水电站优秀课程设计.doc

课程设计： 水电站厂房设计
专业班级： 12级水利水电工程卓越班
姓 名： 饶宇
学 号： 102196
指导老师： 蔡高堂 张小兵 徐寅

南昌工程学院水利和生态工程学院印制
——第一学期

南 昌 工 程 学 院
课程设计（论文）任务书

I、课程设计(论文)题目：某水电站厂房课程设计
II、课程设计(论文)使用原始资料(数据)及设计技术要求：
一、设计原始资料
（一）工程概况
图1为某水电站厂房部署图，它是一座以发电为主兼有防洪、浇灌、过木、供水等综合效益县办骨干电站。采取钢筋混凝土堆石坝，最大坝高74m，坝址以上控制流域面积564k㎡，占全流域面积75.3%，多年平均流量为水库总库容为，属多年调整。

图1
厂房为坝后式，安装3台8000KW机组，总装机容量，确保出力5500KW，多年平均发电量，年利用小时3025h，在系统中（地方电网）担任调峰、调相任务，并可对下游梯级进行调整，经济效益显著。
在枢纽部署上，为避免厂房、溢洪道、筏道相互干扰，将岸坡式溢洪道部署在坝左岸一鼻形山脊上，用钢筋混凝土挡土墙和堆石坝衔接，出口消能采取挑流形式。过木干筏道部署在坝左岸山坡上。隧洞部署在坝右岸山体中，含有导流、发电引水和放空等多个功效，即施工期用隧洞导流，并在导流洞口上山岩中另开一洞口，和隧洞相连成为“龙抬头”形式，采取塔式进水口作为发电引水和放空隧洞首部，水库蓄水时将导流洞口封赌。隧洞直径为5.2m。隧洞出口设有放空水库用闸门。在放空闸门上游另凿发电引水岔洞，洞径4.6m，然后以三根钢支管和机组相连。
本工程规模属大（2）型，枢纽为二等工程，电站厂房按3级建筑物设计。
（二）水电站厂房关键设备
1、水轮机和发电机
电站最大水头，加权平均水头，最小水头。按水头范围及装机容量，套用3台现有机组。水轮机型号为，单机额定出力为，该机组适用，，额定流量/s，和电站水头范围比较匹配。发电机型号为，单机额定出力（悬式），采取密封式通风，可控硅励磁。水轮机导叶为0.35m。水轮机带轴长3.74m，发电机转子带轴长4.785m.。一台机组在设计水头、额定出力下运行尾水位为100.1 m。
2、调速器：选择型电气液压式
3、主阀：采取卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀
4、桥式起重机：本电站最重部件为发电机转子带轴重37.5t，结合厂房部署要求。选择起重机跨度，主副钩最大起升高度分别为20m和22m，主钩最高位置至轨顶距离为0.911m，小车高度2.723m。厂房屋顶结构厚度为2.456 m。
二、设计技术要求
厂房课程设计关键是主厂房内部关键设备和结构部署，和轮廓尺寸决定。设计图应符合工程图纸要求，说明书应能说明设计内容，文字通顺、整齐。
III、课程设计(论文)工作内容及完成时间：
一、工作内容
水电站厂房课程设计要求学生依据所给任务书，利用所给资料，完成下列工作：
1、用简略方法选择厂房关键和辅助设备。
2、进行厂区和厂房内部部署，决定厂房轮廓尺寸。
3、绘制设计图纸(最少要有一平一立两张图纸)和编写设计计算书和说明书。
二、完成时间
本课程设计2周，具体安排大致以下（供参考）：
1、设计部署，了解设计任务书及熟悉原始资料 1天
2、进行厂房部署设计，并部署草图 6天
3、绘厂房部署图（可用计算机绘制）及整理编写计算书和说明书 3天
Ⅳ 主 要参考资料：
《水电站厂房设计规范 SL 266- 替换SL266- 中国水利部 编 中国水利水电出版社 》
《DLT5186-水力发电厂机电设计规范》
《水力机械（第2版）金钟元 编 中国水利水电出版社 1992》
《水电站机电设计手册：水力机械 水利电力出版社 1983》
《水电站建筑物（第二版） 马善定，汪如泽　编　水利水电出版社 1996》
《水工设计手册(第2版 第8卷 水电站建筑物) 王仁坤 主编 中国水利水电出版社 》
《专门水工建筑物 -- 张光斗，王光纶著 -- 上海科学技术出版社 1999》
《水电站厂房设计 顾鹏飞 水利电力出版社 1987》
《水电站建筑物设计参考资料 张治滨 等编　中国水利水电出版社 1997》

