水电站厂房布置的安全设计

1、厂房布置的安全设计一、厂房及功能水电站厂房是水电站中安装水轮机、水轮发电机和各种辅助设备的建筑物。水电站厂房一般由水电站主厂房和水电站副厂房两部分组成。1、水电站厂房：由水工建筑物、机械、电气设备等组成的将水能转化为电能并将电能输出的综合体 , 是运行人员进行生产活动的场所。水电站厂房任务是通过一系列工程措施， 将水流平顺地引入水轮机， 使水能转换成为可供用户使用的电能， 并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置， 创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房是水工建筑物、 机械及电气设备的综合体， 在厂房的设计、施工、安装和运行中需要各专业人员通力协作。2、厂房的组

2、成2.1 、水流系统：指把水能转化为机械能的水能机及其进出水设备系统，一般包括进水钢管、进水阀门，蜗壳，水能机转轮，尾水管，尾水渠等。2.2 、电流系统：指发电厂向电网输送电能的一次回路设备系统，包括发电机及其主引出线，发电机母线，发电机电压配电装置，主变压器，高压配电装置及其开关设备。2.3 、电气控制设备系统，指操作、控制电站运行的一整套二次回路设备系统。包括：机旁盘，励磁设备，中央控制的各种表记，自动远动装置，各种互感器，继电保护，通讯及调度设备及各种控制电缆，母线。2.4 、机械控制设备系统：指控制厂房内水利机械的一系列设备，包括水轮机调速设备，进水阀和减压阀的操作控制设备，各种闸门及

3、进口拦污栅的操作控制设备。2.5 、辅助设备系统：指为水电站安装、检修、维护、运行所必须具有的机电辅助设备系统，包括：2.5.1 、油、气、水系统：是保证厂房主要机电设备正常运行的辅助设备。油系统：透平油和绝缘油的存放、处理、流通设备；气系统：高低压空气压缩机、储气筒、输气管及阀门；水系统：供水及排水系统；供水系统：技术供水，生活供水，消防供水；排水系统：渗漏排水，检修排水。2.5.2 、厂用电系统：为厂房运行服务的辅助机电设备的动力及厂内照明用电设备系统，包括厂用变压器，厂用配电装置，直流电系统。2.5.3 、交通运输及起重设备：为安装和检修厂房内各种机电设备，包括对外交通运输设备，厂房内桥

4、式起重机，进水口及为谁闸门启闭设备。2.5.4 、维修与实验设备：为维护、检修、实验厂房机电设备的辅助设备，包括修理车间，工具间，电工实验室，高压实验室系统。2.5.5 、采光、通风、防潮、取暖、生活卫生及保安防火等设备。3、功能：通过一系列工程建筑，将水流平顺地引入及引出水轮机，并为厂房内机电设备的安装、检修、运行管理提供良好的工作环境，安全、可靠、经济地生产电能。二、江坪河水电站厂房基本情况江坪河水电站厂房采用地面厂房设计， 其发电厂房采用引水式地面厂房， 引水式厂房的主要特征是发电用水来自较长的引水道， 厂房远离挡水建筑物， 一般位于河岸，如若将厂房建在地下山体内，则称为地下厂房，引水式

5、水电站是自河流坡降较陡、 落差比较集中的河段，以及河湾或相邻两河河床高程相差较大的地方，利用坡降平缓的引水道引水而与天然水面形成符合要求的落差(水头 )发电的水电站。其主厂房发电机层长 39.0m，宽 22.5m，高程为 302.5m，布置有两台水轮发电机组，机组间距为 19m。副厂房各层布置在主厂房的上游侧，在高程 296.5m 布置有高压厂用变室、高压开关柜室、厂用变室和励磁变压器及熔断器柜等。江坪河水电站采用引水式水电站， 引水式水电站按照引水道形式可分为有压引水式和无压引水式两类。 其厂房枢纽组成主要包括： 主厂房、副厂房、主变场、高压开关站、引水道、调压室( 塔) 或前池、尾水道，交

6、通道路和排水系统。各组成部分之间的相互关系如图：表 1 引水式水电站厂房枢纽各部分相互关系示意图三、厂房布置厂区布置是指水电站的主厂房、 副厂房、主变压器场、高压开关站、引水道 、尾水道及厂区交通的相互位置的安排。 进行厂区布置时， 要综合考虑水电站枢纽总体布置、地形地质条件、运行管理、环境设计等各方面的因素， 根据具体情况，拟定出合理布置方案。厂区范围内主要布置地面厂房 ( 包括安装场 )、开关站、出线场及副厂房等建筑物。表 2各厂房布置简图水电站厂房布置设计是在初设前完成的。厂房布置设计涉及水(水工建筑物 ) 、机( 水力机械 ) 、电( 电气设备 ) 、土木 ( 房屋建筑 ) 等知识 .

