贯流式水轮机毕业设计

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1、贯流式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书河海大学水电学院动力系二六年三月贯流式水轮机毕业设计任务书一、设计内容根据原始资料，对指定电站、指定原始参数进行机电部分的初步设计，包括：主机选型，调保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,电站机组安装、布置等。二、时间安排(供参考)1、主机选型 4.5周2、调保计算及调速设备选择 1.5周3、辅机系统 2周4、电气部分 2周5、整理成果 1周6、评阅答辩 l周7、机 动 0.5周总 计 12.5周三、成果要求1、设计说明书：说明设计思想，方案比较及最终结果，并附有必要的图表。2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，

2、计算结果。3、图纸：主机成果图、安装布置图，油、水、气系统图、电气主结线图及专题部分1-2张，共5-6张(含CAD设计图)，规格为1号图。贯流式水轮机毕业设计资本资料 贵港水电站位于广西省东南部，在郁江中段。电站建成后将向玉林地区及其贵港市和邻近横县等地供电，对该地区工农业发展有重要的意义。贵港水电站位于郁江中段贵港市下游约6km处。贵港水电站厂房为低水头河床式厂房，布置于主河槽的左岸边，为枢纽挡水建筑物之一部分。1、本电站装机方案：方案序号Hmax米13.313.313.3H平均米8.58.58.5Hmin米2.52.52.5N装机万千瓦11.512.513.5利用小时数小时52624995

3、4759保证出力万千瓦3.623.613.612、本电站下游水位曲线说明：1)消力池底高程为24.50m;2)Q为闸孔下泄流量。图1贵港枢纽工程上游43.10正常水位调度运行曲线（5台机组发电）说明：1)消力池底高程为24.50m;2)Q为闸孔下泄流量。图1贵港枢纽工程上游43.10正常水位调度运行曲线（机组不发电）说明：1)消力池底高程为24.50m;2)Q为闸孔下泄流量。图3贵港枢纽工程上游43.10正常水位调度运行曲线（3台机组发电）下游特征洪水位如下：千年一遇洪水位 48.94百年一遇洪水位 48.163、运行环境该地区年平均气温为21.5，极端最高气温为39.5，极端最低气温-3.4

4、，年平均相对湿度78。4、电站运行发电要求电站建成后在电网内承担基荷及部分峰荷，并考虑有调相任务。拟装设6台20MW的灯泡式贯流式水轮发电机组，发电机电压6.3kV，功率因数0.90，电站总装机容量为120MW/133.33MVA，采用110kV及35kV两级电压接入系统。110kV、35kV出线各为四周（110kV接贵港220kV变电所、南山110kV变电所、贵港110kV变电所和备用电共四回，35kV出线接氮肥厂、小江、石卡及备用共四回）。35kV侧负荷较小，电站的电能主要从110kV送入系统。建议电气接线形式：(1)发电机电压接线，采用两组一变的扩大单元接线，六台机组共组成三个扩大单元，

5、其中两个扩大单元采用双线卷变压器直接送电至110kV电压侧，另一扩大单元采用三线卷变压器分别送电到110kV、35kV侧系统。(2)110kV采用单母线分段带简易旁路母线接线，二回进线、四回出线。(3)35kV侧采单母线接线，一回进线、四回出线，另从35kV母线上引一回至近区变电，供厂用和近区用电。参考资料1.2 大型灯泡机组统计方程1.2.1 若干大型灯泡机视组参数统计方程按回归分析法，对表 所列若干大型灯泡机组参数(即灯泡贯流式水轮机参数)进行幂回归计算，得到若干统计方程。单机容量40MW大型灯泡视组比转速ns与额定水头Hr之间统计方程为： (1-1) 单机容量Pr30MW统计方程为：(1

6、-2)单机容量Pr20MW统计方程为：(1-3)单机容量Pr15MW统计方程为：(1-4)可根据单机容量大小，选用式(1-1)式(1-4)，其它容量灯泡机组可参考选用。此外，考虑水轮机的其它参数与比转速之间的匹配问题，建立水轮机比转速ns与其单位转速n11、单位流量Q11之间的统计方程(系Pr15MW工况)：(1-5)(1-6)建立水轮机比转速ns与水轮机装置空蚀系数p之间的统计方程，根据表1-1数据的统计所得统计方程为：(1-7)由于表1-1统计数据较少，以上经验推断基本可满足工程设计的需要。表1-1 灯泡机组ns与p之间的关系1.3.2国外统计方程(一)富士统计方程日本国富士电机株式会社技

7、术资料中介绍了其有关灯泡机组的统计方程：（1-8）（1-9）式(1-9)出自JEC001(1992)，参见图1-2、图1-3。图1-2 Hns关系曲线图1-3 ns关系曲线(二)其它统计方程（1-10）而式(1-10)经演变则为其中 （1-11）2、灯泡机组运行性能设计2.1灯泡机组协联关系与运行特点灯泡机组，尤其是大中型灯泡机组结构上都具有桨叶随导叶协联动作的协联装置，协联范围一般为+10+45。若某水电站在Hmax18.5m、Q150m3/s的最大水头、最小流量工况下，其灯泡机组方案为638.4MW、D1=6.0m、nr=107.1r/min，此时工况点为n11149.4r/min、Q 1