指导老师：张小兵 蔡高堂 徐寅
教研室主任： 蔡高堂

水电站设计说明书
一、 工程概况
图1为某水电站厂房部署图，它是一座以发电为主兼有防洪、浇灌、过木、供水等综合效益县办骨干电站。采取钢筋混凝土堆石坝，最大坝高74m，坝址以上控制流域面积564k㎡，占全流域面积75.3%，多年平均流量为水库总库容为，属多年调整。

图1
厂房为坝后式，安装3台8000KW机组，总装机容量，确保出力5500KW，多年平均发电量，年利用小时3025h，在系统中（地方电网）担任调峰、调相任务，并可对下游梯级进行调整，经济效益显著。
在枢纽部署上，为避免厂房、溢洪道、筏道相互干扰，将岸坡式溢洪道部署在坝左岸一鼻形山脊上，用钢筋混凝土挡土墙和堆石坝衔接，出口消能采取挑流形式。过木干筏道部署在坝左岸山坡上。隧洞部署在坝右岸山体中，含有导流、发电引水和放空等多个功效，即施工期用隧洞导流，并在导流洞口上山岩中另开一洞口，和隧洞相连成为“龙抬头”形式，采取塔式进水口作为发电引水和放空隧洞首部，水库蓄水时将导流洞口封赌。隧洞直径为5.2m。隧洞出口设有放空水库用闸门。在放空闸门上游另凿发电引水岔洞，洞径4.6m，然后以三根钢支管和机组相连。
本工程规模属大（2）型，枢纽为二等工程，电站厂房按3级建筑物设计。
二、水电站厂房关键设备
2.1、水轮机和发电机
电站最大水头，加权平均水头，最小水头。按水头范围及装机容量，套用3台现有机组。水轮机型号为，单机额定出力为，该机组适用，，额定流量/s，和电站水头范围比较匹配。发电机型号为，单机额定出力（悬式），采取密封式通风，可控硅励磁。水轮机导叶为0.35m。水轮机带轴长3.74m，发电机转子带轴长4.785m.。一台机组在设计水头、额定出力下运行尾水位为100.1 m。
2.2、调速器：选择型电气液压式
2.3、主阀：采取卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀
2.4、桥式起重机：本电站最重部件为发电机转子带轴重37.5t，结合厂房部署要求。选择起重机跨度，主副钩最大起升高度分别为20m和22m，主钩最高位置至轨顶距离为0.911m，小车高度2.723m。厂房屋顶结构厚度为2.456 m。
三、辅助设备系统
3.1、油系统：透平油系统，依据设备用油量选择净油桶1只、污油桶一只、净油设备压力滤油机2台、真空滤油机1台，供油设备齿轮油泵1台。绝缘油系统选择净油桶2只、污油桶2只。油净化设备和透平油共用，变压器充油和排油均在安装现场进行。两类油事故排油均由管道排往集水井，事故后再将集水井油抽出来。
因为电站距县城较近，交通方便，故油化验设备按简化分析设置。
3.2、 供水系统：①技术供水，本电站水头范围为38.02m--64.32m，且水质，水温均满足要求，所以采取自流供水方法。取水口设在每台机蝴蝶阀前压力钢管上，并和全厂技术供水总管连通，互为备用。每台机组供水管上均装有电磁液压阀。以确保自动投入或切除；②消防用水，全厂设一消防用水总管和技术供水总管连通。油库、油处理器和变压器上装有消防喷雾头。通常情况下，采取自流供水能满足全厂消防对水压要求。但当电站在最小水头运行时，则水压不足，故需另加两台卧式水泵（一台备用）从下游抽水运至消防总管，同时作为技术供水备用水泵。
3.3、排水系统：分机组检修排水、厂房漏水排水和厂区排水三部分。
1）检修排水，采取廊道间接排水方法，既检修机组是，蜗壳和尾水管中积水经过盘形阀控制，先流经廊道排往集水井，然后再由水泵抽排至尾水渠。集水井上共设两检修排水用深井泵，两台水泵同时工作，待积水抽闲后，再由一台抽排阀门漏水。
2）渗漏排水，和检修排水共用一集水井，设一台深井泵。检修排水泵可作为渗漏排水泵备用水泵。渗漏排水泵开启和切除由液位信号器依据集水井水位改变控制，集水井有效容积为，可利用廊道容积为。厂房沉陷、温度缝渗漏水。坝体渗漏水、机组顶盖和主轴密封渗漏水、压力钢管伸缩节漏水等，经厂内排水沟、管引至集水井，然后再由渗漏排水泵抽排至尾水渠。
