河海大学热能与动力工程毕业设45～80m水头400MW

热能与动力工程专业毕业设计学生：姚尧 学号：060222141摘要本设计是根据提供的原始资料对番江水电站的机电初步设计，设计内容共分为四章：水轮机主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。第一章水轮机选型设计是整个设计的关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL260，共有 9 个待选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，初步选出 3 个较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案最终选出的最优方案水轮机型号为 HL260/D74，两台机组，转轮直径 6.5m，转速 93.8r/min，平均效率90.36%。计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸，绘制厂房剖面图。第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。调节保证计算及调速设备选择中分别在设计水头和最高水头下选取导叶接力器直线关闭时间，计算相应的 和 ，使 55%，并选取接力器、调速器和油压装置的尺寸和型号。第三章辅助设备设计中分别对水、气、油三大辅助系统设计，按照要求设计各系统的工作方式并按照各计算参数选出油罐、水泵及储气罐和空压机等设备。第四章电气一次部分设计中，按照设计要求，先对接入系统进行设计计算，本设计中送电线路电压等级 220KV，3 回线路，送电导线型号 ；接着进行主接线设计，对发电240LGD机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及电站自用电侧四部分考虑。发电机电压侧选用单元接线，选取主变型号为 ，送电电压侧选用五角形，近区负荷送电线路电压*10/26SPL等级 35KV，选用 2 回线路，送电导线型号 。采用发电机出线接线，通过近区变压器50LJ升压送电，近区变压器型号为 。自用电负荷侧采用暗备用的接线方式，其变3/4J1压器的型号为 。然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、主变75./0J1LS高压侧和近区变压器侧进行短路计算，分别求出 的有名值；最后，按照、 SiIIhs)4()2(“额定电压和电流选取电气设备进行校验，至此，本设计完成。关键字：水轮机主机选型；水电站机电设计；蜗壳；尾水管；厂房；水轮机调节保证计算；水电站辅助设备；油、水、气系统；电气一次。400MW 4580m 水头 水电站机电初步设计姚尧 学号：060222142abstractIt is the mechanical and electrical initial design of Dongjiang hydroelectric power station, including: hydraulic turbine and power generator designed, governor and speed control equipment designed, auxiliary equipment designed and electrical part designed.In the chapter 1 of Hydraulic Turbine and Generator Designed, there is 1 kind of hydraulic turbine HL260/D74 for selection, and there are 9 plans to be compared in this part. First, selecting better plans by comparing power output line of generator and working territories of hydraulic turbine. Second, choosing the best one by assessing investment and average efficiency of every better plan. Finally, deciding to make the third plan as the best one. In the plan, Ill use 3 units, the runner diameter is 6.5 meter,and the speed of running is 93.8r/min.In the chapter 2 of Governor and Speed Control Equipment designed, the layout of the station is a required use with an invest penstock. Therefore, it needs to calculate for a unit when it rejects whole load. In this part, straight closing time of wicket get servomotor should be calculated in design head and maximum potential head. Then, calculateand, 55%. Finally, choosing servomotor, governor and oil-handling facility.In the chapter 3 of Auxiliary Equipment, this part is designed for watering and drainage system, air supply system and turbine oil system designed. According to designing requirement, Ill select the right kind of turbine oil tanks, water pumps, air receiver and compressor.In the chapter 4 of Electrical part, first of all, it should design intake system. The voltage step of transmitted wire is 220KV, 3 lines, and the wire is . Secondly, it should design main wire. Generator side and 110KV side , 240LGDload nearby side and using for station side should be included. Generator side: unit wiring, the transformer is . load nearby side: transmit and *10/26SPLtransformer unit; using for station side: single bus and wiring in sections. Thirdly, it should calculate short current, including . 