微水利发电-第一章grhn

《微水利发电-第一章grhn》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微水利发电-第一章grhn（75页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、微水利发发电前 言当前，我我国农村村经济迅迅速发展展，农民民生活水水平不断断提高，对对电的需需求十分分迫切。为为实现党党中央通通电到户户，全面面实现小小康目标标；使施施工人员员对微型型水力发发电站有有较清晰晰的了解解，多建建电站、管管好、用用好电站站；同时时普及电电工知识识。本教材共共分八章章，旨在在对水力力发电知知识给以以初步介介绍，重重点讲解解微型水水力发电电站的兴兴建相关关知识。同同时，对对发电机机组的选选型、安安装、保保养、维维修、工工器具及及安全用用电知识识进行了了介绍。希望通过过本教材材的，能使使学员对对微型水水力发电电站有一一个较为为全面地地了解，对对今后的的工作有有较大地地帮助

2、。目录第一章 水力发发电的基基本知识识1一、水力力发电概概述 1二、水电电站的组组成 1三、地形形测量 3四、水文文测验 4五、选定定站址的的一般条条件 5第二章 微型水水力发电电站基本本知识 6一、微型型水力发发电概述述 6二、微型型水轮机机的构造造 6三、冲击击式水轮轮机的构构造 7四、斜击击式水轮轮机 8五、双击击式水轮轮机 8六、反击击式水轮轮机的构构造 9七、发电电机的构构造 11第三章 微型水水力发电电站的修修建知识识 144一、水式式部份 14二、微型型水电站站的水式式建筑物物 116第四章 微型水水轮发电电机的选选择 277一、选机机组 27二、调速速的概念念和稳压压器 28第

3、五章 输电线线路的选选择 311一、线路路的选择择 31二、送电电距离超超过经济济送电距距离的送送电方法法 32三、电站站的防雷雷 32第六章 蓄蓄水法微微型水电电站的设设计 333一、 蓄蓄水池的的设计 33第七章 电工基基本知识识 335一、基本本概念 35二、直流流电和交交流电 37三、常用用工具 39第八章 微微型水力力发电机机组的运运行管理理与维修修 411一、微型型水力发发电机组组的试运运行 411二、开机机操作 42三、停机机操作 43四、运行行注意事事项及日日常维护护工作 43五、故障障处理 44六、微型型水力发发电机组组安装验验收要求求 47第一章 水力发电电的基本本知识一、

4、 水力发电电概述水力发电电就是将将天然河河流的水水能转变变为电能能，来供供给人们们应用。发发电所利利用的能能量来源源是多种种多样的的，如：太阳能能、江河河的水力力、空气气流动所所产生的的风力都都可以发发电。利利用水能能的水力力发电成成本便宜宜，建设设水电站站还可以以和其他他水利事事业结合合起来进进行。我我国的水水力资源源非常丰丰富，条条件也很很优越，水水力发电电在国民民经济建建设中起起着重要要的作用用。一条河流流的上游游水位比比其下游游水位高高，因为为河流水水位高低低的差别别，就产产生了水水能，这这种能量量称为位位能或势势能。河河流水面面高低的的差别称称为落差差，也叫叫水位差差或水头头。这个个

5、落差是是构成水水力的一一个基本本条件。此此外，水水力的大大小还取取决于河河流中水水流量的的大小，这这是和落落差同样样重要的的另一个个基本条条件。落落差和流流量都直直接影响响水力的的大小；落差的的水量愈愈大，水水力也就就愈大；如果落落差和水水量都比比较小，水水电站的的出力也也就较小小。落差一般般是用米米来表示示。水面面比降是是落差和和距离的的比数，可可以表示示落差集集中的程程度。落落差比较较集中，水水力利用用就比较较方便。一一个水电电站所利利用的落落差，就就是这个个水电站站的上游游水面和和通过水水轮机后后的下游游水面之之差。（图图1）图1流量是河河流中单单位时间间内流过过的水量量，它以以一秒钟钟

6、内流过过多少立立方米来来表示。一立方米的水量是一吨。一条河流的流量是随时随地变化着的，所以我们谈流量时一定要说明它流过的具体地点和时间，流量在时间上的变化非常显著。我国的河流一般在夏季秋季雨季流量较大，冬季春季比较小，各月各天的流量不同，各年的流量也不同。一般河流的流量在上游比较小；因为各支流汇入，下游流量逐渐增大。所以上游的落差虽集中，但是流量较小；下游流量虽大，但是落差比较分散。因此，往往在河流的中游段利用水力最为经济。知道了一一个水电电站所利利用的落落差和流流量，就就可以用用下列公公式计算算它的出出力： NN= GGQH 式中 N-出力力，单位位为千瓦瓦，也可可称功率率； Q-流量量，以

7、每每秒立方方米计； H-落差，以以米计； G = 9.8 , 为重重力加速速度, 单位: 牛顿顿/千克克按上述述公式算算得的是是理论功功率，没没有扣除除任何损损失。实实际上，在在水力发发电过程程中，水水轮机、传传动设备备、发电电机等都都有不可可避免的的功率损损失。所所以，理理论功率率要打一一个折扣扣，也就就是要乘乘上效率率系数（符符号：KK）才是是我们所所能利用用的实际际功率。 水电站中发电机设计的功率叫额定功率,实际发出的功率叫做实际功率。在能量的转变过程中，不免要损失一部分的能量。水力发电过程中主要有水轮机、发电机的损耗（管道也有损失）。农村微型水电站中各种损失总共约占全部理论功率的405

8、0%，所以水电站出力实际上只能利用理论功率的5060%，也就是效率约为0.500.60（其中水轮机效率0.700.85，发电机效率0.850.90，管道、传动设备效率0.800.85）。 因此，水电站实际功率（出力）可按下式计算：K-水水电站的的效率，微微型水电电站粗略略计算时时采用(0.550.6)；上式换换入这个个数值，可可简化为为： NN=(00.50.66)QHHG 实实际功率率=效率率流量量落差差9.8 利利用水力力发电就就是利用用水力推推动一种种机械，这这种机械械叫做水水轮机，如如我国古古老的水水车，就就是极简简单的水水轮机。现现在应用用的各种种水轮机机，就是是适应各各种具体体的水

