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水电站设计说明书

第一章枢纽基本情况及设计参考资料

一、枢纽情况

二、地质条件

三、电站厂房枢纽布置

四、设计依据及资料

第一章枢纽基本情况及设计参考资料

一、枢纽情况

某水利枢纽位于XX河上游，坝址处河流迂回曲折，就自然地理来说属于丘陵地形，河流两岸山势高出水面60米至80米，.河床水流浅窄、坡陡流急、难通舟。

此水利枢纽，是一座以灌溉为主结合发电、防洪和养鱼等综合性的中型水利枢纽。

主体工程由土坝、溢洪道和水电站三部分组成。

二、地质条件

厂址位于隧洞出口低洼的沟谷处，该处为灰岩地带，岩石强度较高，是建站的有利条件，距隧洞出口约150米以外则为泥质和钙质页岩。

该页岩因受大地构造影响，形成构造破碎岩。

强度较低，拳击可碎，不宜建站。

三、电站厂房枢纽布置

此电站为引水式开发方式，它由引水隧洞，调压室、压力隧洞、主付厂房、主变场、开关站等组成。

主洞内径6.0米，调压室后分为二支洞，支洞内径4.2米，每支洞再分岔供二台机组。

厂房内共装置四台混流立式机组，出线方向为下游，有公路通过厂区。

四、设计依据及资料

l、水文资料

站址、百年洪水位113.00米。

站址、水位~流量关系曲线。

流量（m/s）

0

10

25

40

50

75

100

125

150

水位（m）

107．00

107．48

108．00

108．42

108．63

109．13

109．48

109．71

110．02

2．电站基本参数

装机容量4×1万千瓦

水轮机型式HL230-LJ-200

蜗壳型式及包角钢蜗壳，包角345尾水管型式4H

允许吸出高-0.5米转轮带轴重15吨

发电机型式SF10-28/425

转子带轴重60吨转子带轴长4.9米

最大水头52.9米计算水头42.4米

最小水头32.1米单机最大引用流量28m3/s

3、供电情况和电气主结线

本电站主要用户为距电站8～12公里处的三个机械制造厂。

负荷约16000千瓦，剩余的功率用110千伏线路送往50公里处的变电站并入电力系统。

根据要求，本电站采用110千伏，35干伏及发电机电压6.3千伏三种电压等级送电。

4、水力机械附属设备

（1）、调速系统（尺寸见附图）

调速器形式DT-l00油压装置形式YZ-2.5

（2）、蝴蝶阀

蝶阀为卧轴，双接力器油压操作式，活门直径2.6米，尺寸见附图。

（3）、油系统

压力滤油机2台;离心滤油机l台;

齿轮油泵2台;滤纸烘箱l台;

透平油桶（容积7.0米）3只;绝缘油桶（容积15.0米）4只。

（4）、压缩空气系统

调速器压力油槽充气25Kg/cm机组制动用气7kg/cm

凤动工具及设备吹扫用气7kg/cm机组调相压力充气7kg/cm

主要设备

高压空压机2台;低压空压机2台

高压储气筒-个;低压储气简1台

（5）、技术供水系统

由于水库水质良好故采用蝶阀前钢管取水，供水方式为单元供水。

用减压阀保证各用水处入口水压不超过2kg/cm2。

为保证机组供水可靠性,设有自厂外沉砂清水池引入厂内之工业用水管，作为洪水期的备用水源。

（6）、排水系统

检修排水和渗漏排水各采用2台深井泵。

5、电气附属设备

（1）、l号主变，SFL1-20000/35三相油浸风冷式。

2号主变SFPL1-63000/110三相强迫油循环凤冷式。

（2）、厂用变压器

二台。

要求一台厂变工作时，能满足四台机组正常运行经常负荷的要求，

型号:

