河海大学热能与动力工程毕业设计 34到59米水头160MW水电站机电设计

1、毕毕 业业 设设 计计 计计 算算 书书34 到 59 米水头 160MW 水电站机电设计 摘要摘要本设计是根据提供的原始资料对曹村水电站的机电初步设计，设计内容共分为四章：水轮机主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。第一章水轮机选型设计是整个设计的关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL260/A244 一种，共有 10 个待选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，初步选出 3 个较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案最终选出的最优方案水轮机型号为 HL260/A244，四台机组，转轮直径 3.8m，转速136.4r

2、/min，平均效率 89.55%。计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸，绘制厂房剖面图。第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。调节保证计算及调速设备选择中分别在设计水头和最高水头下选取导叶接力器直线关闭时间，计算相应的 和 ，使 40m，用钢板焊接蜗壳。（2）蜗壳的断面形状：金属蜗壳断面一般均为圆形。（3）蜗壳包角：圆断面金属蜗壳的包角一般均为 3450（4）蜗壳外形尺寸的计算：参考水轮机P991）参数的选择：如图所示，取 =55o,为便于靠近鼻端的断面与座环连接，采用了椭圆行断面。金属座环尺寸可由下式决定：Da/D

3、1=1.551.6434 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 16 页 共 68 页 黄晓佳 06022118Db/D1=1.331.37取座环进口直径 Da=1.6D1=6.08m，座环出口直径 Db=1.35D1=5.13m。按图 5-40 金属蜗壳流速系数与水头的关系，由 H=59m 取 K=0.9。2）进口断面计算：进口断面流量：Qo=o*Q/360=345*106.69/360=102.24m3/s进口断面流速：Vo=KH=6.91m/s进口断面面积：Fo=Qo/Vo=14.80m2进口断面半径：o=Fo/=2.17m进口断面中心距：ao=ro+(o2-h2)=

4、5.12m进口断面外距：Ro=o+ao=7.29m由进口断面尺寸，可以求出蜗壳系数 C 和蜗壳常数 KC=/(ao-(o2-h2)=711.34o/mK=Qc/720=5.93*10-3m3/s3)圆断面计算：由下列各计算式确定：x=i/C+(2r0i/C-h2)i=(x2+h2)ai=ro+xRi=ai+i由进口断面得到的 C 值可以确定各个圆形断面的尺寸，通常的 i变化幅度采用 150，具体计算按表 11 格式进行。表 11 金属蜗壳圆形断面计算表断面号i/Cr02r0i/Ch22r0i/C-h2xx2iaiRi13450.4853.082.9880.531.56767882.054.21

5、2.185.17.3123300.4643.082.8580.531.52568711.993.962.125.17.1833150.4433.082.7280.531.48250651.933.712.0657.0634 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 17 页 共 68 页 黄晓佳 0602211843000.4223.082.5980.531.43802981.863.4624.96.9352850.4013.082.4680.531.39213291.793.211.934.96.862700.383.082.3380.531.34467041.722.971

6、.874.86.6772550.3583.082.2080.531.29547011.652.741.814.76.5482400.3373.082.0780.531.24432591.582.51.744.76.492250.3163.081.9480.531.19098761.512.271.674.66.26102100.2953.081.8190.531.13514571.432.051.64.56.11111950.2743.081.6890.531.07641071.351.821.534.45.96121800.2533.081.5590.531.01428021.271.611

7、.464.35.8131650.2323.081.4290.530.94808681.181.391.394.35.64141500.2113.081.2990.530.8769111.091.181.314.25.474）椭圆形断面计算：当计算圆形断面半径 s(s=1.268)时,蜗壳的圆形断面无法与蝶形便相接，需由圆断面过渡到椭圆断面。由下图的几何关系可一得到下列计算公式：椭圆形半径：2=（1.045A+0.81L2）-1.345L与圆的同等面积 A=2+d2tan1=i/C*（cot2+2Ra/(i/C)）+1/sind=ra-Ra椭圆断面上半径 1=L+2-2cot L=h/ sin椭

8、圆断面中心距 a= Ra +1.222椭圆断面外径 R=a+1计算结果见下表ii/C=i/C（SQRT(cot2+2Ra/i+C)+1/sin)A=2+d2tan21aR1350.191.2273317945.0545095651.237841.264.07525.3361200.1691.1437159454.4316663121.100221.2193.90735.1261050.1481.0565345063.8290428740.958711.1773.73464.911900.1270.9649770813.2475831060.812751.1333.55664.689750.10

9、50.8678757292.6884660610.661611.0873.37224.46600.0840.7634360042.1532211530.504381.043.18034.221450.0630.6486339711.6439422770.33990.9912.97973.971300.0420.5175670721.1637487350.166750.9392.76843.70734 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 18 页 共 68 页 黄晓佳 06022118150.0210.3549796250.718066261-0.01650.8842.54

