1、貫流式水輪機畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書、基本資料和指示書河海大學(xué)水電學(xué)院動力系二六年三月貫流式水輪機畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計內(nèi)容根據(jù)原始資料，對指定電站、指定原始參數(shù)進行機電部分的初步設(shè)計，包括：主機選型，調(diào)保計算及調(diào)速設(shè)備選擇，輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計，電氣一次部分設(shè)計,電站機組安裝、布置等。二、時間安排(供參考)1、主機選型 4.5周2、調(diào)保計算及調(diào)速設(shè)備選擇 1.5周3、輔機系統(tǒng) 2周4、電氣部分 2周5、整理成果 1周6、評閱答辯 l周7、機 動 0.5周總 計 12.5周三、成果要求1、設(shè)計說明書：說明設(shè)計思想，方案比較及最終結(jié)果，并附有必要的圖表。2、設(shè)計計算書：設(shè)計計算過程，計算公式，參數(shù)選取的依據(jù)，

2、計算結(jié)果。3、圖紙：主機成果圖、安裝布置圖，油、水、氣系統(tǒng)圖、電氣主結(jié)線圖及專題部分1-2張，共5-6張(含CAD設(shè)計圖)，規(guī)格為1號圖。貫流式水輪機畢業(yè)設(shè)計資本資料 貴港水電站位于廣西省東南部，在郁江中段。電站建成后將向玉林地區(qū)及其貴港市和鄰近橫縣等地供電，對該地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要的意義。貴港水電站位于郁江中段貴港市下游約6km處。貴港水電站廠房為低水頭河床式廠房，布置于主河槽的左岸邊，為樞紐擋水建筑物之一部分。1、本電站裝機方案：方案序號Hmax米13.313.313.3H平均米8.58.58.5Hmin米2.52.52.5N裝機萬千瓦11.512.513.5利用小時數(shù)小時52624995

3、4759保證出力萬千瓦3.623.613.612、本電站下游水位曲線說明：1)消力池底高程為24.50m;2)Q為閘孔下泄流量。圖1貴港樞紐工程上游43.10正常水位調(diào)度運行曲線（5臺機組發(fā)電）說明：1)消力池底高程為24.50m;2)Q為閘孔下泄流量。圖1貴港樞紐工程上游43.10正常水位調(diào)度運行曲線（機組不發(fā)電）說明：1)消力池底高程為24.50m;2)Q為閘孔下泄流量。圖3貴港樞紐工程上游43.10正常水位調(diào)度運行曲線（3臺機組發(fā)電）下游特征洪水位如下：千年一遇洪水位 48.94百年一遇洪水位 48.163、運行環(huán)境該地區(qū)年平均氣溫為21.5，極端最高氣溫為39.5，極端最低氣溫-3.4

4、，年平均相對濕度78。4、電站運行發(fā)電要求電站建成后在電網(wǎng)內(nèi)承擔基荷及部分峰荷，并考慮有調(diào)相任務(wù)。擬裝設(shè)6臺20MW的燈泡式貫流式水輪發(fā)電機組，發(fā)電機電壓6.3kV，功率因數(shù)0.90，電站總裝機容量為120MW/133.33MVA，采用110kV及35kV兩級電壓接入系統(tǒng)。110kV、35kV出線各為四周（110kV接貴港220kV變電所、南山110kV變電所、貴港110kV變電所和備用電共四回，35kV出線接氮肥廠、小江、石卡及備用共四回）。35kV側(cè)負荷較小，電站的電能主要從110kV送入系統(tǒng)。建議電氣接線形式：(1)發(fā)電機電壓接線，采用兩組一變的擴大單元接線，六臺機組共組成三個擴大單元，

5、其中兩個擴大單元采用雙線卷變壓器直接送電至110kV電壓側(cè)，另一擴大單元采用三線卷變壓器分別送電到110kV、35kV側(cè)系統(tǒng)。(2)110kV采用單母線分段帶簡易旁路母線接線，二回進線、四回出線。(3)35kV側(cè)采單母線接線，一回進線、四回出線，另從35kV母線上引一回至近區(qū)變電，供廠用和近區(qū)用電。參考資料1.2 大型燈泡機組統(tǒng)計方程 若干大型燈泡機視組參數(shù)統(tǒng)計方程按回歸分析法，對表 所列若干大型燈泡機組參數(shù)(即燈泡貫流式水輪機參數(shù))進行冪回歸計算，得到若干統(tǒng)計方程。單機容量40MW大型燈泡視組比轉(zhuǎn)速ns與額定水頭Hr之間統(tǒng)計方程為： (1-1) 單機容量Pr30MW統(tǒng)計方程為：(1-2)單機

6、容量Pr20MW統(tǒng)計方程為：(1-3)單機容量Pr15MW統(tǒng)計方程為：(1-4)可根據(jù)單機容量大小，選用式(1-1)式(1-4)，其它容量燈泡機組可參考選用。此外，考慮水輪機的其它參數(shù)與比轉(zhuǎn)速之間的匹配問題，建立水輪機比轉(zhuǎn)速ns與其單位轉(zhuǎn)速n11、單位流量Q11之間的統(tǒng)計方程(系Pr15MW工況)：(1-5)(1-6)建立水輪機比轉(zhuǎn)速ns與水輪機裝置空蝕系數(shù)p之間的統(tǒng)計方程，根據(jù)表1-1數(shù)據(jù)的統(tǒng)計所得統(tǒng)計方程為：(1-7)由于表1-1統(tǒng)計數(shù)據(jù)較少，以上經(jīng)驗推斷基本可滿足工程設(shè)計的需要。表1-1 燈泡機組ns與p之間的關(guān)系國外統(tǒng)計方程(一)富士統(tǒng)計方程日本國富士電機株式會社技術(shù)資料中介紹了其有關(guān)