7、 因此在大、中型水电站厂房设计中 , 水工人员进行厂房布置设计时 , 应与机、电人员共同研究进行 . 当机组容量、数量和型式确定后 , 要进行厂房布置设计 , 以此确定厂房轮廓尺寸 ( 长、宽、高 ) ，使其以合适的比例来设计，保证水电站安全、正常的运行。1、主厂房布置。主厂房是布置水电站的主要动力设备 （水轮发电机组） 和各种辅助设备， 设置装配场，是安装水轮发电机组及其辅助设备的场所， 根据设备布置的需要通常在高度方向上分为数层。 厂房内部布置应根据机电布置、 设备安装、检修及运行要求结合水工结构布置统一考虑。厂区总体布置中最重要的是主厂房的位置选择。 主厂房是枢纽的中枢， 对厂区布置起决

8、定性作用， 在很大程度上影响着压力管、 前池的布置， 决定着升压变电站、尾水渠、副厂房等的布置。而压力管前池的布置反过来也影响主厂房布置。因此三者必须统一考虑， 使前池和厂房尽可能靠近些， 以缩短压力管， 另一方面又必须满足三者各自的布置要求。主厂房宜选在河岸边， 陡削而有高台地的岸边地形对主厂房布置有利， 其位置的选择是在水利工程枢纽总体布置中进行， 除了注意厂区各组成部分的协调配合外，选择主厂房位置时还必须注意下几点：(1) 要尽可能选在较陡且规则的山坡下，以尽可能缩短压力管道的长度。(2) 厂区工程地质，水文地质条件要好， 厂房后山坡无影响稳定和安全运行的滑坡体、断层或软弱夹层。 如果后

9、山坡山体完整性较差则必须进行处理 ( 清除不稳定岩石、加设护坡、加强排水等 ) ，山体透水性要小，不致因调压室、高压引水道渗水而影响山坡稳定，厂房应建在比较完整坚硬的岩石地基上。(3) 对高水头电站宜避免厂房与高压引水管主管方向正交布置， 以防水管爆破时水流直冲厂房。(4) 要考虑尾水渠、升压变电站，副厂房等的布置要求。(5) 布置在河岸的厂房，要结合防洪条件研究布置。(6) 结合主厂房的布置决定机组设备类型， 台数和尺寸， 并满足运行、 检修及水工建筑物的安全要求。(7) 尽量减小压力水管的长度。因此对于坝后式水电站，主厂房应尽量靠近拦河坝；对于引水式水电站主厂房应尽量靠近前池和调压室。(8

10、) 尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞出口，防止水位波动对机组运行不利。尾水渠与下游河道衔接要平顺。(9) 主厂房的地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。2、副厂房布置副厂房是布置控制设备， 电气设备和辅助设备， 是水电站运行、 控制、监视、通讯、试验、管理和工作的房间。（1）副厂房可选的位置。根据厂房型式和地形决定副厂房位置， 副厂房最好布置在厂房上游侧， 引水式厂房可布置在主厂房的上游侧，由于江坪河厂房后山坡陡峻，且机组数量少，宜布置在厂房一端。（2）根据电站规模确定副厂房面积、组成。副厂房宽度为 6 8m, 其长度一般与主厂房同或略短。小型电站副厂房组成包括中央控制室、集缆室、

11、继电保护室、开关室、载波室、直流电系统室，中型电站则增加自动远动控制室、 计算机室和电气试验室等。 其中中央控制室的位置、尺寸至关重要。a. 中央控制室。其位置应以电站操作、维修、监视方便，消除故障迅速和控制电缆最短等为原则。中央控制室宜布置在主厂房与开关站邻近发电机层附近，最理想的位置是上游侧机组中央的副厂房。中央控制室高程可与发电机层同高，也可在不同高程，中央控制室净高为 4 4. 5m，面积为 25n 平方米， n 是机组台数。b. 集缆室。位于中央控制室下层，面积等于或略小于中央控制室，其净高在 2 2. 5m。c. 继电保护室。继电保护装置是自动将故障元件断开的装置，一般布置在中央控

