1、第十一章水電站地面廠房布置設計第一節水電站廠房的任務、組成及類型一、水電站廠房的任務水電站廠房是水能轉為電能的生產場所，也是運行人員進行生產和活動的場所。其任務是通過一系列工程措施，將水流平順地引入水輪機，使水能轉換成為可供用戶使用的電能，并將各種必需的機電設備安置在恰當的位置，創造良好的安裝、檢修及運行條件，為運行人員提供良好的工作環境。水電站廠房是水工建筑物、機械及電氣設備的綜合體，在廠房的設計、施工、安裝和運行中需要各專業人員通力協作。二、水電站廠房的組成水電站廠房的組成可從不同角度劃分。(一)從設備布置和運行要求的空間劃分(1) 主廠房。水能轉化為機械能是由水輪機實現的，機械轉化為電能

2、是由發電機來完成的，二者之間由傳遞功率裝置連接，組成水輪發電機組。水輪發電機組和各種輔助設備安裝在主廠房內，是水電站廠房的主要組成部分。(2) 副廠房。安置各種運行控制和檢修管理設備的房間及運行管理人員工作和生活用房。(3) 主變壓器場。裝設主變壓器的地方。水電站發出的電能經主變壓器升壓后，再經輸電線路送給用戶。(4) 開關站(戶外配電裝置)。為了按需要分配功率及保證正常工作和檢修，發電機和變壓器之間以及變壓器與輸電線路之間有不同電壓的配電裝置。發電機側的配電裝置，通常設在廠房內，而其高壓側的配電裝置一般布置在戶外，稱高壓開關站。裝設高壓開關、高壓母線和保護設施，高壓輸電線由此將電能輸送給電力

3、用戶。水電站主廠房、副廠房、主變壓器場和高壓開關站及廠區交通等，組成水電站廠區樞紐建筑物，一般稱廠區樞紐。(5) )從設備組成的系統劃分水電站廠房內的機械及水工建筑物共分五大系統(6) 水流系統。水輪機及其進出水設備，包括壓力管道、水輪機前的進水閥、蝸殼、水輪機、尾水管及尾水閘門等。(7) 電流系統。即電氣一次回路系統，包括發電機及其引出線、母線、發電機電壓配電設備、主變壓器和高壓開關站等。(8) 電氣控制設備系統。即電氣二次回路系統，包括機旁盤、厲磁設備系統、中央控制室、各種控制及操作設備如各種互感器、表計、繼電器、控制電纜、自動及遠動裝置、通迅及調度設備等直流系統，如圖11-1所示。(9)

4、 機械控制設備系統。包括水輪機的調速設備，如接力器及操作柜，事故閥門的控制設備，其它各種閘門、減壓閥、攔污柵等操作控制設備。(10) 輔助設備系統。包括為了安裝、檢修、維護、運行所必須的各種電氣及機械輔助設備，如廠用電系統(廠用變壓器、廠用配電裝置、直流電系統)，油系統、氣系統、水系統，起重設備，各種電氣和機械修理室、試驗室、工具間、通風采暖設備等。(三)從水電站廠房的結構組成劃分1 水平面上可分為主機室和安裝間。主機室是運行和管理的主要場所，水輪發電機組及輔助設備布置在主機室；安裝間是水電站機電設備卸貨、拆箱、組裝、檢修時使用的場地。2 垂直面上，根據工程習慣主廠房以發電機層樓板面為界，分為

5、上部結構和下部結構。(1) 上部結構。與工業廠房相似，基本上是板、梁、柱結構系統。(2) 下部結構。為大體積混凝土整體結構，主要布置過流系統，是廠房的基礎。圖11-1詳細表述了水電站廠房的組成及配合關系。三、水電站廠房的基本類型水電站廠房型式往往是隨不同的地形、地質、水文等自然條件和水電站的開發方式、水能利用條件、下游水位的變化、水利樞紐的總體布置而定。水電站廠房類型劃分方法很多，根據廠房與擋水建筑物的相對位置及其結構特征，可分為三種基本類型：1 引水式廠房發電用水來自較長的引水道，廠房遠離擋水建筑物，一般位于河岸，其軸線常平行河道。若將廠房建在地下山體內，則稱為地下廠房，如圖11-2所示。圖

6、11-1水電站廠房組成圖圖11-2地下廠房剖面圖2 壩后式廠房廠房位于攔河壩的下游，緊接壩后，在結構上與大壩用永久縫分開，發電用水由壩內高壓管道引入廠房，如圖11-3所示。有時為了解決泄水建筑物布置與廠房建筑物布置之間的矛盾，可將廠房布置成以下型式。圖11-3水電站壩后廠房剖面圖(1) 溢流式廠房。廠房位于壩后，將廠房頂作為溢洪道，成為壩后溢流式廠房，如圖11-4所示。這種益流式廠房通常是承受中、高水頭的電站廠房。圖11-4溢流式廠房剖面(2) 壩內式廠房。廠房移入溢流壩體空腹內，廠房與大壩全為一體。如圖11-5所示。圖11-5壩內式廠房剖面(3) 河床廠房廠房位于河床中，成為擋水建筑物的一部

7、分，廠壩結構在河床上銜接為一體，如圖11-6所示。圖11-6河床式廠房剖面如按機組主軸的裝置方式分，水電站廠房還可分為立式機組廠房和臥式機組廠房。本章主要介紹立式機組廠房。第二節水電站廠房設計所需資料和設計程序一、廠房設計所需資料水電站廠房布置設計涉及到各種機電設備的布置與其相應的建筑結構布置，在進行其設計之前，應收集有關的原始資料。（一）河流開發方案及建筑物等級一條河流要開發，應先進行規劃設計，確定修建梯級電站的先后順序。故設計之初應有規劃報告的批文作為依據。應根據工程規模、建壩高低、電站裝機容量等，確定電站建筑物等級和相應的設計標準。此外還應了解對廠房的特殊要求。（二）地形資料（1） 庫區

