毕业设计说明书-湖南镇水电站水能规划及调度图绘制.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 摘摘 要要 全套图纸加扣 3012250582 湖南镇水电站位于中国浙江省衢州市境内，钱塘江支流乌溪江上，是一个以 发电为主兼有航运、灌溉，防洪、供水等综合利用效益的较大水电站。也是乌溪 江两级开发中的第一级。 本次设计给定了三个水库正常蓄水位方案：227m，230m，233m,根据水利动 能指标，按照费用最小原则，最终选择正常蓄水位为 233m。继而假定三个死水位 方案：195m，197m，199m,对其进行兴利调节及水能计算，综合各方面因素选 195m 作为死水位最终方案。调洪演算时取防洪限制水位等于正常蓄水位为 233m，根据下游防护标准（百年一遇） ，确定水库的防洪高水位，根据千年一遇 洪水资料，确定水库的设计洪水位, 根据万年一遇洪水资料，确定水库的校核洪 水位，最后定出防洪高水位 234.82m，相应的最大下泄流量不超过 4500。sm / 3 设计洪水位 236.01m，相应的最大下泄流量不超过 6185。校核洪水位sm / 3 （P=0.01%）为 239m，相应的最大下泄流量不超过 8232。sm / 3 利用电力电能平衡的方法确定水电站装机容量为 34 万 kW，四台机组，单机容 量 8.5 万 kW。厂房为坝后式厂房，主厂房总宽定为 21m，总长 89m。起重机选用电 动双钩桥式起重机，最大起重量选 2 150 吨，跨度选用 19m。装配场长度取 24m。 副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房下游侧。主要布置各种机电 辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。 厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，坝址与厂区通过公路连接，形成 枢纽体系。 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 2 关键词：关键词：正常蓄水位，死水位；装机容量；防洪设计；挡水建筑物；泄水建筑物； 稳定；应力；水轮机；选型；厂房 水利水电工程专业毕业设计 3 ABSTRACT Hunan Hydropower Station is located in the town of Quzhou City in Zhejiang Province, China, Qiantang River on the Wu River tributary, is both a power-based navigation, irrigation, flood control, water supply and other large hydropower utilization efficiency. Wuxijiang levels is the first stage of development. Given this design, three reservoir normal water level: 227m, 230m, 233m, under the water momentum indicator, in accordance with the principle of minimum cost, and ultimately select the normal water level is 233m. Then the program assumes that the three dead water level: 195m, 197m, 199m, its regulation and energy calculation for Hennessy, Taking all factors selected as a dead water level 195m final plan. Flood Routing flood control level when the take is equal to the normal water level is 233m, according to the downstream protection standards (hundred years) to determine the high water level of flood control reservoir, a flood of the Millennium data to determine the reservoir design flood level, according to one million years flood data, flood check to determine the reservoir, the last set of high flood water level of 234.82m, the corresponding maximum discharge for not more than 4500. Design flood level 236.01m, the corresponding maximum discharge for not more than 6185. Check flood level (P = 0.01%) for the 239m, corresponding to the maximum discharge for not more than 8232. Using energy balance method to determine the power station installed capacity of 340,000 kW, four units, single capacity of 85,000 kW. Plant for the dam toe power house, the main plant as the total width of 21m, total length of 89m. Electric hook crane used crane, the largest selection from the weight of 2 150 tons, span selection 19m. Field length of the assembly to take 24m. Vice-plant station to ensure the normal operation is necessary, set the downstream side in the main plant. Various electrical and mechanical auxiliary equipment, the main layout, rooms, production rooms and the necessary room amenities. Plant layout switching station