万家寨水电站_百度百科
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万家寨水电站坝址呈U形，谷深壁陡，岸坡高100米以上，谷宽约430米，常水位水面宽200米。河床覆盖层厚0～2米，主河床水面下基岩裸露。坝址两岸为灰岩、白云岩、泥灰岩及页岩，岩性致密坚硬，无较大断层，岩溶发育，但规模不大，互不连通。地震基本烈度6度。控制流域39.5万平方公里最高蓄水位980米
坝址控制流域面积39.5万平方公里，多年平均流量790立方米/秒，多年平均径流量249亿立方米，多年平均1.49亿吨，平均含沙量7.76千克/立方米。千年一遇设计洪水流量16500立方米/秒，万年一遇校核洪水流量21200立方米/秒。正常蓄水位977米，最高蓄水位980米，有效库容4.45亿立方米。坝址基岩为寒武系灰岩，薄层、、、白云质灰岩。岩层产状平缓，走向NE，倾向NW，倾角2°～3°。坝基大部分岩体饱和抗压强度为88.4MPa～176.9MPa，相对软弱的泥灰岩、页岩在新鲜状况下的饱和抗压强度平均值大于80MPa。在河床坝基部位发育有10条层间剪切带，埋深浅、倾角平缓、抗剪强度偏低。万万家寨水电站2家寨水电站由、、引水建筑物、坝后厂房及等组成。万家寨水电站拦河坝坝顶高程982米，坝顶长443米，顶宽21米，上游坡1：0.15，下游坡1：0.7。体积150万立方米，大坝在915米高程以下河床坝段横缝灌浆连成整体，岸坡坝段分别在948和940米高程以下连成，以使个别坝段由于层间剪切带和泥化相对集中时，借助相邻坝段的帮助，提高抗滑稳定性。泄水建筑物共设有8个，4个中孔，1个表孔，5个排沙孔。底孔为压力短管式无压坝身泄水孔，布置在河床左侧5～8号坝段，每坝段2孔，孔口尺寸4米×6米，进口底坎高程915米，用弧形门操作，主要用于调水调沙，水库冲淤。末端用挑流消能。库水位970米时，总泄量5271立方米/秒。中孔为压力短管式无压坝身泄水孔，布置在河床中部9号和10号坝段，每坝段2孔，孔口尺寸4米×8米，进口底坎高程946米，用平板门操作，主要用于泄洪排沙和排漂。末端用挑流消能，总泄量2156立方米/秒。
表孔为开敞式溢流堰，布置在左侧4号坝段，孔口净宽14米，堰顶高程970米，担负排水和泄放超标洪水作用，当库水位980米时，泄量864立方米/秒。排沙孔为坝内压力钢管，布置于河床右侧13～17号电站坝段，位于电站进水口下方，进口底坎高程912米。进口段尺寸为2.4米×3.0米，设有平板检修闸门，一道事故闸门，主要用于减少进入电站的泥沙。
电站厂房进水口高程932米，直径7.5米。主厂房长196.5米，宽27米（上部）、43.75米（下部），高56.3米。为坝后厂房。装6台单机容量18万千瓦水轮发电机组，额定水头68米，最大水头81.5米，最小水头51.3米。开关站布置在厂坝平台之间。引黄入晋工程渠首为2条引水隧洞，洞径4米，洞中心线间距12米，单洞引用流量24立方米/秒。取水口布置在拦河坝左岸2号和3号非溢流坝段上。在引水时段内，水库最高库水位980米，最低库水位957米。为保证能引取表层清水，采用分层取水结构物。万家寨水电站主体建筑工程量：土石方开挖133万立方米，石方填筑18.5万立方米，混凝土及钢筋混凝土180万立方米。
采用分期导流方式，一期先围左岸1～11号坝段，在一期低围堰保护下，修建6～10号坝段的5个9.5米×9米的临时导流底孔为二期截流创造分流条件。至1995年11月底，左岸坝段具备分流条件。11月下旬开始截流戗堤预进占，戗堤进占长度35米。截流设计流量917立方米/秒，相应的堰前水位904.7米，戗堤顶高程906米，龙口最大流速7.4米/秒，最大落差5.3米。合龙过程中，河道实测最大流量51立方米/秒，龙口最大流速6.75立方米/秒，龙口最大落差3.49米。共抛投截流材料：15～18吨混凝土四面体88个，铅丝笼1586立方米，石料2.4万立方米，石串1600立方米。