12、制室毗邻的单独房间，也可与中央控制室合在一起。d. 低压开关室。布置有互感器、各种开关或成套开关柜，布置在发电机出线一侧，为缩短出线长度，其位置靠近主变的副厂房内。e. 直流电系统室。所属房间为蓄电池室、通风机室、储酸室及套间，通常成套布置在副厂房一端，具有外开的单独门和入口 , 并考虑防火、防爆、防酸等要求。副厂房随水电站型式及规模不同面异， 其数量及尺寸也不同， 即使相同容量的水电站，其副厂房的尺寸也可能相差很远， 但大致有一定范围， 现将中型电站的副厂房面积列入表 3 中，供参考：2表 3中型水电站副厂房所需面积（m）3、厂房各层高程及高度确定方法。厂房布置设计从厂房横剖面开始。 在可行

13、性研究阶段往往机组机型尚未落实 , 手边没有水轮发电机组总装图 , 应按以下程序进行：a. 先定水轮机安装高程。厂房高程中 , 水轮机安装高程是关键高程 , 它关系到基础开挖量和运行质量。 此高程确定后 , 其它高程可相继定出。 安装高程可根据下游设计最低水位与水轮机吸出高确定。 有时为保证尾水管出口淹没度要求或厂房基础希望座落在岩基上 , 可酌情降低其高程。b. 绘制机组外形轮廓尺寸。安装高程确定后就可利用所选水轮机型号和转轮尺寸 , 按系列水轮机线性比例放大。 首先画出水轮机转轮 , 再根据座环系列尺寸画出活动导叶和固定导叶。4、发电机层布置。厂房横剖面基本完成后 , 开始进行发电机层平面

14、布置以确定厂房长、宽尺寸。厂房长度包括机组段长度、安装场长度和边机组长度。机组段长度确定方法：机组段长度与水轮机型式、 电站水头有关。 一般说对于低水头大流量 , 装置轴流式机组段长度 , 取决于蜗壳或尾水管平面尺寸 , 对于高水头电站则决定于发电机外型尺寸及辅助设备布置 , 对于中低水头电站 , 则由两方面尺寸比较而定。厂房宽度确定方法：厂房宽度以竖向机组轴线为界 , 分为水上部分与水下部分。 水下部分下游侧宽度取决于蜗壳平面宽度和结构厚度并加下游侧水下墙厚度。 上游侧宽度决定于主阀和机组设备及钢管伸缩节尺寸并加上游侧水下墙的厚度。 水上部分上游侧宽度取决于发电机定子和风罩的尺寸和调速器、

15、机旁盘及副交通道尺寸。 水上下游侧宽取决于发电机定子和风叶尺寸及主交通道尺寸。 厂房宽度还要考虑吊车标准跨度 , 并按上下宽度一致原则协调确定。5、水轮机层布置。水轮机层中间布置机墩 , 其上下游布置电气设备和水力机械附属设备 , 水轮机层上下游侧交通道等也影响厂房水下部分宽度。 水轮机层布置包括以下系统布置：a. 油系统布置。水电站各种机电设备用油有绝缘油和润滑油两种 , 这两种油必须各自独立。 油系统组成有 : 油库 , 一般布置在安装场下层； 油处理室 , 设有滤油机和油泵 , 布置在油库旁；废油槽设在各台机组及主要用油设备的最低处；事故油槽布置在排油和灭火的地方；补油箱一般布置在吊车梁

16、下面。b. 水系统布置。技术供水源有 : 蜗壳前压力钢管取水 , 上游水库取水 , 下游尾水渠取水等。自流供水的滤水器 , 阀门布置在水轮机层的上游侧 , 漏排水和蜗壳、尾水管内部检修时排水 , 其集水井一般分开布置 , 可安排在安装场下层、厂房端部或厂房水轮机层的上游侧。 渗漏集水井的水泵起动水位应低于厂房最低排水点 , 而机组检修、集水井底部高程应低于尾水管底板。c. 气系统布置。气系统布置分为低压、高压压缩空气系统。两系统可单独布置 , 也可布置在一起 , 空压机室一般布置在安装场下面、 水轮机层的适当位置和副厂房的专门房间 , 为了避免噪声应远离中央控制室 , 压气机室高度为 3.5

17、至 4m, 并满足防火防爆要求。四、厂房布置的安全设计水电站厂房的布置不仅要考虑主厂房、 副厂房及各水电室的交通便利、 施工方便等因素，还要考虑厂房间及厂房内的安全设计。 厂房与厂房间的间距要符合消防间距的标准规范， 厂房内的电器设计及电器布置要符合用电安全及电气设备规范，厂房的材料材质要符合国家消防安全标准， 所以说厂房布置的安全设计是水电站厂房设计的重要保证。厂内电气设备主要有机旁盘、高、低压开关柜、微机控制显示屏、励磁屏、直流屏、厂用变压器等 . 各盘、柜、屏的数量和大小及排列方式由机组型式和规模等因素决定 , 同时还应满足安全净距、 通道和防火的要求 . 在水轮机层的发电机机墩上布置有

