水电站厂房及电气设计.docx

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水电站厂房及电气设计

摘要

本次毕业设计以大峡水电站为对象，进行水电站的厂房和电气一次部分设计。

厂房结构设计是指通过对水轮机、水轮发电机以及其他辅助设备的外形进行估算，确定厂房的平面及纵面尺寸，最后对厂内交通，设备运输，照明与通风进行了简单的设计说明。

电气部分设计是指确定电气主接线，选择变压器，计算短路电流，选择电气主设备，设计厂用电系统。

通过两部分的设计计算，最终绘制出大峡水电站的厂房纵剖面图，发电机层平面图，电气主接线图，厂用电接线图等相关图纸，对水电站有了更加深刻的了解，达到毕设的预期目标。

关键词：

大峡水电站，厂房结构，电气部分。

系统与屋外配电装置

ABSTRACT

TheplantThegraduationdesigniswithdaxiahydropowerstationasobjecttodesigntheplantandapartofelectricalofhydropowerstation.

structuraldesignmesantodeterminetheplaneandlongitudinalsurfaceoftheplantthoughcalculatingtheshapedimensionofhydraulicturbines,hydro-generatorsandotherauxiliaryequipment,thenthosearebeenmadeasimpledesigndescriptionsoftrafficinsidetheplant,transportationofequipment,lightingandventilation.

Theelectricpartsdesignreferstosurethemainelectricalwiring,choosetransformer,calculationshort-circuitcurrent,choosethemainelectricalequipment,designapcsystemandoutsidepowerdistributionequipment.

Throughthetwopartsdesigncalculation,thesedrawings,theplantverticalsectionpians,generatorslayerplans,themainelectricalwiringdiagrams,apchookupsandsoon,arebeenmapped.ThusIhaveamoreprofoundofhydropowerstation,andmeetthegraduationdesignexpectations.

Keywords:

daxiaHydropowerStation,plantstructure,electricalparts.