near the main transformer and so on. The terrain, dam and plant connected by road to form a hub system. KeyKey words:words: normal water level, dead level; capacity; flood control design; water retaining structures; discharge structure; stability; 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 4 stress; turbine; selection; plant 水利水电工程专业毕业设计 5 目目 录录 摘摘 要要 .1 第一章第一章 绪论绪论 .6 1.1 基本资料 .6 1.1.1 地理位置.6 1.1.2 水位与气象.6 1.1.3 电力系统负荷资料.10 1.1.4 工程地质.10 1.1.5 交通状况.11 1.2 设计任务 .11 第二章第二章 水能规划水能规划 .1313 2.1 径流调节 .13 2.1.1 水量差积曲线.13 2.1.1.1 水库调节性能的判断 .13 2.1.1.2 水库设计保证率 .14 2.1.1.3 水量差积曲线 .14 2.1.1.4 正常蓄水位的确定 .15 2.2 死水位的选择 .24 2.3 装机容量的选择 .27 2.3.1 最大工作容量的确定.27 2.3.1.1 典型日负荷图及日电能累积曲线的绘制 .29 2.3.1.2 最大工作容量的确定.35 2.3.2 备用容量的确定.38 2.3.2.1 负荷备用容量 .38 2.3.2.2 事故备用容量 .39 2.3.2.3 检修容量的确定 .39 2.3.3 重复容量的确定.39 2.3.4 装机容量的确定.39 2.4 电力电能平衡图 .40 2.4.1 受阻容量的确定.40 2.4.1.1 出力限制线的绘制 .40 2.4.1.2 受阻容量 .40 2.4.2 电力电能平衡.41 2.5 水库防洪设计 .43 2.5.1 设计标准.43 2.5.2 调洪演算.43 2.5.3 泄流量计算.45 2.5.4 防洪设计成果.47 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 6 2.6 水库调度图的绘制.47 第三章第三章 枢纽布置及挡水、泄水建筑物设计枢纽布置及挡水、泄水建筑物设计 .5151 3.1 枢纽布置 .51 3.1.1 坝轴线选择.51 3.1.2 坝型.51 3.1.3 枢纽布置.51 3.2 挡水建筑物设计.51 3.2.1 坝顶高程确定.51 3.2.2 坝底高程确定.52 3.2.3 坝顶宽度.52 3.2.4 上游折坡点高程.52 3.2.5 基本剖面设计.52 3.2.6 实用剖面设计.53 3.2.7 廊道及排水布置.54 3.2.8 荷载计算.54 3.2.9 稳定和应力分析 .55 3.3 泄水建筑物.56 3.3.1 溢流坝剖面设计.56 3.3.2 荷载计算.58 3.3.3 稳定和应力分析.59 3.3.4 消能设计.60 3.3.5 细部构造.61 第四章第四章 水电站厂房设计水电站厂房设计 .62 4.1 特征水头选择 .62 4.2 水轮机型号选择.62 4.3 蜗壳设计.65 4.4 尾水管设计.66 4.5 水轮发电机外形尺寸设计.66 4.6 水轮发电机重量估算 .70 4.7 油压与调速设备选择 .70 4.8 厂房起重设备 .72 4.9 厂房布置.73 4.9.1 厂房各层高程确定.73 4.9.2 厂房宽度的确定.75 4.9.2.1 主厂房宽度的确定 .75 4.9.2.2 装配场宽度的确定 .76 4.9.3 主厂房长度.76 4.9.3.1 机组段长度 .76 4.9.3.2 端机组长 .76 4.9.3.3 装配场长度 .77 4.9.3.4 厂房总长度 L.77 水利水电工程专业毕业设计 7 4.10 副厂房以及其他的相关的尺寸见水轮机层发电机层的剖面图。 .77 4.11 油系统的布置 .77 4.12 供水系统 .77 4.13 排水系统 .77 4.14 厂区布置 .77 附附 表表 .7979 参考书目参考书目 .8080 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 8 第一章第一章 绪论绪论 1.1 基本资料 1.1.1 地理位置地理位置 乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附 近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。 流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层 薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床 比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。 1.1.2 水位与气象水位与气象 1.1.2.1 水文条件 湖南镇坝址断面处多年平均流量为 89.6 立米/秒。实测最大洪峰流量为 5440 立方米/秒（1954 年） ，千年一遇洪水总量（4 日）为 11 亿立方米，洪峰流量为 11300 立方米/秒。万年一遇洪水（4 日）总量 16.2 亿立方米/，洪峰流量 16600 立方米/秒。保坝洪水总量为 17.2 亿立方米，洪峰流量为 22000 立方米/秒。 表 1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线 水位（m） 122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5 流量（m3/s） 105010020050010002000 水位（m） 130.1132.6135.3137.6139.8141.8 流量（m3/s） 300050007500100001250015000 表 2 电站厂房处获青水位流量关系曲线 水位（m） 115115.17115.39115.57115.72115.87116 流量 1020406080100120 水利水电工程专业毕业设计 9 （m3/s） 水位（m） 116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5 流量 （m3/s） 1401601802004007001000 水位（m） 119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8 流量 （m3/s） 15002000300040006000800010000 1.1.2.2 气象条件 乌溪江流域是副热带季风气候，多年平均气温 10.4 摄氏度，多年平均降雨 为 1710 毫米，雨季年内分配很不均匀，4，5，6 三个月受台风影响，时有台风暴 雨出现，其降雨量占全年的 25%左右。