水电站厂房与电气设计说明.doc

学习好帮手 摘摘 要要 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 关关键键词词 大峡水电站 厂房结构 电气部分 系统与屋 外配电装置 学习好帮手 ABSTRACT The plant The graduation design is with daxia hydropower station as object to design the plant and a part of electrical of hydropower station structural design mes anto determine the plane and longitudinal surface of the plant though calculating the shape dimension of hydraulic turbines hydro generators and other auxiliary equipment then those are been made a simple design descriptions of traffic inside the plant transportation of equipment lighting and ventilation The electric parts design refers to sure the main electrical wiring choose transformer calculation short circuit current choose the main electrical equipment design apc system and outside power distribution equipment Through the two parts design calculation these drawings the plant vertical section pians generators layer plans the main electrical wiring diagrams apc hookups and so on are been mapped Thus I have a more profound of hydropower station and meet the graduation design expectations Keywords daxia Hydropower Station plant structure electrical parts 学习好帮手 目 录 前前 言言 1 第第 1 1 章章 主厂房主要尺寸的确定主厂房主要尺寸的确定 2 1 1平面尺寸的确定 2 1 1 1尾水管层控制尺寸的确定 2 1 1 2蜗壳层控制尺寸的确定 4 1 1 3发电机层控制尺寸的确定 5 1 1 4综合分析 6 1 1 5 厂房宽度的确定 7 1 2立面尺寸的确定 8 1 2 1水轮机的安装高程 T 的确定 8 1 2 2主厂房基础开挖高程 F 的确定 8 1 2 3水轮机层地面高程 1 1 的确定 8 1 2 41 2 4发电机装置高程 G G 的确定 9 1 2 51 2 5发电机层楼板高程 2 2 的确定 9 1 2 61 2 6 起重机的安装高程 C C 的确定 9 1 2 71 2 7 屋顶高程 R R 的确定 14 1 2 8 厂房总高度 H 的确定 14 第第 2 2 章章 水电站厂房布置水电站厂房布置 15 2 1 立轴反击式机组的布置 15 2 1 1 尾水管层的布置 15 2 1 2 蜗壳层的布置 16 2 1 3 水轮机层的布置 16 2 1 4 发电机层的布置 16 2 2 机组附属设备的布置 17 2 2 1 接力器的布置 17 2 2 2 调速器和油压装置的布置 18 2 3 厂房的采光 通风 交通及防火 18 2 3 1 采光 18 2 3 2 通风 18 2 3 3 取暖 19 2 3 4 厂内交通 19 第第 3 3 章章 厂房内部分设备的选择厂房内部分设备的选择 20 学习好帮手 3 1 调速器和油压装置的选择 20 3 1 1 调速器的选择 20 3 1 2 油压装置的选择 22 第第 4 4 章章 水电站电气一次设计水电站电气一次设计 25 4 1 电气主接线设计 25 4 1 1 电气主接线的设计基本要求 25 4 1 2 电气主接线方案的选择 25 4 1 3 设备的选择 32 第第 5 5 章章 短路电流计算短路电流计算 34 5 1 短路电流计算的目的 34 5 2 短路电流计算的几个假定条件 34 5 3 短路电流计算的一般规定 34 5 4 短路点的选择 35 5 5 等值网络图 36 5 5 2 选取基准值 36 5 5 3 查取各设备元件的参数 37 5 6 各短路点短路电流的计算 37 5 6 1 d1 