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第1篇 水力发电工程通论 1

第1章 水力发电及水力资源 3

1 水力发电 3

1.1 水力发电原理 3

1.2 水力发电特点 3

1.3 水力发电简史 4

2 水电开发方式 6

2.1 开发方式综述 6

2.2 坝式开发 7

2.3 引水式开发 7

2.4 混合式开发 7

2.5 纯抽水蓄能电站 7

3 水电站的主要特征参数 8

3.1 水位与库容 8

3.2 水电站水头与引用流量 9

3.3 装机容量与保证出力 9

3.4 多年平均年发电量与装机容量年利用小时数 9

4 水力资源及开发情况 9

4.1 水力资源量计算 9

4.2 中国水力资源情况 10

4.3 世界水力资源情况 13

4.4 水力资源的开发情况 14

第2章 水电站的水工建筑物 17

1 概述 17

2 挡水建筑物 17

2.1 挡水建筑物的类型 17

2.2 常用坝型 18

2.3 大坝统计 20

3 泄水建筑物 20

3.1 泄水建筑物的作用与组成 20

3.2 主要泄水建筑物介绍 21

4 引水系统建筑物 24

4.1 引水系统建筑物的作用与组成 24

4.2 主要引水建筑物介绍 24

5 水电站厂房 27

5.1 水电站的厂房及厂区 27

5.2 水电站厂房布置 27

5.3 水电站主厂房结构 29

6 工程等别及建筑物级别 29

6.1 工程等别 29

6.2 水工建筑物级别 29

第3章 水电工程与环境 31

1 前言 31

2 水电开发与环境的关系 31

2.1 水电工程的主要环境效益 31

2.2 水电工程可能的不利环境影响 33

2.3 环境影响问题的对策与措施 36

3 水电建设的环保工作 37

3.1 水电工程的环境影响评价 37

3.2 水电工程的环境监测 37

3.3 水电工程竣工环境保护验收 38

4 水库移民及淹没处理 39

4.1 水库移民安置 39

4.2 水库库底清理及库区防护工程 41

4.3 库区综合开发 41

第4章 水电工程勘测设计 43

1 水电开发的阶段与勘测设计 43

1.1 水力资源普查（复查） 43

1.2 河流（段）规划 44

1.3 工程项目的研究设计 45

1.4 工程建设与验收 46

2 水电枢纽工程设计 47

2.1 水电枢纽的类型和布置 47

2.2 档水建筑物（坝）的勘测设计 48

2.3 泄水建筑物设计 49

2.4 输水系统设计 50

2.5 水电站厂房设计 50

2.6 过坝设施设计 51

2.7 机电设计 51

2.8 水资源综合利用 52

3 主要勘测设计专业工作简介 53

3.1 水文、泥沙专业 53

3.2 水能规划及动能经济专业 53

3.3 地质勘测和测量专业 53

3.4 水工建筑专业 53

3.5 机电及金属结构专业 54

3.6 施工专业 54

3.7 水库专业 54

3.8 环保与水保专业 54

3.9 定额编制和概预算专业 54

3.10 经济评价专业 54

第5章 水工建筑物施工 56

1 概述 56

1.1 施工主要工序和工艺 56

1.2 中国水工建筑物的施工水平 57

2 施工导流 58

2.1 导流 59

2.2 截流 60

2.3 施工导截流典型案例 60

3 混凝土工程施工 61

3.1 混凝土生产 61

3.2 混凝土浇筑与养护 62

3.3 碾压混凝土施工 63

4 土石方工程施工 64

4.1 土石方明挖 64

4.2 土石坝工程 66

5 地下工程施工 68

5.1 隧洞开挖、支护与衬砌 68

5.2 大型地下洞室开挖与衬砌 69

5.3 斜井、竖井施工 69

第6章 水电站的机电设备 71

1 概述 71

1.1 水电站机电设备的配置 71

1.2 水电站机电设备的特点 71

2 水电设备制造 72

2.1 中国的水电设备制造业 72

2.2 当代世界水电设备工业的特点 81

2.3 国外主要水电设备制造商 81

3 水电站机电安装 85

3.1 现场安装的主要内容 85

3.2 主要安装工作简介 85

3.3 我国水电机电安装的发展情况 89

第7章 水电站金属结构 91

1 概述 91

1.1 泄水建筑物金属结构 91

1.2 引水发电建筑物金属结构 91

1.3 通航建筑物金属结构 94

2 主要金属结构布置与设计 97

2.1 拦污栅 97

2.2 闸门 98

2.3 钢管 102

2.4 启闭机 104

3 水电站金属结构制造与安装 108

3.1 闸门 108

3.2 钢管 109

3.3 启闭机 109

3.4 我国水电站金属结构制作与安装水平 109

4 水电站金属结构防腐蚀 110

4.1 涂料涂装 110

4.2 热喷金属涂装 110

4.3 埋件涂装 110

第8章 水电科学技术 111

1 概况 111

2 水工水力学的科技进展 111

2.1 高拱坝大流量泄洪消能技术研究 111

2.2 导流洞改建（内消能）技术的研究与应用 112

2.3 儿种新型消能工的研究与应用 112

2.4 大流量、大落差、深水河道截流技术 112

3 水工材料的科技进展 112

3.1 混凝土耐久性研究 112

3.2 混凝土外加剂与高性能混凝土 113

3.3 高分子材料研究进展与应用 113

3.4 水工结构修补及加固材料 114

4 坝工技术的进展 114

4.1 土石坝筑坝技术 114

4.2 碾压混凝土坝筑坝技术 115

4.3 高拱坝的结构研究 116

4.4 高拱坝抗震技术研究 117

5 岩质高边坡与地下工程技术研究进展 118

5.1 岩质高边坡技术研究 118

5.2 地下工程研究 119

6 水电勘测科技进展 120

6.1 钻探新技术 120

6.2 地质问题测试技术 120

6.3 工程物探技术 121

7 大型水轮发电机组先进技术 122

7.1 机组设计先进技术 122

7.2 机组制造先进技术 123

8 水电建设应重点研究的问题 125

8.1 水工水力学研究发展趋势 125

8.2 混凝土结构研究的热点问题 125

8.3 岩土工程中值得研究的问题 126

8.4 其他应重点研究的问题 126

第9章 水电技术标准 127

1 概述 127

1.1 标准化的基本概念 127

1.2 我国的标准化工作 127

1.3 我国水电标准化工作情况 129

1.4 国际标准化活动简况 129

2 国内主要的水电技术标准 130

2.1 有关水电的国家标准 130

2.2 有关水电的行业标准 135

3 国际主要的水电技术标准 145

3.1 IEC的水电技术标准 145

3.2 其他常用的有关水电的技术标准 148

第10章 国内外著名水电站简介 149

1 中国著名水电站简介 149

1.1 已建著名水电站简介 149

1.2 在建著名水电站简介 156

2 国外著名水电站简介 160

参考文献 167

第2篇 水轮机 169

第1章 概论 171

1 水电站与水轮机 171

1.1 水电站 171

1.2 水轮发电机组 171

2 水轮机 171

2.1 水轮机分类 171

2.2 水轮机型号 171

2.3 水轮机公称直径 172

2.4 水轮机基本性能 172

2.5 各型水轮机的性能和特点 173

3 水轮机的研发 177

3.1 水轮机研发的内容 177

3.2 水轮机研发的软件方法 177

3.3 水轮机研发的硬件条件 178

4 水轮机的选型 178

5 水轮机结构 179

5.1 反击式水轮机的组成 179

5.2 冲击式水轮机的组成 179

6 水轮机的发展趋势 179

6.1 高水头、大容量 179

6.2 高质量、高效率 179

