【正文】 1 2021 年秋水利水電工程專業(yè)水電站廠房課程設(shè)計(jì) 1. 課程設(shè)計(jì)的目的 課程設(shè)計(jì)是以工程實(shí)例為題，由學(xué)生獨(dú)立思考，靈活應(yīng)用有關(guān)的布置原則和要點(diǎn)，自己動(dòng)手布置廠房，從而鞏固和加深廠房部分的理論知識(shí)，并進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算，制圖和應(yīng)用技術(shù)資料的技能。 2. 工程樞紐概況 水庫(kù)庫(kù)區(qū)跨越 S、 N 兩河，地處 MY 縣城以北 20km，兩條河在 MY 縣城以南約 10km處匯合成 SN 河。 水庫(kù)是以防洪及工農(nóng)業(yè)供水為主要任務(wù)，兼有發(fā)電效益的綜合利用水利工程。 水庫(kù)各特征水位如下： 死水位： ▽ 正常高水位： ▽ 設(shè)計(jì)洪水位： ▽ 校核洪水位： ▽ 壩頂高程： ▽ 主要建筑物包括： （ 1）擋水建筑物 有 N、 S主壩兩座及副壩五處，為碾壓式粘土斜墻土壩，最大壩高為 N河 主壩，高 ，S 河主壩高 56m，各副壩 ～ 39m 不等。 （ 2）泄水建筑物 ①溢洪道：有 S河左岸第一、第二溢洪道。第一溢洪道為正常溢洪道，底部高程▽ 140m，宣泄超過(guò) 100年一遇的洪水，為 5孔帶胸墻式河岸溢洪道。 第二溢洪道為非常溢洪道，與第一溢洪道配合，宣泄 1000年洪水，底部高程▽ ，為 5孔開敞式河岸溢洪道。 ②隧洞： a. N河左岸發(fā)電隧洞，用作發(fā)電供水和下游工農(nóng)業(yè)供水，并在調(diào)壓井上游設(shè)泄水支洞，用以宣泄 10000年一遇特大洪水。進(jìn)水塔進(jìn)口底部高程為▽ ，洞徑 6m，洞長(zhǎng) 416m，底坡 i=1/400，調(diào)壓室為園筒式，內(nèi)徑 ，調(diào)壓室后接 2根埋藏式壓力鋼管，管徑 ，管長(zhǎng) 125m。 2 b. S河發(fā)電泄水隧洞，任務(wù)是施工導(dǎo)流，發(fā)電、灌溉、供水和泄水。 見(jiàn)圖 1所示。 ③壩下廊道： 為施工期的臨時(shí)建筑物，施工導(dǎo)流采取 S、 N 兩河分別導(dǎo)流的方式，故設(shè) N河導(dǎo)流廊道、170180190200210220230240250240230220210200190180170160150140130120110100圖一：樞紐布置圖（1：3000） S 河導(dǎo)流廊道，可宣泄 20 年一遇洪水，另有南石駱駝?shì)斔鹊?，用以泄?3 個(gè)流量的 3 灌帶、 灌溉 用水。 3. 廠房樞紐建筑物位置的選擇 （ 1）作為擋水建筑物的主壩分設(shè)于 S 河和 N河，經(jīng)比較， S 河地面高程高于白河壩址地面高程，故建 N河電站比建 S河電站多出 10m 水頭，每年可多發(fā)電 400 萬(wàn)度，所以，電站設(shè)在 N 河，裝機(jī)容量為 4 臺(tái)單機(jī) 15MW，共 60MW， N 河電站發(fā)電泄水可灌溉 MY 縣以下耕地。 廠房形式采用岸邊引水式廠房。 （ 2）壓力引水系統(tǒng)及廠房樞紐是布置在左岸還是右岸好？ 經(jīng)對(duì)左右岸兩個(gè)方案從地形、地質(zhì)、施工條件和運(yùn)行管理等幾個(gè)方面進(jìn)行分析和比較后認(rèn)為，右岸方案洞線較短（ 427m），有合適的布置調(diào)壓室的位置，出口處地形較低，電站尾水渠較短，調(diào)壓室可 布置在白色石英巖上，且接近對(duì)外鐵路，爆破時(shí)附近村莊不受干擾，而左岸方案洞線相對(duì)較長(zhǎng)，巖石破碎，鐵路進(jìn)廠要跨越河流，且尾水渠、廠房開挖量大，右岸方案優(yōu)點(diǎn)明顯較多，故取右岸方案。 （ 3）電站廠房布置在右岸何處？ 也比較了兩個(gè)方案，一是放在右岸下游小山溝上游坡地，二是放在泄洪支洞口。 廠房若布置在泄洪支洞處，優(yōu)點(diǎn)是引水隧洞和高壓輸水管道較短，廠房位于白色石英巖基上，有可能取消調(diào)壓室，缺點(diǎn)是岸壁很陡，平行于河岸的裂縫較發(fā)育，巖石削坡后有崩塌的危險(xiǎn)。