8、1=0.969m3/s，位于+15 +20协联工况区域内，水流进口无撞击，出口为法向或赂带正环量，水力损失小、效率高，而且也不会产生因偏离最优工况而形成的偏心低频涡带，减少产生水力振动的可能性。由于灯泡机组自身的特点(能量指标高，单位流量Q11大)，其转轮直径D1小，在同样的水头H和流量Q工况下，从单位流量Q11换算公式 可见，其Q11工况点必然向转轮模型综合特性曲线的最优工况区靠近，且位于协联工况范围之内，且极限工况最大水头Hmax，最小流量Qmin等都处在协联工况范围，基本上保证在工作水头下能协联运行，有效避免失去协联而引发的共振。2.2结构设计计算灯泡机组重量较大，仅依靠管形座的26支固

9、定导叶及发电机部分的三条辅助支臂支承，固定在流道外壁的混凝土基础中，灯泡体承受着静水压力，水锤、水流脉动、旋转、冲击、水的正反向瞬间增大的推力等动水压力，本体自重，以及发电机在不同工况下的扭矩、热应力等多种负荷。因此在结构设计中要特别注意结构的强度、应力、刚度、电机温度变化及派生等引起的变形、稳定及振动的固有频率计算。要求设计中使用如SAP5、ADINA或各厂家专用的计算程序等，对关键部件，如管形座在大型计算机上计算并绘制其变形图，以获得有价值的数据，并作为结构设计的依据，计算分为安装前、安装中及安装完毕、充水后、满负荷、甩负荷、飞速停机、发电机短路时等工况进行，使结构设计优化，将更有利于提高

10、其运行稳定性。图2-1 法国奈尔皮克公司GZABN32转轮模型综合特性曲线图2-2 瑞士功尔寿公司GZ转轮模型综合特性曲线图2-3 奥地利钢联公司GZ转轮模型综合特性曲线图2-4 日本国富士电机株式会社GZ转轮模型综合特性曲线图2-5 日本国日立公司GZ转轮模型综合特性曲线图2-6 天发厂GZTEO7.30转轮综合特性曲线及飞逸特性曲线D1=300mm，轮叶数Z1=4，d/D1=0.4，导叶数Z0=16，H=4m（3-6） 参考文献一，水轮机 刘大恺主编二、水轮机调节 沈祖诒主编三、水力机组辅助设备 范华秀主编四、水电站电气部分 季一峰主编五、水电站动力设备设计手册 络如蕴主编六、水轮机设计手

11、册 哈尔滨大电机研究所主编七、水电站的水轮机设备 (苏)英洛仁夫主编八、发电厂(下册) 华中工学院主编九、发电厂变电所电气设备 湖南省电力学校主编十，电力工程设计手册(第一册) 西北、东北电力设计院主编十一、电力工程设计手册(第二册) 西北、东北电力设计院主编十二、水电站机设计技术规程十三、电力系统规划设计手册(影印摘编本)十四、电力工程 西安交通大学主编十五、水力机械 华东水利学院编 中国戒严出版社1961年版十六、水电站机电设计手册 电工一次 水利电力出版杜十七、水电冲机电设计手册 水力机械 水利电力出版社十八、水电站动力设备 郑源、张强主编 水利电力出版杜十九、贯流式水电站 沙锡林、陈新

12、方 水利电力出版社贯流式水轮机毕业设计 指示书第一节 水轮机组选型设计一，选型设计要求根据给定的电站资料，选择水轮发电机及其附属设备。设计过程为：拟定几个可能的方案，对各初拟方案分别求出其动能经济性并进行综合比较，最后选出最佳方案。二，选型设计的程序基于径流式电站的运行特点，灯泡贯流式水轮机有其独特的选择方法和特点，通常灯泡贯流式水轮机的参数选择原则：在相应的装机规模下，能获得最大的年发电量，以达到最佳的经济效益，以及确定设备的最佳运行方式。水轮机选型主要是决定转轮型式、机组合数、转轮直径、机组转速、安装高程等参数。这些参数的选择是否合理，将直接影响年发电量的大小和电站的实际效益。由于各参数间

13、相互影响、相互制约，其中任何一个参数的改变均会引起电量的变化。以最大年发电量为条件，对每一种装机规模、各参数组合计算，以选择一种最优的参数组合。在机型初定的情况下，可根据电站的流量频率曲线、下游水位一流量关系曲线、水头一频率曲线等原始资料及水轮机模型综合特性曲线作出不同的台数组合，再根据给定的台数作出不同直径、转速和安装高程的组合，以表格的形式列出各参数和计算结果并绘制成曲线，最后确定机组的最忧参数。(一) 按给定特征水头决定机组型号。(二) 拟定机组台数。(三) 确定水轮机的标准直径和标准转速。(1)利用型谱表给定的最优参数和限制工况参数计算水轮机直径D1并选用标准值。(2)利用最优工况的和

14、计算出的标准直径，计算水轮机转速n，井选用同步转速。(3)按计算所得的标准直径D1，同步转速n，分别用给定的特征水头(Hmax，Hr，Hmin)在综合特性曲线上面出水轮机工作范围，初步选出较优方案进行详细计算。(四)技术经济指标计算(1)动能经济指标计算1、在初拟方案中优选出34个待选方案。2、利用综合特性曲线绘制各待选方案的运转特性曲线。3、利用面积法求各方案运转特性曲线的平均效率。4、按效率差值求出电能差最后折算成投资差（0.30元/kWh）。5、求最优方案的Hs值。(2)机电设备投资和耗钢量。1、机电部分包括：水轮机、发电机、调速器、辅助设备、起重设备、开关设备、变压器，以及设备运输、安

