水电站机电设备的介绍专业知识讲座课件.ppt

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1、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,目录,水电站总体介绍,水电站定义水电站分类水电站特点,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

2、水电站枢纽或水利枢纽。,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）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kW75万kW大2型 中型水电站：2.

3、5万kW25万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,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,水电站的优势（以30万千瓦机组为例与火电厂比较）,水电站主厂房结构布置示意图,水电站机电设备系统介绍,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；主变压器；GI

4、S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；消防控制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,进水阀,水轮机,发电机,调速器,励磁,出口断路器,主变,GIS,柴油发电机组,厂用变,直流&UPS,监控系统,继电保护,工业电视,通讯系统,低压交流配电系统,油、气、水系统,桥式起重机,暖通空调,消防系统,生活水系统,污水处理,引水系统,辅控系统,引水式电站,水电站水流通道主要构筑物及设备,清污机,水轮机蜗壳,主阀,

5、引水钢管或压力钢管,引水隧洞,调压室闸门及启闭机,进水口检修闸门及启闭设备,拦污栅及启闭设备,尾水系统,尾水闸门及尾水门机,尾水管,转轮,水轮机导水机构,进水口工作闸门及启闭设备,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。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。,金属结构闸门及埋件,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。,金属结构启闭设备,冲乎尔坝顶门机,波波娜水电站尾水系统,桥式起重机一般包括主厂房桥式起重机和GIS室桥式

6、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。,桥式起重机,冲乎尔主厂房桥式起重机,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。2、水头高于120m单元供水的水

7、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。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

8、其附属装置组成。,波波娜水电站水轮机进水球阀,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。,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

9、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,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（50600m）；冲击式水轮机应用水头最高（4001800m)；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。,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

10、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。,水轮机主要结构,水轮机示意图（轴流式）,导水机构部分（座环、导叶、顶盖）,水轮机转动部分（转轮+主轴）,水机室（接力器、控制环、水导及油盆、主轴）,水轮机主要结构,蜗壳,导水机构,转轮（混流式）,尾水管,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

11、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。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,漏油、集油装置,调速器阀组,压油泵,油压装置,水轮发电机的分类,按布置方式分：卧式

12、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；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,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 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,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、

13、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；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,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。,水轮发电机的构成,定子吊装（定子上部为上机架）,上机架,推力轴承 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。,水轮发电机的构成,盘车：上到下依次为盘车圆盘

14、、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,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。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

15、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。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

16、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。油系统的任务：主要是接受新油、储备净油、给设备充油或添油、从设备中排出污油、油的净化处理、油的监督维护取样化验以及废油收集与处理。,水电站的辅机气系统设备,定义：压缩空气系统简称气系统，由空气压缩装置、供气管网、用气设备和监测控制元件等四部分组成。一般分为高压和低压两大系统。作用：水电厂中压缩空气主要应用在：油压装置压油槽充气机组停机过程制动装置用气水轮发电机组做调相运行时，反击式水轮机转轮室及尾水管压水充气蝴蝶阀止水围带充气设备检修维护工作中的风动工具、吹扫等用气寒冷地区水电厂水工闸门、进水口水面及拦污

17、栅的防冻吹冰用气大中型水电厂的气动配电设备操作及灭弧用气主要构成：空气压缩机、储气罐等。,水电站的辅机水系统设备,定义 水电站水系统是完成设备用水和电站排水的设备系统。分类 技术供水系统、排水系统。技术供水系统技术供水是水轮发电机组及辅助设备的生产用水，如冷却、润滑用水以及某些电站的水压操作用水。技术供水的对象：机组轴承冷却器、发电机空气冷却器、水冷式空压机、水冷却的变压器和发电机，以及某些水轮机的水润滑导轴承、水压操作的进水阀等是水电站中技术供水的对象。排水系统水电站的排水可分为生产用水排水、渗漏排水和检修排水三大类。组成：主要是水泵及管道等,一般将发电机定子线圈引出处称为“发电机出口”，所

