水电站厂房布置设计

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水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、水轮机、发电机、变压器、开关站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。水电站厂房第2页/共55页

第十一章引水式地面厂房第3页/共55页第一节水电站厂房任务、组成和类型一、水电站厂房的任务将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环境。第4页/共55页二、水电站厂房的组成从设备布置和运行要求的空间划分主厂房。安装水轮发电机组和各种辅助设备，是水电站厂房的主要组成部分。副厂房。安置各种运行控制和检修管理设备的房间及运行管理人员工作和生活用房。主变压器场。水电站发出的电能经主变压器升压后，再经输电线路送给用户。第5页/共55页开关站。一般布置在户外，装设高压开关、高压母线和保护设施，高压输电线由此将电能输送给电力用户。

主厂房、副厂房、主变压器场和高压开关站及厂区交通等，一般称为厂区枢纽。第6页/共55页厂区枢纽第7页/共55页从设备组成的系统划分水流系统。水轮机及其进出水设备，包括压力管道、水轮机前的进水阀、蜗壳、水轮机、尾水管及尾水闸门等。电流系统。即电气一次回路系统，包括发电机及其引出线、母线、发电机电压配电设备、主变压器和高压开关站等。电气控制设备系统。即电气二次回路系统，包括机旁盘、厉磁设备系统、中央控制室、各种控制及操作设备如各种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通迅及调度设备等直流系统。第8页/共55页机械控制设备系统。包括水轮机的调速设备，如接力器及操作柜，事故阀门的控制设备，其它各种闸门、减压阀、拦污栅等操作控制设备。辅助设备系统。包括为了安装、检修、维护、运行所必须的各种电气及机械辅助设备，如厂用电系统(厂用变压器、厂用配电装置、直流电系统)，油系统、气系统、水系统，起重设备，各种电气和机械修理室、试验室、工具间、通风采暖设备等。第9页/共55页水电站厂房组成图第10页/共55页3.从水电站厂房的结构组成划分水平面上可分为主机室和安装间。主机室安装水轮发电机组及辅助设备，安装间是水电站机电设备卸货、拆箱、组装、检修时使用的场地。垂直面上，以发电机层楼板面为界，分为上部结构和下部结构。上部结构。与工业厂房相似，基本上是板、梁、柱结构系统。下部结构。为大体积混凝土整体结构，主要布置过流系统，是厂房的基础。第11页/共55页上部结构下部结构下部块体结构第12页/共55页

三、水电站厂房的基本类型

(一)

根据厂房与挡水建筑物的相对位置及其结构特征，可分为三种基本类型

1．坝后式厂房

特征：厂房位于拦河坝的下游，紧接坝后，在结构上与大坝用永久缝分开，发电用水由坝内高压管道引入厂房。

坝后式厂房还可以变化为：挑越式厂房、溢流式厂房、坝内式厂房。第13页/共55页坝后厂房坝后式厂房示意图CenterHillLakeandDam第14页/共55页挑越式厂房乌江渡水电站第15页/共55页坝内式厂房凤滩水电站厂房移入溢流坝体空腹内。第16页/共55页溢流式厂房将厂房顶作为溢洪道，成为坝后溢流式厂房。新安江水电站第17页/共55页2．河床厂房厂房位于河床中，成为挡水建筑物的一部分第18页/共55页3．引水式厂房特征：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。清江雪照河水电站第19页/共55页

(二)按机组主轴的装置方式分

立式机组厂房和卧式机组厂房。立式机组厂房卧式机组厂房第20页/共55页

(三)按厂房上部结构分：

露天式、半露天式、封闭式厂房。(四)按水电站资源

的性质分：

河川电站(常规水

电站)厂房、潮汐

电站厂房、抽水

蓄能电站厂房。第21页/共55页第三节水轮发电机一、发电机类型及传力方式1、悬挂式发电机推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。