SFL1-500/6.3三相油浸自泠式。

（3）、发电机电压配电装置

采用CC-1A型成套开关柜，外形尺寸：

1000mm（宽）×900mm（厚）×2360mm（高）

发电机电压开关柜共8块（4块发电机、2块互感器、2块避雷器）。

6.3千伏高压开关柜14块（电源柜2块、馈电柜6块、电压互感器柜2块、厂用电源柜2块、联络柜2块）。

可分散（按单元）或集中布置、

（4）厂用配电盘

参考外形尺寸：

800×550×2360共计14块（电源盘2块、馈电盘9块、母线联络盘、照明及事故照明各1块）。

（5）、机旁盘

参考外形尺寸：

800×550×2200每机4块（控制盘、保护盘、水车自动盘及机组动力盘）。

（6）、励磁方式

发电机采用可控硅励磁，每机励滋变压器一台、励磁盘每机2块。

（参考外形尺寸：

900×550×2200）

6、付厂房参考面积

中央控制室·继电保护室120~140m2通讯室20~25m2

免维护蓄电池室50~60m2

充电机室15~20m2直流盘室15~20m2

发电机电压、配电装置120~140m2通风机室10~15m2

厂用盘室40~45m2电工试验室40m2

空压机室25~30m2供水泵室30~40m2

透平油库及油处理室（30+20）m2绝缘油库及油处理室（145+25）m2

深井泵室25~30m2机修间80~100m2

厂用变压器、励磁变压器室每台9~10m2

其它办公生活用房根据需要及布置情况确定

7、主变场．8×10m2×2台

35千伏开关站15×40m2110干伏开关站20×40m2

五、附图

厂区地形图，机组装置图，75/20吨桥式吊车技术数据，调速系统、蝶阀尺寸图。

六、参考书

水电站动力设备设计手册河海大学骆如蕴主编水利电力出版社出版

水电站厂房设计顾鹏飞喻运光编水利电力出版社

水工设计手册7水电站建筑物水利电力出版社

单层工业厂房结构设计（第二版）罗福午主编清华大学出版社。

水电站建筑物设计参考资料四川联合大学张治滨等合编水利电力出版社

水工教研组

附图

1.DT-100调速器外型尺寸2.YZ-2.5油压装置外型尺寸

机械柜尺寸：

l=750b=950h=1375压力油罐：

筒外径D1=1132筒高h=2732

电气柜尺寸：

M=550N=804H=2360基础架外径D0=1390总高H=3654

基础板尺寸：

L=1200B=1500回油箱：

长度M=1916宽度N=1900

高k=1440总高L=2435

75/20吨桥式吊车技术数据

跨

度

重量

最

大

轮

压

主要尺寸

极限位置

小

车

总

重

大车底至轨道面距

起重机最大宽度

轨道中心至起重机外端距

轨道面至起重机顶端距

大

车

轮

距

吊钩至轨面距离

吊钓至轨道中心距离

主

钩

付

钩

主

钩

付

钩

lk

F

B

B1

H

K

h

h1

L1

L2

L3

L4

m

t

mm

mm

13.5

16.5

19.5

23.4

58.4

62.7

66.4

24.9

26.9

27.9

-8

132

136

8616

400

3654

3654

3660

5814

1186

1186

1182

479

479

483

2480

1700

1300

2880

推荐使用:

CD-2型阻进器长460mm；轨道Qu100高150mm，重88.96Kg/m

第二章电站枢纽布置

一、供水方式与引进方式

此电站为引水式开发方式，它由引水隧洞，调压室、压力隧洞、主付厂房、主变场、开关站等组成。

主洞内径6.0米，调压室后分为二支洞，支洞内径4.2米，每支洞再分岔供二台机组，分岔进入各台机组的管径为2.6m，与蜗壳管径相符。

为保证进水的稳定，不影响水轮机的正常运转，进口管应保证垂直于厂房纵轴方向，故采取在距厂房10m外处分岔为2.6m支管进入厂房，距厂房20m内保证4.2m支管方向与厂房纵轴方向垂直。

