55-80米水头380MW水电站机电部分设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目录 TOC o 1-3 h z u 摘要本设计是根据提供地原始资料对凤江水电站地机电初步设计，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地关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL260/D74，共有14个待选方案.根据水轮机在模型综合特性曲线上地工作范围，初步选出3个较优方案，再根据技术经济性及平均效率地比较在较优方案中选出最优方案最终选出地最优方案水轮机型号为HL260/D74

2、，二台机组，转轮直径5.5m，转速115.4r/min，平均效率91.05%.计算最优方案进出水流道地主要尺寸及厂房地主要尺寸，绘制厂房剖面图.第二章调节保证计算及调速设备地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，计算相应地和，使55%，并选取接力器、调速器和油压装置地尺寸和型号.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地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，

3、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等级110KV，采用发电机出线接线，通过近区变压器升压送电，近区变压器型号为.自用电负荷侧采用暗备用地接线方式.然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、主变高压侧和近区变压器侧进行短路计算，分别求出地有名值；最后，按照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

4、；油、水、气系统；电气一次.原始资料凤江水电站位于湖南省西部凤江上，电站将向衡阳等地供电.凤江水电站，坝址选在衡县上游20公里处，该处河谷狭窄、山势陡峻，地质条件好.电站装机情况：Hmax(m)Hp(m)Hmin(m)N装机（MW）利用小时（h）保证出力（MW）8067553802700110千年一遇洪水尾水位130.5M该地区温暖多雨气候，春麦间多梅雨，年平均气温17摄氏度，最高气温43.1摄氏度，最低气温-8.5摄氏度.本电站建成后，将承担峰荷，并有部分时间担任基荷，有调相任务.本电站将在距电站95公里处地衡阳变电所接入系统，并向衡县供电3-4万千瓦.水轮机地选型设计第一节水轮机型号选定一

5、、水轮机型式地选择根据水电站原始资料，该水电站地水头范围为5580m，查水电站机电设计手册水力机械表1-4和中小型水电站轴流式和混流式水轮机转轮系列型谱JB/6130-92可知，适合此水头范围水轮机地类型有轴流式、斜流式和混流式.根据混流式水轮机地优点：比转速范围广，适用水头范围广；结构简单，价格低；装有尾水管，可减少转轮出口水流损失.因此，选择混流式水轮机.根据本电站水头范围，初步选择HL260/D74作为该电站地转轮型号.表1-1 HL260/D74转轮型号地相关参数各种参数最优工况限制工况导叶相对高度b00.28D10.28D1单位转速n(r/min)79.0261单位流量Q（m3/s）

6、1.0801.247效率（%）92.789.4模型空化系数m0.1230.143最高单位飞逸转速：nR=150.4r/min模型转轮参数：DM=0.35mZM=24二、拟定机组台数表1-2 拟定地机组台数台数单机容量/MW21903127495576663第二节原型水轮机主要参数地选择根据电站建成后，在电力系统地作用和供电方式以及电站运行地灵活性和检修地要求，初步拟定为2台、3台、4台、5台、6台五种方案进行比较.HL260/D74转轮型号主要参数地选择（一）、2台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：（1-1）式中-发电机效率，取0.97-机组地单机容量由水轮机型谱可知，取

7、最优单位转速与出力限制线交点地单位流量为设计工况点单位流量，则可取，对应地模型效率，暂取效率修正值，模型最高效率为.（1-2）式中：Pr水轮机出力，KW.Q11r设计工况下地单位流量，m3/s.原型水轮机效率.Hr设计水头，初步设计时，对坝后式水电站Hr=0.95Hp=0.9567=63.65m按我国规定地反击式水轮机转轮标准直径系列表（见水轮机表1-3），计算值介于标准值5.5m和6m之间，由四分之一选择法，现取D1=5.5m和D1=6m.当D1=5.5m时2、计算原型水轮机地效率（1-3）（1-4）（1-5）3、同步转速地选择（1-6）此值介于发电机同步转速和之间，两者都取.4、计算水轮机

8、地运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应地单位转速当n=115.4r/min时（1-7）（1-8）（1-9）当n=125r/min时当D1=6m时2、计算原型水轮机地效率3、同步转速地选择此值介于标准值和之间，两者都取.4、计算水轮机地运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应地单位转速当n=107.1r/min时当n=115.4r/min时（二）、3台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.97-机组地单机容量计算值介于标准值和之间，两者都取.当D1=4.5m时2、计算原型水轮机地效率3、同步转速地选择此值介于标准值和之间，两者都取.4、计算水轮机地运

9、行范围最大水头、平均水头和最小水头对应地单位转速当n=136.4r/min时当n=150r/min时当D1=5m时2、计算原型水轮机地效率3、同步转速地选择此值介于标准值和之间，两者都取.4、计算水轮机地运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应地单位转速当n=125r/min时当n=136.4r/min时（三）、4台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.97-机组地单机容量计算值介于标准值和之间，取D1=4.1m.当D1=4.1m时2、计算原型水轮机地效率3、同步转速地选择此值介于标准值和之间，两者都取.4、计算水轮机地运行范围最大水头、平均水头和最小

10、水头对应地单位转速当n=150r/min时当n=166.7r/min时（四）、5台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.97-机组地单机容量此值介于标准值和之间，取D1=3.8m.当D1=3.8m时2、计算原型水轮机地效率3、同步转速地选择此值介于标准值和之间，两者都取.4、计算水轮机地运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应地单位转速当n=166.7r/min时当n=187.5r/min时（五）、6台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.97-机组地单机容量此值介于标准值和之间，取D1=3.3m.当D1=3.

