水電站課程設(shè)計剖析

課程設(shè)計：水電站廠房設(shè)計專業(yè)班級：12級水利水電工程卓越班姓名：饒宇學(xué)號：2012102196指導(dǎo)教師：蔡高堂張小兵徐寅南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院印制2015——2016學(xué)年第一學(xué)期南昌工程學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書I、課程設(shè)計(論文)題目：某水電站廠房課程設(shè)計、課程設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求：一、設(shè)計原始資料（一）工程概況圖1為某水電站的廠房布置圖， 它是一座以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、 過木、供水等綜合效益的縣辦骨干電站。采用鋼筋混凝土堆石壩，最大壩高 74m，壩址以上控制流域面積564k㎡，占全流域面積的75.3%，多年平均流量為17.6m3/s水庫總庫容為2.783108m3，屬多年調(diào)節(jié)。圖1廠房為壩后式，安裝3臺8000KW機(jī)組，總裝機(jī)容量 2.4 104KW，保證出力5500KW，多年平均發(fā)電量 7260 104KW h，年利用小時 3025h，在系統(tǒng)中（地方電網(wǎng)）擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)相任務(wù)，并可對下游梯級進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在樞紐布置上，為避免廠房、溢洪道、筏道的相互干擾，將岸坡式溢洪道布置在壩左岸的一鼻形山脊上，用鋼筋混凝土擋土墻與堆石壩銜接，出口消能采用挑流形式。過木干筏道布置在壩左岸的山坡上。隧洞布置在壩右岸的山體中，具有導(dǎo)流、發(fā)電引水和放空等多種功能，即施工期用隧洞導(dǎo)流，并在導(dǎo)流洞口上的山巖中另開一洞口，與隧洞相連成為“龍?zhí)ь^”形式，采用塔式進(jìn)水口作為發(fā)電引水和放空隧洞的首部，水庫蓄水時將導(dǎo)流洞口封賭。隧洞直徑為 5.2m。隧洞出口設(shè)有放空水庫用的閘門。在放空閘門上游另鑿發(fā)電引水岔洞，洞徑 4.6m，然后以三根 2m的鋼支管與機(jī)組相連。本工程規(guī)模屬大（ 2）型，樞紐為二等工程，電站廠房按 3級建筑物設(shè)計。（二）水電站廠房主要設(shè)備1、水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)電站最大水頭

Hmax

64.3m，加權(quán)平均水頭

Hcp

59.63m，最小水頭

Hmin

38.02m。按水頭范圍及裝機(jī)容量，套用

3臺現(xiàn)有機(jī)組。水輪機(jī)型號為

HL220

LJ

140，單機(jī)額定出力為

8333KW

，該機(jī)組適用

Hmax

65m，Hmin

38mHp

58m，額定流量

16.5m3

/s，和電站水頭范圍比較匹配。

發(fā)電機(jī)型號為

SF8000

16/3300

，單機(jī)額定出力

8000KW（懸式），采用密封式通風(fēng)，可控硅勵磁。水輪機(jī)導(dǎo)葉

b0為

0.35m。水輪機(jī)帶軸長

3.74m，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸長

4.785m.。一臺機(jī)組在設(shè)計水頭、額定出力下運(yùn)行的尾水位為

100.1m。2、調(diào)速器：選用 YDT 3500型電氣液壓式3、主閥：采用臥式液壓型搖擺式接力器雙平板偏心蝴蝶閥4、橋式起重機(jī)：本電站的最重部件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸重 37.5t，結(jié)合廠房布置要求。選用起重機(jī)跨度

