南昌工程学院水电站课程设计教材.docx

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南昌工程学院水电站课程设计教材

NANCHAhIGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

水电站课程设计

系院：

水利与生态工程学院

班级：

水利水电工程

姓名:

学号:

指导教师：

孙笑老师

一、丰厂层

副厂房

二、

主变压器

四、

高压开关站

五、

引水道、尾水道及对外交通线路的布置

二、水电站厂房布置说明书5

一、水电站基本资料6

二、水电站厂房主要设备7

三、辅助设备系统9

四、厂区布置10

五、主厂房场内布置11

六、主厂房结构布置12

七、主厂房轮廓尺寸主要参数表13

八、副厂房布置14

三、设计计算说明书14

一、设计水头确定14

二、压力管道直径及蝶阀的确定14

三、蜗壳尺寸的确定15

四、尾水管尺寸计算16

五、水电站厂房尺寸设计17

四、参考文献21

、厂区布置原则

厂区布置是指水电站的主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、引水道、尾水道及厂区交通的相互位置的安排。

一、主厂房

主厂房是厂区的核心，对厂区布置起决定性作用，其位置要综合考虑地形、地质、水流条件、施工导流方案和场地布置、电站的运行管理等多种因素，除了注意厂区各组成部分的协调配合外，还应考虑下列因素：

（1）尽量减小压力水管的长度。

因此对于坝后式水电站，主厂房应尽量靠近拦河坝；对于引水式水电站主厂房应尽量靠近前池和调压室。

（2）尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞出口，防止水位波动对机组运行不利。

尾水渠与下游河道衔接要平顺。

（3）主厂房的地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。

二、副厂房

副厂房可选的位置：

（1）主厂房的上游侧。

适用于坝后式水电站。

（2）尾水管顶板上。

影响主厂房的通风、采光，需加长尾水管，从而增加工程量。

由于尾水管在机组运行时振动较大，不宜布置中央控制室及继电保护设备。

（3）主厂房的两端。

当机组台数多时，这种布置会增加母线及电缆的长度。

三、主变压器

1.主变压器场的布置原则

主变压器的位置应结合安装、检修运输、消防通道、进线出线、防火防爆要求确定。

（1）尽量靠近厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、防爆、防雷、防水雾和通风冷却的要求，安全可靠；

（2）尽量与安装间在同一高程上，便于主变压器的运输、安装和利用轨道推进厂房的安装间进行检修；

（3）变压器的运输和高压侧出线要方便，且变压器之间要留必要空间。

（4）高程应高于下游最高洪水位，且四周设置排水沟。

2.升压变压器可能布置的位置

（1）坝后式厂房，可以利用厂坝之间的空间布置升压变压器。

（2）河床式厂房，由于尾水管较长，可将升压变压器布置在尾水平台上，这时尾水平台的宽度，应使升压变压器在检修移出时符合最小安全净距的要求（详见电气设备规范）。

（3）引水式地而厂房，变压器场可能的位置是厂房的一端进厂公路旁、尾水渠旁、厂房上游侧或尾水平台上。

（4）由于地形和场地的限制，个别水电站有将主变压器布置

在厂房顶上。

地下厂房的主变压器可布置在地下洞室内。

四、高压开关站

高压开关站布置各种高压配电装置和保护设备，如电缆、母线、各种互感器、各种开关继电保护装置、防雷保护、输电线路以及杆塔构架。

这些设备型式、数量、布置方式和需要的场地面积，是根据电气主接线图、主变的位置、地质地形条件及运行要求加以确定。

高压开关站一般为露天布置。

应尽量靠近主变压器场和中央控制室，且在同一高程上。

由于地形限制，往往有一高程差，通常布置在附近山坡上，也有布置在主厂房顶上的。

当地形较陡时，可布置成阶梯式和高架式,以减少挖方。

当高压出线不止一个等级，可分设两个或多个开关站。

五、引水道、尾水道及对外交通线路的布置

引水道一般为正向引水，尽可能保证进、出水水流平顺。

当水管直径很小时且根数较少时，也可侧向引水；

尾水渠一般为明渠，正向将尾水导入下游河道，少数情况也可侧向导入下游河道。

对外交通一般为公路，也有的采用铁路或水路的。

引水式厂房一般沿河岸布置，进厂公路可沿等高线从厂房一端进入厂房。

坝式电站进厂公路一般从下游侧进入。

公路、铁路要直接通入主厂房的安装间，临近厂房一段应是水平,长度不小于20m,并有回车场地。

公路的坡度不宜大于10%~12%,转弯半径大于20m。

二、水电站厂房布置说明书

一、水电站基本资料

（一）工程概况

附图1为水电站的厂房布置图，它是一座以发电为主兼有防洪、灌溉、过木、供水等综合效益的县办骨干电站。

采用钢筋混凝土堆石坝，最大坝高74m,坝址以上控制流域面积564km2,占全流域面积的75.3%,多年平均流量为17.6^/s水库总库容为2.783xlO8m3,属多年调节。

厂房为坝后式,安装3台8000KW机组，总装机容量2.4xlO4/HV,保证出力5500KW,多年平均发电量7260x104A3V/?

