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

GZXXX
ZZ560a

3
适用水头范围
m
~18
~22

4
最低运行水头
m
3
5

5
转轮模型直径D1m
nm
300
460

6
最优单位转速N10
r/min
157
140

7
最优单位流量Q10
L/S
18000
1060

8
推荐使用最大单位流量
L/S
*2800~2900
200
统计值
9
模型最高效率
%
92.6
89

10
模型84%效率单位转速范围
r/min
约100~248
105~192.5

11
模型84%效率单位流量范围
L/S
580~3410
500~2520

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

GZTF07-30
n(r/min)
Q(m3/s)

n(r/min)
Q(m3/s)

155
1.75
91.9
0.77
184
2.89
88.3
2.06
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30mw
1. 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
①原型水轮机最高效率为（见式1-2-4）：
（1-2-
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/min
5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24mw
1.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
①原型水轮机最高效率为（见式1-2-16）：
（1-2-16）
②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/min
5.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20mw
1.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
①原型水轮机最高效率为（见式1-2-28）：
（1-2-28）
②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/min
5.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)
GZTF07-30
1
4
7.0
88.2
288.6
156.5
137.0
2
5
6.0
83.3
288.6
156.5
137.0
3
6
5.5
88.2
280.1
151.9
133.0
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）
b
K
数量m
(台)

总重
1
5.5
0.13
8.5
6
2.1154
2629.3(t)
2
6.0
5
2.1359
2732.4(t)
3
7.0
4
2.1782
3298.9(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)
cosφ
K1
P

(cm)
Di
(cm)
lt
(cm)
GF
(t)
Gr
(t)
1
88.2
20000
0.92
6.5
34
27.5
595.2
103.1
314.5
154.1
2
83.3
24000
36
28.4
650.9
109.5
368.9
180.8
3
88.2
30000
34
30.4
658.4
126.4
412.1
201.9
（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)
1
20000
5.5
4.07
4.578
154.1
162.8
24.75
114
2
24000
6
4.07
4.578
180.8
189.4
27.0
120
3
30000
7
8.30
6.135
201.9
216.3
31.5
162
注：初估时，起重机跨度=D1×4.5 (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)
1
6
2629.3×2.5=6573.3
480
114×2.0=228.0
328.0
643.0
8252.3
2
5
2732.4×2.5=6831.0
400
120×2.0=240.0
336.2
659.7
8466.9
3
4
3298.9×2.5=8247.3
320
162×2.0=324.0
398.4
785.0
10074.7

（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)
1
6
6×314.5×3.0=4717.5
1800
600
806.1
749.3
3955.4
2
5
5×368.9×3.0=4611.25
1500
500
753.4
700.2
3453.6
3
4
4×412.1×3.0=4121.0
1200
400
654.5
608.4
2862.9
（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)
1
6
20000
5.5
30969.3
2
5
24000
6
28236.5
3
4
30000
7
25344.4

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
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
装机容量
MW
120
120
120
机组机型

转轮直径
M
5.5
6.0
7.0
单机容量
MW
20
24
30
机组台数
台
6
5
4
能量

指标

年发电量
GW·h
617.4
599.4
580.4
装机利用小时
h
5262
4995
4759
年有效电量
GW·h
619
592
569
替代容量
MW
89.1
82.5
75.9
替代容量
GW·h
609
583
560
经济

指标
投资
万元
43177
40157
38282
单位千瓦投资
元/kW
3198
3346
3329
单位电能投资
元/(kW·h)
0.67
0.64
0.63
单位有效电能投资
元/(kW·h)
0.70
0.68
0.67
案
间
差值
装机容量
MW
4
6
年发电量
GW·h
18
19
年有效电量
GW·h
27
23
投资
万元
3020
1875
补充千瓦投资
元/kW
3020
1875
补充电能投资
元/(kW·h)
1.68
0.99
补充有效电能投资
元/(kW·h)
1.12
0.82

（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

GZTF07—WP—550
转轮直径
m
5.5
额定转速
r/min
88.2
额定水头
m
9.0
水轮机单机额定出力
MW
20.62
发电机效率
%
97.0
单机容量
MW
20
台数
台
6
装机容量
MW
120
额

定

工

况
单机转速n′1
r/min
161.7
单位流量Q′1
m3/s
2.766
*额定流量
m3/s
251
水轮机效率
%
93.04
比转速
m·kw
800.2
比速系数