、 SiIIhs)4()2(“Finally, fixing out electrical equipment according to and . Thats all.eUeKey words: Hydraulic turbline Screel case Regulate and guarantee to calculate Auxiliary Electrical part.热能与动力工程专业毕业设计学生：姚尧 学号：060222143目 录原始资料 5第一章 水轮机的选型设计 7第一节 水轮机型号选定 7第二节 原型水轮机主要参数的选择 7一 三台机组 7 二 四台机组 10三 五台机组 10四 六台机组 10五 各方案参数列表 10第三节 较优方案选择 10第四节 技术经济指标计算 12一 动能经济指标 12二 机电设备投资和耗钢量 14第五节 最优方案选择 17一 水利机械投资估算表 17二 电气部分投资估算表 17三 最优方案的主要参数 19第六节 最优方案的进出水流道设计 20一 转轮的计算 20二 蜗壳计算 20三 尾水管计算 25第七节 绘制厂房横剖面图 26一 发电机外型尺寸估算 26二 厂房各高程的确定 28三 厂房宽度的确定 30三 主厂房长度确定 30第二章 调节保证计算及调速设备的选择 32第一节 设计水头下甩全负荷时的调保计算 32一 已知计算参数 32二 管道特性计算 32三 水击压力升高计算 34四 转速上升计算 37第二节 最大水头下甩全负荷下的调保计算 38一 管道特性系数 38二 水击压力升高计算 41三 转速上升计算 43第三节 调速设备的选择 44第三章 辅助设备选择 45第一节 水系统 45一 技术供水系统45400MW 4580m 水头 水电站机电初步设计姚尧 学号：060222144二 消防和生活供水 50三 检修排水 51四 渗漏排水 53第二节 气系统 53一 气系统用户 53二 供气方式 54三 设备选择 54第三节 透平油系统 57一 透平油系统供油对象 .57二 用油量估算 57三 油桶及油处理设备选择 58第四章 电气部分 59第一节 接入系统设计 59第二节 电气主接线设计 59一 发电机电压侧 59二 近区负荷侧 60三 送电电压侧 62四 电厂自用电侧 63第三节 短路电流计算 65一化简电路图 67二 计算短路电流 71第四节 设备选择 85一 断路器选择 85二 隔离开关选择88 三 变压器中性点隔离开关选择 91四 避雷器的选择 91五 电流互感器的选择 91六 电压互感器的选择 92七 其它设备选择 92附录一 效率和出力计算结果 94附录二 番口水电站电力系统接线图 98参考文献 102热能与动力工程专业毕业设计学生：姚尧 学号：060222145原始资料番口水电站位于我国河北省北部，滦河干流上，番口水库是综合利用的多年调节水库，主要任务是调节滦河水量供天津市和唐山地区工农业用水，引水结合发电，兼顾防洪。番口水电站建成后并入京津唐点网运行，在系统中担负调峰、调相和事故备用。电站为坝后式。河谷宽约 600 米，主河槽位于右岸，宽为 100 米，大坝溢流段 350 米，布置在左岸。厂房布置在右岸非溢流坝坝后，铁路右岸下游方向进厂。压力钢管为 140 米。本电站下游水位曲线见下图：基本参下 Q(m/s)数：电站总装机 45 万千瓦，最高水头 为 80 米，MAXH平均水头 60 米，P最小水头 45 米，min年利用小时数为 2010保证出力为 13 万千瓦。其千年洪水位为 155.1 米，五百年洪水位 153.9 米。本地区年平均气温 16.5 度，实测最高温度 37.6 度，实测最低温度-15.8 度，电站建成后将在距离 80 公里的唐山变电所接入系统,（电力系统接线图参见电气部分） ，并向太平庄供电 5000 千瓦，送电距离 20 公里。番口水电站设计主要包括四部分内容：水轮机主机选型设计，调节保证计算及调速设备选择设计，辅助设备系统（包括透平油、水、气系统）设计和电气部分设计。400MW 4580m 水头 水电站机电初步设计姚尧 学号：060222146设计原则：选择效率最高，经济投资最少的，综合效益最好的作为最优方案。设计程序：1、按给定特征水头决定机组型号；2、拟定机组台数；3、确定水轮机的标准直径和标准转速；4、技术经济指标计算和比较；5、选出最优方案。热能与动力工程专业毕业设计学生：姚尧 学号：060222147第一章 水轮机组选型设计第一节 水轮机型号的初步选择一、水电站的主要参数Hmax=80m Ha=60m Hmin=45m Hr=57m。总装机容量 400MW二、转轮的形式水电站的水头范围为 4580m，根据型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编中的中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表 ，推荐使用水头范围，确定转轮型号为 HL260/D74.第二节 水轮机主要参数的确定按电站建成后，在电力系统的作用和供电方式，电站装机台数分别按 2 台、3 台、4 台、5 台、6 台五种方案进行比较。一、装机台数 2 台，单机容量 200000kW（一）水轮机设计水头下出力NG=200000kW，发电机效率 =0.98，因此水轮机设计水头下的出力为G（1-1）kWPr 20489.式中： 发电机效率，取 0.98；GN机组的单机容量 kW；（二）水轮机转轮直径初估时，可以近似取所选择的额定工况点的模型效率 ，再加上 3%的修正值，即M，Q 11 值一般取特性曲线上最优单位转速 n110 与 5%出力924.03.894.03.MT限制线交点相应的 Q11=1.247m3/s。（1-2）cmHPDTr 647.924.057.181.9.15.1 式中： 水轮机原型率；T400MW 4580m 水头 水电站机电初步设计姚尧 学号：060222148Pr机组的单机容量 kW；Q11模型单位流量 m3/s；Hr设计水头 m；按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值 6.0 m和 6.5m之间，取 D1=6.5m。（三）计算原型水轮机的效率当 D1=6.5m 时，（1-5 ）95.0.63)927.01()( 5510max DM式中： 水轮机模型最优工况效率；0MD1M转轮模型直径 m；D1转轮原型直径 m；（1-6 ）0.3.2=0.97-.5=-M0max 式中： 水轮机原型最优工况效率；水轮机模型最优工况效率；0限制工况原型水轮机效率： ，与假设效率 0.920 误差小926.03.894.01 M于 5%，故计算通过。（四）同步转速 n（1-3）1DHnAr式中：n 11r水轮机模型设计转速 r/min；n 11r=n11M+n11; n11=n11T-n11M=;故 n110.03 n11M ,所以 n11 可以忽略 ，即 n11r=n11MMMT1108.)(HA平均水头 m；D1转轮直径 m；热能与动力工程专业毕业设计学生：姚尧 学号：060222149当 D1=6.5m 时， min/14.95.6071 rDHnAr n 介于 93.8r/min 与 100r/min 之间，故取 n=93.8r/min。（五）检验水轮机的运行范围最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速D1=6.5m，n=93.8r/min（1-9）min/9.045.6893min1ax1 rHn（1-10）i/7.6.11A（1-11）in/2.805.93max1in1 rHD式中：n水轮机额定转速 r/min；D1转轮原型直径 m；H水头 m；二、装机台数 3