15、装费用等，对每一方案应算出其总设备造价，井折算成单位千瓦投资。2、算出每一方案的总耗钢量和单位千瓦耗钢量。以上关于设备的投资和耗钢量估算，单价可参考表一，计算方法可参阅参考资料十五附录，或参阅参考资料五，机电设备重量及价格亦可直查阅有关产品目录或样本。方案比较时电气主结线可先统一按“发电机一变压器”单元结线。高压按单母线结线。电气部分自动化设备总价按发电机变压器及开关总价的10计。(3)水轮机运行性能比较根据水电站在电力4系统中的运行方式，水轮机在计算水头下的效率值，汽蚀性能，运行管理方式进行综合分析。三、各待选方案的综合比较上述各项计算可自编程序，采用微型计算机进行。表式参见表二表五。表一

16、主要机电设备参考单价表项 目参考价格项 目参考价格水轮机2.5万元吨桥式起重机1.2万元吨发电机3.0万元吨变压器、开关设备4.0万元肫调速器80万元/台油压装置(不含油)3.0万元吨表二水轮机方案比较综合表方案项目I最大水头Hmax(米)最小水头Hmin(米)平均水头Hp(米)装机容量Ny(万千瓦)水轮机型号单机容量N(千瓦)机组台数转轮直径D1(米)机组转速(转分)受阻容量(千瓦)计算水头(米)水轮机最高效率水轮机平均效率模型最高效率时的n总 投 资（万元）单位千瓦投资(元千瓦)总耗钢量(吨)单位千瓦耗钢量(公斤/千瓦)比较结果表三水力机械投资估算表 方案项目I水轮机单重(吨台)水轮机总重

17、(吨)水轮机单价(万元/吨)水轮机总价(万元)调速器单价(万元)调速器总价(万元)起重机重量(吨)起重机单价(万元吨)起重机总价(万元)辅助设备(包括主阀)投资(万元)安装运输费(万元)总投资(万元)总耗钢量(吨)单位千瓦投资(元千瓦)单位千瓦耗钢量(公斤千瓦)表四 电气部分投资估算表 方案项目IIV发电机单重(吨台)发电机总量(吨)发电机单价(万元/吨)发电机总价(万元)变压器、开关总价(万元)自动化设备总价(万元)设备安装运输费(万元)总 计(万元)单位千瓦投资(元/千瓦)单位千瓦耗钢量(公年千瓦)表五 水轮机方案比较机电投资总表 方案项目I水力机械部分总投资(万元)总耗钢量(吨)单位千瓦

18、投资(元千瓦)单位千瓦耗钢量(公斤千瓦)电气部分总投资(万元)总耗钢量(吨)单位千瓦投资(元/千瓦)单位千瓦耗钢量(吨千瓦)机电投资总计总投资(万元)总耗钢量(元/千瓦)单位千瓦投资(元/千瓦)单位千瓦耗钢量(吨/千瓦) 四、最优方案主要参数(列表)五、计算最优方案的进，出水流道1、直轴引水室计算。(画出单线图)2、直锥式尾水管计算。(画出单线图)六，绘制厂房横剖面图1、按主机及电机外形尺寸定出厂房主要尺寸。2、按下游水位和Hs定出主厂房各层标高。3、按发电机层标高求出水轮机主轴长度4、按主轴长度和起重机尺寸决定厂房高度。5、初步绘制厂房横剖面图，(待以下各节其他部分设计完成后，再作修改，正式

19、绘制)。(一)厂房各层高程的确定。(1)根据已选定的机型计算出水轮机动性吸出高度Hs的大小以及下游最低水位(一台机组满负荷情况下泄流量水位)。确定水轮机的装置高程根据已选定的直锥式尾水管型式尺寸，可定出水电站厂房水管底板高程岩基上直锥式尾水管的底板厚度约为0.5米，较坏的地基底板厚度在3米以下但直锥式尾水管出口顶部高程，应在下游最低水位以下至少0.75-1.0米。(2)前缘长度的确定，厂房前缘挡长度应满足流道、吊车限制线、安装间平面尺寸、边墩结构厚度、左右两端墙结构厚度的要求(3)上下游底宽的确定：厂房上、下游方向底宽按流通长度和进出口闸门布置要求确定。上部宽度除满足下部要求外还要满足启闭机布

20、置、运行及进出口平台布置要求。(4)安装高程的确定。水轮机的安装高程是厂房的最基本的数据。安装高程应满足各种工况下防止空蚀和尾水口淹没深度大于0.5m的要求。在基本高程确定后，为获得较大的发电效益，可进行降低安装商程的方案比较，经济、技术论证后最终确定安装高程。另外还应考虑河床下切的影响留有一定的余地。(5)建基高程的确定，建基高程受流道和设备布量影响、通常在流道和设备布置外轮廓线，减底板厚波即为厂房各邻位的建基高程。管道电缆层高程为流道顶高程外加流道顶板厚度。(6)运行层高程的确定，有些电站厂房不设置运行层，高运行层的，其高程为管道电缆高程加5m左右。(7)考虑吊车在吊起水轮机转轮时能在厂房

