贵港贯流式水电站设计说明书.docx

目录第一章 贯流式水电站选型设计（4）第一节水轮机型号的选择（4）一贵港水电站的主要参数（4）二水轮机型号的初步选择（4）三额定水头（4）四安装高程（4）第二节水轮机的主要参数（4）一装机台数、安装高程（5）第三节技术经济指标的确定（8）一动能经济指标 （8）二机电设备投资和耗钢量 （8）第四节最优方案的选择 （9）一 水文代表年选择 （9） 二 确定最优方案（9） 三 最优方案主要参数（10）第五节最优方案的进出流水道的计算（11）第六节厂房（12）第二章 调节保证计算及调速设备的选择 （14） 第一节设计水头下甩负荷 （14） 一 机组流道水惯性计算 （14） 二 水流惯性时间常数（15） 三 压力上升计算（15） 四 转速上升计算（16）第二节最大水头甩负荷（16） 一 机组流道水惯性计算（16） 二 水流惯性时间常数（17） 三 压力上升计算（17） 四 转速上升计算（19）第三节调速设备的选择（19） 一 调节功计算及接力器的选择（19） 二 转桨接力器的选择（19） 三 高速器的选择（20） 四 油压装置的选择（20）第三章 辅助设备（20）第一节水系统 （20） 一 技术供水系统（20） 二 消防供水和生活供水（21） 三 检修排水（22） 四 渗漏排水计算（23）第二节气系统 （24） 一 气系统用户（24） 二 供气方式 （24） 三 设备选择 （24）第三节透平油系统 （25） 一 透平油系统的供油对象（25） 二 用油量估算 （25） 三 油桶及油处理设备选择（25）第四章 电气部分（26） 第一节 接入系统设计 （26） 一 接入系统分析 （26） 二 估算系统容量 （26） 三 确定可行方案 （26） 四 选择送电线路的截面 （26） 第二节 电器主接线设计 （27） 一 发电机侧 （27） 二 送电电压侧 （27） 三 电厂自用电侧（27） 第三节 短路电流计算 （27） 一 化简电路图 （28） 二 计算短路电流 （28） 三 计算各电站的短路电流 （29） 第四节 设备选择（30） 一 断路器的选择 （30） 二 隔离开关的选择（30） 三 变压器中性点的隔离开关选择（31） 四 避雷针的选择 （31） 五 电流互感器的选择（31） 六 发电机出口母线的选择（31） 七 电压互感器的选择（32） 八 其他设备的选择（32） 参考文献 （33） 第一章 贯流式水轮机的选型设计第一节 水轮机型号的初步选择一、贵港水电站的主要参数 Hmax=13.3m Hp=10.2m Hmin=2.5m二、水轮机型号的初步选择序号项目单位机型备注1转轮形式灯泡贯流式轴流转桨式2转轮型号GZXXXZZ560a3适用水头范围m18224最低运行水头m355转轮模型直径D1mnm3004606最优单位转速N10r/min1571407最优单位流量Q10L/S1800010608推荐使用最大单位流量L/S*28002900200统计值9模型最高效率%92.68910模型84%效率单位转速范围r/min约100248105192.511模型84%效率单位流量范围L/S58034105002520三、 额定水头确定了水轮机组的额定水头为9m。四、安装高程 按此公式 HMH 第二节 水轮机主要参数确定表1-2-1 GZTF-30水轮机模型转轮主要参数转轮型号 最有工况 限制工况GZTF07-30n(r/min)Q(m3/s)n(r/min)Q(m3/s)1551.7591.90.771842.8988.32.06 使用水头（m）转轮直径D（cm） 轮毂比 叶片数 18 30 0.4 4一、 装机台数、单机容量（一）装机台数4台，单机容量30mw1. 水轮机设计水头下出力 NG=30mw，发电机效率0.96，2. 水轮机转轮直径 （1-2-2）取D1=7.0m。3. 计算原型水轮机效率 原型水轮机最高效率为（见式1-2-4）： （1-2-原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-5）： （1-2-5）4. 同步转速的选择 取n=71.4r/min5水轮机原型流量计算 （1-2-8） （1-2-9）6. 检验水轮机的运行范围 （1-2-10） （1-2-11） （1-2-12）（二）装机台数5台，单机容量24mw1.