水电站机电设备介绍

水轮机的主要结构
以混流式水轮机为例：
➢ 引水部件
大中型混流式水轮机的引水部件由蜗壳和座环组成。当电站水头低于 40m，多采用钢筋混凝土蜗壳，否则采用金属蜗壳； ➢ 导水部分 由导叶和导叶传动机构组成。通过控制导叶开度和叶片安放角按一定 的协联关系同时改变，达到调节流量改变出力的目的。同时让水轮机 在较大运行范围内保持高效率。 ➢ 转轮 混流式转轮主要由叶片、上冠和下环组成。 ➢ 尾水管 尾水管的功能是将转轮流出的水流引向下游，并在转轮出口处形成静 力真空和动力真空，使得转轮更多的利用水流的能量。
河床式电站
沙坡头河床式电站
无压引水式水电站
有压引水式水电站
波波娜有压引水式水电站
能源类型 千瓦投资 建设工期 地理位置 技术条件 运营成本
经济效益 社会效益
环境影响 工作寿命
水电站的优势
（以30万千瓦机组为例与火电厂比较）
水电
火电
清洁可再利用
一次性能源、污染
~8000RMB
~4500RMB
较长，～5年
2年
地势落差、降雨量等要求
无特殊要求
成熟
成熟
0.04～0.09元/千瓦时 受自然条件影响
～0.19元/千瓦时，随煤价 变化
效益明显
发电、防洪、灌溉、航运等； 涉及移民等社会问题
库区淹没
发电 空气污染
（大坝）设计使用寿命约50年 设计使用寿命25～30年
水电站主厂房结构布置示意图
水电站机电设备系统介绍
能量传递作用：在调速器和其他液压操作设备中的透平油主要起 能量传递作用，用来进行液压操作。
➢ 分类：水电站用油分为润滑油和绝缘油两大类。其中润滑油中以透平 油（又称汽轮机油）最为重要，绝缘油中以变压器油最为重要，为水 电站的主要用油。
• 河段水流的出力：
其中，Q为流量；H为水头；
水电站分类
❖ 按照水电站主要建筑物拦河坝与水电站厂房的相对位置，可分为： 坝后式（如：龙江水电站、冲乎尔水电站） 河床式（如：沙坡头水电站、下坊水电站、白竹洲水电站）
❖ 按照水头集中方式和工程布置方式分为： 坝式水电站（如：冲乎尔水电站） 引水式水电站（如：波波娜水电站、齐热哈塔尔水电站） 混合式水电站（如：龙江水电站、波波娜水电站）
❖ 功能： 进行机组的正常操作（启停机、增减负荷等） 保证机组安全运行（事故情况下紧急、安全停机） 实现机组经济运行（转浆式机组双调节）
❖ 分类 按调速器各部件工作原理分：机械液压 电气液压
❖ 主要设备： 调速器 油压装置 漏油装置等
❖ 油压装置 油压装置是向水轮发电机的调速系统供给压力油的能源设备
2、水头高于120m单元供水的水轮机前应考虑装设进水主阀。 3、对于最大水头小于120m单元供水管，在水轮机前可不设主阀，但应
在进水口装设快速闸门。
蝴蝶阀
1、蝴蝶阀的组成与形式：蝴蝶阀主要是由圆筒形的阀体、可在其中绕轴转动的 活门和止水结构、旁通阀、空气阀、锁定装置等附属部分组成。 2、蝴蝶阀的结构：主要由阀体、活门、轴承、密封装置、锁定装置及附属部件 组成。
❖ 铁芯固定在机座上
❖ 三相绕组线圈嵌装在铁芯 的齿槽内
❖ 发电机定子机座、铁芯和 三相绕组统一体统称为发 电机定子
定子组装
水轮发电机的构成
➢ 转子
水轮发电机转子是转换 能量和传递转矩的主要 部件，一般由主轴、转 子支架、磁轭、磁极等 组成。
• 主轴具有一定强度和刚 度，用来传递扭矩；
• 磁极是提供励磁磁场的 磁感应部件；
➢ 作用
❖ 发电机并网前，调节发电机输出的端电压； ❖ 发电机并往后，合理分配发电机无功功率； ❖ 提高同步发电机并列运行的静、动态稳定； ❖ 发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。
➢ 构成
励磁电源（励磁变压器或励磁机）、励磁装置 。
励磁系统设备
波波娜励磁变压器（干式）
波波娜励磁装置：调节屏、控制 屏、灭磁屏和整流屏
水电站的主阀
主阀的作用
1、岔管引水的水电站，为检修机组构成安全的工作条件。 2、停机时可减少机组漏水量和缩短重新启动时间。 3、防止水轮发电机组飞逸事故的扩大。当机组和调速系统发生故障时
，可以在动水中紧急关闭主阀，截断水流，防止机组飞逸时间超过 允许值，避免事故扩大。
主阀设置条件