3）厂区排水，选择4台单级双吸卧式水泵，厂区排水时4台水泵逐台开启，以减小厂用变压器压降。厂区排水集水井有效容积为。
3.4、压缩空气系统：高压气系统选择贮气罐一只，高压空压机2台，其中一台备用；低压气系统选择容积为制动和调相用贮气罐各一只，低压空气机两台（互为备用）。为确保制动用气可靠性，在制动用气贮气罐进气侧装有逆止阀，当两台贮气罐压力不平衡时，只许可调相用贮气罐气进入制动贮气罐。风动工具和吹扫用气均从调相供气管引出。
3.5、直流系统：由一组铅酸蓄电池（GGF-300型130个）两套充电装置组成，供全厂正常和事故情况下控制、保护、信号和自动装置直流电源。蓄电池按浮充电方法运行。
3.6、通风、采光：本电站为地面式厂房、主厂房采取自然通风方法，中控室、载波室设窗式空调器，蓄电池室、酸室装设轴流风机，经过管道将新产出酸气排至厂外。在水轮机层副厂房中母线道，也用轴流风机通风散热。
主机房采取自然采光和人工照明相结合方法，人工照明正常电源是常见电系统，当厂用电系统事故时，则利用蓄电池室直流电源供电。
3.7、尾水闸门：本电站三台机组共用一组4×2m平板滑动钢闸门，由一台5t电动葫芦启闭。
四、厂区部署
厂区部署关键是合理确定主、副厂房，主变和开关站位置。
主厂房在坝后河床靠右岸位置，安装场部署在同一岸和右岸进厂公路连接。考虑充足利用长坝之间空间并有利于主机房通风、采光等原因，将副厂房分为两部分，一部分在主厂房上游侧，称为上游副厂房；另一部分在主厂房左端，称端部副厂房。变电站部署在端部副厂房和溢洪道之间一块平地上，因溢洪道和变电站成一交角，故变电站为一不规则矩形，面积约。
主变压器靠近端副厂房部署。为方便主变引出线和进入安装场检修，两台主变错开部署，且变电站和安装场同高程，并设有运输轨道。近区变考虑到引线及搬运方便，部署在端副厂房靠下游侧屋外处，并设置围栏，以确保安全35kv配电装置如采取屋外型设备，则受场地限制，部署较困难，故采取屋内型设备。依据进出线方向及总体部署要求，将35kv开关室部署在靠变电站下游处，设两个出口，为便于维护，110kV开关站高压设备均采取中型部署，110kV母线避雷器选择体积较小氧化锌避雷器，并安装在构架上。在户外开关室下游侧部署有厂区排水泵房。
五、 主厂房内部部署
5.1、发电机及安装场。发电机和安装场地面线在同一高程，部署3台SF8000-16/3300型发电机组。
在机组上游区，部署YDT-3500型电气液压式调速器。每台机组均设6块机房盘（机组测温盘，自动盘，励磁调整盘，灭磁开关盘，动力盘，发电机组保护盘），均部署在大坝坝体上游挡水侧挡墙上。机组中心线上游侧部署蝴蝶阀吊孔（3.4×2.2米），在中心线下游设置吊物孔（2.5×2.5m）,用以吊装水轮机层及层下其它重金属设备。在发电机层右侧部署楼梯。
在安装场内，设置（2.4×2.4m）吊物孔和和桥吊操作室相连通楼梯。在安装场露面上部署转子轴空、，在轴空下设置转子墩，方便支撑转子。
5.2、水轮机层。在水轮机层上游部署蝴蝶阀液压控制装置、蝴蝶阀控制机柜和蝶阀孔。在调速器和水轮机层上部署调速轴及其推拉杆。水轮机下游部署油、气、水道管和机组检修排水用盘型阀和尾水管平圧操作阀门。
竖井机墩进入孔部署在机墩下游侧。水轮机层右端安装场下层部署油库、油处理室、空气压缩装置室和通往发电机和蝴蝶阀室层楼梯。
发电机引线出线部署在水轮机上游侧第二象限+Y偏-X32.5。方向发电机风罩上，中性点引线部署在-X轴方向上风罩上。在机墩旁水轮机层地面上部署复励磁变压器及其保护网。发电机出口电流互感器及中性点电流互感器部署在发电机机墩风罩上。
5.3、蜗壳，尾水管层。在蝴蝶阀室中部署有蝴蝶阀及其伸缩节、蝴蝶阀接力器漏油装置等。尾水管进人孔通道也设置在蝴蝶阀室中。
六、水电站厂房尺寸设计
6.1、主厂房高程确实定
6.1.1、 水轮机安装高程：
水轮机吸出高度：