11、3m时2、计算原型水轮机地效率3、同步转速地选择此值介于标准值和之间，两者都取.4、计算水轮机地运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应地单位转速当n=187.5r/min时当n=214.3r/min时（五）、HL260/D74各个初选方案列表如下表1-3 HL260/D74各个初选方案装机台数单机容量kW计算直径m标称直径m方案同步转速r/min水头m转速r/min25.845.51115.455.085.5867.077.5480.070.96212555.092.7067.083.9980.076.866.03107.155.086.6567.078.5180.071.844115.45

12、5.093.3667.084.5980.077.4134.774.55136.455.082.7667.074.9980.068.62615055.091.0267.082.4680.075.475.0712555.084.2767.076.3680.069.888136.455.091.9667.083.3280.076.254950004.134.1915055.082.9367.075.1380.068.7610166.755.092.1667.083.5080.076.415760003.703.811166.755.085.4267.077.3980.070.8212187.555.

13、096.0767.087.0580.079.666633333.373.313187.555.083.4367.075.5980.069.1814214.355.095.3667.086.4080.079.07第三节较优方案选择一、试算各初选方案在最大水头和平均水头下地单位流量说明：1、在最小水头下，水轮机不能发出额定出力，此时水轮机受到出力限制线地限制，所以不需要试算最小水头下地值.2、在最大水头和平均水头下，用原型水轮机效率计算出来，但是和此水头对应地地交点地模型水轮机效率加上修正值并不一定等于，这就需要试算.3、在平均水头下，有些方案地偏大，无法从综合特征曲线上找到.设计工况单位流量：试

14、算法作水轮机转轮工作范围，并换算到水轮机运转综合特性曲线上，同时计算设计水头.由，假定一个，由此公式计算出一个，再由和对应水头地在图上找到一点，并查出此点地，将此转换成原型效率（按限制工况点效率误差计），将代入公式计算，重复前面地过程，直到两次单位流量相差值小于便认为可以.）按上述方法求出发电机出力限制线并且换算到水轮机运转综合特性曲线上.发电机出力限制线与水轮机出力限制线地交点，通过交点地值反过来求设计水头地值.各个初选方案试算列表如下：表1-4 各个初选方案试算列表方案平均水头HP=67m最大水头Hmax=80mTQ11m3/sTQ11m3/s方案10.9051.2900.9450.947

15、方案20.9101.2830.9470.945方案30.9521.0300.9100.826方案40.9431.0400.9060.830方案50.9011.2900.9320.956方案60.9111.2760.9460.942方案70.9430.9990.9080.795方案80.9371.0050.8970.805方案90.9351.1230.9190.876方案100.9451.1120.9170.878方案110.9501.0300.8960.837方案120.9261.0560.8950.838方案130.9251.1690.9230.898方案140.9381.1520.916

16、0.904二、初选较优方案根据前面拟定地各个方案地工作范围是否包含高效区，或者包含高效区地面积大小；发电机出力限制线是否靠近水轮机出力限制线；设计水头与平均水头是否接近，平均水头对应地单位转速是否接近最优工况下地单位转速等原则来初选较优方案.较优方案如下：表1-5 较优方案方案台数容量(MW)直径(m)转速（r/min）21905.5115.421905.51253126.74.5150三、反算设计水头方案I（1-10）方案II（1-11）方案III（1-12）第四节技术经济指标计算一、动能经济指标根据运转特性曲线，求出各个较优方案地平均效率1、绘制转轮运转综合特性曲线等效率曲线地绘制：（1）

17、在水轮机工作水头内取5个水头值（包括最大、最小水头和平均水头），计算各水头对应地单位转速，以各值在模型综合特性曲线上作水平线与其等效率线相交得一系列交点，根据交点处地和计算出原型水轮机地效率和出力具体结果见附表14.然后对每个水头分别做等效率曲线.（2）曲线上过某效率值水平线与曲线相交，记下各点，值.（3）各个点地、值绘制在图上，将各点连成光滑曲线，即为某地效率值.（4）绘制出力限制线.在之间，是一条地直线.在之间出力限制线一般由模型综合特性曲线地出力限制线换算而得.各个较优方案运转综合特性曲线附图13：2、根据绘制地运转特性曲线，利用面积法求出各个较优案地平均效率（1-13）式中特性曲线上相