年利用小时3025h,在系统中（地方电网）担任调峰、调相任务，并可对下游梯级进行调节，经济效益显著。

在枢纽布置上，为避免厂房、溢洪道、筏道的相互干扰，将岸坡式溢洪道布置在坝左岸的一鼻形山脊上，用钢筋混凝土挡土墙与堆石坝衔接，出口消能采用挑流形式。

过木干筏道布置在坝左岸的山坡上。

隧洞布置在坝右岸的山体中，具有导流、发电引水和放空等多种功能，即施工期用隧洞导流，并在导流洞口上的山岩中另开一洞口，与隧洞相连成为“龙抬头”形式，采用塔式进水口作为发电引水和放空隧洞的首部，水库蓄水时将导流洞口封赌。

隧洞直径为5.2m。

隧洞出口设有放空水库用的闸门。

在放空闸门上游另凿发电引水岔洞，洞径4.6m,然后以三根①2加的钢支管与机组相连。

本工程规模属大

（2）型，枢纽为二等工程，电站厂房按3级建筑物设计。

二、水电站厂房主要设备

1、水轮机和发电机

电站最大水头Hmax=64.3/h,加权平均水头Hcp=59.63m,最小水头Hmin=38.02,Ho按水头范围及装机容量，套用3台现有机组。

水轮机型号为HL220-140,单机额定出力为8333KW,该机组适用Hmax=65m,Hmin=38mHp=58m,额定流量16.5zn'/s,和电站水头范围比较匹配。

发电机型号为SF8000-16/3300,单机额定出力8000KW（悬式），采用密封式通风，可控硅励磁。

水轮机导叶如为0.35m。

水轮机带轴长3.74m,发电机转子带轴长4.785m.。

一台机组在设计水头、额定出力下运行的尾水位为100.1mo

2^调速器：

选用YDT-3500型电气液压式

3、主阀：

采用卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀

4、桥式起重机：

本电站的最重部件为发电机转子带轴重37.5t,结合厂房布置要求。

选用起重机跨度Lk=12,»,主副钩最大起升高度分别为20m和22m,主钩最高位置至轨顶距离为0.911m,小车高度

2.723mo厂房屋顶结构厚度为2.456m。

三、辅助设备系统

（1）、油系统：

根据设备用油量选用6m3净油桶1只、6m3污油桶1只，净油设备压力滤油机2台，真空滤油机1台，共有设备齿轮油泵1台。

绝缘油系统，选用8m3净油桶2只、8m3的污油桶2只。

油净化系统与透平油共用，变压油的充油和排油均在安装场内。

两类油的事故排油均由管道排往集水井，然后用油泵把事故油抽出来。

（2）、供水系统：

1、技术供水，由于本电站水头范围为38.02^64.31m,且水质、水温均满足要求，所以采用自流供水方式。

取水口设在每台机组蝴蝶阀前的压力钢管上，并与全场技术供水总管连通，互为备用。

每台机组供水管上均设电磁液压阀。

以保证自动投入或切除。

2、消防用水，全长设一消防用水总管与技术供水总管联通。

油库、油处理和变压器上安装消防喷雾头。

一般情况下，采用自流供水就可满足全厂消防用水对水压的要求。

但，为以防出现水电站最小水头运行情况，另设2台水泵（1台备用）从下游抽水送至消防总管，同时也作为技术供水的备用水源。

（3）、排水系统：

分为机组检修排水、厂房渗漏排水和厂区排水。

①、检修排水，采用廊道间接排水方式，即检修机组时，蜗壳和尾水管重的积水通过盘形阀的控制，先经廊道排往集水井，然后再由水泵抽排到尾水渠。

集水井上设2台检修排水深井泵。

2台深井泵同时运行，待积水抽空后，再由另一台抽排闸门的漏水。

2、渗漏排水，与检修排水共用一集水井，设一台深井泵。

检修排水泵可作为渗漏排水泵的备用泵。

渗漏排水泵的启动和关闭，由液压信号器根据集水井的水位变化控制。

集水井的有效容积为40m3,可利用廊道容积为58.7m3o厂房沉陷、温度缝的渗漏排水、坝体渗漏水、机组盖与主轴密封渗漏排水、压力钢管伸缩节漏水等，经厂区内的排水沟、管引到集水井，然后再由渗漏排水泵排至尾水渠。