9、力力条件，使使它更有有效地转转动起来来，将水水能变为为机械能能。在水水轮机上上再连接接另一种种机械-发电电机，使使得发电电机的转转子跟着着水轮机机转动起起来，就就可以发发出电来来。发电电机可分分作两部部分：与与水轮机机连接在在一起转转动的部部分及发发电机的的固定部部分。与与水轮机机连接在在一起转转动的部部分叫做做发电机机的转子子，转子子四周设设有许多多磁极；在转子子外围的的一圈是是发电机机的固定定部分，叫叫做发电电机的定定子，定定子裹绕绕了许多多铜线圈圈。当转转子的许许多磁极极在定子子铜线圈圈中间转转动的时时候，铜铜线上就就会产生生电流，发发电机就就是把机机械能转转变为电电能。 发电站站所发出

10、出的电能能，由各各种用电电设备转转变为机机械能（电电动机或或称马达达）、光光能（电电灯）、热热能（电电炉）等等等。二、 水电站的的组成水电站的的组成包包括：水水工建筑筑物、机机械设备备、电气气设备。（一）水工建筑物 它有堰(坝），进水闸，渠道（或隧洞），压力前池（或调节池），压力管道，厂房和尾水渠等。在河道中筑一座堰（坝）来拦阻河水，使水面抬高，形成一个水库。这样，从堰（坝）上水库的水面到坝下河流的水面之间就形成了集中的落差，再通过用输水管或隧道，把水引入水力发电站。在比较陡的河道上，利用引水渠道也可以形成落差。如：一般天然河流每公里的落差有10米，如果在这段河道的上端开一渠道引进河水，渠道沿

11、着河道开挖，渠道的坡降开得平些，假如使渠道中的落差每公里只下降1米，这样水在渠道中流了5公里，水面只降落5米，而水在天然河道走了5公里后却降落了50米。这时，再用输水管或隧洞把渠道的水引回到河边的发电厂房里，就有45米的集中落差可以利用来发电了。图2利用引水水渠道、隧隧洞或水水管（如如塑料管管、钢管管、混凝凝土管等等）来形形成集中中落差的的水电站站，叫做做引水道道式水电电站，它它是一种种典型的的水力发发电站布布置形式式。(二)、机机械电器器设备水水力发电电站除了了上述的的水工 （堰、渠渠道、前前池、压压力管道道、厂房房）外，还还需有下下述设备备：（11）机械械设备有水轮轮机、调调速器、闸闸阀、

12、传传动设备备和非发发电设备备等。（2）电电器设备备有发发电机、配配电控制制盘、变变压器及及输电线线等。但不是是所有的的小型水水电站都都有上述述的水工工建筑物物和机、电电设备。如如果水头头在6米米以下的的低水头头水电站站，一般般采用导导水槽和和明槽引引水室方方式，就就没有压压力前池池和压力力水管。供供电范围围不大输输电距离离短的发发电站，采采用直接接输电，不不需要变变压器。有有水库的的水电站站就无需需再筑坝坝。采用用深式进进水口，坝坝内涵管管（或隧隧洞）和和溢洪道道而无需需用堰、进进水闸、渠渠道和压压力前池池等水工工建筑物物。建建设水电电站，首首先要进进行周密密的勘测测设计工工作。在在设计工工作

13、中有有初步设设计、技技术设计计、施工工详图三三个设计计阶段。要要做好设设计工作作，首先先必须进进行周密密的勘测测工作，也也就是充充分了解解当地的的自然和和经济条条件-即地形形、地质质、水文文、资金金等情况况。只有有掌握了了这些情情况并加加以分析析研究以以后，才才可能保保证设计计的正确确性和可可靠性。小型水电站的组成部分随水电站型式不同而有多种多样的形式。三、 地地形测量量地形测量量工作的的好坏，对对工程布布置和工工程量的的估计有有较大影影响。地质勘勘探（地地质情况况了解）除除须对流流域地质质和沿河河地质作作一般的的了解研研究外，还还必须对对机房基基础是否否坚固进进行了解解，它直直接影响响电站本

14、本身的安安全。一一定水库库容积的的拦河坝坝一旦毁毁坏，不不仅损害害了水电电站本身身，还将将引起下下游生命命和财产产的巨大大损失，因因此对前前池的地地质选择择一般都都放在首首要位置置。四、 水水文测验验对水电站站来说，最最重要的的水文资资料是河河流的水水位、流流量、含含沙量、结结冰情况况等记载载及气象象方面的的资料和和洪水调调查资料料。 河河流流量量的大小小，影响响水电站站溢洪道道的布置置，对洪洪水的严严重情况况估计不不足，会会引起堤堤坝的毁毁坏；河河流挟带带的泥沙沙在最严严重的情情况下可可以很快快将水库库淤满。如如：流入入渠道会会引起渠渠道淤塞塞，粗粒粒泥沙通通过水轮轮机并能能引起水水轮机的的

15、磨损。因因此，建建设水电电站必须须掌握充充分的水水文资料料。所所以在决决定修建建一个水水电站之之前，首首先要调调查研究究供电区区内经济济发展的的方向与与用电的的未来需需求量。同同时，估估计发展展区域内内其它电电源的情情况。只只有研究究分析了了以上情情况之后后，才能能决定水水电站是是否需要要修建并并决定建建设的规规模应该该多大。总的说来，水电勘测工作的目的是为了供给水电站设计和施工所必须的准确而可靠的基本资料。五、 选选定站址址的一般般条件选定站址址的一般般条件，可可从下面面四方面面来说明明：（一一）所选选定的站站址要能能够最经经济地利利用水能能，要能能符合节节省费用用的原则则，也就就是在电电站

