1. Los principios básicos de la energía hidroeléctrica Los principios básicos de la energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica utiliza la energía hidráulica (con cabeza de agua) para impulsar la rotación de maquinaria hidráulica (turbinas hidráulicas), convirtiendo la energía hidráulica. en energía mecánica rotatoria. Si se conecta otro tipo de maquinaria (generador) a la turbina, se puede generar electricidad a medida que la turbina gira y luego la energía mecánica se puede convertir en energía eléctrica.
En cierto sentido, la energía hidroeléctrica es el proceso de convertir la energía potencial del agua en energía mecánica giratoria y luego en energía eléctrica. Según el principio, la fórmula de producción de la energía hidroeléctrica se puede calcular de la siguiente manera: P=9,81ηHQ.
p: Unidad de salida: kW (kilovatios) de potencia transmitida por el extremo de la unidad.
h: Unidad de carga: m (metro) es la carga efectiva que actúa sobre la turbina, que es igual a la diferencia entre el nivel de agua del depósito y el nivel de agua aguas abajo (es decir, la carga bruta) menos la pérdida de carga. de la parte de desvío la pérdida de carga es △ H, según la experiencia, es generalmente del 3% al 10% de Hg (altura bruta), y cuanto más pequeño es el canal de suministro de agua, menor es el valor.
P: Unidad de caudal: metro cúbico/segundo (m3/s). Caudal nominal de turbinas en centrales hidroeléctricas.
η: La eficiencia de la unidad generadora hidráulica, incluyendo la eficiencia de la turbina hidráulica y el generador. eta no sólo está relacionada con el tipo y los parámetros de la turbina y el generador, sino que también cambia con los cambios en las condiciones operativas de la unidad, y no es un valor fijo. Para simplificar el cálculo, suponiendo k=9,81η, la fórmula de salida se puede simplificar a: P= kHQ.
k: Coeficiente de producción de la central hidroeléctrica. K = 8,0 ~ 8,5 para centrales hidroeléctricas grandes y medianas, K = 6,5 ~ 8,0 para centrales hidroeléctricas pequeñas y medianas, y k = 6,0 ~ 6,5 para centrales eléctricas pequeñas.
Las centrales hidroeléctricas con una capacidad instalada de menos de 500.000 kilovatios generalmente se clasifican como pequeñas centrales hidroeléctricas, aquellas con una capacidad instalada de 0,5 millones a 654,38+ millones de kilovatios son centrales hidroeléctricas de tamaño mediano, y aquellas con una Una capacidad instalada de 654,38+ millones a 654,38+0 millones de kilovatios son grandes centrales hidroeléctricas con una capacidad instalada de 654,38+ Aquellas con una potencia superior a 00.000 kilovatios son centrales hidroeléctricas gigantes.
2. El papel de las centrales hidroeléctricas en el sistema eléctrico
En el sistema eléctrico, las centrales eléctricas generalmente incluyen centrales térmicas, centrales hidroeléctricas, centrales nucleares, parques eólicos y energía solar. plantas, etc En áreas con escasos recursos hídricos, las centrales térmicas representan una gran proporción, mientras que en áreas con abundantes recursos hídricos y altos niveles de desarrollo, las centrales hidroeléctricas representan una gran proporción. Los parques eólicos y la energía solar son nuevas fuentes de energía que se han desarrollado rápidamente en los últimos años. Las principales funciones de las centrales hidroeléctricas en el sistema eléctrico son las siguientes:
(1) Proporcionar energía eléctrica. Las principales tareas de las centrales hidroeléctricas son.
(2) Regulación de picos. Grandes centrales hidroeléctricas con capacidad de regulación.
(3) FM. La unidad grande tiene un depósito y una gran capacidad de ajuste. La frecuencia en China es de 50±0,2 hz.
(4) Modulación de fase. Tiene la capacidad de operación de modulación de fase y puede participar en el equilibrio de potencia reactiva del sistema de acuerdo con los requisitos de la red eléctrica.
(5)Como respaldo de emergencia. Dado que la unidad hidrogeneradora tiene las características de arranque rápido y generación de energía conectada a la red, cuando ocurre un accidente repentino en el sistema eléctrico, existe una necesidad urgente de complementar la energía, y la unidad hidrogeneradora se utiliza a menudo como una unidad de respaldo de emergencia.
(6) Almacenamiento de energía. Las plantas hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo utilizan energía de almacenamiento por bombeo durante los períodos bajos para generar electricidad para suministrar energía al sistema durante los períodos de consumo máximo de energía para satisfacer las demandas de carga.