10、493.429二尾水管计算二尾水管计算查水电站机电设计手册-水力机械 P128，选用弯肘形尾水管，由进口锥管，肘管和出口扩散段三部分组成。尾水管锥管应有金属里衬，肘管一般可不设金属里衬。（1）尾水管尺寸查推荐的尾水管尺寸表，选混流式 D1D2 见下表:表h/D1L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1L1/D1h5/D12.64.52.721.351.350.6751.821.22h=2.6D1=9.88m,7090取 =80,L=17.1m,B5=10.336m,D4=5.13 m,h4=5.13,h6=2.565 m,L1=6.92 m,h5=4.636 m.（2）肘管型式 取标准

11、混凝土肘管具体尺寸参照水电站机电设计手册-水力机械 P130,按比例缩小三蜗壳和尾水管流道单线图三蜗壳和尾水管流道单线图： 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 19 页 共 68 页 黄晓佳 06022118第六节第六节.绘制厂房横剖面图绘制厂房横剖面图一水轮发电机外形尺寸估算一水轮发电机外形尺寸估算34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 20 页 共 68 页 黄晓佳 060221181、极距和飞逸速度的计算fv极距 cmPSKn2 .47241式中 2P磁极个数，从水轮机P170 查得 P=22；系数 8.310.7，取 9；1K视在功率

12、（KVA） 。nS smKvff/110.9935. 247.2式中 飞逸系数，取 1.85fK2、定子铁芯内径的确定cmpDi661.0747.222223、电机常数 C1或电机利用系数 C 及定子铁芯长度的确定tl定子铁芯长度 mnCDSleint98. 125、定子铁芯外径 Da根据水电站机电设计手册水力机械 P160 min/7r.166n 2 . 1DDia34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 21 页 共 68 页 黄晓佳 06022118 min/7r.166n iaDD由于 n=136.4，则 cm71.7172 . 1DDia（一） 平面尺寸估算根据

13、水电站机电设计手册水力机械 P162根据经验公式确定各个尺寸1、定子机座外径1D由于，故min/3r.214nmin/4r.136)(8.4761. 681 . 181 . 1a1mDD2、风罩内径 D2由于，故20000KVASn)(87.104 . 247. 84 . 212mmmDD3、转子直径 D3 在初步设计阶段，转子直径可近似等于定子铁芯内径，忽略气隙宽度，即)(61. 63mDDi4、下机架最大跨度 D4由于，故100000KVA10000KVAnSmmmmDD6 . 56 . 05.06 . 054式中 由 D1=3.8m 查得=5.0m（由水电站机电设计手册-水力机械5DP1

14、62 表 3-6 可查得） （二）轴向尺寸估算1、定子机座高度 h1由于，故214.3r/minmin/136.4rnmin/125r3.13(m)2 . 021tlh2、上机架高度 h2 )(0.66161. 61 . 01 . 02mDhi34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 22 页 共 68 页 黄晓佳 060221183、推力轴承高度 h3，励磁机高度 h4和永磁机高度 h6查水电站机电设计手册水力机械P163 表 3-8 选取 h4=2.1m h6=0.7m6m. 13h4、下机架高度 h7 伞式非承载机架)(32. 161. 62 . 02 . 07mD

15、hi5、定子机架支撑面到下机架支撑面或到挡风板距离 h8)(65. 161. 625. 025. 08mDhi6、下机架支撑面到大轴法兰面的距离9h按以生产的发电机统计资料，一般为 0.71.5m，现取0.8mh97、转子磁轭轴向高度 h11 )(78. 285. 098. 185. 011mlht8、定子铁芯轴向中心线到法兰盘面距离 h12 )(93. 348. 213. 346. 046. 010112mhhh10、发电机大轴高度 h13=11.54m9832131hhhhhh 二厂房各高程的确定二厂房各高程的确定根据水电站机电设计手册水力机械P6451、机组的安装高程安mbHSw5 .6

16、22 . 15 . 18 .5920安2、尾水管底板高程134 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 23 页 共 68 页 黄晓佳 06022118mhb02.52201安式中 机组的安装高程安b0导叶高度h1底环顶面至尾水管的距离3、水轮机层地面高程4324hr 安0 . 117. 256.62)(67.65m式中 蜗壳进口段半径2r蜗壳上部混泥土厚度，取 1.0m3h4、发电机层地面高程55445hh 65.6726.7 m37.74发电机层高程小于万年一遇洪水位,采用防水墙作为挡水用。式中 水轮机机坑进入门高度，取 2.0m4h机坑进入门上部应留的尺寸 5h56.7

17、hm5、吊车轨道顶高程610987656hhhhh74.37 1.390.76.94 1.1 0.7285.43( )m式中 吊运设备时需跨越的固定设备为露在发电机层地板的上机架6h部分尺寸，取 1.39m吊运部件与固定物之间的垂直安全距离,取 0.7m7h34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 24 页 共 68 页 黄晓佳 06022118起吊设备的高度（发电机主轴高度） ，取 6.94m8h吊具高度，1.1m9h吊车主钩至轨道顶的最小距离，查水电站机电设计手册10h水力机械P273 得=0.92m10h6、天花板高程71167hH 85.434.3 1.0 90.

