6机电及金属结构文档格式.docx
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6.1.4水轮机机型选择
1）经初步选择适用于本电站的混流式转轮主要有HLA260，HLA551，HLA616，
JF3001,HLD267等。
各型转轮模型技术参数见表6－1－1。
6-2
水头
范围
m
50～80
40～70
40～75
50~110
40~90
最优工况
n11
r/min
70
79.3
80.1
73.1
78.27
限制工况
Q11
L/s
1080
1326
1276
1190
910
nR
η%
90.0
93.2
93.13
93
94.58
σ
0.12
0.095
0.07
0.062
0.09
Q110
p
1150
1340
1100
89.0
89.6
88
86.5
91.5
η%
261
270.5
265.7
232
226
ns
0.14
0.114
0.1
0.11
m.kw
133
147.2
144.7
134
155
转轮模型参数表表6.1.1-1
转轮
型号
HL220
HLA551
HLA616
JF3001
HLD267
从上述列表的转轮模型参数经计算结果得知本电站水轮发电机在4000kw出力
时，各型转轮运行情况如下：
计算各转轮在本工程使用的结果如下：
HL220:
转轮直径为1.15m，转速为428.6r/min，额定效率90％，最高效率90％，
吸出高度为－0.87m。
HLA551:
转轮直径为1.05m，转速为600r/min，额定效率91.5％，最高效率
92％，吸出高度为0.70m。
HLA616:
转轮直径为1.05m，转速为600r/min，额定效率89.7％，最高效率
91.3％，吸出高度为2.12m。
JF3001:
转轮直径为1.10m，转速为500r/min，额定效率92.0％，最高效率
92.5％，吸出高度为0.58m。
HLD267:
转轮直径为1.12m,转速为500r/min,额定效率93.4％,最高效率
94％，吸出高度0.41m。
2）动能经济指标比较：
由于HL220转轮直径较大1.15m，额定转速低，水轮机效率最低、安装高程低，
所以不予推荐该转轮。
HLA551转轮和HLA616转轮应用在本电站计算转轮直径适中1.05m，额定转速较
6-3
高，安装高程较高，但在本电站使用由于偏离高效区，所以水轮机效率低，所以
暂不推荐该两型号。
JF3001转轮和HLD267转轮应用在本电站计算转轮直径适中1.10m和1.12m，额
定转速500r/min，安装高程适中，水轮机效率较高，所以本阶段以该两转轮作为
比选方案进行综合比较。
从水轮机的性能上：
两转轮的汽蚀系数相差不多，HLD267水轮机安装高程仅
比JF3001水轮机低0.17m，由于两转轮过流能力基本相同，所以转轮计算直径基本
相同，转速同为500r/min，所以两型号机组的投资也基本相同。
从经济上：
HLD267转轮最高效率比JF3001转轮最高效率要高1.5%，且年发电
量比JF3001转轮多36万KW.h，所以HLD267水轮机具有比JF3001水轮机较高的经济
效益。
从运行稳定上：
HLD267转轮与JF3001转轮虽然都作为一种新型转轮，但因其
能量、汽蚀特性好，特别HLD267水轮机在宽广的水头范围具备良好的变水头适应
性，良好的水力稳定性，无涡运行区宽广，良好的综合能量性能，较大的出力裕
度，较高的运行加权平均效率都要比JF3001水轮机好、所以目前国内很多电站普
遍使用HLD267水轮机，若本电站采用，属套用机组，水轮机生产厂家制作经验成
熟，而管理、运行、检修方便，。
综上所述，本阶段设计推荐选择HLD267-LJ-112水轮机，待机组招标后，选择
能量指标及稳定性较优的水轮机。
HLD267转轮运转特性曲线见图6.1.1
6-4
6.1.5机组台数比选
6-5
机组台数比选主要技术参数比较表表6.1.1-2
单位
4000×
HLD267-LJ-112
kW
%
m3/s
t
万元
SF4000-12/2600
kVA
0.8
t·
m2
万kWh
方案Ⅰ
2667×
HLD267-WJ-87
1.12
4170
500
93.4
9.06
0.41
25
115
SFW2667-10/1730
5000
≥24.8
37.1
259
＋20
2219
＋45
31.00×
11.00×
20.36
2275
方案Ⅱ
0.87
2810
600