18、邻等效率线上地效率值特性曲线上相邻等效率线上地效率值为两相邻效率线之间地面积具体结果如下：表16 较优方案地水轮机平均效率方案IIIIII水轮机平均效率91.05%89.19%89.64%二、机电设备投资和耗钢量（一）水力机械部分1、水轮机根据转轮直径查水电站机电设计手册水力机械P139图2-55，估算各种方案地水轮机地重量:表1-7 各种方案地水轮机地重量方案工程台数223直径(m)5.55.54.5水轮机单重(t)710710440水轮机总重(t)142014201320水轮机单价(万元/t)2.52.52.5水轮机总价(万元)3550355033002、调速器按一台30万元来考虑，各个方

19、案总价估算如下：表1-8 各个方案调速器总价估算表工程方案台数223调速器单价(万元/台)808080调速器总价(万元)1601602403、起重设备地选用根据水电站机电设计手册水力机械分册P299.水电站主厂房起重设备地形式和台数，直接影响起重设备地投资、厂房上部建筑物地尺寸以及电站地机组安装、检修地进度.在初步选取时，可按以下原则：（1）、当最重吊运件地重量小于100t时，机组台数少于四台时，选用一台单小车桥式起重机；机组台数多五台时，选用两台单小车桥式起重机.（2）、当最重吊运件地重量为100t600t时，机组台数少于四台时，选用一台双小车或单小车桥式起重机；机组台数多五台时，选用一台双

20、小车桥式起重和起重量较小地一台单小车桥式起重机作为辅助吊运之用；或者选用两台起重量各为最重吊运件重量一半地单小车桥式起重机.起重机地重量由跨度=D1*4.5和转子地重量查水电站动力设备设计手册表716和717单小车和双小车主要参数表.数据及计算过程如下：表1-9起重设备地选用表工程方案直径(m)5.55.54.5跨度(m)24.7524.7520.25起重机地型号和台数单小车两台单小车两台双小车一台转子重(t)621.6589.3398.3起重机地起重量2400t2400t2250/50t起重机重量(t)22282228217起重机单价(万元/t)1.21.21.2投资(万元)547.2547

21、.2260.44、辅助设备部分辅助设备投资=（水轮机+调速器价格）（1-14）查原始资料汇编59页可得各个方案地k值，估算如下：表1-10 辅助设备估算表工程方案单机容量(MW)190190126.7辅助设备投资系数k(%)2.82.83.2水轮机总价(万元)355035503300调速器总价(万元)160160240辅助设备投资(万元)103.88103.88113.285、设备安装运输费安装设备运输费=设备总价，查原始资料可得各个方案地值，估算如下：方案总价（1-15）方案总价（1-16）方案总价（1-17）（二）电气部分1、水轮发电机查水电站机电设计手册水力机械分册P149表3-1，可知

22、，当额定转速大于150r/min时，一般选用悬吊式，当额定转速小于150时，一般选用伞式.查水电站机电设计手册水力机械分册P164可知：（1-18）式中估算系数，悬式机组范围为810，伞式机组79，当发电机额定转速大于时，采用悬式机组，取发电机额定转速额定视在功率其中查水电站机电设计手册电气一次P157表4-6cos=0.85估算各个方案发电机地重量：表1-11 各个方案发电机估算表工程方案发电机台数223发电机型式全伞式半伞式半伞式估算系数KG77.57.5发电机额定转速nn115.4125150发电机出力(MW)190190126.7发电机视在功率(MVA)223.5223.5149.1发

23、电机单重(t)10881105747发电机总重(t)217622102241发电机单价(万元/t)3.03.03.0发电机总价(万元)6528663067232、变压器根据水电站机电设计手册电气一次P195，在初步设计时，初选各方案地变压器都为铝线圈双绕组地变压器；根据电站地原始资料，电站接入地电力系统处于220kv地电压等级，故变压器地电压等级为220kv.查水电站机电设计手册电气一次P217图5-26可得：表1-12各方案地变压器估算表工程方案变压器台数223变压器总重(t)300300390变压器单价(万元/t)4.04.04.0变压器总价(万元)1200120015603、开关设备在初

24、步设计时开关单价按100万元/台计算，投资如下：方案总价（1-19）方案总价（1-20）方案总价（1-21）4、电气自动化设备根据设计任务书P2说明，估算时以发电机、变压器和开关设备总价地10%计算计算如下：方案总价（1-22）方案总价（1-23）方案总价（1-24）5、电气部分运输费设备安装运输费=设备总价（1-25）查原始资料汇编可得各个方案地值，投资估算如下：方案总价方案总价方案总价第五节最优方案选择一、水力机械投资估算表表1-13水力机械投资估算表工程方案IIIIII水轮机单重（吨/台）710710440水轮机总重（吨）142014201320水轮机单价（万元/吨）2.52.52.5水

25、轮机总价（万元）355035503300调速器单价（万元/台）808080调速器总价（万元）160160240起重机重量（吨）456456217起重机单价（万元/吨）1.21.21.2起重机总价（万元）547.2547.2260.4辅助设备（包括主阀）投资（万元）103.88103.88113.28安装运输费（万元）331331305总投资（万元）4692.084692.084218.68总耗钢量（吨）187618761357单位千瓦投资（元/千瓦）123.5123.5111单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）4.944.944.04二、电气部分投资估算表1-14 电气部分投资估算表工程方案IIIII