6.3 稳定性、可靠性 180

6.4 综合治理水轮机磨蚀问题 180

6.5 由追求最高效率的提高到总体运行范围内效率的最优 180

6.6 加速老水电站的改造 180

6.7 提高自动化监测和保护水平 180

6.8 水轮机在新能源领域和节能领域的应用 180

6.9 环保趋势 180

第2章 水轮机的研发 181

1 概述 181

1.1 水轮机的基本参数 181

1.2 相似原理 181

1.3 模型与原型的关系 181

1.4 水轮机的研发与模型试验、计算流体力学（Computationai Fiuid Dynamics,CFD）的关系 182

2 水轮机主要特性 182

2.1 能量特性 182

2.2 空化特性 182

2.3 泥沙磨损 183

2.4 水轮机稳定性 184

2.5 水轮机的可靠性 185

3 水轮机的模型开发 185

3.1 水轮机通流部件的水力设计及计算流体力学（CFD）计算 185

3.2 水轮机的水力部件强度计算 187

4 水轮机的模型试验的条件及内容 187

4.1 试验的标准 187

4.2 模型试验台 187

4.3 模型装置 187

4.4 成像观察 188

4.5 流场测试 188

4.6 试验内容一览表 188

4.7 水轮机综合特性曲线 188

5 水轮机的现场试验 188

5.1 现场试验标准 188

5.2 相对效率试验 190

5.3 绝对效率试验 190

5.4 水力稳定性试验 190

5.5 机械稳定性试验 190

5.6 叶片动应力测试 190

5.7 水轮机在线监测 190

5.8 空蚀检查 190

6 材料及工艺研究 190

6.1 抗空蚀材料的研究 190

6.2 抗磨损材料的研究 190

6.3 抗磨蚀材料的研究 191

6.4 抗裂纹、抗疲劳、高寿命材料的研究 191

6.5 铸造工艺的计算机过程模拟 191

6.6 叶片热弯成型工艺的计算机过程模拟 191

6.7 焊接工艺的计算机过程模拟 191

6.8 数控工艺的计算机过程模拟 191

7 新结构的研究 191

7.1 长短叶片转轮 191

7.2 圆筒阀 191

7.3 转轮与主轴连接结构 191

7.4 大转轮结构 191

7.5 双平板座环结构 191

7.6 轴承结构 191

7.7 主轴密封结构 191

7.8 顶盖取水 191

7.9 自润滑轴套 191

7.10 环保型轴流转桨式转轮技术的研究 192

7.11 轴向水推力减少的结构 192

7.12 导水机构部件 192

7.13 补气结构 192

第3章 水轮机选型 193

1 概述 193

2 水轮机基本参数的选择和确定 197

2.1 水轮机的选型流程说明 197

2.2 水位与水头分析 197

2.3 额定转速和比转速的确定 197

2.4 转轮直径的确定 198

2.5 电站安装高程的确定 198

2.6 原型效率的确定 199

2.7 单位转速的确定 199

2.8 单位流量的确定 199

2.9 飞逸转速的确定 199

2.10 水推力的确定 199

2.11 水轮机性能的综合分析 199

3 水轮机通流部件尺寸的确定 199

3.1 水轮机流道 199

3.2 固定导叶 200

3.3 活动导叶 200

3.4 蜗壳 201

3.5 尾水管 201

3.6 电站厂房布置及机组控制尺寸的确定 202

4 调节保证（过渡过程）计算 202

4.1 大波动过渡过程计算 202

4.2 机组间动态大波动过渡过程的相互影响计算 203

4.3 小波动过渡过程计算 203

4.4 计算方法、模型试验和现场试验的情况介绍 203

5 质量估算 203

5.1 水轮机净质量的估算 203

5.2 金属蜗壳质量 204

5.3 混流式水轮机转轮质量 204

5.4 轴流转桨式水轮机转轮质量 204

6 冲击式水轮机的选型 204

6.1 水斗式水轮机 204

6.2 斜击式水轮机 207

6.3 双击式水轮机 207

第4章 混流式水轮机的结构设计 208

1 概述 208

2 混流式水轮机的总体布置及典型实例 208

2.1 总体布置 208

2.2 典型实例 208

2.3 轴系稳定性计算 209

3 蜗壳的结构设计 209

3.1 蜗壳种类 209

3.2 混凝土蜗壳 209

3.3 金属蜗壳 209

4 座环的结构设计 210

4.1 座环的种类 210

4.2 碟形边座环 210

4.3 双平板座环 210

5 导水机构的结构设计 210

5.1 导叶 210

5.2 导叶传动机构 211

5.3 导叶接力器 211

5.4 顶盖 212

5.5 底环 212

5.6 控制环 212

6 转轮的结构设计 212

7 尾水管的结构设计 213

8 主轴设计 213

9 主轴密封设计 214

10 导轴承 215

10.1 稀油润滑油浸式分块瓦水导轴承 215

10.2 稀油润滑简式水导轴承 215

10.3 水润滑橡胶轴承 215

11 附属装置的结构设计 215

11.1 补气装置 215

11.2 取水装置 216

11.3 排水阀 216

11.4 真空破坏阀 216

第5章 轴流式水轮机的结构设计 217

1 概述 217

2 轴流式水轮机的典型实例 217

3 蜗壳的结构设计 217

3.1 蜗壳种类 217

3.2 混凝土蜗壳 217

3.3 金属蜗壳 217

4 座环的结构设计 217

4.1 座环的种类 217

4.2 与金属蜗壳连接的座环 219

4.3 与混凝土蜗壳连接的座环 219

5 导水机构的结构设计 220

5.1 导叶 220

5.2 导叶传动机构 220

5.3 导叶接力器 220

5.4 顶盖和支持盖的结构型式 220

5.5 底环 221

5.6 控制环 221

6 轴流式水轮机转轮的结构设计 221

6.1 轴流定桨式转轮 221

6.2 轴流转桨式转轮 221

6.3 转桨式转轮主要部件设计 221

7 尾水管的结构设计 222

8 受油器及操作油管 222

9 主轴及操作油管设计 223

9.1 主轴的结构 223

9.2 操作油管 224

10 主轴密封设计 224

11 导轴承 224

12 其他辅助设备的结构设计 224

第6章 贯流式水轮机的结构设计 225

1 概述 225

2 贯流式水轮机的总体布置及典型实例 225

2.1 总体布置 225

2.2 典型实例 225

2.3 轴系稳定性计算 226

3 灯泡体及其支撑结构的结构设计 226

4 水轮机引水室、管形座 226

5 锥形导水机构的结构设计 226

5.1 导叶 226

5.2 导叶传动机构 226

5.3 导叶接力器 229

5.4 外配水环 229

5.5 内配水环 229

5.6 控制环 229

6 转轮的结构设计 230

7 尾水管的结构设计 231

8 受油器及操作油管 231

9 主轴设计 232

10 主轴密封设计 232

11 水轮机导轴承设计 233

12 附属装置的结构设计 233

12.1 轴承润滑油系统 233

12.2 油水气管路系统 233

12.3 测量仪表管路系统 233

12.4 地板扶梯栏杆 233

12.5 安装工具 233

第7章 冲击式水轮机的结构设计 234

1 概述 234

2 冲击式水轮机的总体布置及典型实例 234

2.1 总体布置 234

2.2 典型实例 234

2.3 轴系稳定性计算 234

3 配水环的结构设计 234

4 机壳的结构设计 235

5 喷管部件的结构设计 236

5.1 喷管的结构设计 236

5.2 折向器 236

5.3 制动喷嘴 236

6 转轮的结构设计 237