6.20
0.23
21
145
3335
≥9.7
263
＋50
2174
+104
42.00×
9.50×
17.50
2315
+74
本阶段就总装机8000kW方案进行装机台数比较。
根据本电站的枢纽布置和水
能参数，本阶段以HLD276模型转轮，作为代表机型重点进行二、三台机装机台数
方案比较。
不同装机台数机组主要技术参数及投资估算见表6.1.1-2。
参数
单机容量（kW）×
台数
水轮机型号
转轮直径D1
水轮机额定出力Nr
额定转速nr
额定点效率η
额定流量Qr
吸出高度Hs
水轮机单机总重
水轮机造价
发电机型号
额定容量Sf
功率因数COSΦ
飞轮力矩GD2
发电机单机重量
发电机造价
机械辅助设备价差
主要电气设备价差
年电能
年电能差
主要机电设备投资差价
主厂房尺寸（长×
宽×
高）
土建投资
投资合计差价
6-6
注：
上表中的价格仅为机组台数比选用的估价。
1.枢纽布置及投资
三台装机方案水轮发电机组及主要辅助设备总投资较二台装机方案增加约70
万元；
三台装机方案发电厂房土建投资较二台装机方案增加约70万元。
所以二台
装机方案较优，三台装机方案的厂房长度比二台装机方案的厂房长度增加了9m，这
样同时也将减少了部分河道的行洪宽度，对防洪相对不利。
2.水轮发电机组设计、制造角度
结合目前国内已建或在建的中型水电机组设计、制造现状，两个不同装机台数
方案的水轮发电机组设计、制造难度相差均不大，均不存在问题。
3.机组运行及维护角度
本电站在系统中以发电为主，二、三台装机方案均能适应运行要求；
运行维护
工作量三台机要比二台机大。
4.机组运输安装
二台和三台装机方案转轮直径均不大，机电重大件运输不存在问题，但二台机
在施工上比三台机简单些、二台机的安装期也比三台机要短。
5.从机组稳定性角度
两台机和三台机的运行工况点均处于良好的运行区域，有利于减少叶片正背面
脱流；
另一方面由于运行工况点所处的高效率区较宽，还有利于保证机组的稳定运
行和减少机组运行时所发生的振动和噪音。
因此，两台、三台机的运行稳定性均无
问题。
综上所述，明显二台机方案较三台机方案好，结合枢纽布置情况，本阶段推荐
二台机方案。
6.1.6水轮机安装高程的确定
根据运行条件，按留有一定的安全余度的原则，来确定机组安装高程。
电站装
机二台，根据运行条件，下游设计尾水位按半台水轮机额定流量相对应的尾水位确
定，相应设计尾水位为▽尾=646.39m，对应的空蚀安全系数Kσ=1.6采用吸出高
度为Hs=0.41m，为了安全留有一定裕量，取水轮机安装高程为▽=646.30m。
6.1.7二大一小装机与二台装机的方案比较
6-7
33
32
由于本电站的保证出力为821KW，考虑在枯水期保证电站水轮发电机组稳定运
行时需求流量，本次设计另设2×
3500KW机组和1×
1000KW机组（方案一）与2×
4000KW机组（方案二）进行方案的分析和比较。
经计算（方案一）3500KW机组的转轮直径为1.05m，转速500rpm，额定流量
8.0m/min，根据转轮直径确定本机为立轴水轮发电机组，水轮机安装高程647.16m。
计算（方案一）1000KW机组的转轮直径为0.58m，转速750rpm，额定流量
2.4m/min，根据转轮直径确定本机为卧轴水轮发电机组，水轮机安装高程646.56m。
技术上：
由于（方案一）采用二大一小，在枯水期小流量时可以运行小机组，这样保证
了枯水期即使没有水库调节流量、电站也能正常发电，同时可以保证机组运行于较
高效率区。
由于（方案一）小机组为卧轴型式、而大机组为立轴型式、且两种机组的安装
高程不同、造成厂房发电机层不在同一的高程内，增加了厂房设计施工的难度，水
轮发电机组及辅助设备复杂、不协调、机组的备品备件必须要有立式机组的还要有
卧式机组的，电站运行检修都相应比（方案二）增加工作量和难度，由于小机组的
转动惯量小、在甩负荷时难以满足调节保证的要求，使电站不能安全稳定地运行。
而（方案二）机组的单机容量为4000KW，单机流量为9.1m/min,枯水期的小流量不
能维持机组运行的流量，但本电站的水库具有总库容648万m，调节库容439万m
的调节能力，可对电站进行周调节，所以在枯水期时电站可在电网用电低谷时停机、
在电网用电高峰时作为调峰电站运行（对于电网很需要具有调峰能力的水电站参加
运行），并且机组都运行在最高效率区内。
对下游三河口水库的影响：
三河口水库位于耖家庄水电站下游，与耖家庄电站
相距约23.5km。