主混凝土系统布置左坝头1010米高程，安装2座4×3立方米。辅助混凝土系统布置在右岸，生产能力为105立方米/天。万家寨水利枢纽工程施工区征地6583亩，其中耕地2915亩，已在1997年前完成。库区淹没影响涉及内蒙古自治区清水河县、准格尔旗和山西省偏关县3个县（旗）10个乡（镇）70个自然村，库区征地18414亩，淹没农村人口3698人、各类房窑12.38万m2、大型专项7个。库区移民安置从1994年开始，1998年全部结束，已按国家有关规定办理土地征用手续。施工区生产安置500人，库区生产安置5094人，实施后施工区和库区移民对生产生活安置的满意率均在90%以上。7个专项设施迁建处理，于1997年开工，2000年全部完成迁建，恢复了原有功能。库底清理工作在1998年9月通过了验收。万万家寨水电站3家寨水电站装有6台180兆瓦水轮，电站的主要任务是发电调峰和供水，设计年发电量27.5亿千瓦·时。万家寨水库的设计年均径流量为192亿立方米，然而由于天然径流的减少，加之上游引水的加大，水库的实际来水远少于设计值，据统计年万家寨水库的年径流仅分别为129.41亿立方米、111.88亿立方米、118.84亿立方米、112.28亿立方米，来水形势非常严峻，如果不能更充分地利用现有来水，做好电站的经济运行，势必严重影响枢纽的还贷和实现效益。
发电耗水率指标是衡量水电站经济运行情况的主要，而影响该指标的主要因素之一就是水轮机的经济运行工况的好坏，因此要降低发电耗水率，必须优化水轮机的运行参数，改善其运行工况。本文从水轮机运行的两个关键参数-工作水头和效率出发，进行优化分析，以求通过水轮机的经济运行来提高电站的经济运行水平。万家寨水电站水轮机分别由天津阿尔斯通公司和上海希科公司生产。2.1　不同水头下的水轮机耗水率分析
万家寨水库库容较小，仅8.96亿立方米，调节能力非常有限，因此电站的运行水位经常有较大变化，电站最低运行水位为952.00米高程，最高运行水位为980.00米高程，最大变幅达28米，这对水轮机来说意味着工作水头的巨大变化，从水轮机的出力公式N=9.81.Q.h.η不难分析运行水头与出力的关系：运行水头越高，水轮机能量特性越好，单位千瓦时的耗水就越小，以万家寨5#水轮机为例，图一绘出了该水轮机在75.58米、67.40米、59.28米工作水头下的水轮机耗水率，显然水轮机工作水头对其耗水率有着显著的影响：在上述高中低三个水头下水轮机发出150兆瓦出力，其耗水率分别为5.28立方米/千瓦.时、5.81 立方米/千瓦.时、6.80 立方米/千瓦.时，设发电用水1000万立方米，则发电量分别为189.40万千瓦.时、172.12万千瓦.时、147.06万千瓦.时，以5#机上网电价0。374元/千瓦。h计算，经济效益分别为70.84万元、64.37万元、55.00万元，可见相同的发电用水，因水头的不同而产生的效益大小差别巨大，所以要降低发电耗水率必须提高水轮机的工作水头。
万家寨水电站42.2　提高水轮机的工作水头的措施
（1） 应保持万家寨水库的高水位运行。保持万家寨水库的高水位运行，这是提高水轮机工作水头的主要措施。目前万家寨水库的运行水位主要受水调和电调两方面因素制约：第一、水库的运行要满足、、流域调水等要求。万家寨水库设计为7～10月，其中主汛期（7月15日～10月15日）水库运行水位不得超过汛限水位966。00米高程，在该高程以下范围内水轮机的运行由于偏离额定工况（Hr=68米）较大，因而能量特性较差，表现出较高的发电耗水率。认为汛限水位不应局限于某一固定值，应该视黄河实际水情而定，这样水库既能发挥防洪作用，同时水电企业又能获得可观的经济效益；第二、电网的运行需要。对万家寨水电站来说，以来水量定发电量，且水库保持较高水位运行，是较为经济合理的运行方式，但作为晋蒙两电网少有的调峰电源，万家寨电站由于两网调峰、调频、事故备用的需要，往往实际发电运行方式要偏离计划的经济运行方式，因此水库难以保持在较高的经济水位运行，从而导致发电成本的增加，特别是如今面临晋蒙两网日趋紧张的供电局面，万家寨电厂的调峰任务会更加艰巨，水调和电调的将更加突出，寻求二者的优化运行、实现经济调度将是万家寨电站非常紧迫的课题。
（2） 应减少水轮机输水系统的水头损失。表明，万家寨电站水头损失较大，在水轮机导叶开度最大情况下，水头损失在2～3米之间，并且水头损失随过机流量的增大而增加。降低电站水头损失的有效途径就是定期清扫进口拦污栅和尾水管出口淤积，同时在机组大修时检查处理流道的冲刷受损部分。电站宜尽早开展这些工作，以减少水头损失，提高机组发电潜力。3.1　万家寨水轮机运行的现状
