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调速器相关知识 一 水电站及其系统1.1 电厂的分类 电力工业是国民经济的一项基础工业，其发展速度必须超前于国民经济发展的速度。否则其他各项工业必将受到制约。目前，我国缺电严重，2004年上半年全国性缺电，东南及沿海尤为严重。因此，电力工业的发展有严峻的任务和巨大的潜力。 发电厂是直接生产电能的部门，由于所用“燃料”不同，发电厂的种类有：火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风力发电厂以及地热发电厂、太阳能发电厂、磁流体发电厂等，世界各国以前三类发电厂居多。 1) 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃烧的化学能生产电能的工厂。其能量转换过程是：燃料的化学能→热能→机械能→电能。火力发电厂又分为凝汽式电厂和热电厂。一般凝汽式电厂的效率大约在30%—40%，大部分的能量被浪费掉。而热电厂生产电能的同时，剩余的热能用于北方居民的取暖，现代化大型的火电厂总体效率在60%—70%。用于发电的效率也只是30%—40%。而且由于热负荷条件的限制以及矿产燃料的过度开采，热电厂不可能大量兴建。 2) 水力发电厂是利用江河水流在高处与低处之间存在的位能差进行发电的。它的基本过程是：从河流较高处或水库引水，利用水的压力或流速冲动水轮机转动，将水能转变成机械能，然后水轮机带动发电机旋转，将机械能转化为电能。 与火力发电厂相比，水电厂具有以下优点： 利用循环不息的水能发电，可节省大量燃料，而且没有环境污染。 生产过程较简单，所需的运行维护人员较少，容易实现电能生产自动化。 生产效率高，发电成本低，大中型水电厂的发电效率约为80%—90%，成本约为火电厂的1/3～1/4。 水电机组从静止状态启动到满负荷运行，正常时只需4～5分钟，事故时可以缩短到1分钟左右。而火电厂则需数小时，故水电厂能适应负荷的急剧变化，宜于承担系统的峰荷及作为备用。在水电机组快速开机、停机以及灵活调节负荷的过程中，水轮机调速器作为执行及控制设备有着至关重要的作用。 另外，水力发电厂仍存在下面一些缺点： 投资较大，工期较长。 受气象，水文等自然条件的影响，有丰水期与枯水期的区别，因而发电不均衡。 由于水库的兴建将淹没一部门土地，给农业生产带来一些不利的影响。 此外，还可能在一定程度上破坏自然界的生态平衡。 3) 核电厂也属于火力发电厂的一种形式，它们的区别在于燃料不同，核电厂的主要优点是可以节省大量的煤、石油等燃料，造价虽高，但发电成本比火力发电厂要低30%～50%。 4) 风力发电厂利用风能发电，利用地区的气候优势开发新能源。风能洁净无污染，占地面积小。但是风力发电投资较大，地域选择性强，不能大范围推广。 1.2 水电厂分类 坝式水电站 在河流峡谷处，拦河筑坝，在坝址处集中落差形成水头，这种水能开发方式称为坝式开发。采用坝式开发的水电站称为坝式水电站。按照大坝和水电站厂房位相对置的不同又可分为河床式、闸墩式、坝后式、坝内式、溢流式等。 坝式开发的优点是形成蓄水库，可以用来调节流量，水电站引用流量大，水能利用程度比较充分。此外，坝式开发因有蓄水库，故综合利用效益高，可以同时解决防洪和其他兴利部门的水利问题。目前，世界上装机规模超过200万kw的巨型水电站大都是坝式开发。 引水式水电站 在河流坡降较陡的河道上游，通过人工建造的引水道（明渠、隧洞、管道等）引水到河段下游来集中落差，再经高压管道引水至厂房，这种开发方式称为引水式开发。引水式又分为有压和无压引水式电站。 与坝式开发相比，引水式开发集中落差形成的水头相对较高，目前最大水头已达2030m（意大利劳累斯引水式水电站）；由于引水流量一般较小，又无蓄水库调节径流，故水量利用率及综合利用价值较低，装机规模相对比较小（最大达几十万kw）。 混合式电站 在一个河段上，同时才采用坝式和有压引水管道共同集中落差形成水头的开发方式称为混合式开发。相应的电站称为混合式电站。 抽水蓄能 抽水蓄能电站是装设具有抽水和发电两种功能的机组，利用电力低谷负荷期间的剩余电能向上水库抽水储蓄电能，然后在系统高峰负荷期间从上水库放水发电的水电站。 潮汐水能开发 潮汐水电站是利用大海涨潮和退潮的时所形成的水头进行发电的。 1.3 水轮机的类型 由于河川水能的具体开发条件不同，出现了各种不同类型的水轮机。根据能量转换特征不同，近代水轮机可分为两大类： 反击式水轮机 主要利用水流的压力能转换为机械能的水轮机称反击式水轮机，它的特点是水流在压力流状态下经过转轮，水流充满整个流道。根据水流流经转轮的方式不同又可分为以下几类。 1） 轴流式水轮机 水流沿轴向进入转轮，轴向流出转轮的水轮机称为轴流式水轮机，如图（a）所示。根据转轮轮叶结构不同，轴流式水轮机又可分为定浆式（ZD）和转浆式（ZZ）两种。定浆式水轮机的轮叶装置角固定不变；转浆式水轮机的轮叶装置角可随水轮