下表给出了该流域的部分气象特征。其中 降雨量按 1952-1965 年统计，蒸发量按 1952-1956 年统计。 表 3 坝区部分气象特征值统计表 降水量月份 平均值占全年% 蒸发量平均值 一月 68.23.827 二月 133.97.527.2 三月 179.910.048.7 四月 221.112.382.2 五月 356.419.980.8 六月 294.316.4110.6 八月 123.86.9141.1 九月 121.26.7128.8 十月 110.96.2100 十一月 67.43.771.5 十二月 54.23.027 表 4 坝址逐月流量表 年份一二三四五六七八九十十一十二 195018.310393.590.820229189.177.91252313.216.7 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 10 195135.974.821323968.218236.215.946.12423.331.1 195231.312421410528927724183.811836.911.49.5 195350.454.510110220830922.687.392.738.616668 195473.435.469.721335045222962.38.554.963.835.17 19554.8463.110489.718240734.526.813.82.934.042.48 19565.221.310697.729110511.666.719925.37.075.36 195711.447.980.621321810016.240.416.836.413.616.2 195812.334.517112935645.226.925.882.435.98.734.92 195910.426257.320.821123868.735.41104.5390519.06 196032.311.37410812617842.210127.14.353.894.96 19616.5411110489.51402681920.626.82.9317.915.3 196222.49.412018828127017098.462.343.525.513.2 19635.765.7620.762.919616528.53967.77.4322.112.3 196462.948.980.472.221031627.428.111.7387.343.21 19652.8432.752.618794.21705549.415.939.270.285.2 196656.963.711819955.313817211.826.28.186.5715.6 19676.7240.693.510529528238.48.633.591.843.213.61 19682.8315.256.493.413522722710.913.79.253.4115.4 196951.411299.48.7827317617937.53114.19.127.01 197027.236.617917021825812525.150.436.716.541.8 197115.413.925.170.913318410.38.9137.810.65.4411.3 197260.411239.263.696.116341.199.919.422.743.833 19735939.4971943423239215.566.422.56.783.91 19746.8842.434.632.898.615675.91049.8216.432.975.2 1975379811637532922151.811732.761.34345 水利水电工程专业毕业设计 11 197611.146.115517414831323720.7263014.811.6 197753.449.545.923122530555.549.347.223.479.9 197827.760116122632263126.413.94.43.52.5 1979724.2 表 5 设计洪水过程线 时间 5%1%0.10% 时间 5%1%0.10% 040048060025460058507500 155070090026375048506200 28801200155027305039506100 315501950256028245031504100 425003200420029190024503250 541005200675030155020502600 638004900640031130017002100 730003850500032110014501750 82350300039003395012501500 91850240031503485011001300 10160020002600357509501150 11130017002200367008801050 121150145018503785012001400 139501200160038110015002100 148501100140039120016002450 157501000130040105014002250 16750105013504190012001900 171000130016504280010501650 18215028503700437009001400 19290032004800446007001200 20320041505350455206501050 2139005100660046450550900 2252006800870047620520820 23610082501130048400500750 24560073009400 表 6 湖南镇水库水位库容关系曲线 水位(m) 150160170180185190195200 总库容（亿 m3） 0.55721.13771.93923.05223.74794.54625.44876.4669 水位(m) 205210215220225230235240 总库容（亿 m3） 7.60278.917710.396212.032413.842415.842418.038220.4354 水位(m) 245250 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 12 总库容（亿 m3） 23.056925.9254 1.1.3 电力系统负荷资料电力系统负荷资料 1.1.3.1 年负荷图（年最大负荷的百分比） 年负荷图（年最大负荷百分比） 月份 123456 最大负荷百分比 989694929088 月份 789101112 最大负荷百分比 9092949698100 1.1.3.2 设计负荷水平年最大负荷 设计负荷水平年最大负荷为 90 万 kW 1.1.3.3 典型日负荷图（年最大负荷的百分比） 时序（小时） 123456789101112 12 月 747270687274808896928884 3、9 月 706866646670747886848078 7 月 676563616367717582807775 时序（小时） 131415161718192021222324 12 月 8082848690941009894908278 3、9 月 768082848690949288868074 7 月 737779808286908884827770 1.1.4 工程地质工程地质 本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较， 选用了山前峦坝址。 