在一些有河流有瀑布的地方，就经常能看到水轮发电机的身影。
它们就像忠诚的卫士，默默地工作着，为我们提供着源源不断的电力。
你想啊，要是没有它们，我们的手机怎么充电？电脑怎么用？电视怎么看？那生活得多无聊呀！水轮发电机运行起来也很稳定呢，只要水一直在，它就能一直工作。
这就跟咱上班一样，只要有活干，就能一直干下去。
而且它还不需要太多的维护，只要定期检查检查就行啦。
哎呀呀，这水轮发电机可真是个了不起的发明呀！它让我们的生活变得更加丰富多彩，让我们能享受到各种电器带来的便利。
咱可得好好珍惜它，爱护它，让它能一直为我们服务下去呀！这就是我对水轮发电机的看法，你们觉得呢？。
水轮发电机参数表
水轮发电机参数表（原创实用版）目录一、水轮发电机的基本概念与原理二、水轮发电机的主要参数1.额定功率与效率2.额定电压3.容量与功率因数三、水轮发电机的型号与参数四、水轮发电机的保护措施五、总结正文一、水轮发电机的基本概念与原理水轮发电机是一种将水能转化为电能的设备，主要由水轮机和发电机组成。
当水流经水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴带动发电机的转子，将机械能转换成电能并输出。
水轮发电机是水电站生产电能的主要动力设备。
二、水轮发电机的主要参数1.额定功率与效率额定功率是指水轮发电机在额定条件下能够输出的功率。
效率是指水轮发电机将水能转化为电能的效果。
额定功率除以效率不应大于水轮机的最大轴出力。
2.额定电压水轮发电机的额定电压需经技术经济比较会同制造厂决定，当前水轮发电机的电压从 6.3kv 到 18.0kv。
容量越大则额定电压越高。
3.容量与功率因数容量是指水轮发电机在额定条件下能够输出的电能。
功率因数是发电机的额定有功功率与额定视在功率之比，用 cosn 表示。
远离负荷中心的水电站常采用较高的功率因数，功率因数增大则电机的造价可略降低。
三、水轮发电机的型号与参数具体的水轮发电机型号与参数需要根据电站的具体条件来确定，例如水头、流量和机组的数量等。
四、水轮发电机的保护措施为了保证水轮发电机的正常运行和延长使用寿命，需要采取一定的保护措施。
常见的保护措施包括过载保护、短路保护、过热保护等。
五、总结水轮发电机是一种重要的水电设备，其参数和型号需要根据具体条件来确定。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理水轮发电机是一种利用水流的动能来驱动发电机产生电能的设备。
它是一种非常常见且有效的发电方式，被广泛应用于水力发电站和小型水电站中。
水轮发电机的工作原理可以简述为水驱动叶轮旋转，从而带动发电机发电。
下面详细介绍水轮发电机的工作原理。
1. 水轮发电机的构造- 水轮发电机主要由水轮机、发电机、发电机调速器和控制系统等组成。
- 水轮机是核心部件，由机壳、导叶、叶轮、轴等组成。
其中，叶轮通过水的冲击力旋转，将水的动能转化为机械能。
- 发电机则将机械能转化为电能，通过正常的电路连接将电能输送到电网或存储设备中。
- 发电机调速器负责控制叶轮的转速，以保持稳定的输出电压。
2. 水轮机的工作原理- 当水流经过水轮机时，根据动量守恒定律，水流的动能会转化为叶轮的动能。
此时水轮机中的叶轮开始旋转。
- 叶轮旋转的速度与水流的流速、叶轮的形状以及进入叶轮的水流角度有关。
因此，调整这些参数可以改变发电机的输出功率。
- 叶轮就像一个转子，将水的动能转化为机械能。
其构造使得能够最大化地利用水流的动能。
3. 发电机的工作原理- 叶轮通过轴将转动的机械能传递给发电机。
发电机内部的转子通过旋转的磁场感应电流，从而发生电磁感应现象。
- 根据法拉第电磁感应定律，转子中产生的电动势会引起电流的流动，从而产生电能。
- 发电机内部的线圈和磁铁组成的电磁感应系统是实现电能转换的关键。
4. 发电机调速器的工作原理- 为保持发电机的输出电压恒定，调速器会通过监测输出电压的变化，反馈控制叶轮的转速。
- 当输出电压低于设定值时，调速器会增加叶轮的转速，增加电能的输出。
反之亦然。
- 调速器还可以根据外部的需求或变化的水流量来自动调整叶轮的转速。
总结起来，水轮发电机的工作原理就是利用水流的动能将水轮旋转，进而带动发电机发电。
水轮发电机的构造包括水轮机、发电机、发电机调速器和控制系统。
水轮机将水的动能转化为机械能，发电机则将机械能转化为电能。
水轮发电机的工作原理
水轮发电机的工作原理
水轮发电机是一种利用水力能源转换为电能的发电设备，其工作原理是利用水
流的动能驱动水轮转动，进而带动发电机产生电能。
水轮发电机在利用水力资源方面具有很大的优势，因为水资源是一种可再生的能源，且不会产生污染。