21、内通行，不妨碍到其他机组运行以及人行，可以确定吊车粱上轨道的高程，再加上吊车的高度以及厂房梁架高度，可定出厂房顶的高程。(二)厂房布置1设备布置(I)流道及进出口设备布置。灯泡式水轮发电机组过水流道外形由生产厂家根据试验确定并提供给设计部门，流道通常可分成进口段、中段和出口段，灯泡式水轮发电机组放置在流道中段内，其上游部分为进口段，下游部分为出口段。流通进口段通常布置有拦污栅、检修闸门及其所属的启闭设备。流道出口通常只布置工作门及其启闭设备。(2)主、副厂房设备布置。包括水轮机辅助设备及调速器、油压装置、起重设备、防飞速设备等。第二节 调节保证计算及调速设备选择设计一、任务选取导叶接力器分两段

22、关闭，其中第二阶段时间延长约2030s，使相应的和值不超过相应规程规定的数值，选取接力器，调速器和油压装置的尺寸和型号。二、调保计算工况选择应对设计水头和最高水头甩全负荷两种工况进行计算，应使两个和均不超过规程的值。在电站布置型式为单机单管时，甩调节保证计算应在60一l00的负荷范围内进行计算，以降低甩负荷时的反向水推力。为引水系统惯性时间常数，是造成调节系统不稳定的主要因素之一，Tw过大将恶化调节系统动态特性。而为机组惯性时间常数，它表示机组达到额定角速度所需时间，其大小也就代表机组本身惯性大小。Tw和Ta均需经计算比较后择优选择。三、调保计算步骤先对设计工况计算，给定Ts值，一般电站Ts可

23、在4-8秒内选取，计算和；若超过允许值，则适当调整Ts，再计算，如满足要求，则计算最大水头甩全负荷；此时因为最大水头带全负荷时导叶开度比较小，故实际关闭时间将不是Ts，而是或+式中：和分别是在Hmax和HP带全负荷时的导叶开度； ，和分别是在Hmax和HP带全负荷时导叶接力器的直线关闭时间，如最大水头甩负荷时和值超过规定值，则还要调整Ts，并重新对设计工况进行计算，如满足要求，则计算结束。四、调保计算公式建议参考参考资料二，并应适当考虑水流惯性。五、原始数据取得1、LV应按从进水口至直锥式尾水管出口分段进行计算然后叠加。其中钢管部分和直锥式尾水管部分的LV通常是全部计入的，而直轴引水室Zw有时

24、取一部分(如一半)，因为直轴引水室并不是全部串联在管路中，压力钢管流道可取经济流速约5米/秒左右，遂洞内流速约为3米秒左右。2、发电机GD2，可根据同型号发电机在手册中查得。(参考资料五和七)或按下列公式近似计算：GD2=(4.5-5.5)li (吨米2)其中：Di定子铁芯内径；Li定于铁芯高度(单位均为米)。六、调速设备选择计算：参看参考资料二和六。新的大中型电站一般应选用电调选油压装置时先不考虑主阀等其他设备。第三节 辅助设备一、水系统1、技术供水(1)确定哪些设备用水进行冷却、润滑、操作的，按参考资料三或参考资料所述的方法进行用水量估算，水温按25考虑。(2)水源和供水方式根据电站水头，

25、按参考资料十二的规定，确定供水方式如所采用的供水方式不符合规程规定，应通过技术经济比较进行论证。供水设备选择，确定滤水器型式和个数；采用水泵供水时，应首先确定设备配置方式，再根据水压水量要求选择水泵，并按参考资料十二的要求设置备用泵，校验吸水高、确定是否设置起动充水设施。采用射流泵供水时，应按参考资料五所介绍的方法，确定射流泵的主要参数。2、消火用水灭火遗留问题较多、可靠性较差，发电机灭火方式时，采用CO2灭火介质作为贯流式发电机组灭火较为适宜。（1）灯泡式发电机的特点灯泡式发电机工作在水下灯泡体内，很难发现火灾，必须采用自动化灭火装置；灯泡机组密封性防止CO2泄漏更有利；灯泡机组长期工作在水

26、下，善后处理困难，发电机绝缘不适合采用水作灭火介质。（2）灯泡式发电机灭火装置设计筒况灯泡式发电机灭火装置采用全充满CO2灭火系统，由储罐、输气管、喷头及报警启动设备组成。CO2贮存在低压储罐内集中供气方式，经输气管送至发电机机房。为维持CO2灭火浓度，保证灭火质量，每组设两套管路，一套是紧急灭火释放CO2，另一套是维持和补充CO2。在机坑里装设烟雾信号和光敏元件作为传感器，设自动和手动设备，CO2设计用旦Ms可按下式计算： Mc1.08Ms(kg)式中：Mc 理论储存量(kg)；Ms 计算用量(kg)；K1 面积折减系数，Kl0.2kg/m2；K2 体积折减系数，K20.7kg/m2；A 折