La energía hidroeléctrica es una fuente de energía limpia. Según las características de la energía hidroeléctrica y su papel en el sistema eléctrico, su funcionamiento generalmente sigue los siguientes principios:
1. En general, las que no tienen capacidad de ajuste operan como carga base, principalmente centrales de escorrentía; en la época seca, con capacidad de ajuste, participan en la operación de carga punta, para evitar el abandono de agua. Cuando el funcionamiento máximo cambia gradualmente al funcionamiento con carga base, la tarea de reducción de los picos se transfiere a las centrales térmicas.
2. Para reducir el consumo de carbón de las centrales térmicas y ahorrar recursos, las centrales hidroeléctricas participan en operaciones de reducción de picos durante los períodos secos, lo que permite que las centrales térmicas operen en zonas de alta eficiencia. Durante la temporada de lluvias, las centrales hidroeléctricas operan con carga base, mientras que las centrales térmicas participan al máximo en operaciones de reducción de picos, minimizando el abandono de agua.
3. Distribuya razonablemente la carga para que la unidad hidroeléctrica pueda operar en la zona de alta eficiencia tanto como sea posible. Las unidades hidroeléctricas generalmente evitan operar en áreas de baja altura y baja carga. Cuando se opera en un área de baja altura y carga baja, no solo la eficiencia es baja, sino que también puede operar en un área vibratoria, lo que afecta la operación segura y la vida útil de la unidad.
Tres.
La composición y funciones de una central hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica generalmente consta de una estructura de retención de agua (presa), una estructura de descarga de inundaciones (aliviadero o esclusa), una estructura de desviación de agua (un canal o túnel de desviación de agua , incluido un pozo regulador de presión) y una central eléctrica. Consta de edificios (incluido un canal de descarga y una estación de refuerzo).
Los principales componentes son: estructuras hidráulicas, maquinaria y equipos hidráulicos, equipos de generación de energía, equipos de subestaciones, equipos de distribución de energía, equipos de transmisión de energía y equipos de control y auxiliares.
1. Composición de las estructuras hidráulicas Estructura de retención de agua - presa
Estructura de descarga - aliviadero, aliviadero, presa de desbordamiento y compuerta de aliviadero - compuerta de entrada de agua, compuertas de desagüe y compuertas de aliviadero.
Edificios de aprovechamiento del agua: edificios de toma y desvío de agua (canales o túneles, tuberías de presión, tomas de agua) y edificios de centrales hidroeléctricas 2. Funciones de las estructuras hidráulicas.
La función de la presa es interceptar el flujo de agua, elevar el nivel del agua y formar un embalse, provocando una diferencia de nivel de agua entre aguas arriba y aguas abajo, de modo que la central tenga las condiciones básicas para la generación hidroeléctrica. generación de energía. En una central hidroeléctrica tipo presa que regula la capacidad de almacenamiento, la presa puede cumplir simultáneamente la doble función de concentrar la cabecera del río y regular el caudal del río. No sólo sirve a la central hidroeléctrica, sino que también tiene las funciones de control de inundaciones. riego, transporte marítimo y suministro de agua industrial.
La función de un aliviadero es liberar las inundaciones, evitar que las inundaciones desborden el techo y garantizar la seguridad de la presa, por lo que también se le llama edificio de descarga de inundaciones. Algunas estructuras de drenaje también se pueden utilizar para drenar depósitos o desviar agua durante la construcción. Las estructuras de liberación de agua se pueden dividir en aliviaderos y canales de liberación profundos según la forma de liberación de agua. La función de la compuerta: regular el caudal y controlar las inundaciones. Las puertas se pueden dividir en puertas de entrada baja y puertas de entrada alta según su ubicación. La compuerta de entrada eléctrica y la compuerta del fondo del pozo son compuertas de altura alta, y la compuerta del aliviadero es una compuerta de altura baja. Desde la perspectiva de su división estructural, las más habituales son las cancelas planas y las cancelas de arco.
El portón trasero se utiliza principalmente para el mantenimiento de equipos.
El papel de los edificios que utilizan agua: se pueden dividir en tomas de agua y edificios de desviación de agua, incluidas las tomas de agua y los canales de desviación de agua. Su función es guiar el agua de la presa hasta la turbina generadora de suministro de agua. Conjunto del edificio de la fábrica.
Los canales de desviación de agua se pueden dividir en canales, túneles (presurizados y despresurizados), tuberías a presión, acueductos y sifones invertidos, etc. Algunas centrales hidroeléctricas de desvío también están equipadas con una cámara de presión, una cámara reguladora de presión o un pozo regulador de presión en la estructura de desvío de agua.
Taller principal: taller de instalación de grupos electrógenos hidráulicos y sus equipos auxiliares, y zona de montaje para montaje y revisión de grupos electrógenos.
Taller auxiliar: taller que instala los equipos de distribución de energía y sus instalaciones de operación y gestión. Los edificios de plantas auxiliares incluyen generalmente salas para la operación, control, pruebas y gestión de centrales hidroeléctricas, así como salas de trabajo y de estancia para el personal operativo.
