某水库可研之机电金属结构及采暖通风设计.docx
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某水库可研之机电金属结构及采暖通风设计
某水库可研之机电金属结构及采暖通风设计
1机电、金属结构及采暖通风
1.1水力机械
本工程以发电为主，考虑机组在系统中调峰运行。
发电最低水位：
208m，电站尾水位:
50年一遇洪水位：
198.73m，20年一遇洪水位:
197.81m，设计尾水位:
194.74m。
电站水头:
最大毛水头:
19.26m，最小毛水头:
15.26m，设计毛水头:
17.00m。
1.1.1机组台数
根据水文、水工专业提供的资料。
电站总装机容量为6000kw。
机组台数选择二台和三台两个方案进行比较，单机容量分别为3200kw和2000kw，机组台数比较详见表6.1-1。
由表6.1-1可以看出：
（1）两台机组方案的机组单位千瓦造价与三台机组方案机组单位千瓦造价基本相同。
二台机组方案厂房尺寸还大样三台机组方案，三台装机方案所要求的配套辅助设备以及厂房尺寸都比两台装机方案有所增加。
（2）二台机组虽说台数较少，单机容量较大，但该机组效率不是最优，且本电站水库具有日调节能力，通过水库调节三台机组效率更能表现出效率高的优越性。
（3）机组台数较多时，其优点是运行方式灵活，发生事故时对电站用所在系统的影响较小，检修也容易安排。
不足之处是运行人员增加，运行用的材料消耗品增加，因而运行费用较高。
发电量上相差不大。
综合考虑以上几方面因素，决定推荐三台的装机方案。
表6.1-1电站机组台数比较表
机组台数
基本参数
两台机组方案
三台机组方案
单机容量（kW）
3200
2000
额定水头（m）
16.3
16.2
额定流量（m3/s）
2×24.6
3×14.9
额定转速（r/min）
250
300
水轮机转轮直径（m）
200
160
水轮机装置形式
立式
立式
水轮机效率（%）
87.5
90.6
气蚀系数
0.5
0.48
发电机型号
SF3200-24
SF2000-20
发电机效率（%）
94
93.5
机组间距（m）
9.0
6.5
主厂房宽度（m）
12.5
11.0
主厂房长度（m）
40.9
36.4
吊车吨位/跨度（t/m）
32t/11m
16t/9.5m
机组及其附属设备造价（万元）
547
505
单位千瓦投资（元/kw）
855
841
注：
由于没有3000kW的电机，方案选择3200的电机做比较
1.1.2水轮机型号
根据工作水头在15.26～19.26m，流量在3×15m3/s，装机容量为3×2000kW。
宜选轴流式水轮发电机组。
该水头段合适的机型有：
ZD401、D560、ZDJP502等。
其模型技术参数如表6.1-2。
表6.1-2模型参数比较表
型号
推荐最优使用水头H（m）
最优工况
汽蚀系数
N10（r/min）
Q10`（m3/s）
ŋ（%）
ZD401
～16.2
130
1.5
90.5
0.42
ZD560
～16.2
140
1.05
88.3
0.38
ZDJP502
～16.2
123.6
1.515
92.1
0.48
以上所列均为国内应用较普遍的转轮，三种转轮各有特点。
相比之下，ZDJP502过流能力最大，效率及转速较高，水轮机及发电机尺寸小、重量轻、造价低。
由于其设备尺寸小，厂房尺寸相应缩小，但由于其它汽蚀系数大，需要降低其它安装高程，这又增加了防洪工程量，两个方面综合来看，在土建费用上，三种机型相差不大。
重点对ZD401和ZDJP502机组比较见表6-1-3。
表6-1-3机组机型比较表
装机容量（MW）
3×2000KW
3×2000KW
机型
ZD401-LH-140
ZDJP502-LH-160
额定水头（m）
16.2
16.2
额定出力（kw）
2140
2143
轮转直径（m）
1.4
1.6
额定转数（r/min）
428.6
300
额定流量（m3/s）
15.58
14.9
额定点水轮机效率（%）
89.7
90.6
实际吸出高度（m）
≤＋1.13
≤-0.11
机组安装高程（m）
195.37
194.24
鉴于上述情况，权衡利弊，推荐电站采用ZDJP502转轮。
水轮机转轮直径为1.6m，配套发电机SF2000-20，机组额定转速300r/min，机组采用立式布置。
1.1.3推荐机组机型主要参数
1.1.3.1水轮机