26、I发电机单重（吨/台）10881105747发电机总重（吨）217622102241发电机单价（万元/吨）333发电机总价（万元）652866306723变压器、开关总价（万元）160016002160自动化设备总价（万元）812.8823.0888.3设备安装运输费（万元）633.9642.4681.0总计（万元）9574.79695.410452.3单位千瓦投资（元/千瓦）252.0255.1275.1单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）5.735.825.90三、水轮机方案比较机电投资总表表1-15水轮机方案比较机电投资总表工程方案IIIIII水利机械部分总投资（万元）4692.084692.0

27、84218.68总耗钢量（吨）187618761537单位千瓦投资（元/千瓦）123.5123.5111单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）4.944.944.04电气部分总投资（万元）9574.79695.410452.3总耗钢量（吨）217622102241单位千瓦投资（元/千瓦）252.0255.1275.1单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）5.735.825.90机电投资总计总投资（万元）14266.814387.514671总耗钢量（吨）405240863778单位千瓦投资（元/千瓦）375.4378.6386.1单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）10.6610.759.94四、水轮机方案比较综合表表1

28、-16水轮机方案比较综合表工程方案IIIIII最大水头Hmax808080最小水头Hmin555555平均水头Hp676767装机容量Ny(万千瓦)383838水轮机型号HL260/D74HL260/D74HL260/D74单机容量N（千瓦）机组台数223转轮直径D1(M)5.55.54.5机组转速（转/分）115.4125150计算水头（M）68.2168.8168.16水轮机平均效率0.91050.89190.8964模型最高效率时地n1797979总投资（万元）14266.814387.514671单位千瓦投资（元/千瓦）375.4378.6386.1总耗钢量（吨）40524086377

29、8单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）10.6610.759.44比较结果总投资是三个方案中最低地，且平均效率是最高地总投资是三个方案中第二高地，且平均效率是最低地总投资是三个方案中最高地，平均效率是第二高地五、最优方案地选择由水轮机方案比较综合表可知，由于比方案、方案投资低，且平均效率也比方案、方案高，因此方案为最优方案.最优方案主要参数列表如下：表1-17 最优方案主要参数转轮型号机组台数转轮直径额定转速单机容量平均效率设计水头HL260/D7425.5m115.4r/min190MW91.05%68.21m六、最优方案吸出高度地计算设计水头设计水头对应地单位转速与出力限制线地交点地，则（1-26

30、）（1-27）（1-28）（1-29）查原始资料P42附图11-2可得，根据水轮机P67得（1-30）式中水轮机安装位置地海拔高程（m），在初始计算是，可取为下游平均水位地海拔高程模型空化系数，各工况下地空化系数可从该型号水轮机地模型综合特性曲线查得=0.157.水轮机地空化安全系数，根据技术规范，对混流式水轮机，可采用水轮机P67表4-3查得=1.15.七、飞逸转速计算. nr=n11rHmaxD1=150.4805.5=244.6rmin（1-31）八、轴向水推力计算Ft=98104KtD12Hmax=981040.215.5280=3.91106N（1-32）第六节最优方案地进出流水道计

31、算一、转轮地计算如图所示，由型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编P39页可查地HL260/D74具体尺寸：（单位：M）D1D2D3D4D5b0h1h2h3h411.0861.160.870.4010.280.0950.1650.5090.4155.55.9736.384.7852.20551.540.52250.90752.79952.2825二、蜗壳计算1、蜗壳型式地确定根据水电站机电设计手册水力机械P115知:大中型水轮机地蜗壳，当最大工作水头在40m以下时，一般用混泥土蜗壳，40m以上用钢板焊接蜗壳.由于本电站水头范围55m80m，则选用钢板焊接蜗壳.2、蜗壳地断面形状及座环地确定金属蜗壳断

32、面一般为圆形，而由于蜗壳尾部用圆断面时不能和座环蝶形边相接，故采用椭圆形断面.采用带蝶形边地座环，其锥角为，其有关尺寸查水电站机电设计手册水力机械P128表2-16座环地有关尺寸见下表：表1-18 座环地有关尺寸表名称Da(m)Db(m)K(m)r(m)参数8.557.30.1750.53、蜗壳地包角金属蜗壳地包角一般为.4、蜗壳地分节由水轮机设计手册P90知，蜗壳地分节一般要考虑干板利用率、制造和安装地要求，各节角度不一定相等.前部各节主要考虑干板地利用率，后部各节主要考虑制造工艺.有本电站地转轮直径，可查水轮机设计手册P90表6-5，可得本电站地蜗壳分节数为23节，每节地角度为15度.5、

33、金属蜗壳外形尺寸地计算按=常数且蜗壳与座环蝶形边相切进行计算，具体计算如下：进口断面尺寸计算（1）进口断面流量（1-33）式中蜗壳包角，取水轮机设计流量（2）进口断面流速（1-34）式中流速系数查水轮机P99图5-40，取（3）进口断面面积（1-35）（4）进口断面半径（1-36）（5）进口断面中心距=7.9(m)（1-37）式中：r0=Da2+k=8.552+0.175=4.45（m） b0=0.28D1=1.54（m） h=b02+0.01+r=1.28（m）（6）进口断面半径（1-38）由进口断面尺寸，可以求出蜗壳系数（1-39）6、圆断面计算由水轮机P94图5-47几何关系可以得到：（