点短路 37 5 6 2 d2 点短路 41 5 6 3 d3 点短路 44 5 6 4 d4 点短路 46 短路电流计算成果表短路电流计算成果表 49 第第 6 6 章章 高压电气设备的选择高压电气设备的选择 51 6 1 设备选择的原则 51 6 1 1 基本要求 51 6 1 2 设备选择的一般条件 51 6 2 高压断路器的选择 52 6 3 高压隔离开关的选择 55 6 3 1 隔离开关的选择条件 55 6 3 2 高压隔离开关的选择 55 6 4 互感器的选择 58 6 4 1 互感器的作用 58 6 4 2 电压互感器的配置原则 58 6 4 3 电流互感器的配置原则 59 6 4 4 电压互感器的选择 59 6 4 5 电流互感器的选择 60 学习好帮手 6 5 避雷器的选择 60 6 5 1 避雷器按下列条件选择 60 6 5 2 避雷器的选择 60 6 6 高压熔断器的选择 61 6 7 支柱绝缘子和穿墙套管的选择 61 6 7 1 绝缘子的选择 61 6 7 2 穿墙套管的选择 61 第第 7 7 章章 厂用电系统和配电装置设计厂用电系统和配电装置设计 62 7 1 水电站厂用电的特点和基本要求 62 7 1 1 水电站厂用电的特点 62 7 1 2 基本要求 62 7 2 厂用电系统设计 63 7 2 1 厂用电接线 63 7 2 2 厂用变压器的选择 64 7 2 3 厂用电分类及要求 64 7 2 4 厂用电自启动 65 小小 结结 66 致致 谢谢 67 参考文献参考文献 68 学习好帮手 前前 言言 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 学习好帮手 第第 1 1 章章 主厂房主要尺寸的确定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 5 D1 L y 4 5 7 31 5m L y 0 5 1 2D1 0 5 1 2 7 4 2m 2 尾水管边墩混凝土厚度 初步设计选 1 5m L x L x 0 5 2 42 D1 2 得L x L x 9 97m 尾水管具体尺寸如图1 1所示 学习好帮手 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 3 D1 2 3 7 16 1m h1 0 593 D1 b0 2 0 593 7 0 75 3 4m L 4 5 D1 4 5 7 31 5m B5 2 42 D1 2 42 7 16 94m D4 1 2 D1 1 2 7 8 4m h4 1 2 D1 1 2 7 8 4m h5 1 27 D1 1 27 7 8 89m h6 0 6 D1 0 6 7 4 2m L1 1 62 D1 1 62 7 11 34m 学习好帮手 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 n s 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 0 973 D1 6811mm Dm DM 0 25 94 64 n s 得Dm 2991 94mm Hm DM 6 94 ns 0 403 Hm 3862 65mm H1 DM 0 38 5 17 n s 100000 H1 2764 24mm h1 b0 2 Ht DM 0 24 7 82 ns 100000 Ht 1900 95 h2 B DM 1 0 76 8 92 ns 100000 B 8465 07mm C DM 1 0 55 1 48 ns 100000 C 12219 23mm D DM 1 58 9 05ns 100000 D 10453 18mm E DM 1 48 2 11ns 100000 E 10008 42mm 学习好帮手 F DM 1 62 3 18ns 100000 F 10925 52mm G DM 1 36 7 79 ns G 9369 07mm H DM 1 19 4 69 ns H 8168 98mm I DM 0 44 21 47 ns I 2704 37mm L DM 1 44 105 29 ns L 11242 1mm M DM 1 03 136 28 ns M 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 1 1 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 1 12 2 1 5 13 7m L x B 1 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 学习好帮手 图1 2 L x L x 3 2 b 2 3 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 3 