7、燈泡機組的統(tǒng)計方程：（1-8）（1-9）式(1-9)出自JEC001(1992)，參見圖1-2、圖1-3。圖1-2 Hns關(guān)系曲線圖1-3 ns關(guān)系曲線(二)其它統(tǒng)計方程（1-10）而式(1-10)經(jīng)演變則為其中 （1-11）2、燈泡機組運行性能設(shè)計2.1燈泡機組協(xié)聯(lián)關(guān)系與運行特點燈泡機組，尤其是大中型燈泡機組結(jié)構(gòu)上都具有槳葉隨導(dǎo)葉協(xié)聯(lián)動作的協(xié)聯(lián)裝置，協(xié)聯(lián)范圍一般為+10+45。若某水電站在Hmax18.5m、Q150m3/s的最大水頭、最小流量工況下，其燈泡機組方案為638.4MW、D1=6.0m、nr=107.1r/min，此時工況點為n11149.4r/min、Q 11=0.969m3/

8、s，位于+15 +20協(xié)聯(lián)工況區(qū)域內(nèi)，水流進口無撞擊，出口為法向或賂帶正環(huán)量，水力損失小、效率高，而且也不會產(chǎn)生因偏離最優(yōu)工況而形成的偏心低頻渦帶，減少產(chǎn)生水力振動的可能性。由于燈泡機組自身的特點(能量指標高，單位流量Q11大)，其轉(zhuǎn)輪直徑D1小，在同樣的水頭H和流量Q工況下，從單位流量Q11換算公式 可見，其Q11工況點必然向轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線的最優(yōu)工況區(qū)靠近，且位于協(xié)聯(lián)工況范圍之內(nèi)，且極限工況最大水頭Hmax，最小流量Qmin等都處在協(xié)聯(lián)工況范圍，基本上保證在工作水頭下能協(xié)聯(lián)運行，有效避免失去協(xié)聯(lián)而引發(fā)的共振。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計計算燈泡機組重量較大，僅依靠管形座的26支固定導(dǎo)葉及發(fā)電機部分的

9、三條輔助支臂支承，固定在流道外壁的混凝土基礎(chǔ)中，燈泡體承受著靜水壓力，水錘、水流脈動、旋轉(zhuǎn)、沖擊、水的正反向瞬間增大的推力等動水壓力，本體自重，以及發(fā)電機在不同工況下的扭矩、熱應(yīng)力等多種負荷。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要特別注意結(jié)構(gòu)的強度、應(yīng)力、剛度、電機溫度變化及派生等引起的變形、穩(wěn)定及振動的固有頻率計算。要求設(shè)計中使用如SAP5、ADINA或各廠家專用的計算程序等，對關(guān)鍵部件，如管形座在大型計算機上計算并繪制其變形圖，以獲得有價值的數(shù)據(jù)，并作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，計算分為安裝前、安裝中及安裝完畢、充水后、滿負荷、甩負荷、飛速停機、發(fā)電機短路時等工況進行，使結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，將更有利于提高其運行穩(wěn)定性。圖2-

10、1 法國奈爾皮克公司GZABN32轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線圖2-2 瑞士功爾壽公司GZ轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線圖2-3 奧地利鋼聯(lián)公司GZ轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線圖2-4 日本國富士電機株式會社GZ轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線圖2-5 日本國日立公司GZ轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線圖2-6 天發(fā)廠GZTEO7.30轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線及飛逸特性曲線D1=300mm，輪葉數(shù)Z1=4，d/D1=0.4，導(dǎo)葉數(shù)Z0=16，H=4m（3-6） 參考文獻一，水輪機 劉大愷主編二、水輪機調(diào)節(jié) 沈祖詒主編三、水力機組輔助設(shè)備 范華秀主編四、水電站電氣部分 季一峰主編五、水電站動力設(shè)備設(shè)計手冊 絡(luò)如蘊主編六、水輪機設(shè)計手冊 哈爾濱大電機研究

11、所主編七、水電站的水輪機設(shè)備 (蘇)英洛仁夫主編八、發(fā)電廠(下冊) 華中工學(xué)院主編九、發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備 湖南省電力學(xué)校主編十，電力工程設(shè)計手冊(第一冊) 西北、東北電力設(shè)計院主編十一、電力工程設(shè)計手冊(第二冊) 西北、東北電力設(shè)計院主編十二、水電站機設(shè)計技術(shù)規(guī)程十三、電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計手冊(影印摘編本)十四、電力工程 西安交通大學(xué)主編十五、水力機械 華東水利學(xué)院編 中國戒嚴出版社1961年版十六、水電站機電設(shè)計手冊 電工一次 水利電力出版杜十七、水電沖機電設(shè)計手冊 水力機械 水利電力出版社十八、水電站動力設(shè)備 鄭源、張強主編 水利電力出版杜十九、貫流式水電站 沙錫林、陳新方 水利電力出版社貫

12、流式水輪機畢業(yè)設(shè)計 指示書第一節(jié) 水輪機組選型設(shè)計一，選型設(shè)計要求根據(jù)給定的電站資料，選擇水輪發(fā)電機及其附屬設(shè)備。設(shè)計過程為：擬定幾個可能的方案，對各初擬方案分別求出其動能經(jīng)濟性并進行綜合比較，最后選出最佳方案。二，選型設(shè)計的程序基于徑流式電站的運行特點，燈泡貫流式水輪機有其獨特的選擇方法和特點，通常燈泡貫流式水輪機的參數(shù)選擇原則：在相應(yīng)的裝機規(guī)模下，能獲得最大的年發(fā)電量，以達到最佳的經(jīng)濟效益，以及確定設(shè)備的最佳運行方式。水輪機選型主要是決定轉(zhuǎn)輪型式、機組合數(shù)、轉(zhuǎn)輪直徑、機組轉(zhuǎn)速、安裝高程等參數(shù)。這些參數(shù)的選擇是否合理，將直接影響年發(fā)電量的大小和電站的實際效益。由于各參數(shù)間相互影響、相互制約，