27、算面积(m2)；Av 发电机灭火区侧面、底面、顶面总面积(含开口面积)(m2)；Ao 开口总面积(m2)；V 发电机灭火净空间容积(m3)。3、技术和生活供水灯泡机组运行水头低，应根据电站具体水温、水质条件，确定水源，改善机组的冷却润滑条件。（1）清水电站供水方式可从上游取水自流供水，而排水至集水井，由厂房渗漏排水泵排至下游，水头稍高的电站，甚至可以自流排水。如广东白垢水电站运行水头较低(Hmax9.8m、Hr6.2m)，采用上述供水方式。 （2）浑水电站供水方式多泥沙河流，水源取水口应设置斜管式取水口，设置蜂窝式斜管沉淀池，并在取水口设置高压冲水管便于随时冲洗。（3）分别供水方式灯泡机组的轴

28、承供水系统和发电机冷却供水系统分为两部分，互不联通。发电机多采用密闭循环水冷却器冷却方式，用经软化的清洁水做为循环水，在冷却套夹层内热水与河水进行热交换，减少结垢现象和清洁水量。技术供水仅供轴承冷却器、主轴密封及设备消防用水。（4）蜂窝式斜管沉淀池设计计算 斜管的长度8001000mm，可根据水力计算并结合斜管材料决定。根据斜管内流态及颗粒在沉淀过程中水平流速的变化而推导出来颗粒沉降的轨迹而得出斜管长度的水力计算公式：式中：d 斜管断面内径或边距，2535mm，大型水池50mm左右；l 斜管长度(mm)；u。 设计采用的管内上升流速，一般采用3.04.0mm/s；o设计采用的颗粒沉降速度(mm

29、/s)；斜管水平倾角( )；斜管的水平倾角常采用60 。蜂窝斜管沉淀池设计要领：斜管上部清水区高度，不少于1.0m。斜管下部布水区高度不小于1.5，进口应设置穿孔墙或格栅等整流措施。积泥区高度应根据排沙量、沉淀浓缩程度和排沙方式决定。斜管沉淀池采用侧面进水时，斜管倾斜以适应其进水为宜。斜管材料：聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、玻璃钢、铝制品等。(5)厂房消火：按每个消火栓用水量2.5升/秒，两个同时工作考虑。(6)油库及变压器的水喷雾消火：另设系统，本设计可暂不考虑。(7)生活供水：考虑厂房内运行，检修人员的卫生用水及饮用水，用水量较小，可不予计算，但供水可靠性应予保证。(8)根据电站水头及引水方式

30、选择供水设备3、检修排水(1)择水体积估算根据电站具体情况确定检修时下游尾水位。钢管段：蝴蝶阀或进口闸门至直锥引水室进口段直锥引水室：分段计算，中心流线按长度量取，近似按圆台或棱台计算；或取始末断面平均值，近拟按圆柱体或棱柱体计算。直锥式尾水管：分三段计算，直锥段按圆台计算。弯肘段中心流线按长度量取，取始末断面平均值，近似按棱柱体计算。水平段按棱台计算(2)上下游闸门漏水量估算。(3)检修排水泵选择。4、渗漏排水(1)参考类似已建电站确定集水井有效容积，将水泵房和集水井布置在两尾水管之间，排水排至渗漏集水井应保证渗漏排水可靠性。机组检修排水采取进水流通及尾水管道连通的方式，利用相邻机组段压力水

31、进行管路注水冲淤，再启动水泵进行排水。另外，闸门门槽要设冲沙排淤设施，用于检修闸门两侧门槽冲沙，管路上要设置逆止阀，防止水流倒灌增加排水泵负担。(2)选择渗漏水泵。5、绘制水系统图供水和排水，渗漏和检修拌水，一般分开设置系统，亦可考虑有一定联系，水泵互为备用。根据表达清楚的需要，供水、排水可绘在同一张图上，亦可分开绘两张图，图上应标明主要管道的管径，自流供水按V=1.5-7米秒，与水泵连接的管道，按水泵出口流速。图上应示出必要的自动化元件。二、气系统1、确定厂内压缩空气供气对象及各用户对气压的要求，设置厂内综合供气系统。2、各用户的用气量计算，参阅参考资料三所介绍的计算方法计算中应注意以下问题

32、：按照对电气主结线及运行方式的初步考虑，分析确定同时制动机组台数，进行制动用气计算。调相计算时，空压机选择，应考虑按全厂的所有机组同时进行调相的条件，但依次投入。调相用气量的大小随下游尾水位的高低而变化。调相贮气缸的选择应考虑在调相可能的最高尾水位时压水所需的用气量。蝶阀围带用气量较小，可不予计算。但其气压要求应予保证。如电气部分选用空气断路器，在厂外设压缩空气系统，本设计可暂不考虑。 3、选择贮气罐和空压机 参阅参考资料三所介绍的计算方法，及参考资料所载的设备型号规格。 4、绘制气系统图 高低压系统可分开设置，亦可有一定联系。对于干燥要求较高的压缩空气用户，应对气考虑干燥措施，如热力干燥，对

33、于供气可靠性要求较高的压缩空气用户，应有保证措施，如设置专用系统或设置经止回阀连结的专用贮气罐三、透平油系统 1、确定透平油用户，设备用油量估算参阅参考资料五。 2、桶和油处理设备选择，按参考资料三所介绍的计算方法，及参考资料五所载的设备型号规格。3、将水轮机轴承润滑油系统单独设置，防止水导轴承渗水影响调速器与发电机用油质量。另外，灯泡机组回油箱都布置在机组导水机构与锥形尾水管下方，在设计中应注意防止渗水，及回油箱油泵电动机及自动化元件防潮。4、灯泡机组轴承油系统设有轴承油箱，高位油箱。为保证供油可靠，轴承油箱上装有2台轴承供油泵组，互为备用。轴承油从轴承油箱净油经止回阎、滤油器泵至高位油箱。