16、建成成后，所所花的钱钱最少而而发出的的电能为为最多。通通常可用用估算每每年发电电的收入入和建站站的投资资来衡量量，看看看所投入入的资金金在多少少时间内内才可以以收回。但但是，各各地的水水文、地地形条件件并不一一样，需需要电力力的情况况也不相相同，因因而其造造价和投投资不应应当受某某些数值值的限制制。（二二）所选选定的站站址处，地地形、地地质与水水文条件件都应当当比较优优越，而而且在设设计和施施工上也也要有可可行性。修修建小型型水电站站在建筑筑材料的的取用方方面，应应当尽量量符合“就就地取材材”的原原则。（三三）所选选定的站站址要求求尽量靠靠近供电电和加工工区域，以以减少输输电设备备的投资资和电

17、力力的损失失。（四四）选定定站址时时，应尽尽量利用用已有的的水工建建筑物。例例如在灌灌溉渠道道中即可可利用跌跌水来建建立水电电站，或或在灌溉溉水库旁旁建立水水电站利利用灌溉溉流量发发电等等等。因为为这些水水电站能能够符合合有水就就发电的的原则，所所以它的的经济意意义更为为明显。第二章 微型水力力发电站站基本知知识一、 微型水力力发电概概述目前未能能通电地地区大都都是远离离电网且且经济相相对落后后的地区区。未能能通电的的村寨大大都远离离电网，特特别是贫贫困地区区居住几几户和几几十户的的较为分分散的用用户的自自然村，距距离电网网10公公里以上上输电线线路造价价就要几几十万。110KVV输电线线路造

18、价价每公里里3-66万元。送送电距离离不宜超超过200公里。这这些地区区如按传传统的大大电网覆覆盖方式式解决用用电问题题，有时时是很不不经济也也不现实实的。但但这些地地区如果果有微小小水源的的情况下下，利用用微型水水电来解解决问题题，效果果会很经经济 。 大家知道，在山区分布着无数的溪流，细水沟，小瀑布。这些由高处流向低处的水比起江河湖海的水要显得十分的微小。我们同样可利用这些微小的水力资源来发电，省去了大量的输电线路费用，解决居住分散山区的农户用电问题。微型水力发电站的发电原理与大型水力发电站相同。均是由水工部分、机械部分的水轮机带动发电机而发电。微型水轮发电机组一般指装机容量在30千瓦以下

19、（国际标准是100KW以下）。适合具有微小水力资源的农村安装使用的简易水力发电机组。其主要特点是： （1）容量小 它适于分散建造和使用，尤其适合山区和半山区的农户使用。 （2）投资省 一次性投入总额不大，便于群众自筹资金，自建自管和自用。 （3）周期短 它可以在较短的时间内建成投资。 （4）技术简单适用它易修易建，便于普及。目前，由于广大农村的迫切需要，全国有多家工厂研制生产微型水轮发电机组，有各种规格的机型可以选用。农村微型水力发电是当前全国农村能源建设的一个热点，也是实现国家计划通电到户的好方法。二、 微型水轮轮机的构构造水轮机是是水电站站的重要要设备之之一。它它是利用用水的能能量来做做功

20、的。水水流经过过引水建建筑物进进入水轮轮机，推推动水轮轮机的转转轮转动动，再带带动发电电机产生生电能。根根据水流流进入转转轮后的的流向和和水轮机机的结构构特点，又又可分为为多种型型式。微微型水力力发电机机主要分分为冲击击式、反反击式两两大类型型：冲冲斗式、斜斜击式、双双击式属属于冲击击式类型型 。轴轴流式和和混流式式属于反反击式类类型水轮轮机。我们主主要介绍绍农村微微型水轮轮发电机机中目前前常用的的几种机机型。冲冲击式水水轮机主主要是利利用喷嘴嘴将高压压水管引引入的水水形成一一股坚实实的射流流，冲击击转轮上上的斗叶叶，使转转轮转动动做功的。反击式式水轮机机主要是是利用水水流在轮轮叶间流流过时，

21、在在轮叶正正反面所所产生的的压力差差，使转转轮转动动做功的的。农村村微型水水电站的的建造过过程中，水水轮机是是一个重重要的环环节，要要求合理理地选择择水轮机机，正确确地安装装和管理理、维护护水轮机机，更好好地发挥挥微水电电的作用用。三、 冲击式水水轮机的的构造冲斗式水水轮机主主要由喷喷嘴、转转轮、支支撑部分分及折向向器部分分组成。（一） 转轮微型水水轮机的的转轮是是由转盘盘和斗叶叶两部分分组成。有有整体铸铸造的，也也有用螺栓栓或焊接接连接的的。斗的的套体形形状（图图3）像像两只半半勺形，中中间有一一部分水水刃，使使射在斗斗上的水水流沿水水斗内表表面向两两后侧散散开，取取得较好好的水力力效果。水

22、水斗尖端端有一缺缺口，缺缺口的形形状和尺尺寸，要要保证水水斗能够够有效利利用射流流能量以以前，让让射流穿穿过此缺缺口。图3（二） 喷嘴喷嘴由由嘴体和和喷针两两部分组组成，其其主要作作用有两两个方面面：1将将高压水水管中的的水流形形成坚实实的射流流，并以以最优的的方向射射向水斗斗；2用用喷针来来调节流流量，改改变出力力。实际际上就是是起导水水机构的的作用。喷喷嘴体一一般用球球墨铸铁铁或铸钢钢浇铸。在在磨损较较大的管管嘴头部部，有用用不锈钢钢组成可可更换的的喷嘴衬衬套。喷喷针头部部做成流流线型锥锥体，或或是不锈锈钢做的的。喷嘴嘴体的连连接管内内有导向向架，用用以消除除水流因因转弯而而产生的的旋涡，