13、其中任何一個參數(shù)的改變均會引起電量的變化。以最大年發(fā)電量為條件，對每一種裝機規(guī)模、各參數(shù)組合計算，以選擇一種最優(yōu)的參數(shù)組合。在機型初定的情況下，可根據(jù)電站的流量頻率曲線、下游水位一流量關(guān)系曲線、水頭一頻率曲線等原始資料及水輪機模型綜合特性曲線作出不同的臺數(shù)組合，再根據(jù)給定的臺數(shù)作出不同直徑、轉(zhuǎn)速和安裝高程的組合，以表格的形式列出各參數(shù)和計算結(jié)果并繪制成曲線，最后確定機組的最憂參數(shù)。(一) 按給定特征水頭決定機組型號。(二) 擬定機組臺數(shù)。(三) 確定水輪機的標準直徑和標準轉(zhuǎn)速。(1)利用型譜表給定的最優(yōu)參數(shù)和限制工況參數(shù)計算水輪機直徑D1并選用標準值。(2)利用最優(yōu)工況的和計算出的標準直徑，計

14、算水輪機轉(zhuǎn)速n，井選用同步轉(zhuǎn)速。(3)按計算所得的標準直徑D1，同步轉(zhuǎn)速n，分別用給定的特征水頭(Hmax，Hr，Hmin)在綜合特性曲線上面出水輪機工作范圍，初步選出較優(yōu)方案進行詳細計算。(四)技術(shù)經(jīng)濟指標計算(1)動能經(jīng)濟指標計算1、在初擬方案中優(yōu)選出34個待選方案。2、利用綜合特性曲線繪制各待選方案的運轉(zhuǎn)特性曲線。3、利用面積法求各方案運轉(zhuǎn)特性曲線的平均效率。4、按效率差值求出電能差最后折算成投資差（0.30元/kWh）。5、求最優(yōu)方案的Hs值。(2)機電設(shè)備投資和耗鋼量。1、機電部分包括：水輪機、發(fā)電機、調(diào)速器、輔助設(shè)備、起重設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、變壓器，以及設(shè)備運輸、安裝費用等，對每一方案

15、應(yīng)算出其總設(shè)備造價，井折算成單位千瓦投資。2、算出每一方案的總耗鋼量和單位千瓦耗鋼量。以上關(guān)于設(shè)備的投資和耗鋼量估算，單價可參考表一，計算方法可參閱參考資料十五附錄，或參閱參考資料五，機電設(shè)備重量及價格亦可直查閱有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本。方案比較時電氣主結(jié)線可先統(tǒng)一按“發(fā)電機一變壓器”單元結(jié)線。高壓按單母線結(jié)線。電氣部分自動化設(shè)備總價按發(fā)電機變壓器及開關(guān)總價的10計。(3)水輪機運行性能比較根據(jù)水電站在電力4系統(tǒng)中的運行方式，水輪機在計算水頭下的效率值，汽蝕性能，運行管理方式進行綜合分析。三、各待選方案的綜合比較上述各項計算可自編程序，采用微型計算機進行。表式參見表二表五。表一 主要機電設(shè)備參考單價

16、表項 目參考價格項 目參考價格水輪機2.5萬元噸橋式起重機1.2萬元噸發(fā)電機3.0萬元噸變壓器、開關(guān)設(shè)備4.0萬元肫調(diào)速器80萬元/臺油壓裝置(不含油)3.0萬元噸表二水輪機方案比較綜合表方案項目I最大水頭Hmax(米)最小水頭Hmin(米)平均水頭Hp(米)裝機容量Ny(萬千瓦)水輪機型號單機容量N(千瓦)機組臺數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑D1(米)機組轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)分)受阻容量(千瓦)計算水頭(米)水輪機最高效率水輪機平均效率模型最高效率時的n總 投 資（萬元）單位千瓦投資(元千瓦)總耗鋼量(噸)單位千瓦耗鋼量(公斤/千瓦)比較結(jié)果表三水力機械投資估算表 方案項目I水輪機單重(噸臺)水輪機總重(噸)水輪機單價(萬

17、元/噸)水輪機總價(萬元)調(diào)速器單價(萬元)調(diào)速器總價(萬元)起重機重量(噸)起重機單價(萬元噸)起重機總價(萬元)輔助設(shè)備(包括主閥)投資(萬元)安裝運輸費(萬元)總投資(萬元)總耗鋼量(噸)單位千瓦投資(元千瓦)單位千瓦耗鋼量(公斤千瓦)表四 電氣部分投資估算表 方案項目IIV發(fā)電機單重(噸臺)發(fā)電機總量(噸)發(fā)電機單價(萬元/噸)發(fā)電機總價(萬元)變壓器、開關(guān)總價(萬元)自動化設(shè)備總價(萬元)設(shè)備安裝運輸費(萬元)總 計(萬元)單位千瓦投資(元/千瓦)單位千瓦耗鋼量(公年千瓦)表五 水輪機方案比較機電投資總表 方案項目I水力機械部分總投資(萬元)總耗鋼量(噸)單位千瓦投資(元千瓦)單位千

18、瓦耗鋼量(公斤千瓦)電氣部分總投資(萬元)總耗鋼量(噸)單位千瓦投資(元/千瓦)單位千瓦耗鋼量(噸千瓦)機電投資總計總投資(萬元)總耗鋼量(元/千瓦)單位千瓦投資(元/千瓦)單位千瓦耗鋼量(噸/千瓦) 四、最優(yōu)方案主要參數(shù)(列表)五、計算最優(yōu)方案的進，出水流道1、直軸引水室計算。(畫出單線圖)2、直錐式尾水管計算。(畫出單線圖)六，繪制廠房橫剖面圖1、按主機及電機外形尺寸定出廠房主要尺寸。2、按下游水位和Hs定出主廠房各層標高。3、按發(fā)電機層標高求出水輪機主軸長度4、按主軸長度和起重機尺寸決定廠房高度。5、初步繪制廠房橫剖面圖，(待以下各節(jié)其他部分設(shè)計完成后，再作修改，正式繪制)。(一)廠房各