34、轴承油泵由高位油箱中的油位信号器控制。轴承油从高位油箱自流经过其供油总管，电磁配压阀操作的液位阀再分4个分支经流量控制器分别向4个轴承(水导轴承，发电机导轴承和正、反向推力轴承)供油。各轴承回油自流经总管至轴承污油区。自流油压约0.27MPa。供油总管上的液位阀在开机前打开，停机后关闭。5、设导轴承高压油顶起装置在机组启动前至40nr和机组停机转速阵为40nr后投入。迫使径向导轴承建立油膜，以避免低速运行时烧瓦。发电机导轴承和水轮机导轴承各有一套高压油顶起装置，实测顶起油压15MPa，稳定油压6MPa，轴承顶起高度水导轴承为0.3mm，发电机导轴承为0.350.45mm，顶起时间为2s。插装式

35、油源块运行无噪音，动作精确可靠，调整方便且体积小。四，成果要求 1、水、气、油系统设计说明书，计算书各一份。 2、水、气系统图各一份。第四节 电气部分一、设计要求(一)符合国家经济建设的各项方针和政策。(二)符合国家或部颁的各项设计规程和要求。(三)在满足必要的供电可靠性和灵活性及保证电能质量的前提下，力争降低投资及年运行费用。(四)尽量采用新技术和选用技术经济指标先进的设备及材料。二、接入系统设计(一)分析已知条件1、分析本电站在电力系统中的地位，考虑本电站对系统送电的要求及最少送电回路数。2、根据电力系统地理接线图，考虑本电站可能接入的地点及电压等级。(二)估算送电容量l、送电容量=本电站

36、最大出力-近区供电负荷-本电站自用电负荷+有可能通过本 站转送的容量。2、水电站自用电负荷按电站装机容量的(0.31.0)估算，电站容量越大比例数越小。(三)根据(一)、(二)两项，以及各级电压线路的输送容量与送电距离的关系(参见参考资料四1，5节)，提出几个技术上可能的接入系统的方案。1、方案应包括接入系统地点，电压等级和送电回路数。2、方案不宜过多，应剔除明显不经济方案。(四)选择各方案送电线路的截面1、计算送电线路工作电流(安)式中：P送电容量(千瓦)；nxl送电回路数；U电线路定线电压(千伏)；cos送电功率因数，考虑到电力系统的经济性，升压变的功率损耗和近区负荷用电及自用电负荷的功率

37、因数较低等原因，送电功率因数(cos)可取略高于发电机的额定功率因数，如cos=0.8，取cos=0.85，取cos=0.9等。2、一般按经济电流密度选择送电线路导线截面。参见参考资料四15节，参考资料十49节。3、送电线路导线通常选用钢芯铝铰线(LGJQ型)。参见参考资料十一401节。4、按最大允许长期工作电流校验导线截面。参见参考资料四4-9节，参考资料十49节和附录14节。5、按电晕条件校验导线截面。参考资料同上。6、列表说明接入系统方案。表式见表六。表六 接入系统方案方案一二三接入系统地点送电线路电压等级（KV）送电回路数送电线路长度（KM）送电线路导线型号 (五)各方案技术经济比较(

38、如方案优缺点明显，比较可以简化)。1、技术比较从运行方式、安全性、可靠性、灵活性及扩建或分期建设的可能性等诸方面，阐述和比较各方案的优缺点。2、经济比较1)可只比较各方案中不同的部分。2)由于方案的电压等级及回路数不同，有可能影响主接线，因此，必要时应结合主接线方案一并进行比较。3)投资(K)比较，包括送电线路投资，本电站及接入系统处增加的变压器和配电装置(按单元计算)的投资等。为简化起见不考虑因为方案功率损耗增加而增加的装机投资。投资指标参见参考资料十三，参考资料十附录1-4节4)年运行费用比较 (1)计算折旧费用(a)折旧费(a)占其投资(K)的百分比，可参考表七。表七 折旧费(a)占其投

39、资(K)的百分比变压器配电装置送电线路铁塔混凝土杆6%（6-10）%4.5%3% (2)计算维护费用(CP)Cp=20a (3)计算送电线路年电能损耗为简化起见，不比较送电线路及变压器的无功功率损耗。35002350215020001800160040002750260024002200200045003553000290027002500500036003500340032003000550040040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665060

40、006550650064008000740073507250送电线路最大有功功率损耗PXL=nXLPXLOPXL2L(千瓦)PXL=3nXLIXL2R0L10-3(千瓦)式中：nxl送电回路数；nxl线路电力损失常数(千瓦兆瓦2公里)，参见参考资料十附录1-4；PXLO回线路最大送电功率(兆瓦)；PxL每回线路长度(公里)；L每回线路最大线电流(安)；IxL导线单位长度电阻(欧公里)，参见参考资料十40-1节；Ro电线路年电能损耗，参见参数资料十四。量大功率损耗时间，其值查表八。表 八 最大功率损耗时间最大负荷利用小时数（Tzd）功率因素（cos）0.80.850.90.950.97最大功率损

41、耗时间（）2000150012001000800700250017001500125011009503000200018001600140012503500235021502000180016004000275026002400220020004500315530002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665060006550650064008000740073

