热动与动力工程(水动方向)水电站毕业设计

设计任务书题目 WHX-8水电站初步设计

学院电力学院

专业热能与动力工程(水动)

姓名李逍遥

学号200806707

指导教师王逸飞

2014年6月5 日

一、毕业设计的目的

本毕业设计是本专业最后一个综合性实践环节，学生需要把本专业的主要专业知识融会贯通，用学过的知识与技能，结合工程实例，进行水电站机电工程的系统初步设计，达到工程设计的基本训练，以提高其综合专业素质。

二、主要设计内容

(一)水轮机与发电机部分

1、水轮机型号选择

2、应用主要综合特性曲线初步拟定待选方案。

3、通过初步的分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。

4、精选过程，要进行两个方案的动能经济比较。绘制运行特性曲线，进行机电设备的投资

估算及土建工程比较，对代表年进行水轮机的平均效率及电能计算。

5、最后确定最佳方案。并对最后确定的方案进行如下计算：

(1)水轮机飞逸转速；

(2)轴向力；

(3)导叶高程、导叶最大及最优开度；

(4)蜗壳水力计算及单线图；

(5)尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制；

(6)对水轮机结构的特殊要求。

6、发电机部分

（1）根据水轮机形式、单机出力、转速，确定发电机类型及结构形式，以及单机容量、电压等级，功率因数等。

（2）确定发电机的冷却方式及励磁方式。

（3）对发电机结构的特殊要求。

（4）估算发电机的外形尺寸。并绘制外形件图标好尺寸。

（二）电气部分

1、通过技术、经济的比较论证确定电站电气得主接线。

2、计算短路电流和选择主要电气设备。

3、确定厂用变压器台数、容量及连接地点。

4、配置电压、电流互感器，并确定其型号、变比和接线方式等。

5、初步规划二次回路的基本方案。

6、结合厂房布置，确定主要电气设备的布置。

7、绘制电气主接线图一张(包括互感器配置)

（三）水力机组辅助设备

1、主厂房起重设备选择：

(1)根据最大重件和机组合数，选择起重机的型式与台数及额定起重量。

(2)确定起重机的不同吊钩起重量、跨度、起升高度、工作速度、工作制。

(3)起重机试验方法。

(4)吊具、吊钩的尺寸。

2、主阀

(1)论证设置主阀的理由

(2)主阀的型式及操作方式

(3)操作能源的选择

(4)主阀的外形尺寸（包括伸缩节）

(5)主阀的重量

3、水轮机调节部分

(1)根据水轮机引排水系统尺寸、主机参数,进行调节保证计算,确定合理的关机时间。

(2)选择调速器的型式及型号，外形尺寸。

(3)选择压油装置的型式和型号，外形尺寸。

4、油系统

(1)确定油系统的服务对象、油系统类型。绘制油系统图，绝缘油和透平油分别绘制。

(2)计算最大充油设备充油量及全厂总充油量。

(3)计算选择贮油设备、净油设备、输油设备及管道直径。

(4)列设备明细表

5、压缩空气系统

(1)根据用气部门情况拟定供气系统图。

(2)贮气罐、空压机选择计算。

(3)列设备明细表。

6、技术供水系统；

(1)根据水头,水质确定供水系统的水源及供水方式,绘制供水系统图.

(2) 进行供水量估算、供水设备选择,包括水泵滤水器,管径.

(3)列设备明细表。

7、消防供水系统．

(1)根据水头确定消防供水的水源及供水方式.确定消防供水系统图.(跟技术供水系统图绘

在一起).

(2)估算消防供水量.

(3)供水设备(水泵)的选择.