万家寨水电站各台机组的负荷情况总体较差，主要是因为：一、万家寨水电站是内蒙古西部电网的调峰电厂和山西电网的主潮流调整厂，要保证调峰和潮流质量就必然要求机组要有着很好的负荷跟踪能力，要随着网上负荷的波动及时调整出力，因此机组的运行工况波动频繁且变幅较大；二、万家寨水轮发电机组的负荷调节有着良好的动态响应性，增减负荷迅速，因此电网一般会安排较多的旋转备用于水轮发电机组，造成机组深度调峰，常运行在低负荷、低效率区，据统计载至日，机组80兆瓦以下运行小时占总运行小时的比率：1#～6#机分别为43.6%、39.0%、 28.3%、20.2%、21.6%、23.3%，显然机组低负荷运行率偏高。
3.2　水轮机运行效率分析万家寨水电站5万家寨水电站安装的是混流式水轮机，该机型相对其他机型而言，其特点是最高效率较高，但效率变化较大，高效区狭窄，见万家寨5#水轮机的效率（图二），可明显看出:一、效率曲线较陡。在67.40米的工作水头下，水轮机出力46.71兆瓦、166.68兆瓦时的效率分别为70.26%、95.17%，效率差值达24.91%。
二、高效区较窄。在67.40米的工作水头下，水轮机在85兆瓦以上的出力范围内运行效率基本在85%以上，其中在105兆瓦～180兆瓦的出力区，水轮机效率在90%以上，而在85兆瓦出力以下水轮机效率则急骤下降。之所以呈现上述特性，是由于转轮叶片是按进口水流无撞击或略带正冲角、出口水流是法向或略带正环量设计的，叶片固定在上下环上，除最优工况外其他工况均不能同时满足进出口水流的最佳要求。
当水轮机偏离设计工况时，叶片进口有冲角、出口有旋转速度，使得水力损失增大，效率下降，且偏离设计工况越远，水力损失越大，效率越低，同时由于水轮机内部流态的破坏，产生压力脉动，导致机组的振动、摆度加剧，影响机组的稳定运行，严重的会造成构件的疲劳破坏，大大缩短寿命。因此水轮机应尽量在设计工况下运行，不要偏离该工况太远，对万家寨水轮机来说，水头在60m以下时，机组单机负荷应不低于80MW；水头在60～68m时，机组单机负荷不低于100MW；水头在68m以上时，机组单机负荷不低于120MW，在上述较高的负荷区运行，水轮机能保持较高的效率，水能利用充分，能量特性较好。黄河北干流地区是中国严重缺水地区之一，年平均降水量不足500毫米，仅晋蒙地区缺水量就达30亿立方米，人畜饮水非常困难，党中央，国务院领导对该地区水资源紧张状况非常关心，于1992年批准修建万家寨水利枢纽工程，解决晋蒙地区人们的工农业及生活用水问题，1994年主体工程开工，1995年实现截流，年并网发电，每年向，两省（区）供水14亿立方米。这对解决两省和周边地区水资源短缺，优化华北电网能源结构，都具有十分重要的战略意义。万家寨水利枢纽工程的竣工，标志着水利部、山西省、内蒙古三家合作的跨世纪水利枢纽工程取得了历史性的胜利，这项工程体现了中央和地方各级政府对水利枢纽工程建设的关怀和支持，它凝聚着沿黄河流域各族人民的奉献精神，要认真总结这项工程所积累的经验和作法，为做好今后的水利工程提供可借鉴的宝贵的经验。保持电站较高的水库运行水位和机组运行负荷率是水轮机经济运行的主要措施， 也是水电站经济运行工作的重点，因此电站要加强与水库调度部门、电力调度部门的沟通与协调，做好二者的经济工作，以使万家寨水库的水力资源最终能够得到合理利用、高效利用。山西省境内最大的水力发电站――黄河由于受甘肃、宁夏以及内蒙古河套地区灌溉引水和持续干旱少雨的影响，发电库区来水偏枯，流量骤减，水位大幅下降，致使今年前10个月与去年同期相比发电量下降了23.24%，产值大幅下降。万家寨水电站库区周围的百姓也亲眼目睹了库区水位的巨大变化：养鱼的网箱搁浅了，游船行驶的范围缩小了，下游灌溉没水了。
来水量的“偏枯”、的锐减，让这个集发电调峰、防洪、抗旱、养殖、旅游等综合功能于一体的大型水电企业有失往日风采。来自万家寨电站管理局发电部11月23日的数据显示，今年6、7、8三个月是上游来水量在全年最少的时期，流量平均只有200立方米/秒左右，与往年平均流量500-600立方米/秒相差甚远。截至11月23日早上8时，万家寨水电站库区来水量只有139亿立方米，比去年同期来水量减少37.13亿立方米，电站累计发电20.48亿千瓦时，比去年同期减少6.02亿千瓦时，同比下降22.72%，占全年预估发电量的27.36%。
