正規小水電站施工架構及工作原理詳解

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 目前 ，我國多省份，尤其是欠發達地區確實存在投資低、效益差的小水電站影響生態環境的問題，為了在排查工作中更清晰地了解小水電站的施工架構以及工作原理，我們不妨先學習一下正規小水電站的工作原理是什么樣的。

1．水輪機有哪些工作參數？

水輪機的基本工作參數有水頭、流量、轉速、出力和效率。
水輪機水頭是指水輪機進口斷面與其出口斷面的單位重量水流能量的差值，用H表示，單位為m。
水輪機流量是指單位時間內通過水輪機過水斷面的水流體積。
水輪機轉速是指水輪機主軸每分鐘旋轉的次數。
水輪機出力是指水輪機軸端輸出的功率。
水輪機效率是指水輪機出力與水流出力之比。

2．水輪機有哪幾種類型？

水輪機可分為反擊式和沖擊式兩大類。反擊式水輪機包括混流式水輪機(HL)、軸流定槳式水輪機(ZD)、軸流轉槳式水輪機(ZZ)、斜流式水輪機(XL)、貫流定獎式本輪機(GD)和貫流轉槳式水輪機(GZ)六種型式。
沖擊式水輪機包括水斗式(切擊式)水輪機(CJ)、斜擊式水輪機(XJ)和雙擊式水輪機(SJ)三種形式。

3．什么是反擊式水輪機和沖擊式水輪機？

將水流的位能、壓能和動能轉換成固體機械能的水輪機稱為反擊式水輪機。
將水流的動能轉換成固體機械能的水輪機稱為沖擊式水輪機。

4．混流式水輪機的特點及適用范圍？

混流式水輪機又稱法蘭斯式水輪機，水流由徑向進入轉輪，大體沿軸向流出。混流式水輪機應用水頭范圍較大，結構簡單，運行可靠，效率高。是現代應用最廣泛的水輪機之一。水頭適用范圍50～700m。

5．輪流式水輪機的特點及適用范圍？

軸流式水輪機，轉輪區域內水流沿軸向流動，水流在導葉與轉輪間由徑向轉為軸向。

定槳式結構簡單,但它在偏離設計工況時效率會急劇下降,適用于功率不大及水頭變化幅度較小的電站,一般水頭范圍3～50m。轉槳式結構較復雜，它通過槳葉的轉動與導葉的轉動相互配合，實現導葉與槳葉的雙重調節，擴大了高效區的出力范圍，有較好的運行穩定性。目前，應用水頭范圍從幾米直到50～70m。

6．水斗式水輪機的特點及適用范圍？

水斗式水輪機又稱培爾頓(Petion)水輪機，它靠從噴嘴出來的射流沿轉輪圓周切線方向沖擊轉輪斗葉而做功。水斗式水輪機應用水頭較高，小型水斗式用于水頭40～250m，大型水斗式用在水頭400～4500m。

7．斜擊式水輪機的特點及適用范圍？

斜擊式水輪機，噴嘴出來的射流，在進口與轉輪平面成一角(通常為22．5度)。這種水輪機用在中小型水電站中，水頭適用范圍在400m以下。

8．水斗式水輪機的基本構造如何？

水斗式水輪機有以下幾個過流部件，它們的主要功用如下：
(1)噴嘴由上游壓力水管來的水流經噴嘴后形成一股射流沖擊到轉輪上，在噴嘴內水流的壓力能被轉換成射流的動能。
(2)噴針借助于噴針的移動，改變用噴嘴噴出的射流直徑，因而也改變了水輪機的進水流量。
(3)轉輪它由圓盤和固定在它上面的若干個水斗組成，射流沖向水斗，將自己的動能傳給水斗，從而推動轉輪旋轉作功。
(4)折向器它位于噴嘴和轉輪之間，當水輪機突減負荷時，折向器迅速地使噴向水斗的射流偏轉。此時噴針將緩慢地關閉到與新負荷相適應位置。當噴針穩定在新位置后，折向器又回到射流原來位置，準備下一次動作。
(5)機殼使作完功的水流流暢地排至下游，機殼內壓力與大氣壓相當。機殼也用來支撐水輪機軸承。

