水電站水能開發(fā)

水力發(fā)電工程第一節(jié) 水能的利用和計算水力發(fā)電工程：利用水來發(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)電機一定的能量損失后，水電站實際發(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度等因素有關(guān)，可由水力學(xué)公式計算出來在水電工程中，水電站實際發(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表示,一度等于1KW.H第二節(jié)水能的開發(fā)方式

和水電站的主要類型水能的開發(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，稱壩后式水電站，如圖5-2及圖5-3所示如河谷谷狹窄窄而水水電站站的機機組較較多，，泄洪洪建筑筑物與與電站站廠房房的布布置有有矛盾盾時，，可把把廠房房置于于泄洪洪建筑筑物之之下而而構(gòu)成成廠房房頂溢溢流式式水電電站當(dāng)壩址址河谷谷狹窄窄且泄泄洪量量大時時，為為了解解決樞樞紐布布置的的困難難，擋擋水建建筑物物可采采用空空腹混混凝土土壩的的型式式；將將廠房房布置置在壩壩體的的空腹腹內(nèi)，，構(gòu)成成壩內(nèi)內(nèi)式水水電站站二、河河床式式水電電站河床式式水電電站的的特點點是水水電站站水頭頭較低低，廠廠房本本身也也起擋擋水的的作用用，是是擋水水建筑筑物的的一部部分，，壩軸軸線與與廠房房并列列。三、引引水式式水電電站引水式式水電電站的的特點點是引引水道道較長長，水水電站站的水水頭全全部或或相當(dāng)當(dāng)大的的一部部分由由引水水道所所集中中按照引引水道道的型型式可可將引水式式水電電站分分為有有壓引引水式式和無無壓引引水式式兩種種引水式式水電電站的的建筑筑物可可分為為三部部分：：(1)首部樞樞紐(2)引水建建筑物物(3)廠房樞樞紐特點：：無壓壓引水水道引引水壩式、、河床床式及及引水水式水水電站站雖各各有其其特點點，但但有時時它們們之間間卻難難以明明確劃劃分在實際際工程程中，，常將將具有有一定定長度度的引引水建建筑物物的水水電站站統(tǒng)稱稱為引引水式式水電電站第三節(jié)水水電站建建筑物水電站組成部份作用擋水建筑物截斷河流集中落差，形成水庫泄水建筑物下泄多余的水量或放水以降低水庫水位水電站進(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)電用水由水庫輸送給水輪機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（如過壩建筑物、取水防沙建筑物等）一、水電站站進(jìn)水建筑筑物二、水電站站引水建筑筑物三、水電站站平水建筑筑物一、水電站站進(jìn)水建筑筑物進(jìn)水建筑物物的功用和和基本要求求如下(1)要有足夠的的進(jìn)水能力力(2)水質(zhì)要符合合要求(3)水頭損失要要小(4)可控制引水水流量(5)經(jīng)濟合理，，技術(shù)可行行，施工方方便，維修修運行管理理方便（一）有壓壓進(jìn)水口有壓進(jìn)水口口的主要特特征是進(jìn)水水口后接有有壓隧洞或或有壓管道道有壓進(jìn)水口口的主要類類型有洞式式進(jìn)水口、、塔式進(jìn)水水口、墻式式進(jìn)水口及及壩式進(jìn)水水口等有壓進(jìn)水口口在樞紐中中的位置，，應(yīng)盡量使使進(jìn)入進(jìn)水水口的水流流平順、對對稱，不發(fā)發(fā)生回流和和漩渦，不不出現(xiàn)淤積積，不聚集集污物，泄泄洪時仍能能正常進(jìn)水水有壓進(jìn)水口口應(yīng)低于運運行中可能能出現(xiàn)的最最低水庫水水位，并有有一定的淹淹沒深度（二）無壓壓進(jìn)水口及及沉沙池?zé)o壓引水的的電站中采采用無壓進(jìn)進(jìn)水口，其其特征是水水流在取水水口及引水水道中均有有自由水面面進(jìn)水口后一一般接無壓壓引水建筑筑物進(jìn)水口宜設(shè)設(shè)在河流凹凹岸，以防防回流造成成漂浮物堆堆積，且河河流中上層層清水在彎彎道環(huán)流的的作用下流流向凹岸，，進(jìn)水口前前不易淤積積，以便引引進(jìn)上層清清水進(jìn)水口前一一般均設(shè)攔攔污柵或浮浮排，以便便攔截漂浮浮物建造攔河閘閘，壩時，，要充分考考慮泥沙的的影響，原原則上是要要盡量維持持河流原有有的形態(tài)，，洪水期要要使上游沖沖下來的泥泥沙(特別是推移移質(zhì))基本上全部部經(jīng)泄水道道下泄，不不使其堆積積起來要盡可能防防止有害泥泥沙（粒徑徑大于0.25mm的泥沙）進(jìn)進(jìn)入引水道道通常的做法法是防止推推移質(zhì)泥沙沙進(jìn)入進(jìn)水水口，懸移移質(zhì)泥沙可可以進(jìn)入，，但要設(shè)沉沉沙池將有有害泥沙清清除對于推移質(zhì)質(zhì)泥沙，在在進(jìn)水口前前設(shè)攔沙坎坎被攔截住的的推移質(zhì)泥泥沙要及時時清除，否否則堆積過過多會使攔攔沙坎失效效典型山區(qū)多多泥沙河流流上引水式式水電站的的首部樞紐紐圖沉沙池是一一個靜水池池，它的基基本原理是是因它的斷斷面遠(yuǎn)大于于引水渠道道的斷面原理:減小流速降降低水流流的挾沙能能力沉沙池的長長度和寬度度都要適宜宜:沉沙池長度度若不足，，則有害泥泥沙尚未沉沉到池底即即已流出沉沉沙池，達(dá)達(dá)不到沉沙沙的效果；；沉沙池過過長則造成成浪費調(diào)節(jié)寬度使使流速為0.25～0.70m／s沉沙池內(nèi)沉沉積的泥沙沙的排除方方式有連續(xù)續(xù)沖沙，定定期沖沙及及機械排沙沙三種二、水電站站引水建筑筑物用于發(fā)電引引水的渠道道稱為動力力渠道動力渠道必必須滿足以以下基本要要求：足夠的輸水水能力水頭損失要要小水質(zhì)符合要要求運行安全可可靠(一)動力渠道(二)引水隧洞優(yōu)點可以采用較短的路線，避開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，可以避免沿途對水質(zhì)的污染缺點對地質(zhì)條件、施工技術(shù)及機械化的要求較高，單價較貴，工期較長(三)壓力水管壓力水管是是指從水庫庫、壓力前前池或調(diào)壓壓室將水流流直接引入入水輪機的的水管,又稱高壓水水管1.分類壓力水管露天式壩內(nèi)式隧洞式按布置方式式分壓力水管鋼管鋼筋混凝土管木管現(xiàn)場澆筑分段預(yù)制按管身材料料分能承受很大大的內(nèi)水壓壓力，主要要用于中、、高水頭電電站低水頭電站站常采用的的壓力水管管木管僅用于于盛產(chǎn)木材材地區(qū)的中中小型水電電站，其優(yōu)優(yōu)點是就地地取材，缺缺點是壽命命不長，維維修費用較較高2.線路選擇選擇線路時時主要考慮慮以下因素素：盡量選擇最最短最直的的線路選擇良好的的地質(zhì)條件件盡量減少水水管的轉(zhuǎn)折折起伏3.壓力水管的的供水方式式(1)單元供水優(yōu)點：構(gòu)造簡單，，運行方便便可靠，當(dāng)當(dāng)一根水管管發(fā)生故障障或檢修時時不影響其其它機組運運行缺點：水管所費材材料較多，，土建工程程量大，造造價較昂貴貴。一般在在水管不長長、造價不不太高時采采用（2）聯(lián)合供水水優(yōu)點：當(dāng)機組多多時水管數(shù)數(shù)目較少，，管理方便便，也較經(jīng)經(jīng)濟缺點：當(dāng)總水管發(fā)發(fā)生故障或或檢修時，，由它供水水的機組都都要停止運運行；每臺臺機組前面面都要裝閥閥門，以便便檢修某臺臺機組時不不影響其它它機組運行行（3）分組供水水此種供水水方式的特特點介于單單元供水和和聯(lián)合供水水之間正面進(jìn)水適適用于水頭頭不高、水水管不長的的情況下。。