18、73( )m 式中 H轨道面至起重机小车顶的距离查水电站机电设计手册水力机械P333 得 H=4.3m 小车顶部余隙 取 1.0m11h三厂房宽度的确定三厂房宽度的确定主厂房宽度由厂房下部结构和上部结构综合考虑，厂房结构以机组轴线为界，厂房宽度由下游侧宽度和上游侧宽度组成。xBsB（1）上游侧宽度的确定主要取决于蜗壳进口布置和机组辅助设备的布置，由下面的经验公式估算：)(9.38 . 334. 21mDBs式中 系数，当 D1=6.01.0 之间时，相应取 1.86.0 之间。（2）下游侧宽度的确定主要取决于尾水管尺寸及下游混凝土的结构厚度，由水电站动力设备手册可用下述经验公式：)(7.118

19、 . 35 . 45 . 41mDBx主厂房总的宽度按上部块体来确定，结合桥式起重机标称跨度，可取跨度为19m，250t 额定起重量的双小车桥吊，用轴式吊具起吊伞式发电机转子。34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 25 页 共 68 页 黄晓佳 06022118四厂房长度四厂房长度主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心距） 、端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。1、机组段长度的确定机组段长度由蜗壳、尾水管、发电机等设备在 x 轴方向上的尺寸决定，同时考虑机组附属设备及主要通道、吊物孔的布置及所需尺寸。机组段长度按下式分段计算：xxLLL

20、1（1）蜗壳层 xxLLLm14.266.857.41其中 mRLx7.413 . 17.3111 mRLx85. 63 . 165. 512 R1蜗壳+X 方向最大尺寸，即 =345o时 R1= Ri=7.31m； R1蜗壳-X 方向最大尺寸，即 =165o时 R1= Ri=5.65m； 1蜗壳外部混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时取 1.21.5m。（3）尾水管层 22BLLxx5 . 12336.10)(65. 6m=6.65+6.65=13.3mxxLLL （4）发电机层 3322bLLxx3 . 02287.10)(72. 7m34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设

21、计计算书第 26 页 共 68 页 黄晓佳 06022118=2*7.72=xxLLL)(44.15m式中 尾水管宽度B蜗壳外部混泥土厚度，取 1.3m1尾水管边墩混泥土厚度，取 1.3m2发电机风罩壁厚，取 0.3m3发电机风罩内径3两台机组之间风罩的净距，取 4mb L1取最大一个，取 L1=15.44m。2、端机组段长度2L)(2.288 . 36 . 06 . 01mDL 3、安装场长度3L按检修一台机组的长度考虑，有)(07.2044.153 . 13 . 113mLL4、厂房总长度L321LLnLL07.202.2844.153)m(67.68取厂房总长度为 70m34 至 59

22、米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 27 页 共 68 页 黄晓佳 06022118第二章第二章 调节保证计算及调速设备的选择调节保证计算及调速设备的选择电站在运行过程中，常常会由于各种事故，机组突然与系统解列，从而造成机组甩负荷。在甩负荷时，由于导叶的迅速关闭，水轮机的流量会急剧变化，因此在水轮机过水系统内会产生水击，调节保证计算就是在初步设计阶段计算出上述过程中最大的转速上升及最大的压力上升值。第一节第一节 调节保证计算的任务和标准调节保证计算的任务和标准一调节保证计算的任务一调节保证计算的任务 调节保证计算是研究机组突然改变较大负荷时调节系统过渡过程的特性，计算机组的转速变化

23、和压力输水系统压力变化，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，解决压力输水系统水击惯性力矩和调整特性三者之间的矛盾，使水工 建筑物和机组既经济合理，又安全可靠。 二调节保证计算的标准二调节保证计算的标准1、压力变化计算标准：（1）机组甩负荷时，蜗壳允许的最大压力升高取%,5030(%)max.%45max（2）机组甩负荷时，尾水管进口允许的最大真空高度为 8m 水柱（3）机组突然增加负荷时，压力输水系统内任何一段均不允许发生负压34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 28 页 共 68 页 黄晓佳 060221182、转速变化计算标准（1）当机组容量占电力系统运行总容量

24、的比重较大，且担负调频任务时，宜小于45%（2）当机组容量占电力系统运行总容量的比重不大或担负基荷时，宜小于 55%第二节第二节 设计水头下甩全负荷设计水头下甩全负荷一已知计算参数一已知计算参数 tilDGD5.325 . 55 . 498. 161. 655 . 3）2(125000mt 压力钢管长约为 70m，经济流速为 5m/s，设计流量为 126.4m3 /s二管道特性系数二管道特性系数设计水头下的计算见下表VL管段编号蜗壳直锥段弯肘段扩散段相邻断面面积（m2）14.918.5765.4647.185.22相邻断面流速（m/s）8.486.81.9232.681.48平均流速 Vp（m