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 x max L x max 13 7 10 23 7m 端机组段长度的确定 L2 L1 L 23 7 3 5 27 2m 其中 L 0 1 1 0 D 取 L 0 5D1 得 L 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 学习好帮手 L安 1 5L1 则L安 1 5 23 7 35 55m 主厂房总长度 L nL1 L安 L 133 85 m 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 学习好帮手 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 1 10 1 5 11 5m 取BS 12m Bx D 1 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 1 的确定 水轮机地面高程 1 T L 2 h4 学习好帮手 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 41 2 4 发电机装置高程 G 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 51 2 5 发电机层楼板高程 2 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 1 2 62 6 起重机的安装高程 C 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 学习好帮手 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 学习好帮手 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 3200mm L3 4800mm L2 5650mm L4 2350mm C 平衡梁尺寸 学习好帮手 平衡梁平衡梁 由 水电站机电设计手册 303 页表7 7 查得 L 12100mm L1 10500mm L2 1300mm H 2600mm h1 500mm h2 686mm 学习好帮手 h3 1300mm S 120mm B 3000mm b1 600mm b2 360mm D 320mm 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 79 m 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 1 m 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 学习好帮手 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 71 2 7 屋顶高程 R 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 学习好帮手 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 学习好帮手 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 学习好帮手 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 学习好帮手 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 学习好帮手 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 或在产 生有害气体的房间 如蓄电池室 油处理室等 装设人工通风 3 盛夏酷热地区或人工通风仍不能满足厂内温度湿度要求时 采用局部 或全部的空气调节装置 2 3 3 取暖 冬天厂房内的温度不能过低 以保证机电设备的正常运行 热量不足 以维持必需温度的房间 采用电辐射取暖或电热取暖 中央控制室装设空 调 以便在冬季取暖 夏季降温 2 3 4 厂内交通 1 厂房对外开有大门 以便运输大部件 大门尺寸很大 本电站大门宽度为6m 详情见附图 采用旁推门 为 了保持厂房内部的清洁 干燥与温度 不运输大部件时大门关闭 安排各 种房门部位时要考虑防火的安全出口 安全出口的门净宽不小于0 8m 门向外开 某些可产生负压的房间 如闸门室 门向里开 以便出现负压 时门可自动开启 2 主厂房内各层及副厂房布置机电设备的房间内都设有通道 以便运输 设备和进行安装 并供工作人员通行 a 发电机层及水轮机层设贯穿全长的水平通道 为了吊运各种设备 与通 道相应布置吊物孔 如蝴蝶阀吊孔 水泵吊孔 公用吊孔等 b 主 副厂房不同高程各层之间设斜坡道 楼梯 攀梯 转梯或电梯 学习好帮手 第第 