Lk

12m，主副鉤最大起升高度分別為

20m和

22m，主鉤最高位置至軌頂距離為

0.911m，小車高度

2.723m。廠房屋頂結(jié)構(gòu)厚度為

2.456m。二、設(shè)計技術(shù)要求廠房課程設(shè)計重點(diǎn)是主廠房內(nèi)部主要設(shè)備和結(jié)構(gòu)的布置，以及輪廓尺寸的決定。設(shè)計圖應(yīng)符合工程圖紙的要求，說明書應(yīng)能說明設(shè)計內(nèi)容，文字通順、整潔。、課程設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：一、工作內(nèi)容水電站廠房課程設(shè)計要求學(xué)生根據(jù)所給任務(wù)書，利用所給的資料，完成下列工作：1、用簡略的方法選擇廠房的主要和輔助設(shè)備。2、進(jìn)行廠區(qū)和廠房內(nèi)部布置，決定廠房的輪廓尺寸。3、繪制設(shè)計圖紙 (至少要有一平一立兩張圖紙 )和編寫設(shè)計計算書和說明書。二、完成時間本課程設(shè)計2周，具體安排大致如下（供參考）：1、設(shè)計布置，了解設(shè)計任務(wù)書及熟悉原始資料1天2、進(jìn)行廠房布置設(shè)計，并布置草圖6天3、繪廠房布置圖（可用計算機(jī)繪制）及整理編寫計算書和說明書3天Ⅳ主要參考資料：《水電站廠房設(shè)計規(guī)范SL266-2014替代SL266-2001中華人民共和國水利部編中國水利水電出版社2014》DLT5186-2004水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范》《水力機(jī)械（第 2版）金鐘元 編中國水利水電出版社 1992》《水電站機(jī)電設(shè)計手冊：水力機(jī)械水利電力出版社1983》《水電站建筑物（第二版）馬善定，汪如澤編水利水電出版社1996》《水工設(shè)計手冊(第2版第8卷水電站建筑物)王仁坤主編中國水利水電出版社2013》《專門水工建筑物--張光斗，王光綸著--上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1999》《水電站廠房設(shè)計顧鵬飛水利電力出版社1987》《水電站建筑物設(shè)計參考資料張治濱等編中國水利水電出版社1997》指導(dǎo)教師：張小兵 蔡高堂 徐寅教研室主任： 蔡高堂水電站設(shè)計說明書一、工程概況圖1為某水電站的廠房布置圖，它是一座以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、過木、供水等綜合效益的縣辦骨干電站。采用鋼筋混凝土堆石壩，最大壩高74m，壩址以上控制流域面積 564k㎡，占全流域面積的 75.3%，多年平均流量為17.6m3/s水庫總庫容為2.783 108m3，屬多年調(diào)節(jié)。圖1廠房為壩后式，安裝 3臺8000KW機(jī)組，總裝機(jī)容量2.4 104KW，保證出力5500KW，多年平均發(fā)電量7260 104KW h，年利用小時3025h，在系統(tǒng)中（地方電網(wǎng)）擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)相任務(wù)，并可對下游梯級進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在樞紐布置上，為避免廠房、溢洪道、筏道的相互干擾，將岸坡式溢洪道布置在壩左岸的一鼻形山脊上，用鋼筋混凝土擋土墻與堆石壩銜接，出口消能采用挑流形式。過木干筏道布置在壩左岸的山坡上。隧洞布置在壩右岸的山體中，具有導(dǎo)流、發(fā)電引水和放空等多種功能，即施工期用隧洞導(dǎo)流，并在導(dǎo)流洞口上的山巖中另開一洞口，與隧洞相連成為“龍?zhí)ь^”形式，采用塔式進(jìn)水口作為發(fā)電引水和放空隧洞的首部，水庫蓄水時將導(dǎo)流洞口封賭。隧洞直徑為5.2m。隧洞出口設(shè)有放空水庫用的閘門。在放空閘門上游另鑿發(fā)電引水岔洞，洞徑4.6m，然后以三根2m的鋼支管與機(jī)組相連。本工程規(guī)模屬大（2）型，樞紐為二等工程，電站廠房按 3級建筑物設(shè)計。二、水電站廠房主要設(shè)備2.1、水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)電站最大水頭Hmax 64.3m，加權(quán)平均水頭Hcp 59.63m，最小水頭Hmin

38.02m。按水頭范圍及裝機(jī)容量，套用

3臺現(xiàn)有機(jī)組。水輪機(jī)型號為HL220

LJ

140，單機(jī)額定出力為

8333KW

，該機(jī)組適用

Hmax

65m

，Hmin型號為

38mHpSF8000

58m，額定流量16.5m3/s，和電站水頭范圍比較匹配。發(fā)電機(jī)16/3300，單機(jī)額定出力8000KW（懸式），采用密封式通風(fēng)，可控硅勵磁。水輪機(jī)導(dǎo)葉 b0為0.35m。水輪機(jī)帶軸長 3.74m，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸長4.785m.。一臺機(jī)組在設(shè)計水頭、額定出力下運(yùn)行的尾水位為 100.1m。2.2、調(diào)速器：選用YDT 3500型電氣液壓式2.3、主閥：采用臥式液壓型搖擺式接力器雙平板偏心蝴蝶閥2.4、橋式起重機(jī)：本電站的最重部件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸重 37.5t，結(jié)合廠房布置要求。選用起重機(jī)跨度