23、并并用以支支承带有有导向轴轴的喷针针杆。要要定期检检查，防防止稻草草和木片片等杂物物阻塞导导向架和和喷嘴，影影响水轮轮机出力力，甚至至造成飞飞车（转转速过高高）事故故。喷嘴一般般只用一一个，流流量较大大时，可可增加喷喷嘴数量量。冲斗式水水轮机用用于高水水头小流流量的电电站。四、 斜击式水水轮机斜击式水水轮机的的主要组组成部分分是由喷喷嘴、转转轮、支支撑部分分机座组组成。它它与冲斗斗式水轮轮机不同同的地方方是：（一一）喷嘴嘴与转轮轮不在同同一平面面内，而而是某一一角度（斜斜射角）。射射流斜向向冲击转转轮，水水流从水水斗的一一侧进，从从另一侧侧出，所所以叫做做斜击式式水轮机机。喷嘴嘴与转轮轮回转平

24、平面而成成的角度度一般为为22.5，这这样效率率较高。（二）转轮（图4）由外轮环，内轮环和斗叶组成。外轮环主要是用来增加转轮的强度和减少风阻力。斗叶形状为单曲面形状。图4斜击式水水轮机结结构简单单，造价价较低，效效率较高高。用于于中高水水头的水水电站。五、 双击式水水轮机双击式水水轮机（图图5）也也是由喷喷嘴、转转轮和机机壳等部部分组成成。工作作时，水水流由喷喷嘴冲到到转轮叶叶片流向向中心，将将大部分分水能转转化为机机械能，然然后穿过过转轮中中心，重重新进入入下面叶叶轮再一一次冲击击叶轮，弃弃水从尾尾水渠流流出。因因为水流流两次冲冲击转轮轮，所以以叫做“双双击式”水水轮机。图5双击式水水轮机转

25、转速低大大多采用用皮带轮轮转动，转转速可以以通过皮皮带轮调调节，适适用于中中低水头头。六、 反击式水水轮机的的构造（一） 混流式水水轮机混流式水水轮机的的构造如如（图66）。它它的特点点是水流流从辐向向（半径径方向）进进入转轮轮，轴向向离开转转轮的，所所以有时时也叫做做“辐向向轴流式式（简称称辐轴流流式）水水轮机”。这这种水轮轮机有立立轴和卧卧轴两种种，在微微型水电电站中常常用的是是立轴的的。图6混流式水水轮机适适用于中中、低水水头和中中、小流流量的水水电站。这这种水轮轮机主要要由水轮轮机室（引引水室）、转转轮、导导水机构构、尾水水管等组组成。下下面分别别介绍它它们的作作用和结结构。引水室引水

26、室常常用的有有金属蜗蜗壳和金金属罐两两种。其其主要作作用是使使水流均均匀地、对对称地流流入导水水机构，减减少水头头损失，并并保证转转轮四周周受力均均匀和工工作稳定定。金属属蜗壳的的形状很很像蜗牛，所所以叫做做“蜗壳壳”。由由于它的的断面是是向末端端逐渐减减小，这这样可以以保证向向导水机机构均匀匀对称供供水并形形成一定定的旋转转，减少少水头损损失，结结构尺寸寸较小，所所以是引引水室的的较好形形式。金金属罐的的优点是是构造简简单，成成本低廉廉。但因因其不符符合水流流情况，水水头损失失较大，所所以一般般仅用于于小型水水轮机中中。转轮转轮（图图7）是是水轮机机的心脏脏，水的的能量是是通过它它而转化化为

27、机械械能的，一一般所指指水轮机机的型式式，实质质上是指指该水轮轮机转轮轮的型式式。混流流式水轮轮机的转转轮由扭扭曲的叶叶片、轮轮毂和轮轮环等部部分组成成。依靠靠扭曲的的叶片使使水流由由辐向转转成轴向向。叶片片数目可可用100244片，一一般为114117片。为为了得到到性能良良好的转转轮型式式，通常常在模型型上试验验改进。图7转轮的轮轮毂一端端与主轴轴相连，另另一端连连泄水锥锥，有些些轮毂法法兰盘上上开有几几个均压压孔，使使转轮两两面的水水连成通通路，减减少轴向向水推力力，为了了减小漏漏水损失失，一般般在轮环环上装有有止漏环环。轮毂毂、叶片片及轮环环可以整整体铸造造，也可可以分件件浇铸或或焊接

28、。导水机构构导水机构构的作用用是： 1、引引导水流流按有利利方向流流入转轮轮； 22、调节节流入转转轮的流流量，使使水轮机机的出力力适应外外界负荷荷变化的的要求； 3、用用以开机机或停机机。（二） 轴流式式水轮机机轴流式水水轮机水水流是从从轴向流流进转轮轮，又从从轴向流流出，所所以叫做做“轴流流式”水水轮机（图图8）这这种水轮轮机是在在混流式式水轮机机基础上上发展起起来的，以以适应低低水头大大流量的的水力条条件。图8轴流式水水轮机与与混流式式水轮机机一样，也也是由引引水室、转转轮、导导水机构构及尾水水管等几几个部分分组成。其其中除转转轮有较较大的区区别外，其其它部件件大同小小异。下下面仅介介绍

29、它的的特点。 转轮轴流式转轮为了适应大流量的条件，要求转轮的过流量（即单位时间内通过转轮的流量）大，所以转轮的叶片不多（一般为38片）像螺旋桨一样。小型转轮的叶片大都是固定的，叫做定桨式转轮（图9甲）。叶片与水平成一定的角度，通常把叶片翼弦与水平所成的角度叫做“叶片的倾角”用a 表示（图10）。不同的叶片倾角是不一样的。为统一起见，通常规定在设计工况（水轮机效率最高时）下的叶片倾角a0为基准，即规定这时的叶片装置角为零（=0o）。图9甲 图9乙乙图100从图中可可以看出出叶片装装置角与倾角角a 的的关系为为=aa-a00,当装装置角=0时，水水轮机效效率最高高；装置置角为为正值时时，水轮轮机的