7 主轴设计 237

8 主轴密封设计 237

9 导轴承 237

10 进气阀 237

第8章 水轮机进水阀门的设计 238

1 概述 238

1.1 作用 238

1.2 型号 238

1.3 水轮机进水阀门的特点及应用范围 239

2 蝶阀 239

2.1 蝶阀结构 239

2.2 蝶阀操作的方式、控制机构的组成部分及控制原理 240

3 球阀 241

3.1 球阀结构 241

3.2 球阀操作的方式、控制机构的组成部分及控制原理 242

4 圆筒阀 243

4.1 圆筒阀直径的选择 243

4.2 圆筒阀的分类 243

4.3 圆筒阀的结构 243

5 进水阀的附属设备 244

5.1 旁通阀 244

5.2 伸缩节 244

5.3 连接管 244

5.4 空气阀 244

第3篇 水轮发电机 245

第1章 概述 247

1 水轮发电机分类 247

1.1 常规型式水轮发电机 247

1.2 灯泡贯流式水轮发电机 247

1.3 发电电动机 250

2 水轮发电机型号 250

第2章 水轮发电机主要参数 251

1 电气参数设计 251

1.1 电负荷A 251

1.2 空载气隙磁通密度Bδ（磁负荷） 251

1.3 电、磁负荷的匹配 251

1.4 短路比 251

1.5 直轴同步电抗Xd 251

1.6 直轴瞬变电抗Xd′ 252

1.7 直轴超瞬变电抗Xd″ 252

1.8 磁路设计 252

1.9 其他参数 253

1.10 损耗与效率 253

2 尺寸参考设计 255

2.1 定子铁心内径Di和定子铁心长度lt的选择 255

2.2 气隙长度σ的选择 255

2.3 定子槽数的选择 256

2.4 定子绕组设计 256

3 运行特性 257

3.1 空载特性 257

3.2 短路特性 258

3.3 功率运行特性 258

3.4 V形曲线 259

3.5 短路运行 260

第3章 水轮发电机结构 262

1 水轮发电机总体结构 262

1.1 水轮发电机结构型式 262

1.2 水轮发电机总体结构 262

1.3 悬式和伞（半伞）式结构的判断 267

1.4 全伞式机组稳定性 267

2 定子 267

2.1 定子机座 268

2.2 定子铁心 270

2.3 定子绕组 276

2.4 定子装配 281

3 转子 291

3.1 转轴 291

3.2 转子支架 294

3.3 磁轭 294

3.4 制动环 296

3.5 旋转挡风板 296

3.6 磁极 296

3.7 风扇 298

3.8 集电装置 298

4 推力轴承 299

4.1 推力轴承支撑结构型式 299

4.2 扇形瓦推力轴承润滑计算 304

4.3 推力轴承的油压顶起减载装置 307

4.4 推力轴承油循环冷却 310

4.5 推力轴承主要结构部件 317

4.6 磁力减载装置 323

5 导轴承 324

5.1 导轴承结构型式 324

5.2 导轴承设计与计算 325

5.3 导轴承主要结构部件 328

6 机架 331

6.1 机架结构型式与分类 331

6.2 机架主要结构部件 332

6.3 机架适应变形的结构 333

6.4 上机架与基础的传力方式 333

6.5 机架允许振动值 333

6.6 负荷机架的计算 333

7 灭火系统 335

7.1 灭火方式 335

7.2 水灭火系统 336

7.3 不同灭火系统的应用 336

8 发电机中性点接地装置 336

8.1 大型发电机中性点基本接地方式 336

8.2 水轮发电机中性点接地特点 337

8.3 经消弧线圈接地 337

8.4 经高电阻接地 338

8.5 设计原则与计算 338

9 制动器及制动系统 339

9.1 制动系统功能及制动器结构 339

9.2 制动器计算 340

9.3 电制动 340

9.4 制动力矩与转速的关系 341

9.5 机组转速与时间的关系 341

9.6 计算各种制动力矩 341

9.7 制动耗气量计算 341

第4章 水轮发电机通风冷却系统 342

1 水轮发电机通风系统分类及特点 342

1.1 按循环方式分类 342

1.2 按空气在发电机内的流动路径分类 342

1.3 按空气进入发电机的路径分类 343

1.4 按有无风扇分类 343

1.5 按空气循环起因分类 343

2 典型大型立式水轮发电机通风系统 343

2.1 典型立式水轮发电机双路进风径向通风端部回风系统 343

2.2 其他普通立式水轮发电机双路进风径向通风端部回风系统 343

2.3 典型抽水蓄能水轮发电机通风系统 344

2.4 典型灯泡贯流式水轮发电机通风系统 344

3 水轮发电机通风系统设计与计算 345

3.1 通风系统基本要求 345

3.2 通风计算的目的 345

3.3 风路计算 345

4 水轮发电机通风冷却的数值分析 346

4.1 CFD分析的前处理 347

4.2 CFD分析的边界条件设置和仿真求解 347

4.3 CFD分析的后处理 348

5 水轮发电机冷却系统的发展 348

6 水轮发电机冷却系统的分类、特点和适用范围 348

6.1 水轮发电机冷却系统的分类 348

6.2 不同冷却系统的特点及适用范围 348

7 全空冷水轮发电机 349

7.1 空冷技术的发展 349

7.2 大型空冷水轮发电机的研究与试验 349

7.3 大型空冷水轮发电机设计特点 350

8 水内冷水轮发电机 350

8.1 水内冷水轮发电机定、转子冷却部件的组合方式 350

8.2 水内冷水轮发电机设计特点 350

8.3 水内冷水轮发电机结构 351

8.4 水内冷水轮发电机冷却水循环系统 354

8.5 水内冷水轮发电机的部分计算 355

9 水轮发电机发热与传热 356

9.1 水轮发电机内的热源 356

9.2 水轮发电机的通风损耗 356

9.3 水轮发电机的发热与冷却过程及散热方式 357

9.4 水轮发电机的温升极限及影响因素 358

9.5 水轮发电机发热对材料的影响 358

9.6 水轮发电机中的传热现象 359

第5章 蒸发冷却水轮发电机 364

1 蒸发冷却水轮发电机的原理及特点 364

2 国内蒸发冷却水轮发电机运行概况及其成熟性 364

3 蒸发冷却介质 364

4 蒸发冷却水轮发电机设计特点 365

5 蒸发冷却水轮发电机结构 365

5.1 总体布置 365

5.2 蒸发冷却系统部分主要部件 365

5.3 蒸发冷却系统部分检测系统 366

5.4 蒸发冷却供排液系统 366

第6章 贯流式水轮发电机 367

1 贯流式水轮发电机概述 367

2 贯流式水轮发电机的类型和特点 367

2.1 轴伸贯流式水轮发电机组 367

2.2 全贯流（轮缘）式水轮发电机组 368

2.3 灯泡贯流式水轮发电机组 368

2.4 竖井贯流式水轮发电机组 370

3 灯泡贯流式水轮发电机 371

3.1 主要参数 371

3.2 结构设计 372

3.3 通风冷却系统 377

3.4 发电机进人孔框架、封水盖板、导流板 380

3.5 发电机辅助支撑 380

3.6 灯泡贯流式水轮发电机消防灭火方式 380

3.7 灯泡贯流式水轮发电机的防潮 380

第7章 水轮发电机安装及试验 382

1 一般安装程序 382

1.1 悬式和伞式水轮发电机部件预装配 382

1.2 悬式水轮发电机一般安装程序 382

1.3 伞式水轮发电机一般安装程序 382

2 定子装配 382

2.1 定子组合工艺及要求 382

2.2 分瓣定子合缝嵌线 382

2.3 工地叠片和嵌线定子 383

3 转子装配 383

3.1 转子支架的组装及焊接 383

3.2 磁轭装压 383

4 上、下机架装配 384

4.1 组合式机架装配 384