1、由一根输水总管向几台机组供水时，每台水轮机前均应装设进水主 阀。
❖ 按径流调节程度分： 有调节水电站（如：龙江水电站、冲乎尔水电站、波波娜水电站） 无调节水电站（如：齐热哈塔尔水电站）
❖ 根据装机容量分为：
大型水电站 ：75万kW以上 大1型；25万kW~75万kW大2型 中型水电站 ：2.5万kW～25万kW 小型水电站 ：2.5万kW以下
坝后式水电站
万家寨坝后式水电站
❖ 机械设备
✓ 金属结构及启闭设备：闸门、拦污栅、清污机及其轨道；液压式启闭 机；卷扬式启闭机；门式启闭机等
✓ 水力机械及其附属设备：水轮机及其调速器；主阀及其油压装置 ✓ 辅机设备：技术供水系统；排水系统；气系统；油系统 ✓ 其他设备：主辅桥机、电梯等
❖ 电气设备
✓ 一次设备：发电机及其励磁系统；发电机出口断路器；母线或高压电缆；
引水系统
进水阀
桥
式 起
调速器
水轮机
重
机
励磁
发电机
油、气、水系统 辅监 继 通 工 暖 消 控控 电 讯 业 通 防 系系 保 系 电 空 系 统统 护 统 视 调 统
生污 活水 水处 系理 统
出口断路器 主变 GIS
低压交流 配电系统
厂用变
直流&UPS
柴油发电机组
水电站水流通道主要构筑物及设备
清污机
❖ 调压室：快速闸 门及其门槽埋件 。
❖ 尾水系统：尾水 闸门及其门槽埋 件。
金属结构—启闭设备
❖ 进水口：清污 机、泄洪排沙 闸等门式启闭 机，进水口工 作闸门、检修 闸门启闭门机 等。
❖ 调压室：调压 室闸门卷扬式 启闭机。
❖ 尾水闸门：尾 水闸门门式启 闭机。
冲乎尔坝顶门机
波波娜水电站尾水系统
主变压器；GIS组合电器或室外开关站；中、低压配电系统；厂用变压器； 柴油发电机组；接地和避雷器；中低压电缆；照明等
✓ 二次设备：保护系统；监控系统；辅机控制系统；直流系统；通讯系统；
工业电视系统；消防控源自文库系统等
❖ 暖通消防设备
消防系统、暖通系统、生活用水系统、污水处理系统等
水电站机电设备全系统图
水电站的辅机—油系统设备
➢ 定义：用管网将用油设备、油泵、储油罐、油处理设备、油化验设备 和监测控制元件等连接起来组成的系统叫做油系统。
➢ 作用：
润滑和散热作用：透平油的黏度适中时，以油膜的液态摩擦代替 固体之间的干摩擦，从而降低摩擦系数，起到润滑作用。同时，由于 油的流动性，它还可将设备转动部件因摩擦产生的热量以对流的方式 携带出来，与空气或冷却水进行热量交换，从而起到散热的作用。
➢ 原理
导体在磁场中运动并切割磁场的磁感线时，导体中将产生电流。因此，要发 电必须同时满足：
（1）要有产生磁力线的磁场 （2）运动的导体必须切割磁感线 励磁系统就是产生发电机磁场的控制系统：
由于发电机转子通过接通直流电流从而产生磁场，励磁系统的基本功能就是 通过产生可以任意控制大小的直流电流（励磁电流）来维持发电机的稳定。
❖ 漏油装置 漏油装置的作用是收集调速系统各处的漏油及液压操作元件的排油和漏油， 并借助油泵将漏油箱中的油送回到油压装置的回油箱中。
调速系统设备
压油罐
油压装置
调速器阀组
漏油、集油装置
压油泵
水轮发电机的分类
➢ 按布置方式分：卧式和立式 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机； 一般低、中速的大中型机组多采用立式发电机；
水轮机的分类
❖ 根据转轮内水流运动的特征和转轮转换水流能量形式的不 同，现代水轮机分为反击式和冲击式两大类。
轴流式、斜流式、贯流式根据 叶片能否转动又分别分为定浆式 和转浆式 混流式水流沿径向——轴向通 过转轮，又称法兰西式（Francis) 轴流式水流先径向——轴向进 入转轮，再轴向——轴向通过转 轮，又称卡普兰式（Kaplan) 切击式也称水斗式或培尔顿式 （pelton)，是冲击式水轮机中唯 一用于大型机组的机型
拦污栅及启闭设备
进水口检修闸门及启闭设备
引水式电站
进水口工作闸门及启闭设备
引水隧洞
调压室闸门及启闭机
引水钢管或压力钢管
主阀
水轮机蜗壳
水轮机导水机构
转轮
尾水管
尾水闸门及尾水门机
尾水系统
金属结构—闸门及埋件