(4)列设备明细表。

8、排水系统

(1)拟定排水方案,绘制排水系统图.包括检修排水和渗漏排水。

(2)估算排水量。

(3)进行排水泵选择。

(4)列设备明细表。

（四）厂房部分

1、根据主机尺寸，正确合理确定主厂房的尺寸、结构、布置主要构件。

2、根据枢纽布置及机电设备布置，确定厂内及进厂的交通通道，副厂房的位置及尺寸。

3、绘制厂房横剖面图1张、发电机层、水轮机层、蜗壳层等平面图3张，共四张。

（五）科技论文翻译

翻译2000汉字以上与本专业有关的科技论文。

三、重点研究问题

为达到综合训练和一定创新的目的，本设计中应重点研究如下问题：

1、设计工程中要切实做到理论与实际的结合，做到立论有据，计算正确，方案合理。

2、注意所设计水电站的特点及对设计的特殊要求，例如多泥沙水电站、高水头水电站，低水头水电站等。

3、注意新的设计方法和理论的应用，各部分设计都尽可能用先进设计理念和成熟的设计方法，选用先进的设备。同时注意不同容量电站对设备选择的不同要求，要考虑方案的先进性与经济性的综合。

四、主要技术指标或主要设计参数

(一)电站地理位置：岚岗水电站为我国南方某省的一座中型电站，距省城200km,交通方便,有公路可通电路。

(二)枢纽任务：以发电为主，兼顾防洪、航运、灌溉、养鱼等。

(三)水电站设计保证率：95%。

(四)水能开发方式：河床式水电站。

(五)地质概况：坝址处，河床表面为沙砾石和沙卵石覆盖，覆盖层约6米，两岸及覆盖层下为白晋纪流纹王岩及凝灰角砾石。

(六)水文气象资料

1.全年平均气温17.1℃，最高气温29.3℃，最低气温4.4℃。

2.全年平均湿度75% 。

3.坝址处最大风力为7级，多为北风，最大风速25-28米每秒，无冰冻。

4.泥沙：河流多年平均含沙量0.25kg/m3，最大月均含沙量为0.58kg/m3,实测最大含沙量为1.4kg/m3。

5.地震烈度：7度

6.代表水年径流量表(m3/s)

(七)电气系统及负荷情况

1.电站运行方式：并入系统，非洪期担任系统峰荷，洪水期担任系统腰荷。

2.主要为工农业负荷，以工业用户为主。

3. 220千伏出线回路4回均接入系统，110千伏出线2回均送电给负荷，110千伏侧最高负荷约占电量容量的20%，220千伏侧最高负荷约占电量容量的占80%。

4.电力系统情况及参数：本电站220kv母线短路时，系统供给的短路容量为2300MVA。

(八)工程枢纽组成情况

电站枢纽由溢流坝、发电厂房坝段及100吨级船闸所组成。大坝为实体混凝土重力坝，最大坝高为49.70米，坝顶高程为44.20米，左右两岸各设一灌溉渠道。

(九)枢纽规划主要参数

正常高水位36.0m 设计洪水位38.1m

校核洪水位42.5m 总库容 4.8亿立方米

水库调节性能:日调节

(十)交通情况

交通方便，有公路相通，水路可通航千吨级货轮直达工地。

(十一)水能规划参数

电站总装机容量200MW 保证出力80MW

最大水头：H max=33.0m 设计水头：H r=25m

平均水头H av=26.8m 最小水头：H min=18.0m

(十二)水库运行方式：

本电站只作日调节，上游水位保持正常高水位运行，当来水量大于电站引用流量时，通过溢流坝弃水。水头的变化主要由下游水位的变化而引起变化，引水及排水损失不计。

(十三)电站下游水位与流量关系

(十四)调保计算数据引排水系统（补）

水锤波速900m/s

机组进水口至机组中心线距离：29.3米

工作闸门至机组中心线距离：13.5米

尾水闸门至机组中心线距离：38.5米

其他尺寸由设计确定

五、设计成果要求

1、分别编写设计计算书和设计说明书各一份。格式要符合教务处的规定，并一律用计算机打印。

2、计算书要求计算正确,层次清晰,公式和系数选择要求正确合理并标明依据。

3、说明书要论证充分明确，结论清楚。书写字迹规整。

4、图纸要符合标准，电气主接线、厂房布置图纸其中一张图必须用计算机绘制。

5、说明书附英文标题与摘要

华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告

2010年3 月6 日

华北水利水电学院毕业设计

摘要

本设计为岚岗水电站初步设计，主要包括水轮机选型设计、电气一次设计、水力机组辅助设备及主厂房布置等四部分的设计内容。

水轮机选型设计部分：依据原始资料初步确定机组的台数和机型，从而形成了四种设计方案，然后对四种方案的技术参数进行计算和比较，精选出两种方案作为备选方案；同过绘制两个方案的综合运转特性曲线和等吸出高度线，进行比较后确定一个方案作为设计的最终方案，然后，算出所确定方案的蜗壳和尾水管参数。