4.2 焊接式机架装配 384

5 发电机总装 384

5.1 定子安装 384

5.2 转子安装 384

5.3 机架安装 384

5.4 推力轴承安装 384

5.5 推力轴承调整受力 385

5.6 机组中心调整 385

5.7 导轴承瓦间隙的确定 385

6 工地试验 385

6.1 水轮发电机试验标准 385

6.2 水轮发电机试验 386

第4篇 电气主接线和电气设备 389

第1章 电气主接线 391

1 概述 391

2 发电机电压侧接线 391

2.1 有汇流母线的接线 391

2.2 发电机变压器组合接线 392

3 升高电压侧接线 393

3.1 变压器线路组接线 393

3.2 桥形接线 393

3.3 单母线及单母线分段接线 394

3.4 双母线及双母线带旁路母线接线 394

3.5 角形接线 395

3.6 3/2断路器与4/3断路器接线 395

3.7 均衡母线接线 396

3.8 母线变压器接线 396

4 抽水蓄能电站电动工况启动接线 397

4.1 抽水蓄能电站主接线特点 397

4.2 电动工况启动接线 397

5 厂用电接线 398

5.1 水电站厂用电主要特点 398

5.2 厂用电源配置与取得方式 398

5.3 厂用电接线 398

5.4 厂用变压器与厂用电设备 399

第2章 主变压器 400

1 主变压器选型 400

1.1 主变压器选择特点 400

1.2 主变压器结构型式选择 400

1.3 主变压器参数选择 400

2 主变压器布置 400

2.1 主变压器布置型式 401

2.2 主变压器布置位置 401

2.3 不同厂房型式的变压器布置 401

第3章 高压配电装置 404

1 概述 404

2 高压配电装置位置选择原则 404

3 敞开式配电装置 404

3.1 低式布置 404

3.2 中式布置 405

3.3 半高式布置 405

3.4 高式布置 405

4 气体绝缘金属封闭开关设备配电装置 406

4.1 GIS配电装置特点 406

4.2 GIS配电装置布置 406

5 混合式配电装置 407

第4章 过电压保护 408

1 系统电压和中性点接地方式 408

1.1 电气设备运行电压和承受的各种电压 408

1.2 系统中性点接地方式 408

2 暂时过电压、操作过电压及其保护 409

2.1 暂时过电压及其限制 409

2.2 操作过电压及其保护 410

3 雷电过电压保护 411

3.1 架空线路段雷电过电压保护 411

3.2 发电厂雷电过电压保护 411

3.3 旋转电机雷电过电压保护 412

3.4 中性点雷电过电压保护 413

4 绝缘配合 413

4.1 绝缘配合原则 413

4.2 架空线路段绝缘配合 414

4.3 发电厂绝缘配合 414

第5章 接地 415

1 接地设计标准 415

1.1 接地分类及要求 415

1.2 低压供电接地 415

1.3 接地电阻要求 415

2 接地电阻计算 416

2.1 工频接地电阻计算 416

2.2 冲击接地电阻计算 417

3 均压网设计 418

3.1 均压网设计一般要求 418

3.2 接触、跨步电位差允许值 418

3.3 接触、跨步电位差计算 418

3.4 接地装置电位和入地电流计算 419

3.5 接地装置工频暂态电压的反击 419

4 接地装置 419

4.1 接地装置一般要求 419

4.2 接地导体截面选择及计算 420

4.3 接地体防腐和标志 421

4.4 接地电阻测量 421

第5篇 水电站自动控制综合系统与装置 423

第1章 概述 425

第2章 水电站计算机监控系统 426

1 概述 426

2 系统结构类型与选择 426

2.1 系统总体结构 426

2.2 主站系统结构 427

2.3 网络系统拓扑结构 428

2.4 网络系统管理机制 128

2.5 网络介质的选择 429

3 硬件 429

3.1 主站级设备 429

3.2 现地控制单元 430

3.3 电源系统 431

4 主站系统功能 431

4.1 数据采集 431

4.2 安全监视与人机联系 432

4.3 电站设备的指令操作 432

4.4 生产统计与管理 432

4.5 报表打印 432

4.6 On-call系统 433

4.7 WEB信息发布 433

4.8 自动发电控制 433

4.9 厂内经济运行 433

4.10 梯级水电厂的经济运行 433

4.11 自动电压控制 433

4.12 智能辅助运行（CAO） 433

4.13 培训仿真系统 433

4.14 事故记录与分析系统 433

4.15 通信 433

4.16 数据库与数据管理 434

4.17 系统授权管理 434

4.18 系统自诊断与自恢复 434

5 现地控制单元功能 434

5.1 数据采集与处理 434

5.2 人机联系 435

5.3 控制与调节 435

5.4 水力机械保护 435

5.5 通信功能 435

5.6 自诊断功能 435

6 软件 435

6.1 系统软件 435

6.2 基本应用软件 436

6.3 高级应用软件 436

6.4 开发支持软件 436

7 系统性能指标（Index of system performance） 437

7.1 实时性 437

7.2 可靠性（Reliability） 438

7.3 可维修性（Maintainability） 438

7.4 可用率（Availability） 438

7.5 可扩性（Expandability） 438

8 典型系统与应用实例 438

8.1 多层分布开放系统——三峡右岸电站计算机监控系统 438

8.2 H9000 V4.0计算机监控系统 440

8.3 梯级远方集控系统——自山梯级水电站计算机监控系统 442

8.4 NC2000水电厂自动化监控系统 443

第3章 水轮机调速系统 445

1 水轮机调速系统的构成及其任务 445

1.1 水轮机调速系统的构成 445

1.2 水轮机调速器任务 445

1.3 水轮机调速系统的特点 445

2 水轮机调速器 445

2.1 我国水轮机调速器发展的历史及现状 445

2.2 水轮机调速器的系统结构 446

2.3 水轮机调速器的调节规律 448

2.4 水轮机调速器的调节模式 449

2.5 水轮机调速器的静态特性 449

2.6 水轮机调速器的动态特性 450

2.7 水轮机调速器的功能 450

3 水轮机调速器的电气部分 451

3.1 概述 451

3.2 微机调速器测速环节 451

3.3 调速器开关量输入 452

3.4 调速器开关量输出 452

3.5 调速器的模拟量输入 452

3.6 调速器的模拟量输出 452

3.7 调速器的位控输出 452

3.8 控制电动机及其驱动器（步进、直流、交流） 453

3.9 比例阀和数字阀及其驱动器 453

3.10 调速器与上位机通信的接口与协议 453

3.11 调速器的现场总线技术 453

3.12 调速器的人机界面 453

3.13 调速器的辅助测试与仿真功能 454

3.14 调速器调节规律的形成 454

3.15 调速器电气协联的实现 454

3.16 多控单元调速器的调节与控制 455

3.17 单微机与双微机控制的调节器构成 455

3.18 微机调节器硬件的选择 455

4 水轮机调速器的机械液压系统及主要部件 455

4.1 概述 455

4.2 电液随动系统 455

4.3 机械液压随动系统 458

4.4 电液转换装置 459

4.5 前置液压放大器 460

4.6 主配压阀 460

4.7 分段关闭装置 461

4.8 机组防飞逸装置（事故配压阀、重锤关机） 461