3 3 章章 厂房内部分设备的选择厂房内部分设备的选择 3 1 调速器和油压装置的选择 3 1 1 调速器的选择 水轮机调速系统的基本任务是 使水轮发电机组稳定地以额定转速运 行 在机组负荷变化工其他外扰作用下 保证机组的转速变化不超过一定 的范围 并能迅速地稳定于新的工况 从而保证发电机输出的交流电频率 满足用电设备的要求 水轮机调节是通过调速系统根据机组转速的变化不 断地改变水轮机过流量来实现的 1 导叶接力器容积计算 查 水电站机电设计手册水力机械 第254页 导叶接力器直径 1 0max 1 D bH Dds 式中 计算系数 取为0 030 b0 导叶高度 得 ds 0 637 m 查表 6 5 在标准接力器系列表中 选择与之接近的直径650mm 接力器最大行程 Smax mm 可由下列经验公式求得 S max 1 4 1 8 0max 式中 0max 为导叶最大开度 当D1 5m 时选用较小的系数 取 S max 1 7 0max 查得 0max 400mm 得 S max 1 7 0max 1 7 400 680mm 接力器的总容积 学习好帮手 V 2 ds ds Smax 4 3 14 0 65 0 65 0 68 2 0 451 2 主配压阀直径的选择 选择时按 14 3 4 dm vTs V 计算 V 导叶接力器容积 v 管路中油的流速 当额定油压为25 kg m2时 一般取v 4 5m s 取 v 4 2m s Ts 导叶从全开到全关的直线关闭时间 s Ts 5s 主配压阀直径为 d 0 16m 大型调速器以主配压阀的直径为表征组成系列的 因此在反击式水轮 机调速器系列型谱表中本水电站可选择DT 100 查 水电站动力设备设计手册 表4 3可知其基本资料如下 DT 100 基本资料表 学习好帮手 调速器外形尺寸图 3 1 2 油压装置的选择 1 油压装置的组成 油压装置是向水轮发电机制调速系统供给压力油的能源设备 是调速 系统的重要组成部分 同时也可作为进水阀 调压阀以及液压操作元件的 压力油源 油压装置有分离式和组合式两种 分离式油压装置的压力油罐与回油 箱分开 组合式油压装置的压力油罐装在回油箱上面的框架上 前者容量 范围较大 适用于大中型水轮机 后者结构紧凑 但容量较小 仅适用于 中小型水轮机 本电站采用分离式油压装置 油压装置的主要部件有 a 压力油罐 其中油占总容积的30 40 其余70 60 为压缩空气 b 回油箱 其容积约为压力油罐容积的1 2 1 4 倍 c 油泵 一般均为螺旋油泵 有立式和卧式两种 d 油泵附件 包括安全阀 逆止阀和节流阀等 e 压力油罐的附件 包括压力表 油位信号及自动补气装置 压力信号 器 空气阀等 2 油压装置的选择计算 学习好帮手 油压装置的选择计算主要是确定油压装置的台数和容量 工作能力 为了满足机组调节和安全运行的要求 每台水轮机装设一台油压装置 油 压装置的工作能力是以压力油箱的总容积和额定油压为表征的 压力油箱 的总容积V0 可按下列经验公式估算 V0 18 20 VD 式中 V D 导叶接力器总容积 取 VD 20V接 20 0 451 9 02m3 查油压装置系型谱表 本水电站我选 YS 10 型油压装置 查 水电站机电设计手册 表 6 15 可知其基本尺寸如下 压力油罐 总容积V0 立方米 筒外径D1基础架外径D0总高H筒高h 101848217849253950 回油箱 油箱长度m油箱宽度n油箱体高k油箱总高l 2560280017702945 学习好帮手 图一 主厂房剖面图 学习好帮手 第 4 章 水电站电气一次设计 4 1 电气主接线设计 电气主接线是水电站一次电气设计的主体 它与电力系统 枢纽条件 电站的动能参数以及电站运行的可靠性 经济性等密切相关 并对电气设 备的选择 布置 继电保护和控制方式等有较大的影响 4 1 1 电气主接线的设计基本要求 发电厂 变电所的主接线应根据发电厂变电所在电力系统的地位 回 路数 设备特点及负荷性质等条件确定 并且应满足运行可靠 简单灵活 操作方便和节约投资等要求 1 可靠性 衡量主接线运行可靠性的标志 断路器检修时 能否不影响供电 线路 断路器或母线故障时 以及母线检修时 停运出线回路数的 多少和停电时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 2 灵活性 调度灵活 操作简便 检修安全 扩建方便 3 经济性 投资省 占地面积少 电能损耗少 4 1 2 电气主接线方案的选择 1 发电机 变压器组接线 接线组合方式 参考 水电站机电设计手册 电气一次 第46页 水电站常用的接线方式有以下三种 单元接线 一台机组一台变压器 如图4 1所示 学习好帮手 图4 1 发电机 双绕组变压器单元接线 扩大单元接线 两台 或两台以上 机组接一台变压器 如图4 2所示 图4 2 扩大单元接线 联合单元接线 两组单元接线联合 如图4 3所示 学习好帮手 图4 3 联合单元接线 选择发电机 变压器组的接线方式时 主要考虑了以下因素 参考 