8、及取水樞紐1/20001/1000的地形圖。壩址軸線處1/200的地形圖。（2） 廠區樞紐處1/500的地形圖。（3） 廠房所在處1/200的地形圖。（4） 若為引水式電站，還應有1/20001/1000引水線路帶狀地形圖。（5） 三）工程地質和水文地質資料廠區地質分析報告及圖紙，對廠區所屬范圍的地質情況、巖層走向、傾角、斷層走向、條數應有了解。廠區內有無滑坡體、廠區廠房后坡有無危巖孤石、樞紐及廠區的地震級別有多大，也應有了解。此外，對廠區的地基覆蓋層厚度、下覆基巖深度、土壤及巖石物理力學指標等，均應了解清楚。對廠區內地下水活動情況應分析清楚，如地下水有無腐蝕性、巖層有無承壓水、它的滲透性等。

9、（6） 四）水文及水能資料1 站址的多年徑流資料，用以進行洪水、枯水、徑流等水文計算作依據。2 水庫的調洪方式，包括水庫及大壩的各種水文及下泄流量，壩址及廠址處的水位流量關系由線，尾水相應的校核、設計及最小的各特征水位值。3 廠區所在河流的泥沙資料、河流冰凌資料以及山洪泥石流等資料。4 電站的裝機容量、機組臺數、電站的最大最小和加權平均水頭。5 電站的運行方式、輸電方向、電壓等級、輸電距離等。6 五）施工組織資料了解施工單位的施工技術水平，包括施工方法及設備，施工材料的運輸條件，施工工期、施工單價等資料。7 六）機組與輔助設備資料1 主機組及總裝圖（立面和平面）及臺數。2 發電機的尺寸和重量，

10、冷卻方式及通風道尺寸。3 水輪機型號、直徑和重量，蝸殼和尾水管的型式和尺寸。4 變壓器的臺數、重量和尺寸。5 機旁盤、各種配電板、發電機引出線接地等裝置圖；油開關等的地腳螺栓基礎圖；調速器；高低壓空氣壓縮機、水泵等尺寸及基礎圖；吊車的規格及技術資料。綜上所述，要設計廠房，須在地形、地質、水文、氣象、施工、機組等基本資料收集齊后，方可進行。二、水電站廠房的設計程序水電站廠房設計，根據電站規模和工程難易程度可分為兩個階段或三個階段設計。一般大中型電站按兩個階段設計，即初步設計和施工詳圖設計(或技施設計，即技術設計和施工詳圖合并進行)。某些大型電站或比較復雜的廠房，則可按三個階段設計，即初步設計、技

11、術設計、施工詳圖。1初步設計初步設計階段的主要任務是通過技術經濟論證，確定廠區總體布置、廠房內部布置等方案，具體包括：(1) 闡述各比較方案的廠房及開關站布置的地形、地質、型式、布置、工程量、施工及運行條件、勞動力及造價等情況。各比較方案的優缺點和選定方案的論證。(2) 主副廠房的內部布置、結構型式、面積、高程和主要尺寸的選定，廠房結構的穩定計算及工程地質處理措施等。(3) 尾水建筑物的結構型式、控制高程、斷面尺寸、長度、尾水閘門及操作平臺布置的選定。尾水建筑物的水力計算以及提出尾水渠和下游河床防護整治措施方案的意見。(4) 開關站和主變壓器的位置、場地布置、面積、高程的選定。2 技術設計技術

12、設計階段是在批準初步設計基礎上進行各建筑物的詳細設計。包括建筑物的細部布置、結構布置，確定主要結構的計算原則及編寫出設計大綱，進行結構及構件的設計和計算。為施工組織設計和編制工程預算提供更詳細的工程量，編制該階段的設計文件，包括技術設計書、專題報告等。3 施工詳圖施工詳圖階段是在技術設計的基礎上進行的。包括各建筑物的基礎開挖圖，邊坡及基礎處理圖，混凝土澆筑分層分塊圖，各澆筑層預埋件圖，各結構及構件鋼筋圖，水下結構的止水排水設計圖，各建筑物的觀測設備埋設圖及其它構造詳圖。初步設計是關鍵，技術經濟上是否合理主要取決于初步設計階段，因此必須做到充分論證、精心設計。第三節水輪發電機發電機是實現機械能向

13、電能轉化的主要電氣設備，其型式和布置對主廠房的布置和尺寸影響很大。一、發電機類型及傳力方式豎軸水輪發電機就其傳力方式可分為二大類：(一)懸掛式發電機(包括發電機轉如圖11-7所示，推力軸承位于轉子上方，支承在上機架上。懸掛式發電機轉動部分子、水輪機轉輪、大軸和作用于轉輪上的水壓力)的重量，通過推力頭和推力軸承傳給上機架，上機架傳給定子外殼，定子外殼再把力傳給機墩，整個機組好象在上機架上掛著一樣，因此稱為懸掛式。圖11-7懸掛式發電機示意圖下機架的作用是支撐下導軸承和制動閘，下導軸承是防止擺動的。當機組停機時，需用制動閘將轉子頂起，以防燒毀推力頭和推力軸承。制動閘反推力、下導軸承自重等通過下機架

14、傳給機墩。發電機樓板自重和樓板上設備重量通過通風道外殼傳到機墩上。高轉速的發電機則多做成懸掛式的，因其轉子直徑小、高度大、重心高。從圖中可看出，這種發電機的傳力方式為：轉動部分僵箕臉嚼薰曾巧f推力A推力*T定于你L機轉輪、轉輪上的水Jk力等J承上機架兒Zp/L四產皿八J包括推力軸承上機架，1|哥定鄱分和斷1勵蕨機定于,發電機定子J帆眼(二)傘式發電機如圖11-8所示，傘式發電機推力軸承位于轉子下方，設在下機架上。整個發電機象把傘，推力頭象傘柄，轉子象傘布，故稱傘式發電機。1 .普通傘式。有上下導軸承，見圖11-8(a)。機組轉動部分的重量通過推力頭和推力軸承傳給下機架，下機架再把力傳給機墩。上