19、層高程的確定。(1)根據(jù)已選定的機型計算出水輪機動性吸出高度Hs的大小以及下游最低水位(一臺機組滿負荷情況下泄流量水位)。確定水輪機的裝置高程根據(jù)已選定的直錐式尾水管型式尺寸，可定出水電站廠房水管底板高程巖基上直錐式尾水管的底板厚度約為0.5米，較壞的地基底板厚度在3米以下但直錐式尾水管出口頂部高程，應(yīng)在下游最低水位以下至少0.75-1.0米。(2)前緣長度的確定，廠房前緣擋長度應(yīng)滿足流道、吊車限制線、安裝間平面尺寸、邊墩結(jié)構(gòu)厚度、左右兩端墻結(jié)構(gòu)厚度的要求(3)上下游底寬的確定：廠房上、下游方向底寬按流通長度和進出口閘門布置要求確定。上部寬度除滿足下部要求外還要滿足啟閉機布置、運行及進出口平臺

20、布置要求。(4)安裝高程的確定。水輪機的安裝高程是廠房的最基本的數(shù)據(jù)。安裝高程應(yīng)滿足各種工況下防止空蝕和尾水口淹沒深度大于0.5m的要求。在基本高程確定后，為獲得較大的發(fā)電效益，可進行降低安裝商程的方案比較，經(jīng)濟、技術(shù)論證后最終確定安裝高程。另外還應(yīng)考慮河床下切的影響留有一定的余地。(5)建基高程的確定，建基高程受流道和設(shè)備布量影響、通常在流道和設(shè)備布置外輪廓線，減底板厚波即為廠房各鄰位的建基高程。管道電纜層高程為流道頂高程外加流道頂板厚度。(6)運行層高程的確定，有些電站廠房不設(shè)置運行層，高運行層的，其高程為管道電纜高程加5m左右。(7)考慮吊車在吊起水輪機轉(zhuǎn)輪時能在廠房內(nèi)通行，不妨礙到其他

21、機組運行以及人行，可以確定吊車粱上軌道的高程，再加上吊車的高度以及廠房梁架高度，可定出廠房頂?shù)母叱獭?二)廠房布置1設(shè)備布置(I)流道及進出口設(shè)備布置。燈泡式水輪發(fā)電機組過水流道外形由生產(chǎn)廠家根據(jù)試驗確定并提供給設(shè)計部門，流道通常可分成進口段、中段和出口段，燈泡式水輪發(fā)電機組放置在流道中段內(nèi)，其上游部分為進口段，下游部分為出口段。流通進口段通常布置有攔污柵、檢修閘門及其所屬的啟閉設(shè)備。流道出口通常只布置工作門及其啟閉設(shè)備。(2)主、副廠房設(shè)備布置。包括水輪機輔助設(shè)備及調(diào)速器、油壓裝置、起重設(shè)備、防飛速設(shè)備等。第二節(jié) 調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)速設(shè)備選擇設(shè)計一、任務(wù)選取導(dǎo)葉接力器分兩段關(guān)閉，其中第二階段時

22、間延長約2030s，使相應(yīng)的和值不超過相應(yīng)規(guī)程規(guī)定的數(shù)值，選取接力器，調(diào)速器和油壓裝置的尺寸和型號。二、調(diào)保計算工況選擇應(yīng)對設(shè)計水頭和最高水頭甩全負荷兩種工況進行計算，應(yīng)使兩個和均不超過規(guī)程的值。在電站布置型式為單機單管時，甩調(diào)節(jié)保證計算應(yīng)在60一l00的負荷范圍內(nèi)進行計算，以降低甩負荷時的反向水推力。為引水系統(tǒng)慣性時間常數(shù)，是造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要因素之一，Tw過大將惡化調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性。而為機組慣性時間常數(shù)，它表示機組達到額定角速度所需時間，其大小也就代表機組本身慣性大小。Tw和Ta均需經(jīng)計算比較后擇優(yōu)選擇。三、調(diào)保計算步驟先對設(shè)計工況計算，給定Ts值，一般電站Ts可在4-8秒內(nèi)選取，計

23、算和；若超過允許值，則適當調(diào)整Ts，再計算，如滿足要求，則計算最大水頭甩全負荷；此時因為最大水頭帶全負荷時導(dǎo)葉開度比較小，故實際關(guān)閉時間將不是Ts，而是或+式中：和分別是在Hmax和HP帶全負荷時的導(dǎo)葉開度； ，和分別是在Hmax和HP帶全負荷時導(dǎo)葉接力器的直線關(guān)閉時間，如最大水頭甩負荷時和值超過規(guī)定值，則還要調(diào)整Ts，并重新對設(shè)計工況進行計算，如滿足要求，則計算結(jié)束。四、調(diào)保計算公式建議參考參考資料二，并應(yīng)適當考慮水流慣性。五、原始數(shù)據(jù)取得1、LV應(yīng)按從進水口至直錐式尾水管出口分段進行計算然后疊加。其中鋼管部分和直錐式尾水管部分的LV通常是全部計入的，而直軸引水室Zw有時取一部分(如一半)，

24、因為直軸引水室并不是全部串聯(lián)在管路中，壓力鋼管流道可取經(jīng)濟流速約5米/秒左右，遂洞內(nèi)流速約為3米秒左右。2、發(fā)電機GD2，可根據(jù)同型號發(fā)電機在手冊中查得。(參考資料五和七)或按下列公式近似計算：GD2=(4.5-5.5)li (噸米2)其中：Di定子鐵芯內(nèi)徑；Li定于鐵芯高度(單位均為米)。六、調(diào)速設(shè)備選擇計算：參看參考資料二和六。新的大中型電站一般應(yīng)選用電調(diào)選油壓裝置時先不考慮主閥等其他設(shè)備。第三節(jié) 輔助設(shè)備一、水系統(tǒng)1、技術(shù)供水(1)確定哪些設(shè)備用水進行冷卻、潤滑、操作的，按參考資料三或參考資料所述的方法進行用水量估算，水溫按25考慮。(2)水源和供水方式根據(jù)電站水頭，按參考資料十二的規(guī)定