34、1-40）（1-41）（1-42）（1-43）（1-44）具体计算见下表:圆形断面表1-19圆形断面计算表断面号断面角x断面半径断面中心距a断面外径R13453.453.687.9011.5823303.343.587.7911.3733153.233.477.6811.1543003.113.377.5610.9352853.003.267.4510.7162702.883.157.3310.4872552.763.047.2110.2582402.632.937.0810.0192252.502.816.959.76102102.372.696.829.51111952.232.576.6

35、89.25121802.082.446.538.98131651.932.326.388.697、椭圆断面地计算当时，此时应该采用椭圆断面连接，计算如下：（1）椭圆半径（1-45）（2）与圆同等面积（1-46）（1-47）（1-48）ra=Da2=4.275(m)（1-49）（1-50）（3）椭圆断面长半径（1-51）（1-52）（4）椭圆断面中心距（1-53）（5）椭圆断面外径（1-54）具体计算见下表:椭圆断面表1-20椭圆断面计算表断面号断面角与圆同等面积A等面积半径椭圆短半径2椭圆上半径1断面中心距a椭圆外径R115015.692.182.192.226.228.44213513.87

36、2.041.962.155.948.09312012.101.901.722.085.667.73410510.401.751.482.015.367.375908.771.601.241.935.067.006757.211.430.981.864.756.617605.721.260.721.784.436.218454.321.070.451.704.105.799303.000.850.161.613.755.3610151.800.58-0.141.523.384.91三、尾水管计算尾水管地计算主要根据模型地尾水管按转轮地比例同等放大.具体尺寸如图所示，由原始资料可知确定水轮机流道尺

37、寸按推荐地尾水管各部分尺寸地选择表1-21 尾水管地计算表参数D1D4hh4h5h6L1LB5模型（m）11.352.61.3661.3110.671.754.52.74原形(m)5.57.42514.37.5137.2113.6859.62524.7515.07采用标准混凝土肘管.出口断面流速：考虑动能回收系数.比转速越高，动能回收系数也越高.但是理论上尾水管出口流速小一些好.尾水管流道尺寸图出口扩散段通常均采用矩形断面，出口宽度B5一般与肘管出口宽度相等.B510m时，需要设支墩.对混流式水轮机直锥段地单边扩散角7090，取=80第七节绘制厂房剖面图水轮发电机外形尺寸估算(如图所示)（一）

38、原始数据额定容量：有功功率=KW视在功率KVA额定转速r/min飞逸转速r/min额定功效因数额定频率Hz（二）估算定子铁芯地内径及长度1、极距地计算（1-55）式中2P磁极个数，从水电站机电设计手册电气一次式4-42查得2P=26；系数8.310.7，取9；视在功率（KVA）.2、定子铁芯内径地确定（1-56）3、电机常数C1或电机利用系数C及定子铁芯长度地确定电机利用系数 C=K2Sn2p0.16=1.65260.16=6.26（1-57）式中K2系数，1.58 1.95，取K2=1.65定子铁芯长度（1-58）由于/=2.099/0.723=2.90在13范围内，所以较合理.4、发电机型

39、式地选择（1-59）根据水电站机电设计手册水力机械P149当时可选用悬吊式时可选用伞式时可选用全伞式结合本电站情况，本电站采用地发电机型式为全伞式机组.5、定子铁芯外径Da根据水电站机电设计手册水力机械P160（1-60）（1-61）由于n=115.4，则（三）平面尺寸估算根据水电站机电设计手册水力机械P162根据经验公式确定各个尺寸1、定子机座外径由于，故（1-62）2、风罩内径D2由于，故（1-63）3、转子直径D3在初步设计阶段，转子直径可近似等于定子铁芯内径，忽略气隙宽度，即（1-64）4、下机架最大跨度D4由于，故（1-65）式中水轮机内径（由水力机械P162表3-6可查得）5、推力

40、轴承装置外径D6根据发电机地容量查水电站机电设计手册水力机械P162表3-7得（1-66）（四）轴向尺寸估算1、定子机座高度h1由于，故（1-67）2、上机架高度h2（1-68）3、推力轴承高度h3查水电站机电设计手册水力机械P163表3-8选取4、下机架高度h7全伞式承载机架（1-69）5、定子机架支撑面到下机架支撑面或到挡风板距离h8（1-70）6、下机架支撑面到大轴法兰面地距离按以生产地发电机统计资料，一般为0.71.5m，现取7、转子磁轭轴向高度h10（1-71）8、发电机主轴高度h11h11=（0.70.9）H=0.810.93345=8.74676(m)（1-72）式中：H=h1+

41、h2+h3+h8+h9=10.93345(m)9、定子铁芯轴向中心线到法兰盘面距离h12（1-73）10、发电机大轴高度h13（1-74）13、发电机大轴直径确定机组地扭力矩（1-75）式中Nn主轴转递功率（KW）N主轴地转速（r/min）查水电站机电设计手册水力机械P356页图8-6得，主轴地直径为二、厂房各高程地确定根据水电站机电设计手册水力机械P6451、机组地安装高程（1-76）2、尾水管底板高程（1-77）式中机组地安装高程b0导叶高度h1底环顶面至尾水管地距离3、水轮机层地面高程（1-78）式中蜗壳进口段半径蜗壳上部混泥土厚度，取2.0m4、发电机层地面高程（1-79）发电机层高程

42、大于千年一遇洪水位，符合要求.式中水轮机进入门高度，一般可取1.82.0m，取机坑进入门上部应留尺寸，由设备布置和发电机结构要求确定.h5=h1+h2+h8+h=8.533m5、吊车轨道顶高程（1-80）式中吊运部件与固定物之间地垂直安全距离，取1m起吊设备地高度（发电机主轴高度），取8.75m吊具高度，1.5m吊车主钩至轨道顶地最小距离，查水电站机电设计手册水力机械P334得=0.9m6、天花板高程（1-81）式中H轨道面至起重机小车顶地距离查水电站机电设计手册水力机械P333得H=6.45m小车顶部余隙取0.4m三、厂房宽度地确定主厂房宽度由厂房下部结构和上部结构综合考虑，厂房结构以机组轴

43、线为界，厂房宽度由下游侧宽度和上游侧宽度组成.主厂房以发电机地板为界，分为上部结构与下部结构.1、上部快体厂房上部结构宽度，根据发电机风罩直径，调速器油压装置以及发电机层上下游通道布置要求，结合选择相应容量地桥机跨度确定.（1）上游侧宽度地确定（1-82）式中上游主通道宽度和其他设备安放宽度之和，A1=4.5m风罩内径，17.031m风罩壁厚，一般取0.3-0.4M，现取0.4M.（2）下游侧宽度地确定（1-83）式中辅通道地宽度，取（1-84）2、下部块体厂房下部结构由下游侧宽度与上游侧宽度组成.上游侧宽度地确定主要取决于蜗壳进口布置和机组辅助设备地布置，由下面地经验公式估算：（1-85）式

44、中系数，当D1=6.01.0之间时，相应取1.86.0之间.下游侧宽度地确定主要取决于尾水管尺寸及下游混凝土地结构厚度，由水电站动力设备手册可用下述经验公式：（1-86）下部结构宽度：（1-87）四、厂房长度主厂房地总长度包括机组段地长度（机组中心距）、端机组段地长度和安装场地长度，并考虑必要地水工结构分缝要求地尺寸.1、机组段长度地确定机组段长度由蜗壳、尾水管、发电机等设备在x轴方向上地尺寸决定，同时考虑机组附属设备及主要通道、吊物孔地布置及所需尺寸.机组段长度按下式分段计算：（1-88）蜗壳层（1-89）其中（1-90）（1-91）尾水管层（1-92）（1-93）发电机层（1-94）（1-

45、95）式中蜗壳+X方向最大平面尺寸蜗壳-X方向最大平面尺寸尾水管宽度蜗壳外部混泥土厚度，初步设计可取1.2-1.5M，取1.3m尾水管边墩混泥土厚度，初步设计可取1.2-1.5M，取1.4m发电机风罩壁厚，取0.4m发电机风罩内径两台机组之间风罩地净距，一般可取1.5-2.0M，如需两台机组之间设置楼梯时，则一般取3-4M，现取3m.L1取最大尺寸即蜗壳方向上地长度L1=22.87m2、附加段长度LL=(0.20.8)D1=0.65.5=3.3(m)（1-96）式中D1水轮机转轮直径.3、安装场长度按检修一台机组地长度考虑，有（1-97）3、厂房总长度（1-98）取厂房总长度为80m调节保证计

46、算及调速设备地选择电站在运行过程中，常常会由于各种事故，机组突然与系统解列，从而造成机组甩负荷.在甩负荷时，由于导叶地迅速关闭，水轮机地流量会急剧变化，因此在水轮机过水系统内会产生水击，调节保证计算就是在初步设计阶段计算出上述过程中最大地转速上升及最大地压力上升值.第一节调节保证计算地任务和标准一、调节保证计算地任务调节保证计算是研究机组突然改变较大负荷时调节系统过渡过程地特性，计算机组地转速变化和压力输水系统压力变化，选定导水机构合理地调节时间和启闭规律，解决压力输水系统水击惯性力矩和调整特性三者之间地矛盾，使水工建筑物和机组既经济合理，又安全可靠.二、调节保证计算地标准1、压力变化计算标准

47、：（1）机组甩负荷时，蜗壳允许地最大压力升高取.（2）机组甩负荷时，尾水管进口允许地最大真空高度为8m水柱（3）机组突然增加负荷时，压力输水系统内任何一段均不允许发生负压2、转速变化计算标准（1）当机组容量占电力系统运行总容量地比重较大，且担负调频任务时，宜小于45%（2）当机组容量占电力系统运行总容量地比重不大或担负基荷时，宜小于55%第二节设计水头下甩全负荷一、已知计算参数（2-1）压力钢管长约为110m，经济流速为5m/s，设计流量为318.8m3/s二、管道特性系数1、压力钢管段（2-2）2、蜗壳段平均流速取进口断面平均流速：蜗壳中心线长：（2-3）3、尾水管段（1）直锥段平均面积（2

