水电站课程设计.docx
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水电站课程设计
水电站课程设计
水电站
课程设计说明书
题目水电站地面式厂房布置设计学号[1**********]6班号五班专业名称水利工程姓名谭柳设计日期2019.1.7
湘贺水电站工程概况和基本资料
1.工程概况
湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里，属于山区河流。
本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，为多年调节水库。
本枢纽的目标是防洪和发电。
主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5米，弧长370米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧道；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工程。
水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。
电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。
2.电站枢纽
电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5米，支洞内径3.4米，厂内装置4台混流式立式机组，出线方向为上游，永久公路通至左岸。
3.设计参数及依据
（一）水库及水电站特征参数1、水库水位
水库校核洪水位140.00m水库设计洪水位137.00m水库正常高水位125.00m水库发电死水位108.00m设计洪水尾水位77.00m校核洪水尾水位78.50m2
3最大水头56.00m最小水头38.00m平均水头50.84m计算水头48.30m4、地形地质
电站枢纽地形参见地形图。
左岸地势较平缓，右岸地势较陡。
枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床砂卵石覆盖层平均深2～4m。
5、供电方式
本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能作调相运行，水电站主接线采用扩大单元接线方式，采用110千伏、35
千伏及发动机电压10.5千伏三种电压等级送电；高压侧采用桥型接线方式。
6、对外交通
下游左岸有永久公路通过。
水电站主要动力设备及辅助设备
（二）水电站主要动力设备及辅助设备1、水轮机：
型号HL220—LJ—225
额定出力15.6MW额定转速214.3r/min单机额定（最大）流量36.2m3/s2
3调速器型号：
DT—100
机械柜尺寸：
长×宽×高=750×950×1375（mm）电气柜尺寸：
长×宽×高＝550×804×2360（mm）
4
5①三相三线圈主变二台
型号：
SFSL1—50000/110/35/10
尺寸：
长×宽×高=6300×4250×5500（mm）
轨距：
1435（mm）
检修起吊高度：
7600（mm）主变器自身重：
39.5吨②厂用变压器二台
型号：
SJL1—630/10/0.4每台机六块：
控制盘1块，保护盘1块，表记盘1块，动力盘1块，励磁
盘2块。
尺寸：
宽×厚×高＝800×550×2360（mm）（三）副厂房参考面积（参见有关规范）一、主要设备尺寸确定
1、蜗壳
型式：
由于水电站特征水头大于40米，所以选用断面形状为圆形的金属蜗壳。
包角采用3450，蜗壳进口断面的平均流速Vr由教材32页经验曲线查得，设计水头为48.3m时，对应的平均流速Vc为5.30m/s。
座环固定导叶外径Da为3850mm，内径Db为3250mm，导叶高度b0=0.25D1=0.25*225=56.25cm，单击额定最大流量Qmax=36.2m3/s.2
3、尾水管型式
为减小尾水管开挖深度，及使其由良好的水利性能，尾水管采用弯肘型的。
水轮机型号HL220-LJ-225,n额=214.3r/min,为高转速的，且D1
尺寸选用下表。
其中D1=225cm。
单位为m。
4、转轮
转轮型号尺寸：
立轴，混流式
D1=225cm，导叶高度b0=0.25*225cm=0.56m5、发电机
型号：
SF15-28/550转子直径：
4900mm，机架外径：
6470mm；风罩内径：
8400mm，厚度300mm；定子高度：
2.13m；转子带轴高度：
4.39m。
悬式水轮发电机，布置方式是上机架埋入式。
二、厂房各部分高程
1、水轮机安装高程利用公式:
ZsHswb0/2
其中,
是水轮机安装高程处海拔高程，可取下游平均水位的海拔高程，可在下游
水位流量曲线上通过内插可得，当流量为36.2m3/s时，水位为69.1m。
σm为模型气蚀系数，可在水轮机转轮参数表中查得HL220-LJ-225的模型
气蚀系数为0.133.
