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水力发电原理及水电站设备简介

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1 / 45 水力发电原理及水电站概况 本课程主要内容为介绍水力发电的基本原理,以及概述性地介绍水电站各组成系统的设备的类型、作用。主要是让读者从总体上了解水电站是如何实现水能转化为电能?实现这个过程需要哪些设备的支撑?这些设备的具体分工是如何的?由于本课程为总体性概述,因此对于具体设备的工作原理和内部结构则不作具体性的阐述,若读者对这些问题感兴趣,可以参考其他水力专业性书籍。 一. 水力发电基本原理及水电站在电力系统中的工作方式 1. 水力发电基本原理 水力发电过程其实就是一个能量转换的过程。通过在天然的河流上,修建水工建筑物,集中水头,然后通过引水道将高位的水引导到低位置的水轮机,使水能转变为旋转机械能,带动与水轮机同轴的发电机发电,从而实现从水能到电能的转换。发电机发出的电再通过输电线路送往用户,形成整个水力发电到用电的过程。 如图1-1 所示,高处水库中的水体具有较大的势能,当水体经由压力管道流进 安 装 在水电站厂 房内的水轮机而排 至 水电站的下 游 时 ,水流带动水轮机的转轮旋转,使得 水动能转变为旋转的机械能,水轮机带动同轴的发电机转子 切 割 磁 力线,在发电机的定 子 绕 组上产 生 感应 电动势,当定 子 绕 组与外 电路接 通时 ,发电机就向 外 供电了。如此,水轮机的选 择 机械能就通过发电机转变为电能。 2 / 45 2. 水电站的出力和发电量的计算 水电站在某时刻输出的功率,称为水电站在该时刻的出力。水电站的理论出力公式如下: )(81.9kWQHgQHtgVHPgggt 上式中的Q 为水轮机的引用流量,Hg 为水电站上、下游的高程差,称为水电站的毛水头。 水电站的实际出力公式如下: )(81.9)(81.9kWKQHQHhHQPg 上式中H称为水轮机的工作水头,△h 为水头损失;η为水轮发电机组的总效率;K=水电站的出力系数,对于大中型水电站,K 值可取为8.0~8.5,对于小型水电站,K 值一般取为6.5~8.0。 3. 水电站的运行特点 目前,在我国的电力系统中,主要是火电厂与水电站以及少数的核电厂、风力发电厂、地热能发电厂联合工作。为了使得各类电厂合理分担电力系统的负荷,各种类型的电厂在电力系统中承担着不尽相同的作用。以下图 2-1 为电力系统日负荷曲线图: 一般来说,由于火电和核电机组在机组性能上的特点,它们一般在电力系统中主要承担基荷和腰荷的负荷,而结合水电机组的特点以及不同的季节,...

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