25、/s）58.484.362.32.08各段管长 L(m)70237.8219.1318.27LVpj(m2/s)350195.0434.09543.99938.002LiVi(m2/s)661.14L138.22Vi4.78设计水头下压力引水系统的平均流速)/(78. 422.13814.6610smLLVV水击传播速度取。sma/1000水流惯性时间常数34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 29 页 共 68 页 黄晓佳 06022118)(51. 14881. 914.6610sgHLVTw)(07. 54881. 9278. 41000200sgHVahPjw式

26、中 甩负荷前水电站静水头0H sTgHLVS18. 00式中 可在 48s 内选取, 取=8s.0T0T水击相长 )(28. 0100022.13822saLtpjr阀门（导叶）的关闭时间,发生的水击，称为间接水击rStT 三水击压力升高计算三水击压力升高计算1、由于水击发生在末相，最大压力上升值)4(22Am)18. 0418. 0(218. 02=0.197276. 0197. 04 . 1maxAmK式中 机型修正系数，混流式水轮机取K4 . 1K2、各管段的压力升高（1）压力钢管末端压力升高T146. 0276. 014.661350maxiiTTTVLVL)(0 . 748146.

27、00mHHTT（2）蜗壳末端最大压力升高C34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 30 页 共 68 页 黄晓佳 06022118maxiiTTCVLLcVcVL=0.2274 小于蜗壳允许最大压力上升，符合要求。)(9 .10482274. 00mHHcc（3）尾水管中最大压力降低BmaxiiBBBVLVL 048. 0mHHBB3 . 248048. 00（4）尾水管中最大真空度BSBHgvHH42 3 . 281. 948 . 65 . 12 8)(92. 4m由于 HB Q漏，所以再选用一台流量为：Q泵=579.83-436.64=143.18m3/h 的泵来排

28、水。2.水泵总扬程计算估算水头总损失值wh 30%60.552.0230%2.54( )whm 尾底水泵扬程计算 11.04( )wHhm 泵尾底3水泵选择选取水泵：两台 16JD4902 型水泵参数：Q=490 m3/h H=30 m=73% n=1460 rpm一台 12JD2303水泵参数：Q=230m3/h H=27 m=73% n=1460 rpm校核水泵流量Q ，可见满足要求；漏Q水泵运行方式选用 3 台。根据闸门漏水量，故运行方式采用：开始两台泵同时投入运行，待积水抽干后，用一台 16JD4902 泵和一台 12JD2303 泵排上、下游闸门漏水。四四 渗漏排水计算渗漏排水计算1

29、.渗漏水量的估算厂内渗漏水量主要来源是水轮机顶盖和大轴密封漏水，而大轴密封又占其中绝大部分。 2集水井容积的确定 查已建成相似电站 CC，厂内漏水量 36m3/h V集=（3060）q=4.5*36=162()3m3.渗漏排水泵选择水泵生产率：；3144(/ )(10 20)/60VQmh集泵4.水泵的校核扬程11.04( )wHhm 泵尾底5.选取水泵：两台 12JD2303 型水泵的参数： Q=230m3/h H=27 m=73% n=1460rpm6.渗漏排水泵的操作方式34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 43 页 共 68 页 黄晓佳 06022118采用自

30、动操作,由液位信号器控制工作水泵和备用水泵的启停，并在水位过高时发出报警信号,然后工作水泵开始工作。第二节第二节 气系统气系统一气系统用户一气系统用户1.油压装置压力油槽充气，额定压力 2.5MPa；2.机组停机时制动装置用气，额定压力为 7 105Pa；3.机组作调相运行时转轮室压水用气，额定压力为 7 105Pa；4.检修维护时风动工具及吹污用气，额定压力为 7 105Pa；二供气方式二供气方式 电站压缩空气用户均布置在主厂房内，从供气可靠性、经济性、合理性和运行维护等方便考虑，采用厂内压缩空气系统综合向各用户供气。 油压装置压油槽供气，为了提高其干燥度，空压机后设气水分离器和储气罐，采用

31、二级压力供气。储气罐的高压空气经减压后供给压油槽。 低压用户合用空压机，储气罐按各用户的要求来设置。三设备选择三设备选择（一）厂内高压压缩空气系统1.空气压缩机选择空压机生产率根据油压装置容积和充气时间计算：34.96 250.827(/min)6060 2.5yyVLkPV K KQmt式中：Vy、Py压油槽容积(m3)和额定绝对压力(kg/cm2)；t充气时间，一般取 24 小时，取 t=2.5 小时；KV压油槽中空气所占容积的比例系数，取 KV=2/3；KL漏气系数，可取 KL=1.21.4，取 KL=1.3；选用两台高压空压机为 V1/40-,一台工作，一台备用，其生产率为 1m3/m