据万家寨电站管理局发电部工作人员介绍：来水量的减少直接影响的就是发电量，而发电量减少，就为电网调峰造成了困难，在电网电力供应紧张状态下难以完成调峰任务。万家寨水电站肩负着对山西、内蒙古两省区电网的供电调峰任务，今年8月份，在黄河流量持续走向低谷的时期，虽然电站采取了加大蓄能值、少弃水多发电等积极的应对措施，但终因水位太低，无法运行发电，导致了我省运城等地的严重拉闸限电现象。同时，来水量的枯少还对渔民养殖、潮流调节、农田灌溉、旅游产业、河道生态环境造成了严重影响。
据悉，由水利部、山西省、内蒙古自治区三方出资于1994年开工建设的万家寨水电站，自1998年11月底首台机组上网发电以来，已累计向国家缴纳各种税费17.8亿元，并对缓解山西及周边地区水资源短缺、优化华北电网能源结构发挥了十分重要的作用。
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水轮机的用途、基本工作原理、组成是什么？
水轮机的用途、基本工作原理、组成是什么？谁来帮我解答？
水轮机是把俯伐碘和鄢古碉汰冬咯水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。
早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。
水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。
冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。
早期的冲击式水轮机的水流在冲击叶片时，动能损失很大，效率不高。1889年，美国工程师佩尔顿发明了水斗式水轮机，它有流线型的收缩喷嘴，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能。
理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91％。
20世纪80年代初，世界上单机功率最大的水斗式水轮机装于挪威的悉·西马电站，其单机容量为315兆瓦，水头885米，转速为300转／分，于1980年投入运行。水头最高的水斗式水轮机装于奥地利的赖瑟克山电站，其单机功率为22.8兆瓦，转速750转/分，水头达1763.5米，1959年投入运行。
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。
轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。
各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。当水头在40米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于40米时，则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。
在反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响。
反击式水轮机都设有尾水管，其作用是：回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游；当转轮的安装位置高于下游水位时，将此位能转化为压力能予以回收。对于低水头大流量的水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。
轴流式水轮机适用于较低水头的电站。在相同水头下，其比转数较混流式水轮机为高。轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上，叶片安放角不能在运行中改变，效率曲线较陡，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明的，故又称卡普兰水轮机。其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过94％。