水轮机设计水头下出力 NG=24mw，发电机效率0.96， （1-2-13）2.水轮机转轮直径 （1-2-14），取D1=6.0m。3.计算原型水轮机效率原型水轮机最高效率为（见式1-2-16）： （1-2-16） 原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-5）： （1-2-17）4.同步转速的选择 （1-2-19）取n=83.3r/min5.水轮机原型流量计算 （1-2-21）6.检验水轮机的运行范围 （1-2-22） （1-2-23） （1-2-24）（三）装机台数6台，单机容量20mw1.水轮机设计水头下出力 NG=20mw，发电机效率0.96， （1-2-25）2.水轮机转轮直径 （1-2-26） 3.计算原型水轮机效率原型水轮机最高效率为（见式1-2-28）： （1-2-28） 原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-29）： （1-2-29）4.同步转速的选择取n=82.2r/min5.水轮机原型流量计算 （1-2-33）6.检验水轮机的运行范围 （1-2-34） （1-2-35） （1-2-36）（四）各方案列表如下表1-2-2 方案列表转轮型号方 案台 数直 径(m)转速(r/min)n11min(r/min)n11p(r/min)n11max(r/min)GZTF07-30147.088.2288.6156.5137.0256.083.3288.6156.5137.0365.588.2280.1151.9133.0第三节 经济技术指标计算一、 动能经济指标1、 绘制运转特性曲线等效率曲线的绘制2、 根据所绘制的运转特性曲线计算各方案的年发电量二、机电设备投资和耗钢量（一）水利机械部分（1）水轮机的重量G1 表1-3-1 水轮机的重量估算项目D1（m）bK数量m(台)总重15.50.138.562.11542629.3(t)26.052.13592732.4(t)37.042.17823298.9(t)（2）发电机重量表1-3-2 水轮发电机基本尺寸的估算表项目转速(r/min)NG(kW)cosK1P(cm)Di(cm)lt(cm)GF(t)Gr(t)188.2200000.926.53427.5595.2103.1314.5154.1283.3240003628.4650.9109.5368.9180.8388.2300003430.4658.4126.4412.1201.9（3）起重机重量估算表1-3-3 起重机重估算项目NG(kW)D1(m)吊钩(t)平衡梁(t)Gr(t)启重量(t)跨度（m）启重机重量(t)1200005.54.074.578154.1162.824.7511422400064.074.578180.8189.427.012033000078.306.135201.9216.331.5162注：初估时，起重机跨度=D14.5 (m)（4）水利机械部分投资估算表1-3-4 水利机械部分投资估算项目台数水轮机(万元)调速器(万元)起重设备(万元)辅助设备(万元)设备安装(万元)总投资(万元)162629.32.5=6573.34801142.0=228.0328.0643.08252.3252732.42.5=6831.04001202.0=240.0336.2659.78466.9343298.92.5=8247.33201622.0=324.0398.4785.010074.7（二）电气部分表1-3-5 电气部分投资估算项目台数发电机(万元)变压器(万元)开关设备(万元)自动化设备(万元)设备安装(万元)总投资(万元)166314.53.0=4717.51800600806.1749.33955.4255368.93.0=4611.251500500753.4700.23453.6344412.13.0=4121.01200400654.5608.42862.9（三）土建部分为简化计算，直接采纳已有土建估算投资，方案列表如下 ：表1-3-6 已有土建估算投资项目台数NG(kW)D1(m)总投资(万元)16200005.530969.32524000628236.53430000725344.4第四节 最优方案选择一、水文代表年选择考虑南方电力系统水电容量比例较高，采用95%的设计保证率进行计算。