型号：
ZDJP502-LH-160（+5°）
设计水头：
16.2m
引用流量：
14.9m3/s
额定点效率：
90.6%
额定转速：
300r/min
飞逸转速：
600r/min
额定出力：
2143kW
额定工况气蚀系数：
0.48
允许吸出高度：
-0.11m
水轮机安装高程：
194.24m
1.1.3.2发电机
型号：
SF2000-20P
额定容量：
2000kVA
额定效率：
93.5%
额定转速：
300r/min
额定电压：
6.3kV
额定频率：
50Hz
额定功率因数：
0.8
转动惯量：
～26.5t·m2
1.1.4机组附属设备
1.1.4.1调速器
型号：
YWT-1800
最短关闭时间：
≤2s
调速轴最大转角：
45°
永态转差系数bp：
0～10
比例增益kp：
0～20
油压装置型号：
HYZ-1.6-2.5
额定油压：
2.5MPa
1.1.4.2励磁装置
励磁装置采用可控硅励磁装置。
1.1.4.3自动化元件
自动化元件按常规配置。
1.1.5调节保证计算
本电站为引水式电站，引水系统由坝、进水闸、引水隧洞等组成。
根据压力过水系统尺寸求得：
∑LTVT（压管）=70m2/s，
∑LCVC（蜗壳）=8m2/s，
∑LBVT（尾水管）=25m2/s，
合计∑LiVi=103m2/s，
发电机转动惯量GD2约为26.5t．m2，
机组在额定水头发额定出力时甩全部负荷的情况下，导叶为直线关闭，有效关闭时间为5s，机组速率最大上升值为53.3%；在最大水头额定出力甩全部负荷的情况下，压力管道末端压力上升值为50.7%；尾水管最大真空度为5.04m，均满足规范要求。
1.1.6辅助机械设备
1.1.6.1主厂房起重机械设备
主厂房吊运最重件为发电机转子，根据厂家资料，该件约重14t。
本电站选用一台16t/3t桥式起重机。
跨度：
9.5m；起升高度：
主钩12.0m，副钩14.5m。
1.1.6.2技术供水系统
本电站供水系统包括技术供水和消防及生活供水。
1）、供水量
2000KW机组机组技术供水用量：
①空气冷却器用水量为40m3/h；
②推力及上导轴承用水量为25m3/h；
③下导轴承用水量为13m3/h；
④水导轴承用水量为12.5m3/h；
⑤主轴密封用水量为4m3/h；
2000KW机组总用水量为94.5m3/h。
消防供水系统供水对象有厂房消火栓、发电机灭火、厂区户外消火栓。
消防系统用水量约为80m3/h（最大）。
2）、供水方式及设备
电站水头范围为15.26～19.26m。
根据《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》（DL/T5066-1996）的要求，本电站技术供水方式采用自流供水方式。
供水水源取自进水池，机组供水总干管设在主厂房上游侧。
自取水后，经滤水器、由电磁阀自动向机组供水，在每个机组段分成5条支路：
分别引入发电机空冷器环管、推力和上导轴承油冷却器供水管、下导轴承冷却器供水管、水导轴承冷却器供水管及水轮机主轴密封供水管。
根据需要，在每条支路上布置相应的监测设备。
消防供水主供水源取自尾水渠，经消防水泵加压供水，另外在进水池引一管道作为消防备用供水水源。
供水系统主要设备为两台ZLSG-100全自动滤水器和两台消防水泵。
（3）排水系统
排水系统包括机组检修排水系统和厂房渗漏排水系统。
①检修排水系统：
当机组过流部件需检修或检查时，检修排水系统将蜗壳、转轮室、尾水管内的积水及上下游闸门的漏水排出。
电站检修排水系统靠自流将流道的水排至下游尾水位，然后水泵直接将排不出去的积水抽排至下游。
1台2000KW机组检修，另外两台机组满发的情况下出现最大积水。
此时下游尾水位为194.74m，上下游闸门漏水量约为80m3/h，根据计算，设置1台液下排污泵作为检修排水泵，型号为150YW250-18-18.5，Q=250m3/h，H=18m,N=18.5KW。
②渗漏排水系统：
渗漏排水系统主要排出水工建筑物渗漏水；阀门、滤水器等设备的漏水；主厂房、发电机的消防水及生活污水等。
电站设置的渗漏集水井。
在主厂房195.903m高程水泵室内设置渗漏排水泵2台，型号为100YW140-18-15，Q=140m3/h，H=18m,N=15KW。
渗漏排水泵将渗漏集水井的水抽排至下游尾水。
在集水井内设置液位信号计，根据水位变化自动控制渗漏排水泵的起停和报警。
1.1.6.3油系统
