水电站课程设计剖析

课程设计：水电站厂房设计专业班级：12级水利水电工程卓越班姓名：饶宇学号：2012102196指导教师：蔡高堂张小兵徐寅南昌工程学院水利与生态工程学院印制2015——2016学年第一学期南昌工程学院课程设计（论文）任务书I、课程设计(论文)题目：某水电站厂房课程设计、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：一、设计原始资料（一）工程概况图1为某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564k㎡，占全流域面积的75.3%，多年平均流量为17.6m3/s水库总库容为2.783108m3，属多年调节。图1厂房为坝后式，安装3台8000KW机组，总装机容量 2.4 104KW，保证出力5500KW，多年平均发电量 7260 104KW h，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 2m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

64.3m，加权平均水头

Hcp

59.63m，最小水头

Hmin

38.02m。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

LJ

140，单机额定出力为

8333KW

，该机组适用

Hmax

65m，Hmin

38mHp

58m，额定流量

16.5m3

/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

b0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

100.1m。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

12m，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

2.723m。厂房屋顶结构厚度为

2.456m。二、设计技术要求厂房课程设计重点是主厂房内部主要设备和结构的布置，以及轮廓尺寸的决定。设计图应符合工程图纸的要求，说明书应能说明设计内容，文字通顺、整洁。、课程设计(论文)工作内容及完成时间：一、工作内容水电站厂房课程设计要求学生根据所给任务书，利用所给的资料，完成下列工作：1、用简略的方法选择厂房的主要和辅助设备。2、进行厂区和厂房内部布置，决定厂房的轮廓尺寸。3、绘制设计图纸 (至少要有一平一立两张图纸 )和编写设计计算书和说明书。二、完成时间本课程设计2周，具体安排大致如下（供参考）：1、设计布置，了解设计任务书及熟悉原始资料1天2、进行厂房布置设计，并布置草图6天3、绘厂房布置图（可用计算机绘制）及整理编写计算书和说明书3天Ⅳ主要参考资料：《水电站厂房设计规范SL266-2014替代SL266-2001中华人民共和国水利部编中国水利水电出版社2014》DLT5186-2004水力发电厂机电设计规范》《水力机械（第 2版）金钟元 编中国水利水电出版社 1992》《水电站机电设计手册：水力机械水利电力出版社1983》《水电站建筑物（第二版）马善定，汪如泽编水利水电出版社1996》《水工设计手册(第2版第8卷水电站建筑物)王仁坤主编中国水利水电出版社2013》《专门水工建筑物--张光斗，王光纶著--上海科学技术出版社1999》《水电站厂房设计顾鹏飞水利电力出版社1987》《水电站建筑物设计参考资料张治滨等编中国水利水电出版社1997》指导教师：张小兵 蔡高堂 徐寅教研室主任： 蔡高堂水电站设计说明书一、工程概况图1为某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 564k㎡，占全流域面积的 75.3%，多年平均流量为17.6m3/s水库总库容为2.783 108m3，属多年调节。图1厂房为坝后式，安装 3台8000KW机组，总装机容量2.4 104KW，保证出力5500KW，多年平均发电量7260 104KW h，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2m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2.1、水轮机和发电机电站最大水头Hmax 64.3m，加权平均水头Hcp 59.63m，最小水头Hmin

38.02m。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

LJ

140，单机额定出力为

8333KW

，该机组适用

Hmax

65m

，Hmin型号为

38mHpSF8000

58m，额定流量16.5m3/s，和电站水头范围比较匹配。发电机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 b0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 100.1m。2.2、调速器：选用YDT 3500型电气液压式2.3、主阀：采用卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀2.4、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