2592
允许吸出高度
m
-5.335
汽蚀系数GM

1.7
水轮机最高效率
%
95.1
安装高程
m
23.7
*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/D1：0.8∽1.2
D3/D1=1.0 (D3 =5.5m)
灯泡大径
D0=0.945D1
5.20m
引水进口断面平均流速
V=(1.0∽1.2)
V=1.1=3.51m3/s
进口管宽度
B1=(1.7∽2.1)D1
B1=1.9D1=10.45m
机组间距
B=(2.2∽2.8)D1
B=2.5D1=13.75m
导叶高度
b0=(0.32∽0.42) D1
b0=0.37 D1=2.037m
导叶数目
Z0=16∽24
Z0=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=(0.65∽0.84) D1
L1=0.745D1=4.1m
灯泡体长
L3=2.64D1
14.5m
进口水道长
L3=3.85D1
21.2m
转轮室喉管直径
d=0.973 D1
d=5.35m
转轮室出口短锥管半角
β
5°
尾水管长度
L2=(4.5∽5.5) D1
L2=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。
θ=11∽12°确定进出口尺寸。

第六节 厂房
1、主厂房的长度
L = B×6台+LZ +ΔL=13.75×6+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2×150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
40～50
酸室和套间
10～15
蓄电池的通风机室
15～20
充电机室
15～20
直流盘室
150
载波电话室
20～40
厂用变压器室
200
B.检修试验副厂房
继电保护试验室
30～40
精密仪器试验室
25～30
测量表计试验室
30～35
高压试验室
20～30
电工修理间
30
储存室
10～15
机械修理间
40～60
工具间
15
起吊设备仓库
10～20
油化验室
10～20
C.间接生产副厂房
交接班室
20～25
运行分场
15～20
检修分场
15～20
总工程师室
15～20
会议室
15～20
生活间(厕所、盥洗室)
10～15
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
1
H0

（m）
9.0
2
QO

（m3/s）
251.0
4

（m2/s）
220.85
5

（m）
54.225
6

（m/s）
4.073
7
hwτ0

14.79
8
σ

0.306
9
水击类型

间接末相水击
10

0.3567
11

0.4494
12

0.089
13
HC
(1+)H0
(m)
10.89
14
ηB

0.4103
15
V0

（m/s）
10.565
16
HB

（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
1
Tq

s
0.2
2
TC

s
0.251
3
f

1.2705
4
ns

r/min
88.2
5
TN
（0.9-0.00063•ns）•(Ts-Tc)
s
3.068
6
β

0.7816
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
1
H0

（m）
13.3
2
QO

（m3/s）
158.85
4

（m2/s）
139.77
5

（m）
54.225
6

（m/s）
2.578
7
hwτ0

2.683
8
σ

0.134
9
水击类型

间接末相水击
10

0.1431
11

0.2006
12

0.036
13
HC
(1+)H0
(m)
10.36
14
ηB

0.165
15
V0

（m/s）
6.686
16
HB

（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
1
Tq

s
0.2
2
TC

s
0.251
3
f

1.1035
4
ns

r/min
88.2
5
TN
（0.9-0.00063•ns）•(Ts-Tc)
s
3.068
6
β

0.7091

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=Ft×nr×0.75(l) =253×88.2×0.75/1000=16.74（m3/h）
3、导轴承用水量
总荷重F= Gr+ G’=592.3t
QT2=F×nr×0.75(l) =592.3×88.2×0.75/1000=39.18（m3/h）。
4、水冷式变压器用水量
QT3=S N×1 ×10-3m3/h =20000×1×10-3/0.91=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=353.43×80.1%=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2×105Pa，取冷却器进口水压1.8×105Pa。
（2）水冷式变压器：
进口处水压一般不超过（0.5～0.8）×105Pa，取为0.6×105Pa。
（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=200mm
4、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）
272.0
16.74
39.18
21.98
3.53
dT
196.16
48.66
74.45
55.76
22.35
标准管径
200
50
80
60
30

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：16JD490×2型
水泵参数：Q=490 m3/h H=30 m
η=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=（30～60）q=50×25/60=20.83() （3-1-25）
3、渗漏排水泵选择
选取水泵： 10JD140×9型
水泵的参数： Q=140m3/h H=45 m
η=72% n=1460 rpm
4、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2m3
3、管道选择
一般按经验选用，干管选用φ32×2.5mm的无缝钢管，支管按油压槽进气管接头尺寸选用φ20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/cm2
2台
2
低压空压机