供排油系统包括透平油系统和绝缘油系统。
①透平油系统
透平油系统主要满足机组各主要轴承的润滑用油和油压装置用油。
电站透平油用油量根据厂家提供的资料，一台机组用油量1.53m3,油压装置用油量为1.4m3,经过计算,本系统设净油桶1个,容积为3.0m3;运行油桶2个,容积均为1.5m3。
透平油处理室设置2台移动式油泵,型号为2CY-3/3.3-1,其中一台为接受新油的油泵,另一台为设备充油用油泵。
接受新油的油泵保证在规范规定的油槽车允许停车时间内将油卸完，充油用油泵保证在4小时内充满一台机组的最大用油设备。
为使污油得以净化处理，另设一台压力滤油机，型号为LY-30，1台真空滤油机，型号为ZJB-0.6KY;1台烘箱,型号为DX-1.0。
透平油库及处理室设置在安装间下195.903m高程。
②绝缘油系统
本电站交通方便，主变容量及用油量不大。
不设绝缘油系统，电站用绝缘油送至附近有条件处理的电站或西峡市区处理。
③油化验设备
油化验设备的主要任务：
对新油进行化验分析，鉴定是否符合标准；对运行油进行定期取样化验，判断是否需要处理。
本电站按简化分析设置配置。
1.1.6.4气系统
①高压气系统
高压气系统主要供油压装置用气。
油压装置压油罐容积为1.6m3，额定压力为2.5Mpa。
由于机组容量较小，根据规范要求采用一级压力供气方式。
根据油压装置用气量，选择2台空压机，其中一台工作，一台备用。
空压机型号为CZ-20/30F，排气量为0.34m3/分,额定排气压力为P=3.0MPa。
系统设置高压储气罐一个,容积为V=1.0m3，额定压力为2.5Mpa。
②低压气系统
低压气系统主要供机组停机时制动、检修时风动工具吹扫用气。
低压气系统的工作压力为0.7Mpa。
3台机组同时制动用气量约为10m3，选择2台空压机，其中一台工作，一台备用。
空压机型号为1V-2/8，排气量为2.0m3/分,额定排气压力为P=0.8MPa。
系统设置低压储气罐两个,容积为V=3.0m3，额定压力为0.7Mpa。
空压机室设置在安装间下195.903m高程。
1.1.6.5水力量测系统
（1）全厂性测量
电站全厂性监测设有上下游水位、电站毛水头、拦污栅前后压差等测量项目。
（2）机组段测量
机组段测量设有蜗壳进口压力、尾水管出口压力、水轮机顶盖压力、尾水管真空度、技术供水压力流量和温度等测量项目。
1.1.6.6机修设备
本电站装机容量不大，配置简单机械加工和修理设备即可满足平常维护修理作业，大件修理运至县城或返厂加工。
电站机修设备配置一台普通车床、一台牛头创床、一台立式钻床、一台台式钻床，以及电、气焊钳工工具等设备。
1.1.6.7消防系统
本消防系统主要考虑主、副厂房建筑物、发电机组机电设备及主变压器消防。
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的要求，主厂房建筑物采用消火栓，副厂房建筑物采用移动式灭火器，发电机采用消防环管，主变压器设置在室外，采用移动式灭火器。
经过计算，选择2台消防泵，消防水源取自技术供水管道，并从尾水池接一路管道作为消防水的备用水源。
消防水泵型号为XBD（HK）4/15，Q=54m3/h，H=40m,N=15KW,布置在水泵室内。
1.1.6.8水力机械主要设备布置
（1）主厂房及安装间
①厂房长度
电站为岸边引水式厂房，装设三台立轴轴流式水轮发电机组，机组为一列式布置，自右至左依次为安装间段和机组段。
安装间段长度为13.5m,机组间距由水轮机蜗壳布置尺寸控制,确定为6.50m,主厂房总长为36.42m。
②厂房宽度
主厂房宽度由水轮机蜗壳、水轮发电机组布置尺寸及机电设备布置等因素综合确定。
厂房上游侧宽度考虑蜗壳+y方向尺寸、水轮机检查维护通道要求、机旁屏、励磁装置的布置尺寸，确定机组中心线至上游侧边墙的距离为6.0m。
厂房下游侧宽度由蜗壳-y方向尺寸确定，同时满足调速器布置及通道要求，机组中心线至下游侧边墙的距离为5.0m。
主厂房宽度为11.0m。
桥式起重机跨度为9.50m。
③厂房高程
水轮机的安装高程为194.24m，机组尾水管底板高程为190.208m，发电机层的高程为199.859m，由吊装水轮发电机转子确定的桥机轨顶高程为209.360m。
④安装间布置
安装间与发电机层在同一高程，高程为199.859m，安装间尺寸按满足安装和机组大修时布置水轮机顶盖、转轮、发电机转子和上、下机架等五大件及工作空间所需尺寸确定。