式中：，带入数据得

6.1.2 、尾水管底板高程和厂房基础开挖高程

6.1.3蝴蝶阀室地面高程：

6.1.4 水轮机机层地面高程：
安装高程101.255+蜗壳进口断面半径0.902+蜗壳上混泥土厚度1m=103.157
6.1.5发电机层地板高程和安装场地面高程：
发电机层地板高程为108.535m，是依据套用机组具体尺寸推算得出。发电机层和水轮机层高差为5.378m，满足水轮机部署和运行维护所需空间。
电站50年一遇设计洪水位和2一遇校核洪水位分别为109.80m和110.86m，均高于发电机层地板高程，如发电机层部署在下游最高洪水位以上，则仍需从现有高程提升1.3m至2.3m。显然不够经济，最终仍决定采取108.535m，但在主机房下游最高洪水位一下设置防洪钢窗，作应急防洪方法，并在厂房下游侧建有混凝土墙，因为超出发电机层高程洪水位几率小且历时不长，这种方法还是可行。安装场地高程和发电机层地板同高程。
尾水平台高程和安装场地板高程相同。

6.1.6 吊车安装高程

式中：
h7—发电机上机架高度
h8—吊运部件和固定机组或设备间垂直净距
h9—最大吊运部件高度
h10—吊运部件吊钩之间距离
h11—主钩最高位置至轨道顶面距离，可从起重机关键参数表查出
6.1.7 天花板高程和屋顶高程
小车高度为2.723m，小车顶部至天花板安全距离取0.5m，则天花板高程为：
117.535+2.723+0.5=120.758m
厂房屋顶结构厚度（包含大梁、屋面板、女儿墙）为2.456m，则屋顶高程为：
120.758+2.456=123.214m
6.1.8 厂房总高度
总高度为123.214-96.58=26.634m。其上部结构高度为123.214-108.535=14.679m。主机房净高（算至吊顶）12.223m。

6.2 主厂房长度L确实定

式中：
L—主厂房长度
n—机组台数-1
L0—机组段长度
L安—安装间长度
△L—边机组段加长
由已知条件得：主厂房净长度为：
再加上安装场一端边端厚度0.4m，取主厂房长度为46.82米

6.3 主厂房宽度确定

式中：
B—主厂房净宽
Bx—下游侧宽度
Bs—上游侧宽度
水下部分净宽确实定
①上游侧宽度
取8米
②下游侧宽度

则，主厂房净宽

七、 副厂房部署
副厂房部署
1、上游厂房：两层结构，第一层和水轮机通高程，上游侧部署母线廊道，下游侧部署电缆廊道和走廊。母线廊道部署1#、2#机组引线，下游侧部署3#机组引出线。均设保护网。安装场下部署油库，油处理室。油库上游侧部署有空压机室及楼梯间，第二层和发电机同高程，设有发电机出口电流互感器柜、励磁电压互感器柜和放置励磁变压器房间。在安装场上有部署工具间、高压试验室及楼梯间。
2、左端厂房：分六层。第一次和水轮机层同高程，部署母线道、电缆道和水泵房。第二层和发电机同高程，部署开关室、蓄电池室、厂用变压器室、厂用配电装置室和电缆竖井。第三层到第六层，部署电缆室、油化试验室等，第四层部署中控室、值班休息室和交接班室，中控室设置保护屏、直流屏、公用设备屏等。第六层部署会议室、阅览室、资料室及自动办公室等。第二层以上均设楼梯间、卫生间和洗澡间。
35kv开关室部署在变电站中。