15、機架只支撐上導軸承和勵磁機定子。由于利用水輪機和發電機之間的軸安放推力頭，上機架的高度可減小，軸長可縮短，因而降低了廠房高度。發電機的重量比懸掛式要小，發電機轉子可單獨吊出，不需卸掉推力頭，安裝檢修都比較方便。傘式發電機轉子重心在推力軸承之上，重心較高，運轉時容易發生擺動，應用范圍受到限制。對于大容量、低轉速的發電機，由于轉子直徑大、高度小、重心低，多做成傘式。2 .半傘式。有上導軸承，無下導軸承，見圖11-8(b)o此種形式的發電機通常將上機架埋入發電機層地板以下。3 .全傘式。無上導軸承，有下導軸承。見圖11-8(c)。機組轉動部分的重量通過推力軸承的支撐結構傳到水輪機頂蓋上，通過頂蓋傳給

16、水輪機墩環。這種發電機的上機架僅僅支撐勵磁機定子和上導軸承的重量，結構簡單，尺寸小。下機架只支撐下導軸承和制動閘的反作用力，結構尺寸也較小。這種傳力方式進一步縮短了發電機的軸長，減小了轉子的重量，同時也降低了廠房的高度。圖11-8傘式發電機剖面圖水輪發電機主要數據，如定子和轉子直徑、有效鐵蕊高度、軸長和總高度、轉子帶軸重量和總重量，均由水輪發電機制造廠提供。二、發電機的勵磁系統勵磁系統是向發電機轉子供給形成磁場的直流電源。一般每臺發電機都設各自獨立的勵磁系統。勵磁系統包括勵磁機和勵磁盤(1) 勵磁機。實際上是直流發電機，其勵磁方式有采用與水輪發電機同軸的勵磁機的直接勵磁系統。采用直流發電機，由

17、水銀整流器組成的離子勵磁系統、半導體整流等非直接勵磁系統。大型水輪發電機多采用靜電可控硅勵磁方式。(2) 勵磁盤。它是裝設水輪發電機勵磁回路的控制設備和自動調整裝置的配電盤，其作用是控制和調整水輪發電機的勵磁電流。每臺發電機一般有35塊勵磁盤。一般布置在發電機層的上游側或下游側。三、發電機的支承結構(機墩)機墩是發電機的支承結構，其作用是將發電機支承在預定位置上，并為機組的運行、維護、安裝和檢修創造條件。對于立式機組的機墩承受水輪發電機組的全部動、靜荷載，這些荷載通過機墩傳到水下混凝土。為保證機組正常運行，要求機墩具有足夠的強度和剛度，同時具有良好的抗振性能，一般為鋼筋混凝土結構。常見的機墩形

18、式有：(1) 圓筒式機墩。如圖11-9(a)所示，其結構形式為厚壁鋼筋混凝土圓筒，其壁厚在1m以上。外部形狀可是圓形，也可是八角形。內壁為圓形的水輪機井，其直徑一般為1.31.4倍的轉輪直徑。圓筒式機墩的優點是剛度較大，抗壓、抗振、抗扭性能較好，結構簡單，施工方便。我國大中型電站采用較多。其缺點是水輪機井空間狹小，水輪機的安裝、維修、維護不方便。圖11-9發電機機墩(2)環形梁立柱式機墩。如圖11-9(c、d)所示，由環形梁和立柱組成，發電機座落在環形梁上，立柱底部固結在蝸殼上部混凝土上，并將荷載傳到下部塊體結構。此種機墩的優點是混凝土用量省，水輪機頂蓋處寬敞，立柱間凈空對設備的布置、機組的出

19、線、安裝、維修均比較方便。缺點是機墩剛度小，抗振、抗扭性能較差，一般用中小型機組。(3) 構架式機墩。如圖11-12(e)所示，機墩是由兩個縱向剛架和兩根橫梁組成。發電機支承在框架上部的梁系上，并由框架將荷載經蝸殼外圍混凝土傳至下部塊體結構。其優點是節約材料，施工簡單，造價低。構架下面的空間便于布置管路和輔助設備，機組安裝、檢修都較方便。缺點是剛度更小，僅適用于小型機組。(4) 塊體機墩。如圖11-12(b)所示。其剛度較大，抗振性能很好，但混凝土用量大，大型機組特別是大型傘式機組可考慮采用這種形式。四、發電機的布置方式發電機的布置方式是按發電機與發電機層樓板的相互位置劃分的，常見的有定子外露

20、式、定子埋入式、上機架埋入式三種。(1) 外露布置也叫開敞式，如圖11-10(a)所示。發電機定子完全露出于發電機層地面以上。此種布置在大型機組中不多見，因其占去發電機層地板很多位置，顯得擁擠，同時水輪機層高度小，不便其間布置夾層。(2) 埋入式布置，如圖11-10(b)所示。發電機定子埋入發電機層樓板下機坑內。此種布置使得發電機層較寬敞，由于提高了發電機層高程而增高了水輪機層高度，可利用增設中間層布置發電機引出線及電氣設備。目前采用較多。(3) 當單機容量在100MW以上的大型機組常采用上機架埋入布置，即發電機定子及上機架全部埋設在發電機層樓板之下，發電機層只留有勵磁機。這樣要增加一些廠房的

21、高度，但發電機層較寬敞，檢修場地大，利于各種控制設備和輔助設備的布置，有可能減小廠房的寬度。(a)定子外露式布置(b)定子埋入式布置圖11-10發電機的布置方式第四節水電站廠房內的輔助設備輔助設備是保證機組正常運行和安裝所必需的，對廠房的布置和尺寸也有一定的影響。主要有：調速系統、技術供水系統、排水系統、油壓系統、氣系統和起重設備。一、調速系統每臺機組裝設一套包括調速器、油壓裝置等附屬設備組成的調速系統，根據電力系統要求自動調整機組的出力，同時使機組保持一定的額定轉速。調速設備一般由下列三部分組成：調速器柜、作用筒(接力器)、油壓裝置。三部分之間用管路聯系。(a)調速柜外形圖(b)接力器示意圖