4.9 紧急停机装置 463

4.10 滤油器 463

4.11 主接力器位置反馈装置 463

5 油压装置 463

5.1 油压装置的形式和组成 463

5.2 压力油罐 463

5.3 油泵 464

5.4 组合阀 464

5.5 回油箱 464

6 典型的水轮机调速器实例 464

6.1 GLT-100型贯流式水轮机调速器 464

6.2 抽水蓄能机组的数字式电液调速器 466

6.3 WB(L)T型PCC调速器 467

7 水轮机调速系统的试验、测试及实时仿真系统 468

7.1 试验项目 468

7.2 系统功能及测试项目 469

7.3 硬件配置及要求 470

7.4 软件功能及要求 470

7.5 实时仿真系统原理 470

第4章 水轮发电机励磁系统 473

1 概述 473

1.1 水轮发电机励磁系统的作用 473

1.2 水轮发电机励磁系统的发展及现状 473

2 水轮发电机励磁系统的组成及特点 476

2.1 水轮发电机励磁系统的组成 476

2.2 微机励磁调节器的组成及特点 476

2.3 励磁功率整流装置的组成及特点 476

2.4 励磁灭磁及转子过电压保护系统的组成及特点 477

2.5 起励装置 477

3 励磁调节器 477

3.1 励磁调节器的系统组成及工作原理 477

3.2 励磁调节器的控制规律 479

3.3 比较典型的励磁调节器数学模型 480

3.4 励磁调节器通道配置 482

3.5 励磁调节器调节方式 482

3.6 励磁调节器的功能 483

3.7 励磁调节器的人机界面 485

3.8 励磁调节器的对外接口 485

3.9 励磁调节器的调试软件 486

3.10 励磁调节器的性能保证和技术条件 486

4 功率整流系统 486

4.1 对功率整流系统的要求 486

4.2 功率整流系统的运行模式 486

4.3 晶闸管元件的选用 487

4.4 快速熔断器的选用 487

4.5 功率整流系统的冷却方式 488

4.6 功率整流系统的结构形式 488

4.7 功率整流系统的过电压保护 488

4.8 功率整流系统的智能化控制 489

5 灭磁系统 489

5.1 灭磁系统的任务及要求 489

5.2 灭磁方式的分类及特点 490

5.3 灭磁开关 491

5.4 灭磁电阻 492

5.5 转子过电压保护 492

6 励磁变压器 493

6.1 励磁变压器的形式及特点 493

6.2 励磁变压器的结构与设计 494

6.3 励磁变压器的辅助系统 494

6.4 励磁变压器的选用计算 495

7 特殊类型水轮发电机励磁系统 496

7.1 抽水蓄能机组励磁系统 496

7.2 电制动系统 496

8 水轮发电机励磁系统的调试与试验 498

8.1 遵循的试验标准 498

8.2 标准规定的励磁系统试验项目 498

8.3 具体的励磁设备试验内容 498

8.4 励磁调节器电磁兼容性试验 498

8.5 电力系统稳定器试验 499

9 水轮发电机励磁系统的运行及维护 499

9.1 水轮发电机励磁系统的运行 499

9.2 水轮发电机励磁系统的维护 501

10 水轮发电机励磁系统的典型应用实例 502

10.1 电站励磁系统的特点 502

10.2 公伯峡励磁系统设计方案 503

第5章 水电厂继电保护 506

1 概述 506

1.1 水电厂继电保护发展 506

1.2 水电厂继电保护的特点 506

2 水轮发电机保护 507

2.1 发电机内部故障分析和保护 507

2.2 定子单相接地保护 510

2.3 励磁回路接地保护 513

2.4 失磁保护 513

2.5 失步保护 514

3 变压器保护 515

3.1 变压器保护配置原则 515

3.2 变压器保护方案选择 516

4 母线保护 516

4.1 母线保护的配置原则 516

4.2 母线保护方案选择 517

4.3 TA特性对母线保护的影响 518

5 断路器保护 518

5.1 断路器保护配置原则 518

5.2 母线形主接线的断路器失灵保护设计原则 519

5.3 多角形主接线的失灵保护 519

5.4 微机型失灵保护特点 519

6 厂用电保护及安全自动装置 519

6.1 厂用变压器保护 519

6.2 厂用母线保护 520

6.3 厂用联络线保护 520

6.4 备用电源自动投入装置 520

7 故障录波 520

7.1 故障录波的配置原则 520

7.2 发变组故障录波 521

7.3 开关站（线路）故障录波 521

8 继电保护及故障录波信息管理系统 521

8.1 设计原则 521

8.2 系统结构 521

8.3 系统功能 521

9 火电厂继电保护配置实例 528

第6章 水电厂自动化元件及辅机控制系统 529

1 水电厂自动化元件应用综述 529

2 水电厂自动化元件配置 529

2.1 温度测量 530

2.2 压力测量 530

2.3 流量测量 531

2.4 液位测量 532

2.5 位置 533

2.6 其他 533

3 水电厂自动化执行元件及装置 534

3.1 电控类 534

3.2 液控类 535

4 水电厂辅机控制系统 536

4.1 控制系统综述 536

4.2 压缩空气系统 538

4.3 供水系统 542

4.4 排水系统 542

4.5 油压系统 544

第7章 水电厂水情自动测报系统 548

1 概述 548

1.1 水情自动测报系统组成 548

1.2 水电厂水情自动测报系统发展历程 548

2 水情自动测报技术 549

2.1 遥测站 549

2.2 中继站 549

2.3 中心站 550

2.4 数据通信 550

3 无线通信组网设计与电路质量测试 550

3.1 无线通信组网设计 550

3.2 无线电路质量测试 551

4 水情自动测报系统总体设计 553

4.1 概述 553

4.2 建设水情遥测系统的必要性、可行性与设计依据 553

4.3 设计原则 554

4.4 系统基本功能 554

4.5 系统工作体制选择 554

4.6 系统硬件配置及主要技术指标 555

4.7 操作系统及应用软件 556

4.8 系统的供电及防雷措施 556

4.9 系统可靠性 557

4.10 土建工程 557

4.11 系统建设进度、人员编制和培训 559

4.12 系统工程概算 559

5 系统的建设与考核 559

5.1 系统的建设 559

5.2 系统的考核验收 559

6 水情自动测报系统常见问题及解决方法 560

6.1 硬件部分 560

6.2 软件部分 560

7 卫星通信在水情自动测报系统中的应用 560

7.1 海事（Inmarsat）卫星通信在富春江水情测报系统中的应用 561

7.2 VSAT卫星通信在映秀湾水情自动测报系统中的应用 562

8 卫星与GSM通信在水情信道质量测试中的应用实例 562

8.1 测试结果的分析 562

8.2 结论 563

第8章 水电站闸门控制系统 564

1 概况 564

2 水电站闸门启闭机简介 564

2.1 固定卷扬式启闭机 564

2.2 液压启闭机 564

2.3 门式启闭机 565

2.4 桥式启闭机 565

2.5 台车式启闭机 565

3 闸门启闭电气传动与控制技术及装置 565

3.1 液压启闭机的控制 565

3.2 固定卷扬式启闭机及四连杆启闭机的电气传动与控制 567

3.3 门桥机电气传动与控制 569

4 闸门检测技术及装置 570

4.1 闸门开度检测 570

4.2 闸门位置检测 571

4.3 门、桥机检测装置 571

4.4 水位／水位差测量装置 572

4.5 检测信号的处理和使用 573

5 闸门监控技术及装置 573

5.1 集中控制设备设置的原则 573