30、过过流量加加大；装装置角为负值值时，则则过流量量减小。装装置角通通常在-15200之间间。在制制造时，根根据用户户提供的的水力资资料来确确定。小小型转轮轮的叶片片和锥体体是整体体浇铸的的，这样样结构简简单，制制造方便便，但工工作性能能较差。当当水头和和负荷发发生变化化时，进进入叶片片的水流流方向随随之发生生变化，叶叶片无法法适应新新的水流流情况，就就可能产产生冲击击，脱流流、旋涡涡等现象象，增大大水头损损失，而而使效率率急剧下下降。因因此，这这种定桨桨式转轮轮，仅适适用于低低水头大大流量，及及水头流流量变化化不大的的小型水水电站中中。如水水电站的的水头和和流量发发生季节节性变化化，为了了提高效

31、效率和改改善工作作条件，往往往采用用叶片可可调节的的转轮（图图9乙），有有的也采采用交换换转轮（即即用同一一直径不不同叶片片装置角角的两两只转轮轮）的方方法，去去适应水水头、流流量的季季节变化化。七、 发电机的的构造发电机是是农村微微型水电电站的主主要设备备之一，它它是由水水轮机带带动转子子而发电电的。农村微微型水电电站使用用的发电电机有两两大类，即即：同步步发电机机和异步步发电机机。现在在绝大部部分是用用同步发发电机，只只有极少少数小容容量的是是用异步步发电机机发电的的。本节节只重点点介绍同同步发电电机。同步发发电机又又有两类类，一类类是转子子有励磁磁绕组转转轴，滑滑环、励励磁装置置的传统统

32、的同步步发电机机；另一一类是转转子采用用永磁材材料的永永磁同步步发电机机。发电电机还又又分为单单相发电电机或三三相发电电机。单单相发电电机只需需二根导导线送电电，送电电方便但但只适用用于小容容量的发发电机，现现在一般般是155KW以以下的发发电机。三三相发电电机效率率高，大大容量的的发电机机都是采采用三相相发电机机。（一一）同步步发电机机的构造造励磁磁装置同同步发电电机的外外形见（图图11）。其其主要组组成部分分见（图图12）。它它有：11.定子子，包括括定子铁铁芯，定定子绕组组，机座座，接线线盒等；2.转转子，包包括转子子铁心，磁磁极，励励磁绕组组，转轴轴，滑环环、碳刷刷，风叶叶等；33.端

33、盖盖，包括括前后端端盖，轴轴承盖和和电刷装装置等；4.励励磁装置置（图中中未画出出）。图11图图12从图中可可看发电电机由定定子和转转子两大大部分组组成，定定子包括括定子铁铁芯，定定子线圈圈和机座座几部分分，定子子铁芯固固定在机机座上。三三相发电电机定子子线圈有有A，BB，C三三相，彼彼此相距距1200电角角度，每每相线圈圈有二个个端头，三三相共有有六个端端头，一一般A相相端头用用符号DD1、DD4表示示，B相相端头用用符号DD2、DD5表示示，C相相端头用用符号DD3、DD6表示示。小型型发电机机一般采采用星形形结线，DD 1 D2 D3为为ABCC三相出出线，DD4 DD5 DD6连接接一

34、根中中性线，即即成为三三相四线线制供电电。转子子包括转转子铁芯芯，励磁磁线圈和和穿过铁铁芯的轴等等部分，在在轴的一一端有滑滑环和电电刷，由由励磁电电源来的的直流电电能通过过碳刷及及滑环进进入磁极极线圈产产生磁场场。这这种发电电机由于于有滑环环、碳刷刷磨擦部部件，需需要经常常维护保保养，励励磁装置置的整流流器元件件也容易易损坏，平平时要准准备好配配件。有有的小型型自励恒恒压同步步发电机机的磁极极线圈是是装在机机座上不不旋转的的，产生生一相交交流电的的线圈为为旋转的的，称为为旋转电电枢式的的同步发发电机，这这种结构构的发电电机容量量较小。（二）永磁同步发电机永磁同步发电机结构上同上述的同步发电机原

35、理基本上一样，最大的不同点是它的转子上只有永磁磁钢没有磁极线圈、滑环、励磁装置，结构同电动机一样，只是转子是永磁的（图13）。减少了很多发生故障情况的可能。可靠性很高。过去由于受永磁材料的限制发电机只能做到一千瓦以下。目前国内稀土永磁材料的发展，采用稀土永磁材料发电机已能做到30千瓦以上。这种发电机的成本高于普通的同步发电机，但其可靠性大大地增加。这对技术落后的边远地区用户使用是非常有利和重要的，因为边远地区用户维修成本很高，很小的一个元件损坏都会产生很大的维修成本。因此，建议边远地区用户选用永磁发电机。图13第三章 微型水力力发电站站的修建建知识一、 水工部份份（一） 选水源源 微微型水力力

36、发电要要具备二二个基本本要素；一是要要有水，二二是要有有一定的的落差（也也就是水水从高处处流下来来，也称称为水头头）。高高处的水水冲动装装在低处处的水轮轮而使其其转动后后，同时时带动发发电机转转动而发发出电来来，供人人们利用用。 1、找找水源要要选有天天然坡度度较陡的的河沟，小小溪，山山箐，山山泉。要要选择长长流水，要要搞清楚楚枯水季季节有多多少水量量，洪水水季节有有多少水水量；作作为发电电的用水水量参考考。 2、有有了水还还要看有有没有落落差，有有天然的的落差，就就省工省省钱了；可就地地修一座座水池，装装上发电电用的输输水管是是最理想想的。若若没有，看看能否沿沿山坡开开一条水水沟，将将水引到