安装间长度为13.5m，宽11.0m。
⑤设备吊运通道与厂内交通
主厂房下游侧为主运行通道，安装间布置在主厂房左端。
在厂房安装间和边机组段分别设有楼梯通向水轮机层。
（2）水力机械辅助设备布置
①水轮机调速器布置在发电机层第三象限。
②水泵室布置在厂房蜗壳层右端，高程为195.903m。
共布置五台水泵，其中两台渗漏排水泵，一台检修排水泵，二台消防泵。
③空压机室布置在安装间下水轮机层上游侧，高程为195.903m，室内布置两台高压空压机和两台低压空压机及2台储气罐。
④透平油库布置在安装间下水轮机层下游侧，高程为195.903m，油库内布置2只油罐、压力滤油机和真空滤油机及烘箱。
⑤绝缘油库和油处理室布置在厂区内厂房附近，主变压器的供排油由运油车完成。
电站不设置机修厂及油化验设备。
表6.1—4主要机械设备汇总表
编号
设备名称
单位
数量
1
水轮机ZDJP502-LH-160（+5°）
台
3
2
发电机SF2000-20P
台
3
3
调速器YWT-1800
台
3
4
微机励磁
台
3
5
自动化元件
套
3
6
测温制动柜
台
3
7
油压装置HYZ-1.6
台
1
8
16/3T电动双勾桥式起重机（LK=9.5m）
台
1
9
消防水泵XBD（HL）4/15
台
1
10
检修排水泵150YW250-18-18.5
台
2
11
渗漏排水泵100YW140-18-15
台
2
12
橡胶坝供水水泵DFSS125-230C
13
2m3油罐
个
2
14
漏油装置
个
1
15
压力滤油机LY-30
台
2
16
真空滤油机ZJB-0.6KY
台
2
17
烘箱DX-1.0
台
2
18
油泵2CY-3/3.3-1
台
4
19
空压机1V-2/8型
台
2
20
空压机CZ-20/30F型
台
2
21
贮气罐8×102kpa,1m3
个
1
22
贮气罐30×102kpa,3m3
个
1
23
固定滤水器
个
2
24
消火栓SN50
套
7
25
手提式泡沫灭火器
个
12
26
手提式CO2灭火器
个
10
27
手提式干粉灭火器
个
30
28
轴流风机
个
12
29
电焊机BX1-300
台
1
30
落地式砂轮机
台
1
31
手提式砂轮机
台
1
32
手提电钻
台
1
33
划线平台1000×750×150mm,▽6
块
1
34
电焊及气焊工具
套
1
35
钳工工具
套
1
36
量具
套
1
37
手提转速表LZ-30型离心式（30-12000rpm）
只
1
38
氧气瓶
个
2
39
螺旋千斤顶
个
2
40
手动葫芦1t
个
1
41
手动葫芦3t
个
1
42
透平油
t
12
43
绝缘油
t
6
44
管件类
t
15
45
阀门及其他
t
8
46
全厂性监测设备
1.2电工
1.2.1接入电力系统方式
电站总装机容量为6MW（3×2MW），三台机组并列运行，经两台主变升压为38.5kV后与系统并网,主变容量分别为5000kVA和2500kVA，以一回35kV线路送电至西峡城关35kV变电站，线路长度约为12km。
1.2.2电气主接线
1.2.2.1电气主接线接线方式
推荐方案：
根据装机台数和容量，结合该电站的运行方式，并考虑厂用电及工程管理用电，设两台主变压器，发电机电压侧采用单母线断路器分段接线，35kV电压侧仅有一回出线，采用单母线接线。
一回厂用电源取自机压6.3kV母线，另一回厂用电源取自35kV母线，经厂用变压器供电于0.4kV厂用母线。
两台变压器互为备用，厂用电压采用380/220V中性点直接接地系统，动力和照明混合供电。
比较方案：
三台发电机（3×2MW）采用单母线接线方式，由汇流母线集中分配电能，设一台变压器，35kV电压侧采用单母线接线。
厂用电源取得方式与推荐方案相同。
1.2.2.2技术比较
技术比较见表6.2—1
表6.2—1电气主接线技术比较方案表
电气主接线
方案
推荐方案
比较方案
可靠性
Ⅰ段母线上两台发电机任一台发生故障时，另两台发电机可通过1#主变并网发电。
可靠性高。
主变故障或检修时停三台机，可靠性低。
灵活性
一台机组发电时运行小容量主变，两台机发电时运行大容量主变，三台机发电机时运行两台主变，灵活性好。
每台机发电时都要运行主变，灵活性较差。
厂用电
分别取自35kV及6.3kV母线，可靠性高。
分别取自35kV及6.3kV母线，可靠性高。
1.2.2.3结论