前言

本设计说明书的主要内容是根据大峡水电站的原始资料，对其厂房及电气部分的设计过程。

大峡水电站位于甘肃省白银市和榆中县交界的黄河大峡峡谷出口段上，地处兰州市下游河道距离约65km处。

电站安装4台7.5万kW的轴流转桨式水轮电机组，转轮型号为ZZ（F23）—LH—700，设计水头23m，安装高程1444m，右岸设河床式厂房。

电站按千年一遇的洪水位校核，高程为1462m。

大峡水电站多年平均发电量14.65亿kW·h，电站以220KV一级电压输电，共设有三条输电回路，其中两回送往皋兰，一回为备用。

本设计说明书共包含两个大的部分，第一到第三章为第一部分，进行了水电站主厂房的设计。

第四到第八章为第二部分，对大峡水电站的电气部分进行了设计。

第一章进行的是大峡水电站主厂房主要尺寸的计算。

首先是根据各层的控制尺寸得出最大的控制尺寸，从而确定厂房的平面尺寸；然后是根据各层的高程，得出主厂房的立面尺寸。

第二章对电厂的厂房布置进行了一个大概的设计，第三章对厂内的部分设备进行了选择。

根据前面三章的计算结果，画出厂房的剖面图及发电机层的平面布置图。

第四章对电站的电气一次进行了设计，主要进行的是电气主接线的方案选择以及主要电气设备的选择。

第五章对电站主接线的短路电流进行了计算。

第六章对电站高压电气设备进行了选择。

第七章进行了厂用电的设计。

根据这几章的计算，画出电厂的电气主接线图和厂用电的接线图。

在本设计说明书编写的过程中，参阅了说明书末所列的参考文献，以及其它的各种相关资料。

在设计过程中马薇老师为我提供了很多宝贵的意见，并指出了一些不合适的设计地方。

在此，谨致诚挚谢意。

第1章主厂房主要尺寸的确定

主厂房的尺寸的确定，即主厂房总长、总高和宽度的确定。

主厂房的

总长度包括机组段的长度（机组中心间距），端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。

由水轮机型号（ZZ（F23）-LH-700）可知转轮直径为7.0m。

该电厂进厂公路位于右侧，为方便交通装卸，因此主厂房也布置在右侧，安装间位于主厂房的右侧。

1.1平面尺寸的确定

1.1.1尾水管层控制尺寸的确定

选用标准混凝土肘管。

由《水电站机电设计手册》水力机械分册129页表2-17查得：

L−y=4.5D1，L−y=4.5×7=31.5m

L+y=0.5×1.2D1=0.5×1.2×7=4.2m

δ2—尾水管边墩混凝土厚度，初步设计选1.5m

L+x=L−x=0.5×2.42D1+δ2得L+x=L−x=9.97m

尾水管具体尺寸如图1-1所示：

图1-1

该尾水管由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。

尾水管的基本尺寸查《水电站机电设计手册》水力机械分册129页表2-17查得

h=2.3D1=2.3×7=16.1m

h1=0.593D1-b0/2=0.593×7-0.75=3.4m

L=4.5D1=4.5×7=31.5m

B5=2.42D1=2.42×7=16.94m

D4=1.2D1=1.2×7=8.4m

h4=1.2D1=1.2×7=8.4m

h5=1.27D1=1.27×7=8.89m

h6=0.6D1=0.6×7=4.2m

L1=1.62D1=1.62×7=11.34m

轴流式水轮机尾水管

由于跨度大要加设支墩，尺寸如下：

b5=（0.1-0.15）B5得b=（1.904-2.856）m取b5=2.5m

1.1.2蜗壳层控制尺寸的确定

由网上查得ns=500

参考《水电站动力设备设计手册》P146

蜗壳层的尺寸由轴流式水轮机控制尺寸查得：

DM=D3=0.973D1=6811mm

Dm/DM=0.25+94.64/ns得Dm=2991.94mm

Hm/DM=6.94ns（-0.403）Hm=3862.65mm

H1/DM=0.38+5.17ns/100000H1=2764.24mm=h1+b0/2

Ht/DM=0.24+7.82ns/100000Ht=1900.95=h2

B/DM=1/（0.76+8.92ns/100000）B=8465.07mm

C/DM=1/（0.55+1.48ns/100000）C=12219.23mm

D/DM=1.58-9.05ns/100000D=10453.18mm

E/DM=1.48-2.11ns/100000E=10008.42mm

F/DM=1.62-3.18ns/100000F=10925.52mm

G/DM=1.36+7.79/nsG=9369.07mm

H/DM=1.19+4.69/nsH=8168.98mm

I/DM=0.44-21.47/nsI=2704.37mm

L/DM=1.44+105.29/nsL=11242.1mm

M/DM=1.03+136.28/nsM=8871.73mm

则蜗壳层在L+x和L−x方向的控制尺寸为：

L-x=B+A/2+δ1

δ1——蜗壳外部混凝土厚度,初步设计时一般可取1.2−1.5m

则

L+x=C+δ1=12.2+1.5=13.7m

L-x=B+δ1=8.5+1.5=10.0m

1.1.3发电机层控制尺寸的确定

由发电机额定转速136.4rmp，单机容量75mw，查《水电站机电设计手册》P166表3-11，选择水轮发电机型号为SF75-44/854，该电机为悬式机组，磁极22对。