由于三河口水库将拦蓄椒溪河、蒲河、汶水河的河水，三河口水库
具有7.1亿m的库容。
耖家庄电站坝址集雨面积486.0km，正常蓄水位下的库容仅
648万方，而下游三河口水库坝址集雨面积2186km，仅占三河口水库集雨面积的
22%；
耖家庄电站坝址多年平均多年平均径流量为2.18亿m，水库坝址以上多年平
均径流量8.65×
108m3。
耖家庄水电站发电完的流量全部归汇入原河流进入三河口
水库，所以在枯水期电站的发电并不影响三河口水库的蓄水和调节能力。
6-8
经济上：
（方案二）2×
4000KW机组比（方案一）2×
3500KW+1×
1000KW的机组
的平均效率要高了2%，所以年发电量约多44万kw.h，（方案一）的年运行费用也
比（方案二）要高。
在投资上：
（方案二）总投资（机电加土建）2844万元，（方案
一）总投资（机电加土建）2963万元，（方案一）组比（方案二）需增加投资119
万元。
综合结论：
从技术上分析（方案二）优于（方案一）且不影响三河口水库的调
水；
在经济上（方案二）比（方案一）投资少，年运行费用少；
从分析结果无论从
技术上或经济上（方案二）都优于（方案一），所以耖家庄水电站应选用（方案二）
即2×
4000KW的水轮发电机组装机方案。
6.1.8水轮发电机组参数
（1）混流式水轮机
型号：
HLD267-LJ-112
额定出力：
4170KW
额定水头；
50.40m
设计水头：
51.60m
额定流量：
9.06m/s
额定转速：
500r/min
飞逸转速：
920r/min
额定点效率：
93.4%
导叶高度：
0.32m
尾水管高度：
3.377m
转轮叶片数：
13片
叶片形状：
X长短型
轴向水推力：
17.14t
吸出高度：
0.41m
（2）三相交流同步发电机
型号及型式：
SF4000-12/2600
额定功率：
4000KW/5000KVA
6-9
920r/min
S1=4.5S，慢关时间S2=10.4S，导叶
2O,机组能满足大波动调节保证，并留有一定裕度，符合规
500r/min
额定电压：
6.3kV
额定电流：
458.2A
保证效率：
不小于96%
功率因数：
0.80（滞后）
飞轮力矩：
不小于25t﹒m
通风方式：
密闭循环空气冷却
6.1.8调节保证条件
本电站为引水式水电站，输水系统为一管二机的供水方式，输水系统的总长度
ΣL＝438m（从调压井到水轮机尾水管出口）,计算ΣLV为1456m/s，水流波速
ac=960m/s,管道特性系数σ＝0.368，ρ＝3.222，分析水击现象为间接末相水击，
本电站机组转动惯量GD＝247KN.m,机组惯性系数Ta＝4.23，由于本电站输水系统
较长，如果调速器采用一段直线关闭规律方式时、当机组甩100%负荷时输水系统最
大压力上升相对值ξ和机组最大转速上升相对值β都超过了规定值，不能满足调节
保证的要求。
现采用优化导叶关闭规律，根据本电站的特点、拟采用先快后慢的二
段分段关闭规律，计算参数：
设导叶快关时间TT
分段拐点开度τg=15%，其他参数如上不变，则两台机组同时甩100%负荷时、输水
系统的最大压力上升相对值ξm不超过40%，机组最大转速上升相对值β不超过45%，
尾水管真空度不超过3mH
范要求。
6.1.9调速器
经计算本电站水轮发电机组调速功为1830（kg.m），选择具有PID调节规律的
TDBYWT-20000（KN.m）组合式微机调速器（带中间气罐、自动补气和油压装置），
调速器的工作油压选用6.3Mpa。
6.1.10进水阀及操作方式
每台水轮机蜗壳进水前配一台HD7x41X（PN:
1.0MPa）、阀门直径为1.60m的蓄
能器式液控缓闭止回蝶阀作为机组事故紧急关闭和机组检修闭水用。
6-10
辅助机械设备
6.1.11厂内起重机
为满足主厂房内主机及辅助设备的安装检修的需要，在主厂房内设置一台慢速
电动双梁双钩桥式起重机，按最重件水轮发电机转子连轴约18.5t，附加吊具重约
1t，选择25/5t慢速电动桥式起重机一台，双梁跨度11.00m，轻、中级工作制。
6.1.12
6.1.12.1技术供水系统
机组技术供水主要对象为水轮发电机组轴承油冷器、发电机冷却器、厂房生活
用水，兼消防用水;
根据水轮发电机组的参数计算每台机组的用水量为80m/h，全
厂总用水量180m/h，机组冷却水压0.22～0.28Mpa，选择两台机共用一条供水总
管。
由于本电站水头范围为36～58m、所以选择压力钢管自流取水方式，水泵的钢
管取水口设在水轮机进水阀前。