22、圖11-11調速設備1調速器柜。單機容量不同，機型不同，調速系統也不一樣，調速柜的外形尺寸變化不大，一般為方形，尺寸為800mmx800mmx1900mm,如圖11-11(a)所示。它以機械的傳動桿和油管與作用筒相聯。因作用筒多布置在機墩的上游側，所以調速柜也多布置在發電機的上游側。2作用筒(接力器)。作用筒是個油壓活塞，大中型機組都采用兩個，用來推轉調節環。調節環帶動導水葉來控制水輪機的引用流量，以調節機組的出力。因蝸殼上游斷面尺寸較小，作用筒一般布置在上游側機墩內，如圖11-11(b)所示。3油壓裝置。油壓裝置是由壓力油罐、儲油槽和油泵組成。油罐內油壓為2.5MPa，供推動活塞用。油壓靠壓

23、縮空氣維持，所以油桶內上部為壓縮空氣。工作后的油回到儲油槽，罐內油量不足時，由油泵將油槽中的油打入罐內。油泵一般為兩臺，一臺工作，一臺備用。油壓裝置示意圖為12-12所示。圖11-12油壓裝置示意圖二、油系統1 作用及分類水電站油系統任務有兩方面：一是供給機組軸承的潤滑油和操作用的壓力油，稱為透平油。其作用是潤滑、散熱及傳遞能量；二是供給變壓器、油開關等電氣設備的絕緣油，其作用是絕緣、散熱及滅弧。兩種油的性質不同，應有兩套獨立的油系統。2油系統的組成及布置(1) 油庫。接受和貯存油地方，油庫設有油罐。透平油的用油設備均在廠內，故透平油庫一般布置在廠內，只有在油量很大時才在廠外另設存貯新油的油庫

24、。絕緣油用量大的主變壓器和開關站都在廠外，所以絕緣油庫常布置在廠外主變壓器和開關站附近。油庫要特別注意防火，大于100t時油庫應設在廠外。(2) 油處理室。設有油泵和濾油機，有時還有油再生裝置。油處理室一般設在油庫旁。透平油與絕緣油常合用油處理室。相鄰水電站可合用一套油處理設備。(3) 補給油箱。設在主廠房的吊車梁下。當設備中的油有消耗時，補給油罐自流補給新油。當不設補給油箱時，可利用油泵補給新油。(4) 廢油槽。在每臺機組的最低點設廢油槽，收集漏出的廢油。(5) 事故油槽。當變壓器、油開關、油庫發生燃燒事故時迅速將油排走，以免事故擴大。油可排入事故油槽中或直接排入下游河道。事故油槽應布置在便

25、于充油設備排油的位置，并便于滅火。(6) 油管。油的輸送設備，一般布置在水輪機層。三、供水系統和排水系統。(一)供水系統1供水對象及要求水電站廠房內的供水系統包括技術供水、生活供水、消防供水。技術供水包括冷卻及潤滑用水，如發電機的空氣冷卻器、機組導軸承和推力軸承的油冷卻器、水潤滑導軸承、空氣壓縮機氣缸冷卻器、變壓器的冷卻設備等。耗水量最大的是發電機和變壓器的冷卻用水，可達技術用水的80%左右，要求水質清潔、不含對管道和設備有害的化學成分。2 供水系統布置及供水方式一般供水系統是從壓力管道取水、上游水庫取水、下游水泵取水和地下水源取水。供水系統由水源、供水設備、水處理設備、管網和測量控制元件組成

26、。管路應盡可能靠近機組，以縮短管線并減少水頭損失。供水泵房應布置在水輪機層或以下的洞室內。為保證水質，用水管把水引向過濾設備，經過濾后再分配用水。(1) 水泵供水：當水電站的水頭太低(水壓力不夠)或太高(需要減壓設備)時采用此方式供水。(2) 自流供水：適用于水頭在1260m之間的水電站，但當水頭大于40m時需要減壓設備。壩后式廠房從水庫引水，引水式廠房從壓力水管引水。(3) 混合式供水：水電站水頭變化較大時采用，高水頭用自流方式，低水頭時用水泵。消防用水要求水流能噴射到建筑物的最高部位，水量一般為15L/s。消防用水可從上游壓力管道、下游尾水渠或生活用水的水塔取水，并且應設置兩個水源。生活用

27、水根據工作人員的多少決定。(二)排水系統1排水系統的作用和排水方式廠房內的生活用水、技術用水、閥門或建筑物及其他設備的滲漏水，均需及時排走。發電機冷卻用水等均自流排往下游。不能自流排除的用水和滲水，則集中到集水井，再用水泵排到下游，這個系統稱為滲漏排水系統。機組檢修時常需要排空蝸殼和尾水管，為此需設檢修排水系統。檢修時，將檢修機組前蝴蝶閥或進水閘門關閉，將蝸殼及尾水管中的水自流經尾水管排往下游。當蝸殼和尾水管中的水位等于下游尾水時，關閉尾水閘門，利用檢修排水泵將余水排走。檢修排水可采用下列幾種方式：(1) 集水井。各尾水管與集水井之間以管道相連，并設閥門控制，尾水管的積水可自流排入集水井，再用

28、水泵排走。(2) 排水廊道。在廠房最低處沿縱軸線設一廊道，各尾水管的積水直接排入廊道，再以水泵排走。由于廊道體積大，尾水管中積水排除迅速，可縮短檢修時間。(3) 分段排水。在每兩臺機組之間設集水井和水泵，擔負兩臺機組的檢修排水。(4) 移動水泵。需檢修某臺機組時，臨時移動水泵裝在該處進行排水。(5) 排水系統的布置要求水泵集中在水泵房內，集水井設在水泵房的下層。集水井通常布置在安裝間下層、廠房一端、尾水管之間或廠房上游側。集水井的底部高程要足夠低，以便自流集水。每個集水井至少設兩臺水泵，一臺工作，一臺備用。四、氣系統1壓氣系統的用途壓縮空氣分為低壓壓縮空氣和高壓壓縮空氣。(1)低壓壓縮空氣系統