3、厂区排水，选用4台单级双吸卧式水泵，厂区排水4台排水泵逐步启动，以减小常用变压器的压降。

厂区的排水集水井的有效容积为94.13m3o

4、压缩空气系统：

高压其系统选用1.5m3贮气罐1只，高压空压机2台，其中1台备用，低压系统选用容积为3m3的制动和调相用的贮气罐各一只，低压空压机2台（互为备用）。

为确保制动用气的可靠性，在制动用气贮气罐的进气侧设置止逆阀，当2台贮气罐压力不平衡时，只允许调相用的贮气罐的气压进入制动贮气罐。

风动工具和吹扫用气均从调相供气管引出。

5、直流系统：

由一组铅酸蓄电池（GGF-300型130个）2套充电装置组成，供全厂正常和事故情况下控制、保护、信号和自动装置的直流电源。

蓄电池按浮充电方式运行。

6、通风、采光：

电站为地面式厂房，主厂房采用自然通风方式。

中控室、载波室设空调机。

蓄电池室和酸室设轴流风机，通过管道将酸气排至厂区外。

对位于水轮机层的副厂房重的母线道，采用轴流风

机通风散热。

主机房采光采用自然光和人工照明相结合的方式。

人工照明的正常电源采用常用电源系统。

当厂用电故障时，利用蓄电池的直流电供电。

⑦、尾水闸门：

电站3台机组共用一扇4X2m的平板滑动钢闸门，由1台5t的电动葫芦启闭。

四、厂区布置

主厂房位于坝后河床右岸位置，安装场布置在与右岸进场公路相连接。

充分利用厂区与坝体之间的空间，这将有利于主厂房的通风、采光。

将副厂房分为两部分，一部分在主厂房的上游，另一部分在主厂房的左端。

变电站设置在左端的副厂房与溢洪道之间的一块平地上，占地而积约为200m2o.