25、，確定供水方式如所采用的供水方式不符合規(guī)程規(guī)定，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較進行論證。供水設(shè)備選擇，確定濾水器型式和個數(shù)；采用水泵供水時，應(yīng)首先確定設(shè)備配置方式，再根據(jù)水壓水量要求選擇水泵，并按參考資料十二的要求設(shè)置備用泵，校驗吸水高、確定是否設(shè)置起動充水設(shè)施。采用射流泵供水時，應(yīng)按參考資料五所介紹的方法，確定射流泵的主要參數(shù)。2、消火用水滅火遺留問題較多、可靠性較差，發(fā)電機滅火方式時，采用CO2滅火介質(zhì)作為貫流式發(fā)電機組滅火較為適宜。（1）燈泡式發(fā)電機的特點燈泡式發(fā)電機工作在水下燈泡體內(nèi)，很難發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，必須采用自動化滅火裝置；燈泡機組密封性防止CO2泄漏更有利；燈泡機組長期工作在水下，善后處理困難，發(fā)

26、電機絕緣不適合采用水作滅火介質(zhì)。（2）燈泡式發(fā)電機滅火裝置設(shè)計筒況燈泡式發(fā)電機滅火裝置采用全充滿CO2滅火系統(tǒng)，由儲罐、輸氣管、噴頭及報警啟動設(shè)備組成。CO2貯存在低壓儲罐內(nèi)集中供氣方式，經(jīng)輸氣管送至發(fā)電機機房。為維持CO2滅火濃度，保證滅火質(zhì)量，每組設(shè)兩套管路，一套是緊急滅火釋放CO2，另一套是維持和補充CO2。在機坑里裝設(shè)煙霧信號和光敏元件作為傳感器，設(shè)自動和手動設(shè)備，CO2設(shè)計用旦Ms可按下式計算： Mc1.08Ms(kg)式中：Mc 理論儲存量(kg)；Ms 計算用量(kg)；K1 面積折減系數(shù)，Kl0.2kg/m2；K2 體積折減系數(shù)，K20.7kg/m2；A 折算面積(m2)；Av

27、 發(fā)電機滅火區(qū)側(cè)面、底面、頂面總面積(含開口面積)(m2)；Ao 開口總面積(m2)；V 發(fā)電機滅火凈空間容積(m3)。3、技術(shù)和生活供水燈泡機組運行水頭低，應(yīng)根據(jù)電站具體水溫、水質(zhì)條件，確定水源，改善機組的冷卻潤滑條件。（1）清水電站供水方式可從上游取水自流供水，而排水至集水井，由廠房滲漏排水泵排至下游，水頭稍高的電站，甚至可以自流排水。如廣東白垢水電站運行水頭較低(Hmax9.8m、Hr6.2m)，采用上述供水方式。 （2）渾水電站供水方式多泥沙河流，水源取水口應(yīng)設(shè)置斜管式取水口，設(shè)置蜂窩式斜管沉淀池，并在取水口設(shè)置高壓沖水管便于隨時沖洗。（3）分別供水方式燈泡機組的軸承供水系統(tǒng)和發(fā)電機冷

28、卻供水系統(tǒng)分為兩部分，互不聯(lián)通。發(fā)電機多采用密閉循環(huán)水冷卻器冷卻方式，用經(jīng)軟化的清潔水做為循環(huán)水，在冷卻套夾層內(nèi)熱水與河水進行熱交換，減少結(jié)垢現(xiàn)象和清潔水量。技術(shù)供水僅供軸承冷卻器、主軸密封及設(shè)備消防用水。（4）蜂窩式斜管沉淀池設(shè)計計算 斜管的長度8001000mm，可根據(jù)水力計算并結(jié)合斜管材料決定。根據(jù)斜管內(nèi)流態(tài)及顆粒在沉淀過程中水平流速的變化而推導(dǎo)出來顆粒沉降的軌跡而得出斜管長度的水力計算公式：式中：d 斜管斷面內(nèi)徑或邊距，2535mm，大型水池50mm左右；l 斜管長度(mm)；u。 設(shè)計采用的管內(nèi)上升流速，一般采用3.04.0mm/s；o設(shè)計采用的顆粒沉降速度(mm/s)；斜管水平傾角

29、( )；斜管的水平傾角常采用60 。蜂窩斜管沉淀池設(shè)計要領(lǐng)：斜管上部清水區(qū)高度，不少于1.0m。斜管下部布水區(qū)高度不小于1.5，進口應(yīng)設(shè)置穿孔墻或格柵等整流措施。積泥區(qū)高度應(yīng)根據(jù)排沙量、沉淀濃縮程度和排沙方式?jīng)Q定。斜管沉淀池采用側(cè)面進水時，斜管傾斜以適應(yīng)其進水為宜。斜管材料：聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、玻璃鋼、鋁制品等。(5)廠房消火：按每個消火栓用水量2.5升/秒，兩個同時工作考慮。(6)油庫及變壓器的水噴霧消火：另設(shè)系統(tǒng)，本設(shè)計可暫不考慮。(7)生活供水：考慮廠房內(nèi)運行，檢修人員的衛(wèi)生用水及飲用水，用水量較小，可不予計算，但供水可靠性應(yīng)予保證。(8)根據(jù)電站水頭及引水方式選擇供水設(shè)備3、檢修

30、排水(1)擇水體積估算根據(jù)電站具體情況確定檢修時下游尾水位。鋼管段：蝴蝶閥或進口閘門至直錐引水室進口段直錐引水室：分段計算，中心流線按長度量取，近似按圓臺或棱臺計算；或取始末斷面平均值，近擬按圓柱體或棱柱體計算。直錐式尾水管：分三段計算，直錐段按圓臺計算。彎肘段中心流線按長度量取，取始末斷面平均值，近似按棱柱體計算。水平段按棱臺計算(2)上下游閘門漏水量估算。(3)檢修排水泵選擇。4、滲漏排水(1)參考類似已建電站確定集水井有效容積，將水泵房和集水井布置在兩尾水管之間，排水排至滲漏集水井應(yīng)保證滲漏排水可靠性。機組檢修排水采取進水流通及尾水管道連通的方式，利用相鄰機組段壓力水進行管路注水沖淤，再