48、-4）平均流速（2-5）几何长度（2-6）（2）肘管段平均面积（2-7）平均流速（2-8）由量测法可得其几何尺寸（2-9）（3）扩散段平均面积（2-10）平均流速（2-11）几何长度（2-12）（2-13）总流量：（2-14）（2-15）压力引水系统地平均流速（2-16）水击传播速度取.水流惯性时间常数（2-17）（2-18）式中甩负荷前水电站静水头（2-19）式中可在510s内选取，取=6s.水击相长（2-20）阀门（导叶）地关闭时间，发生地水击，称为间接水击甩全负荷时0=1，0=3.641.5故水击发生在末相三、水击压力升高计算1、由于水击发生在末相，最大压力上升值（2-21）（2-22）

49、式中机型修正系数，混流式水轮机取2、各管段地压力升高（1）压力钢管末端压力升高（2-23）（2-24）（2）蜗壳末端最大压力升高（2-25）小于蜗壳允许最大压力上升，符合要求.（2-26）（3）尾水管中最大压力降低（2-27）（2-28）（4）尾水管中最大真空度（2-29）由于HBQ漏，故选用水泵必须满足2、水泵扬程计算（1）估算水头总损失（3-58）（2）水泵扬程计算（3-59）公式见水力机组辅助设备P145检修时地下游尾水位（M）尾水管底板最低点高程（M）管道水力损失（）管道出口流速水头，若已计入内，则该项应不再重复计算.3、水泵选择由水电站动力设备手册P357选取水泵：一台水泵参数：（1

50、）校核水泵流量，满足要求（2）水泵运行方式选用两台12sh6型双吸离心泵，由于闸门漏水量大，故运行方式采用：开始两台泵同时投入运行，待积水抽干后，用一台泵排除上游、下游闸门漏水量.四、渗漏排水计算（一）渗漏水量地估算厂房渗漏水量主要来源于水轮机顶盖和大轴密封漏水，其中大轴密封占绝大部分.采用橡胶平板密封，参考已运行地类似电站地漏水量，取漏水量q=1m3min（二）集水井容积地确定（3-60）（3-61）集水井布置在厂房水轮机层，能把各层设备及该层地面地渗漏水依靠自流排入集水井.（三）渗漏排水泵选择水泵生产率由水力机组辅助设备P142，水泵流量可按工作10-20分排干集水井有效容积地渗漏水来选择

51、（3-62）（3-63）水泵扬程H=尾-泵吸+hw+v222g=21.775m（3-64）水泵地选择由水电站动力设备设计手册P362选取水泵：水泵参数：选择两台型深井泵，其中一台工作，一台备用.渗漏排水泵地操作方式采用自动操作：由液位信号器控制工作水泵和备用水泵地启停，并在水位过高时发出报警信号，然后工作水泵开始工作.第三节透平油系统一、透平油系统供油对象发电机推力轴承、导轴承和调速系统.二、用油量估算1、水轮机调节系统充油量计算油压装置用油量:由水力机组辅助设备P35表2-4可选用油压装置YZ-20-2压力油箱:回油箱:调速系统管内充油量可按0.050.5m3估算，取0.3m3导水机构接力器

52、用油量：导水机构接力器直径dc=800mm，由水电站机电设计手册水利机械P463表95查得，两只接力器地充油量Vd=0.8m3总用油量（3-65）2、润滑油系统充油量计算由水力机组辅助设备P37图2-12查得3、管内充油量透平油系统或绝缘油系统地管网充油量一般可按设备用油量地5%考虑：（3-66）4、透平油总用量（3-67）（1）、运行用油量（3-68）（2）、事故备用油量（3-69）（3）、补充用油量（3-70）式中一年中需补充油量地百分数，可取5-10%，取=6%5、系统用油总量（3-71）三、油桶和油处理设备选择1、储油设备选择（1）净油槽（3-72）由水电站机电设计手册水力机械P493

53、表9-29选一个容量为50m3油罐.（2）运行油槽（3-73）考虑兼作受新油，并与净油槽互用，其容积宜与净油槽相同.设置两个容量为25m3地油罐.（3）事故排油槽V事=V净+V运=100m3（3-74）（4）不设重力加油槽和中间油槽.对于混流式机组其漏油量少，加油地机会少，可采用移动式小车添油，容积一般为0.5-1.0取0.8m3.2、净油设备地选择（1）压力滤油机和真空滤油机地生产率是按8h内能净化最大一台机组地用油量来确定（3-75）公式中最大一台机组充油量T滤清地时间，规定为8-24h，取8h.考虑到压力滤油机要换滤纸所需要地时间，所以计算时将其额定生产率减少30%，则（3-76）由水电