對于露天天式壓力水水管，從側(cè)側(cè)面進(jìn)水的的目的是使使水管失事事爆裂后的的高速水流流易于排走走，以免沖沖毀廠房。。這種進(jìn)水水方式適用用于水頭較較高的情況況下。其缺缺點是水管管進(jìn)入廠房房前要轉(zhuǎn)彎彎，增加水水頭損失，，且使管道道結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜。4.壓力水管的的斷面尺寸寸壓力水管的的經(jīng)濟直徑徑應(yīng)根據(jù)動動能經(jīng)濟計計算來確定定，它與管管內(nèi)流速、、水頭損失失、造價、、運行、施施工和維修修等因素有有關(guān)當(dāng)壓力水管管單元供水水時當(dāng)壓力水管管分組或聯(lián)聯(lián)合供水時時露天鋼管的的內(nèi)水壓力力是管壁應(yīng)應(yīng)力計算時時的主要控控制因素管壁的必要要厚度可由由下式初估估另外還應(yīng)加加上1~2mm的銹蝕及磨磨損安全量量最后采用的的管壁厚度度還應(yīng)符合合鋼板的規(guī)規(guī)格鋼管是一種種薄壁結(jié)構(gòu)構(gòu)，在外力力作用下，，可能喪失失穩(wěn)定而毀毀壞。露天天鋼管在承承受最大外外壓力為一一個大氣壓壓時，最小小必需厚度度約為如按強度計計算出的厚厚度小于按按上式得出出的數(shù)字，，若出入不不大，可采采用上式計計算結(jié)果；；若相差較較大，則可可沿管壁每每隔一定距距離加設(shè)一一個剛性環(huán)環(huán)，以增加加管壁剛度度壓力水管必必須用鎮(zhèn)墩墩和支墩來來固定和支支承，以保保持水管的的穩(wěn)定鎮(zhèn)墩多用漿砌石石或混凝土土澆筑而成成。當(dāng)水管管管線為直直線時，一一般在坡頂頂與坡腳各各設(shè)一鎮(zhèn)墩墩。如水管管管線為折折線時則在在轉(zhuǎn)彎處加加設(shè)鎮(zhèn)墩。。有時當(dāng)管管道過長，，為了減小小溫度變化化所產(chǎn)生的的軸向力，，一般每隔隔80～120m設(shè)一鎮(zhèn)墩支墩布置在鎮(zhèn)墩墩之間的管管線上，間間隔一般為為6～10m在壓力水管管的進(jìn)口或或末端有時時要設(shè)置閘閘門或閥門門三、水電站站平水建筑筑物壓力前池是是引水渠道道和壓力水水管之間的的連接建筑筑物壓力前池的的三個作用用：將引水道引引來的流量量均勻地分分配給各壓壓力水管，，并加以必必要的控制制再次清除水水中的污物物、泥沙、、浮冰等，，宣泄多余余的水量當(dāng)水輪機引引用流量迅迅速改變時時，壓力前前池的容積積可以起一一定的調(diào)節(jié)節(jié)作用（一）壓力力前池壓力前池由由下列四種種主要建筑筑物所組成成：池身及漸變變段壓力水管的的進(jìn)水口泄水建筑物物排污、排沙沙、排冰建建筑物(二)調(diào)壓室水電站在運運行中丟棄棄負(fù)荷時，如果突然然關(guān)閉水輪輪機的導(dǎo)葉葉或閥門時時，由于水水流的慣性性，將產(chǎn)生生瞬時的壓壓力升高。。在發(fā)生這這種現(xiàn)象時時并伴有錘擊般的聲聲音，因此此被稱之為為水錘現(xiàn)象，其壓力變變化值稱為為水錘壓力力為了使水錘錘壓力不致致影響引水水道，故常常在較長的的引水道末末端修建調(diào)調(diào)壓室調(diào)壓室的一一部分或全全部設(shè)置在在地面以上上的稱為調(diào)調(diào)壓塔；調(diào)調(diào)壓室大部部分埋設(shè)在在地面之下下，則稱調(diào)調(diào)壓井調(diào)壓室在引引水系統(tǒng)中中的布置有有四種基本本型式：上游調(diào)壓室室(引水調(diào)壓室室)下游調(diào)壓室室(尾水調(diào)壓室室)上下游雙調(diào)壓室系系統(tǒng)上游雙調(diào)壓壓室系統(tǒng)第四節(jié)水水電站的主主要設(shè)備一、水輪機機水輪機是將將水能轉(zhuǎn)換換為機械能能的一種動動力機械，，它帶動發(fā)發(fā)電機再將將機械能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電能能水輪機的主主要部件是是轉(zhuǎn)輪水輪機的類類型1.