主变压器靠近左端的副厂房，设置两台主变压器并错开布置，且变电站与安装场同一高程。

近变区布置在左端厂房的下游侧，设置围栏。

35kv配电装置采用室内型设备。

在此基础上，将35kv开关室布置在变电站下游侧。

开关室面积约为8X20m2，设两个出口，llOkv的开关站高压设备均采用中型设备，llOkv母线避雷器选用体积较小的氧化锌避雷器，并安装在构架上。

在户外开关站下游布置厂区排水泵房°

溢洪道布置在作案的一鼻形山脊上，用钢筋混泥土挡土墙与堆石坝相接，出口效能采用挑流消能形式。

过木筏道布置在左岸山坡上。

塔式进水口布置在右岸山体中。

五、主厂房场内布置

（1）、发电机及安装场

发电机与安装场地面线在同一高程，布置3台SF8000-16/3300型发电机组。

在机组上游区，布置YDT-3500型电气液压式调速器。

每台机组均设6块机房盘（机组测温盘，自动盘，励磁调节盘，灭磁开关盘，动力盘，发电机组保护盘），均布置在大坝坝体上游挡水侧的挡墙上。

机组中心线上游侧布置蝴蝶阀吊孔（3.4X2.2米），在中心线下有设置吊物孔（2.5X2.5m）,用以吊装水轮机层及层下的其他重金属设备。

在发电机层右侧布置楼梯。

在安装场内，设置（2.4X2.4m）的吊物孔以及与桥吊操作室相连通的楼梯。

在安装场露面上布置转子轴空、，在轴空下设置转子墩,以便支撑转子。

（2）、水轮机层

在水轮机层上游布置蝴蝶阀液压控制装置、蝴蝶阀控制机柜以及蝶阀孔。

在调速器与水轮机层上布置调速轴及其推拉杆。

水轮机下游布置油、气、水道管以及机组检修排水用盘型阀和尾水管平圧操作阀门。

竖井机墩进入孔布置在机墩下游侧。

水轮机层右端安装场下层布置油库、油处理室、空气压缩装置室以及通往发电机和蝴蝶阀室层的楼梯。

发电机引线出线布置在水轮机上游侧第二象限+Y偏-X32.5方向发电机风罩上，中性点引线布置在-X轴方向上的风罩上。

在机墩旁水轮机层地而上布置复励磁变压器及其保护网。

发电机出口电流互感器及中性点电流互感器布置在发电机机墩风罩上。

（3）、蜗壳，尾水管层

在蝴蝶阀室中布置有蝴蝶阀及其伸缩节、蝴蝶阀接力器漏油装置等。

尾水管进人孔通道也设置在蝴蝶阀室中。

六、主厂房结构布置

1、上部结构

1）、构架，主机室布置三台机组，在安装场与1#机组间，2#、

3#机组间各设一沉降缝，将主厂房分为三个独立的单元。

主厂房与副厂房之也设置一沉降缝，主厂房共设10个横向构架（温度沉降缝与构架并列）构架为“n”型整体现浇钢架。

构架横梁（屋顶大梁）为双坡。

主厂房上游侧和下游侧立柱分别固结在水轮机层一下和发电机层一下的混凝土墙上。

构架纵向设有多道连续梁、过梁。

2）、屋顶。

采用钢筋混凝土现浇屋顶，屋顶面板10cm厚，并用2cm水泥砂浆抹平，用lcm水泥砂浆面层、加二毡三油，在铺上屋而防水层。

采用天沟排水。

3）、吊车梁：

采用T型钢筋混泥土梁。

吊车梁由构架上的牛腿支撑。

安装场的吊车梁为二等跨连续梁，1#、2#机组段为三跨不等连系梁。

4）、发电机层楼板梁系。

楼板下的主梁布置在上、下游构架立主间与发电机风罩间。

主梁之间布置次梁，发电机楼板厚度为20cm。

发电机层楼板为二期混凝土。

主梁简支在构架的牛腿上。

安装场楼板则与构架同时整体浇注，主梁固结在构架立柱上。

2、下部结构

下部结构中，机墩和钢蜗壳外围结构为厂房二期混凝土。

机墩采用圆筒形。

机墩下侧开一进人孔。

钢蜗壳上半圆形与其外围混泥土结构之间用沥青油麻垫层。

尾水管为弯曲型，地板与机墩整体浇注，底板厚度为81.5cm,浇注尾水管顶板时在99.015m高程处设置一分缝。

七、主厂房轮廓尺寸主要参数表

项目名称

高程（m）

水轮机安装高程

100.275

尾水管底板高程

96.415

厂房基础开挖高程

95.6

蝴蝶阀室地面高程

97.275

水轮机层地面高程

101.877

发电机层地面高程

107.255

安装场地而高程

107.255

吊车轨顶高程

116.255

夭花板高程

119.478

屋顶高程

121.934

厂房总高度

26.234

主厂房长度

46.82

主厂房宽度

八、副厂房布置

1、上游厂房：

两层结构，第一层与水轮机通高程，上游侧布置母线廊道，下游侧布置电缆廊道和走廊。

母线廊道布置1#、2#机组的引线，下游侧布置3#机组的引出线。

均设保护网。

安装场下布置油库，油处理室。

油库上游侧布置有空压机室及楼梯间，第二层与发电机同高程，设有发电机出口电流互感器柜、励磁电压互感器柜以及放置励磁变压器的房间。

在安装场上有布置工具间、高压实验室及楼梯间。

2、左端厂房：

分六层。

第一次与水轮机层同高程，布置母线道、电缆道和水泵房。

第二层与发电机同高程，布置开关室、蓄电池室、厂用变压器室、厂用配电装置室和电缆竖井。

第三层到第六层，布置电缆室、油化实验室等，第四层布置中控室、值班休息室和交接班室,中控室设置保护屏、直流屏、公用设备屏等。

第六层布置会议室、阅览室、资料室及自动办公室等。

第二层以上均设楼梯间、卫生间和洗

澡间。

35kv开关室布置在变电站中。

副厂房主要房间面积表

副厂房房间名称

面积

副厂房房间名

称

面积

副厂房房间名

称

面积

中央控制室

121

蓄电池室

自动化实验室

载波电话室

酸室与套间

工具间

厂用动力盘室

开关室

151

油化实验室

厂用变压室

油库

109

交接班室

仪表修理室

汕处理室

夜班休息室

电工实验室

水泵室

会议室

124

高压试验室

空气圧缩机室

阅览室

续电保护实验室

35kv开关室

151

资料室

三、设计计算说明书

一、设计水头确定

水电站加权平均水头Hep二59.63m

Hr=O.95Hcp

则Hr=58.63X0.95二56.65,取设计水头Hr=57m

二、压力管道直径及蝶阀的确定

按经济流速确定压力管道直径，压力管道经济流速Ve—般为4

一6m,取为4m/s

管道直径计算公式：

D=1.13M

管道内流速：

V二3

对于主管,Q-49.5m3/s

D二1.13“95/4二3.976m

V二4.00m/S

对于支管,Q二16.5m3/s

D二1.i3J16・5/4=2・3m

V二4.00m/s

查《水电站建筑物设计参考资料》，蝶阀直径2.2米。

三、蜗壳尺寸的确定

图1混流式水轮机蜗壳平面图

对蜗壳任一断而

IQ铲p60Vn

R产G+2q

式中：

Pi—该断面半径

vc—进口断面流速

Qi—该断而流量

Qmax一水轮机最大流量