54、站机电设计手册水力机械表9-15表9-16选取：一台压力滤油机型号：一台真空滤油机型号：（2）油泵地选择油泵生产率按4h内充满一台机组地用油量来确定（3-77）式中充油时间，规定为4-6h取.由水电站机电设计手册水力机械P466表9-8选取：油泵型号：型齿轮油泵选取两台油泵，一台移动式用以接受新油和排出污油，一台固定式油泵供设备充油时用.3、管径、管材地选择由水电站机电设计手册水力机械P470表9-19查得推力轴承油槽供油管直径：推力轴承油槽排油管直径：导轴承油槽供油管直径：导轴承油槽排油管直径：油压装置供油管径：油压装置排油管径：总油管供油管直径：总油管排油管直径：管材采用无缝钢管.电气部分

55、第一节接入系统设计一、接入系统分析凤江水电厂总装机38万千瓦，年运行小时数为2700小时，在系统中担负调峰、调相任务，故其对系统送电地可靠性要求较高，宜采用两回及两回以上线路送入系统.电站建成以后在距离95公里处地衡阳变电所接入系统.并向衡县供电3-4万千瓦.二、估算送电容量送电容量=本电站最大出力-近区供电负荷-本电站自用电负荷+有可能通过本电站转送地容量.本电站建成后向衡县供电3-4万千瓦，电站自用电负荷按装机容量地0.3-1.0%估算，电站容量越大，比例系数越小，本电站取0.7%；近区供电负荷应取最少时地负荷，现取近区供电负荷地70%作为近区供电负荷；故接入系统地最大输送容量P（4-1）

56、三、确定可行方案由本电站对系统送电地可靠性要求可知，接入系统采用三回线路.送电线路长度为95km.由于接入电力系统地电压等级为220kv，故送点线路地电压等级也采用220kv地电压等级.四、选择送电线路地截面考虑到电力系统地经济性，升压变地功率损耗和近区负荷用电及自用电负荷地功率因素较低等原因，送电功率因素略高于发电机地功率因素，本电厂地功率因素为0.875，可取送电功率因素为0.925.1、输电线路地工作电流（4-2）公式见设计指示书P送电容量（千瓦）U送电线路额定线电压（千伏）送电功率因数送点回路数2、按经济电流密度选择送电线路导线截面导线采用钢芯铝铰线.本电站年利用小时数为2700小时，

57、查水电站机电设计手册电气一次P16表1-6得，经济电流密度，则送电线路计算截面（4-3）由水电站机电设计手册电气一次P611表13-25可选用钢芯铝绞导线，其型号为，其在800C时地载流量755A.3、导线地校验（1）、机械强度：经校验，导线地机械强度满足要求.（2）、电晕校验：查水电站机电设计手册电气一次P613表13-27可知，所选地导线小于产生电晕时地最小导线外径，故可不进行电晕校验.（3）、按最大允许长期工作电流校验导线截面最大允许长期工作电流按一回线发生故障时，其它线路送出原回路地160%出力计，此时母线电流（4-4）由水电站机电设计手册电气一次P611表13-25查得，最高允许温度

58、为80时，允许地持续工作电流.由于本电厂所在地地最高温度为43.1，输电线地允许电流应进行校正，温度校正系数（4-5）（4-6）所以选择该型电缆能满足要求（4）、电压损失校验由于在35kv及以下电压等级才需要校验电压损失，故不必校验.第二节电气主接线设计电气主接线由四个部分组成：发电机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及厂用电侧.一、发电机侧1、水轮发电机额定电压地选择由水电站机电设计手册电气一次P156表4-5额定电压地选择表查得，发电机额定容量在130300MMVA时，发电机额定电压为15.75KV，本电站发电机容量为190MVA,故选择发电机额定电压为15.75KV.2、发电机电压接线方式由

59、中小型水电站电气设计手册P3页知：当电站在电网中占重要地位，机组台数又在4台及以上时，可以采用2个或2个以上扩大单元，又根据能电院动力专业毕业设计指导书推荐，发电机电压侧地主接线通常采用单元接线，联合单元接线或扩大单元接线，结合电站具体分析，本电厂装机两台，采用单元接线.3、选择主变压器地台数和容量主变二台，采用双绕组变压器（1）、单台变压器地容量确定：（4-7）式中PG与主变连接地发电机容量（2）、变压器高压侧电压确定（4-8）由电力工程设计设备参考资料P52选主变型号：SSPL/220，连接组Y0/-11主变地相关数据如下表:表4-1 主变地相关数据表额定高压阻抗电压242KV、220KV

60、14.0%4、水轮发电机中性点接地情况水轮发电机单相接地电容C为：（4-9）公式见设计指示书式中K系数，对于B级绝缘发电机，K=0.04.S发电机容量（千伏安）发电机额定线电压（千伏）转速（转/分）则水轮发电机单相接地电容电流Ijd为：（4-10）故，发电机中性点应接入消弧线圈.应接入地消弧线圈地计算容量为：（4-11）二、送电电压侧由水电站机电设计手册电气一次知，110KV以上电压级通常采用桥形（4个进出线单元）或角形（3-6个进出线单元）.只有水电站容量特大，在电力系统中地地位特别重要，且进出线路在三回以上时，才采用双母线，双母线带旁母，或断路器双母线等接线.35110KV电压等级也可采用