为保证消防供水设置一台消防备用水泵，初步选择XBD4.9/8.0-DL65X3
一台，水泵参数：
Q=36m/h,H=42m,电机功率7.5kw。
6.1.12.2厂内排水系统
1.渗漏排水
为排除厂房内水工建筑和机组设备的渗漏水，根据厂房及设备的渗漏水量，在
厂内设一个有效容积为30m的渗漏集水井，并设置IS80-65-160A型单级离心泵2
台，工作方式为一台工作，一台备用。
水泵参数：
Q=46.8m/h,H=28m,水泵电动机功
率7.5KW。
2.检修排水
由于本电站尾水管顶高程位于最低尾水位以下，机组检修时、需排除尾水管积
水，所以需设置排水设备，在尾水管设置盘形阀并用管道连通到集水井，当机组检
修时打开盘形阀将水排至集水井后由渗漏排水泵将水排到厂房外。
6.1.12.3压缩空气系统
1.中压空气系统
本电站调速器油压装置的额定压力采用6.3MPa，调速器选择带有自补气装
置、所以不设中压气系统。
2.低压空气系统
6-11
为提供机组制动、风动工具、维护检修用气及设备吹扫用气等，厂内设置二台
BA-15UF型螺杆式空气压缩机，一台工作、一台备用，参数为：
排气量为Q＝
1.7m/min，排气压力为P＝0.8Mpa，电动机功率为N＝11kW。
并设置一个2.0m、压
力0.8Mpa的储气罐。
6.1.12.4油系统
1.透平油系统
本电站一台机组最大用油量（包括调速器油压装置用油）约为3.00m3，净油桶
的容积按一台机组最大用油量的110％考虑，即3.30m3。
选用4.00m3的净油桶1
个，4.00m3的运行油桶1个；
选择LY－50型压力滤油机2台，ZJCQ-2型真空滤油
机1台，2CY-1.1／3.3-1型齿轮油泵2台。
本电站不设油分析化验设备，需要进行
化验分析时，可到汉中市进行化验检测。
2.绝缘油系统
本电站一台最大变压器S11-10000/35的用油量为4t。
变压器检修周期又为10
年，开关电器几乎不用绝缘油，因耖家庄水电站距汉中市较近，所以不设绝缘油系
统，当变压器需检修或临时补充用油时可从城区调用清洁的绝缘油添加。
6.1.12.5水力监测测量系统
为了监视电站和机组运行情况，便于对机组进行监控、优化调度，以提高电
站运行水平和经济效益，电站设置下列量测项目：
1.上游水位：
上游校核水位为431.00m，死水位426.50m，暂选用MPM416W
型水位变送器，量程0～6m。
上游水位：
下游校核水位为429.45m，最低尾水位415m，暂选用MPM416W型
水位变送器，量程0～6m。
2.电站毛水头：
上、下游水位差，由计算机监控系统完成。
3.进水口拦污栅差压：
通过拦污栅前后水位差获得差压值（由计算机监控
系统完成），栅前利用上游水位计，栅后暂选用MPM416W型水位变送器，量程0～6m。
4.蜗壳进口压力：
选用MDM480压力变送器和Y-150型压力表。
5.蜗壳末端压力：
选用Y-150型压力表。
6.尾水管进口压力：
选用MDM480压力变送器和YZ-150型压力真空表。
6-12
7.尾水管出口压力：
8.水轮机工作水头：
蜗壳进口压力与尾水管出口压力差，由计算机监控系
统完成。
9.水轮机流量：
选用LQJ-2型蜗壳测流装置。
10.机组冷却水压力：
选择Y-150型压力表。
6.1.12.6机修设备
为满足电站机组设备的维护和检修，按原水电部1975年颁布的《水电站机械
修理设备配置标准（试行）》，本电站机修设备按“小二”型配置。
考虑到本电站机
组台数较少，设备利用率低，故在上述标准基础上作些简化，具体设备详见水力机
械主要设备汇总表。
6.1.13水力机械设备布置
1.厂房长度
电站装设两台立式水轮发电机组，厂内布置从右至左分成一个安装间段和一个
机组段，机组一列式布置。
安装间及两个机组段长度依次为10.50m，20.00m,机组
间距为8.00m。
主厂房建筑总长为31.02m。
2.厂房宽度
主厂房宽度按水轮发电机组布置尺寸确定。
厂房下游侧宽度4.50m，上游侧宽
度6.50m，主厂房宽度12.80m，桥吊跨度11.00m。
3.厂房高度
水轮机转轮中心高程为647.33m，尾水底板高程644.05m，阀坑层高程645.81，
水轮机层高程648.81m，发电机层高程653.31m，由吊装水轮发电机转子确定的桥
吊轨顶高程660.31m，厂房大梁底高程663.31，尾水底板距屋顶排架大梁
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