31、啟動水泵進行排水。另外，閘門門槽要設(shè)沖沙排淤設(shè)施，用于檢修閘門兩側(cè)門槽沖沙，管路上要設(shè)置逆止閥，防止水流倒灌增加排水泵負擔。(2)選擇滲漏水泵。5、繪制水系統(tǒng)圖供水和排水，滲漏和檢修拌水，一般分開設(shè)置系統(tǒng)，亦可考慮有一定聯(lián)系，水泵互為備用。根據(jù)表達清楚的需要，供水、排水可繪在同一張圖上，亦可分開繪兩張圖，圖上應(yīng)標明主要管道的管徑，自流供水按V=1.5-7米秒，與水泵連接的管道，按水泵出口流速。圖上應(yīng)示出必要的自動化元件。二、氣系統(tǒng)1、確定廠內(nèi)壓縮空氣供氣對象及各用戶對氣壓的要求，設(shè)置廠內(nèi)綜合供氣系統(tǒng)。2、各用戶的用氣量計算，參閱參考資料三所介紹的計算方法計算中應(yīng)注意以下問題：按照對電氣主結(jié)線及

32、運行方式的初步考慮，分析確定同時制動機組臺數(shù)，進行制動用氣計算。調(diào)相計算時，空壓機選擇，應(yīng)考慮按全廠的所有機組同時進行調(diào)相的條件，但依次投入。調(diào)相用氣量的大小隨下游尾水位的高低而變化。調(diào)相貯氣缸的選擇應(yīng)考慮在調(diào)相可能的最高尾水位時壓水所需的用氣量。蝶閥圍帶用氣量較小，可不予計算。但其氣壓要求應(yīng)予保證。如電氣部分選用空氣斷路器，在廠外設(shè)壓縮空氣系統(tǒng)，本設(shè)計可暫不考慮。 3、選擇貯氣罐和空壓機 參閱參考資料三所介紹的計算方法，及參考資料所載的設(shè)備型號規(guī)格。 4、繪制氣系統(tǒng)圖 高低壓系統(tǒng)可分開設(shè)置，亦可有一定聯(lián)系。對于干燥要求較高的壓縮空氣用戶，應(yīng)對氣考慮干燥措施，如熱力干燥，對于供氣可靠性要求較高

33、的壓縮空氣用戶，應(yīng)有保證措施，如設(shè)置專用系統(tǒng)或設(shè)置經(jīng)止回閥連結(jié)的專用貯氣罐三、透平油系統(tǒng) 1、確定透平油用戶，設(shè)備用油量估算參閱參考資料五。 2、桶和油處理設(shè)備選擇，按參考資料三所介紹的計算方法，及參考資料五所載的設(shè)備型號規(guī)格。3、將水輪機軸承潤滑油系統(tǒng)單獨設(shè)置，防止水導(dǎo)軸承滲水影響調(diào)速器與發(fā)電機用油質(zhì)量。另外，燈泡機組回油箱都布置在機組導(dǎo)水機構(gòu)與錐形尾水管下方，在設(shè)計中應(yīng)注意防止?jié)B水，及回油箱油泵電動機及自動化元件防潮。4、燈泡機組軸承油系統(tǒng)設(shè)有軸承油箱，高位油箱。為保證供油可靠，軸承油箱上裝有2臺軸承供油泵組，互為備用。軸承油從軸承油箱凈油經(jīng)止回閻、濾油器泵至高位油箱。軸承油泵由高位油箱中

34、的油位信號器控制。軸承油從高位油箱自流經(jīng)過其供油總管，電磁配壓閥操作的液位閥再分4個分支經(jīng)流量控制器分別向4個軸承(水導(dǎo)軸承，發(fā)電機導(dǎo)軸承和正、反向推力軸承)供油。各軸承回油自流經(jīng)總管至軸承污油區(qū)。自流油壓約0.27MPa。供油總管上的液位閥在開機前打開，停機后關(guān)閉。5、設(shè)導(dǎo)軸承高壓油頂起裝置在機組啟動前至40nr和機組停機轉(zhuǎn)速陣為40nr后投入。迫使徑向?qū)лS承建立油膜，以避免低速運行時燒瓦。發(fā)電機導(dǎo)軸承和水輪機導(dǎo)軸承各有一套高壓油頂起裝置，實測頂起油壓15MPa，穩(wěn)定油壓6MPa，軸承頂起高度水導(dǎo)軸承為0.3mm，發(fā)電機導(dǎo)軸承為0.350.45mm，頂起時間為2s。插裝式油源塊運行無噪音，動

35、作精確可靠，調(diào)整方便且體積小。四，成果要求 1、水、氣、油系統(tǒng)設(shè)計說明書，計算書各一份。 2、水、氣系統(tǒng)圖各一份。第四節(jié) 電氣部分一、設(shè)計要求(一)符合國家經(jīng)濟建設(shè)的各項方針和政策。(二)符合國家或部頒的各項設(shè)計規(guī)程和要求。(三)在滿足必要的供電可靠性和靈活性及保證電能質(zhì)量的前提下，力爭降低投資及年運行費用。(四)盡量采用新技術(shù)和選用技術(shù)經(jīng)濟指標先進的設(shè)備及材料。二、接入系統(tǒng)設(shè)計(一)分析已知條件1、分析本電站在電力系統(tǒng)中的地位，考慮本電站對系統(tǒng)送電的要求及最少送電回路數(shù)。2、根據(jù)電力系統(tǒng)地理接線圖，考慮本電站可能接入的地點及電壓等級。(二)估算送電容量l、送電容量=本電站最大出力-近區(qū)供電負