电气一次设计部分：结合电站实际情况，形成种三初选方案，比较三种方案的供电可靠性及灵活性，选出两种精选方案，然后通过综合投资的比较，最终确定接线方式为双母线分段的接线方式，确定了四个短路点，并对四个短路点进行短路电流计算，得出短路电流值。在此基础上对设备的型号及形式进行了选择。最后绘制出一张电气主接线图。

水力机组辅助设备部分：首先进行起重机的计算与选择，然后进行调节保证计算，选出合适的导叶关闭时间，由此选择出合适的调速器和油压装置的型号，对油、气、水的用量作了详细的计算，并选择了各种设备的型号与所需台数。分别绘制油、气、水的系统图。

主厂房布置：根据已经计算的发电机、蜗壳、水轮机的尺寸，确定了厂房的宽度和长度，依据计算的结果确定了各个面的高程。根据电站实际情况对安装场与中控室作了布置，并绘制出了厂房横剖面图及发电机层、水轮机层和蜗壳尾水管层等三个层的平面布置图。

关键词：

水轮机、水力机组辅助设备、调节保证计算、蜗壳、尾水管。

I

华北水利水电学院毕业设计

Abstract

The design of the preliminary design of Lanang hydropower stations, including turbine type design, an electrical design, hydraulic unit auxiliary equipment and plant layout of the main four parts of the design elements.

Selection and design of turbine parts ：the original basis for the initial units to determine the number and type of Taiwan, thus the four designs, and then the four programs of technical parameters were calculated and compared. namely, the two programs as options; Drawing off with two programs integrated operating characteristic curve and such a high level of absorption lines, After comparing a program to determine the final design of the program, and then calculated by determining program scroll and a tail pipe parameters.

Design an electrical parts : the actual combined power station, formed three primaries, Comparing the three options of supply reliability and flexibility to select the best two programs, then pass the comprehensive investment, final wiring for the pentagon wiring, set four short-circuit, also four points short of short-circuit current calculation, the value of short-circuit current. Based on this model of the equipment and the format of choice。Finally map out a main electrical wiring plans.

Hydraulic unit auxiliary equipment : First lifting of calculation and choice, then adjust guarantee, selection of the appropriate guide vanes closing time, thus suitable choice governor and hydraulic device models for the oil, gas, Water usage in detail, and choosing the type of equipment required and the number of Taiwan。Drawing respectively oil, gas, water system map.

II

华北水利水电学院毕业设计Main Building Layout : According to calculations generators, volute, turbine size of the plant to determine the width and length, calculated on the basis of the results of the various surface elevation. According to the actual situation on the power station market with the installation of control room made layout, and drawing up the factory and Wang A map generator layer, volute turbine layer and tail pipe layer of the three-storey plan.

Key words :

Turbine, hydraulic unit auxiliary equipment, regulating assurance, scroll, tail pipes．

III

华北水利水电学院毕业设计

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

设计说明书

第一部分水轮机部分 (4)

1.1水轮机选型 (4)

1.1.1初选方案的拟定和选择 (4)

1.1.2装机台数的确定 (4)

1.2各初选方案基本参数确定 (4)

1.3精选方案的确定及其参数的计算 (6)

1.3.1精选方案的确定 (6)

1.3.2精选方案运转综合特性曲线的计算及绘制 (6)

1.3.3精选方案发电机型式及其参数的计算 (7)

1.4最佳方案的确定及蜗壳尾水管的水力设计 (9)

1.4.1最佳方案的确定 (9)

1.4.2最优方案蜗壳的计算 (9)

1.4.3最优方案尾水管的计算 (9)

第二部分电气部分 (10)

2.1方案的选择 (10)

2.1.1原始资料分析 (10)

2.1.2电气主接线初选方案的提出 (11)

2.1.3初选方案的比较和精选方案的确定 (11)