32、in，风冷式。2.贮气罐选择根据油压装置型号，供气方式和厂房布置条件,选择贮气罐容积为 3m3。3管道选择一般按经验选用，干管选用322.5mm 的无缝钢管，支管按油压槽进气管接头尺寸选用20 的管子。（二）厂内低压压缩空气系统1制动用气34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 44 页 共 68 页 黄晓佳 06022118制动耗气量： 1000zzzaqzpQp式中：QZ机组一次制动所需的总空气量(m3)；在工作压力下，制动过程耗气流量(l/s)，取 8l/s；zq制动气压，一般取 6kg/cm2；zp带入上式得 QZ=5.76m3. 贮气罐容积： 按母线发生故障时，

33、两台机组同时停机制动考虑。35.763.84()1.5zgQ zVmP式中：Z同时制动台数，考虑 1 台制动； 制动前后储气罐允许压力降，一般取 12kg/cm2，取 1.5kg/cm2；P选取一个 1m3的标准贮气罐 4m3 。空压机生产率计算：30.48(/min)gkVPQmt式中：Qk空压机生产率 （m3/min） ； t贮气罐恢复气压时间(min) ,一般取 1015min，在此取 12min；选 1V-3/8 的低压机两台，一台工作，一台备用，排气量 3m3/min.制动储气罐 6m31 个供气管道选择通常按经验选取。供气干管30，支管15。2.调相用气量充气量计算充气容积包括转轮

34、室空间、尾水管部分容积，以及可能与两部分空间连通的管道、腔体。充气压水的要求是把水面压到转轮以下，使转轮在空气中旋转。对混流式水轮机，下压水位深度应在转轮下环底面以下（0.40.6）D1，不小于 1.2m，取 h2=0.53.8=1.9m。从进水口最下端至下环高度 h1=1.144m 导叶部分： V1=D02b0/4 =18.27 m3式中，D0导叶中心线所在圆直径 D0=4.408m； 底环部分：V2=D22h1/4 =4.0821.144/4 =14.25m3 式中, D2转轮出口直径，D2=4.08m；锥管部分：2232331.94.623.614.0924.52(m )3VhRrRr3

35、4 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 45 页 共 68 页 黄晓佳 06022118式中，r尾水管进口半径(m),r= D2/2；R下压下下限水位所在圆半径(m)，；222/22.15(m)RDh tg转轮部分：V4=GZ/=43*1.1/7.8=6.06(m3)式中，GZ转轮重量 47.3t； 转轮比重(t/m3),取 7.8；总体积：V=V1+V2+V3-V4=51.246( m3)2轮室充气压力计算P=104(尾水-下限)+Pa =1.13Pa尾水-下限=1.327贮气罐容积： 3121.133 51.24610.7()()0.9 (82)lgPVVmPP式中，

36、压水过程空气利用系数，一般取 0.60.9,此取 0.9； V总充气容积(m3)； P1贮气罐初始绝对压力(kg/cm2)，(7+1)=8kg/cm2； P2贮气罐终压力,一般比充气压力高(0.51)kg/cm2,P2=P+(0.5-1.0) =2 kg/cm2考虑三台机组同时调相，3 =32.14 m3选用 1 个 15m3和 1 个 20 m3的标准贮气罐。gV低压空压机的选择 在厂内低压系统中，机组制动用气由其单独储气罐来保证，耗气量也较小。调相压水耗气量大，故应按恢复调相储气罐压力所需时间的要求来选择空压机生产率。同时，为了保证风动工具能连续稳定地工作，还必须以风动工具的连续工作要求进

37、行校核。空压机生产率计算 空压机生产率应满足在一定时间内恢复储气罐压力，并同时补给已作调相运行机组的漏气量。 式中：qL压351.246 1.28 30.475 33.153(/min)0.9 30 1LkLVP ZQq ZmTPa 水后转轮室漏气量(m3/min) ；3231(0.1 0.3)0.023 3.81.1370.475(/min)LlqDPm T恢复储气罐压力的时间(min),一般取 3060min， 在此取T=50min； Z同时作调相运行的机组台数，此为一台；选取 2V-6/8 型风冷式空压机两台，正常情况下，一台工作，供风动工具及吹扫用气，一台备用。调相压水后两台同时启动，

38、以恢复储气罐工作压力，压力恢复后由一台补气。 按风动工具连续工作要求进行校核机组检修时，考虑三台 S-60 型风砂轮同时工作，总耗气量 min)/(51. 335. 123 . 13mKZqQliik34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 46 页 共 68 页 黄晓佳 06022118式中：qi某种风动工具耗气量(m3/min)，S-60 型风砂轮 qi=1.35(m3/min)； Z同时工作的风动工具台数，此为 2 台； Kl漏气系数，取 1.11.3，此取 1.3；可见，风动工具的总耗气量小于一台 2V-6/8 型风冷式空压机的排气量，故所选空压机满足要求。管道直