Lk

12m，主副鉤最大起升高度分別為

20m和22m，主鉤最高位置至軌頂距離為

0.911m，小車高度

2.723m。廠房屋頂結(jié)構(gòu)厚度為2.456m。三、輔助設(shè)備系統(tǒng)3.1、油系統(tǒng)：透平油系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備用油量選用6m3凈油桶1只、6m3污油桶一只、凈油設(shè)備壓力濾油機(jī)2臺、真空濾油機(jī)1臺，供油設(shè)備齒輪油泵1臺。絕緣油系統(tǒng)選用8m3凈油桶2只、8m3污油桶2只。油凈化設(shè)備與透平油共用，變壓器的充油和排油均在安裝現(xiàn)場進(jìn)行。兩類油的事故排油均由管道排往集水井，事故后再將集水井的油抽出來。由于電站距縣城較近，交通方便，故油化驗(yàn)設(shè)備按簡化分析設(shè)置。3.2、供水系統(tǒng)：①技術(shù)供水，本電站水頭范圍為 38.02m--64.32m，且水質(zhì)，水溫均滿足要求，所以采用自流供水方式。取水口設(shè)在每臺機(jī)蝴蝶閥前的壓力鋼管上，并與全廠技術(shù)供水總管連通， 互為備用。每臺機(jī)組供水管上均裝有電磁液壓閥。以保證自動投入或切除； ②消防用水，全廠設(shè)一消防用水總管與技術(shù)供水總管連通。油庫、油處理器和變壓器上裝有消防噴霧頭。一般情況下，采用自流供水能滿足全廠消防對水壓的要求。但當(dāng)電站在最小水頭運(yùn)行時，則水壓不足，故需另加兩臺臥式水泵（一臺備用）從下游抽水運(yùn)至消防總管， 同時作為技術(shù)供水的備用水泵。3.3、排水系統(tǒng)：分機(jī)組檢修排水、廠房漏水排水和廠區(qū)排水三部分。1）檢修排水，采用廊道間接排水方式，既檢修機(jī)組是，蝸殼和尾水管中的積水通過盤形閥的控制，先流經(jīng)廊道排往集水井，然后再由水泵抽排至尾水渠。集水井上共設(shè)兩檢修排水用深井泵，兩臺水泵同時工作，待積水抽空后，再由一臺抽排閥門的漏水。2）滲漏排水，與檢修排水共用一集水井，設(shè)一臺深井泵。檢修排水泵可作為滲漏排水泵的備用水泵。滲漏排水泵的啟動和切除由液位信號器根據(jù)集水井的水位變化控制，集水井的有效容積為 40m3，可利用的廊道容積為 58.7m3。廠房沉陷、溫度縫的滲漏水。壩體滲漏水、機(jī)組頂蓋與主軸密封滲漏水、壓力鋼管伸縮節(jié)漏水等，經(jīng)廠內(nèi)排水溝、管引至集水井，然后再由滲漏排水泵抽排至尾水渠。3）廠區(qū)排水，選用4臺單級雙吸臥式水泵，廠區(qū)排水時4臺水泵逐臺啟動，以減小廠用變壓器的壓降。廠區(qū)排水集水井的有效容積為94.13m3。3.4、壓縮空氣系統(tǒng)：高壓氣系統(tǒng)選用 1.5m3貯氣罐一只，高壓空壓機(jī) 2臺，其中一臺備用；低壓氣系統(tǒng)選用容積為 3m3的制動和調(diào)相用貯氣罐各一只，低壓空氣機(jī)兩臺（互為備用）。為確保制動用氣的可靠性，在制動用氣貯氣罐的進(jìn)氣側(cè)裝有逆止閥，當(dāng)兩臺貯氣罐壓力不平衡時，只允許調(diào)相用貯氣罐的氣進(jìn)入制動貯氣罐。風(fēng)動工具和吹掃用氣均從調(diào)相供氣管引出。3.5、直流系統(tǒng)：由一組鉛酸蓄電池（GGF-300型130個）兩套充電裝置組成，供全廠正常和事故情況下控制、保護(hù)、信號和自動裝置的直流電源。蓄電池按浮充電方式運(yùn)行。3.6、通風(fēng)、采光：本電站為地面式廠房、主廠房采用自然通風(fēng)方式，中控室、載波室設(shè)窗式空調(diào)器，蓄電池室、酸室裝設(shè)軸流風(fēng)機(jī)，通過管道將新產(chǎn)出的酸氣排至廠外。位于水輪機(jī)層副廠房中的母線道，也用軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)散熱。主機(jī)房采用自然采光和人工照明相結(jié)合的方式，人工照明的正常電源是常用電系統(tǒng)，當(dāng)廠用電系統(tǒng)事故時，則利用蓄電池室的直流電源供電。3.7、尾水閘門：本電站三臺機(jī)組共用一組4×2m平板滑動鋼閘門，由一臺5t電動葫蘆啟閉。四、廠區(qū)布置廠區(qū)布置主要是合理確定主、副廠房，主變和開關(guān)站的位置。主廠房位于壩后河床靠右岸位置，安裝場布置在同一岸與右岸進(jìn)廠公路連接?？紤]充分利用長壩之間的空間并有利于主機(jī)房的通風(fēng)、 采光等因素，將副廠房分為兩部分，一部分在主廠房的上游側(cè)，稱為上游副廠房；另一部分在主廠房左端，稱端部副廠房。變電站布置在端部副廠房與溢洪道之間的一塊平地上，因溢洪道與變電站成一交角，故變電站為一不規(guī)則矩形，面積約 200m2。主變壓器靠近端副廠房布置。為方便主變引出線和進(jìn)入安裝場檢修，兩臺主變錯開布置，且變電站與安裝場同高程，并設(shè)有運(yùn)輸軌道。近區(qū)變考慮到引線及搬運(yùn)的方便，布置在端副廠房靠下游側(cè)屋外處，并設(shè)置圍欄，以保證安全35kv配電裝置如采用屋外型設(shè)備，則受場地限制，布置較困難，故采用屋內(nèi)型設(shè)備。根據(jù)進(jìn)出線方向及總體布置要求，將35kv開關(guān)室布置在靠變電站下游處，設(shè)兩個出口，為便于維護(hù)，110kV開關(guān)站高壓設(shè)備均采用中型布置，110kV母線避雷器選用體積較小的氧化鋅避雷器，并安裝在構(gòu)架上。在戶外開關(guān)室下游側(cè)布置有廠區(qū)排水泵房。五、主廠房內(nèi)部布置5.1、發(fā)電機(jī)及安裝場。發(fā)電機(jī)與安裝場地面線在同一高程，布置SF8000-16/3300型發(fā)電機(jī)組。