2.1.4精选方案的比较 (11)

2.1.5最佳方案的确定 (11)

2.2变压器的选择及电抗标幺值的计算 (11)

2.3短路电流的计算 (12)

2.4主要电气设备的选择 (13)

2.4.1断路器的选择与校核 (13)

2.4.2隔离开关的选择与校核 (14)

2.4.3发电机出口母线的选择与校核 (14)

2.4.4绝缘子与穿墙套管的选择与校验 (15)

2.4.5电压互感器的选择与校验 (15)

2.4.6电流互感器的选择与校验 (17)

2.4.7避雷器的选择与校验 (18)

2.4.8熔断器的选择与校验 (18)

2.4.9消弧线圈的选择与校验 (18)

第三部分水力机组辅助设备部分 (21)

3.1 主阀的选择 (21)

3.2水轮机调节保证计算 (21)

3.3调节设备的选择 (24)

3.4 油系统 (25)

3.4.1 油品的选择 (26)

3.4.2 用油量的计算 (26)

3.4.3 油系统的设备选择 (27)

IV

华北水利水电学院毕业设计

3.5 气系统 (29)

3.5.1 确定供气对象及供气类型 (29)

3.5.2 气系统设备选择 (30)

3.6技术供水系统 (32)

3.6.1技术供水水源 (32)

3.6.2 供水方式 (32)

3.6.3 设备配置方式 (32)

3.6.4 用水量计算 (33)

3.6.5 设备选择 (33)

3.7 排水系统 (33)

3.7.1 渗漏排水 (33)

3.7.2 检修排水 (34)

3.8 主厂房起重设备的选择 (35)

3.8.1起重机型式及台数的确定 (35)

3.8.2 起重机有关参数的确定 (35)

第四部分厂房部分 (36)

4.1 基本资料 (36)

4.2 主要设备基本参数 (36)

4.3 主厂房各高程及主要尺寸的确定 (37)

4.4 厂房的通风照明 (39)

4.5 厂房的交通及取暖 (39)

4.6 辅助设备及副厂房的布置 (39)

设计计算书 (41)

第一部分水轮机部分 (41)

1.1枢纽概况 (41)

1.2水轮机选型 (41)

1.2.1初选方案的拟定和选择 (41)

1.2.2装机台数的确定 (42)

1.3各初选方案基本参数确定 (42)

1.3.1方案一各技术参数的计算 (43)

1.3.2方案二各技术参数的计算 (47)

1.3.3方案三各技术参数的计算 (52)

1.4精选方案的确定及其参数的计算 (56)

1.4.1精选方案的确定 (56)

1.4.2精选方案运转综合特性曲线的计算及绘制 (56)

1.4.3精选方案发电机型式及其参数的计算 (67)

1.5最佳方案的确定及蜗壳尾水管的水力设计 (76)

1.5.1最佳方案的确定 (76)

1.5.2最优方案蜗壳的计算 (76)

1.6.3最优方案尾水管的计算 (80)

第二部分电气部分 (82)

2.1方案的选择 (83)

2.1.1原始资料分析 (83)

2.1.2水电站电气主接线的特点 (83)

2.1.3电气主接线初选方案的提出 (84)

2.1.4初选方案的比较和精选方案的确定 (86)

V

华北水利水电学院毕业设计

2.1.5精选方案的比较 (86)

2.1.6最佳方案的确定 (87)

2.2变压器的选择及电抗标幺值的计算 (87)

2.3短路电流的计算 (88)

2.4主要电气设备的选择 (94)

2.4.1断路器的选择与校核 (94)

2.4.2隔离开关的选择与校核 (102)

2.4.3发电机出口母线的选择与校核 (103)

2.4.4绝缘子与穿墙套管的选择与校验 (107)

2.4.5电压互感器的选择与校验 (108)

2.4.6电流互感器的选择与校验 (110)

2.4.7避雷器的选择与校验 (114)

2.4.8熔断器的选择与校验 (114)

2.4.9消弧线圈的选择与校验 (115)

第三部分水力机组辅助设备部分 (121)

3.1 主阀的选择 (122)

3.2水轮机调节保证计算 (122)