5.2 监控系统网络结构 573

5.3 集中控制功能 573

5.4 集中控制设备配置 573

6 水电站闸门控制自动化系统实例 574

6.1 泄水闸的电气传动与控制实例 574

6.2 水闸监控的典型工程实例 575

第9章 水轮发电机组状态监测系统 578

1 概述 578

1.1 开展状态监测的必要性 578

1.2 国外发展状况 578

1.3 国内发展状况 579

1.4 状态监测系统的设计原则 580

2 状态监测系统的构成 580

2.1 状态监测系统的基本结构 580

2.2 测点布置 581

2.3 各类机组的典型测点配置 583

3 状态监测系统的设备组成 584

3.1 传感器选型 584

3.2 数据采集装置的选型 590

3.3 上位机及网络设备的配置 591

4 状态监测系统的功能 593

4.1 振动摆度监测分析 593

4.2 压力脉动监测分析 593

4.3 空化与能量监测分析 593

4.4 发电机气隙监测分析 594

4.5 发电机磁场强度监测分析 594

4.6 发电机局部放电监测分析 595

4.7 发电机运行参数监测分析 595

4.8 报警与预警 595

4.9 数据管理 596

4.10 故障诊断 596

4.11 优化运行 596

4.12 检修指导 596

4.13 性能评估与试验 596

4.14 状态报告 597

4.15 远程监测分析 598

4.16 其他功能 598

5 状态监测系统的典型应用 598

5.1 实施概况 598

5.2 总体结构 598

5.3 监测内容 599

5.4 设备配置 599

5.5 主要功能 601

5.6 应用情况 602

5.7 应用经验 604

第10章 水电站管理信息系统 605

1 概述 605

2 水电站管理信息系统硬件 605

2.1 水电站管理信息系统网络 605

2.2 搭建水电站MIS系统网络 607

3 水电站管理信息系统软件 607

3.1 综合性MIS系统 608

3.2 专用性MIS系统 611

4 水电站管理信息系统的开发基础 612

4.1 系统开发的认识 612

4.2 系统的开发方式与阶段 613

5 水电站管理信息系统开发的调查与分析 613

5.1 组织结构调查 614

5.2 事务处理调查 614

5.3 信息流程调查与分析 614

6 水电站管理信息系统开发的设计 614

6.1 系统总体设计 614

6.2 系统物理设计 615

6.3 系统设计方案编写与评审 619

7 水电站管理信息系统开发的实施 619

7.1 系统环境的实施 619

7.2 系统编程开发 619

7.3 系统调试 620

7.4 编写系统使用说明书 620

7.5 系统的建立与转换 621

7.6 系统验收 621

8 水电站管理信息系统的管理与维护 621

8.1 系统管理与维护的组织 621

8.2 系统的日常管理与维护 622

9 实例——水电站专用MIS系统应用软件方案介绍 622

9.1 系统建设目标与原则 622

9.2 应用系统平台选型描述 622

9.3 MAXIMO软件典型基本功能描述 623

9.4 应用系统功能 624

第11章 水电工程安全监测 626

1 概述 626

1.1 安全监测的目的 626

1.2 监测范围与监测项目 626

1.3 监测工作的基本要求 626

2 外部变形监测 627

2.1 监测内容 627

2.2 监测设施和仪器设备 627

2.3 监测方法与成果 628

3 内部变形监测 629

3.1 监测内容 629

3.2 监测仪器设备 629

3.3 观测及资料整理 631

4 接缝和裂缝监测 632

4.1 监测内容 632

4.2 监测仪器设备 632

4.3 观测及资料整理 632

5 渗流渗压监测 633

5.1 监测内容 633

5.2 监测仪器设备 633

5.3 观测方法与成果 634

6 应力、应变、压力及温度监测 634

6.1 监测内容 634

6.2 监测仪器设备 634

6.3 观测及资料整编 635

7 环境量监测 636

7.1 监测内容 636

7.2 仪器设备 636

7.3 观测 637

8 巡视检查 637

8.1 巡视检查内容 637

8.2 巡视检查方法 637

8.3 巡视检查报告编制 637

9 工程安全监测自动化 637

9.1 监测自动化项目和内容的选择原则 637

9.2 监测自动化系统组成及网络布置形式 638

9.3 监测自动化系统功能要求 638

9.4 现场安装调试 639

9.5 系统运行管理与维护 639

10 监测资料整编分析 640

10.1 监测资料分析目的和内容 640

10.2 监测资料分析方法 641

10.3 监测资料应用与反馈 641

第12章 水电站通信系统 643

1 通信系统特点 643

1.1 可靠性要求高 643

1.2 通信方式多样化 643

1.3 信息种类繁多 643

1.4 适应各类接口 643

1.5 设备布置相对集中 643

2 系统组成及方式 643

2.1 系统组成 643

2.2 通信方式 643

3 对外通信系统 643

3.1 与水利系统的通信 643

3.2 与电力系统的通信 643

3.3 与公用电信部门的通信 643

4 电站内部通信系统 643

4.1 内部调度通信 643

4.2 内部行政通信 644

4.3 有线通信线路 645

5 航运通信 645

6 施工期通信 646

6.1 施工内部通信 646

6.2 施工对外通信 646

7 梯级水电站及水电站群的通信 646

7.1 调度管理中心的通信 646

7.2 梯级水电站及水电站群的系统通信 646

8 综合网络管理 646

8.1 主要任务 646

8.2 设置原则 646

8.3 基本功能 646

8.4 网络结构 646

8.5 软件系统 646

9 光纤通信 647

9.1 传输体制 647

9.2 传输容量选择 647

9.3 保护方式 647

9.4 设备配置 647

9.5 公务电话 647

9.6 光纤传输网管 647

9.7 通信光缆 647

10 微波通信 647

10.1 系统特点及组成 647

10.2 PDH系统指标 647

10.3 SDH系统指标 649

10.4 路由断面设计 650

10.5 系统核算方法 651

10.6 设备选型及配置 651

11 电力线载波通信 651

11.1 系统组成 652

11.2 耦合方式 652

11.3 通道及频率 652

11.4 设备选型及配置 652

12 卫星通信 653

12.1 系统组成 653

12.2 地球站的设置 653

13 通信电源 653

13.1 系统主要特点 653

13.2 系统组成 653

13.3 系统配置 653

14 设备布置 653

15 仪器仪表 654

15.1 厂内通信 654

15.2 光纤通信 654

15.3 载波通信 654

15.4 微波通信 654

15.5 卫星地球站、移动通信等 654

16 三峡水利枢纽通信网络组网实例 654

参考文献 655

第6篇 水电站运行 657

第1 章概述 659

1 水能资源的地位、作用和运行特点 659

1.1 水能资源的地位 659

1.2 水能资源的作用及影响 659

1.3 水电站的运行特点 661

2 水电站运行的任务、原则和内容 663

2.1 水电站运行的任务 663

2.2 水电站运行的原则 664

2.3 水电站运行的内容 665

3 水电站运行方式 666

3.1 水电站的经济运行方式 666

3.2 水电站调节性能及其运行方式 667