29、。機組制動；調相運行壓水；蝶閥關閉時，將壓縮空氣通入閥上的空氣圍帶，使其膨脹而減少漏水；檢修時清掃設備，供風動工具使用；通向攔污柵，防凍清污。額定氣壓為0.50.8MPa。(2)高壓壓縮空氣系統。廠房中所有調速器油壓裝置的壓力油箱充氣，調速器壓力油箱中約有2/3的體積為壓縮空氣，以保證調速器用油時無過大的壓力波動，額定氣壓為2.5MPa及4MPa。配電裝置如空氣斷路器的滅弧和操作的用氣，以及開關和少油斷路器的操作用氣，額定氣派壓為25MPa。2壓氣系統的組成及布置壓氣系統的組成有空壓機、儲氣罐、輸氣管、測量控制元件。用氣設備如遠離廠房(如高壓開關站及進水口)，則在該處另設有壓氣系統，廠房內高低

30、壓系統均要設置。空氣壓縮機室一般布置在水輪機層，安裝間的下面，其噪聲很大，要遠離中央控制室，并滿足防火防爆要求。五、水電站廠房的起重設備為了安裝和檢修機組及其輔助設備，廠房內要裝設專門的起重設備。最常見的起重設備是橋式起重機(橋吊)。橋吊由橫跨廠房的橋吊大梁及其上部的小車組成，橋吊大梁可在吊車梁頂上沿主廠房縱向行駛，橋吊大梁上的小車可沿該大梁在廠房橫向移動，如圖11-13所示。起重設備的型式和吊運方式對廠房上部結構和尺寸影響較大，正確選擇起重設備和吊運方式，可減小其寬度或高度。(一)橋吊的起重量和臺數橋吊的最大起重量取決于所吊運的最重部件，一般為發電機轉子，懸式發電機的轉子需帶軸吊運，傘式發電

31、機的轉子可帶軸吊運，也可不帶軸。對于低水頭電站，最重部件也可能是帶軸或不帶軸的水輪機轉輪。少數情況下，橋吊的起重量決定于主變壓器(主變需要在廠內檢修時)。橋式起重機有單小車和雙小車兩種。單小車設有主鉤和副鉤，當起重量不大時一般采用一臺雙鉤橋吊；雙小車是在橋吊大梁上設有兩臺可以單獨或聯合運行的小車，每臺小車只有一個起重吊鉤，起重量大于75t時，可采用雙小車橋吊。與單小車相比，雙小車橋吊不僅重量輕、外形尺寸小，而且用平衡梁吊運帶軸轉子時，大軸可以超出主鉤極限位置以上，從而可降低主廠房的高度。當機組較大而且臺數多于6臺時，也可考慮采用兩臺吊車。兩臺橋吊可降低廠房高度，運用較靈活。(二)橋吊跨度與工作

32、范圍橋吊跨度是指橋吊大梁兩端輪子的中心距。選擇橋吊跨度時應綜合考慮下列因素：(1) 橋吊跨度要與主廠房下部塊體結構的尺寸相適應，使主廠房構架直接座落在下部塊體結構的一期混凝土上。(2) 滿足發電機層及安裝間布置要求，使主廠房內主要機電設備均在主副鉤工作范圍之內，以便安裝和檢修。(3) 盡量采用起重機制造廠家所規定的標準跨度。橋式起重機的工作范圍是指主鉤和副鉤所能到達的范圍，起重機產品目錄上給出的吊鉤各方向上的極限位置構成吊車的工作范圍。如圖11-14所示。圖11-14起重機工作范圍圖第五節主廠房的布置水電站主廠房是安裝水輪發電機組及其輔助設備的場所，根據設備布置的需要通常在高度方向上分為數層，

33、如圖11-15所示。廠房內部布置應根據機電布置、設備安裝、檢修及運行要求結合水工結構布置統一考慮。一、發電機層設備布置發電機層為安放水輪發電機組及輔助設備和儀表表盤的場地，也是運行人員巡回檢查機組、監視儀表的場所。主要設備有發電機、調速柜、油壓裝置、機旁盤、勵磁盤、蝶閥孔、樓梯、吊物孔等，如圖11-16所示。圖11-15某水電站廠房橫剖面圖11-16水電站廠房發電機層平面圖1 機旁盤(自動、保護、量測、動力盤)。與調速器布置在同一側，靠近廠房的上游或下游墻。2 調速柜。應與下層的接力器相協調，盡可能靠近機組，并在吊車的工作范圍之內。3勵磁盤。為控制勵磁機運行而設置，常布置在發電機近旁。4 蝶閥

34、孔。如果在水輪機前裝設蝴蝶閥，則其檢修需要在發電機層的安裝間內進行，這就需要在發電機層與其相應的部位預留吊孔，以方便檢修和安裝。5 樓梯。每隔一段距離需要設置一個樓梯，一般兩臺機組設置一個。由發電機層到水輪機層至少設兩個樓梯，分設在主廠房的兩端，便于運行人員到水輪機層巡視和操作、及時處理事故。樓梯不應破壞發電機層樓板的梁格系統。6 吊物孔。在吊車起吊范圍內應設供安裝檢修的吊物孔，以勾通上下層之間的運輸，一般布置在既不影響交通、又不影響設備布置的地方，其大小與吊運設備的大小相適應，平時用鐵蓋板蓋住。發電機層平面設備布置應考慮在吊車主、副鉤的工作范圍內，以便樓面所有設備都能由廠內吊車起吊。二、水輪

35、機層設備布置水輪機層是指發電機層以下，蝸殼大塊混凝土以上的這部分空間。在水輪機層一般布置調速器的接力器、水力機械輔助設備（如油、氣、水管路）、電氣設備（如發電機引出線、中性點引出線、接地、滅磁裝置等）、廠用電的配電設備，如圖11-17所示。1調速器的接力器。位于調速器柜的下方，與水輪機頂蓋連在一起，并布置在蝸殼最小斷面處，因為該處的混凝土厚度最大。7 電氣設備的布置。發電機引出線和中性點側都裝有電流互感器，一般安裝在風罩外壁或機墩外壁上。小型水電站一般不設專門的出線層，引出母線敷設在水輪機層上方，而各種電纜架設在其下方。水輪機層比較潮濕，對電纜不利。對發電機引出母線要加裝保護網。3油、氣、水管

