1、水力發(fā)電工程及各種建筑物在其中的作用2012-06-27 15:04好學網(wǎng)建筑點擊：105次好學網(wǎng)字號：T|T 1水力發(fā)電的轉換原理水電站其實是利用了太陽能和重力。利用太陽能將水從低處經(jīng)蒸發(fā)后“運”到高處，地球的重力使水的重力勢能轉化為動能。人們通過建水電站將機械能轉化為電能供人們使用，是一個間接利用太陽能的裝置。再次說明了地球上的一切能源都由太陽供給。在天然河流上，修建水工建筑物和控制設備，集中水頭，通過一定的流量將“載能水”輸送到水輪機中，使水能轉換為旋轉機械能，帶動發(fā)電機發(fā)電，由輸電線路送往用戶。這種利用水能資源發(fā)電方式稱為水力發(fā)電。2水力發(fā)電工程2.1定義水力發(fā)電工程包括為利用水能生產(chǎn)
2、電能而興建的一系列水電站建筑物及裝設的各種水電站設備。利用這些建筑物集中天然水流的落差形成水頭，匯集、調節(jié)天然水流的流量，并將它輸向水輪機，經(jīng)水輪機與發(fā)電機的聯(lián)合運轉，將集中的水能轉換為電能，再經(jīng)變壓器、開關站和輸電線路等將電能輸入電網(wǎng)。有些水電站除發(fā)電所需的建筑物外，還常有為防洪、灌溉、航運、過木、過魚等綜合利用目的服務的其他建筑物。2.2作用水電站是將水能轉換為電能的綜合工程設施.一般包括由擋水、泄水建筑物形成的水庫和水電站引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、機電設備等。水庫的高水位水經(jīng)引水系統(tǒng)流入廠房推動水輪發(fā)電機組發(fā)出電能，再經(jīng)升壓變壓器、開關站和輸電線路輸入電網(wǎng)。2.3類型按照水電站利用水源的性質，
3、可分為三類。常規(guī)水電站：利用天然河流、湖泊等水源發(fā)電;抽水蓄能電站：利用電網(wǎng)中負荷低谷時多余的電力，將低處下水庫的水抽到高處上水庫存蓄，待電網(wǎng)負荷高峰時放水發(fā)電，尾水至下水庫，從而滿足電網(wǎng)調峰等電力負荷的需要;潮汐電站：利用海潮漲落所形成的潮汐能發(fā)電。按照水電站對天然水流的利用方式和調節(jié)能力，可以分為兩類。徑流式水電站：沒有水庫或水庫庫容很小，對天然水量無調節(jié)能力或調節(jié)能力很小的水電站;蓄水式水電站：設有一定庫容的水庫，對天然水流具有不同調節(jié)能力的水電站。在水電站工程建設中，還常采用按水電站的開發(fā)方式、按水電站利用水頭的大小和按水電站裝機容量的大小等分類方法。3水力發(fā)電工程建筑物及其作用3.1
4、水力發(fā)電工程建筑物通常用壩攔蓄水流、抬高水位形成水庫，并修建溢流壩、溢洪道、泄水孔、泄洪洞(見水工隧洞)等泄水建筑物宣泄多余洪水。水電站引水建筑物可采用渠道、隧洞或壓力鋼管，其首部建筑物稱進水口。水電站廠房分為主廠房和副廠房，主廠房包括安裝水輪發(fā)電機組或抽水蓄能機組和各種輔助設備的主機室，以及組裝、檢修設備的裝配場。副廠房包括水電站的運行、控制、試驗、管理和操作人員工作、生活的用房。引水建筑物將水流導入水輪機，經(jīng)水輪機和尾水道至下游。當有壓引水道或有壓尾水道較長時，為減小水擊壓力常修建調壓室。而在無壓引水道末端與發(fā)電壓力水管進口的連接處常修建前池。為了將電廠生產(chǎn)的電能輸入電網(wǎng)還要修建升壓開關站
5、。此外，尚需興建輔助性生產(chǎn)建筑設施及管理和生活用建筑。(1)溢流壩：壩頂可泄洪的壩。亦稱滾水壩。溢流壩一般由混凝土或漿砌石筑成。按壩型有溢流重力壩、溢流拱壩、溢流支墩壩和溢流土石壩。后者僅限于溢流面和壩腳有可靠防護設施、單寬流量比較小的低壩。和廠房結合在一起，作為泄洪建筑物的壩內式廠房溢流壩、廠房頂溢流和挑越廠房頂泄流的廠壩聯(lián)合泄洪方式，可用在高山狹谷地區(qū)，是宣泄大流量時，解決溢洪道和電站廠房布置位置不足的一種途徑，也是從溢流壩發(fā)展起來的新形式(2)溢洪道：用于宣泄規(guī)劃庫容所不能容納的洪水，保證壩體安全的開敞式或帶有胸墻進水口的溢流泄水建筑物。溢洪道一般不經(jīng)常工作，但卻是水庫樞紐中的重要建筑物
6、。溢洪道按泄洪標準和運用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄設計洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分為河床式溢洪道和岸邊溢洪道。河床式溢洪道經(jīng)由壩身溢洪。(3)泄水xx：進口有一定淹沒深度的壩體泄水建筑物。可供泄洪、預泄庫水、放空水庫、排放泥沙或施工導流。泄水孔一般設置在混凝土壩和漿砌石壩，如重力壩、拱壩、支墩壩的體內。需有閘門控制，可隨時提閘放水。一般由三個部分組成：進口段(進水口)、孔(管)身段和出口段。泄水孔按進口高程和設計水位的相對位置，可分為中孔(水下埋深約為二分之一壩高左右的泄水孔)、深孔或底孔以及雙層或多層泄水孔。按水流條件，可分為有壓孔和無壓孔。無壓泄水孔除進