4 抽水蓄能电站及其运行方式 669

4.1 抽水蓄能电站在电力系统中的作用 669

4.2 抽水蓄能电站工作原理 670

4.3 抽水蓄能电站类型 670

4.4 抽水蓄能电站运行方式 671

5 水电站及其互联电力系统联合优化安全经济运行 672

5.1 电力系统中水、火电日负荷分配 672

5.2 电力系统中水电站水库群联合优化运行 673

第2章 水电站及水库动力特性 675

1 机组段动力特性 675

1.1 机组段流量特性曲线绘制 675

1.2 水电站的机动性及开停机耗水量 676

2 水电站水能动力特性 677

2.1 水电站生产过程 677

2.2 水电站水能动力特性与动力平衡 677

2.3 水电站动力指标 677

2.4 水电机组的典型动力特性 678

3 水库特性及其特征参数 680

3.1 水库的面积特性与容积特性 680

3.2 水库的特征水位 680

4 流域梯级水力电力联系 680

4.1 梯级水电站间的流量联系 680

4.2 梯级水电站间的水头联系 681

第3章 水轮发电机组运行 682

1 概述 682

1.1 水轮发电机组的基本知识 682

1.2 水轮发电机组的运行方式 683

1.3 水力发电机组的事故 685

2 调速器及励磁装置控制 685

2.1 水轮机调速器 685

2.2 水力发电机组励磁装置 687

3 油、气、水辅机系统的控制与运行 688

3.1 油系统 688

3.2 供水系统 689

3.3 排水系统 690

3.4 压缩空气系统 691

4 水工设备运行 691

4.1 闸门和阀门 691

4.2 启闭机 693

4.3 拦污栅及清理机 694

4.4 水工机械设备的布置与选型 696

5 开关站运行 697

5.1 开关站的分类 697

5.2 开关站中的电气设备 697

5.3 开关站的电气主接线 699

5.4 开关站的综合自动化 700

6 现代水电厂计算机控制 700

6.1 水电站计算机监控技术的发展 700

6.2 水电站计算机监控系统的功能 701

6.3 水电站现地控制单元 702

6.4 水电站电厂级控制 703

6.5 水电站计算机监控系统的数据库 704

7 水电站自动发电控制的实现及运行 704

7.1 电力系统自动发电控制 704

7.2 水电站自动发电控制原理及任务 705

7.3 水电站自动发电控制与电力系统自动发电控制结合方式及实现 705

7.4 水电站自动发电控制运行模式及其实现 706

7.5 水电站自动发电控制常用的算法 706

第4章 水电站厂内经济运行原理与应用 710

1 水电站厂内经济运行的优化准则 710

1.1 空间最优化准则 710

1.2 时间最优化准则 710

2 水电站最优发电计划和方案的制订 710

2.1 水电站厂内经济运行的任务及内容 710

2.2 水电站经济运行方式 711

3 机组间最优负荷的分配与最优开停机优化 711

3.1 机组间最优负荷的分配 711

3.2 水电站最优开停机优化计划 717

4 最优负荷分配中的误差分析 718

4.1 动力特性误差对效益的影响 719

4.2 机组调节执行误差对效益的影响 719

5 水电站厂内经济运行工程实践 720

5.1 逐次逼近动态规划法求解水电站厂内机组组合问题实例 720

5.2 水电站厂内经济运行负荷分配实例 721

第5章 水库及流域梯级优化运行 724

1 水文循环描述与产汇流计算 724

1.1 水分循环及水量平衡 724

1.2 产汇流计算 725

2 径流描述及其预报原理与方法 727

2.1 短期降雨径流流域模型 727

2.2 径流随机描述 728

2.3 Markov链径流描述 729

3 水库短期优化运行 729

3.1 水、火电日负荷分配模型 729

3.2 最优性条件 730

3.3 水电站、火电厂联合日最优运行方式制定的动态规划法 730

3.4 几种常用的水电系统优化模型 731

4 流域梯级短期联合优化运行 731

4.1 数学模型及最优性条件 731

4.2 梯级水电站之间的水力联系 732

4.3 梯级水电站的情况 732

4.4 进一步讨论 733

5 水库中长期优化运行 734

5.1 时段水能计算 734

5.2 水库发电常规调度图的绘制 734

5.3 随机优化调度模型与方法 735

6 流域梯级中长期联合优化运行 737

6.1 结合水库调度图的梯级水库群联合调度K判别法 737

6.2 隐随机优化调度方法 737

第6章 水库及流域梯级防洪优化运行 741

1 防洪调度原理 741

1.1 水库调洪作用 741

1.2 水库调洪演算的基本原理 742

1.3 调洪计算方法 743

2 水库防洪调度方案及渡汛计划编制 743

2.1 防洪调度中要研究的问题 744

2.2 有下游防洪任务的水库防洪调度 744

2.3 无下游防洪任务的水库防洪调度 747

2.4 水库防洪调度运用计划 747

3 水库防洪优化运行 748

3.1 水库防洪任务和最优准则 748

3.2 单水库防洪优化调度的数学规划方法 748

3.3 多目标防洪调度 750

3.4 防洪调度其他问题 750

4 流域梯级防洪优化运行 751

4.1 水库群联合调洪方式 751

4.2 水库群防洪库容分配 752

4.3 水库群防洪调度数学模型 752

4.4 水库群防洪优化调度的常用方法 755

5 防洪调度运行的实施及其自动化系统 755

5.1 防洪调度综合自动化系统的规划设计 755

5.2 水情信息自动采集系统 755

5.3 水调自动化计算机网络系统 757

5.4 防洪调度决策支持系统 757

参考文献 759

第7篇 抽水蓄能电站 761

第1章 抽水蓄能技术的应用和发展 763

1 抽水蓄能电站的类型 763

2 抽水蓄能电站在电网中的作用 763

3 抽水蓄能电站的主要建筑物 763

4 抽水蓄能电站的机组 765

4.1 抽水蓄能机组的型式 765

4.2 抽水蓄能机组技术发展趋势 765

5 国外抽水蓄能发展概况 767

6 我国抽水蓄能技术发展概况 768

6.1 已建工程 768

6.2 在建工程概况 769

6.3 设计和规划中的工程 770

第2章 混流式水泵水轮机的水力性能和试验 772

1 水泵水轮机的水力参数 772

1.1 比转速 772

1.2 效率 773

1.3 单位转速和单位流量 773

1.4 空化系数 774

1.5 压力脉动 774

1.6 轴向水推力 774

1.7 径向水推力 775

2 水泵水轮机的水力设计 775

2.1 转轮的水力设计 775

2.2 蜗壳及座环的设计 780

2.3 活动导叶设计 781

2.4 尾水管设计 782

3 水泵水轮机的选型计算 783

3.1 选型计算 783

3.2 模型与真机效率换算 784

3.3 运转特性曲线的绘制 784

3.4 吸出高度的确定 786

4 水泵水轮机水力试验 786

4.1 水泵水轮机模型试验 786

4.2 模型试验 788

4.3 模型几何尺寸检查 790

4.4 试验结果的计算 790

4.5 不确定度的分析 791

第3章 混流式水泵水轮机机械设计 792

1 混流式水泵水轮机组的总体设计 792

1.1 概况 792

1.2 水泵水轮机总体设计必须考虑的问题 794

1.3 国内外一些典型的混流式水泵水轮机的主要参数及剖面图 794

2 水泵水轮机转轮的结构设计 799

2.1 转轮的结构特点及其设计的主要问题 799

2.2 转轮的材料选择 799

2.3 转轮的焊接结构 799

2.4 转轮的分瓣结构 799

2.5 转轮与主轴的连接 800

2.6 降低转轮动应力提高抗疲劳性能的措施 800