36、道。一般沿墻敷設或布置在溝內。管道的布置應與使用和供應地點相協調，同時避免與其他設備相互干擾，且與電纜分別布置在上下游側，防止油氣水滲漏對電纜造成影響。4水輪機層上、下游側應設必要的過道。主要過道寬度不宜小于1.2m1.6m。水輪機機墩壁上要設進人孔，進人孔寬度一般為1.2m1.8m，高度不小于1.8m2.0m，且坡度不能太陡。圖11-17水電站廠房水輪機層平面圖三、蝸殼層的布置圖11-18為某水電站廠房蝸殼層平面布置，蝸殼層除過水部分外，均為大體積混凝土，布置較為簡單。8 主閥。當引水式電站采用聯合供水或分組供水時，在蝸殼進口前設置一道快速閘門或蝴蝶閥，一般稱為主閥。主閥可以裝設在廠內也可以

37、裝設在廠外，設在廠內時運行管理安裝等都比較方便，但增加了廠房寬度。主閥的上游側要安裝伸縮節，以方便其拆裝。主閥布置在主閥層內，其控制設備就近布置。2進人孔。在下部塊體結構中要設有通向蝸殼和尾水管的進人孔，并設置通道。一般進人孔的直徑為60cm,進入孔通道尺寸不小于1x1m。3一般電站在蝸殼層以下的上游側或下游側均設有檢查、排水廊道，作為運行人員進入蝸殼、尾水管檢查的通道，有的電站還同時兼作到水泵室集水井的過道。圖11-18水電站廠房蝸殼層平面圖集水井位于全廠最低處，除要求能容納運行時的滲漏水，還要擔負機組檢修時的集水、排水任務。排水泵室一般布置在集水井的上層，有樓梯、吊物孔與水輪機層連接。電站

38、排水都通向下游尾水渠。四、安裝間的布置（一）安裝間的位置與高程1安裝間的位置水電站對外交通運輸道路可以是鐵路、公路或水路。對于大中型水電站，由于部件大而重，運輸量又大，所以常建設專用的鐵路線，中小型水電站多采用公路。對外交通通道必須直達安裝間，車輛直接開入安裝間以便利用主廠房內橋吊卸貨，因而安裝間一般均布置在主廠房有對外道路的一端。如圖11-16所示。2安裝間的高程安裝間的高程主要取決于對外道路的高程及發電機層樓板的高程。安裝間最好與對外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期對外交通暢通無阻。安裝間最好也與發電機層同高，以充分利用場地，安裝檢修工作方便。當水電站的下游尾水過高時，發電機層樓

39、板常低于下游最高尾水位，從而也低于對外道路，這時可以有以下幾種方案：(1) 安裝間與對外道路同高，均高于發電機層，洪水期對外交通可保持通暢，但安裝間與發電機層相鄰部分的場面不能加以充分利用，安裝間可能因之要稍加長些，同時橋吊的安裝高程將取決于在安裝間處吊運最大部件的要求，整個主廠房將加高。(2) 安裝間與發電機層同高，均低于下游最高水位。這時又有兩種處理方式，一種是對外道路在靠近廠房處下坡，由低于下游最高水位處起在路邊筑擋水墻，擋水墻一直接主廠房。這種方式的好處是可保持對外交通通暢，但下游水位很高時擋水墻的工程量將太大。二是將主廠房大門做成擋水閘門，洪水時將大門關閉，斷絕對外運輸，值班人員可由

40、高處的通道進入廠房。(3) 安裝間與發電機層同高，而在安裝間上專門劃出一塊貨車停車卸貨處，此停車處高于安裝間而與對外道路同高。這時安裝間場面不能充分利用，而廠房的高度可能取決于卸貨的要求。(二)安裝間的面積和布置1安裝間的面積。安裝間與主廠房同寬以便橋吊通行，所以安裝間的面積就決定了它的長度。安裝間的面積可按一臺機組擴大性檢修的需要確，一般考慮放置四大部件，即發電機轉子、發電機上機架、水輪機轉輪、水輪機頂蓋。四大部件要布置在主鉤的工作范圍內，其中發電機轉子應全部置于主鉤起吊范圍內。發電機轉子和水輪機轉輪周圍要留有12m的工作場地。在缺乏資料時，安裝間的長度可取1.251.5倍機組段長；多機組電

41、站，安裝間面積可根據需要增大或加設副安裝間。2安裝間的布置安裝間平面布置見圖11-19。安裝間的大門尺寸要滿足運輸車輛進廠要求，如通行標準軌距的火車，其寬度不小于4.2m,高度不小于5.4m。通行載重汽車的大門寬度不小于3.3m,高度不小于4.5m。發電機轉子放在安裝間上時軸要穿過地板，地板上在相應位置要設大軸孔，面積要大于大軸法蘭盤。為了組裝轉子時使軸直立，在軸下要設大軸承臺，并預埋底腳螺栓。圖11-19安裝間平面布置1發電機轉子；2發電機主軸孔；3水輪機轉輪4上機架；5卡車；6吊物孔；7主變器坑主變壓器有時也要推入安裝間進行大修，這時要考慮主變壓器運入的方式及停放的地點。因為主變重量很大，

42、尺寸也很大，安裝間的樓板常常要專門加固，地板應設專門軌道，大門也可能要放大。主變壓器大修時常需吊芯檢修，在安裝間上設尺寸相當的變壓器坑，先將整個變壓器吊人坑內，再吊鐵芯，以免增加廠房高度。目前大型變壓器常做成鐘罩式，檢修時吊芯改為吊罩，起重量和起吊高度大為減小，安裝間不再設變壓器坑。主變吊裝如圖11-20所示。第六節主廠房的輪廓尺寸水電站主廠房布置設計就是確定主廠房的空間尺寸。其設計原則是在滿足設備布置和安裝、維護、運行、管理的前提下，盡量減小廠房尺寸，以降低造價。水電站主廠房的空間尺寸指主廠房的長度、寬度和高度，其中長度和寬度稱為廠房的平面尺寸。圖11-20主變吊裝圖(a)檢修變壓器吊出鐵芯