二、主厂房位置的选择

由资料知，厂址位于隧洞出口低洼的沟谷处，该处为灰岩地带，岩石强度较高，是建站的有利条件，距隧洞出口约150米以外则为泥质和钙质页岩。

该页岩因受大地构造影响，形成构造破碎岩。

强度较低，拳击可碎，不宜建站。

故主厂房布置在隧洞出口低洼的沟谷处大约123m等高线位置，上游面面向谷口方向便于引水管道的布置。

（详见厂区布置图）

经计算，主厂房发电机层楼板高程为115.509m，装置高程为113.209m，高于百年洪水位113.00m。

三、副厂房位置的选择

由于电气设备的线路都集中在下游侧，为使其与水轮机进水系统设备互不交

叉干扰，监视机组更方便，将副厂房设在主厂房的下游侧。

四、安装间的平面位置及高程

1.平面布置：

安装间布置于厂房靠近交通道路的一端，即厂房顺水流方向的左端。

2.高程设计：

与主厂房的发电机层楼板同高程，即为115.509m，以便机组设备在整个厂房纵轴方向上的移动。

五、主变场的平面布置及高程

1.平面布置：

主变场紧贴着厂房顺水流方向的左侧布置，以便减小母线长度，减少电能损失和故障机会。

2.高程设计：

原则上应采用与主厂房的安装间同一高程，以便运输、安装和利用轨道推进厂房的安装间检修，实际上考虑到地形条件，布置位置原地面高程为120m左右，为减少开挖量，故设计其高程为116.509m，与厂房间有1：

2.5的坡度。

六、开关站的平面位置及高程

1.平面布置：

开关站尽可能靠近升压变压器场，以节省高压导线和简化构架。

考虑到升压变压器出线方便，避免跨越水跃区或挑流区，以及交通较为便利，将110kV及35kV开关站布置在主变场附近，公路的对面边，详见平面布置图。

2.高程设计：

从运行观点看，开关站应与升压变压器布置在同一高程，以便运行人员检查和维护。

但在水电站，由于地形条件限制，难以满足。

故本设计根据地形条件，将110kV开关站的高程定为118.000m，35kV开关站的高程定为116.509m。

七、回车场及对外交通

1.回车场:

考虑到汽车的掉头，在装配场侧设一个回车场，高程与安装间相同。

2.公路：

从回车场、油库、主变场及开关站各引道路通向公路，考虑交通道为双车道，而当地公路较窄，故需进行加宽拉直处理，设计路宽8m，保证通行顺畅，详见布置图。

八、尾水渠的布置

根据尾水出水口宽在副厂房下游端设置一40.88m宽的尾水渠，为保证尾水出水顺利，尾水渠前段保持与厂房纵轴垂直方向，设计1：

4的倒坡消能，坡顶高程为107.300m，低于设计尾水位108.084m，而又高于河流最低水位。

为不影响下游房屋，尾水渠中段偏左岸设计，末段为了防止泄洪回流而使尾水出水受阻而壅高，避免影响尾水位波动产生漩涡和淤积或冲刷，将尾水渠走向布置成逐渐趋向排洪道方向。