如图1-2所示：

其主要技术参数如下：

风罩内径D2：

12.6m

转子外径D3：

7.775m

定子铁心内径Di：

7.81m

定子铁心外径Da：

8.54m

机座外径D1：

9.8m

下机架最大跨度D4：

7m

水轮机机坑直径D5：

6m

推力轴承装置外径D6：

3.8m

励磁机外径D7：

2650/3800

图1-2

L+x=L-x=Φ3/2+b/2+δ3=12.6/2+3.4/2+0.4=8.4m

式中：

b——两台机组之间风罩外壁的净距，

b=3.4m；

δ3——发电机风罩壁厚，一般取0.3−-0.4m，此处取0.4m；

1.1.4综合分析

机组段长度的确定：

L1=L+xmax+L−xmax=13.7+10=23.7m

端机组段长度的确定：

L2=L1+ΔL=23.7+3.5=27.2m

其中ΔL=（0.1−1.0）D取ΔL=0.5D1得ΔL=3.5m

安装间长度的确定：

安装间长度以风罩，转子，下机架，机座，转轮五大部件布置为准。

一般约为机组段长度的1.5倍。

其宽度则同厂房宽度。

L安=1.5L1

则L安=1.5×23.7=35.55m

主厂房总长度

L=nL1+L安+ΔL=133.85m

1.1.5厂房宽度的确定

以机组中心线为界，将厂房宽度分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx。

则厂房总宽度为

B=Bx+Bs

在确定Bs和Bx时，应分别考虑发电机层、水轮机层和蜗壳层三层的布置要求。

（1）发电机层：

首先决定吊运转子（带轴）的方式，若由下游侧吊运，则厂房

下游侧宽度主要由吊运之转子宽度决定。

若从上游侧吊运，则上游侧较宽。

此外，发电机层交通应畅通无阻。

一般主要通道宽2～3m，次要通道宽1～

2m。

在机旁盘前还应留有1m宽的工作场地，盘后应有0.8～1m宽的检修场地，以便于运行人员操作，本电站取0.8m。

（2）水轮机层：

上下游侧分别布置水轮机辅助设备（即油水气管路等）和发电机辅助设备（电流电压互感器、电缆等）。

以这些设备布置后，不影响水轮机层交通来确定水轮机层的宽度。

（3）蜗壳层：

由设置的检查廊道、进人孔等确定宽度。

蜗壳和尾水管进人孔的交通要通畅，集水井水泵房设置应有足够的位置，以此确定蜗壳层平面宽度。

（4）吊车标准宽度Lk：

当宽度基本确定后，最后要根据尺寸相近的吊车标

准宽度Lk验证，厂房宽度必须满足吊车安装的要求。

初步拟订以下游侧做吊运通道，在发电机层上游侧布置调速器和油压装置等。

本电站上下游侧宽度主要由蜗壳的长度决定

BS=E+δ1=10+1.5=11.5m

取BS=12m

Bx=D+δ1=10.45+1.5=11.95m

取Bx=12.5m

B=BS+Bx=24.5m

1.2立面尺寸的确定

厂房各层的高程，主要有主厂房基础开挖高程、机组安装高程、水轮机层地面高程、发电机层地面高程、吊车轨道顶的高程、厂房顶的高程等。

各层高程的确定。

1.2.1水轮机的安装高程∇T的确定

∇T=1444m

1.2.2主厂房基础开挖高程∇F的确定

主厂房基础开挖高程∇F=∇T−h−∇h−b0/2

h——尾水管底板至水轮机导叶中心高度，

∇h——尾水管出口高度，∇h=1.5m

∇F=1444-16.1-1.5-1.4=1425m

1.2.3水轮机层地面高程∇1的确定

水轮机地面高程∇1=∇T+L/2+h4

式中L——蜗壳进口段高，L=11.2m；

h4——蜗壳顶混凝土层厚度，h4=1.5m。

∇1=1444+5.6+1.5=1451.1m

1.2.4发电机装置高程∇G的确定

发电机装置高程∇G=∇1+h5+h6

式中h5——发电机机墩进人孔高度，h5=2m；

h6——进人孔顶部厚度，h6=1.0m。

∇G=∇1+h5+h6=1451.1+2+1=1454.1m

1.2.5发电机层楼板高程∇2的确定

查《水电站机电设计手册》水力机械分册169页得

定子支撑面到发电机层地面高程为4.02m

∇2=∇G+4.02=1454.1+4.02=1458.12m

1.2.6起重机的安装高程∇C的确定

（1）主厂房起重机的选择

起重机的型式和台数取决于水电站厂房类型，最大起重量和机组台数等条件，具有上部机构的厂房一般选用桥式起重机，主厂房起重设备的选择直接影响投资，厂方上部建筑物尺寸以及电站机组安装，检修的进度。

a.当最重吊运件的重量小于100吨，机组台数小于4台时，选用一台单小车桥式起重机，机组台数多于5台，选用两台单小车桥式起重机。

b.当最重吊运件的重量为100-600吨，机组台数小于4台时，选用一台双小车或单小车桥式起重机，机组台数多于5台时，因机组安装检修时吊运任务繁重，此时若用一台双小车桥式起重机，则应另设一台起重量较小的单小车桥式起重机供辅助吊运之用。

或选用两台起重量为最重吊运件一半的单小车桥式起重机。

c.当最重吊运件的重量大于600吨时，可选用一台或两台单小车桥式起重

机。

（2）重量估算

a.水轮机总重量估算

由转轮直径为7m，查《水电站机电设计手册》139页图2-15

得G=700吨

b.转轮重量估算

由《水电站动力设备设计手册》31页可知

Gzz=135.76t

c.发电机重量估算

查《水电站机电设计手册》166页表3-11得：

发电机GF=700吨，转子GZ=378吨，定子Gd=190吨。

根据以上数据，查《水电站机电设计手册》334页表7-16，选择两台400的单小车桥式起重机，配合厂房宽度尺寸，选其跨度为22m。

起重机及平衡梁绘图尺寸及各参数如下：

A、间隙距离

由《水电站机电设计手册》308页，起重机端梁最外端与上下游墙的内侧距离一般应不小于700mm，由《水电站机电设计手册》333页得轨道中心至起重机外端距B1=450mm，则起重机外端距上下游墙的内侧距离共为：