37、到下游一一处能形形成落差差的地方方，在此此修一座座前池，供供发电储储水能之之用。找找到了水水，看好好电站厂厂址，就就要进行行流量，落落差的量量化测量量。 （二）落落差测量量 其其测量的的方法有有很多，这这里只介介绍一种种简单、适适用的方方法。其其工具简简单，操操作方便便，易学学易懂，人人人可掌掌握操作作的方法法，即 水压测测高仪 测高高法。水水压测高高仪 是由压压力表，20米透明塑料管两部份组成的。重量轻，便携带。原理 ： 利用压力表能测压的功能，透明塑料管能装水的特性，当塑料透明管装满水，再形成一定的高差，压力表上就会表示压力的数值。 此压力表是使用国际单位的基本单位，采用 （兆帕 ） MP

38、a 为计量单位。为方便使用，现换算成M 。列表如下：表上数据据MPa(兆帕)0.0440.0880.1220.166高差数据据（米）481216工具：水水压测高高仪，皮皮尺，木木桩，记记录本，笔笔和砍刀刀。操作：视视地形从从水源地地，可修修前池处处为起点点，装水水轮发电电机处为为终点。分分成若干干段，用用木桩标标明，量量明尺寸寸，记录录在册，供供作输水水管数据据。两人人分别掌掌握水压压测高仪仪的两端端，将塑塑料透明明管充满满水，从从上段测测起，持持管口人人站高处处（第一一桩位），持持表人站站低处（第第二桩位位），管管中水位位形成压压差，表表针工作作。表针针所指数数据为高高差数，（换换算成米米的

39、单位位），记记录下来来。如此此重复，将将所分段段测的高高差数值值相加，得得到落差差数值。其其步骤是是在进行行第一次次测量时时先将压压力表卸卸下，将将上端管管口埋入入引水处处，将水水引入管管中，压压力表端端之管口口要低于于进水口口端，将将管中之之空气排排出管外外，管中中才能进进满水，待待表端管管口向外外流水时时，再将将压力表表装上，管管中便装装满水，就就可开始始一段段段往下测测量（也也可从下下往上测测量），将将各段高高差数记记录下，加加起来则则得到总总落差数数。这种测量量工具简简单科学学方便，不不需要复复杂的计计算，最最适于微微水电山山区农村村使用测测量落差差的工具具。（图图14）图14（三）流

40、流量的测测量测流量的的方法有有很多，微微型水电电站用水水量一般般较小，多多采用高高落差小小流量的的机组来来发电，这这里介绍绍“容器器法”。方方法简单单，易操操作。工具： 水桶一一只，手手表（秒秒表最好好）一只只，记录本本，笔。 操作：1、首先测定水桶可装多少千克的水，（一千克水的体积为一立方分米），要净重量，水要平桶口,数据要准确。 2、将要测流量的水，归拢一个出水口，出水口要便于接水。 3、用水桶接住水口流出的水，用表计时，看多少秒接满一桶，重复作三次，取平均值。 4、计算流量公式：流量（公升/秒）=一桶水重（公升）/接一桶水的时间（平均值/秒）。 例：一只能容20千克的水桶，5秒种接满水。

41、 流量=20千克 /5秒=4千克/秒。 流量较大时可用渠道平均值测量方法测量。 利用浮标测定流量 在小河流上最简易测量的方法，一般都是采用浮标测定流速，再根据测定的过水面积（或称河床横断面积），以算出河道的流量，因为流量等于流速与过水面积的乘积。利用浮标法测定流量的步骤如下：（1）选择一段较平直的渠段如（图15）所示，要求其渠面宽度和深度都没有很大变化的渠道，渠段长度取10米。（长度越长计算越精确）图15（2）在在已选定定的渠道道段上布布置上下下两个断断面，并并用测杆杆或木桩桩在河岸岸上把所所选定的的断面标标志出来来，然后后用尺量量出上、下下两断面面间的长长度。（3）根根据水的的深度和和渠道的

42、的宽度计计算出水水的断面面积S。（图图16）图16矩形渠道道断面积积=渠宽宽水深深梯形断面面积=（水水面宽度度+渠底底宽）2水水深测量时当当浮标开开始流动动时即记记录表上上的时间间，在浮浮标流经经下断面面时即测测出表上上的时刻刻。这样样进行335次次，得出出浮标经经过上下下两断面面之间的的平均时时间（以秒秒钟计算算）。用用平均时时刻除上上下两断断面间的的长度，即即得水面面的流速速，今以以V代表表其单位位为米每每秒。VV=100米/（浮浮标过水水时间/秒）（4）根根据上述述所测定定的平均均流速和和过水面面积，即即可算出出该河段段内的流流量Q，以以计算式式表示为为QSSV二、微型型水电站站的水工工

43、建筑物物 微型水电电站是利利用山区区分散的的小流量量水力资资源来发发电，是是解决贫贫困无电电居民用用电的事事业，设设计的方方法比修修建大电电站要简简单，但但安全标标准要保保证。微型水电电站的水水工建筑筑物一般般由下述述几部分分组成：坝（抬抬水建筑筑物也叫叫堰）、进进水闸、渠渠道、压压力前池池、输水水管道、厂厂房和尾尾水渠。（图17）图17（一）坝坝（堰）：是用来来拦阻水水流、抬抬高水位位使用使使水流进进入渠道道的一种种水工建建筑物。一一般是修修建在上上游，以以充分利利用水流流的落差差，坝可可筑得低低些减少少工程造造价，较较为有利利。（二）进进水闸：进水闸闸的作用用是渠道道首部的的水工建建筑物，

44、用用以控制制进入渠渠道的水水流，并并在检修修渠道或或压力前前池时作作挡水之之用。（图图18）图18（1）渠渠道的断断面型式式 由于于渠道经经过的天天然地质质条件不不同，渠渠道的断断面按形形状分为为梯形（土土基上）和和矩形或或近乎矩矩形（岩岩基上）两两种。（见见图166） （22）渠道道的选择择选择渠渠道线路路，尽量量做到不不占用和和少占用用农田，施施工方便便，工程程量小，同同时又能能取得最最大水头头，并能能兼顾农农田灌溉溉。选线线时要从从渠首到到渠尾现现场踏勘勘，根据据地形、地地质、发发电和灌灌溉要求求比较不不同的线线路方案案，进行行比较后后再作决决定。具具体地说说，选择择渠线要要符合下下列原