9．如何讀懂得水輪機的牌號？

根據我國JBB84－74"水輪機型號編制規則"規定，水輪機牌號由三部分組成，每一部分之間用"－"分開。第一部分的符號是該水輪機型式的漢語拼音的第一個字母，阿拉伯數字表示該水輪機的特征比轉速。第二部分由兩個漢語拼音字母組成，前一個表示水輪機主軸的布置型式，后一個表示引水室特征。第三部分是以厘米為單位的轉輪標稱直徑。

10．各種類型水輪機的標稱直徑是如何規定的？

混流式水輪機標稱直徑是轉輪葉片進口邊上的最大直徑，即轉輪下環與葉片進口邊交點處直徑。
軸流式和斜流式水輪機標稱直徑是轉輪葉片軸線與轉輪室相交處的轉輪室內徑。
水斗式水輪機標稱直徑是轉輪與射流中正線相切的節圓直徑。

11．水輪機產生汽蝕的主要原因是什么？

水輪機產生汽蝕的原因比較復雜，一般認為：水輪機轉輪內壓力分布不均勻，如轉輪相對下游水位要裝得過高，高速水流流經低壓區時，易于達到汽化壓力而產生汽泡。當水流流到高壓區時，由于壓力增大，汽泡凝結，水流質點以高速度向汽泡中心的撞擊，以填充凝結所產生的空隙，從而產生極大的水力沖擊和電化學作用，使葉片受到剝蝕產生麻點及蜂窩性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞。

12．預防水輪機產生汽蝕的主要措施有哪些？

水輪機汽蝕的后果是使水輪機產生噪音、振動和效率急劇降低，使葉片受到剝蝕，產生麻點及蜂窩性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞，從而使機組受到損壞不能運行。因此在運行中應力求避免汽蝕。目前，預防和減輕汽蝕損壞的主要措施有：
(1)正確進行水輪機轉輪的設計，減小水輪機汽蝕系數。
(2)提高制造質量，保證葉片的幾何形狀和相對位置正確，注意表面平滑光潔。
(3)采用抗汽蝕材料，減輕汽蝕破壞如不銹鋼轉輪。
(4)正確確定水輪機的安裝高程。
(5)改善運行條件，不使水輪機長期地在低水頭和低負荷下運行。通常不允許水輪機在低出力(如低于50％額定出力)下運行，對于多機組的水電站，要避免單機長期低負荷和超負荷運行。
(6)及時檢修，并注意修補焊接的打磨質量，避免汽蝕破壞的惡性發展。
(7)采用補氣裝置，向尾水管中送入空氣，消除可能產生汽蝕的過大真空。

13.大中小型小電站是如何劃分的？

按現行部標，裝機容量小于50000kW的為小型；裝機容量50000～250000kW的為中型；裝機容量大于250000kW為大型。

14.水力發電的基本原理是什么？

水力發電就是利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變為機械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發電機)隨著水輪機轉動便可發出電來，這時機械能又轉變為電能。水力發電在某種意義上講是水的勢能變成機械能，又變成電能的轉換過程。

15.水力資源的開發方式和水電站的基本類型有哪幾種？

水力資源的開發方式是按照集中落差而選定，大致有三種基本方式：即堤壩式、引水式和混合式等。
（1）堤壩式水電站是指在河道中建大壩，集中落差，有一定水庫庫容，電站就處在壩后附近的水電站。
（2）引水式水電站是指完全利用河道的天然落差引水發電，無水庫，無調節能力，電站處在下游較遠河道上的水電站。
（3）混合式水電站是指電站利用的落差，一部分由筑壩形成，一部分是利用河道天然落差，有一定的庫容，電站處在下游較遠河道上的水電站。