18、以这个部位安装的断路器称为“发电机出口断路器”。发电机出口断路器是在发电机与电网系统间的一个断开点，减小发电机和变压器的事故范围，提高其可靠性，方便调试和维护。出口断路器就相当于一个开关，不过由于电压比较大，要有灭弧装置。一般发电机都要装断路器的。发电机出口断路器采用SF6或真空发电机专用断路器。SF6断路器一般均是进口设备，真空断路器已经实现国产，真空断路器比SF6断路器价格低，国外产品一般选择ABB、西门子、美国西屋、法国阿海法等产品。,电气一次设备发电机出口断路器,电气一次设备封闭母线,封闭母线是将电能从水轮发电机传输至主变压器的设备。封闭母线包括离相封闭母线、共箱（含共箱隔相）封闭母线

19、和电缆母线,电气一次设备主变压器,主变压器是利用电磁感应原理将水轮发电机发出的电能由发电机电压(大电 流)转化为较高电压(小电流)传输至电力系统的变电设备。高电压低电流可大大减少电力远距离输送的损耗，系水电站的 主要电气设备。中国水电站主要采用三相升压电力变压器。,冲乎尔水电站110KV主变压器,主变压器的选择,大、中型水电站往往地处深山峡谷，受到公路、铁 路运输条件和电站枢纽布置(如地下厂房、大坝型式等 水工建筑物和地质、地形等条件)的极大限制，主变压 器的选型需考虑到设备、运输、厂房土建布置等因素，进行全面的技术经济比较。在不受运输条件 的限制时，一般选用整体三相变压器;在受运输条件和 电

20、站枢纽布置的限制时，可采用单相变压器、三相组合变压器或现场组装三相变压器。主变压器的容量，一般与水轮发电机组的额定容量相匹配;若水轮发电机组 设置了最大容量，则应与水轮发电机组的最大容量相匹配。,波波娜主变压器,电气一次设备GIS,定义：GIS即为 Gas Insulated Switchgear的缩写，中文名称为“气体绝缘全封闭配电装置”。填充气体一般为六氟化硫。六氟化硫（SF6）：六氟化硫气体主要作用是绝缘和灭弧，同时也作为传热介质。不宜与其他物质反应的稳定化合物，不燃无色无嗅无毒无公害，高绝缘强度强灭弧能力的气体。优点：占地面积小、设备运行安全可靠、无触电危险及电晕干扰、动热稳定性好 可

21、听噪音水平低，抗震性能好、安装工期短、维护工作量小、检修间隔周期长,GIS的主要构件,断路器：切断与闭合高压电路的空载和负载电流。电流互感器和电压互感器：按比例将大电流或高电压转换成小电流或低电压以实现测量仪表设备标准化小型化。隔离开关：在线路基本没有电流时将电气设备和高压电源隔开或接通。避雷器：限制过电压保护电气设备。气隔：GIS内部相同压力或不同压力的各电器元件间设置的使气体互不相通的密封间隔。负荷开关、接地开关。电缆终端与引线套管、伸缩节、母线。,GIS例图,冲乎尔110KV GIS组合电器,波波娜220KV GIS组合电器,水电站中的出线场设备，是专指水电站发出的电能经过主变压器升压后

22、向各地输送电能的供电设备。它一般设置在水电站的附近地面或者副厂房屋面（GIS房顶），这样可以减少供电线路的密度，节省资源，便于管理。出线场道路即电能传输设置的通道等,电气一次设备出线场设备,波波娜220KV 出线场设备,冲乎尔水电站水电站大坝、厂房、尾水及出现场,出线场,大坝,上游副厂房,主厂房,尾水平台,电气一次设备厂用电系统,水电站厂用电系统是电站为了满足正常生产运行而设置的供用电系统，包括高压开关柜、厂用变压器、低压开关柜、柴油发电机组。厂用电负荷包括以下方面：机组自用电（励磁系统，断路器分合闸等）公用系统用电（油系统，水系统，气系统，消防等）照明用电厂用电主要供：机组自用电、机组公用电

23、、照明用电、门机动力电源、闸门电源、生活区用电等 经隔离变压器送至大坝液压启闭机开启关闭等用电（一些电站是单独供电）。高压开关柜是用于电力系统的电气柜设备。高压开关柜的作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护。高压开关柜内的部件主要有高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压操作机构等。,厂用变压器:是将电压等级从较高等级调整为设备所需较低等级的变压器。低压开关柜：是将设备所需电压等级的电源分配到各个用电的配电箱的开关柜。柴油发电机组一般作为枢纽、调压室、厂房的备用电源。,波波娜低压开关柜,波波娜高压开关柜,电气二次设备辅机控制系统,辅机控制系统主要包括高