反擊式水輪輪機其轉(zhuǎn)輪全部部浸泡在有有壓的水流流中水流連續(xù)通通過水輪機機的轉(zhuǎn)輪，，水流對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪發(fā)生反反擊作用力力，形成旋旋轉(zhuǎn)力矩，，使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動水輪機按水水流對轉(zhuǎn)輪輪的作用分分為反擊式式和沖擊式式混流式水輪輪機中的水水流流經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪是輻向向流進(jìn)而軸軸向流出，，然后經(jīng)尾尾水管排人人下游河道道（1）混流式水水輪機軸流式水輪輪機中的水水流流經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪是軸向向流入而又又軸向流出出，然后經(jīng)經(jīng)尾水管排排向下游河河道（2）軸流式水水輪機（3）斜流式水水輪機轉(zhuǎn)輪的輪葉葉軸線與機機組主軸成成一角度(45度～60度)布置可以適應(yīng)較較大的負(fù)荷荷變化，性性能穩(wěn)定，，高效率范范圍寬，且且抗氣蝕性性能好（4）貫流式水水輪機貫流式水輪輪機是橫向向軸流式水水輪機水流從人口口到出口是是直線流動動，故效率率較高2.沖擊式水輪輪機工作原理：：利用噴嘴嘴將高壓水水流噴射在在水輪機的的工作輪上上，驅(qū)使工工作輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，從而將將水流的動動能轉(zhuǎn)換為為機械能二、水輪發(fā)發(fā)電機（一）水輪輪發(fā)電機的的類型水輪發(fā)電機機按軸的裝裝置方式可可分為臥式式和立式兩兩種立式水輪發(fā)發(fā)電機一般般由轉(zhuǎn)子、、定子、軸軸承、機架架、勵磁機機、永磁發(fā)發(fā)電機、制制動閘、空空氣冷卻器器等部件組組成立式水輪發(fā)發(fā)電機按推推力軸承的的位置不同同又可分為為懸吊型和和傘型兩種種三、主要電電氣設(shè)備長距離相同同電阻情況況下，高壓壓輸送電能能損失比低低壓小得多多（一）電力力變壓器開關(guān)設(shè)備主主要包括：：斷路器、、隔離開關(guān)關(guān)、自動空空氣開關(guān)、、磁力起動動器、接觸觸器等（二）開關(guān)關(guān)設(shè)備和熔熔斷器開關(guān)設(shè)備種類性質(zhì)作用或原理斷路器高壓開關(guān)切斷電流及電弧隔離開關(guān)隔離電壓閘刀開關(guān)低壓開關(guān)隔離帶電部分的電壓接觸器隔離，熄滅電弧磁力起動器自動空氣開關(guān)熔斷器：超荷自動熔熔斷通過熔件的的電流越大大，則熔件件熔斷也越越快，電路路斷開的時時間就越短短（三）電壓壓互感器和和電流互感感器電壓互感器器和電流互互感器也是是一種變壓壓器，將高高壓或大電電流轉(zhuǎn)為低低壓或小電電流，以供供測量儀表表和保護線線路應(yīng)用（四）一次次回路和二二次回路將水電站的的主要機電電設(shè)備，發(fā)發(fā)電機，變變壓器和開開關(guān)設(shè)備等等，按一定定順序聯(lián)結(jié)結(jié)成的線路路，稱為一一次回路，，也稱主結(jié)結(jié)線電站中用于于測量、監(jiān)監(jiān)視、控制制、信號、、操作、保保護和自動動裝置等的的低壓電路路，稱為二二次回路，，也稱二次次結(jié)線（五）防雷雷保護與接接地裝置架空輸電線線路常采用用避雷線保保護；水電電站和變電電所常采用用避雷針、、閥型避雷雷器保護電力系統(tǒng)中