80年代，世界上尺寸最大的转桨式水轮机是中国东方电机厂制造的，装在中国长江中游的葛洲坝电站，其单机功率为170兆瓦，水头为18.6米，转速为54.6转／分，转轮直径为11.3米，于1981年投入运行。世界上水头最高的转桨式水轮机装在意大利的那姆比亚电站，其水头为88.4米，单机功率为13.5兆瓦，转速为375转／分，于1959年投入运行。
贯流式水轮机的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动，加上采用直锥形尾水管，排流不必在尾水管中转弯，所以效率高，过流能力大，比转数高，特别适用于水头为3～20米的低水头电站。这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电。这种水轮机有多种结构，使用最多的是灯泡式水轮机。
灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。其转轮既可以设计成定桨式，也可以设计成转桨式。世界上最大的灯泡式水轮机(转桨式)装在美国的罗克岛第二电站，水头12.1米，转速为85.7转/分，转轮直径为7.4米，单机功率为54兆瓦，于1978年投入运行。
混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机，由美国工程师弗朗西斯于1849年发明，故又称弗朗西斯水轮机。与轴流转桨式相比，其结构较简单，最高效率也比轴流式的高，但在水头和负荷变化大时，平均效率比轴流转桨式的低，这类水轮机的最高效率有的已超过95％。混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5～700米，但采用最多的是40～300米。
混流式的转轮一般用低碳钢或低合金钢铸件，或者采用铸焊结构。为提高抗汽蚀和抗泥沙磨损性能，可在易气蚀部位堆焊不锈钢，或采用不锈钢叶片，有时也可整个转轮采用不锈钢。采用铸焊结构能降低成本，并使流道尺寸更精确，流道表面更光滑，有利于提高水轮机的效率，还可以分别用不同材料制造叶片、上冠和下环。
世界上水头最高的混流式水轮机装于奥地利的罗斯亥克电站，其水头为672米，单机功率为58.4兆瓦，于1967年投入运行。功率和尺寸最大的混流式水轮机装于美国的大古力第三电站，其单机功率为700兆瓦，转轮直径约9.75米，水头为87米，转速为85.7转／分，于1978年投入运行。
斜流式水轮机是瑞士工程师德里亚于1956年发明，故又称德里亚水轮机。其叶片倾斜的装在转轮体上，随着水头和负荷的变化，转轮体内的油压接力器操作叶片绕其轴线相应转动。它的最高效率稍低于混流式水轮机，但平均效率大大高于混流式水轮机；与轴流转桨水轮机相比，抗气蚀性能较好，飞逸转速较低，适用于40～120米水头。
由于斜流式水轮机结构复杂、造价高，一般只在不宜使用混流式或轴流式水轮机，或不够理想时才采用。这种水轮机还可用作可逆式水泵水轮机。当它在水泵工况启动时，转轮叶片可关闭成近于封闭的圆锥因而能减小电动机的启动负荷。世界上容量最大的斜流式水轮机装于苏联的洁雅电站，单机功率为215兆瓦，水头为78.5米。
水泵水轮机主要用于抽水蓄能电站。在电力系统负荷低于基本负荷时，它可用作水泵，利用多余发电能力，从下游水库抽水到上游水库，以位能形式蓄存能量；在系统负荷高于基本负荷时，可用作水轮机，发出电力以调节高峰负荷。因此，纯抽水蓄能电站并不能增加电力系统的电量，但可以改善火力发电机组的运行经济性，提高电力系统的总效率。50年代以来，抽水蓄能机组在世界各国受到普遍重视并获得迅速发展。
早期发展的或水头很高的抽水蓄能机组大多采用三机式，即由发电电动机、水轮机和水泵串联组成。它的优点是水轮机和水泵分别设计，可各自具有较高效率，而且发电和抽水时机组的旋转方向相同，可以迅速从发电转换为抽水，或从抽水转换为发电。同时，可以利用水轮机来启动机组。它的缺点是造价高，电站投资大。