山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚 度一般在 0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约 24m。岩石风化普遍不深， 大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅 1m 左右，半风化带厚约 212m， 坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和 水利水电工程专业毕业设计 13 北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。坝址主要工程地质问题 为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形地线一致，影响边 坡岩体的稳定性。 坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相对 抗水层（条件吸水量 0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝 肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。 坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中 68m，坝 体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。 引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。 有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。 厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构 造较单一。有两小断层，宽 0.50.8m，两岸岩石完好。 本区地震烈度小于 6 度。 1.1.5 交通状况交通状况 坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。 1.2 设计任务 1 1） 水能规划水能规划 已知三个设计蓄水位（227m,230m,233m）方案，从三个方案中选取最经济 的方案。 由已定的正常蓄水位按定流量计算按保证出力最大值原则选择死水位。 装机容量的选择（电力电能平衡法） 进行防洪设计（B=60m） 。 水库调度图的绘制 2 2） 挡水及泄水建筑物挡水及泄水建筑物 枢纽组成建筑物，工程等级，拟定挡水、泄水建筑物形式和尺寸，进行枢纽 布置，绘制枢纽布置图和挡水、泄水建筑物的典型剖面图。 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 14 3 3） 水电站厂房水电站厂房布置布置 选择机组机型、台数，拟定厂房轮廓尺寸，绘制厂房的横剖面图、水轮机层 和发电机层的平面图。 4 4） 其它其它 水电站单位千瓦投资 k 水=6500 元/千瓦，水电站增加单位千瓦投资 k 水 =4200 元/千瓦，水电站增加单位千瓦容量的年费用率 p 水=3%；额定投资效益 系数 r0=0.08，水电站单位电能消耗燃料 0.10 公斤/度，燃料到厂价格为 310 元/吨。a=1.05。 编写计算书和说明书。 水利水电工程专业毕业设计 15 第二章第二章 水能规划水能规划 2.1 径流调节 2.1.1 水量差积曲线水量差积曲线 2.1.1.12.1.1.1 水库调节性能的判断 通常用库容系数 （）反映水库兴利调节能力。当 2%时，水/VW 兴年 库为日调节水库；当 2%30%事，水库为多 年调节水库。 由湖南镇水电站多年坝址处的平均流量算出多年平均流量为84.08 立方/秒Q 则多年平均水量为 396 m1065 . 2 121063. 208.84 年 W 正常蓄水位有以下三个方案:227m、230m、233m, 对应的库容分别为： 1464.24106 m3、1584.24106 m3、1715.99106 m3。 流量为 0 时，对应的水库坝址处水位为 122.60m，三个方案所能集中的最大 水头分别为 104.4m，107.4m，110.4m， 坝式年调节水电站的 h消=（25%-30%），对应的消落深度为 H 33m，36m，38m,由此得到对应的死水位为 194m，194m，195m。查出对应的库容为 526.82106 m3，526.82106 m3，544.87106 m3，求出兴利库容为 937.42106 m3，1057.42106 m3，1171.12106 m3，则库容系数分别为： =（937.42106）/（2650106）=35.4% 1 /VW 兴1年 =（1057.42106）/（2650106）=39.9% 2 /VW 兴2年 =（1171.12106）/（2650106）=44.2% 3 /VW 兴3年 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 16 库容系数1、2、3都大于 30%，因此判定湖南镇水库为多年调节水库。 2.1.1.2 水库设计保证率 水电站的设计保证率直接关系到水库的供电可靠性、水能资源利用程度及电站造 价。本水电站位于华东电网，为多年调节水电站，根据水电站在电力系统所占比 重，及灌溉、供水和通航等设计要求，拟定本水库的设计保证率为 90% 2.1.1.3 水量差积曲线 本水库是多年调节水库，具有长系列的水文资料，首先求出多年水量的平均 值，取一整数，作为多年水量定值。水量差积值计算公式见式（2-2）： （2-2） ttt t0t0t0 (QQdt=QdtQ dtW 值值 值 值 近似表示为： （2-3） t t0 W =(QQt 值 值 值 式中 Q在式（2-2）式（2-3）中分别为瞬时流量和时段时段平均流量，m3/ s； Q定多年流量定值，m3/s ； W差积水量差积值， （m3/s）月 为避免出现不必要的错误，选年差积点作为控制点，则控制点的水量差积值为： （2-4） W=-值值值值值值值值 根据已算出的多年平均流量及所给的水文资料可绘出长系列的水量差积曲线，简 图见图 2-1，具体曲线详图见附图。 水利水电工程专业毕业设计 17 多多年年差差积积曲曲线线 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 050100150200250300350400 时间 水量 2.1.1.4 正常蓄水位的确定 三个正常蓄水位水位对应三个兴利库容，根据各自的兴利库容在水量差积曲 线图上绘出三条满库曲线。