1. Los componentes de la maquinaria y equipos hidráulicos: válvula principal, cojinete guía de turbina y tubo de tiro.
2. Válvula principal de maquinaria y equipo hidráulico: cuando ocurre un accidente, el flujo de agua se corta con urgencia para evitar que la unidad se escape cuando se inspecciona la unidad, el flujo de agua se corta cuando; la unidad está estacionada durante mucho tiempo, la válvula de mariposa está cerrada para reducir las fugas de agua y ahorrar recursos hídricos.
Turbina hidráulica: se puede dividir en tipos verticales y horizontales según el método de instalación; según las características de conversión de energía del flujo de agua, se puede dividir en tipo de reacción (utilizando energía del flujo de agua y energía potencial) y tipo de impacto (solo usando energía de flujo de agua).
Tipo de reacción: tipo de flujo axial (diámetro fijo: h: 3 ~ 50 m, giro: h: 3 ~ 80 m), flujo mixto (H=30~700 m), flujo oblicuo (H=40~ 200 m) y tipo tubo (2 ~ 30 m).
Tipo de impulso: adecuado para unidades pequeñas con altura alta y flujo pequeño, turbina de cangilones (tipo tangencial) (40 ~ 2000 m, rango de altura de agua común 40 ~ 800 m), turbina de flujo diagonal (50 ~ 400 m) , turbina hidráulica de doble clic (6 ~ 150 m).
Componentes y funciones de una turbina hidráulica
Velute: forma un ciclo hidráulico.
Anillo de asiento: Soporta todo el peso del dispositivo.
Aro inferior y cubierta superior: fijan las paletas guía móviles para formar una cámara de rodadura.
Corredor: La energía del agua se convierte en energía mecánica giratoria.
Paletas guía móviles: controlan el flujo de agua para lograr el propósito de ajustar la velocidad y el rendimiento.
Eje: transmite energía mecánica.
Cojinete guía: soporta el empuje radial del agua y controla el giro.
Tubo de cola: recupera energía y emite caudal de agua.
(3) Componentes y funciones de los generadores
1. Componentes principales de los generadores
Estator, rotor, cojinete de empuje, cojinete guía, eje, bastidor, enfriadores y frenos.
2. Función de los componentes principales del generador
Estator: genera potencial eléctrico inducido.
Rotor: genera un campo magnético giratorio.
Cojinete de empuje: soporta el empuje axial del agua y el peso propio de las partes giratorias de la unidad.
Cojinete guía: soporta el empuje radial del agua y controla el giro.
Eje: transmite energía mecánica.
Marco superior: instale el cojinete de empuje, el cojinete guía superior y el anillo deslizante.
Bastidor inferior: instalar el rodamiento guía inferior y el freno.
Enfriador: El enfriador de rodamientos se usa para enfriar los rodamientos y el enfriador de aire se usa para enfriar el generador.
Freno: Frena el generador al apagarlo para evitar que el cojinete de empuje se dañe debido a la rotación prolongada a baja velocidad. (4) Composición y funciones de los equipos de la subestación 1. Composición de los equipos de la subestación
Transformador en baño de aceite: base, campana de cristal, conservador de aceite, núcleo, devanado, radiador, etc. Transformador tipo seco: núcleo, devanado, caja, radiador, etc. 2. El papel de los equipos de la subestación
Transformador: aumenta o disminuye la tensión alterna. 1. Los equipos de distribución de energía incluyen principalmente: disyuntores (interruptores), interruptores de aislamiento (cuchilla), transformadores, descargadores, barras colectoras, cables, etc.
2. La función del disyuntor (interruptor) del equipo de distribución de energía: cerrar, transportar y cortar la corriente normal y la corriente de sobrecarga del circuito de operación. Interruptor de aislamiento (interruptor de cuchilla): Lleva corriente de bucle normal y corriente de sobrecarga al cerrar, cumple con la distancia de aislamiento y muestra signos evidentes de desconexión al abrir. (5) La composición y función del transformador de voltaje (PT) del dispositivo de distribución de energía: reducir el alto voltaje al voltaje estándar de protección, medición, instrumentación y otros dispositivos. El voltaje estándar general es 100V V.
Transformador de corriente (CT): Reduce grandes corrientes a la corriente estándar de protección, medición, instrumentación y otros dispositivos. La corriente estándar general es 5A o 1A.
Disparador de sobretensiones: limita las sobretensiones y protege los equipos eléctricos. Autobús: recoge, distribuye y transmite energía eléctrica.