斜流式水泵水轮机转轮的叶片可以转动，在水头和负荷变化时仍有良好的运行性能，但受水力特性和材料强度的限制，到80年代初，它的最高水头只用到136.2米(日本的高根第一电站)。对于更高的水头，需要采用混流式水泵水轮机。
世界上最大的混流式水泵水轮机装于联邦德国的不来梅蓄能电站。其水轮机水头237.5米，发电机功率660兆瓦，转速125转/分；水泵扬程247.3米，电动机功率700兆瓦，转速125转/分。
抽水蓄能电站设有上、下两个水库。在蓄存相同能量的条件下，提高扬程可以缩小库容、提高机组转速、降低工程造价。因此，300米以上的高水头蓄能电站发展很快。世界上水头最高的混流式水泵水轮机装于南斯拉夫的巴伊纳巴什塔电站，其单机功率为315兆瓦，水轮机水头为600.3米；水泵扬程为623.1米，转速为428.6转/分，于1977年投入运行。
20世纪以来，水电机组一直向高参数、大容量方向发展。随着电力系统中火电容量的增加和核电的发展，为解决合理调峰问题，世界各国除在主要水系大力开发或扩建大型电站外，正在积极兴建抽水蓄能电站，水泵水轮机因而得到迅速发展。
为了充分利用各种水力资源，潮汐、落差很低的平原河流甚至波浪等也引起普遍重视，从而使贯流式水轮机和其他小型机组迅速发展。
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出门在外也不愁一、名词解释 A.水轮机工作水头 H：指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位 为 m。 一般用几个特征水头表示水轮机工作水头的范围， 特征水头包括最大水头， 最小水头，加权平均水头和设计水头。H ? H g ? ?hA?I (H g 为水电站毛水头 , ?hA?I 为水电站引水建筑物中 的水力损失 )a.最大水头:是允许水轮机运行的
最大净水头。 它对水轮机结构的强度设计有 决定性影响。 b.最小水头:是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。 c.加权平均水头：是在一定期间内（视水库调节性能而定），所有可能出现 的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运行时间最长的净水头。 d.设计水头：是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。 f.毛水头：电站上下游水位差。 H g ? Z上 - Z下 ? Z A ? ZTB.水库特征水位:水库特征水位，水库工程为完成不同时期不同任务和各种水文 情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位称为水库特征水位。 a.正常蓄水位:水库在正常运用情况下， 为满足兴利要求在开始供水时应蓄到 的水位，称正常蓄水位,又称正常高水位、兴利水位，或设计蓄水位。它决定水 库的规模、效益和调节方式，也在很大程度上决定水工建筑物的尺寸、型式和水 库的淹没损失， 是水库最重要的一项特征水位。当采用无闸门控制的泄洪建筑物 时， 它与泄洪堰顶高程相同;当采用有闸门控制的泄洪建筑物时,它是闸门关闭时 允许长期维持的最高蓄水位,也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。正常蓄水位 至死水位之间的水库容积称为兴利库容,即以调节库容。 用以调节径流,提供水库 的供水量。 b.死水位：死水位是指在正常运用情况下，允许水库消落的最低水位。水库 建成后，并不是全部容积都可用来进行径流调节的。首先，泥沙的沉积迟早会将 部分库容淤满；自流灌溉，发电、航运、渔业以至旅游等各用水部门，也要求水 库水位不能低于某一高程，这一高程的水位称为死水位。水库正常运用时，一般1不能低于死水位。除非特殊干旱年份或其他特殊情况，如战备要求、地震等，为 保证紧要用水、安全等要求，经慎重研究，才允许临时动用死库容部分存水。 c.防洪限制水位:水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,也是水库在汛期防洪 运用时的起调水位，称防洪限制水位。