39、径选择 10.7303098.13()1gVdmmt式中：t充气过程经历时间，其快慢程度对充气效果影响很大，根据国内水电站的运行情况，取 t=0.52min，此取 t=1 min；选用标准直径干管100，接入转轮室的支管80。其他供气管，按经验选取，风动供气干管25。 管道直径按经验选取，蝶阀围带供气管15。供气设备明细表序号设备名称型号规格数量1高压空压机V1/40-排气量 1m3/min，额定压力 40kg/cm22 台2低压空压机2V-6/81V-3/8排气量 3m3/min，额定压力 8kg/cm2223高压储气罐3m3额定压力 40kg/cm21 个4制动储气罐6m3额定压力 8kg

40、/cm21 个5调相储气罐20m3。15m3额定压力 8kg/cm2各 1 个第三节第三节 透平油系统透平油系统一透平油系统供油对象一透平油系统供油对象发电机推力轴承、导轴承、水导轴承、调速系统.1、水轮机调节系统充油量计算油压装置用油量:油压装置 YS-8压力油箱: 38 . 2 m 回油箱: 30 . 4 m调速系统管内充油量可按 0.05-0.5 米3估算，取 0.3 米3导水机构接力器用油量： 由查水利机械设计手册表 9-5 得 mmdc550161P325. 0mVd(3-38)总用油量 (3-39)335. 73 . 025. 00 . 48 . 2mV调34 至 59 米水头 1

41、60MW 曹村水电站机电设计计算书第 47 页 共 68 页 黄晓佳 060221182、机组润滑油系统充油量计算： 2323()11.7810 ()2136.413.6 0.035 9.8 ()26011.7810103.290.0002htdudPdVq ppsVpkwsD hDpKW:0.5 0.8,0.6:300.035 9.8:0.0002uhhDHUVm轴瓦高度；取油的动力粘度系数，对透平油，轴的圆周速度轴瓦间隙，一般取 3/23/2-63/23/26AF ne104.5 268.02136.41031.45tTPAPkw F为推力轴承负荷Ne机组额定转速F=Ft+Wr+WsFt

42、为轴向水推力221max0.283.881.5258.844ttFkD Ht:82530.28ttkPk推力系数，查水轮机表得Wr 为水轮机转轮重量 Wr=39.535tWs 为主轴重量 Ws=0.7Wr=27.67tF=268.02t3()0.04 (37.57 103.29)5.6htdhVq ppVm:250.04q查水利机械辅助设备表取二用油量估算二用油量估算1运行用油量 V1=1.05（VP+Vh）=1.05*(5.6+7.53)=13.79(m3)；2事故备用油量：为最大机组用油量的 110%。V2=1.1(VP+Vh)=1.113.13=14.44(m3)；3. 补充用油量：V3

43、=(VP+Vh)45/365 =13.130.145/365=0.16(m3)；34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 48 页 共 68 页 黄晓佳 06022118式中，一年中需补充油量的百分数,对混流式 =510%，在此 =10%；4系统用油总量：=313.13+14.44+30.16=54.31(m3)321ZVVZVV式中，Z机组台数。三油桶及油处理设备选择三油桶及油处理设备选择1贮油设备选择：净油槽：V净=1.1*13.79 =15.17 m3选 1 个容量为 20m3的油罐。运行油槽： 考虑兼作接受新油，并与净油槽互用，其容积应与净油槽相同，为了提高污油净

44、化效果，通常设置两个，每个为其容积的 1/2。V运=V净/2= 20/2=10m3选两个容量为 10 m3的油罐。中间油槽：当油库布置在水轮机层以下高程时不需设置。事故排油槽：)(4020203mVVVV中运净事重力加油槽：对于混流式机组，漏油量少，加油的机会也少,可不设置，而用移动式小车添加油。2.净油设备的选择：压力滤油机和真空滤油机的生产率是按 8h 内能净化最大一台机组的用油量来确定：Qi=V1/t =13.13/8=1.64(m3/h) 考虑到压力滤油机要换滤纸所需要的时间，所以计算时应将其额定生产率减少 30%，故：Qi=Qi/0.7=1.64/0.7=2.34(m3/h) 压力滤

45、油机型号：LY-50；真空滤油机型号：ZLY-50油泵的选择：油泵生产率按 4h 内充满一台机组或 68h 内充满一台变压器的用油量来确定。Q=V1/t=13.13/4=3.28(m3/h) 式中，t充油时间,一般取 48h，取 4h；选取油泵型号 KCB-4.5 型齿轮油泵两台，一台固定式油泵供设备充油用；一台移动式，用于接受新油和排油。3管径、管材的选择推力轴承油槽供油管直径： 50 mm ；推力轴承油槽排油管直径： 80 mm ；导轴承油槽供油管直径： 40 mm ；导轴承油槽排油管直径： 40 mm ；总油管：供油管直径： 50 mm 排油管直径： 80 mm34 至 59 米水头 1