24、压空气压缩系统、低压空气压缩系统、机组检修排水系统、油系统、集水井排水系统等的控制系统。,监控范围及方式：电站监控系统由中央控制室值班人员通过中控室设置的模拟屏和监控系统操作员工作站的人机接口设备实现全厂集中监控，计算机监控系统在保证稳定运行条件下实现自动控制。监控范围包括：水轮发电机组、机组进水阀（闸）门及辅助设备、主变压器、开关设备、母线设备、主(副)厂房内辅助设备、厂用变压器、变压器断路器、高低压配电装置、直流电源设备、坝区闸门等。,电气二次设备计算机监控系统,继电保护装置能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证不故障设备继续正常

25、运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全、连续供电。,电气二次设备继电保护装置,工业电视监控系统主要用于电站安全生产重要设备、场所的电视监控，可以将各个监控点的图像采集后传输到中心监控室并实时显示在监视器上。通过本系统，监控人员能直观的监视和记录各重要部位的安全生产情况，及时发现各监控点的违章作业情况，防患以未然，为煤矿的安全生产保驾护航。系统主要由前端摄像单元、传输线（同轴电缆或光缆）、视频光端机、视频分配器、视频服务器及大屏显视系统组成。,电气二次设备工业电视监控系统,冲乎尔水电站中控室：工作台最左侧为工业电视监控器和画面切换装置，大屏幕安装在左侧墙上。,

26、直流系统是为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源蓄电池继续提供直流电源。主要由蓄电池、充电屏、控制屏组成。,电气二次设备直流系统,直流系统,波波娜水电站直流系统盘柜,继电保护装置,通信系统不仅是水电站正常运行的可靠保障，也是电力系统对水电站调度的重要手段。水电站的通信主要包括水电站厂内通信、对外通信（包括对电力系统通信、对水利系统的通信及对公用系统的通信）、水情自动侧报系统通信、梯级水电厂及水电厂群的集中调度和集中管理通信及施工通信

27、等以及航运通信。水电站厂内通信可包括：厂内生产调度通信、厂内生产管理通信、厂内、厂区及生活区综合通信线路网络、厂内其他信息传输通信。水电站对外通信主要包括电站与水库调度与管理部门、电力系统调度管理部门、公用电信部门之间的通信链路的规划。对电力系统的通信一般多采用沿电力线开设光纤通信和电力载波方式，一般情况下以光纤通信为主、载波通信为辅（或作为备用）。,通信系统,水电站消防系统主要包括的内容和设备有：火灾自动报警及联动控制系统：消防报警控制台、消防广播通讯控制柜、通用消防联动控制柜、火灾自动报警系统主机柜、各类探测器等。消防通风：风机、风管、防火阀、过滤器、风口等。水喷雾灭火系统：主要用于水轮发

28、电机、主变压器等重要设备或重点部位。主要设备有：消防水系统设备及管网、火灾探测装置、火灾报警装置、手动或电动球阀、压力表、喷头。消防设施：防火门、防火窗、逃生指示灯、消防栓、消防带、灭火器等。,消防系统,暖通空调系统是通过对空气的加热、冷却、加湿、干燥等处理，以保证室内空气的温度、湿度、气流速度、洁净度等稳定在一定范围内，以满足设备正常运行和运行人员的工作生活的需要。水电站的采暖、通风、空调系统主要设备有：风幕机、电暖气、锅炉、空调机、通风机等。,暖通空调,水电站机电设备小结,金属结构：清污设备、闸门及其埋件、启闭设备。桥式起重机：主厂房桥式起重机、GIG室等部位桥式起重机水电站的主阀：水轮机进水球阀、蝶阀、闸阀水电站的主机：水轮机、调速系统设备、水轮发电机、励磁系统设备电气一次设备：发电机出口断路器、母线、主变压器、GIS组 合电器、出线场设备、中性点设备（发电机、主变）、高低压开关柜、厂用变压器电气二次设备：辅机控制系统、计算机监控系统、继电保护系统、工业电视监控系统、直流系统通信系统：光纤通信系统、载波通信系统、生产调度通信系统消防系统：火灾自动报警及联动控制系统、消防通风系统、水喷雾灭火系统暖通空调：采暖设备、通风设备、空调设备,谢 谢！,放映结束 感谢各位的批评指导！,让我们共同进步,