本水库是多年调节水库，具有长系列的水文资料，因 此采用图解法求各正常蓄水位下的调节流量。找出水量差积曲线和满库线之间的 控制点，用绷线法将各控制点连接，确定水库的供水期、蓄水期及不蓄不供期， 在流量比尺上读出各时段的调节流量 各时段调节流量如下表所示： 正常蓄水为正常蓄水为 227m227m 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 18 经过作图和计算校核，得到了如下的各不同时期的时段划分，及各时段的出力 正常蓄水位为 227m 供水期的划分 时间段 调节流量立 方米/秒 上游水 位（米） 下游水 位（米） 水头 （米） 保证出力(kW) 月 数 电能(亿 kWh) 1951,6-1952,180.456213.51123.3690.1561651.421473.148661394 1952,7-1953,4102.532213.51123.519078436.9895.150485855 1954,7-1955,272.577213.51123.3190.255644.785972.841890505 1955,6-1956,258.293213.51123.2190.344742.7921582.611547292 1957,6-1958,267.711213.51123.2790.2451937.0454483.031461468 1958,5-1959,174.443213.51123.3290.1957069.1204583.331010422 1959,9-1961,168.627213.51123.2890.2352633.82078166.144261703 1961,6-1962,264.499213.51123.2590.2649484.2777982.888298326 1962,8-1964,269.152213.51123.2890.2353036.47216186.965173816 1964,6-1965,362.131213.51123.2390.2847678.0867893.13073389 水利水电工程专业毕业设计 19 1966,7-1967,267.28213.51123.2790.2451606.451272.635644676 1967,6-1968,254.075213.51123.1890.3341519.0553782.423384224 1968,7-1969,176.558213.51123.3490.1758677.4963162.568666078 1969,7-1970,273.974213.51123.3290.1956709.5780172.896271568 1970,7-1972.161.824213.51123.2390.2847442.50112186.230528787 1973,7-1974,465.229213.51123.2690.2550038.7966393.285747542 1975,6-1976,295.411213.51123.4790.0473021.8547484.262139617 1976,7-1977,375.899213.51123.3390.1858178.8604783.395783728 1977,6-1978,279.411213.51123.3690.1560850.6640383.551731558 备注：供水期总电能为 70.49 亿 kWh 蓄水期的划分 时间段 调节流量 立方米/ 秒 上游水 位（米） 下游水 位（米） 水头 （米） 保证出力(kW) 月 数 电能(亿 kWh) 1950.1-1951.693.106213.51123.4590.0671273.57406178.840203938 1952.2-1952.7154.142213.51123.7989.72117551.77254.288288644 1954.4-1954.7225.237213.51124.1589.36171081.015733.744621272 1955.4-1955.6116.855213.51123.5989.9289314.613621.303278842 1956.2-1957.676.896213.51123.3490.1758936.55472166.880017652 1958.2-1958.5100.237213.51123.590.0176689.8251531.678586893 1959.1-1959.686.762213.51123.4190.166446.677752.423974802 1961.1-1961.671.442213.51123.390.2154780.6539751.998398257 1962.3-1962.7138.428213.51123.7189.8105662.092443.083642505 1964.4-1964.685.355213.51123.490.1165376.3819320.953972165 1965.3-1966.775.857213.51123.3390.1858146.66621166.787809227 1967.4-1967.6110.855213.51123.5689.9584756.9616321.236773584 1968.3-1968.781.778213.51123.3790.1462657.4858241.828596066 1969.1-1969.795.318213.51123.4790.0472950.6781263.193488885 1970.2-1970.7118.942213.51123.689.9190899.6393753.316018844 1973.3-1973.6167.903213.51123.8789.64127932.011832.800175875 1975.3-1975.6189.903213.51123.9989.52144500.990833.162837686 1976.2-1976.7134.342213.51123.6989.82102566.086753.741610844 1977.3-1977.6135.237213.51123.6989.82103249.392432.259922701 1978.2-1978.796.724213.51123.4890.0374018.5246252.700195778 备注：蓄水期总电能为 66.22 亿 kWh 湖南镇水电站水能规划及调度图绘制 20 不蓄不供期的划分 时间段 调节流量 立方米/ 秒 上游水 位（米） 下游水 位（米） 水头 （米） 保证出力(kW) 月 数 电能(亿 kWh) 1952.1-1952.2124213.51123.6389.8894733.5210.691175762 1953.4-1954.3106.427213.51123.5389.9881398.56241116.