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贵港贯流式水电站设计说明书.docx

1、 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)

2、   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…………

3、……………(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

4、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

5、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………………

6、…………………………………………(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…………………………

7、………………(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…………………………………………………

8、 (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

9、 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)

10、 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

11、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~

12、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)

13、 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

14、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24

15、mw 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)

16、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

17、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) n1

18、1p (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)

19、 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

20、 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

21、 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

22、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=4611.25 150

23、0 500 753.4 700.2 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

24、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

25、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 G

26、W·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

27、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 2

28、592 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

29、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

30、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-

31、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+

32、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

33、 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

34、 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

35、 (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)

36、 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

37、 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

38、 (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

39、 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) 6.68

40、6 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

41、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) ;

42、 (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=F

43、t×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)

44、 (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

45、 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

46、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

47、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

48、 (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%

49、 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1m

50、3/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

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