45、则则： 11）线路路要短。 2）渠道要选在高处，以便取得较大的发电水头，一般情况下渠道大致沿着等高线绕山环行，或在地质条件许可时，部分凿通较短的隧洞与渠道连通，使渠尾在前池附近形成一个突然下跌的地形以集中落差。 3）避免过大的挖方和填方，沿线地质条件要好，防止崩坍和减少渗漏、冲刷；避免急转弯，转弯半径不小于5倍渠道水面宽度。 4）渠道应尽量避免经过山沟、洼地，以避免为此修建渡槽、倒洪吸等建筑物而增加投资。 5）避免与已建成的公路或渠道相干扰，以减少修建涵管等建筑物增加投资。每条渠道不可能完全满足上述要求，因此，只有经过几条渠线方案的比较，选出一条最接近上述要求的线路。 （3）渠道纵坡的决定 渠

46、道首尾间要有一定的倾斜坡度，才能使水流顺畅流动。这个坡度叫做“纵坡”（图19）。例如沿渠道的水平方向走了500米，而渠底垂直方向下降了1米，这条渠道的纵坡就叫做1/500。纵坡可用式子表示如下：图19一般都把把纵坡的的分子化化为1，如如1/5500，11/7550，11/10000-等等。渠道纵坡坡的选择择要掌握握下述几几点：纵纵坡过大大（渠道道陡），流流速大，虽虽然断面面可以较较小，但但是水头头损失大大，发电电就少，并并且渠道道容易受受冲刷。相相反，纵纵坡过小小（渠道道平缓），流流速缓慢慢，断面面较大，泥泥沙容易易沉积，容容易长杂杂草，影影响水流流通过。因因此，渠渠道的纵纵坡不能能过大或或过

47、小，要要根据土土质的情情况对纵纵坡做出出恰当的的设计。如如果落差差大，水水头充裕裕，纵坡坡可以陡陡些，以以减少渠渠道断面面、占地地面积和和工程量量；地形形平缓的的地区落落差小，水水头较宝宝贵，纵纵坡可小小些。微微型电站站的纵坡坡在1/5000-11/30000之之间进行行选择。 （4）渠道流速的决定流速与渠道纵坡及断面有关，微型水电站可以参考各种土质的允许流速来选择合格的流速。渠道内的水流速度，如果大于土质的允许流速，渠底边坡就会受到冲刷，各种土质和护面的最大允许平均流速可参见表2。土质质最大允许许平均流流速（米米秒）土质质最大允许许平均流流速（米米秒）土质质最大允许许平均流流速（米米秒）极细

48、砂或或泥0.155一般壤土土或含665粘粘土的土土壤0.900板岩状岩岩石2.400净砂石0.3粗砂0.455-0.60细岩石2.4-4.55轻砂土(15粘土)0.355结实的土土壤1.200坚硬岩石石2.4-4.55轻壤土(40粘土)0.5550.6硬的卵石石粘土1.500-2.10混凝土4.5-6.00无粘性的的卵石层层0.755结实的土土壤1.800约20厘厘米大石石单层铺铺砌3.0-3.55一般土壤壤0.755风化岩石石、砾石石2.000约20厘厘米大石石单层3.7-4.33在实际施施工中，为为了防止止泥沙淤淤积，要要求平均均流速不不低于00.4米米/秒。当当流速大大于0.75/秒时，

49、土土渠内不不易长草草；当流流速小于于0.55米/秒秒时，杂杂草很容容易繁殖殖。因此此，土渠渠内的平平均流速速最好采采用在00.50.88/秒。如如果此流流速超过过表2中中的某土土质允许许流速时时，则应应服从表表中土质质的允许许流速。不不平整的的石渠平平均流速速可选00.71.0米米/秒，石石砌渠道道和混凝凝土护面面渠道平平均流速速可采用用0.881.2米米/秒。（5）渠渠道的冲冲砂和排排水设施施 渠道道绕山环环行，山山坡上常常有雨水水流入渠渠道，因因此在沿沿渠道地地形合适适处（例例如冲沟沟的地方方），应应修建侧侧向溢流流堰或放放水闸门门。山水水带着泥泥砂流入入渠道，部部分泥沙沙会沉淀淀下来，因

50、因此渠中中每隔一一定的距距离要设设沉砂池池（一般般比渠底底凹下220440厘米米）。微微型水电电站，常常将侧向向排水闸闸门和冲冲砂闸门门结合使使用如（图图20）。图20（6）渠渠道的交交叉建筑筑物 当当渠道通通过山谷谷、河流流、道路路时，需需要修建建交叉建建筑物，通通常有涵涵洞、渡渡槽和倒倒虹吸等等方法。 水利水电工程中常遇到的是排水涵洞，和输水涵洞。 图21所示的是排水涵洞。图21（四） 压力前前池 压压力前池池或简称称前池（图图22），它它是连接接引水渠渠道和压压力水管管之间的的一个水水池。在在微型水水电站中中，前池池的作用用很重要要，有以以下几点点作用： 1）把把引水渠渠道的来来水引入入

51、压力水水管，如如果水电电站有几几台机组组，而又又分别由由几条压压力水管管供水时时，则将将水量分分配给各各压力水水管；2）用拦拦污栅防防止落入入引水渠渠道中的的树根、杂杂草和泥泥砂进入入压力管管道和水水轮机，冬冬季防止止压力水水管入口口冰冻； 33）当压压力水管管或水轮轮机发生生事故或或进行检检修时，可可拦断水水流进入入压力管管道； 4）可可起短时时间调节节水量的的作用；使开机机和负荷荷变化时时，上游游水位变变化幅度度小； 5）能能将多余余的水通通过溢流流口排出出保持正正常水，平稳水水电站水水头； 6）沉沉积渠道道中流进进的泥沙沙，减少少水机磨磨损。图22前池由储储水池，拦拦污栅，闸闸门，溢溢流