Δσ为气蚀系数的修正值，可根据设计水头Hr由教材图2-26中查取，当Hr为48.3m时，气蚀系数修正值为0.026.
H为水轮机水头，一般取设计水头Hr=48.3m
所以
Hs10
69.1
（0.1330.026）48.32.24m900，取Hs为2m。
w为下游设计水位，当电站装机台数为4台时，确定设计尾水位的水轮机过流量为1台水轮机的额定流量36.2m3/s，通过下游水位流量曲线内插得w为69.1m。
b0为水轮机转轮直径，大小为0.56m
则水轮机安装高程为ZsHswb0/2269.10.2871.38m2、主厂房开挖高程
b
挖安0h
2
h—尾水管高度；
δ—尾水管厚度。
尾水管底板采用整体式底板，厚度取1.5m则挖71.380.285.851.563.75m3、水轮机层地面高程
水安maxh1
max：
蜗壳最大半径，为1.44m；
h1：
蜗壳顶部混凝土厚度。
一般不小于1.0米。
则水71.381.44173.82m4、发电机装置高程
装水h2h3
h2：
机墩进人孔高度，一般1.8~2.0米左右，取2米；h3：
进人孔顶部混凝土厚度，一般1米左右；则装73.822176.82m5、发电机层楼板高程
发装h4
h4：
定子高度，如果发电机上机架为埋入式，则还需加入上机架高度。
这里发电机采用上机架埋入式，埋入深度为0.3m。
则发76.822.70.379.80m
6、吊车轨顶高程
轨发h5h6h7h8
h5：
吊钩垂直安全距离，垂直净距柔性吊具0.6-1.0m、钢性吊具0.25-0.5m，此处用柔性吊具，h5取0.8m；
h6：
起吊部件高度，为发电机转子带轴、水轮机转轮带轴、主变三个中的最大值。
由于发电机转子带轴高4.39m，主变检修起吊高度8.2m，水轮机转子带轴高=发电机层楼板高程-水轮机安装高程-发电机转子带轴高=79.15-71.38-4.39=3.38m。
由于主变高度与其他相差太大，考虑在发电机层设置主变坑，检修时不用起吊主变，故最大吊物高取4.39m所以h6取4.39m；
h7：
吊索或吊具高度，柔性吊具取0;
h8：
吊钩至轨顶距离，取决于吊车型式及尺寸，由于转子带轴重80t，主变压器身重39.5t，水轮机转轮带轴重约10t，起重设备可取主钩容量为100t的单小车，假设跨度为16m，则吊钩至轨顶距离为1.474m。
则轨79.800.84.3901.47486.464m7、屋面大梁底部高程
梁轨h9h10
h9：
桥吊轨顶至小车顶距离，查表可得为3.692m；h10：
小车顶部到屋面大梁底部的距离，取0.3m。
（一般30cm即可）。
则梁86.4643.6920.390.456m8、屋顶高程
顶梁h11
h11：
屋面大梁（或桁架）+屋面板+保温防水层高度，屋面大梁为（1/8~1/12）厂房跨度，当厂房跨度为16m时，取1.5m；屋面板厚度取0.2m；保温防水层高度取0.1m；
则顶90.4561.50.20.192.256m
9、装配场楼板高程
由于发电机层高程为79.25m，高于下游最高洪水位78.5m，所以装配厂层可取与发电机层楼板高程同高。
三、平面布置
1、机组段长度
两机组中心线距离：
L1LxLx蜗壳层：
蜗壳外包线尺寸以及蜗壳外二期混凝土厚度。
Lx
R11
L，x
R22
1、2蜗壳外围混凝土厚度，初设时取
1.2~1.5m。
L1R1650R34503.7711.2
12
则4.5951.210.77m
发电机层：
Lx
2bLx
223
b2
3
3:
发电机风罩内径；
3:
发电机风罩壁厚，一般可取0.3~0.4m；
b1：