Conductor: transmite energía eléctrica. (6) Composición y funciones de los equipos de transmisión 1. Composición de equipos de transmisión
Líneas, torres (postes), líneas de protección contra rayos, etc. 2. Líneas funcionales de equipos de transmisión: transmitir energía eléctrica. Torre (poste): conductor fijo y pararrayos. Pararrayos: Protección de líneas aéreas de transmisión (7), composición y función de los equipos de control 1. El equipo de control incluye principalmente:
Dispositivo de excitación, dispositivo de regulación de velocidad, protección de relé, dispositivo de sincronización, dispositivo automático, sistema de monitoreo por computadora, sistema de CC, etc.
2. El papel del equipo de control
Dispositivo de excitación: proporciona corriente continua al rotor del generador para establecer un campo magnético, controla el voltaje del terminal del generador o regula la potencia reactiva de la unidad. .
Dispositivo regulador de velocidad: controla la velocidad de la unidad o ajusta la potencia activa de la unidad.
Protección de relé: monitorea el funcionamiento normal del sistema de energía Cuando el componente protegido falla, emite automática y rápidamente un comando de disparo de forma selectiva para cortar el equipo defectuoso del sistema y garantizar que el equipo normal continúe funcionando. operar limite los accidentes al mínimo, mejore la confiabilidad del funcionamiento del sistema y garantice el suministro de energía seguro y continuo a los usuarios en la mayor medida posible.
Dispositivo de sincronización: sincronización entre diferentes fuentes de alimentación. Tipo: autosincronización, cuasi-sincronización (cuasi-sincronización automática, cuasi-sincronización manual, cuasi-sincronización con luces apagadas).
Dispositivo automático: dispositivo automático que realiza determinadas funciones. Tipo: dispositivo de recierre, dispositivo de arranque de ciclo bajo, dispositivo de máquina cortadora de alta frecuencia.
Sistema de monitoreo por computadora: a través de la recopilación y el procesamiento de información diversa del equipo en la central eléctrica, realiza funciones automáticas de monitoreo, control, ajuste y protección para garantizar el funcionamiento seguro y estable del equipo, optimiza la operación de acuerdo a los requisitos del sistema eléctrico, y es razonable y suficiente Utilizar energía hidráulica para garantizar la calidad de la energía, reducir los costos de operación y mantenimiento, mejorar las condiciones operativas y lograr operaciones desatendidas o menos atendidas. El hardware incluye estaciones de trabajo, servidores, equipos de red, relojes GPS, fuentes de alimentación UPS, LCU locales, equipos de adquisición de datos y equipos de comunicaciones.
Sistema CC: Proporciona energía confiable para el funcionamiento de equipos de conmutación y equipos secundarios. El sistema DC consta de baterías, dispositivos de carga y dispositivos de distribución de energía.
(8).Composición y función de los equipos auxiliares
1. Composición de los equipos auxiliares de la central hidroeléctrica:
Sistema de agua: abastecimiento técnico de agua, drenaje de fugas. y Reparación de drenaje.
Sistema de aceite: aceite aislante y aceite lubricante.
Sistema de gas: gas de alta presión, gas de media presión y gas de baja presión.
2. El papel de los equipos auxiliares en las centrales hidroeléctricas
Sistema técnico de suministro de agua:
Objetos principales: enfriador de aire del generador, cojinete de empuje del generador y refrigeración del cojinete guía. Enfriadores, enfriadores de cojinetes guía de turbina, sellos de eje principal, transformadores enfriados por agua, compresores de aire enfriados por agua, agua lubricante para bombas de pozo profundo, agua contra incendios, etc.
Fuentes técnicas de abastecimiento de agua: embalses aguas arriba (tuberías de presión o volutas, tomas de agua delante de presas), embalses aguas abajo, fuentes de agua subterráneas, etc.
Métodos técnicos de suministro de agua: suministro de agua por gravedad, suministro de agua por bomba, suministro de agua mixta y suministro de agua por bomba de chorro.
Sistema de drenaje: evita que entre agua y humedad en el edificio de la fábrica y garantiza el mantenimiento de la parte de rebosadero de la unidad y de la parte subacuática del edificio de la fábrica. Incluyendo: drenaje de producción, drenaje de mantenimiento, drenaje de fugas y drenaje de fábrica.
Sistema de aceite:
Aceite lubricante: aceite de turbina, aceite de compresor de aire, aceite y grasa de motor, etc.
Las funciones del aceite lubricante: lubricación, disipación de calor y transferencia de energía.
Aceite aislante: aceite para transformadores, aceite para cables, aceite para interruptores.
Las funciones del aceite aislante: aislamiento, disipación de calor y extinción de arco.
Sistema de gas:
Sistema de gas de alta presión: suministra gas al depósito de presión del dispositivo hidráulico.
Sistema de aire de media presión: guía de agua, cinta selladora de mantenimiento de rodamientos, válvula de mariposa waterstop.
Sistema de gases de baja presión: parada y frenado de la unidad, modulación de fases y presión de agua, herramientas neumáticas y gas de purga.
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