18、发电机引出线、 电流互感器、 中性点电流互感器 , 电压互感器和励磁变压器通常则放在引出线下靠机组外缘处 . 发电机引出线和中性点设备应注意与机械设备分区布置。a厂房布置设备安全设计：江坪河水电站厂房主变压器安全设计：1主变压器场一般露天布置，布置原则如下： (1) 尽量靠近厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、防爆、防雷、防水雾和通风冷却的要求，安全可靠； (2) 尽量与安装间在同一高程上，便于主变压器的运输、安装和利用轨道推进厂房的安装间进行检修； (3) 变压器的运输和高压侧出线要方便，且变压器之间要留必要空间。 (4) 高程应高于下游最高洪水位，且四

19、周设置排水沟。2引水式地面厂房，变压器场可能的位置是厂房的一端进厂公路旁、尾水渠旁、厂房上游侧或尾水平台上。 引水式地面厂房一般靠山布置， 厂房上游侧场地狭窄，若布置变压器场需增加土石开挖， 且通风散热条件差； 变压器布置在尾水平台上需增长尾水管长度， 一般这两种布置较少采用。 由于地形和场地的限制，个别水电站有将主变压器布置在厂房顶上。 地下厂房的主变压器可布置在地下洞室内。3. 高压开关站布置各种高压配电装置和保护设备，如电缆、母线、各种互感器、各种开关继电保护装置、防雷保护、输电线路以及杆塔构架。这些设备型式、数量、布置方式和需要的场地面积，是根据电气主接线图、主变的位置、地质地形条件及

20、运行要求加以确定。其布置原则为：(1) 要求高压进出线及低压控制电缆安排方便而且短，出线要避免交叉跨越水跃区、挑流区等；(2) 地基及边坡要稳定；(3) 场地布置整齐、清晰、紧凑，便于设备运输、维护、巡视和检修；(4) 土建结构经济合理，符合防火保安等要求。 高压开关站一般为露天布置。应尽量靠近主变压器场和中央控制室，且在同一高程上，但由于地形限制，往往有一高程差， 通常布置在附近山坡上， 也有布置在主厂房顶上的。 当地形较陡时，可布置成阶梯式和高架式，以减少挖方。当高压出线不止一个等级，可分设两个或多个开关站。b厂房布置消防安全设计：江坪河水电站由于存在设备众多， 建筑用材料多， 厂房各建筑

21、物间距要求不等，变压器火灾危险性大等问题，厂房的设计必须考虑消防安全设计。水电站厂房布置消防设计要求：1. 必须突出重点。 水电站工艺布置与运行情况不同于其他工业建筑， 主厂房要求空间高大， 较长时间的烟气聚集才不会影响到人员疏散， 而且随着电站管理自动化程度的提高， 大部分场所会无人值班或少人值班， 人员疏散与民用建筑有所不同，在厂房消防设计中， 必须要保证机电设备消防安全和人员安全疏散应是消防设计的重点。电气设备的布置， 发电机引出线和中性点侧都装有电流互感器， 一般安装在风罩外壁或机墩外壁上。 水轮机层比较潮湿， 对电缆不利。 对发电机引出母线要加装保护网。2. 要综合采用消防措施。在厂

22、房布置消防设计中，首先应突出“防” ，建筑材料符合消防安全标准， 厂房间距应符合规定， 争取将火灾危险性降到最低程度；其次，要合理布置各个功能区，对火灾危险性高的部位采取分隔、灭火措施，减少火灾蔓延的可能性。水轮机层上、下游侧应设必要的过道。主要过道宽度不宜小于1.2m1.6m。水轮机机墩壁上要设进人孔，进人孔宽度一般为1.2m1.8m，高度不小于1.8m2.0m，且坡度不能太陡。3. 尽量使用先进技术， 立足自防自救。 在确保消防需要的前提下， 充分发挥水消防的优势， 尽可能与正常使用的设备相结合， 重点部位采用先进技术， 做到保证安全、使用方便、经济合理；另外，由于江坪河水电站远离城镇，可

23、借助的社会的消防力量有限， 消防安全应立足自防自救。 厂房各建筑间、 建筑内易燃部件的防火见下表所示 :表 4 各类建筑物与易燃材料堆放场的防火间距（ m）序序号1234567891011号建筑名称正在施工中的永1久20152025203030251025性（构）筑物2办公室及生活性2056201515303020625临时建筑3材料仓库及露天1566151510202015625堆场4易燃材料（电石、2020152025203030252030油料等）仓库5木材（圆木、成25151525垛间253030251530材、废料）堆场26锅炉房、厨房及201510202515303025630其他

