1 水力發(fā)電的轉(zhuǎn)換原理
    水電站其實(shí)是利用了太陽(yáng)能和重力。利用太陽(yáng)能將水從低處經(jīng)蒸發(fā)后“運(yùn)”到高處，地球的重力使水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。人們通過(guò)建水電站將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能供人們使用，是一個(gè)間接利用太陽(yáng)能的裝置。再次說(shuō)明了地球上的一切能源都由太陽(yáng)供給。
    在天然河流上，修建水工建筑物和控制設(shè)備，集中水頭，通過(guò)一定的流量將“載能水”輸送到水輪機(jī)中，使水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(chēng)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)電能而興建的一系列水電站建筑物及裝設(shè)的各種水電站設(shè)備。利用這些建筑物集中天然水流的落差形成水頭，匯集、調(diào)節(jié)天然水流的流量，并將它輸向水輪機(jī)，經(jīng)水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)，將集中的水能轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)變壓器、開(kāi)關(guān)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(yùn)、過(guò)木、過(guò)魚(yú)等綜合利用目的服務(wù)的其他建筑物。
    2.2 作用
    水電站是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施 .一般包括由擋水、泄水建筑物形成的水庫(kù)和水電站引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、機(jī)電設(shè)備等。水庫(kù)的高水位水經(jīng)引水系統(tǒng)流入廠房推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出電能，再經(jīng)升壓變壓器、開(kāi)關(guān)站和輸電線路輸入電網(wǎng)。
    2.3 類(lèi)型
    按照水電站利用水源的性質(zhì)，可分為三類(lèi)。①常規(guī)水電站：利用天然河流、湖泊等水源發(fā)電；②抽水蓄能電站：利用電網(wǎng)中負(fù)荷低谷時(shí)多余的電力，將低處下水庫(kù)的水抽到高處上水庫(kù)存蓄，待電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)放水發(fā)電，尾水至下水庫(kù)，從而滿足電網(wǎng)調(diào)峰等電力負(fù)荷的需要；③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(duì)天然水流的利用方式和調(diào)節(jié)能力，可以分為兩類(lèi)。①?gòu)搅魇剿娬荆簺](méi)有水庫(kù)或水庫(kù)庫(kù)容很小，對(duì)天然水量無(wú)調(diào)節(jié)能力或調(diào)節(jié)能力很小的水電站；②蓄水式水電站：設(shè)有一定庫(kù)容的水庫(kù)，對(duì)天然水流具有不同調(diào)節(jié)能力的水電站。
    在水電站工程建設(shè)中，還常采用按水電站的開(kāi)發(fā)方式、按水電站利用水頭的大小和按水電站裝機(jī)容量的大小等分類(lèi)方法。
    3 水力發(fā)電工程建筑物及其作用
    3.1 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(kù)，并修建溢流壩、溢洪道、泄水孔、泄洪洞（見(jiàn)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(chēng)進(jìn)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(jī)組或抽水蓄能機(jī)組和各種輔助設(shè)備的主機(jī)室，以及組裝、檢修設(shè)備的裝配場(chǎng)。副廠房包括水電站的運(yùn)行、控制、試驗(yàn)、管理和操作人員工作、生活的用房。引水建筑物將水流導(dǎo)入水輪機(jī)，經(jīng)水輪機(jī)和尾水道至下游。當(dāng)有壓引水道或有壓尾水道較長(zhǎng)時(shí)，為減小水擊壓力常修建調(diào)壓室。而在無(wú)壓引水道末端與發(fā)電壓力水管進(jìn)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(kāi)關(guān)站。此外，尚需興建輔助性生產(chǎn)建筑設(shè)施及管理和生活用建筑。 www.Ｅxamda.CoM考試就到考試大
    （1）溢流壩：壩頂可泄洪的壩。亦稱(chēng)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(hù)設(shè)施、單寬流量比較小的低壩。和廠房結(jié)合在一起，作為泄洪建筑物的壩內(nèi)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(shí)，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(lái)的新形式。
    （2）溢洪道：用于宣泄規(guī)劃庫(kù)容所不能容納的洪水，保證壩體安全的開(kāi)敞式或帶有胸墻進(jìn)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(kù)樞紐中的重要建筑物。溢洪道按泄洪標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)用情況，分為正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄設(shè)計(jì)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「1」。
    （3）泄水孔：進(jìn)口有一定淹沒(méi)深度的壩體泄水建筑物。可供泄洪、預(yù)泄庫(kù)水、放空水庫(kù)、排放泥沙或施工導(dǎo)流。泄水孔一般設(shè)置在混凝土壩和漿砌石壩，如重力壩、拱壩、支墩壩的體內(nèi)。需有閘門(mén)控制，可隨時(shí)提閘放水。一般由三個(gè)部分組成：進(jìn)口段（進(jìn)水口）、孔（管）身段和出口段。泄水孔按進(jìn)口高程和設(shè)計(jì)水位的相對(duì)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(wú)壓孔。無(wú)壓泄水孔除進(jìn)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(shè)計(jì)相結(jié)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(qiáng)挑流擴(kuò)散和消能效果，解決泄水孔出流集中問(wèn)題。