42、507250（4）计算变压器年电能损耗一台双绕组变压器最大功率中随负荷变化的部分PKB=PKO(SBcos)(千瓦)或 PKB=PKO(SBcos)(千瓦)式中：PKo变压器电力损失计算常数(千瓦/兆瓦)，参见参考资料十附录14； SB咬压器最大负荷(兆伏安)；PK变压器短路损耗(千瓦)；S变压器额定容量(千伏安)。一台三绕组变压器最大功率损耗中随负荷变化的部分。式中：P1、P2、P3和Q1、Q2、Q3相应地为通过1、2、3绕组的有功功率和无功功率（千瓦）；V1e绕组的额定电压（千伏）。三绕组变压器的参数计算，参见参考资料十四，2-3节。变压器的年电能耗损中的不变部分，等于变压在的空载损耗P0

43、（千瓦），其值参见资料十三，参考资料十一，231节。变压器的电能损耗AB =nBP0T+ nBPKB (度)式中：nB并联运行变压器台数；T变压器年运行小时数。（5）计算年运行小时数Ca=(AXL+AB)y(元)式中：y经济比较用价，取0.3元/度。（6）计算年运行费用C=a+Cp+Ca(元)（7）进行经济比较，结果列表说明。表式见表九。表九 经济比较说明方案一二三投资K万元年运行费用C万元补偿年限T年比较结果a、投资及年运行费用最小的方案是经济上最好的方案，b、如投资及运行费用各有优劣时，应以某一方案为基准，其它方案与之比较，求补偿年限。标准补偿年限TB取6-7年。当TTB时，投资较小的方案

44、经济上有利；当TTB时，投资较大的方案经济上有利；当T=TB时，两方案经济价值相等，通常选用电压较高的送电方案。3、综合技术经济比较结果，选择最佳的接入系统设计方案。应注意，如在后续设计中，如主变或配电装置的配置情况与本段设计中设想有不同，则应反复比较，以选择最佳的接入系统设计方案。(六)如有近区供电要求，应作近区供电方案的设计，步骤同上。但因近区供电一般负荷较小，故可据情适当简化。对于35千伏以下电压级的供电线路，应校验线路电压降，且不得大于10，参见参考资料四，1-5节三，主接线设计(参见参考资料四第六章，参考资料十二第三章)(一)分部考虑主接线，通常可分以下几部分：1、发电机电压侧；2、

45、送电电压侧；3、近区负荷侧；4、电站自用电侧。(二)发电机电压侧的主接线设计1、水轮发电机额定电压的选择，可参见表十。表十 水轮发电机额定电压容量兆瓦42525100100200300额定电压千伏6.310.510.53.815.7515.75182、发电机电压侧的主接线，通常采用单元接线，联合单元接线或扩大单元接线，必要时可采用单元+扩大单元接线（机组台数为奇数）。对于容量较小（20-100兆瓦）的机组，亦可选用单母线或单母线分段接线。3、与此同时，应选择主变压器的台数和容量，主变压器一般选用三相式，如受地形及运输条件限制，亦可选用单相变压器组。主变压器的容量按连接的发电机额定容量选择变压器

46、。容量在100000千伏安以下时，应选用标准容量产品，且富裕容量一般不应超过额定容量的10%；容量在100000千伏安及以上时，允许按连接的发电机额定容量选择非标准系列容量的变压器。4、水轮发电机的单相接地电容电流大于5安时，发电机中性点应该通过隔离开关，接入消弧线圈。式中：K系数，对于B级绝缘的发电机，取004；S发电机容量(千伏安)；Ue发电机额定线电压(千伏)；n转速(转分)。水轮发电机单相接地时的电容电流：Lid= (安)= (安)式中：f发电机额定频率，我国为50赫芝。应接入的消弧线圈的计算容量，可按下式计算： Q=1.35IjdU(千伏安)式中：Ue发电机的额定相电压(千伏)。5、

47、发电机变压器单元接线，发电机电压侧可只装隔离开关而不装断谣器，但需要由此变压器向全厂公用电变压器供电例外，如主变为三绕组或自耦变压器，当发电机停机时两个升高电压级之间无交换功率必要时，亦可不在发电机电压侧装设断路器。(三)送电电压侧1、110千伏以上电压级通常采用桥形(4个进出线单元)或角形(36个进出线单元)接线。只在水电站容量特大。在电力系统中地位特别重要，且进出线在4回以上时，才采取双母线，双母线带旁路，1或1：断路器双母线等接线。35110千伏电压级亦可采用单母线或单母线分段接线。2、110千伏及以上电压系统变压器的中性点，通常经隔离开关直接接地。3、当有两级送电电压，同时各电压侧通过

48、容量为变压器容量的20及以上时，一般选用三绕组变压器，如此两级电压均为中性点直接接地系统。在技术经济上合理时，亦可选自耦变压器根据以上(二)、(三)节，应确定各方案的主变台数，容量及型式。(四)、近区负荷侧1、近区负荷侧接线，在满足供电要求的前提下，应力求简单，可采用线路一变压器组，桥形或单母线接线。2、35千伏系统变压器的中性点，通常通过隔离开关经消弧线圈接地，单相接地电容电流和消弧线圈容量的计算，参见参考资料四16节10千伏及以下系统中性点通常是不接地的。3、近区负荷在符合上述(三)3条件时，亦选择三绕组变压器变主变压器，兼供近区负荷。4、发电机容量在60000千瓦以上时，不采用发电机电压