❖ 进水口：清污机 、清污机轨道、 拦污栅及其门槽 埋件、检修闸门 及时门槽埋件、 工作闸门及其门 槽埋件。
球阀
1、球阀的阀体由两个可拆卸的半球构成。 2、球阀的结构：主要由球形壳体、球筒形活门、密封装置和附属部件组成。
闸阀
1、闸阀的形式：明杆式闸阀（阀杆螺纹和螺母在阀盖外，不与水接触）、暗杆 式闸阀（阀杆螺纹和螺母在阀盖内，与水接触） 2、闸阀的结构：主要由阀体、阀盖、闸板、操作机构及其附属装置组成。
波波娜水电站水轮机进水球阀
• 磁轭的作用是构成磁路 并固定磁极；
• 转子支架的作用是固定 磁轭。
转子吊装
水轮发电机的构成
✓ 机架
❖ 推力轴承机架是立轴 水轮发电机安置推力 轴承、导轴承、制动 器等的支撑部件。
❖ 机架由中心体和支臂 组成，按其所处的位 置分为上、下机架。
上机架
定子吊装（定子上部为上机架）
水轮发电机的构成
➢ 推力轴承
水电站的定义
❖ 将水能转换为电能的综合工程设施，一般包括由挡水建筑物、泄水建筑物 形成的水库、水电站引水系统、发电站厂房和机电设备等。借助水工建筑 物形成和集中水头，从高位水源向低位引水，利用水的压力或流速冲击水 轮机使之旋转，将水能转换成旋转的机械能，并带动发电机切割磁感线产 生交流电。
❖ 水电站除发电所需的建筑物外，还常有为防洪、灌溉、航运等综合利用目 的服务的其他建筑物。这些建筑物的综合体称水电站枢纽或水利枢纽。
水轮机主要结构
水轮机示意图（轴流式）
水轮机转动部分（转轮+主轴）
导水机构部分（座环、导叶、顶盖） 水机室（接力器、控制环、水导及油盆、主轴 ）
水轮机主要结构
尾水管 导水机构
蜗壳 转轮（混流式）
调速系统设备—水轮机附属设备
❖ 原理： 将水轮发电机组的实际转速与给定值进行比较，转速偏差信号经调速器变换 以后，产生一个能消除这个转速偏差的调节作用即接力器的位移，从而保证 机组（交流电频率）稳定运行。
作用是承受立轴水轮发 电机组转动部分全部重 量及水推力等负荷，并 将这些负荷传给负荷机 架。
➢ 导轴承
作用是承受水轮发电机 组转动部分的径向机械 不平衡力和电磁不平衡 力，并约束轴线径向位 移和防止轴的摆动。
盘车：上到下依次为盘车圆盘、上导 轴承、推力头、推力轴承、镜板。
励磁系统设备—水轮发电机附属设备
水轮机类别划分
❖ 在直径和水头相同时，轴流 式过流能力（Q）比混流式 大，受空化和强度限制；（ <70m）
❖ 混流式水轮机应用范围最广 （50～600m）；
❖ 冲击式水轮机应用水头最高 （400~1800m)；
❖ 水头应用范围受设计水平、 加工精度、材料性能影响， 将随着科学技术的发展逐步 扩大。
桥式起重机
❖ 桥式起重机一般包括主 厂房桥式起重机和GIS 室桥式起重机。
❖ 主厂房桥式起重机的跨 度与主厂房的跨度相匹 配、最大起吊重量与水 轮发电机组转子吊装重 量相匹配。
❖ GIS室桥式起重机的跨 度与GIS室跨度相匹配 ，最大起吊重量与GIS 设备检修起吊重量相匹 配。
冲乎尔主厂房桥式起重机
水电站机电设备介绍
编制：齐东宾
目录
➢ 水电站总体介绍 ➢ 水电站机电设备系统介绍 ➢ 水电站水流通道主要构筑物及设备 ➢ 金属结构 ➢ 桥式起重机 ➢ 水电站的主阀 ➢ 水电站的主机 ➢ 电气一次设备 ➢ 电气二次设备 ➢ 通信系统 ➢ 消防系统 ➢ 暖通空调 ➢ 小结
水电站总体介绍
❖ 水电站定义 ❖ 水电站分类 ❖ 水电站特点
➢ 按发电机推力轴承的位置立式发电机分：悬式和伞式 在转子上部为悬式，中高速适用悬式结构； 下部为伞式，中低速大容量水轮发电机多采用伞式结构；
➢ 按冷却方式分：空气冷却和水冷却。
水轮发电机的构成
构成：水轮发电机由定子、转子、机架、推力轴承、 导轴承等组成。
➢ 定子
水轮发电机定子主要由机 座、铁芯和三相绕组线圈 等组成
龙江水电站水轮机进水蝶阀
水电站的主机
—水轮发电机组
❖ 水轮发电机组即为水电站的主机，包括水轮机和水 轮发电机。
❖ 水轮机是将水的势能转换成动能的设备，发电机是 将水轮机的动能转换成电能的设备。
❖ 调速系统设备（调速器）是水轮机的附属设备，励 磁系统设备是发电机的附属设备。
❖ 油、气、水系统设备是主机设备的辅助设备，所以 又称辅机设备。