36、荷-本電站自用電負荷+有可能通過本 站轉(zhuǎn)送的容量。2、水電站自用電負荷按電站裝機容量的(0.31.0)估算，電站容量越大比例數(shù)越小。(三)根據(jù)(一)、(二)兩項，以及各級電壓線路的輸送容量與送電距離的關(guān)系(參見參考資料四1，5節(jié))，提出幾個技術(shù)上可能的接入系統(tǒng)的方案。1、方案應(yīng)包括接入系統(tǒng)地點，電壓等級和送電回路數(shù)。2、方案不宜過多，應(yīng)剔除明顯不經(jīng)濟方案。(四)選擇各方案送電線路的截面1、計算送電線路工作電流(安)式中：P送電容量(千瓦)；nxl送電回路數(shù)；U電線路定線電壓(千伏)；cos送電功率因數(shù)，考慮到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性，升壓變的功率損耗和近區(qū)負荷用電及自用電負荷的功率因數(shù)較低等原因，送電

37、功率因數(shù)(cos)可取略高于發(fā)電機的額定功率因數(shù)，如cos=0.8，取cos=0.85，取cos=0.9等。2、一般按經(jīng)濟電流密度選擇送電線路導(dǎo)線截面。參見參考資料四15節(jié)，參考資料十49節(jié)。3、送電線路導(dǎo)線通常選用鋼芯鋁鉸線(LGJQ型)。參見參考資料十一401節(jié)。4、按最大允許長期工作電流校驗導(dǎo)線截面。參見參考資料四4-9節(jié)，參考資料十49節(jié)和附錄14節(jié)。5、按電暈條件校驗導(dǎo)線截面。參考資料同上。6、列表說明接入系統(tǒng)方案。表式見表六。表六 接入系統(tǒng)方案方案一二三接入系統(tǒng)地點送電線路電壓等級（KV）送電回路數(shù)送電線路長度（KM）送電線路導(dǎo)線型號 (五)各方案技術(shù)經(jīng)濟比較(如方案優(yōu)缺點明顯，比

38、較可以簡化)。1、技術(shù)比較從運行方式、安全性、可靠性、靈活性及擴建或分期建設(shè)的可能性等諸方面，闡述和比較各方案的優(yōu)缺點。2、經(jīng)濟比較1)可只比較各方案中不同的部分。2)由于方案的電壓等級及回路數(shù)不同，有可能影響主接線，因此，必要時應(yīng)結(jié)合主接線方案一并進行比較。3)投資(K)比較，包括送電線路投資，本電站及接入系統(tǒng)處增加的變壓器和配電裝置(按單元計算)的投資等。為簡化起見不考慮因為方案功率損耗增加而增加的裝機投資。投資指標參見參考資料十三，參考資料十附錄1-4節(jié)4)年運行費用比較 (1)計算折舊費用(a)折舊費(a)占其投資(K)的百分比，可參考表七。表七 折舊費(a)占其投資(K)的百分比變壓

39、器配電裝置送電線路鐵塔混凝土桿6%（6-10）%4.5%3% (2)計算維護費用(CP)Cp=20a (3)計算送電線路年電能損耗為簡化起見，不比較送電線路及變壓器的無功功率損耗。350023502150200018001600400027502600240022002000450035530002900270025005000360035003400320030005500400400039503750360060004650460045004350420065005250520051005000485070005950590058005700560075006650600065506500

40、64008000740073507250送電線路最大有功功率損耗PXL=nXLPXLOPXL2L(千瓦)PXL=3nXLIXL2R0L10-3(千瓦)式中：nxl送電回路數(shù)；nxl線路電力損失常數(shù)(千瓦兆瓦2公里)，參見參考資料十附錄1-4；PXLO回線路最大送電功率(兆瓦)；PxL每回線路長度(公里)；L每回線路最大線電流(安)；IxL導(dǎo)線單位長度電阻(歐公里)，參見參考資料十40-1節(jié)；Ro電線路年電能損耗，參見參數(shù)資料十四。量大功率損耗時間，其值查表八。表 八 最大功率損耗時間最大負荷利用小時數(shù)（Tzd）功率因素（cos）0.80.850.90.950.97最大功率損耗時間（）20001

41、50012001000800700250017001500125011009503000200018001600140012503500235021502000180016004000275026002400220020004500315530002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665060006550650064008000740073507250（4）計

42、算變壓器年電能損耗一臺雙繞組變壓器最大功率中隨負荷變化的部分PKB=PKO(SBcos)(千瓦)或 PKB=PKO(SBcos)(千瓦)式中：PKo變壓器電力損失計算常數(shù)(千瓦/兆瓦)，參見參考資料十附錄14； SB咬壓器最大負荷(兆伏安)；PK變壓器短路損耗(千瓦)；S變壓器額定容量(千伏安)。一臺三繞組變壓器最大功率損耗中隨負荷變化的部分。式中：P1、P2、P3和Q1、Q2、Q3相應(yīng)地為通過1、2、3繞組的有功功率和無功功率（千瓦）；V1e繞組的額定電壓（千伏）。三繞組變壓器的參數(shù)計算，參見參考資料十四，2-3節(jié)。變壓器的年電能耗損中的不變部分，等于變壓在的空載損耗P0（千瓦），其值參見資

43、料十三，參考資料十一，231節(jié)。變壓器的電能損耗AB =nBP0T+ nBPKB (度)式中：nB并聯(lián)運行變壓器臺數(shù)；T變壓器年運行小時數(shù)。（5）計算年運行小時數(shù)Ca=(AXL+AB)y(元)式中：y經(jīng)濟比較用價，取0.3元/度。（6）計算年運行費用C=a+Cp+Ca(元)（7）進行經(jīng)濟比較，結(jié)果列表說明。表式見表九。表九 經(jīng)濟比較說明方案一二三投資K萬元年運行費用C萬元補償年限T年比較結(jié)果a、投資及年運行費用最小的方案是經(jīng)濟上最好的方案，b、如投資及運行費用各有優(yōu)劣時，應(yīng)以某一方案為基準，其它方案與之比較，求補償年限。標準補償年限TB取6-7年。當TTB時，投資較小的方案經(jīng)濟上有利；當TTB