24、固定性用火7易燃物（稻草、303020303030垛间 23025630芦席等）堆场8锻工间30302030303030202525259主厂房252015252525252525153010一般性临时建筑1066201566251562511氧气站、乙炔站2525253030303025302550注：1. 施工现场、生活区、仓库区相互的防火间距一般不得小于15m20m。2.单层用易燃材料建成的宿舍和办公室相互间距不得小于7m。3.宿舍、办公室及俱乐部、浴室等公用建筑相互间距不得小于10m。c厂房主要结构设计原则及整体稳定计算。1、结构设计原则，根据水电站厂房设计规范 （ SL 266200

25、1）、水工混凝土结构设计规范（DL/T 50571996）、水工建筑物抗震设计规范（DL50732000）、混凝土结构设计规范（GB500102002）、建筑抗震设计规范（ GB50011 2001），结合该工程厂房的布置特点，确定结构设计原则如下：（ 1）满足机电专业的布置要求，合理优化结构布置。（ 2）厂房主要结构要做到小震不坏、中震可修（经维修后可正常使用） ，大震不倒（垮），同时在满足结构抗震设计要求的前提下，优化结果尺寸，节省工程投资。（ 3）在结构安全的条件下，能够做到厂房美观、实用。2、整体稳定计算（ 1）以机组为计算单元， 选取主机间单个机组段为代表计算单元进行厂房稳定分析和地

26、基应力计算。（ 2）以建筑物基础的投影面为计算底面， 计算底部高程， 计算单元顺水流方向长、垂直水流方向宽。（ 3）基础应力按单向偏心受压公式计算， 基础面所承受的最大垂直应力在任何情况下均不得超过基础岩石允许压应力，最小垂直正应力在正常情况应大于零，在非常情况下允许出现局部拉应力，其值不超过 0.1 0.2MPa。（ 4）厂房下游尾水位。设计尾水位，校核尾水位。d其他安全考虑：厂房布置不仅是厂内机电设备分布合理 , 交通顺畅 , 同时应有良好的通风采暖、防尘防虫等措施 . 在目前的经济条件下 , 主厂房通风大多采用自然通风方式 , 因此 , 在选择主厂房位置时 , 应考虑周围有良好的通风环境

27、。 发电机采用管道式排风时 , 热风应排出厂外 , 采暖采用局部采暖。进厂大门使用电动卷帘门对厂房防尘防虫均有利 , 蚊虫较多的地方应增设纱窗。e针对江坪河水电站的实际情况，我对其厂房布置的安全设计提出以下建议 :1. 厂房间设置防火分区根据水利水电工程设计防火规范 （SDJ278-90）规定：水电站主厂房和高度在 24 米以下的副厂房，其防火分区最大允许占地面积不限，是指各自的防火分区面积不限， 并不表明二者可以划分为一个防火分区。根据建筑设计防火规范（ GB50016-2006）第 7.1.5条，主、副厂房应分别划分防火分区，相邻之间应设置防火墙分隔，防火墙上门窗洞口应设甲级防火门、墙。根

28、据建筑内部装修防火设计规范（GB50222-95）第 4.0.4条规定，中控室电子设备室等丙类场所顶棚和墙面装修材料燃烧性能不应低于A 级，其他不应低于B1 级。2. 厂房布置时设置安全疏散通道水电站厂房布置时设置安全疏散通道宜根据建筑设计防火规范 规定，按照二级耐火等级厂房进行设计，厂房的每个防火分区、 一个分区的每个楼层， 当建筑面积大于400 平方米，且同一时间的生产人数超过30 人或地下厂房建筑面积大于 50 平方米，经常停留人数超过15 人时，应当设置两个安全出口， 地下厂房疏散距离为 45m。楼层间宜设置封闭楼层间，地下厂房与地上厂房共用楼梯间时，在首层宜采用耐火极限不低于2 小时的不燃体隔墙和乙级防火门将地下、半地下部分与地上部分的连通部位完全隔开，并应有明显标志。3. 厂房布置时设置水喷雾灭火系统根据水利水电工程设计防火规范规定，考虑用水作为灭火介质的方便、经济，一般水轮发电机、主变、绝缘油和透平油系统、大型电缆室、电缆隧道和竖井等部位采用水喷雾灭火装置。4. 厂房布置时考虑安装火灾自动报警系统根据江坪河水电站的厂房保护对象的使用性质及火灾危险性的特点，将报警区域按照防火分区划分为主厂房、 副厂房、开关站，每个报警区域设置一台区域火灾报警控制器， 每个探测区域面积不大于 500 平方米，厂房布置