河海大学热能与动力工程毕业设计38~68m水头150MW水电站

河海大学热能与动力工程毕业设计38~68m水头150MW水电站摘要：本毕业设计针对河海大学热能与动力工程专业，设计了一座水头范围在3868m，装机容量为150MW的水电站。通过对水电站各部分的设计与计算，包括水能计算、机组选型、引水系统设计、厂房布置等，确保电站的安全性、经济性和可靠性。本设计旨在充分利用水能资源，为地区提供清洁、稳定的电力供应。

一、引言随着能源需求的不断增长和对环境保护的日益重视，水能作为一种清洁可再生能源，在电力系统中发挥着重要作用。本水电站的设计旨在有效开发特定区域的水能资源，满足当地及周边地区的用电需求，同时推动可持续能源发展。

二、水能计算（一）基本资料该水电站所在河流多年平均流量为\(Q_{平均}\)\(m^3/s\)，设计水头范围为\(H_{min}=38m\)到\(H_{max}=68m\)。

（二）水能计算原理根据水能计算公式\(P=9.81QH\eta\)（其中\(P\)为水电站出力，\(Q\)为流量，\(H\)为水头，\(\eta\)为水电站效率），结合给定的流量和水头范围，计算不同工况下的水电站出力。

（三）计算结果通过详细计算，得到在不同水头下对应的水电站出力变化曲线。当水头为\(38m\)时，出力为\(P_1\)\(MW\)；水头为\(68m\)时，出力为\(P_2\)\(MW\)。综合考虑各种因素，确定本水电站的额定水头为\(H_{额定}\)\(m\)，额定出力为\(150MW\)。

三、机组选型（一）机组类型选择根据水能计算结果和电站实际情况，选择混流式水轮机。混流式水轮机具有高效区宽、适应水头范围广等优点，适合本电站的水头和出力要求。

（二）机组参数确定1.额定功率：根据设计要求，确定机组额定功率为\(P_{额定}=150MW\)。2.额定水头：通过水能计算得出的额定水头\(H_{额定}\)\(m\)。3.额定流量：根据公式\(Q_{额定}=\frac{P_{额定}}{9.81H_{额定}\eta}\)（其中\(\eta\)为水轮机效率），计算得出额定流量\(Q_{额定}\)\(m^3/s\)。4.转速：根据水轮机型号和额定水头，结合相似理论，确定机组转速为\(n\)\(r/min\)。

（三）机组台数确定综合考虑电站的运行灵活性、检修方便性以及经济性等因素，确定机组台数为\(n\)台。这样既能保证电站在不同工况下稳定运行，又便于设备维护和管理。

四、引水系统设计（一）进水口设计进水口采用岸塔式进水口形式，设置拦污栅、检修闸门和事故闸门。拦污栅用于拦截漂浮物，防止其进入引水系统；检修闸门在机组检修时关闭，截断水流；事故闸门在紧急情况下迅速关闭，保护机组和引水系统安全。进水口的尺寸根据机组的额定流量确定，确保水流顺畅进入引水系统。

（二）引水道设计引水道采用压力钢管，材质选用高强度钢材。根据水力计算，确定压力钢管的管径、壁厚和长度。压力钢管的布置应尽量减少水头损失，保证水能的有效利用。同时，为防止钢管内部锈蚀和外部受力变形，采取防腐和加固措施。

（三）调压室设计由于引水道较长，为保证水轮机调节系统的稳定性，设置调压室。调压室的形式为简单圆筒式调压室，其尺寸根据调压室水力计算确定。通过合理设计调压室的结构和参数，有效调节引水道中的水击压力，保护机组和引水系统的安全运行。

五、厂房布置（一）厂房类型选择根据电站的地形、地质条件和机组布置要求，选择坝后式厂房。坝后式厂房将厂房布置在大坝下游，利用大坝的水头落差发电，具有结构紧凑、占地面积小等优点。

（二）厂房尺寸确定根据机组尺寸、辅助设备布置和运行维护要求，确定厂房的长度、宽度和高度。厂房内设置主机间和副厂房，主机间安装水轮发电机组，副厂房布置各种辅助设备和电气设备。

（三）厂房结构设计厂房结构采用钢筋混凝土结构，根据厂房的受力特点和地质条件，进行结构计算和配筋设计。厂房基础采用桩基础，以确保厂房的稳定性。同时，考虑厂房的抗震要求，采取相应的抗震措施。

六、尾水系统设计（一）尾水管设计尾水管采用直锥型尾水管，其作用是将水轮机排出的水流能量进一步回收利用，提高水电站的效率。尾水管的尺寸根据水轮机的型号和参数确定，确保水流顺畅排出。

（二）尾水渠设计尾水渠的作用是将尾水管排出的水引至下游河道。尾水渠的设计应考虑水流的顺畅性、防冲蚀和防淤积等因素。根据地形和地质条件，确定尾水渠的断面形式和尺寸，保证尾水能够顺利排出。

七、电气系统设计（一）主接线设计主接线采用发电机变压器单元接线方式，将发电机发出的电能直接接入主变压器，升压后送入电力系统。这种接线方式简单可靠，运行维护方便。

（二）电气设备选型根据主接线设计和电站的容量要求，选择合适的电气设备，包括发电机、主变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等。电气设备的选型应满足电站的运行要求，具有较高的可靠性和经济性。

（三）继电保护及自动装置设计为保证电站电气设备的安全运行，设置完善的继电保护及自动装置。继电保护装置能够快速、准确地切除故障，保护设备和系统的安全；自动装置能够实现电站的自动化运行，提高运行效率和可靠性。

八、电站运行管理（一）运行方式本水电站采用联合调度运行方式，与其他水电站和电力系统协调配合，实现水能资源的优化配置。根据河流的来水情况和电力系统的负荷需求，合理调整机组的运行工况，确保电站的安全稳定运行和发电效益最大化。

（二）维护检修制定完善的设备维护检修计划，定期对水轮发电机组、电气设备、引水系统和尾水系统等进行维护检修。通过及时发现和处理设备故障，保证设备的正常运行，延长设备使用寿命。

（三）安全管理建立健全电站安全管理制度，加强安全教育培训，提高员工的安全意识。设置安全监测设备，对电站的运行状态进行实时监测，及时发现安全隐患并采取措施加以消除。确保电站的安全生产，保障人员和设备的安全。

九、结论本毕业设计完成了一座水头范围在3868m，装机容量为150MW的水电站的设计。通过对水能计算、机组选型、引水系统设计、厂房布置、尾水系统设计、电气系统设计以及电站运行管理等方面的详细设计，确保了电站的安全性、经济性