24.5-0.45×2-22=1.6m。

取起重机外端距上下游墙各位0.8m，符合要求。

B、起重机尺寸

由《水电站机电设计手册》333页表7-16查得：

参数如下：

小车轮距LT=5500mm

大梁底面至轨道面距离F=300mm

起重机最大宽度B=10380mm

小车长度B1=8400mm

轨道面至起重机顶端距离H=6450mm

轨道面至缓冲距离H1=1200mm

吊钩至轨道中心距离：

L1=3200mmL3=4800mm

L2=5650mmL4=2350mm

C、平衡梁尺寸

平衡梁

由《水电站机电设计手册》303页表7-7查得

L=12100mmL1=10500mmL2=1300mmH=2600mmh1=500mmh2=686mmh3=1300mmS=120mmB=3000mmb1=600mm

b2=360mmD=320mmδ=40mm

D、吊物范围

a.横向：

阻进器选择A型阻进器，阻进器宽0.6m则吊物范围与厂

房上下游墙距离为0.6+B/2=0.6+10.38/2=5.79m

b.纵向：

用主钩起吊时，吊物范围与上游墙距离为3.2+0.8=4.0m，

与下游墙距离为4.8+0.8=5.6m。

用平衡梁起吊时，吊物范围与上游墙距离为

4.0+L1/2=4.0+10.5/2=9.25m

与下游墙距离为5.6+L1/2=5.6+10.5/2=10.85m

（3）确定最长起吊设备

查《水电站机电设计手册》169页，发电机主轴高度为8.535m

定子支承面至下机架支承面的距离为0.56m

下机架支承面至法兰底面为1.08m

则发电机主轴法兰底面高程为1454.1-0.56-1.08=1452.46m

水轮机转轮底部高程为1444-2.76-3.86=1437.38m

则水轮机转轮带轴长为1452.46-1437.38=15.08m

8.535m〈15.08m

所以水轮机转子带轴为最长吊运设备（15.08m）

a.用主钩起吊时

起重机的安装高程∇C=∇2+h8+h9+h10+h

式中

h8——吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，

h8=1m

h9——最大吊运部件的高度，h9=15.08m；；

h10——吊运部件与吊钩间的距离，h10=1.2m；

h——主钩最高位置至轨顶面距离，h=0.9m

∇C=∇2+h8+h9+h10+h=1458.12+1+15.08+1.2+0.9=1476.3m

1.2.7屋顶高程∇R的确定

∇R=∇C+h12+h13+h14

h12——轨道面至起重机顶端距离

查《水电站机电设计手册》334页h12=6.45m

h13——为检修小车在上方留有一定的距离,一般为0.5m

h14——屋顶结构厚度h14=1.6m

∇R=∇C+h12+h13+h14=1476.3+6.45+0.5+1.6=1484.85m

1.2.8厂房总高度H的确定

H总=∇R−∇F=1484.75-1425=59.85m

确定厂房各程的高程后，即可绘出厂房的大概结构。

如图一所示：

其尺寸，形式以图纸为准。

第2章水电站厂房布置

厂房布置的基本要求是：

（1）应适应地质、地形、水文、气象等自然条件，并根据电站枢纽布置

的具体情况、不同类型厂房的特点，全面考虑，合理布置。

（2）应满足设备安全运行，便于安装检修及操作管理，厂内各种设备布

置协调，并考虑水工结构上的要求。

（3）应充分考虑设备进厂以及厂内吊装、运输的要求。

（4）应考虑电站初期运行要求，尽可能不设或少设临时设施，对于分期

建设的电站，应考虑远、近期结合。

（5）应考虑防火、防淹、防潮及劳动保护等方面的要求，力求布置整

齐美观。

（6）在满足电波运行及安装检修要求的前提下，尽量减少土建工程量，

节省投资。

2.1立轴反击式机组的布置

2.1.1尾水管层的布置

反击式水轮机的泄水设备——尾水管的顶部与基础底板之间的空间是尾水管层，布置有：

（1）尾水管

为减少开挖量，采用弯肘形尾水管。

它由直锥段、肘管段和扩散段几个部分组成。

水轮机采用标准型尾水管。