电气工程专业毕业设计指南 电力系统分册 第124页 总容量在200 1000MW 单机容量在50 200MW的发电厂称为中型发电厂 大峡水电站总容量为300MW 单机容量为75MW 所以为中型发电厂 确定发电机的运行方式 确定运行方式总的原则是安全 可靠 经济地发 供电 承担基荷的发电机 要求设备利用率高 年利用小时数在5000h 以上 承担腰荷的发电机 设备利用小时数为3000 5000h 承担峰荷的发电机 设备利用小时数在3000h以下 查 水能利用 第87页公式3 42 hy E NIn 式中 hy 年利用小时数 E 年平均发电量 NIn 总装机容量 hy E NIn 14 65 10000 30 4880h 设备利用小时数在 3000 5000h 所以大峡水电厂在电力系统中承担 腰荷 学习好帮手 综合以上两点 考虑到大峡水电站的机组台数较少 年利用小时数较 高 在电力系统中有较重要的地位 单元接线灵活可靠 而且 采用扩大 单元接线 如果因变压器故障两台机组容量受阻 在只具有日调节能力的 水库 势必造成大量弃水 所以最终选择发电机 变压器组的接线方式 为 单元接线方式 2 主变压器升高压侧的接线方式 参考 发电厂电气部分 第115 126页和 水电站机电设计手册 电气一次 第48 63页 初步确定以下三种升高压侧的接线方式 单母线分段接线 如图4 4 图图4 44 4 单母线分段接线单母线分段接线 优点 接线简单 清晰 设备少投资低 隔离开关仅仅用于检修 不作为操作电器 不易发生误操作 若一段母线发生故障 只需跳开分段断路器 另外一段母线仍然可 以正常工作 扩建方便 且便于采用成套配电设备 缺点 学习好帮手 可靠性不高 不够灵活 断路器检修时该回路需停电 母线或母线隔离开关故障时 该段母 线需全部停电 适用范围 110 220KV配电装置出线回路为3 4回时 双母线接线 如图4 5 图4 5 双母线接线 优点 接线清晰 每一进出线各自接一组断路器 互不影响 一组母线及所连接设备故障 不影响另一组母线供电 将故障母线 所接回路切换到另一组母线后即可恢复供电 运行灵活可靠 两组母线可根据各线路负荷情况 通过切换 达到两组母线的负荷 大致平衡 任一组母线及所连接设备检修 经过切换操作 不影响供电 扩建方便 检修任一条线路的断路器时 为不使这一条线路长时间停止工作 可用母联断路器代替线路断路器送电 缺点 学习好帮手 使用设备较多 投资较大 配电装置较为复杂 在运行中需将隔离开关作为操作电器 如未严格按规定顺序操作 会造成严重事故 在检修任一线路断路器时 虽可用母联断路器代替 但必须用跨条 将其短接 且此时该线路亦须停电 母联断路器故障 需短时全厂停电 检修时两组母线解列或按单母 线运行 适用范围 110 220KV配电装置出线回路在5回以上 或者出线回路 数为4回但在系统中地位比较重要时 双母线带旁路母线接线 如图4 6 图4 6 双母线带旁路母线接线 优点 母线和旁路各自分设断路器 它既有双母线优点 又克服了母联断 路器兼旁路的缺点 可靠性和灵活性高于所有单母线接线和双母线接线 缺点 母联断路器故障时全厂停电 检修时两组母线解列运行 学习好帮手 隔离开关切换操作工作量大 继电保护复杂 不利于实现自动化 增加设备和投资 增大布置面积 适用范围 110KV出线为7回及以上 220KV出线为5回及以上时 可采 用有专用旁路断路器的双母线带旁路母线接线 对于在系统中居重要地位 的配电装置 110KV出线6回及以上 220KV4回及以上 也可装设专用旁路 断路器 综合比较论证 见表4 1 表表4 14 1 三种接线方式的综合比较三种接线方式的综合比较 方案 项目 1单母线分段接线2双母线接线3双母线带旁路母 线接线 可靠性 1 当一段母线检修 时 另一段母线不 会停止对用户供电 基本符合可靠性的 要求 1 任一组母线及 所连接设备检修 经过切换操作 不 影响供电 能满足 可靠性要求 1 可靠性高于所有 单母线接线和双母 线接线 灵活性 1 隔离开关仅仅用 于检修 不作为操 作电器 虽然不容 易发生事故 但调 度不够灵活 2 扩 建方便 1 隔离开关作为操 作电器 调度灵活 2 扩建方便 1 灵活性高于所有 单母线接线和双母 线接线 经济性 设备投资最少 占 地面积最小 经济 性较其他两种方案 好 使用设备较多 投 资较大 配电装置 较为复杂 经济性 居中 使用设备最多 投 资最大 占地面积 最大 继电保护复 杂 经济性最差 学习好帮手 在分析了以上三种主接线方案的优缺点 适用范围后 为了选出适宜 大峡水电站的方案 还必须考虑大峡水电站的实际 大峡水电站的年利用小时数较高 其在电力系统中主要承担腰荷和 峰荷 这就要求大峡水电站的电气主接线要有一定的可靠性和灵活性 由大峡水电站的装机容量可知 其为一中型水电站 故在设计中要 注重方案的经济性 从预选的三种方案的综合比较可以看出 虽然单母线分段接线经济性最佳 但其可靠性和灵活性差 不适合大 峡水电站的实际需要 双母线带旁路母线接线 具有良好的可靠性和灵活 性 