二、确定最优方案表1-4-1 贵港水电站装机容量方案技术经济比较表 方案 项 目 单位装机容量MW120120120机组机型转轮直径M5.56.07.0单机容量MW202430机组台数台654能量指标年发电量GWh617.4599.4580.4装机利用小时h526249954759年有效电量GWh619592569替代容量MW89.182.575.9替代容量GWh609583560经济指标投资万元431774015738282单位千瓦投资元/kW319833463329单位电能投资元/(kWh)0.670.640.63单位有效电能投资元/(kWh)0.700.680.67案间差值装机容量MW46年发电量GWh1819年有效电量GWh2723投资万元30201875补充千瓦投资元/kW30201875补充电能投资元/(kWh)1.680.99补充有效电能投资元/(kWh)1.120.82（一）方案技术经济分析设计方案选用GZTF07-WP-550机组，装机容量为。三、最优方案主要参数1、设计流量 （1-4-3）2、吸出高度HS值= -5.335（m） （1-4-4）3、 水轮机比转速 （1-4-5） 表1-4-2 贵港水电站机组机型参数表项 目数 量转轮型号GZTF07WP550转轮直径m5.5额定转速r/min88.2额定水头m9.0水轮机单机额定出力MW20.62发电机效率%97.0单机容量MW20台数台6装机容量MW120额定工况单机转速n1r/min161.7单位流量Q1m3/s2.766*额定流量m3/s251水轮机效率%93.04比转速mkw800.2比速系数2592允许吸出高度m-5.335汽蚀系数GM1.7水轮机最高效率%95.1安装高程m23.7*当水头为7m时，机组最大流量是254m3/s。第五节 最优方案的进出流水道计算表1-5-1 比照流道示意图，计算各尺寸表参数名称经验公式数值灯泡比D3/D1：0.81.2D3/D1=1.0 (D3 =5.5m)灯泡大径D0=0.945D15.20m引水进口断面平均流速V=(1.01.2)V=1.1=3.51m3/s进口管宽度B1=(1.72.1)D1B1=1.9D1=10.45m机组间距B=(2.22.8)D1B=2.5D1=13.75m导叶高度b0=(0.320.42) D1b0=0.37 D1=2.037m导叶数目Z0=1624Z0=20导叶轴线与水机轴线相交点到转轮叶片转动轴线距离L1=(0.650.84) D1L1=0.745D1=4.1m灯泡体长L3=2.64D114.5m进口水道长L3=3.85D121.2m转轮室喉管直径d=0.973 D1d=5.35m转轮室出口短锥管半角5尾水管长度L2=(4.55.5) D1L2=5.0 D1=27.5m尾水管圆形断面过渡到方形断面出口当量锥角式中：n尾水管的扩散度，n=；F3、F5分别是尾水管进口和出口面积；D3尾水管进口直径。=1112确定进出口尺寸。第六节 厂房1、主厂房的长度L = B6台+LZ +L=13.756+15.0+5.5=103.0 m （1-6-1） 2、主厂房的宽度 初步主厂房总宽度为49.15m，定为50m， 3、主厂房的高度 (1)安装高程（见式1-6-2）安=W+Hs+D1/2 =23.7m （1-6-2）（2）尾水管底板高程 （见式1-6-3）：尾=安-H尾=12.42m （1-6-3）（3）开挖高程（见式1-6-4）：挖=尾-底=9.78m （1-6-4）（4）电气布置=安+B1/2+蜗壳顶部混凝土厚度(约2m)=31.025m （1-6-5）（5）厂房地面=电气布置+电气架空高度(约7m)+混凝土结构厚度(约1m) =38.3m （1-6-6）（6）吊=发+最大部件高度+高度方向的安全距离=53.0m （1-6-7）（7）天=吊+吊车尺寸+0.2m=56.0m 顶=天+屋顶大梁高度+屋面板厚度=58.5m （1-6-8）4、主厂房布置的构造要求5、进水口设计图1-61 进水口结构示意图6、桥吊选择经估算启重机的最大起重量约162.8吨（见表-），跨距为24.75m，选择2150吨起重机为该电站的起重设备。