两机组之间风罩外壁净距，一般可取
1.5~2.0m，
如两机组之间设楼梯时取3~4m。
则L1=8.4/2+0.3+4+8.4/2+0.3=13m（3）尾水管层：
L1=B5+b2=6.12+3=9.12m
其中B5为尾水管宽度，b2为尾水管间距由于13>10.77>9.12,所以机组段长度取13m
2、端机组段长度L2B/2L，
L:
决定于安装间位置，桥吊宽度和工作
范围，应保证机组中心线或进水阀中心线在吊钩极限位置以内，并留有0.2~0.3m的裕度。
B/2:
小车宽度的一半；
则L28.616/21.50.36.11m则主厂房长度为4*L1+L2=4*13+6.11=58.11m
3、主厂房宽度
（1）发电机层：
决定于机组尺寸和发电机
层设备布置
BB上B下
B上
3
2
厂房上游侧宽度
3A
，
3:
发电机风罩内径，为8.4m；
3：
发电机风罩内径，取0.3m；
A为风罩外侧至厂房上游墙内侧（或立柱内侧）净距，决定于设备布置。
上游侧布置的设备有：
调速器：
（包括机械柜、电气柜、油压装置、接力器）
调速器之间油管路相连尽量靠近。
机旁盘：
要考虑机旁盘前的巡视，一般要求1.5m，以及机旁盘后进线要求，一般要求80cm。
蝶阀吊孔：
蝶阀中心线与机组中心线满足两倍蝶阀直径。
另考虑发电机风道尺寸。
厂房下游侧宽度B下:
下游侧主要考虑发电机尺寸及发电机层主通道要求，一般主通道宽度为2-2.5m。
还要满足蜗壳尺寸及外围混凝土厚度要求。
（主通道是从发电机风道外侧到排架柱内侧的距离）
B下
则使发电机层宽度最小的B上、如下：
B上=8.4/2+0.3+1.5+1.9+0.8+0.55+0.8=10.05m
B下=8.4/2+0.3+2=6.5mB=B上+B下=16.55m
（2）蜗壳层
由教材247页可知，蜗壳层宽度B=Bs+Bx
Bs=m
其中2*0.5为蝶阀上下游检修所需长度，1为
伸缩节长度，0.5为上游墙厚度。
D阀为蝶阀宽度，
D阀+2*0.5+1+0.5=1.8+2.5=4.3
为1.8m。
Bx=
D750D255012*0.83.174.222.610mD750
、
其中
D2550
为外包角分别为750与2550时的蜗壳外包线长度；1为一
期混凝土厚度，2*0.8为二期混凝土厚度。
因为16.55>10,所以厂房宽度取16.55m。
由右图知，桥吊距边墙内墙宽度至少为75cm，而16.55-0.75*2=15.05m，所以桥吊跨度可取为16m。
与求吊车轨顶高程时的假设一致。
厂房宽度为16+0.75*2=17.5m。
四、装配场长度确定
装配场的尺寸取决于扩大性检修所需面积，且其宽度必须要与主机室同宽。
而对于悬式发电机，扩大性检修需检修四大物件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮水轮机顶盖。
其所需尺寸分别为转子直径4.9米，周围要留有1~2米工作场地；发电机上机架外径8.47米，水轮机转轮直径2.25米，四周要留1m宽的工作场地。
装配厂的长度可取6.47+1+2+4.9+2=16.37m五、主厂房各层布置
1、发电机层：
发电机采用上机架埋入式布置，需布置有发电机、调速设备（油压装置、电气柜、机械柜）、机旁盘、楼梯、吊物孔、吊阀孔、交通道等。
2、水轮机层：
水轮机层布置机墩、调速器、接力器、阀门操作设备、油、气、水管路、出线、电气设备、吊阀孔等，机墩采用圆筒式
3、蜗壳层：
布置蝶阀、蜗壳、水泵渗漏及检修集水井，并设有通向水轮机的楼梯。
4、详细布置见水轮机层、发电机层、蜗壳层综合平面布置图。