3臺在機(jī)組上游區(qū)，布置YDT-3500型電氣液壓式調(diào)速器。每臺機(jī)組均設(shè)6塊機(jī)房盤（機(jī)組測溫盤，自動盤，勵磁調(diào)節(jié)盤，滅磁開關(guān)盤，動力盤，發(fā)電機(jī)組保護(hù)盤），均布置在大壩壩體上游擋水側(cè)的擋墻上。 機(jī)組中心線上游側(cè)布置蝴蝶閥吊孔（3.42.2米），在中心線下游設(shè)置吊物孔（2.5×2.5m）,用以吊裝水輪機(jī)層及層下的其他重金屬設(shè)備。在發(fā)電機(jī)層右側(cè)布置樓梯。在安裝場內(nèi)，設(shè)置（2.4×2.4m）的吊物孔以及與橋吊操作室相連通的樓梯。在安裝場露面上布置轉(zhuǎn)子軸空、，在軸空下設(shè)置轉(zhuǎn)子墩，以便支撐轉(zhuǎn)子。5.2、水輪機(jī)層。在水輪機(jī)層上游布置蝴蝶閥液壓控制裝置、蝴蝶閥控制機(jī)柜以及蝶閥孔。在調(diào)速器與水輪機(jī)層上布置調(diào)速軸及其推拉桿。水輪機(jī)下游布置油、氣、水道管以及機(jī)組檢修排水用盤型閥和尾水管平圧操作閥門。豎井機(jī)墩進(jìn)入孔布置在機(jī)墩下游側(cè)。水輪機(jī)層右端安裝場下層布置油庫、油處理室、空氣壓縮裝置室以及通往發(fā)電機(jī)和蝴蝶閥室層的樓梯。發(fā)電機(jī)引線出線布置在水輪機(jī)上游側(cè)第二象限+Y偏-X32.5。方向發(fā)電機(jī)風(fēng)罩上，中性點(diǎn)引線布置在-X軸方向上的風(fēng)罩上。在機(jī)墩旁水輪機(jī)層地面上布置復(fù)勵磁變壓器及其保護(hù)網(wǎng)。發(fā)電機(jī)出口電流互感器及中性點(diǎn)電流互感器布置在發(fā)電機(jī)機(jī)墩風(fēng)罩上。5.3、蝸殼，尾水管層。在蝴蝶閥室中布置有蝴蝶閥及其伸縮節(jié)、蝴蝶閥接力器漏油裝置等。尾水管進(jìn)人孔通道也設(shè)置在蝴蝶閥室中。六、水電站廠房尺寸設(shè)計6.1、主廠房高程的確定6.1.1、水輪機(jī)安裝高程