12m，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

2.723m。厂房屋顶结构厚度为2.456m。三、辅助设备系统3.1、油系统：透平油系统，根据设备用油量选用6m3净油桶1只、6m3污油桶一只、净油设备压力滤油机2台、真空滤油机1台，供油设备齿轮油泵1台。绝缘油系统选用8m3净油桶2只、8m3污油桶2只。油净化设备与透平油共用，变压器的充油和排油均在安装现场进行。两类油的事故排油均由管道排往集水井，事故后再将集水井的油抽出来。由于电站距县城较近，交通方便，故油化验设备按简化分析设置。3.2、供水系统：①技术供水，本电站水头范围为 38.02m--64.32m，且水质，水温均满足要求，所以采用自流供水方式。取水口设在每台机蝴蝶阀前的压力钢管上，并与全厂技术供水总管连通， 互为备用。每台机组供水管上均装有电磁液压阀。以保证自动投入或切除； ②消防用水，全厂设一消防用水总管与技术供水总管连通。油库、油处理器和变压器上装有消防喷雾头。一般情况下，采用自流供水能满足全厂消防对水压的要求。但当电站在最小水头运行时，则水压不足，故需另加两台卧式水泵（一台备用）从下游抽水运至消防总管， 同时作为技术供水的备用水泵。3.3、排水系统：分机组检修排水、厂房漏水排水和厂区排水三部分。1）检修排水，采用廊道间接排水方式，既检修机组是，蜗壳和尾水管中的积水通过盘形阀的控制，先流经廊道排往集水井，然后再由水泵抽排至尾水渠。集水井上共设两检修排水用深井泵，两台水泵同时工作，待积水抽空后，再由一台抽排阀门的漏水。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水泵。渗漏排水泵的启动和切除由液位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，可利用的廊道容积为 58.7m3。厂房沉陷、温度缝的渗漏水。坝体渗漏水、机组顶盖与主轴密封渗漏水、压力钢管伸缩节漏水等，经厂内排水沟、管引至集水井，然后再由渗漏排水泵抽排至尾水渠。3）厂区排水，选用4台单级双吸卧式水泵，厂区排水时4台水泵逐台启动，以减小厂用变压器的压降。厂区排水集水井的有效容积为94.13m3。3.4、压缩空气系统：高压气系统选用 1.5m3贮气罐一只，高压空压机 2台，其中一台备用；低压气系统选用容积为 3m3的制动和调相用贮气罐各一只，低压空气机两台（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装有逆止阀，当两台贮气罐压力不平衡时，只允许调相用贮气罐的气进入制动贮气罐。风动工具和吹扫用气均从调相供气管引出。3.5、直流系统：由一组铅酸蓄电池（GGF-300型130个）两套充电装置组成，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。3.6、通风、采光：本电站为地面式厂房、主厂房采用自然通风方式，中控室、载波室设窗式空调器，蓄电池室、酸室装设轴流风机，通过管道将新产出的酸气排至厂外。位于水轮机层副厂房中的母线道，也用轴流风机通风散热。主机房采用自然采光和人工照明相结合的方式，人工照明的正常电源是常用电系统，当厂用电系统事故时，则利用蓄电池室的直流电源供电。3.7、尾水闸门：本电站三台机组共用一组4×2m平板滑动钢闸门，由一台5t电动葫芦启闭。四、厂区布置厂区布置主要是合理确定主、副厂房，主变和开关站的位置。主厂房位于坝后河床靠右岸位置，安装场布置在同一岸与右岸进厂公路连接。考虑充分利用长坝之间的空间并有利于主机房的通风、 采光等因素，将副厂房分为两部分，一部分在主厂房的上游侧，称为上游副厂房；另一部分在主厂房左端，称端部副厂房。变电站布置在端部副厂房与溢洪道之间的一块平地上，因溢洪道与变电站成一交角，故变电站为一不规则矩形，面积约 200m2。主变压器靠近端副厂房布置。为方便主变引出线和进入安装场检修，两台主变错开布置，且变电站与安装场同高程，并设有运输轨道。近区变考虑到引线及搬运的方便，布置在端副厂房靠下游侧屋外处，并设置围栏，以保证安全35kv配电装置如采用屋外型设备，则受场地限制，布置较困难，故采用屋内型设备。根据进出线方向及总体布置要求，将35kv开关室布置在靠变电站下游处，设两个出口，为便于维护，110kV开关站高压设备均采用中型布置，110kV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。在户外开关室下游侧布置有厂区排水泵房。五、主厂房内部布置5.1、发电机及安装场。发电机与安装场地面线在同一高程，布置SF8000-16/3300型发电机组。

3台在机组上游区，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（3.42.2米），在中心线下游设置吊物孔（2.5×2.5m）,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（2.4×2.4m）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。5.2、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面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。5.3、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、水电站厂房尺寸设计6.1、主厂房高程的确定6.1.1、水轮机安装高程

：安水轮机吸出高度：

Hs

10-

900

-KH式中：100.1m,K1.2,0.128,Hp58m，带入数据得Hs10-100.1-1.20.128580.98（m）900b00.35Z下设低Hs100.100.98（）安22101.255m6.1.2、尾水管底板高程和厂房基础开挖高程F尾0.35（）2FT(h3h2h1)96.58(m)6.1.3 蝴蝶阀室地面高程 蝴蝶：2（）98.255m26.1.4水轮机机层地面高程1：安装高程101.255+蜗壳进口断面半径0.902+蜗壳上混泥土厚度1m=103.1576.1.5 发电机层地板高程和安装场地面高程：发电机层的地板高程为108.535m，是根据套用机组的具体尺寸推算得出的。发电机层与水轮机层的高差为5.378m，满足水轮机的布置和运行维护所需的空间。电站50年一遇设计洪水位和200年一遇校核洪水位分别为109.80m和110.86m，均高于发电机层地板高程，如发电机层布置在下游最高洪水位以上，则仍需从现有高程提高1.3m至2.3m。显然不够经济，最终仍决定采用108.535m，但在主机房下游最高洪水位一下设置防洪钢窗，作应急防洪措施，并在厂房下游侧建有混凝土墙，由于超过发电机层高程的洪水位几率小且历时不长，这种措施还是可行的。安装场地高程与发电机层地板同高程。尾水平台高程与安装场地板高程相同。6.1.6 吊车安装高程 CC 1 h7 h8 h9 h10 h11 117.535m式中：h 7—发电机上机架高度h8—吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距h9—最大吊运部件高度h10—吊运部件吊钩之间的距离h11—主钩最高位置至轨道顶面的距离，可从起重机主要参数表查出6.1.7 天花板高程和屋顶高程小车高度为 2.723m，小车顶部至天花板的安全距离取 0.5m，则天花板高程为：117.535+2.723+0.5=120.758m厂房屋顶结构厚度（包括大梁、屋面板、女儿墙）为 2.456m，则屋顶高程为：120.758+2.456=123.214m6.1.8 厂房的总高度总高度为123.214-96.58=26.634m。其上部结构高度