43、(b)檢修鐘罩式變壓器吊起鐘罩一、主廠房平面尺寸的確定(一)主廠房的長度主廠房的長度包括機組段長度、安裝間長度以及邊機組段加長。即：L=nLo+L安+L式中L主廠房的總長度；n機組臺數；L0機組段長度；L安安裝間長度；L一邊機組段加長。(a)蝸殼與機組間距的關系(b)發電機及其通風設備與機組間距的關系圖11-21機組間距1機組段長度L0機組段長度是指相鄰兩臺機組中心線之間的距離，也稱為機組間距，見圖11-21所示。機組段間距一般由下部塊體結構中水輪機蝸殼的尺寸控制，在高水頭水電站情況下也可能由發電機定子外徑控制。當機組段間距由水輪機蝸殼尺寸控制時，蝸殼平面尺寸確定后，機組段長度L0=蝸殼平面尺

44、寸+2L。L為蝸殼外的混凝土結構厚度，混凝土蝸殼一般取0.81.0m，金屬蝸殼一般可取12m，邊機組段一般取13m。某些情況下(尤其是低水頭電站)，下部塊體結構的尺寸可能取決于尾水管的平面尺寸。當機組段間距由發電機定子外徑控制時，機組段長度Lo=dB。式中D風為發電機風罩外緣直徑，B為相鄰兩風罩外緣之間通道的寬度，一般取1.52.0m。為了減小機組間距，最好不將調速器、油壓裝置和樓梯等布置在兩臺機組中間。機組段長度應綜合考慮廠房分縫、蝸殼和尾水管厚度的影響，水輪機層和發電機層的布置要求，包括排架柱的布置、調速器接力器坑布置要求、樓梯、樓板孔洞和梁格系統布置的要求。2邊機組段加長由于遠離安裝間一

45、端的機組段外側有主廠房的端墻，為了使機組設備和輔助設備處于橋吊工作范圍內，邊機組段需要加長AL,一般取AL=(0.11.0)Di。3.安裝間長度安裝間的寬度一般與主廠房相同，其面積在第四節安裝間布置中已講述，這時不再重復。安裝間的長度一般取L安=(1.0l.5)Lo。(二)主廠房的寬度可以機組中心線為界，將廠房寬度分為上游側寬度Bs和下游側寬度Bx,如圖11-22所示。則廠房總寬度為B=Bx+Bs(12-1)在確定Bs和Bx時，應分別考慮發電機層、水輪機層和蝸殼層三層的布置要求。圖11-22主廠房寬度示意圖(1)發電機層中，首先決定吊運轉子(帶軸)的方式，是由上游側還是下游側吊運。若由下游側吊

46、運，則廠房下游側寬度主要由吊運之轉子寬度決定。若從上游側吊運，則上游側較寬。此外，發電機層交通應暢通無阻。一般主要通道寬23m,次要通道寬12m。在機旁盤前還應留有1m寬的工作場地，盤后應有0.81m寬的檢修場地，以便于運行人員操作。(2)水輪機層中，一般上下游側分別布置水輪機輔助設備(即油水氣管路等)和發電機輔助設備(電流電壓互感器、電纜等)。以這些設備布置后，不影響水輪機層交通來確定水輪機層的寬度。(3)蝸殼層一般由設置的檢查廊道、進人孔等確定寬度。蝸殼和尾水管進人孔的交通要通暢，集水井水泵房設置應有足夠的位置，以此確定蝸殼層平面寬度。一般由廠房機組中心線為基準，分別確定各層上游側和下游側

47、所需寬度，再分別找出各層上下游側的最大值Bu和Bd,則主廠房寬度為Bu+Bd。(4)當寬度基本確定后，最后要根據尺寸相近的吊車標準寬度Lk驗證，廠房寬度必須滿足吊車安裝的要求。一般在高水頭電站中，常由發電機層布置要求確定廠房的寬度，而在低水頭水電站中常由下部塊體結構確定廠房寬度。二、主廠房的高度及各層高程的確定水電站廠房的各層高程中，起基準作用的高程是水輪機安裝高程。水輪機的安裝高程確定以后，其他高程就可逐個確定下來。1.水輪機的安裝高程水輪機的安裝高程是一個基準高程，與水輪機的型式、允許吸出高度和電站下游尾水位等有關。其計算公式為：TwHsX(12-2)Hs10()H(m)(12-3)式中T

48、水輪機安裝高程，m；w水電站正常運行時可能出現的最低下游水位，一般可取臺機組的過流量相應的尾水位，m；Hs水輪機允許吸出高度，m；氣蝕系數，根據水輪機特性曲線確定；氣蝕系數的修正值，由水輪機廠家提供；H計算水頭，m；水電站廠房所在地點的海拔高程。X水輪機壓力最低點與安裝高程之間的高差，與水輪機的型式有關，見圖11-23oX=b0/2混流式水輪機(12-4)X=0.41D1軸流式水輪機(12-5)水輪機的安裝高程確定以后，就可以依據結構和設備的布置要求確定各層高程了。主廠房的各層高程見圖11-24。圖11-23不同類型的水輪機吸出高度(a)豎軸混流式水輪機；(b)豎軸軸流式水輪機；A壓力最低點2

49、主廠房基礎開挖高程F從水輪機安裝高程丁，向下減去尾水管的尺寸(h2+h3),再減去尾水管底板混凝土厚度hl(根據地基性質和尾水管結構形式而定)，就得到廠房基礎開挖高程F。可用下式表示：F=T-(h3+h2+h1)(12-6)3水輪機層地面高程1水輪機層設計的原則是要保證蝸殼頂部混凝土的強度，因此要求蝸殼頂部混凝土要有足夠的厚度，一般不低于1.0m。從水輪機安裝高程T向上加上蝸殼進口半徑和蝸殼頂部混凝土層厚度h4,可得水輪機層地面高程。金屬蝸殼的保護層一般不少于1.0m。混凝土蝸殼頂板厚根據結構計算決定，或根據國內外已建電站的經驗采用，然后在結構設計時進行復核。圖11-24主廠房的各層高程示意圖