：安水輪機(jī)吸出高度：

Hs

10-

900

-KH式中：100.1m,K1.2,0.128,Hp58m，帶入數(shù)據(jù)得Hs10-100.1-1.20.128580.98（m）900b00.35Z下設(shè)低Hs100.100.98（）安22101.255m6.1.2、尾水管底板高程和廠房基礎(chǔ)開挖高程F尾0.35（）2FT(h3h2h1)96.58(m)6.1.3 蝴蝶閥室地面高程 蝴蝶：2（）98.255m26.1.4水輪機(jī)機(jī)層地面高程1：安裝高程101.255+蝸殼進(jìn)口斷面半徑0.902+蝸殼上混泥土厚度1m=103.1576.1.5 發(fā)電機(jī)層地板高程和安裝場地面高程：發(fā)電機(jī)層的地板高程為108.535m，是根據(jù)套用機(jī)組的具體尺寸推算得出的。發(fā)電機(jī)層與水輪機(jī)層的高差為5.378m，滿足水輪機(jī)的布置和運(yùn)行維護(hù)所需的空間。電站50年一遇設(shè)計洪水位和200年一遇校核洪水位分別為109.80m和110.86m，均高于發(fā)電機(jī)層地板高程，如發(fā)電機(jī)層布置在下游最高洪水位以上，則仍需從現(xiàn)有高程提高1.3m至2.3m。顯然不夠經(jīng)濟(jì)，最終仍決定采用108.535m，但在主機(jī)房下游最高洪水位一下設(shè)置防洪鋼窗，作應(yīng)急防洪措施，并在廠房下游側(cè)建有混凝土墻，由于超過發(fā)電機(jī)層高程的洪水位幾率小且歷時不長，這種措施還是可行的。安裝場地高程與發(fā)電機(jī)層地板同高程。尾水平臺高程與安裝場地板高程相同。6.1.6 吊車安裝高程 CC 1 h7 h8 h9 h10 h11 117.535m式中：h 7—發(fā)電機(jī)上機(jī)架高度h8—吊運(yùn)部件與固定的機(jī)組或設(shè)備間的垂直凈距h9—最大吊運(yùn)部件高度h10—吊運(yùn)部件吊鉤之間的距離h11—主鉤最高位置至軌道頂面的距離，可從起重機(jī)主要參數(shù)表查出6.1.7 天花板高程和屋頂高程小車高度為 2.723m，小車頂部至天花板的安全距離取 0.5m，則天花板高程為：117.535+2.723+0.5=120.758m廠房屋頂結(jié)構(gòu)厚度（包括大梁、屋面板、女兒墻）為 2.456m，則屋頂高程為：120.758+2.456=123.214m6.1.8 廠房的總高度總高度為123.214-96.58=26.634m。其上部結(jié)構(gòu)高度