2.7 水泵水轮机转轮刚强度、疲劳以及动态特性分析 800

3 水泵水轮机轴承设计 806

3.1 轴承结构型式和使用条件 806

3.2 分块瓦轴承设计参数的选取 807

3.3 轴承计算 807

3.4 轴承主要材质与制造要求 808

4 主轴密封 808

4.1 水泵水轮机主轴密封的运行条件和一般要求 808

4.2 主轴密封的结构类型 809

5 水泵水轮机导水机构设计 812

5.1 导水机构的组成和作用 812

5.2 导叶控制机构的形式和特点 812

5.3 单元式接力器的发展和应用 813

5.4 广州抽水蓄能电站二期的数字型单元式接力器控制系统 814

5.5 惠州和宝泉抽水蓄能电站的单元式接力器 815

5.6 导叶及控制机构设计计算 815

5.7 导叶控制机构的设计要点 815

6 水泵水轮机顶盖、底环设计 815

6.1 顶盖的结构特点及设计 815

6.2 底环的结构特点及设计 816

6.3 顶盖、底环的受力分析 817

6.4 水泵水轮机顶盖刚强度及动态特性分析 818

7 水泵水轮机蜗壳、座环设计 820

7.1 蜗壳设计 820

7.2 座环设计 822

7.3 蜗壳座环强度分析 823

7.4 水泵水轮机固定导叶动态特性分析 823

8 水泵水轮机尾水管设计 823

8.1 尾水管结构特点 823

8.2 尾水管的基础受力 824

8.3 尾水管强度计算 824

9 水泵水轮机辅助系统及管路设计 825

9.1 水泵水轮机油系统组成和管路设计 825

9.2 水泵水轮机气系统设计 825

9.3 水泵水轮机水系统设计 826

10 抽水蓄能机组的进水阀及控制机构 827

10.1 进水阀的用途和种类 827

10.2 球形阀的结构、计算及控制机构 828

10.3 蝴蝶阀的结构及控制机构 833

第4章 水泵水轮机的关键技术问题 836

1 S区及驼峰区的控制 836

1.1 S特性及其控制 836

1.2 驼峰区及其控制 836

2 初次充水 836

2.1 利用水泵水轮机初次充水 836

2.2 利用辅助水泵初次充水 837

3 工况转换 837

4 过渡过程 837

4.1 水轮机工况启动及增负荷 837

4.2 水轮机工况甩负荷 838

4.3 泵工况启动及抽水 838

4.4 水泵工况断电 838

4.5 尾水管水柱分离 838

4.6 过渡过程计算 838

4.7 水泵水轮机压力钢管的自激共振 839

第5章 发电电动机主要数据 840

1 额定容量SN和额定功率PN 840

2 额定电压UN 840

3 额定功率因数cos ？N 840

4 额定转速nN 840

5 飞逸转速nr 840

6 飞轮力矩GD2 840

7 机械（惯性）时间常数Tmec与储能常数H 841

8 短路比SCR 841

9 直轴瞬态电抗X′d 841

10 槽电流Is和定子绕组并联支路数α 841

11 电负荷和热负荷 841

11.1 电负荷A 841

11.2 热负荷AJ 842

12 磁负荷 843

13 铁心和绕组温升 843

14 效率与损耗 843

14.1 额定效率ηN和加权平均效率ηw 843

14.2 损耗 844

15 调相容量及充电容量 844

第6章 抽水蓄能机组的双向推力轴承 845

1 前言 845

2 推力轴承的设计计算 845

2.1 推力轴承的参数 845

2.2 推力轴承的热弹流分析 845

3 推力轴承支撑结构 847

3.1 支柱螺栓支撑结构 848

3.2 支柱托盘 848

3.3 小弹簧 848

3.4 弹性盘 848

3.5 弹性油箱 848

3.6 弹性梁双托盘 849

4 推力轴承主要零部件 849

4.1 巴氏合金瓦 849

4.2 弹性金属塑料瓦 849

4.3 镜板推力头 849

5 推力轴承的润滑冷却 850

5.1 外加泵外循环 850

5.2 自身泵（镜板泵，导瓦泵）外循环 850

6 推力轴承的油密封 850

6.1 密封盖密封 850

6.2 挡油管密封 851

7 高压油顶起系统 851

第7章 发电电动机的通风冷却技术 852

1 前言 852

2 发电电动机的通风系统结构 852

2.1 双路径向无风扇通风方式 852

2.2 带风扇径向通风方式 852

2.3 强迫通风方式 852

3 发电电动机的通风冷却特点 852

3.1 发电电动机总风量设计依据 852

3.2 发电电动机风扇系统设计 852

3.3 发电电动机采用转子斜支臂对通风系统的影响 853

4 发电电动机定子直冷技术 853

4.1 定子绕组直接冷却 853

4.2 定子绕组蒸发冷却系统 855

5 发电电动机的强迫冷却方式 855

5.1 发电电动机转子强迫冷却结构 855

5.2 发电电动机通风系统计算网络 857

第8章 发电电动机的启动与工况转换 858

1 概述 858

2 发电电动机的辅助电动机启动 858

3 发电电动机的异步启动 858

3.1 全压异步启动 858

3.2 降压异步启动 858

3.3 异步启动方式的优缺点 859

4 发电电动机的背靠背启动 859

5 发电电动机的变频启动 859

5.1 低速运行时的步进驱动方式 859

5.2 静止变频器启动方式的特点 860

5.3 变频装置的谐波问题 860

6 各种启动方式的比较 860

7 发电电动机的工况转换 860

7.1 发电电动机的工况概述 860

7.2 发电电动机的运行极限 861

7.3 发电电动机的制动 861

第9章 可变速双馈异步电机 862

1 概述 862

2 可调速电机的变速原理和特性 862

3 双馈异步电机的基本原理和结构 863

4 双馈异步电机的稳态运行特性 864

4.1 数学模型 864

4.2 稳态运行 865

4.3 交流励磁电源容量 866

5 交流励磁电源概述 867

6 交—直—交型变频器概述 867

7 交—交型变频器概述 867

8 双馈异步电机的控制原理及控制系统 869

8.1 双馈异步发电机的数学模型 869

8.2 双馈异步发电机的控制系统及控制策略 870

8.3 双馈变速恒频异步发电机的控制系统 870

8.4 双馈变速恒频异步发电机控制系统的设计分析 871

8.5 400MW大河内可调速抽水蓄能机组的控制系统及策略 871

9 双馈异步电机的动态分析 873

10 光纤电流互感器在可调速抽水蓄能机组系统的应用与研究 874

10.1 光纤电流互感器（OCT）的基本原理及应用 874

10.2 光纤电流互感器（OCT）的应用 875

10.3 光纤电流互感器的特性 875

11 可调速水轮发电机组的转速和负荷控制 875

11.1 水轮发电机组的数学模型 875

11.2 水轮发电机组控制系统的设计 876

12 可调速水轮发电机组的电网并联运行 877

12.1 网络联结模型 877

12.2 同步电机的动态模型 877

12.3 可调速双馈异步电机动态模型 878

12.4 可调速双馈异步电机与凸极同步电机的并联运行 879

13 双馈异步电机的发展和应用 880

13.1 风机的功率模型 880

13.2 双馈异步发电机的控制系统及控制策略 880

第10章 抽水蓄能电站的运行和管理 883

1 抽水蓄能电站生产运行特点 883

2 抽水蓄能电站的生产管理体系 883

2.1 生产管理组织机构和职能 883

2.2 生产管理制度体系 883

3 抽水蓄能电站的生产管理模式 884

3.1 运行管理模式 884

3.2 检修维护管理模式 884

4 抽水蓄能电站机组检修维护管理 884

4.1 日常维护消缺 884

4.2 机组检修 884

4.3 检修工作应注意的事项 885

第11章 抽水蓄能电站的现场试验 88