廠房距壩太近，施工干擾大，另外，大約少利用 5m的落差，尾水渠亦較長(zhǎng)， 下游反調(diào)節(jié)池的修建要做較高的堤壩。 廠房若是布置在下游小山溝附近，其缺點(diǎn)是引水道較長(zhǎng)（約 510m），必須設(shè)調(diào)壓室。優(yōu)點(diǎn)是小山溝上游坡地地形較為平緩，地質(zhì)條件較好，修建廠房和調(diào)壓室都是安全的，距壩較遠(yuǎn)，干擾小，為了保證安全和多利用 5m 水頭，決定采用下游小山溝附近的方案。此方案廠房附近地形開敞，利用廠房樞紐的布置，而施工支洞處改為泄洪支洞，洞口發(fā)生過(guò)巖石崩塌現(xiàn)象。 （ 4）主廠房位置的選擇 主廠房左右位置的確定，是考慮到向右移動(dòng)時(shí)，主廠房地基將遇到強(qiáng)烈風(fēng)化的石灰?guī)r，向左移動(dòng)削坡工程顯著，據(jù)此確定了主廠房的左右位置。 廠房地區(qū)為輝綠巖地帶，處于半風(fēng)化狀態(tài)，廠房后山頭表面巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，在這樣的巖體中開挖 6根岔管將嚴(yán)重削弱山體，故將岔管放在山體外，做成明的，這樣廠房隨之外移，據(jù)此確定了主廠房的前后位置。 4＃ ＃3＃2 ＃1圖二:主結(jié) 線圖廠用4千 伏SN 410GN 410 千伏S FL 40500/110S FL 405 00/110110千 伏開關(guān)站 4 4. 電站主接線圖 水電站的主接線采用擴(kuò)大單元接線， 4 臺(tái) 15MW 水輪發(fā)電機(jī)組，用 2 臺(tái)主變結(jié)成兩個(gè)擴(kuò)大 單元，發(fā)電機(jī)出線電壓為 ，引出后進(jìn)低壓配電裝置室，經(jīng)斷路器和隔離開關(guān)連成 ，然后送主變升壓。升壓后的電流送 110kV開關(guān)站， 110kV高壓側(cè)采用單斷路器雙母線制，進(jìn)出線為二進(jìn)二出。 5. 基本資料和設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1）有關(guān)水電站工程概況的簡(jiǎn)要說(shuō)明如前述。 （ 2）壩址地形圖 1 張，比例為 1： 3000 （ 3）壩型為斜墻土壩，依據(jù)發(fā)電量及裝機(jī)容量，廠房按 Ⅱ 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。 （ 4）電站下游尾水位 最高尾水位： ▽ 正常尾水位： ▽ 單機(jī)滿負(fù)荷出力時(shí)尾水位： ▽ 最低尾水位： ▽ （ 5）水電站裝機(jī)容量 60MW，共 4 臺(tái)，廠房布置在右岸。 （ 6）電站設(shè)計(jì)水頭 HP=。 （ 7）水輪機(jī)型號(hào) ： HL220LJ225 轉(zhuǎn)輪重量： 14t 軸向水推力： 78t 汽蝕系數(shù)： σ =、 △σ = （ 8）蝸殼尾水管尺寸 （ 9）發(fā)電機(jī)型號(hào)： TS550/7928（ SF1528/550） 風(fēng)道直徑： 定子外徑： 轉(zhuǎn)子直徑： 轉(zhuǎn)子帶軸重： 其他尺寸見(jiàn)圖 5 所示。 （ 10）蝶閥尺寸： Ф 3400mm （ 11）電氣主接線：見(jiàn)圖 3 所示。 輸電電壓： 110kV 主變壓器型號(hào)： SFL40500/110 5 圖 5 發(fā)電機(jī)尺寸 （ 12）高壓開關(guān)站面積：長(zhǎng) 寬 =70 60m2 （ 13）輔助設(shè)備 ①調(diào)速器型號(hào)： T100 調(diào)速器尺寸： 1200 1500 1900mm ②油壓裝置： 油壓裝置尺寸：Φ 1000mm，高 2412mm （ 14）機(jī)旁盤數(shù)量：每臺(tái)機(jī)組 4塊 機(jī)旁盤每塊尺寸： 長(zhǎng) 寬 高 =800 400 2400mm 勵(lì)磁盤數(shù)量：每臺(tái)機(jī)組 5塊 勵(lì)磁盤每塊尺寸： 長(zhǎng) 寬 高 =800 900 1900mm （ 15）對(duì)外公路：右岸公路 6. 