7、口段呈滿流承壓狀態(tài)外，其后均處于明流狀態(tài)。有壓泄水孔是指沿孔道軸線的全部斷面均處于滿流承壓狀態(tài)的泄水孔道。泄水孔的出口段常考慮與消能工設計相結合。巖基上的高壩在宣泄大流量情況下常采用各種形式鼻坎，以增強挑流擴散和消能效果，解決泄水孔出流集中問題。(4)泄洪洞：用于引水或泄水的隧道。按其功用分為：引水、輸水隧洞。引水或輸水以供發(fā)電、灌溉或工業(yè)和生活之用。導流、泄洪隧洞。在興建水利工程時用以導流或運行時泄洪。尾水隧洞。排走水電站發(fā)電后的尾水。排沙隧洞。排沖水庫淤積的泥沙或放空庫水以備防空或檢修水工建筑物之用。以上也可概括為引水隧洞和泄水隧洞兩大類。根據(jù)受壓狀態(tài)的不同，可分為有壓隧洞和無壓隧洞。前者
8、水流充滿全洞，且受到一定的內水壓力;后者水流不充滿全洞，在水面上保持著與大氣接觸的自由水面3.2機電設備將水能轉變?yōu)殡娔艿臋C電設備稱水電站動力設備。其在常規(guī)水電站和潮汐電站為水輪機和水輪發(fā)電機組成的水輪發(fā)電機組，及附屬的調速器、油壓裝置、勵磁設備等。抽水蓄能電站的動力設備為由水泵水輪機和水輪發(fā)電電動機組成的抽水蓄能機組及其附屬的電氣、機械設備。水電站的電氣裝置除水輪發(fā)電機及其附屬設備外，還包括發(fā)電機電壓配電設備、升壓變壓器、高壓配電裝置和監(jiān)視、控制、測量、信號和保護性電氣設備等。(1)水輪發(fā)電機組：由水輪機和發(fā)電機組合而成的發(fā)電動力裝置。設置在水電站中，執(zhí)行把水能轉換成電能的功能。機組中水輪機
9、作為原動機，它利用水的能量運轉，驅動發(fā)電機發(fā)電。常用的水輪機有沖擊式、反擊式、貫流式和可逆式。發(fā)電機則均采用同步發(fā)電機。由于水電站的自然條件和工況各異，水輪發(fā)電機組的容量和轉速變化范圍很大。可按其尺寸大小和結構特征劃分其容量和轉速。(2)調速器：用于減小某些機器非周期性速度波動的自動調節(jié)裝置。它可使機器轉速保持定值或接近設定值。水輪機、汽輪機、燃氣輪機和內燃機等與電動機不同，其輸出的力矩不能自動適應本身的載荷變化，因而當載荷變動時，由它們驅動的機組就會失去穩(wěn)定性。例如當汽輪機發(fā)電機組的饋電量突然減少時，汽輪機軸上的阻力矩將急劇下降，如不及時調節(jié)汽輪機的進汽量，則機組將加速運轉，改變發(fā)電頻率，導
10、致機組損壞。這類機組必須設置調速器，使其能隨著載荷等條件變化，隨時建立載荷與能源供給量之間的適應關系，以保證機組作正常運轉。調速器的理論和設計問題，是機械動力學的研究內容。(3)油壓裝置：油壓裝置的功用是為各種設備提供壓力能源，目前廣泛用于水輪機組調速系統(tǒng)和機組控制系統(tǒng)，大型水泵站以及進水閥門、空放閥等，其他需用壓力能源的地方均可選用。此類油壓裝置分為組合式和分離式兩種，即回油箱和壓力罐組合安裝為組合式、分別安裝為分離式。(4)勵磁設備：勵磁裝置是指同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)中除勵磁電源以外的對勵磁電流能起控制和調節(jié)作用的電氣調控裝置。勵磁系統(tǒng)是電站設備中不可缺少的部分。勵磁裝置的使用，是當電力系統(tǒng)
11、正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機機端電壓于一給定的水平上，同時，還具有強行增磁、減磁和滅磁功能。對于采用勵磁變壓器作為勵磁電源的還具有整流功能。勵磁裝置可以單獨提供，亦可作為發(fā)電設備配套供應。4結語中國已建成葛洲壩、烏江渡、白山、龍羊峽和以禮河梯級等各類常規(guī)水電站，建成了潘家口等大型抽水蓄能電站(見潘家口水利樞紐)和試驗性的江廈潮汐電站。今后在水力資源豐富而又未充分開發(fā)的國家(如中國)，常規(guī)水電站的建設將穩(wěn)步增長。大型電站的機組單機容量將向巨型化發(fā)展。同時，隨著經(jīng)濟發(fā)展和能源日益緊張，小水電將受到各國的重視。由于電網(wǎng)調峰、調頻、調相的需要，抽水蓄能電站將有較快的發(fā)展。而潮汐電站和波浪能電站的建設由于受建站條件及造價等因素制約，在近期內不會有大幅度的增長。各類電站的自動化和遠動化將進一步完善和推廣。 5 / 5
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