46、60MW 曹村水电站机电设计计算书第 49 页 共 68 页 黄晓佳 06022118第四章第四章 电气部分电气部分第一节第一节 接入系统设计接入系统设计一接入系统分析一接入系统分析曹村水电厂总装机 16 万 KW，年运行小时数为 2490 小时，在系统中担负调峰、调相和部分基荷，故其对系统送电的可靠性要求较高，宜采用 110kv3 回线路送入系统。电站建成以后在芜湖变电所接入系统，另向曹村供电 1500 千瓦。二估算送电容量二估算送电容量送电容量=本电站最大出力-近区供电负荷-本电站自用电负荷+有可能通过本电站转送的容量。本电站建成后需向曹村供电 1500KW，取同时率为 0.8。考虑到电厂

47、的扩建问题，取用电年增长率为 10%。电站自用电按装机容量的 0.8%考虑，则接入系统的最大输送容量 P P=16-0.15-0.8%16=14.72(万 KW)三确定可行方案三确定可行方案由本电站对系统送电的可靠性要求，本接入系统采用三回。采用三回线接入系统时，每回线的最大输送容量 Plmax为：Plmax= P/3=4.9(万 KW)查各级电压线路输送容量与送电距离的关系表，送电电压为 110KV。 四选择送电线路的截面四选择送电线路的截面发电机参数Cosn=0.85 Un=10.5kv Sn=6.24 万 kw Pn=5.3 万 kw1.输电线路的工作电流 IXL 2.按经济电流密度选择

48、送电线路导线截面导线采用钢芯铝铰线。本电站年利用小时数为 2680 小时，查表得：经济电流密度j=1.65A/mm2。max302.98( )3coslXLlPIAU34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 50 页 共 68 页 黄晓佳 06022118送电线路计算截面 2302.98183.62()1.65yjISmmj查发电厂电气部分附表 2 选用 LGJ-240。 70时截流量 420A3.校验电晕：由发电厂电气部分P63 查得不用校核电晕。发热：一路线路短路时另外两路线路承担其负荷的 50%，max1.25385( )gIIgA温度校正系数 K为：070250.

49、91370 16alalNKIyK=390.2Igmax所以选该型电缆合适。第二节第二节 电气主接线设计电气主接线设计一发电机侧一发电机侧由表查得发电机额定电压为 10.5KV。本电厂装机三台，采用单元+扩大单元接线，可大大减少投资，提高供电可靠性。采用三回出线，五角形接法，共主变二台。1.主变的容量、型式的确定采用三相双绕组变压器，其容量与所连接的发电机容量相配套。本电站采用扩大单元接线，两台机组接一台主变，所以变压器容量 S1=(nPg-0.5P厂)=(25.33-0.55%15)104/0.85=12.5104KVA 高压侧电压：U=1.05Un=121KV所以选择 2 台主变，型号：S

50、FPSL1O-150000 和 SSPSL1-750002.判断水轮发电机中性点是否应该通过隔离开关，是否需要接入消弧线圈。发电机单相接地电容 C 0.750.751/31/30.04 (53333)0.57()3(3.6)3 (10.53.6) 187.5eKSCFUn式中 K 为系数，对于 B 级绝缘发电机，K=0.04。发电机单相接地电容电流 Ijd 应接入消弧线332 3102 350 10.5 0.57 108.56( )5jdeIfU CAA圈的计算容量：Q=1.35IidU=1.358.5610.5/1.732=23.82KVA电机中性点直接接地。34 至 59 米水头 160M

51、W 曹村水电站机电设计计算书第 51 页 共 68 页 黄晓佳 06022118二送电电压侧二送电电压侧由于本电站装机台数三台，且有 3 回出线，采用五角形接线方式。这样可以减少断路器的数量，提高供电可靠性，误操作可能性小，也有利于自动化控制。三近区负荷侧三近区负荷侧1. 近区负荷输送容量本电厂需向 2.3Km 外的曹村供电 1500KW，采用一回输电线路供电。供电线路按 5 年内年负荷增长 5%设计，线路最大输送容量 P=1500（1+5%）5=1914（KW）送电容量为 1914KW 时，送电电压为 10.5KV。功率因素按 cos=0.95 计。2.导线截面送电线路的工作电流 IXL：

52、按经济电流密度选择送电线路导线截面导线采用钢芯铝铰线。本电站年利用小时数为 2680 小时，查表得：经济电流密度j=1.65A/mm。送电线路计算截面255.433.58()1.65yjISmmj查表 1 选用 LGJ-50。按最大允许长期工作电流校验导线截面、最大允许长期工作电流按一回线故障时，其它线路送出原总供电量的 70%计。母线最大电流max0.70.7 191477.55( )3cos3 10.5 0.95gPIAU查得室外气温 25，导线最高允许温度为 70时,LGJQ-50 允许的持续工作电流Ixu=215A。由于本电厂所在地的最高温度为 41,输电线的允许电流应进行校正，温度校