3.3调节设备的选择 (133)

3.4 油系统 (135)

3.4.1 油品的选择 (135)

3.4.2 用油量的计算 (136)

3.4.3 油系统的设备选择 (138)

3.5 气系统 (143)

3.5.1 确定供气对象及供气类型 (143)

3.5.2 气系统设备选择 (144)

3.6技术供水系统 (148)

3.6.1技术供水水源 (148)

3.6.2 供水方式 (148)

3.6.3 设备配置方式 (148)

3.6.4 对水温、水压、水质的要求 (148)

3.6.5 用水量计算 (149)

3.6.6 设备选择 (149)

3.7 排水系统 (149)

3.7.1 渗漏排水 (149)

3.7.2 检修排水 (151)

3.8 主厂房起重设备的选择 (154)

3.8.1起重机型式及台数的确定 (154)

3.8.2 起重机有关参数的确定 (155)

第四部分厂房部分 (156)

4.1 基本资料 (156)

4.2 主要设备基本参数 (156)

4.3 主厂房各高程及主要尺寸的确定 (157)

4.4 厂房的通风照明 (162)

4.5 厂房的交通及取暖 (162)

4.6 辅助设备及副厂房的布置 (163)

附录 (1)

VI

华北水利水电学院毕业设计参考文献 (179)

附图 (180)

VII

华北水利水电学院毕业设计

1 设计说明书

第一部分 水轮机部分

1.1概述

（1）水电站名称：岚岗水电站

（2）电站地理位置：岚岗水电站为我国南方某省的一座中型电站，距离省城200Km ，交通方便，

有公路可通电路。

（3）枢纽任务：以发电为主，兼顾防洪，航运，灌溉等。

（4）水能开发方式：河床式水电站

（5）水能规划参数

电站总装机容量 200MW 保证出力 80MW

最大水头33.0max m H = 设计水头 25.0m H r =

平均水头 26.8m H av = 最小水头18.0min m H =

1.2水轮机型号的选择

1.2.1型号的选择

本电站水头范围为18~33m ，查《水轮机》（刘大恺主编）13P 图1-22：各种水轮机应用范围图知轴流式、斜流式水轮机均可选用。斜流式水轮机由于制造工艺复杂，技术要求较高，在一定程度上限制了它的使用，因此，不选用斜流式水轮机。因此，只能选用轴流式水轮机。根据轴流式水轮机比转速与使用水头关系有：

)(46025

23002300kw m Hr n s ?===----《水轮机》P 3239-29式 查《水轮机》（刘大恺主编）370P 附表1：大、中型轴流式水轮机转轮型谱参数表选取ZZ440和ZZ460两种型号转轮，其基本参数如下表：

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2

表1-1 几种型号水轮机的参数

1.2.2机组台数的选择

由于电站近区无用户，电站并网运行。平时电站主要担任基荷，枯水期担任峰荷或腰荷。系统里的单机容量不能超过系统总容量的1/3，且对可靠性要求较高。由于电站在枯水期担任峰荷或腰荷，因此，对机组运行的灵活性要求较高。参照国内相似水电站取机组台数为2台或4台。

1.2.3初选方案列表

表1-2 初选方案列表

1.3各初选方案原型水轮机参数计算

表1-3 各初选方案参数列表

)

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3

各初选方案工作范围图绘制于附图1-1到1-4。

1.4精选方案的确定及其参数的计算

1.4.1精选方案的确定

对以上四种初选方案的参数进行比较：从工作范围看：方案四的工作范围较其它方案高效区较窄，应舍去；在同样出力条件下，方案一的原型效率较高；经济性指标中，方案一和方案二的几何吸出高度在满足空化指标的前提下远大于方案三和方案四，使开挖量大大减小，降低了电站的一次性投资。 所以，将方案一，二作为精选方案。

1-4精选方案参数列表

1.4.2方案一运转综合特性曲线的计算及绘制 （1）等效率曲线的绘制

效率修正值的计算，计算中所用到的主要公式有：

()10

5

1100

]7

.03.0[11H

Hm

D D T

M

M T +--=ηη，00M T ηηη-=?

表1-5方案二效率修正值

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/20ul.html