但经济性最差 且继电保护复杂 双母线接线的可靠性和灵活性虽然 较双母线带旁路母线接线差 但是可以满足大峡水电站的实际需要 且其 的经济性又较好 所以最终决定选择双母线接线为大峡水电站电气主接线 的接线形式 大峡的220kV采用双母线接线 可取得如下好处 线路断路器检修可用 母联断路器代替 使线路很快恢复供电 母线检修或故障时 不会造成全厂 停电 且经过倒闸操作后可转换至另一母线运行 一回线路在运行 另一条 线路检修或刚建好 投产前须进行递升加压测量参数等试验 此时可将运行 线路和机组倒至另一条母线运行 腾出一条母线和一台机组作试验 很方便 4 1 3 设备的选择 查 水电站机计手册电气一次 1 选择水轮发电机 发电机型号 SF75 44 854 额定容量 75MW 功率因数 0 85 额定电压 13 8KV 学习好帮手 2 选择主变压器 主变压器型号 SFP 120000 220 额定容量 120000KVA 额定电压 高压 230KV 低压 13 8KV 阻抗电压13 5 3 线路选择 输电线路型号为 LGJQ 300 输电线路长度选择 50km 输电线路参数 x 0 427 km 学习好帮手 第 5 章 短路电流计算 5 1 短路电流计算的目的 1 选择导体和电气设备 2 电网接线和发电厂 变电所电气主接线的比较 选择 3 选择继电保护装置和整定计算 4 验算接地装置的接触电压和跨步电压 5 为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响 5 2 短路电流计算的几个假定条件 1 电力系统在正常时工作时是三相对称的 所有发电机的转速和电 势相位在短路过程中保持不变 即发电机无摇摆现象 2 电力系统各元件的电容和电阻省略不计 各元件的电抗在短路过 程中保持不变 即不受铁芯饱和的影响 3 不计变压器励磁电流 不考虑短路电流的电弧阻抗 4 高压系统中所有元件的参数均取其额定值 不考虑参数的误差和 调整范围 计算只计电抗 5 3 短路电流计算的一般规定 1 验算电气设备和导体热稳定 动稳定以及电气设备开断电流所用 的短路电流 应按本工程设计规划容量计算 并考虑电力系统的长远发展 规划 2 计算短路电流时所用接线方式 应是可能发生最大短路电流的正 常接线方式 而不用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式 3 导体 电气设备的热稳定 动稳定及电气设备的开断电流 一般 按三相短路计算 学习好帮手 5 4 短路点的选择 短路电流计算的主要目的是电气设备的选择 电气设备的选择要依据 最大短路电流进行 短路点的选择也是跟电气设备有关的 要使该点短路 时流经某设备的短路电流最大 据此选择短路点 如图 5 1 大峡水电站电气主接线示意图 大峡水电站规划容量 300MW 四台 75MW 机组 发电机型号和主变压器型号都相同 故在 4 台发 电机出口选择短路点可以只选择 1 个短路点 如图 5 2 选择在 G1 发电机 出口 d1 点 同理可选择出主变压器出口 d2 点 在一台半接线中 经分析 流过隔离开关 断路器最大电流与母线短路时流经母线的短路电流相等 故一台半接线中的隔离开关 断路器的选择按照母线短路时的短路电流选 择 在母线上选择短路点 d3 在线路输出线路中 因为大峡水电站共有三 回出线 其中两回送至皋兰 一回为备用 所以假设三回线路的输送距离 均相等 参考地图上两地间距离 设其输送距离均为 50km 可只计算 d4 点 图 5 1 大峡水电站主接线示意图 学习好帮手 5 5 等值网络图 5 5 1 等值网络图化简 根据等值网络图化简原则 去掉所有负荷分支 线路电容 各元件的 电阻及参照短路电流计算的一般规定 画等值网络图如下 图 5 2 等值电抗网络图 5 5 2 选取基准值 在断路计算中 一般取容量基准值 100MVA 也可以取 1000MVA 或其它 值 各级电压的基准值取为各级平均电压 表示为 Sd 100MVA Ud Uav KV 下面将各级额定电压和相应的平均电压列入表格 表 5 1 各级额定电压和相应的平均电压 各级额定电压 UN KV 0 3861035110220330500 相应的平均电压 Uav KV 0 46 310 537115230345525 学习好帮手 5 5 3 查取各设备元件的参数 表 5 2 各设备元件参数及电抗计算 符 号 型号参数计算电抗标幺值备注 G1 G 2 G3 G 4 SF75 44 854 SN 88 2MVA UN 13 8KV cos 0 85 20 2 Xd X1 X2 X3 X4 100 0 0 Xd N S Sd 0 2289 2 88 100 100 2 20 参数来自 水 电站机电设计 手册 T1 T 2 T3 T 4 SSPL 120000 SN 120MVA Uk 13 5 X5 X6 X7 X8 N S Sd 0 1125 120 100 100 5 13 皋 兰 线 及 备 用 3 LGJQ 300 X9 X10 X