44、時，投資較大的方案經(jīng)濟上有利；當T=TB時，兩方案經(jīng)濟價值相等，通常選用電壓較高的送電方案。3、綜合技術(shù)經(jīng)濟比較結(jié)果，選擇最佳的接入系統(tǒng)設(shè)計方案。應(yīng)注意，如在后續(xù)設(shè)計中，如主變或配電裝置的配置情況與本段設(shè)計中設(shè)想有不同，則應(yīng)反復(fù)比較，以選擇最佳的接入系統(tǒng)設(shè)計方案。(六)如有近區(qū)供電要求，應(yīng)作近區(qū)供電方案的設(shè)計，步驟同上。但因近區(qū)供電一般負荷較小，故可據(jù)情適當簡化。對于35千伏以下電壓級的供電線路，應(yīng)校驗線路電壓降，且不得大于10，參見參考資料四，1-5節(jié)三，主接線設(shè)計(參見參考資料四第六章，參考資料十二第三章)(一)分部考慮主接線，通常可分以下幾部分：1、發(fā)電機電壓側(cè)；2、送電電壓側(cè)；3、近區(qū)

45、負荷側(cè)；4、電站自用電側(cè)。(二)發(fā)電機電壓側(cè)的主接線設(shè)計1、水輪發(fā)電機額定電壓的選擇，可參見表十。表十 水輪發(fā)電機額定電壓容量兆瓦42525100100200300額定電壓千伏6.310.510.53.815.7515.75182、發(fā)電機電壓側(cè)的主接線，通常采用單元接線，聯(lián)合單元接線或擴大單元接線，必要時可采用單元+擴大單元接線（機組臺數(shù)為奇數(shù)）。對于容量較小（20-100兆瓦）的機組，亦可選用單母線或單母線分段接線。3、與此同時，應(yīng)選擇主變壓器的臺數(shù)和容量，主變壓器一般選用三相式，如受地形及運輸條件限制，亦可選用單相變壓器組。主變壓器的容量按連接的發(fā)電機額定容量選擇變壓器。容量在100000

46、千伏安以下時，應(yīng)選用標準容量產(chǎn)品，且富裕容量一般不應(yīng)超過額定容量的10%；容量在100000千伏安及以上時，允許按連接的發(fā)電機額定容量選擇非標準系列容量的變壓器。4、水輪發(fā)電機的單相接地電容電流大于5安時，發(fā)電機中性點應(yīng)該通過隔離開關(guān)，接入消弧線圈。式中：K系數(shù)，對于B級絕緣的發(fā)電機，取004；S發(fā)電機容量(千伏安)；Ue發(fā)電機額定線電壓(千伏)；n轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)分)。水輪發(fā)電機單相接地時的電容電流：Lid= (安)= (安)式中：f發(fā)電機額定頻率，我國為50赫芝。應(yīng)接入的消弧線圈的計算容量，可按下式計算： Q=1.35IjdU(千伏安)式中：Ue發(fā)電機的額定相電壓(千伏)。5、發(fā)電機變壓器單元接線

47、，發(fā)電機電壓側(cè)可只裝隔離開關(guān)而不裝斷謠器，但需要由此變壓器向全廠公用電變壓器供電例外，如主變?yōu)槿@組或自耦變壓器，當發(fā)電機停機時兩個升高電壓級之間無交換功率必要時，亦可不在發(fā)電機電壓側(cè)裝設(shè)斷路器。(三)送電電壓側(cè)1、110千伏以上電壓級通常采用橋形(4個進出線單元)或角形(36個進出線單元)接線。只在水電站容量特大。在電力系統(tǒng)中地位特別重要，且進出線在4回以上時，才采取雙母線，雙母線帶旁路，1或1：斷路器雙母線等接線。35110千伏電壓級亦可采用單母線或單母線分段接線。2、110千伏及以上電壓系統(tǒng)變壓器的中性點，通常經(jīng)隔離開關(guān)直接接地。3、當有兩級送電電壓，同時各電壓側(cè)通過容量為變壓器容量的2

48、0及以上時，一般選用三繞組變壓器，如此兩級電壓均為中性點直接接地系統(tǒng)。在技術(shù)經(jīng)濟上合理時，亦可選自耦變壓器根據(jù)以上(二)、(三)節(jié)，應(yīng)確定各方案的主變臺數(shù)，容量及型式。(四)、近區(qū)負荷側(cè)1、近區(qū)負荷側(cè)接線，在滿足供電要求的前提下，應(yīng)力求簡單，可采用線路一變壓器組，橋形或單母線接線。2、35千伏系統(tǒng)變壓器的中性點，通常通過隔離開關(guān)經(jīng)消弧線圈接地，單相接地電容電流和消弧線圈容量的計算，參見參考資料四16節(jié)10千伏及以下系統(tǒng)中性點通常是不接地的。3、近區(qū)負荷在符合上述(三)3條件時，亦選擇三繞組變壓器變主變壓器，兼供近區(qū)負荷。4、發(fā)電機容量在60000千瓦以上時，不采用發(fā)電機電壓直配架空線供近區(qū)負荷

49、方式，小于以上容量，如確有必要時，則應(yīng)按過電壓保護的要求，采用相應(yīng)的措施，詳見參考資料四，56節(jié)。(五)自用電負荷側(cè)1、中型水電站應(yīng)具有兩個獨立的自用電電源，全廠公用電和機組自用電，可以共用變壓器混合供電。大型水電站應(yīng)不少于三個獨立的自用電電源，其中一個可由地區(qū)電網(wǎng)取得。大容量、多機組的水電站，可考慮由各單元不經(jīng)斷路器直接引出機組自用變，全廠另設(shè)公用自用變。當全廠停機時，應(yīng)保證至少有一個自用電電源。2、機組自用電供電電壓一般為低壓380220伏，全廠公用電可以也用一級低壓供電。只有大型水電站，樞紐布置分散時公用自用電方由一級高壓(310千伏)及一級低壓供電。3、自用電變壓器容量應(yīng)根據(jù)自用電負荷及保證自起動電壓的要求選定在本設(shè)計中，亦可近似地推算求得4、自