防洪限制水位的拟定，关系到防洪和兴利 的结合问题， 要兼顾两方面的需要。 如汛期内不同时段的洪水特征有明显差别时， 可考虑分期采用不同的防洪限制水位。 正常蓄水位至防洪限制水位之间的水库容 积称为重叠库容,也叫共用库容。 此库容在汛期腾空,作为防洪库容或调洪库容的 一部分。 d.防洪高水位:水库遇到下游防护对象的设计标准洪水时,在坝前达到的最高 水位,称防洪高水位。 只有当水库承担下游防洪任务时,才需确定这一水位。此水 位可采用相应下游防洪标准的各种典型洪水 ,按拟定的防洪调度方式,自防洪限 制水位开始进行水库调洪计算求得。 防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积 称为防洪库容。它用以控制洪水，满足水库下游防护对象的防洪要求。 e.设计洪水位:水库遇到大坝的设计洪水时，在坝前达到的最高水位,称设计 洪水位。 它是水库在正常运用情况下允许达到的最高洪水位。也是挡水建筑物稳 定计算的主要依据，可采用相应大坝设计标准的各种典型洪水,按拟定的调度方 式,自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。它至防洪限制水位之间的水库容积 称为拦洪库容。 防洪高水位与防洪限制水位之间的库容为防洪库容。并非设计洪 水位。C.调洪库容:水库遇到大坝的校核洪水时,经水库调洪后，在坝前达到的最高水 位，称校核洪水位。它是水库在非常运用情况下，允许临时达到的最高洪水位， 是确定大坝顶高及进行大坝安全校核的主要依据。 此水位可采用相应大坝校核标 准的各种典型洪水， 按拟定的调洪方式， 自防洪限制水位开始进行调洪计算求得。 校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积称为调洪库容。它用以拦蓄洪水，在 满足水库下游防洪要求的前提下保证大坝安全。 D.总库容:校核洪水位以下的水库容积称为总库容。它是一项表示水库工程规模2的代表性指标,可作为划分水库等级、确定工程安全标准的重要依据。 二、溪洛渡水电站介绍 溪洛渡水电站是国家“西电东送”骨干工程，位于四川和云南交界的金沙江上。 大坝高 285.5 米，为世界泄洪量最大的大坝；总装机容量 1386 万千瓦，年均发 电 571.2 亿千瓦时， 装机容量与原来世界第二大水电站――伊泰普水电站（1400 万千瓦）相当，是中国第二、世界第三大水电站。计划 2013 年 6 月首批机组发 电，2015 年 10 月全面竣工。 1、布置方式 水库坝顶高程 610 米，最大坝高 285.5 米，坝顶中心线弧长 698.09 米；左右两 岸布置地下厂房，各安装 9 台单机容量 70 万千瓦的水轮发电机组，年发电量为 571-640 亿千瓦时。溪洛渡水库正常蓄水位 600 米，死水位 540 米，水库总容量 128 亿立方米，调节库容 64.6 亿立方米，可进行不完全年调节。 水库长约 200 公里，平均宽度约 700 米，正常蓄水位 600 米以下，库容 115.7 亿立方米，水库 总库容 126.7 亿立方米，水库淹没涉及四川省雷波、金阳、布拖、昭觉、宁南和 云南永善、昭阳、鲁甸和巧家等 9 个县（区）。 2、设计参数 溪洛渡水轮机水力设计参数：水轮机为立轴混流式水轮机，额定水头 197 米，最 大水头 229.4 米，最小水头 154.6 米，出力加权平均水头 223.48 米，额定出力 784 兆瓦，额定转速 125r/min,额定流量 430.5 立方米/秒，吸出高度（至导叶中 心）HS 为-10.81 米，安装高程 359.00 米。模型试验最高效率 95.64%，对应的 原型水轮机最优工况点 H=199.03 米，Q=328.61 立方米/秒，P=618.2 兆瓦。 3、存在问题 A、江变湖 金沙江变成一个水库连接一个水库的平湖。 金沙江下游是许多洄游性鱼类的重要 栖息地， 很多长江珍稀鱼类产卵场都分布于此，梯级开发将造成洄游性鱼类生命 通道阻隔，水流条件变化使鱼类的栖息地环境发生剧烈变化，产卵场受到破坏， 影响鱼类生存。 