49、直配架空线供近区负荷方式，小于以上容量，如确有必要时，则应按过电压保护的要求，采用相应的措施，详见参考资料四，56节。(五)自用电负荷侧1、中型水电站应具有两个独立的自用电电源，全厂公用电和机组自用电，可以共用变压器混合供电。大型水电站应不少于三个独立的自用电电源，其中一个可由地区电网取得。大容量、多机组的水电站，可考虑由各单元不经断路器直接引出机组自用变，全厂另设公用自用变。当全厂停机时，应保证至少有一个自用电电源。2、机组自用电供电电压一般为低压380220伏，全厂公用电可以也用一级低压供电。只有大型水电站，枢纽布置分散时公用自用电方由一级高压(310千伏)及一级低压供电。3、自用电变压器

50、容量应根据自用电负荷及保证自起动电压的要求选定在本设计中，亦可近似地推算求得4、自用电通常采用单母线分段接线，各分段间应相互联络，可以备用(六)技术经济比较1、主接线应根据上述要求，分析设计电站的情况，考虑几个技术上可行的方案，进行技术经济比较。本设计考虑的重点应放在发电机电压侧和升高电压侧技术经济比较方法参见本节二(五)。2、如前所述，主接线方案的选择，应结合接入系统设计一并考虑。3、如在后续设计如设备选择中，发现与本段设计中设想有不同，则应反复比较，以求得最佳主接线方案。四、短路电流计算(参见参考资料四，第二章)(一)计算目的本设计中短路电流的计算目的在于选择电气设备(二)计算原则1、计算

51、最大运行方式下三相短路故障2、短路计算按运算曲线法进行。3、自用电低压侧短路不进行计算，(三)计算程序1、绘制计算电路图2、选择短路计算点通常新建工程设计中，均以母线短路时的短路电流作为选择电气设备的依据，因此，本设计中短路计算点可以选择：(1)升压电压侧母线；(2)近区供电高压侧母线；(3)发电机电压侧母线，无母线时选发电机出口；(4)有高压供电的自用电高压母线或自用变出口；(5)自用电或近区供电出线，如加装电抗器以限制短路电流时，则选择电抗器出口(即不考虑电抗器与出线断路器之间短路)。3、选定基准值，计算参加短路计算的各元件电抗标么值。4、绘制等值电路图。5分别不同的短路点，对等值电路图进

52、行简化，求出短路的总电抗或各类电源对短路点的转移电抗。6、求短路电流I”、I标么值，无限大电源系统直接计算，有限容量电源按发电机类别查运算曲线。利用叠加原理求总电流。7、按设计要求，求出I”、I、iCHS” 的有名值。8、列表整理计算结果。表式参见表十一。表十一 计算结果整理短路点供给短路电流的电源平均额定电压短路电流短路容量I”IichS”KVKAKAKAMVAdl无限大系统XX水电站XX火电站合计d2(四)计算注意事项1、计算时均选用平均额定电压(参见参考资料四、表2-4)；计算电源的额定电流时亦选用平均额定电压。2、电源至短路点的电抗Xjd3时即可视为无限大电源系统。各无限大电源可以合并

53、；发电站类型相同，且至短路点的计算电抗相近时亦可合并，以简化计算，否则，应按个别变换法进行计算。3、对于多角形等复杂电路，可以用Y-变换法及串、并联运算，逐步交换，予以简化。亦可参见参考资料十表3-5、3-6直接交换。4、查运算曲线用标么电抗值，必须是已归算到该供电电源总容量的计算电抗。对于水轮发电机(有阻尼绕组)，查曲线时，其电抗应再加0.07。5、计算冲击短路电流，有发电机端短路情况时，只将该发电机按式iCH=2.7 I”进行计算，其它并非直接在机端短路的发电机，仍应按式iCH=2.55 I”计算，然后再叠加求总的冲击短路电流。五、电气设备选择(参见参考资料四、第四章，参考资料十第四章)(

54、一)本设计中需要选择的电气设备及其选择条件，参见表十-：表十二 电气设备选择条件设备名称形式额定电压额 定电流额 定 容 量阻 抗 电 压断 流 容 量短 路 动 稳 定短 路 热 稳 定百分 电 抗额 定 截 面电晕附件主变压器包括原方及付方近区变压器包括原方及付方自用变压器包括原方及付方断路器隔离开关消弧线圈必要时进行选择限流电抗器必要时进行选择电力电缆必要时进行选择母 线时间不够可不做高压熔断器电压互感器包括原方和付方电流互感器时间不够可不做(二)选择结果列表说明，表式参见十三、十四、十五、十六。表十三 选择结果（一）设备名称安装位置型号额定电压台数其它技术数据附注变压器主变压器近区变压器自用变压器M消弧线圈发电机中性点M限流电抗器自用电高压出线M电压互感器110KVM发电机出口M高压熔断器110KV压互感器压互感器表十四 选择结果（二）设备安装地点计算值注路计算点作电压作电流路电充峰值暂态短路容量路计算时间想时间稳定号数定电压限通过电流峰值流容量稳定ggch”/Itg2tgt2tVAAMVASSkA2SVAVAA2S110