Для реализации основных функций ГЭС и ГАЭС по выработке электроэнергии и регулированию мощности, частоты и напряжения в энергосистеме на них устанавливается комплекс технологического оборудования, от совершенства конструкции и уровня основных характеристик которого зависят надежность и эффективность его работы.

Основное технологическое оборудование ГЭС и ГАЭС и относящиеся к нему системы делятся на энергетическое оборудование, включающее гидро силовое, электрическое оборудование, системы автоматизации, управления и связи; вспомогательное оборудование; механическое и подъемно-транспортное оборудование.

Гидросиловое оборудование ГЭС включает гидротурбину и гидрогенератор; вспомогательное оборудование на агрегатном уровне; систему автоматического регулирования работы гидротурбины; систему автоматического управления вспомогательным оборудованием; систему возбуждения гидрогенератора.

Гидротурбина с гидрогенератором образуют гидроагрегат, или агрегат ГЭС.

В зависимости от напора на ГЭС устанавливаются реактивные осевые, в том числе поворотно-лопастные (Каплана), радиальноосевые (Френсиса), диагональные турбины и активные ковшовые турбины (Пельтона). Реактивная гидротурбина включает основные элементы: турбинную (спиральную) камеру со статором, направляющий аппарат, рабочее колесо и отсасывающую трубу.

Система автоматического регулирования (САР) предназначена для управления гидротурбиной путем изменения открытия направляющего аппарата и разворота лопастей рабочего колеса поворотно-лопастных и диагональных турбин, направляющего аппарата – в радиально-осевых, регулирования расхода в ковшовых турбинах. Она обеспечивает автоматическое поддержание заданной частоты вращения агрегата, предохраняет его от выхода в разгон при аварийных отключениях нагрузки и обеспечивает противоаварийную защиту агрегата. САР включает регулятор скорости (РС), состоящий из гидромеханической и электрической частей, маслонапорную установку для питания маслом под давлением (обычно 4,0 или 6,3 МПа), сервомоторы (С) и соединительный маслопровод. Регулятор скорости управляет частотой вращения ротора агрегата электрически при помощи бесконтактных датчиков в составе со специальным устройством (зубчатым колесом), установленным на валу агрегата.

Гидрогенератор предназначен для преобразования механической энергии от гидротурбины в электрическую, которая передается в энергосистему. Синхронный гидрогенератор состоит из ротора, как правило, жестко соединенного с валом турбины и создающего магнитное поле, и статора, в обмотках которого индуктируется переменный ток. Для обеспечения стандартной частоты тока, равной 50 Гц (в ряде стран 60 Гц), скорость вращения ротора должна быть постоянной, равной синхронной частоте вращения.

Система возбуждения (СВ) предназначена для питания обмоток ротора постоянным током и является одной из ответственных систем,определяющих надежность работы гидроэлектростанции. В зависимости от источника энергии, используемого для возбуждения гидрогенератора, системы возбуждения подразделяются на электромашинные системы с генератором постоянного тока, системы с генератором переменного тока с последующим его преобразованием в постоянный и статические тиристорные системы самовозбуждения,в которых часть энергии гидрогенератора преобразуется в энергию постоянного тока и используется для его возбуждения.

Гидросиловое оборудование ГАЭС отличается тем, что оно предназначено для работы в двух режимах – турбинном и насосном. Соответственно гидромашины ГАЭС должны выполнять функции турбины и насоса, а электрические машины – генератора и двигателя. Наиболее широкое применение в современных ГАЭС получили обратимые гидроагрегаты, состоящие из обратимой гидромашины (насосотурбины) и двигателя-генератора. При высоких (более 700 м) напорах применяются трехмашинные агрегаты, состоящие из насоса, турбины и двигателя-генератора, объединенных общим валом.

Вспомогательное оборудование

Вспомогательное оборудование ГЭС и ГАЭС включает системы технического водоснабжения, пневматического хозяйства, масляного хозяйства, откачки воды из проточной части, дренажа и др.

Техническое водоснабжение (ТВ) предназначено для снабжения очищенной водой узлов гидроагрегата и другого оборудования, в том числе направляющих подшипников турбин (насосотурбин), воздухоохладителей или теплообменников генераторов (двигателей-генераторов), маслоохладителей трансформаторов и др.

Пневматическое хозяйство (ПХ) предназначено для обеспечения сжатым воздухом гидросилового, электрического и другого оборудования и обычно включает две системы сжатого воздуха – низкого давления (0,8 МПа) для торможения агрегата, пневмоприводов и др. и высокого давления (4,0 или 6,3 МПа) для зарядки воздухом котлов МНУ, воздушных выключателей, отжатия воздуха из полости рабочего колеса при переводе агрегата в режим синхронного компенсатора или пуске обратимых агрегатов в насосный режим и др. Система ПХ включает компрессоры, воздухосборники и трубопроводы.

Механическое оборудование. В состав механического оборудования гидротехнических сооружений (ГТС) входят сороудерживающие решетки, затворы и подъемнотранспортное оборудование, включая краны, подъемники для установки затворов, сороудерживающих решеток, главные краны (мостовые, козловые) для монтажа и ремонта гидросилового оборудования в здании ГЭС (ГАЭС). Затворы, устанавливаемые на водоприемниках, выполняются аварийно-ремонтными (обычно плоскими) для перекрытия водоприемного отверстия и прекращения поступления воды к гидромашине в случае аварии. Их закрытие или открытие может выполняться кранами или при помощи индивидуальных подъемных механизмов (лебедок, гидроприводов) с дистанционным управлением (быстродействующие аварийно-ремонтные затворы).