九、其他建筑

绝缘油库及油处理室布置于主变场旁边，并与主变场同高程，即为116.509m。

第三章厂房主要尺寸的确定

一、水轮机安装高程的确定

水轮机安装高程是一个控制型的高程，它取决于水轮机的机型、允许吸出高度和电站建成后厂房的下游最低水位。

由于本电站选用的水轮机型式为HL230-LJ-200，故按竖轴混流式水轮机公式计算水轮机安装高程：

▽T=▽下min+Hs+（b0/2）

——水电站厂房建成后下游设计最低水位（m），全厂有3或4台机组时，取1台机组流量相应的尾水位；

由设计资料知，机组单机最大引用流量为28m3/s，由水位~流量关系曲线用内插法求得：

▽下min＝108.00+（28-25）/（40-25）×（108.42-108.00）=108.084m

故水轮机安装高程▽T＝▽下min+Hs+（b0/2）

＝108.084－0.5＋0.315

＝107.899m

二、各主要动力设备装置高程及厂房高程的确定

1.尾水管底板高程

尾水管底板高程=107.899-0.315-0.44-2-2.77=102.374m

2.主厂房基础开挖高程

取尾水管底板混凝土厚度为1.5m，为保证厂房稳定，在厂房下游基础处设置了0.5m深的齿墙。

故

主厂房基础开挖高程1＝102.374-1.5=100.874m

主厂房基础开挖高程2＝100.874-0.5=100.374m

3.蝶阀层高程

蝶阀层高程=107.899-2.6/2-1.8=104.799m

4.水轮机层地面高程

▽1=107.899+2.6/2+1.0=110.199m，取100mm的整数倍为110.200m，便于在结构设计时进行复核。

5.发电机装置高程

▽G=107.899+3.68+1.63=113.209m，高于百年洪水位113.00m。

6.发电机层楼板高程

▽2=113.209+2.3=115.509m

7.起重机（吊车）的安装高程

起重机的安装高程＝发电机层楼板高程+h7+h8+h9+h10+h11

其中：

h7为发电机钉子高度和上机架高度之和（如果发电机定子为埋入式布置，则仅为上机架的高度），有设计资料可知定子为埋入式布置，故h7=0.7m；

h8为吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，取0.8m；

h9为最大吊运部件的高度，有设计资料知为4.9m；

h10为吊运部件与吊钩间的距离，取1.0m；

h11为主勾最高位置至轨顶面距离，由桥吊参数表中查知为1.186m。

故起重机安装高程＝115.509＋0.7＋0.8＋4.9＋1.0＋1.186=124.095m

8.屋顶大梁底高程

屋顶大梁底高程=吊车安装高程+轨顶至吊车上小车高度+为检修吊车而在小车上留的高度

=124.095+3.654+0.25

=127.999m

9.屋顶高程

屋顶高程＝屋顶大梁底高程+屋面大梁高、板厚与屋面保温防水层厚

＝127.999＋1.8

＝129.799m

三、主厂房平面尺寸的确定

1.机组段长度的确定

L1＝L+x＋L-x

式中：

L+x——机组段+x方向的最大长度；

L-x——机组段-x方向的最大长度；

L+x和L-x按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。

（1）蜗壳层

L+x＝R1+δ1

L-x＝R2+δ2

其中：

由资料知，R1=4.214m，R2=3.318m，δ1、δ2均取为1.5m；

故L+x＝4.214+1.5=5.714m，L-x＝3.318+1.5=4.818m

（2）尾水管层

L+x＝B/2+δ2

L-x＝B/2+δ2

其中：

由资料知，B=5.480m，δ2取为2.0m；

（3）发电机层

L+x＝φ3/2+b/2+δ3

L-x＝φ3/2+b/2+δ3

其中：

由资料知，φ3=6.800m，δ3取为0.4m；b——两台机组间设楼梯，取4m；

故L+x＝L-x＝6.800/2+4/2+0.4=5.800m

故机组段长度L1＝L+x＋L-x＝5.800+5.800=11.600m

2.端机组段长度的确定

在实际布置中，考虑过人、吊物孔、楼梯等因素，初取端机组段长度与机组段长度一样为11.600m，布置后在校核。

3.主厂房宽度的确定

主厂房布置发电机、油压装置、调速器、机旁盘、励磁盘及预留蝶阀吊孔，根据相应尺寸大小，且考虑发电机的上下游侧留有2m宽的交通道，各种设备间也必须保持运行巡视和检修需要而留的1.5m的距离，最后还考虑厂房总宽度需满足桥吊跨度的要求，确定主厂房总宽度为16.900m（详见发电机层平面图）。