50、水輪機層地面高程一般取100mm的整倍數。可用下式表示：4發電機裝置高程1= T+ h4（12 7）從水輪機層地面高程加上發電機機墩進人孔高度h5（一般取1.8m2.0m）和進人孔頂部厚度h6（混凝土強度要求，一般為1.0m左右），就可得發電機定子裝置高程。可用下式表示：G=1+h5h6（128）式中h5還須滿足水輪機層附屬設備油氣水管道和發電機出線布置要求的高度。5發電機層樓板高程2發電機層地面高程除應滿足發電機層布置要求外，還應考慮水輪機層設備布置及母線電纜的敷設和下游尾水位影響。一般情況下，發電機層樓板高程2應滿足下列條件：（1）保證水輪機層的凈高不少于3.54.0m,否則發電機出線和油

51、氣水管道布置困難。如果發電機層樓板面與水輪機層地面之間加設出線層，則出線層底面到水輪機層地面凈高也不宜少于3.5m。（2）保證下游設計洪水不淹廠房。一般情況下,發電機層樓板面和裝配場樓板面高程齊平。大中型水電站廠房總是希望將發電機層樓板面設在下游設計洪水位以上0.51.0m（由廠房等級而定）。上述條件并不是在任何情況下均必須滿足的。有的河流洪水期與枯水期水位相差懸殊,山區河流尤其是如此,因而在這種情況下將發電機層樓板面設在下游設計洪水位以上是不經濟的。這樣不僅會增加廠房下部結構部分的混凝土工程量,而且機組主軸增長,既增加金屬的消耗,又對機組運行穩定性帶來不利。這時,可將發電機層樓板面高程布置在

52、下游設計洪水位以下。但必須在廠房大門和對外的交通口,設置臨時性插板以擋洪水；窗臺下的墻體采用混凝土防滲,沿進廠的交通道路設防水墻；或者將裝配場樓板面高出發電機層樓板面并高于洪水位。6起重機（吊車）的安裝高程C起重機的安裝高程是指吊車軌頂高程,它是確定主廠房上部結構高度的重要因素。它取決于下列要求：機組拆卸檢修起吊最大和最長部件（往往是發電機轉子帶輪或水輪機轉輪帶軸）時與固定的機組、設備、墻、柱、地面之間保持水平凈距0.3m,垂直凈距0.61.0m（如采用剛性夾具，垂直凈距可減小為0.250.5m）,以免由于掛索松弛或吊件擺動而碰壞設備或墻柱；另一方面在裝配場檢修變壓器時，還需滿足吊起變壓器鐵芯

53、所需要的高度。可用下式表示（見圖11-25）：C2h7h9h10h11（12-9）式中h7發電機定子高度和上機架高度之和（如果發電機定子為埋入式布置，h7就僅為上機架的高度）；h8吊運部件與固定的機組或設備間的垂直凈距；h9最大吊運部件的高度；h10吊運部件與吊鉤間的距離（一般在1.01.5m左右），取決于發電機起吊方式和掛索、卡具,如圖11-25；hn主鉤最高位置（上極限位置）至軌頂面距離，可從起重機主要參數表查出。圖12-25發電機起吊方式和掛索、卡具（a） 懸掛式發電機帶軸轉子的起吊方式（b） 傘式發電機帶軸轉子的起吊方式圖11-25中hi2為起重機軌頂至小車頂面的凈空尺寸，可以從起重機

54、主要參數表查出；而hi3為小車頂與屋面大梁或屋架下弦底面的凈距。當采用肋形結構或屋架時，hi3=0.20.3m（指屋架下弦底或屋面大梁底），小車可在兩根屋架間或兩極大梁間進行檢修；當采用整片屋面厚板時，可在裝配場上方留出小車檢修用的空間或在廠頂預留吊孔，而不必過多地抬高廠房的高度。圖ii-26兩臺吊車聯合運行利用平衡梁大型水電站機組臺數較多，為了降低主廠房的高度，同時為避免設置一臺吊車起重量太大，常設兩臺吊車來吊裝發電機和水輪機。這時，用平衡梁做連接構件。因此除了吊裝部件外，必須考慮平衡梁的重量，通常約增加起重量的i0。當兩臺吊車聯合運行時，水輪機軸用法蘭連接于平衡梁上，而發電機轉子軸可穿過平

55、衡梁孔，用固定裝置連接在平衡梁上（如圖ii-26）。因此裝有兩臺吊車的水電站廠房可以降低軌頂高程，但在廠房縱軸方向需要加長幾米。7屋頂高程R屋頂高程應根據屋頂結構尺寸和形式確定，并應滿足起重機部件安裝與檢修、廠房吊頂和照明設施布置等要求。吊車軌頂高程確定以后，根據已知軌頂到吊車上小車高度hi2,加上為檢修吊車需要在小車上方留有hi3（一般取0.5m）,根據屋面大梁的高度、屋面板厚度、屋面保溫防水層的厚度等確定屋頂高程r。8安裝間的樓板高程安裝間的樓板高程確定見本章第四節。第七節副廠房布置為了保證機組正常運行，在主廠房近旁布置的各種輔助機電設備、控制、試驗、管理和運行人員工作和生活的房間，稱為副廠房。一、副廠房的組成副廠房的組成、面積和內部布置取決于電站裝機容量、機組臺數、電站在電力系統中的作用等因素。大型水電站的副廠房，按性質可分為三類：直接生產副廠房、檢修試驗副廠房、工作生活副廠房，見表i2-i。二、副廠房的位置副廠房的位置應緊靠主廠房，基本上布置在主廠房的上游側，下游側和端部，可集中一處，也可分兩處布置。i副廠房設在主廠房的上游側這種布置方式的優點是布置緊湊，電纜短，監視機組方便，主廠房下游側采光通風條件良好。但電氣設備線路與進水系統設備互相交叉干擾，引水道可能要增長。適用于引水式、壩后式水電站，壩后式廠房主要是利用廠壩之間的空間。2副廠房設在主廠房的下游側其優點