52、口等等组成。 微水电站的前池建议采用以下规格： 1、作为单家独户使用300750瓦的冲击式机组，流量较小，（一般每秒25千克水量），前池修建可以简单些。在土质较好的地方，可以在渠道尽头 ，挖掘深80厘米，长宽各80厘米左右的 简易水池留好溢流口道，就可以做为前池使用。 2、1000瓦3000瓦的冲击式机组，因流量已达到每秒10千克以上水量，要注意机房的安全，一般要采用混凝土结构或毛石混凝土结构，前池畜水量要大于一立方米，深80100厘米，长100厘米，宽100厘米左右。 3、4000瓦10000瓦的冲击式机组，前池采用混凝土结构或毛石混凝土结构，深120厘米，宽100厘米，长150200厘米。

53、 要保证水池不漏水，保证施工质量。 （五）溢溢流堰溢流流堰由连连接段、陡陡槽、消消力池及及泄水渠渠等部分分组成。全全部泄水水建筑物物的示意意（图223）。侧侧槽、连连接段、陡陡槽、消消力池等等部分都都必需有有碎石垫垫层，在在碎石垫垫层上再再用水泥泥砂浆或或水泥石石灰砂浆浆砌块石石作护面面以防止止冲刷。消消力池以以下的一一段泄水水渠，则则可用干干砌块石石作护面面。溢流流堰及挡挡土墙都都可用浆浆砌块石石筑成。陡陡槽坡度度根据地地形可以以从100600度，坡坡度愈大大，流速速愈高，则则护面愈愈要求坚坚实，消消力池的的深度、长长度也要要求大些些。溢流流堰的下下面是跌跌水或陡陡槽。在在跌水或或陡槽的的出

54、口处处必须做做一个消消力池，然然后水经经泄水渠渠排到河河中。图23溢流堰 在进水水口、渠渠道（较较长的）、前前池中使使用。 前池中中溢流堰堰的作用用是将多多余的水水或水轮轮机停机机时，渠渠道全部部来水排排泄到水水电站的的下游或或其它适适当的地地方。当当水电站站的负荷荷减少时时，水轮轮机所需需要的流流量也随随着减少少，但这这时从进进水口流流入引水水渠的流流量还源源源不断断而来，因因此，就就造成前前池中的的水量逐逐渐增加加，水位位逐渐上上升，如如果不把把多余的的水从溢溢流堰掩掩出，就就会造成成前池漫漫顶的事事故。溢流堰在在前池中中的布置置可以是是侧堰或或正堰，如如（图224）所所示。不不过一般般采

55、用侧侧堰较好好，因为为这样布布置可以以减少前前池前缘缘的宽度度。在实实际设计计时应当当考虑当当地的地地形条件件再来决决定合适适的布置置形式。微型水电电站引用用水流量量一般不不大，可可以采用用不设闸闸门的溢溢流堰。这这种堰构构造简单单，管理理方便。渠渠道中水水位上升升时可自自动溢流流。溢流堰长长度由流流量的大大小及堰堰顶水深深的大小小而定。图24（六） 拦污栅栅拦污栅的的主要功功能是阻阻挡渠道道水流中中的石块块、树根根等杂物物，防止止上述杂杂物进入入管道损损坏水轮轮机。装装机时在在进水口口处一定定要设置置一道拦拦污栅（图图25），拦拦污栅网网口大小小一般是是水轮机机喷嘴的的1/33。以保保证进入

56、入水轮机机的杂物物不会堵堵塞喷嘴嘴。进水水管口拦拦污栅的的面积应应是进水水口的三三倍。其其作用是是当进水水管口拦拦污栅部部分因杂杂物阻塞塞时，其其余未能能阻塞的的拦污栅栅面积能能保证过过水流量量使水轮轮机能正正常工作作，减少少清污次次数。图25在杂物较较多的渠渠道中应应在进入入前池的的渠道中中再设置置第二道道拦污栅栅。电站站管理人人员在机机组运行行时，要要经常清清理拦污污栅上的的杂物。渠道中的的拦污栅栅安放时时应按（图图26）的的方法有有一定角角度的安安装，不不要900度安安放，990度度角安放放容易造造成渠道道被杂物物阻塞。图26（七）压压力水管管 水水电站中中由压力力前池引引水到水水轮机的

57、的引水管管道叫做做“水管管”。水水管要承承受水的的压力，尤尤其是下下端，所所以这些些水管叫叫“压力力水管”（图图27）。图27水力发电电站压力力水管在在电站中中很重要要，但微微型水电电站中的的水头一一般不高高（1000米以以下），流流量也小小，管道道直径一一般也小小，施工工不困难难。但要要注意水水管的布布置，应应根据施施工现场场地质而而定，不不要放在在易被水水冲的地地方，要要注意在在水管破破裂时也也不会冲冲毁机房房。（1）压压力水管管管径的的选定 在一定定的流量量下，水水管管径径与管内内的流速速，水头头损失，造造价，运运行，施施工和检检修等因因素有关关。 如如果管径径选择不不适当,小了，虽虽然造价价低，但但水头损损失加大大，影响响电站出出力；如如果管径径大，流流速慢，虽虽然水头头损失小小，但是是造价高高造成资资金浪费费，管路路长更为为突出。所所以，在在决定管管径时，要要结合具具体情况况，综合合分析各各种因素素作出合合理的决决定。 微型电电站管径径的选择择，一般般应根据据厂家提提供的数数据，也也可用计计算的方方法进行行计算选选取。在在水头不不高于220米时时，计算算管道的的流速不不要大于于1.55米/秒秒。水头头在300米以上上的流速速不大于于2米。 计算算方法：流速VV=流量量Q管管道面积积S 微微型电站站功率在在一千瓦瓦以下时时可考虑虑选用塑塑料管道道，塑料料管道的的