水轮发电机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 水库或河流，水轮发电机通常建在水库或河流上。
水库可以储存大量的水，
而河流则可以提供持续的水流。
这些水源都可以作为水轮发电机的动力来源。
2. 水流入水轮，水流经过水轮发电机时，会被导流装置引导到水轮上。
水轮通
常由多个叶片组成，水流的动能会被转化为水轮的旋转动能。
3. 水轮转动，水流的动能使得水轮开始旋转。
水轮的旋转速度和力度取决于水
流的流速和水轮的设计。
4. 发电机发电，水轮的旋转驱动发电机产生电能。
发电机内部的线圈在磁场的
作用下产生电流，从而转化为电能输出。
5. 输电，通过输电线路将发电机产生的电能输送到需要的地方，供给人们的生
活和工业生产使用。
水轮发电机的工作原理简单而高效，能够充分利用水力资源，为人们提供清洁、可再生的能源。
在当今环保和可持续发展的大背景下，水轮发电机作为一种重要的清洁能源设备，将在未来得到更广泛的应用和发展。
希望在不久的将来，水轮发电机能够成为能源领域的重要组成部分，为人类的生活和社会发展做出更大的贡献。
《水电站水轮发电机》课件
02
水电站水轮发电机的结构与组 成
水电站水轮发电机的主体结构
01
02
03
转子
转子是水轮发电机的核心 部件，由主轴、磁轭和励 磁绕组组成，用于产生旋 转磁场。
定子
定子固定在水轮发电机机 座上，由铁芯和绕组组成 ，用于产生感应电动势。
轴承
轴承是连接水轮发电机转 子和机座的部件，用于支 撑转子并传递扭矩。
《水电站水轮发电机》 ppt课件
目录
Contents
• 水电站水轮发电机概述 • 水电站水轮发电机的结构与组成 • 水电站水轮发电机的运行与维护
目录
Contents
• 水电站水轮发电机的故障诊断与处 理
• 水电站水轮发电机的未来发展与展 望
01 水电站水轮发电机概述
水电站水轮发电机的定义与特点
监测电机电流、电压、功率等 电气参数，判断电气系统状态
。
油液分析
通过对润滑油和液压油的化验 分析，判断机械部件磨损情况
。
控制系统自诊断
利用控制系统的自诊断功能， 检测控制电路板、传感器和执
行器的工作状态。
水电站水轮发电机的故障处理措施
定期维护保养
按照规定周期对水轮发电机进 行维护保养，确保机器处于良
智能化控制技术
引入先进的传感器和控制系统，实 现水轮发电机的远程监控和智能控 制。
复合材料的应用
利用复合材料提高水轮机的耐磨、 耐腐蚀性能，延长使用寿命。
水电站水轮发电机在新能源领域的应用
抽水蓄能电站
利用水轮发电机进行抽水蓄能，解决电网调峰问题。
潮能、波浪能发电
结合水轮发电机技术，开发利用潮汐能和波浪能等新能源。
控制系统
低水量高功率水轮发电机型号及参数表
低水量高功率水轮发电机型号及参数表一、引言水力发电是一种利用水流能量转化为电能的技术，常见的水力发电机主要分为水轮发电机和水电发电机。
而水轮发电机中，低水量高功率水轮发电机是一种特殊的发电机型号。
本文将介绍几种常见的低水量高功率水轮发电机型号及其参数表。
二、发电机型号及参数表1. 型号：DL-1550- 额定水流量：10 m³/s- 额定水头：50 m- 额定功率：1550 kW- 发电效率：90%- 转速：750 rpm2. 型号：GL-2000- 额定水流量：8 m³/s- 额定水头：60 m- 额定功率：2000 kW- 发电效率：92%- 转速：1000 rpm3. 型号：SL-2500- 额定水流量：6 m³/s- 额定水头：70 m- 额定功率：2500 kW- 发电效率：95%- 转速：1200 rpm4. 型号：XL-3000- 额定水流量：5 m³/s- 额定水头：80 m- 额定功率：3000 kW- 发电效率：96%- 转速：1500 rpm5. 型号：WL-3500- 额定水流量：4 m³/s- 额定水头：90 m- 额定功率：3500 kW- 发电效率：97%- 转速：1800 rpm三、低水量高功率水轮发电机的特点及应用低水量高功率水轮发电机具有以下特点：1. 高功率密度：相较于传统水轮发电机，低水量高功率水轮发电机在相同的水流量下能够提供更高的功率输出，这得益于其优化的结构设计和高效的转子。
2. 适应低水头：低水量高功率水轮发电机适用于水头较低的水流条件，能够有效利用水流能量，实现高效发电。
3. 环保节能：水力发电是一种清洁能源，低水量高功率水轮发电机通过最大限度地提高发电效率，减少能量损失，实现了对水资源的有效利用。
低水量高功率水轮发电机广泛应用于以下场景：1. 山区小型水电站：由于山区水资源相对较为有限，低水量高功率水轮发电机能够充分利用山区水流资源，满足当地电力需求。