4.安装间

安装间布置在厂房顺水流方向左侧，其长度一般为机组段的1～1.5倍，对混流式水轮机采用偏小值。

最后尺寸应满足在起重机主钩起吊范围内，能容纳一台机组扩大性大修的要求。

且发电机转子直径周围应留2.0m间隙，以供安装磁极只用；发电机上机架、水轮机顶盖及转轮周围，应留有1.0m间隙作通道用。

考虑以上因素，取安装间长度为11.600m，宽度取与主厂房宽度一样为16.900m。

5.厂房总长度的确定

总和以上机组段、端机组段以及安装间的长度，考虑总长度较长，需在2#与3#机组间及1#机组与安装间之间进行分缝（计算不计缝宽），以减小地基不均匀沉降对厂房的影响，布置完后厂房总长度为59.800m。

6.付厂房长、宽度的确定

付厂房长度定为与主厂房长度一样，为59.8m。

付厂房宽度的确定，考虑付厂房需布置中央控制室、继电保护室、厂用盘室、机修间、电工试验室等等，总面积约600m2，故取付厂房宽度为11.000m。

7.尾水平台长、宽度的确定

尾水平台长度也定为与主厂房长度一样，为59.8m。

尾水平台宽度根据相似工程经验定为2.150m。

8.厂房总宽度

厂房总宽度=主厂房宽度+付厂房宽度+尾水平台宽度

=16.900+11.000+2.150

=30.050m

四、桥吊的选择

根据主厂房的宽度16.900m，考虑两边柱宽各1m，选择LK=14.5m的75/20t电动双钩桥式吊车。

主副吊钩沿厂房纵轴方向的极限位置，即厂房山墙与主副吊钩极限线间的距离由公式B/2＋0.46m确定，其中B为吊车的最大宽度，0.46m为阻进器的长度；沿厂房横轴方向的极限长度，即主副吊钩至轨道中心距离参照LK=16.5m吊车技术数据表。

第四章主厂房设备布置

一、发电机层的设备布置

从下游往上游看，主厂房沿纵轴方向从左往右依次布置4#、3#、2#、1#发电机，

4#与3#，2#与3#机组间布置了双跑楼梯，用以连接发电机层与水轮机层，楼梯宽1.2m，采用160mm×270mm，考虑人上下楼梯不碰到发电机层楼板，故在发电机层看到的楼梯层数为：