B、地震预测 水电大规模开发除了带来次生地质灾害，还有诱发地震的隐忧。西南诸河规划的 水电站基本都在地震活跃地带上，其中，金沙江流域有东川-嵩明地震带、马边昭通地震带、中甸-大理地震带等。 处理方法：2004 年 6 月，国务院发布《地震监测管理条例》规定，坝高 100 米 以上、库容 5 亿立方米以上，且可能诱发 5 级以上地震的水库，应当建设专用地 震监测台网。 金沙江下游梯级水电站水库地震监测系统自 2006 年 3 月开始建设， 包括数字遥测地震台网、强震动观测台网、地壳形变监测网络、地下水动态监测 井网和系统网络管理中心， 监测网络覆盖金沙江下游 4 个梯级水电站工程区、水 库区及附近范围。该项目已完成一期工程的建设任务，是国内规模最大、组网难 度最高的流域水库地震监测系统，打破了以前单个电站、单个水库进行水库地震 研究的模式，从流域梯级的角度对 4 个梯级电站进行整体规划设计。金沙江水电基地下游河段四大世界级巨型水电站比较(p4)3装机容量 （万千瓦） 蓄水位 （米） 总库容 （亿立方米） 调节库容 （亿立方米） 防洪库容 （亿立方米） 挡水建筑物 坝顶高程 （米） 最大坝高 （米） 泄洪乌东德水电站 510 975 76 26 14.5 混凝土双曲拱 坝 988 270白鹤滩水电站
104 75 混凝土双曲拱 坝 834 289溪洛渡水电站 .7 64.6 46.5 混凝土双曲拱 坝 610 285.5 坝身孔口和两 岸泄洪洞组成向家坝水电站 775 380 51.63 9 9.03 混凝土重力坝 384 162 带高低坎的“底 流”泄洪消能方式厂房布置发电机组坝身泄洪为 坝身 6 个表 主，岸边泄洪 孔，7 个深孔， 洞为辅 坝后水垫塘， 左岸 3 条无压 泄洪直洞组成 左右两岸山体 左右岸地下各 中，均靠河床 7 台机组 侧布置 6 ? 850 MW 的 14 ?1000 MW 混流式水轮发 的立式混流式 电机组 水轮发电机组左右岸地下各 9 台机组18 ? 770 MW 的立轴混流式 水轮发电机组左岸坝后厂房，右 岸地下厂房8 ? 800 ? 3 ? 450 MW 的混流式水轮发 电机组4三、水电机组新的应用 1、新型复合材料轴承在水电机组的应用 新材料采用增强改性聚四氟乙烯材料，形成具有骨架、高耐磨质点和聚四氟乙烯 润滑基体的复合结构， 制成了低摩擦的环保型高性能化复合材料。采用添充功能 材料对聚四氟乙烯增强改性之后，在显微镜下观察，材料表面组织中均匀分布了 密集亮点，主要是以高耐磨工程塑料为基体的耐磨质点；从材料断口形貌，可看 出高强纤维均匀分布于树脂之间，形成增强网格骨架，提高了材料的抗压和抗剪 强度， 从而大幅度提高了摩擦材料的耐磨损性能，同时也提高了摩擦材料与金属 丝垫之间的结合牢度。 高强纤维、聚四氟乙烯和高耐磨特种工程塑料共混塑化之 后的材料，结构中存在有微孔隙。在工作条件下，轴瓦长期受到润滑油的浸润， 摩擦面（瓦面的近表层）将吸附较多的润滑油。采用新型的复合材料，能够在保 证、提高机组性能的同时，缩短维修、安装周期，并免除刮瓦过程。新一代塑料 瓦还具有优越的水润滑性能， 用水作为润滑介质时，有良好的低摩擦性能和极佳 的耐磨损性能。 新型（FZB3G）弹性金属塑料瓦被国内外多家主机制造公司选用，应用于葛洲坝、 思林、龚嘴、构皮滩、砂坨、SONLA 等大型水电机组的装机和改造。水润滑复合 材料导轴瓦已在辽宁丹东丰发电站、贵州明发电站、贵州盛舍电站和河南西峡水 电设备厂（为电站制造）水电机组水导轴承上得到了应用，取得良好效果；2008 年 5 月在辽宁桓仁弯弯川电站水电机组推力轴承试验成功， 开创了推力轴承和导 轴承全部水润滑的先例。另外，产品还应用于焦煤集团井下抗灾抢险泵、北京航 空航天大学 （亚洲最大） 多功能水洞试验设备和苏州南庄桥大型水利工程的水泵 等处，均取得良好的运行效果。 溪洛渡左岸电站 3 号机组采用的就是一种新型弹性金属塑料推力瓦， 是国内外容 量最大的采用塑料推力瓦形式的机组，由哈尔滨电机厂有限责任公司设计制造， 具有耐高温、绝缘性能好、制动转速低等优点。5
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