    （4）泄洪洞：用于引水或泄水的隧道。按其功用分為：①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。②導(dǎo)流、泄洪隧洞。在興建水利工程時(shí)用以導(dǎo)流或運(yùn)行時(shí)泄洪。③尾水隧洞。排走水電站發(fā)電后的尾水。④排沙隧洞。排沖水庫(kù)淤積的泥沙或放空庫(kù)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(lèi)。根據(jù)受壓狀態(tài)的不同，可分為有壓隧洞和無(wú)壓隧洞。前者水流充滿全洞，且受到一定的內(nèi)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(jī)電設(shè)備
    將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)電設(shè)備稱(chēng)水電站動(dòng)力設(shè)備。其在常規(guī)水電站和潮汐電站為水輪機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)組成的水輪發(fā)電機(jī)組，及附屬的調(diào)速器、油壓裝置、勵(lì)磁設(shè)備等。抽水蓄能電站的動(dòng)力設(shè)備為由水泵水輪機(jī)和水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組成的抽水蓄能機(jī)組及其附屬的電氣、機(jī)械設(shè)備。水電站的電氣裝置除水輪發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備外，還包括發(fā)電機(jī)電壓配電設(shè)備、升壓變壓器、高壓配電裝置和監(jiān)視、控制、測(cè)量、信號(hào)和保護(hù)性電氣設(shè)備等。
    （1）水輪發(fā)電機(jī)組：由水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組合而成的發(fā)電動(dòng)力裝置。設(shè)置在水電站中，執(zhí)行把水能轉(zhuǎn)換成電能的功能。機(jī)組中水輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，它利用水的能量運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。常用的水輪機(jī)有沖擊式、反擊式、貫流式和可逆式。發(fā)電機(jī)則均采用同步發(fā)電機(jī)。由于水電站的自然條件和工況各異，水輪發(fā)電機(jī)組的容量和轉(zhuǎn)速變化范圍很大?？砂雌涑叽绱笮『徒Y(jié)構(gòu)特征劃分其容量和轉(zhuǎn)速「3」。
    （2）調(diào)速器：用于減小某些機(jī)器非周期性速度波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。它可使機(jī)器轉(zhuǎn)速保持定值或接近設(shè)定值。水輪機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)等與電動(dòng)機(jī)不同，其輸出的力矩不能自動(dòng)適應(yīng)本身的載荷變化，因而當(dāng)載荷變動(dòng)時(shí)，由它們驅(qū)動(dòng)的機(jī)組就會(huì)失去穩(wěn)定性。例如當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的饋電量突然減少時(shí)，汽輪機(jī)軸上的阻力矩將急劇下降，如不及時(shí)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，則機(jī)組將加速運(yùn)轉(zhuǎn)，改變發(fā)電頻率，導(dǎo)致機(jī)組損壞。這類(lèi)機(jī)組必須設(shè)置調(diào)速器，使其能隨著載荷等條件變化，隨時(shí)建立載荷與能源供給量之間的適應(yīng)關(guān)系，以保證機(jī)組作正常運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速器的理論和設(shè)計(jì)問(wèn)題，是機(jī)械動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容「4」。
    （3）油壓裝置：油壓裝置的功用是為各種設(shè)備提供壓力能源，目前廣泛用于水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)和機(jī)組控制系統(tǒng)，大型水泵站以及進(jìn)水閥門(mén)、空放閥等，其他需用壓力能源的地方均可選用。此類(lèi)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「5」。
    （4）勵(lì)磁設(shè)備：勵(lì)磁裝置是指同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中除勵(lì)磁電源以外的對(duì)勵(lì)磁電流能起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置。勵(lì)磁系統(tǒng)是電站設(shè)備中不可缺少的部分「6」。勵(lì)磁裝置的使用，是當(dāng)電力系統(tǒng)正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓于一給定的水平上，同時(shí)，還具有強(qiáng)行增磁、減磁和滅磁功能。對(duì)于采用勵(lì)磁變壓器作為勵(lì)磁電源的還具有整流功能。勵(lì)磁裝置可以單獨(dú)提供，亦可作為發(fā)電設(shè)備配套供應(yīng)「7」。 
    4 結(jié)語(yǔ) www.Ｅxamda.CoM考試就到考試大
    中國(guó)已建成葛洲壩、烏江渡、白山、龍羊峽和以禮河梯級(jí)等各類(lèi)常規(guī)水電站，建成了潘家口等大型抽水蓄能電站（見(jiàn)潘家口水利樞紐）和試驗(yàn)性的江廈潮汐電站。今后在水力資源豐富而又未充分開(kāi)發(fā)的國(guó)家（如中國(guó)），常規(guī)水電站的建設(shè)將穩(wěn)步增長(zhǎng)。大型電站的機(jī)組單機(jī)容量將向巨型化發(fā)展。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源日益緊張，小水電將受到各國(guó)的重視。由于電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)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(shè)由于受建站條件及造價(jià)等因素制約，在近期內(nèi)不會(huì)有大幅度的增長(zhǎng)。各類(lèi)電站的自動(dòng)化和遠(yuǎn)動(dòng)化將進(jìn)一步完善和推廣。

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