16.什么是流量、徑流總量、多年平均流量？

流量是指單位時間內水流通過河流(或水工建筑物)過水斷面的體積，以立方米/秒表示；
徑流總量是指在一個水文年內通過河流該斷面水流總量之和，以104m3或108m3表示；
多年平均流量是指河流斷面按已有水文系列計算的多年流量平均值Q3/S表示。

17.小型水電站樞紐工程主要由哪幾部分組成？

主要由擋水建筑物(壩)、泄洪建筑物(溢洪道或閘)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括調壓井)及電站廠房(包括尾水渠、升壓站)四大部分組成。

18.什么是徑流式水電站？其特點是什么？

無調節水庫的電站稱為徑流式水電站。此種水電站按照河道多年平均流量及所可能獲得的水頭進行裝機容量選擇。枯水期發電量急劇下降，小于50％，有時甚至發不出電，即受河道天然流量的制約，而豐水期又有大量的棄水。

19.何謂出力？怎樣估算水電站的出力和計算水電站的發電量？

在水電站(廠)中，水輪發電機組發出的電力功率稱為出力，河川中某斷面水流的出力則表示該段水能資源。所謂水流的出力就是單位時間內的水能。N=9．81ηQH式中，Q為流量(m3/S)；H為水頭(m)；N為水電站出力(W)；η為水輪發電機的效率系數。對于小型水電站出力近似公式為N=(6．0～8．0)QH。年發電量公式為E=NT式中，N為平均出力；T為年利用小時數。

20.什么是裝機年利用小時？

指水輪發電機組在年內平均滿負荷運行的時間。它是衡量水電站經濟效益的重要指標，小水電站年利用小時要求達到3000小時以上。

21.什么是日調節、周調節、年調節和多年調節？

（1）日調節：是指一晝夜內進行的徑流重新分配，即調節周期為24小時。
（2）周調節：調節周期為一周(7天)的。
（3）年調節：對徑流在一年內重新分配，當汛期洪水到來發生棄水，僅能存蓄洪水期部分多余水量的徑流調節，稱不完全年調節(或季調節)；能將年內來水完全按用水要求重新分配，又不需要棄水的徑流調節稱完全年調節。
（4）多年調節：當水庫容積足夠大的可把多年期間的多余水量存在水庫中，然后以豐補欠，分配在若干枯水年才用的年調節，稱多年調節。

22.什么是河流的落差？

所被利用河流段的兩個斷面水面的高程差稱為落差；河源與河口兩個斷面水面的高程差稱為總落差。

23.什么是降水量、降水歷時、降水強度、降水面積、暴雨中心？

降水量是為一定時段內降落在某一點或某一集而面積上的總水量，以mm表示。
降水歷時是指降水的持續時間。
降水強度是指單位時間內的降水量：以mm/h此表示。
降水面積是指降水所籠罩的水平面積，以km2表示。
暴雨中心是指暴雨集中的較小的局部區域。

24.什么是工程投資概算？工程投資估算及工程預算？

工程概算是以貨幣形式編制工程所需全部建設資金的技術經濟文件。初步設計總概算則是初步設計文件的重要組成部分，是考核經濟合理性的主要依據。經批準的總概算是國家承認基本建設投資重要指標，也是編制基本建設計劃和招投標設計的依據。工程投資估算是在可研階段做出的投資數。工程預算是在施工階段做出的投資數。

25.水電站主要經濟指標有哪些？

(1)單位千瓦投資，是每千瓦裝機需要的投資。
(2)單位電能投資，是每千瓦時電量需要的投資。
(3)電能成本，是每千瓦時電量支付的費用。
(4)裝機年利用小時數，是衡量水電站設備利用程度。
(5)電能售價，是每千瓦時電量售給電網的價格。

26.水電站主要經濟指標如何計算？

水電站主要經濟指標按下列公式計算：
（1）單位千瓦投資=水電站建設總投資/水電站總裝機容量
（2）單位電能投資=水電站建設總投資/水電站多年平均發電量
（3）裝機年利用小時數=多年平均發電量/總裝機容量

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