2/0.16=12.5（层），取13层。

#2与#3机组间留有5m的过道，机组下游侧设置2.5m宽的主过道。

每台机组配有机旁盘三块、励磁盘两块、调速柜一个和油压装置一台，均放置于机组上游侧,具体位置如发电机层平面图所示。

从平面图看：

在装配厂右下角和主厂房右端空位各布置吊物孔，尺寸均为：

1500mm×2000mm；

在装配厂左下角和＃1、＃2机组间各布置踏面270mm，踢面180mm的三跑楼梯。

二、水轮机层的设备布置

#3，#2，#1水轮机与发电机层位置对应，#2与#3机组间留有3m的过道，机组下游侧设置1.5m宽的主过道。

每台机组配备接力器装置一台和球阀控制柜一个，三个球阀共用两台油压装置（一台工作，一台备用），具体位置如水轮机层平面图所示。

水轮机层上游段设置一3.4m宽阀室槽以布置三个球阀，在其一端配备一直角转弯楼梯，尺寸为：

踏面270mm，踢面180mm。

在阀室槽中的＃2、＃3机组之间，设置一排水泵室，里面安放一台3BA－6A离心式水泵，以作渗漏排水用。

为了放置接力器，在阀室槽的非球阀段铺设盖板，高程与水轮机层相同。

第五章副厂房尺寸及布置

一、副厂房的尺寸

副厂房的长度取决于主厂房的长度，定为48m。

根据设计资料给出的副厂房各功能房间的参考面积总和，再考虑厂房纵轴方向的总长度，将副厂房宽度定为7.5m。

二、副厂房的布置（尺寸单位为m）

（具体见平面图03、04）

1.发电机层副厂房的布置

沿厂房顺水流方向的左端往右端，依次布置了如下功能房间（小括号里表示房间面积，单位为m2；中括号里表示房间里的主要设备）：

套间、酸室、蓄电池室（7.1×5.0＝35.5）；

充电机室（7.1×2.2＝15.6）；

厂用配电室（7.1×6.3＝44.7）【11块配电柜】；

继电保护室（7.1×7.1＝50.7）【继电保护装置】；

中央控制室（7.1×7.1＝50.4）【控制台、模拟屏】；

载波通讯室（4.6×6.5＝29.9）；

值班室（2.3×6.5＝15.0）；

电工试验室（7.1×6.6＝46.9）；

厕所（7.1×5.2＝36.9）。

2.水轮机层副厂房的布置

沿厂房顺水流方向的左端往右端，依次布置了如下功能房间（小括号里表示房间面积，单位为m2；中括号里表示房间里的主要设备）：

供水兼机组检修排水室（6.7×3.8＝25.5）【四台8BA－12离心式水泵及集水井】；

其右边紧贴副厂房下游面处通长布置一2米宽的母线道；

母线道上游面从左往右依次布置了＃1、＃2、＃3机组的励磁变、整流器以及高压开关室，其间留了两个1.5m宽的母线检修廊道；

两个厂变室紧挨着（4.5×3.2＝14.4）【厂用变压器】；

副厂房最右侧是透平油室（4.5×4.1＝18.5）【8m3贮油桶一个、4m3运行油桶两个】。

3.其他

在中央控制室、继电保护室下方设置电缆夹层，净高2.0m。

并在继电保护室与中央控制室中各开一个0.8m×0.8m的方孔，通往电缆夹层。

第六章主厂房结构布置、厂房的分缝

一、厂房上部结构布置设计

1.屋盖：

预制大型屋面板，利用预埋铁件与屋面大梁连接。

屋面板上盖一层100厚保温防潮层，再铺一层100厚的砼，屋顶做1.6m高女儿墙，排水沟为450mm宽。

并且每10m做排水管，φ=100mm。

2.屋面大梁：

断面为工字型的预制梁，由于厂房跨度为15.5m，取大梁高度为1.5m，符合高跨比为1/15～1/10的要求，梁端为0.8m高，翼缘厚150mm。

3.吊车梁：

由于排架柱间距为5米，取吊车梁高度为0.8米，符合高跨比为1/7～1/4的要求。

吊车轨道中心线距吊车外端260mm，离墙留100mm，故定吊车梁宽720mm。

4.排架柱：

以牛腿为界，下柱的尺寸为1000mm×500mm，上柱的尺寸为640mm×400mm。

5.楼板：

发电机层的主、副厂房及安装间楼板均取200mm厚。

6.墙：

发电机层主厂房的外墙取300mm厚，内隔墙均取200mm厚。

二、厂房下部结构布置设计

1.墙：

临水侧的非尾水平台段取1.2m厚，尾水平台段由于要在墙里布设闸门槽，取3.0m厚，背水侧在水轮机层以上取1.5m厚，在水轮机层以下取2.0m厚，左右两侧挡土墙取1.5m厚。

2.机墩：

墩壁1m厚，风道壁0.4m厚的圆锥式机墩。

3.蜗壳：

钢蜗壳。

三、厂房分缝

在主厂房跟装配厂之间设置一道通长的沉降缝，缝宽2mm。

第七章结构布置图

1.发电机层楼板的结构布置图如下：

2.梁、柱及主要孔洞尺寸表

类

别

主梁

L1

次梁

L2

次梁

L3

次梁

L4

柱

Z1

柱

Z2

尺寸（mm）

600×400

400×250

300×200

300×150

1000×500

400×400

类

别

楼梯孔

油槽孔

球阀孔

吊物孔

风道壁厚

机墩壁宽

尺寸（mm）

2175×1240

4600×1900

4000×2200

2000×1500

400

1000