六、副厂房的布置
（一）直接生产副厂房
1、中控室为全场的中枢，其位置最好能选择在变电站和机组之间，以节省电缆，其高程与发电机层同一高程，要有专用的最短通道通至发电机层及变电站以方便运行。
2、一般水电站在中控室下面设有一层净空高不小于1.8米，面积与之相同的集缆室（或称电缆夹层）。
该层汇集了来自主厂房的变电站的各种操作电缆，然后通向中控室控制盘、操作盘。
配电装置室（开关室）设有一系列的发电机电压及厂用电的开关柜（油开关、遮断器）、电抗器及相应的配电盘等设备。
其数量及布置系根据电气主接线的方式而定。
整个配电装置室至少应有两个经过楼梯间的向外独立出口，另外在布置中尚须考虑设备进厂的运输通道。
电缆廊道是供铺设中控室至发电变电站、发电机的操作电缆和动力电缆专用的长廊，其位置也宜在变电站及中控室的一侧。
母线廊道放在发电机出线方向的
水利水电学院《水电站》课程设计
一侧，并靠近主变、场变的位置。
母线廊道及电缆廊道必须要有防火、防潮措施。
厂变（厂用变压器）应尽量靠近开关室，以缩短其连接的母线。
直流系统是当机组故障，又无外来电源时作为事故照明以及部分动力设备用电；厂房中部分仪器、仪表的用电。
整套系统不得布置在中控室、开关室等上面。
每小时定时通风多次。
蓄电池室系统用房包括套间（前室）、储酸室、充电机室和通风机室等，这些房间尽可能靠在一起并在同一层上。
蓄电池室在可能范围内尽量靠近中控室布置，以节省端电池至直流盘的直流电缆。
蓄电池室的出入口单设，与其他电气室或办公室分开。
电气试验室通常设有高压试验室和电工仪表试验室两部分。
前者是试验电气设备各种性能用的，后者用作对继电保护、自动装置及电工仪表的校验、调试和检修。
高压试验室一般布置在生产副厂房与安装相同高程的一层，便于搬运设备。
电工仪表、继电保护、自动装置试验室可布置在中控室周围，这样联系方便。
厂用变压器可以布置在厂外主变压气旁，当厂内有空间时也可以布置在厂内。
不过布置在厂内时，干式变压器特别要注意防潮，少油式变压器特别要注意防火。
一般的位置可放在水轮机层的高程处（如生产副厂房的底层或安装间底层尾水平台下层）。
确定厂用变压器室位置时，应考虑使发电机低压连线和二次侧配电装置连线最短。
七.厂区枢纽布置如图
八、其他
水电站厂房为防止地基不均匀沉陷，以及减少下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，必须沿厂房长度方向（纵向）设置永久的温度伸缩缝或沉降缝。
当厂房基础为岩基的情况下，由于基础约束应力较大，大型水电站一般每台机组设一条永久伸缩缝，缝自基础通至厂顶，布置在两台机组之间，整个主机间系由若干机组段组成，每个机组段成为独立的计算单元。
中型电站也有每两台机设一条伸缩缝的。
当厂房处于软基的情况下，为了避免基础不均匀沉陷及加强厂房的整体性，一般在主机间不设永久伸缩缝。
对于多机组的厂房，为了减少混凝土干缩和大体积混凝土硬化时水化热温升给结构带来的不利影响，可在施工期设置临时缝，两临时缝的间距可考虑约为50米。
临时缝两侧均需留出钢筋，施工完毕后焊接骑缝钢筋并用水泥砂浆将缝灌好。
在任何地基情况下，厂房与大坝（坝后式）、主机间与安装间、主厂房与副厂房之间均需设置沉降缝，以避免两个不同性质的建筑物因地基应力相差太大而引起裂缝。
永久缝缝宽一般为2厘米，缝间填沥青油毡。
临时缝可适当放宽。
厂房水下结构的永久缝、临时缝都要有止水装置，以防渗漏。
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