发电机的传力方式为：

转动部分重量(发电机转子、励磁机转子、水轮机转轮)→推力头→推力轴承→定子外壳→机座；

固定部分重量(推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子)→定子外壳→机座。第22页/共55页悬式发电机第23页/共55页2、伞式发电机

推力轴承位于转子下方，设在下机架上发电机的传力方式为：机组转动部分的重量→推力头和推力轴承→下机架→机座。上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。类型：

1.普通伞式：有上下导轴承

2.半伞式:有上导轴承，无下导轴承

3.全伞式:无上导轴承，有下导轴承第24页/共55页(1)普通伞式有上下导轴承。传力方式为：

机组转动部分的重量→推力头和推力轴承→下机架→机座。

上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。第25页/共55页(3)全伞式无上导轴承，有下导轴承。

机组转动部分的重量通过推力轴承的支撑结构传到水轮机顶盖上，通过顶盖传给水轮机座环。第26页/共55页3．常见的机座形式(1)圆筒式机座：结构形式为厚壁钢筋混凝土圆筒，其壁厚在1m以上。优点：刚度较大，抗振、抗扭性能较好。缺点：水轮机直径较小时，水轮机的安装、维修、维护不方便第27页/共55页四、发电机的布置型式

(1)定子外露式：发电机定子完全露出于发电机层地面以上。缺点：发电机层地板显得拥挤，同时水轮机层高度小，不便其间布置夹层。采用较少。第28页/共55页(2)上机架埋入式：发电机定子和上机架埋入发电机层楼板下机坑内。发电机层较宽敞，水轮机层高度大,采用较多。适用于单机容量在100MW以上的大型机组。第29页/共55页(3)定子埋入式：发电机定子埋入发电机层楼板下机坑内，上机架外露。便于悬式发电机组的推力轴承检修。适用于单机容量在数十万MW的大型机组。第30页/共55页六、水电站厂房的起重设备第31页/共55页为了安装和检修机组及其辅助设备，厂房内要装设专门的起重设备。最常见的起重设备是桥式起重机(桥吊)。桥吊由横跨厂房的桥吊大梁及其上部的小车组成，桥吊大梁可在吊车梁顶上沿主厂房纵向行驶，桥吊大梁上的小车可沿该大梁在厂房横向移动。起重设备的型式和吊运方式对厂房上部结构和尺寸影响较大，正确选择起重设备和吊运方式，可减小其宽度或高度。第32页/共55页1、桥吊的起重量和台数桥吊的最大起重量取决于所吊运的最重部件。最重部件一般为发电机转子，悬式发电机的转子需带轴吊运，伞式发电机的转子可带轴吊运，也可不带轴。对于低水头电站，最重部件也可能是带轴或不带轴的水轮机转轮。少数情况下，桥吊的起重量决定于主变压器(主变需要在厂内检修时)。第33页/共55页桥式起重机有单小车和双小车两种。单小车设有主钩和副钩，当起重量不大时一般采用一台双钩桥吊；双小车是在桥吊大梁上设有两台可以单独或联合运行的小车，每台小车只有一个起重吊钩，起重量大于75t时，可采用双小车桥吊。与单小车相比，双小车桥吊不仅重量轻、外形尺寸小，而且用平衡梁吊运带轴转子时，大轴可以超出主钩极限位置以上，从而可降低主厂房的高度。当机组较大而且台数多于6台时，也可考虑采用两台吊车。两台桥吊可降低厂房高度，运用较灵活。第34页/共55页2、桥吊跨度与工作范围桥吊跨度要与主厂房下部块体结构的尺寸相适应，使主厂房构架直接座落在下部块体结构的一期混凝土上。要满足发电机层及安装间布置要求，使主厂房内主要机电设备均在主副钩工作范围之内，以便安装和检修。尽量采用起重机制造厂家所规定的标准跨度。第35页/共55页第36页/共55页第五节主厂房的布置第37页/共55页一、发电机层设备布置发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。主要设备有发电机、调速柜、油压装置、机旁盘、励磁盘、蝶阀孔、楼梯、吊物孔等。第38页/共55页厂房平面图第39页/共55页发电机层设备布置机旁盘。与调速器布置在同一侧，靠近厂房上游或下游墙。调速柜。