经过技术比较,推荐方案较比较方案的可靠性更高,故采用推荐方案。
1.2.3主要电气设备
1.2.3.1短路电流计算成果
表6.2—2短路电流计算成果表
水电站短路电流计算成果表
顺序号
电源计算数据
短路电流计算数据
短路点
平均电压Up
电源名称
额定容量Se
直连电抗X
计算电抗Xjs
额定电流Ie
t=0秒
t=0.2秒
t=∞秒
冲击短路电流ip
短路全电流最大有效值Ip
短路容量S"
标幺值I*"
有名值I"
标幺值I*0.2
有名值I0.2
标幺值I*∞
有名值I∞
KV
MVA
相对值
相对值
KA
KA
KA
KA
KA
KA
MVA
2
K1
6.3
35KV系统
∞
1.26
9.16
7.27
7.27
7.27
发电机F1,F2,F3
7.5
3.87
0.29
0.69
3.86
2.65
3.02
2.08
3.02
2.07
合计
9.92
9.35
9.34
26.70
16.08
108.31
3
K2
37
35KV系统
∞
0.35
1.56
4.46
4.46
4.46
发电机F1,F2,F3
7.5
4.78
0.36
0.12
3.10
0.36
2.57
0.30
2.84
0.33
合计
4.82
4.76
4.79
12.63
7.52
308.93
1.2.3.2主变压器
（1）型式:
S10-5000/35三相油浸自冷式铜线无励磁调压变压器
额定电压:
高压38.5±2×2.5%kV
低压6.3kV
额定容量:
5000kVA
阻抗电压:
7.0%
连接组别:
Y,d11
冷却方式:
自然冷却
台数:
一台
（2）型式:
S10-2500/35三相油浸自冷式铜线无励磁调压变压器
额定电压:
高压38.5±2×2.5%kV
低压6.3kV
额定容量:
2500kVA
阻抗电压:
6.5%
连接组别:
Y,d11
冷却方式:
自然冷却
台数:
一台
1.2.3.3厂用变压器
两台厂用变压器均为三相油浸自冷式铜线电力变压器，无载调压，调压范围为±5%，型号为S11-M-160/35及S11-M-160/6.3，容量均为160kVA。
1.2.3.4高压开关柜
35kV高压开关柜选用KYN61-40.5型铠装移开式金属封闭开关柜，柜内断路器选用ZN85-40.5型真空断路器，额定短路开断电流25kA，弹簧储能式操动机构。
6.3kV高压开关柜选用MINI-12型箱型固定式交流金属封闭开关柜，柜内断路器选用VEM1型真空断路器，额定断路开断电流31.5kA。
1.2.3.5低压配电屏
厂用低压配电屏选用GCS型低压开关柜，额定工作电压交流380V，水平母线额定电流≤4000A，垂直母线额定电流1000A，额定短时耐受电流（1S）为50kA。
1.2.4高压电缆
35kV高压电缆选用阻燃交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，型号为ZR-YJV-3×120。
1.2.5过电压保护及接地
本电站直击雷过电压采用避雷针保护，在主变架构附近及35kV出线场各设一只避雷针。
户内设备过电压保护采用在35kV及6.3kV每段母线上分设避雷器。
具体过电压保护措施待技施设计时按《电力设备过电压保护设计规程》执行。
全站设一个接地网，接地网由垂直接地体与水平接地体组成，并充分利用自然接地体，接地电阻符合《电力设备接地设计技术规程》的规定。
1.2.6自动控制
电站采用中央控制室集中控制的常规控制方式，控制电源为直流220V。
机组的启停亦可在现地进行操作。
发电机采用自并励静止可控硅整流励磁系统，可控硅整流装置采用三相全控桥接线方式。
起励方式采用残压和直流起励。
调速器采用YZBT系列可编程步进电机调速器，调节规律为PID调节，并设有频率跟踪、频率给定、开度限制和各种事故保护装置。
调速器具备远方操作和机旁操作功能，且手动、自动切换时对机组不产生冲击。
电站进水口快速闸门的启闭，可在现地控制屏上或在主厂房机旁屏上控制操作。
当机组发生过速或事故停机过程中剪断销剪断，由事故继电器联动关闭快速闸门。
1.2.7继电保护
主设备继电保护按照国标GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》有关规定，结合本电站的具体情况进行配置。
1.2.
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