7、副厂房副厂房的面积要求见表1-6-1。表1-6-1 副厂房房间及参考面积副 厂 房 名 称房间面积（m2）A.直接生产副厂房中央控制室100继电保护盘室150电缆室50厂用动力盘室150蓄电池室4050酸室和套间1015蓄电池的通风机室1520充电机室1520直流盘室150载波电话室2040厂用变压器室200B.检修试验副厂房继电保护试验室3040精密仪器试验室2530测量表计试验室3035高压试验室2030电工修理间30储存室1015机械修理间4060工具间15起吊设备仓库1020油化验室1020C.间接生产副厂房交接班室2025运行分场1520检修分场1520总工程师室1520会议室1520生活间(厕所、盥洗室)1015第二章 调节保证计算及调速设备的选择 第一节 设计水头下甩负荷一、机组流道水流惯性计算1、进口到1号截面段 （2-1-1）2、1号截面段到2号截面段 （2-1-2）3、 2号截面段到3号截面段尾水管段 （2-1-3）4、3号截面段到4号截面段 （2-1-4）5、4号截面段到5号截面段 （2-1-5）6、5号截面段到6号截面段 （2-1-6）7、6号截面段到7号截面段 （2-1-7）二、水流惯性时间常数 （2-1-8）三、压力上升计算1、水击波传播速度 （2-1-9）2、选择TS值 （2-1-10）3、判断水击类型管路特性常数 （2-1-11）水击相长 （2-1-12）4、压力上升计算具体计算成果见表2-1-1表2-1-1 水击类型判断和水击计算序号参数计算公式单位计算结果1H0（m）9.02QO（m3/s）251.04（m2/s）220.855（m）54.2256（m/s）4.0737hw014.7980.3069水击类型间接末相水击100.3567110.4494120.08913HC(1+)H0(m)10.8914B0.410315V0（m/s）10.56516HB（m）1.2023四、转速上升计算表2-1-2 最大转速上升率计算成果序号参数计算公式单位公式1Tqs0.22TCs0.2513f1.27054nsr/min88.25TN（0.9-0.00063ns）(Ts-Tc)s3.06860.7816第二节 最大水头甩全负荷 （2-2-2）一、机组流道水流惯性计算 按流道截面形状按下图所示共分7个计算部分进行，设计流量为158.85m3/s.1、进口到1号截面段 （2-2-3）2、1号截面段到2号截面段 （2-2-4）3、2号截面段到3号截面段尾水管段 （2-2-5）4、3号截面段到4号截面段 （2-2-6）5、4号截面段到5号截面段 （2-2-7）6、5号截面段到6号截面段 （2-2-8）7、6号截面段到7号截面段 （2-2-9）二、水流惯性时间常数三、压力上升计算表2-2-3 水击类型判断和水击计算表序号参数计算公式单位计算结果1H0（m）13.32QO（m3/s）158.854（m2/s）139.775（m）54.2256（m/s）2.5787hw02.68380.1349水击类型间接末相水击100.1431110.2006120.03613HC(1+)H0(m)10.3614B0.16515V0（m/s）6.68616HB（m）2.006四、转速上升计算 （2-2-18）2、调节滞后时间常数Tc （2-2-19）3、水锤压力影响系数=1.1035 （2-2-20）4、 水轮机甩负荷的速率飞逸 =0.7091 （2-2-21）具体计算成果见表2-2-4。表2-2-4 最大转速上升率计算成果序号参数计算公式单位公式1Tqs0.22TCs0.2513f1.10354nsr/min88.25TN（0.9-0.00063ns）(Ts-Tc)s3.06860.7091第三节 调速设备的选择一、调节功计算及接力器的选择1、调节功的估算 （2-3-1）1、 选取导叶接力器直径选取接力器直径为550mm。3、 接力器最大行程 （2-3-3）； （2-3-4）二、 转桨接力器选择 （2-3-5） （2-3-6） （2-3-7）三、调速器的选择 由此可选取双调电气液压型调速器DST-100。四、油压装置的选择选取YS-5型分离式油压装置。