尾水管底板高程为1426.5米，厚1.5米，基础开挖高程为1425米。

为减小扩散段结构跨度，设有支墩。

厂内设有通往尾水管的通道和进人孔，进人孔的尺寸为直径650毫米。

进人孔的位置，布置在尾水管的圆锥段。

当停机时放空尾水管的水，检修人员从楼梯下去，然后水平进入廊道，打开设在尾水管直锥段的金属盖，利用梯绳爬进尾水管内。

（2）集水井、集水廊道和水泵室

主厂房内在下部结构部分的基础块体最低部位设置集水井或集水廊道，并在上方设水泵室，以便及时利用水泵排除基础渗水。

蜗壳有水管通到尾水管，尾水管将水引入集水井或集水廊道，然后由水泵抽水向下游排出。

出口高程设在下游水位以上。

2.1.2蜗壳层的布置

蜗壳层是反击式水轮机的引水设备蜗壳及其周围的钢筋混凝土结构块体和空间部分。

机组转轮直径7米，蜗壳为混泥土蜗壳，蜗壳的包角为225

度。

2.1.3水轮机层的布置

（1）水轮机机坑的布置

水轮机机坑应按下列要求进行布置：

a、应便于在水轮机机坑内检修、安装、维护导轴承和推力轴承。

b、当机组采用不吊发电机转子而拆出水轮机转轮进行检修时，此时机墩结构及布置尺寸应考虑转轮运出的通道，并设置必要的吊运装置以满足转轮拆装的要求。

在决定机坑进人孔的位置时，应注意水轮机接力器和推拉杆对进入机坑通道的影响。

进入水轮机机坑的门为一个。

门宽为1.5米，门的高度为2米。

2.1.4发电机层的布置

（1）水轮发电机

一般有定子外露、定子埋入和上机架埋入三种布置形式。

定子埋入式和上机架埋入式使发电机层宽敞，同时由于提高了发电机层高程而增加了水轮机层高度，可增设一层作为出线层。

这两种布置形式被广泛采用。

本电站采用定子埋入式。

（2）机旁盘

它包括机组照明盘、励磁盘、制动盘、动力盘、水力测量仪表等，每台机组的机旁盘为5块，每块尺寸为1.0m×0.8m×1.5m。

布置在发电机层并靠近调速器操作柜且在同一侧，以便运行人员在机组启动时能观察到盘上的仪表。

（3）励磁机和励磁盘

直接布置在同步发电机转子轴顶，励磁盘布置在发电机层。

（4）楼梯

为运行人员经常从发电机层到水轮机检查巡视提供方便，在每台机组上游侧设钢筋混凝土楼梯一座。

楼梯净宽2.0米，坡度为35度。

（5）交通道

在水轮发电机的上、下游侧留有2-2.5米的交通道，各种设备间也必须保持运行巡视和检修需要而留的1.5-2.0米的距离。

（6）吊物孔

对于机组容量大，台数多的电站建议每台机组设置一个吊物孔，电站台数多容量不大时可考虑两台机组设置一个吊物孔。

本电站所设置的吊物孔大小为4m×2m，且每台机组设置一吊物孔。

（7）尾水平台

本电站按千年一遇洪水校核，高程为1462.0m，高于发电机层平面的1458.12m，故在尾水平台的外侧设置挡水墙。

具体尺寸见附图。

2.2机组附属设备的布置

2.2.1接力器的布置

接力器的布置形式大致有四种：

（1）直缸接力器布置在机坑内；

（2）直缸接力器布置在顶盖上；

（3）环形接力器布置在顶盖上；

（4）每一个导水翼采用一个接力器；

（5）摇摆式接力器布置在机坑内。

本电站选择第三种：

环形接力器布置在顶盖上。

2.2.2调速器和油压装置的布置

调速器和油压装置的布置，与接力器布置位置相适应，并尽量靠近。

调速器、油压装置均布置在发电机层，它们之间的距离在满足操作、维护、检修方便的前提下，越小越好。

电液调节器速器的电气柜，和机旁盘布置在一起。

2.3厂房的采光、通风、交通及防火

水电站厂房须妥善考虑采光、通风、取暖、防潮、防火、交通运输等问题，以确保水电站的正常运行，并给运行人员提供良好的工作环境。

2.3.1采光

（1）地面厂房

白天应尽可能采用自然采光。

主厂房自然采光主要靠厂房下游侧的大窗，窗宽度不要太小，使照明均匀，窗的高度一般不小于房间进深的1/4。

本电站选择两排窗户，详情见附图。

晚上及厂房水下部分采用灯光照明，厂房顶部和侧面都装有足够功率，足够数量的电灯，以保证能充分的照明。

并在各楼梯处安装应急灯。

2.3.2通风

（1）地面厂房尽量采用自然通风。

（2）当自然通风达不到要求，或当下游水位过高而不能有效地采用自然通风时，或在产生过多热量的房间（如变压器室、配电装置室等），或