一种用于超低水头的成套水力发电系统的制作方法

本申请涉及水力发电技术领域，特别是涉及一种用于超低水头的成套水力发电系统。

背景技术：

水力发电就是将河流、湖泊等位于高处所具有的位能转换成动能，再利用发电机将动能转换成电能的过程。水力发电能源具有可再生性、可调节性及洁净性等特点。改革开放以来，我国水电建设事业取得了飞跃发展，工程建设技术、水轮发电机组制造技术及输变电技术已非常完善成熟。总结已完建或建设中的水力发电项目，其发电水头一般都在2.0米以上，项目开发的经济性相对较好，2.0米及以下（以下简称为超低水头）水头成套水力发电系统尚处于空白领域。

然而，我国水能资源量极其丰富，尤其是丰厚的超低水头段水能资源尚处于亟待开发阶段。就目前的研究进展及成果来看，我国已有的水能资源开发主要存在两个特点：（1）所开发的成套水力发电系统研究适用水头主要集中在2.0米以上，对于超低水头段水能资源，尚没有成熟的产品；（2）所开发的成套水力发电系统需要设置一整套调速系统、励磁系统、控制保护系统及设备辅助系统等，同时需要配备大量的土建工作。对于开发能量密度低的超低水头段水能资源而言，无疑经济性较差、价值较小。

因此，为解决开发超低水头段水能资源的可能性和经济性问题，亟需研发一种可靠性和稳定性好，且制造容易、安装简单、维护方便、造价低，并且具有市场应用和推广价值的超低水头的成套水力发电系统技术。

技术实现要素：

本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种用于超低水头的成套水力发电系统，不仅简化了水力发电系统、减少投资，而且实现了对2.0米以下水头水资源的充分利用。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

一种用于超低水头的成套水力发电系统，包括依次连接的超低水头发电机组、机组现地控制箱、电缆、超低水头发电机组控制总柜、光缆和中控室，超低水头发电机组利用电缆，通过机组现地控制箱及超低水头发电机组控制总柜，将发出的非恒定电流电能整流后直接并入电网，向电网输送电能，其中，超低水头发电机组用于低于2.0米的水头的水力发电，超低水头发电机组包括水力发电机，水力发电机包括微型流道，微型流道内设置有水轮机及与水轮机连接的同步永磁发电机/异步发电机；同步永磁发电机/异步发电机通过多个中空的固定架固定于微型流道内，中空的固定架的一端与同步永磁发电机的外壳连接，中空的固定架的另一端与微型流道内壁连接；其中一个中空的固定架与微型流道内壁的连接处开设有用于穿设同步永磁发电机线缆的线缆穿出口，线缆穿出口连接机组现地控制箱。

本申请的有益效果如下：

本申请的用于超低水头的成套水力发电系统，与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本申请的成套水力发电系统，采用低于2.0米水头的超低水头发电机组来发电，能充分利用2.0米以下的水头资源；

（2）本申请的用于超低水头的成套水力发电系统，其中的超低水头发电机组，采用同步永磁发电机或异步发电机，可使得发电机取消同步励磁机控制装置，简化了发电系统；

（3）使用了超低水头发电机组控制总柜，对非恒定电流电能进行整流并具备并网条件，不需要设置调速系统，进一步简化了发电系统，节省了大量的土建费用和设备造价；

（4）通过超低水头发电机组控制总柜的控制，该机组可实现正向或反向发电、正向或反向抽水。

附图说明

利用附图对本申请做进一步说明，但附图中的内容不构成对本申请的任何限制。

图1是本申请的用于超低水头的成套水力发电系统的示意框图。

图2是图1中发电系统的超低水头发电机组的排布示意图。

图3是图2中发电机组的结构示意图。

在图1至图3中包括有：

1——微型流道；

2——同步永磁发电机的外壳；

3——水轮机；

4——固定架；

5——喇叭状挡水板；

6——锚式固定装置；

7——混凝土支墩；

8——安装室；

10——超低水头发电机组；

11——机组现地控制箱；

12——电缆；

13——光缆；

14——超低水头发电机组控制总柜；

15——中控室；

16——电网。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步说明。

参阅图1至图3，本实施例用于超低水头的成套水力发电系统，包括依次连接的超低水头发电机组10、机组现地控制箱11、电缆12、超低水头发电机组控制总柜14、光缆13和中控室15，发电机组控制总柜14还通过电缆12连接电网16以及通过光缆13连接机组现地控制箱11，超低水头发电机组10利用电缆12，通过机组现地控制箱11及超低水头发电机组控制总柜14，将发出的非恒定电流电能整流后直接并入电网16，向电网16输送电能，其中，超低水头发电机组10用于低于2.0米的水头的水力发电，本实施例用于超低水头的成套水力发电系统包括多个超低水头发电机组10, 当然，在其他实施例中，用于超低水头的成套水力发电系统也可以只包括一个超低水头发电机组10，本实施例的多个水力发电机组10呈纵向排布设置，并固定于混凝土支墩7上，每个水力发电机组包括微型流道1，微型流道1内设置有发电机及与发电机连接的水轮机3；发电机通过多个中空的固定架4固定于微型流道1内，中空的固定架4的一端与同步永磁发电机的外壳2连接，中空的固定架4的另一端与微型流道1内壁连接；其中一个中空的固定架4与微型流道1内壁的连接处开设有用于穿设发电机线缆的线缆穿出口，线缆穿出口连接机组现地控制箱11。

发电机中空的固定架4同时作为线缆的出口及水轮机3的固定导叶，因此不需设水轮机3的活动导叶。

中空的固定架4沿发电机的外壳2的外周向均匀分布设置，作为固定导叶使用时，可使座环（过流部分）成为一体，同时使水流进入转轮前形成环量。

本实施例中，中空的固定架4沿发电机的外壳2的外周向呈等距离环形分布设置，当然，中空的固定架4在发电机的外壳2的外周面上还可以呈螺旋排列，可更好地使水流进入转轮前形成环量。

本实施例中,发电机为同步永磁发电机或异步发电机。

本实施例中，管道1的水流进口设置有与管道1相接的喇叭状挡水板5，可局部涌高水位，使管道1的水流进口与管道1的水流出口形成一定的水头。

本实施例中，水力发电机的管道1外壁设置有用于与相邻的水力发电机连接的锚式固定装置6。

本实施例中，线缆穿出口设有安装室8。

本实施例中，机组现地控制箱11包括依次连接的一次设备、二次设备及现地控制模块，以实现现地控制及数据采集上传等，具体地，现地控制箱通过光缆将数据信号传给超低水头发电机组控制总柜的电源控制柜，电源控制柜再通过光缆将数据信号传递到中控室。

本实施例中，超低水头发电机组控制总柜14包括相连接的电源控制柜和辅助控制柜。

本实施例中，电源控制柜包括依次连接的一次设备、二次设备、专用电源模块及发电机/电动机模式切换装置，实现发电的平稳输出，发电机通过电源控制柜的控制，可切换为电动机状态，实现正向或反向发电、正向或反向抽水。

本实施例中，辅助控制柜包括相连接的二次设备和控制模块，负责超低水头发电机组的控制、数据采集与处理、数据发送和过程调节、现地控制操作、运行监视、事件处理、自检功能等。

本实施例中，中控室15包括依次连接的大屏幕显示器、操作员工作站、交换机和UPS电源，交换机通过光缆连接超低水头发电机组控制总柜14，主要功能为远程数据采集与处理、远程控制操作、运行监视、事件处理、自检功能等。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请做了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本申请的技术方案可以修改、类似或者等同替换，但并不脱离本申请方案的实质和范围。