应与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作范围之内。励磁盘。常布置在发电机近旁。蝶阀孔。楼梯。每隔一段距离需要设置一个楼梯，一般两台机组设置一个。楼梯不应破坏发电机层楼板的梁格系统。吊物孔。发电机层平面设备布置应考虑在吊车主、副钩的工作范围内，以便楼面所有设备都能由厂内吊车起吊。第40页/共55页二、水轮机层设备布置水轮机层是指发电机层以下，蜗壳大块混凝土以上的这部分空间。在水轮机层一般布置调速器的接力器、水力机械辅助设备(如油、气、水管路)、电气设备(如发电机引出线、中性点引出线、接地、灭磁装置等)、厂用电的配电设备。第41页/共55页水轮机层设备布置图第42页/共55页调速器的接力器。位于调速器柜的下方，与水轮机顶盖连在一起，并布置在蜗壳最小断面处。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。对发电机引出母线要加装保护网。油、气、水管道。一般沿墙敷设或布置在沟内。要防止油气水渗漏对电缆造成影响。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1.2m~1.6m。水轮机机墩壁上要设进人孔，进人孔宽度一般为1.2m~1.8m，高度不小于1.8m~2.0m。第43页/共55页二、蜗壳层的布置第44页/共55页主阀。当引水式电站采用联合供水或分组供水时，在蜗壳进口前设置一道快速闸门或蝴蝶阀，称为主阀。主阀可以装设在厂内也可以装设在厂外。主阀的上游侧要安装伸缩节，以方便其拆装。进人孔。在下部块体结构中要设有通向蜗壳和尾水管的进人孔，并设置通道。一般进人孔的直径为60cm，进人孔通道尺寸不小于1×1m。在蜗壳层以下的上游侧或下游侧均设有检查、排水廊道。集水井位于全厂最低处，除要求能容纳运行时的渗漏水，还要担负机组检修时的集水、排水任务。排水泵室一般布置在集水井的上层。电站排水都通向下游尾水渠。第45页/共55页四、安装间(安装间)的布置安装间是厂房主要部件安装和检修的场所。主要设备的安装、检修、到货后卸车都要用到桥吊。第46页/共55页安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端。对外交通通道必须直达安装间，车辆直接开入安装间以便利用主厂房内桥吊卸货。水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路或水路。对于大中型水电站，由于部件大而重，运输量又大，所以常建设专用的铁路线，中小型水电站多采用公路。1．安装间的位置第47页/共55页2．安装间的高程安装间的高程主要取决于对外道路的高程及发电机层楼板的高程。安装间最好与对外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期对外交通畅通无阻。安装间最好也与发电机层同高，以充分利用场地，安装检修工作方便。第48页/共55页当水电站的下游尾水过高时，发电机层楼板常低于下游最高尾水位，从而也低于对外道路，这时可以有以下几种方案：

安装间与对外道路同高，均高于发电机层。安装间与发电机层同高，均低于下游最高水位。安装间与发电机层同高，而在安装间上专门划出一块货车停车卸货处，此停车处高于安装间而与对外道路同高。这时安装间场面不能充分利用，而厂房的高度可能取决于卸货的要求。第49页/共55页3.安装间的尺寸安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的尺寸主要是指其长度。安装间的面积可按一台机组扩大性检修的需要确定，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖。四大部件要布置在主钩的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内。发电机转子和水轮机转轮周围要留有1～2m的工作场地。缺乏资料时，安装间长度可取1.25～1.5倍机组段长。多机组电站，安装间面积可根据需要增大或加设副安装间。第50页/共55页4.

安装间的布置第51页/共55页安装间内要安排运货车的停车位置