53、正系数 K为：803. 0257041700NalalKmaxmax645.172803. 0215215ggIAKI所以选该型电缆合适。3.10.5KV 不需要进行电晕校核。四电厂自用电侧四电厂自用电侧厂自用电采用三相四线制，共设二台自用变压器分别由单元接线引出，自用电接线按暗备用考虑，其总容量按电站总容量的 0.8%计算，且考虑 70%的暗备用，功率因数取191455.4( )3cos23 10.5 0.95XLlPIAU34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 52 页 共 68 页 黄晓佳 060221180.85，则每台的容量为 S=1600000.0081.7

54、/20.85=924.8KVA，查表选两台型号为SSPL110000 的变压器，电压为 380/220KV，出线侧采用单母线分段接线。五短路电流计算五短路电流计算为合理选择电气设备，需进行短路电流计算。短路电流计算最危险的情况，即最大运行方式下三相短路故障。计算按标么值进行，选取基准值如下表 51：表 51Sj=100MVAUe=220Ue=110Ue=10Uj=1.05Up(KV)23111510.51.画电路图按我们这次设计需要，选取相应的短路点化简电力系统接线图，如下图示（我们选取了 4 个短路点，分别为 d1、d2、d3、d4） 。厂用电d4d2d1d3曹村水电站110KV160MVA

55、260MVA130km160km安庆变马鞍山变280km40km60km260MVA120KVAcos=0.8皖西水电站群360km80km六安变60MVA110KV舒城变2120MVA90km600KWcos=0.88Xd=0.12220KV2360MVA淮南火电站80km2120MVA龙山变无穷大电源300km芜湖变260MVA34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 53 页 共 68 页 黄晓佳 060221182.求各元件的电抗标么值表 5-2 电抗标么值计算名称容量(MVA)有名值标么值计算公式标么值电源00皖西水电站群1200.120.2191 号机组62.

56、40.20.3752 号机组62.40.20.3753 号机组62.40.20.375电源淮南火电站6000.1220.126舒城变120280.033龙山变12029.50.044主变 1 号160130.27主变 2 号63130.27变压器芜湖变12010.50.045L(km)X标么值计算公式标么值6030.40.06800.40.242900.40.067600.40.183000.40.225400.40.03600.40.181500.40.45线路1300.40.393.画出等值电路jBSx0 %S cos*ejddPSxx 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设

57、计计算书第 54 页 共 68 页 黄晓佳 06022118 (一)对于 d1点短路时的短路电流计算1.化简等值电路图 经过星-三角等变换如下图 2.将转移电抗化为各电源对短路点的计算电抗Xca(G1)= X43(SG1/Sd)=1.52(600/0.88/100)=8.5534 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 55 页 共 68 页 黄晓佳 06022118Xca(G2)= X44(SG2/Sd)=1.14(120/0.8/100)=14.325Xca(2)= Xca(3)=X41(SG3/Sd)=2.52(62.4/100)=1.58Xca(1)=0.396(62

58、.4/100)=0.2483.计算各电源供给的短路电流 电源 G1供给在短路点处产生的短路电流： 先求以电源 G1容量为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值600/0.8837.49()3 10.5dIKA对应 Xca(G1)=8.553.45，近似认为短路点太远，因而对发电机端电压没有影响，即机端电压在短路时保持不变，I*“=I“=1/8.55=0.117(KA)I*=I=4.38(KA)源 G2供给在短路点处产生的短路电流： 先求以电源 G2容量为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值3120/0.88.25()3 10.5dIKA对应 Xca(G2)= 3.946，

59、近似认为短路点太远，因而对发电机端电压没有影响，即机端电压在短路时保持不变，I*“=I“=1/14.325=0.07(KA)I*=I=0.58(KA)3源供给在短路点处产生的短路电流： 无限大电源 G1在短路点处产生的短路电流1005.5()3 10.5dIKAI*“=I“=1.82(KA)I*=I=10(KA)2，3 号机组供给在短路点处产生的短路电流：34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计计算书第 56 页 共 68 页 黄晓佳 06022118先求以机组 2 容量为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值262.43.45()3 10.5dIKA对应 Xca(G3

60、)=0.435，查曲线I*=0.67 I*=2.31(KA)I“=0.7(KA) I=2.41(KA)（5）1 号机组供给在短路点处产生的短路电流：先求以机组 1 容量为基准容量、以短路点平均电压为基准电压的电流基准值262.43.45()3 10.5dIKA对应 Xca(G3)=0.248，查曲线I*=3.85I*=13.28(KA)I“=3.04 I=10.49(KA)（6）求短路点总的三相短路电流Ik=4.38+0.57+10+2*2.31+13.28=32.85 kAIk=4.38+0.57+10+2*2.41+10.49=30.26Ka(7)短路点的短路容量Sk”=1.732* Ik