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 設(shè)計(jì)的內(nèi)容在給定工程樞紐布置和廠區(qū)位置的前提下，利用現(xiàn)有資料進(jìn)行廠房布置設(shè)計(jì)。 具體內(nèi)容包括： （ 1）確定主廠房的輪廓尺寸 確定廠房輪廓尺寸時(shí)有關(guān)機(jī)組和設(shè)備的尺寸可由給定的基本數(shù)據(jù)查找或查閱有關(guān)的工具書。 （ 2）繪出蝸殼與尾水管單線圖，擬定轉(zhuǎn)輪流道、座環(huán)等尺寸。 （ 3）選擇廠房起重設(shè)備 6 （ 4）進(jìn)行廠區(qū)布置 廠區(qū)布置可在地形圖上繪出，要求至少擬定兩個(gè)方案進(jìn)行比較后，確定一個(gè)方案。 （ 5）進(jìn)行廠房布置 廠房布置的具體內(nèi)容包括主、副廠房的布置和對(duì)廠房結(jié)構(gòu)布置的考慮，說(shuō)明如下： ①在布置主、副廠房的同時(shí)，對(duì)廠房的結(jié)構(gòu)布置一定要有考慮，包括： a．主廠房的分縫 b．一、二期混凝土的劃分 c．止水的設(shè)置 d．下部塊體結(jié)構(gòu)的布置，包括機(jī)墩、蝸殼混凝土、尾水管的結(jié)構(gòu)型式、尾水閘墩、上下游墻等的結(jié)構(gòu)布置，以及在你布置的下部塊體中要設(shè)哪些工作孔道，在什么位置等。 e．上部結(jié)構(gòu)布置，包括主廠房構(gòu)架、屋頂結(jié)構(gòu)、吊車梁、發(fā)電機(jī)層板梁柱等，這些問(wèn)題不可能要求你做得很細(xì)，但要有個(gè)粗略的尺寸估計(jì)，如構(gòu)架的斷面 尺寸，吊車梁的型式、尺寸，邊構(gòu)架柱之間要布置主梁形成小排架，用以支承發(fā)電機(jī)層樓板等，尺寸可以估算，也可以參考已建工程擬定。 ②廠房機(jī)電設(shè)備的布置，主要包括以下五個(gè)方面的布置： a．電站主接線圖規(guī)定的一次回路系統(tǒng)線路怎么走，發(fā)電機(jī)引出線，引出后如何經(jīng)低壓配電裝置進(jìn)主變，要否設(shè)母線道？ b．水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)布置在上游還是下游？相應(yīng)的操作柜和機(jī)旁盤怎么 擺放 ？ c. 主廠房?jī)?nèi)各層都布置那些設(shè)備？ d. 廠內(nèi)起重設(shè)備如何布置？如機(jī)組檢修、主變檢修，蝶閥吊裝等。 e. 廠內(nèi)交通如何安排？ 主機(jī)間和主廠房各層的通道，發(fā)電機(jī)層至水輪機(jī)層的樓梯，主副廠房之間如何相同？如何上吊車操作室？下部塊體結(jié)構(gòu)的各工作孔道如何與廠內(nèi)交通相連？ ③副廠房的布置及參考面積（ m2） a. 直接生產(chǎn)副廠房 為低壓電氣設(shè)備配備的房間： 低壓配電裝置室： 325 廠用變壓器室： 30 廠用動(dòng)力盤室： 36 離子勵(lì)磁室： 54 母線道：按布置而定 為二次系統(tǒng)配備的房間： 中控室： 90 繼電保護(hù)室： 160 7 蓄電池室： 72 貯酸室： 24 前室： 12 通風(fēng)機(jī)室： 12 充電機(jī)室： 18 載波通訊室： 72 電纜室： 設(shè)于中控繼電保護(hù)室下層 為輔助設(shè)備系統(tǒng)配備的房間： 空氣壓縮機(jī)室： 50 絕緣油庫(kù)： 50 透平油庫(kù)： 36 水泵室： 40 通風(fēng)機(jī)室：按廠房自然通風(fēng)情況，考慮要否設(shè)置。 b. 檢修試驗(yàn)副廠房 高壓試驗(yàn)室： 20 電氣試驗(yàn)室： 63 油化驗(yàn)室： 36 水處理室： 80 工具間： 20 c. 辦公生活副廠房 面積由自己確定。 7. 課程設(shè)計(jì)的具體步驟和時(shí)間安排 第一周 講課 借資料 和參考書 擬定蝸殼、尾水管單線圖和轉(zhuǎn)輪流道、座環(huán)