第三章 辅助设备第一节 水系统一、技术供水系统（一）用水量估算1、空气冷却器用水量： （3-1-1）2、止推力轴承用水量：QT1=Ftnr0.75(l) =25388.20.75/1000=16.74（m3/h）3、导轴承用水量总荷重F= Gr+ G=592.3tQT2=Fnr0.75(l) =592.388.20.75/1000=39.18（m3/h）。4、水冷式变压器用水量QT3=S N1 10-3m3/h =20000110-3/0.91=21.98（m3/h） （3-1-3）5、水冷式空压机冷却用水量查表可见用水量很小，可忽略。6、 其余用水设备用水量 Q=353.43（m3/h） （3-1-4）（二）水温 Q=353.4380.1%=283.10(m3/h) （3-1-5）（三）水压（1）机组冷却器进口水压一般不超过2105Pa，取冷却器进口水压1.8105Pa。（2）水冷式变压器： 进口处水压一般不超过（0.50.8）105Pa，取为0.6105Pa。（四）水质（五）水源及供水方式1、取上游水库作水源2、供水方式 本电站采用水泵供水和自流加压供水相结合的供水方式。3、设备配置方式选20Sh-19型水泵，扬程22m。（六）技术供水系统及设备1、取水口直径选择（1）工作取水口 取公称直径Dg=600mm。（2）备用取水口 取公称直径的Dg=200mm。2、排水管出口 机组冷却水排水管出口设置在最低尾水位以下。3、滤水器 采用转动式滤水器，取公称直径Dg=600mm。每个备用取水口后设置一个，取公称直径Dg=200mm4、管道 表3-1-1 机组各冷却器各支管管径空气冷却器止推力轴承导轴承变压器其它QT（m3/h）272.016.7439.1821.983.53dT196.1648.6674.4555.7622.35标准管径20050806030二、消防和生活供水（一）消防用水用户、水压和水源 消防用水采用压力钢管取水，自流加压供水。（二）消防用水用户用水量1、发电机消防用水消火环管直径100mm，管长4.39m，末端水压为15MPa时，供水端所需压力为17mH2O（实线），喷水量为12l/s。2、厂房消火用水通常为布置整齐，使用方便，采用每个机组段设一个消火栓，采用单列布置。3、 油库及变压器的水喷雾消防供水另设系统暂不予考虑。4、生活供水三、检修排水1、进口到1号截面段 （3-1-12）2、1号截面段到2号截面段 （3-1-13）3、2号截面段到3号截面段尾水管段 （3-1-14） 4、3号截面段到4号截面段 （3-1-15） 5. 4号截面段到5号截面段 （3-1-16）6、5号截面段到6号截面段 （3-1-17）7、6号截面段到7号截面段 （3-1-18）（二）上、下游闸门漏水量估算1、上游闸门漏水量 （3-1-19）2、尾水闸门漏水量 （3-1-20）3、闸门总漏水量 （3-1-21）（三） 检修排水泵的选择1、计算水泵流量：（1）每小时需排除的水量 （3-1-22）（2）每台水泵流量设计四台检修泵， 为、2、水泵总扬程计算（1）估算水头总损失值 （3-1-23）（2）水泵扬程计算 （3-1-24）3、水泵选择选取水泵：16JD4902型水泵参数：Q=490 m3/h H=30 m=73% n=1460 rpm四、渗漏排水计算1、渗漏水量的估算2、集水井容积的确定 V集=（3060）q=5025/60=20.83() （3-1-25）3、渗漏排水泵选择选取水泵： 10JD1409型水泵的参数： Q=140m3/h H=45 m=72% n=1460 rpm4、渗漏排水泵的操作方式第二节 气 系 统一、气系统用户二、供气方式三、设备选择（一）厂内高压压缩空气系统1、空气压缩机选择 选用两台高压空压机为V-1/40，一台工作，一台备用，其生产率为1m3/min，风冷式。2、贮气罐选择 根据油压装置型号，供气方式和厂房布置条件选择储气罐容积为2m33、管道选择一般按经验选用，干管选用322.5mm的无缝钢管，支管按油压槽进气管接头尺寸选用20的管子。（二）厂内低压压缩空气系统1、制动用气 选取1V-3/8型风冷式空压机两台，正常情况下，一台工作，供风动工具及吹扫用气，一台备用。2、空气围带充气表3-2-1 供气设备明细表序号设备名称型号规格数量1高压空压机V-1/40排气量1m3/min，额定压力30kg/cm22台2低压空压机