【文章內容簡介】 套筒，從《水輪機設計手冊》上 170 頁的表 8— 36 查出剪斷銷尺寸如下表 114： 表 114 叉頭銷尺寸 參數符號 數值（ mm） 參數符號 數值（ mm） dn 80dc h2 10 d 80gb D 68 d1 75gb b d2 79 R 2 d3 71 c 3 h 98 d0 4 h1 35 r H 163 炳靈水電站的設計 20 圖 2415 叉頭銷 （ 12） 端蓋 根據軸頸，從《水輪機設計手冊》上 171 頁的表 8— 37 查出端蓋尺寸如下表 115： 表 115 端蓋尺寸 參數符號 數值（ mm） 參數符號 數值（ mm） db 210 h1 35 d1 330 R 95 d2 192 Φ1 M30 d3 78 Φ2 26 d4 45 Φ3 64 d5 235 d6 115 h 45 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 21 圖 2416 端蓋 （ 13） 補償環(huán) 根據叉頭銷，從《水輪機設計手冊》上 172 頁的表 8— 38 查出補償環(huán)尺寸如下表 116： 炳靈水電站的設計 22 表 116 補償環(huán) 參數符號 數值（ mm） d 90 d1 105 h 5 圖 2417 補償環(huán) 水輪機 主軸設計 根據已有貫流式水電站資料，設計主軸的結構，如圖 15所示： 主軸材料為鍛 35A，軸身直徑Φ 1000mm，與水、電徑向軸承配合處直徑分別為Φ 955mm 和 Φ 930mm，軸身長 5070mm，軸內徑Φ 280mm，轉輪端法蘭直徑Φ 1653mm，發(fā)電機轉子端法蘭Φ 1490mm，兩端法蘭分別與轉輪、轉子用螺栓聯(lián)接，并有銷子傳遞扭矩。 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 23 圖 25 水輪機主軸 水輪機主軸密封設計 主軸密封是防止流道內壓力水通過轉動與靜止部分之間的間隙漏至燈泡體內部，它由工作密封與檢修密封組成。根據已有貫流式水電站資料，設計主軸的結構，如圖 16 所示： 炳靈水電站的設計 24 圖 26 水輪機主軸密封 工作密封為水壓自平衡端面密封結構形式， 通過水壓腔的作用將均勻分布的軸向力加在密封塊上。檢修密封采用空氣圍帶式密封，停機檢修時，圍帶內通入壓縮空氣使圍帶擴張，防止流道內的水進入燈泡體內。 水 輪機水導軸承設計 根據已有貫流式水電站資料，設計水導軸承的結構，如圖 17 所示： 27 水導軸承 轉輪設計 根據已有貫流式水電站資料，設計轉輪的結構，如圖 18所示： 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 25 圖 28 轉輪 轉輪名義直徑為 米，缸動式結構， 4只葉片，葉片可根據水頭、負荷，通過調整至最佳位置，與導葉協(xié)聯(lián)，以保證水輪機在高效率下運行。轉輪由轉輪體、轉輪體芯、葉片和葉片操作系統(tǒng)構成。 （ 1）轉輪體材料為 ZG20Mn,在葉片轉角范圍內成球形，球面外壁開有4 個孔，內裝銅軸套，為葉 片系統(tǒng)的外部軸承，轉輪體與主軸法蘭用 10 個M120 的螺柱把合，設有 2個Φ 140 圓柱銷傳遞扭矩。 （ 2）轉輪體芯材料為 35CrMo,與轉輪體用 10 個 M90 的螺柱相連接， 并有 2個Φ 100圓柱銷傳遞扭矩。 3）葉片操作系統(tǒng)由接力器缸、活塞、轉臂、連桿等組成，采用缸動式結構，活塞固定不動，來自受油器開關腔的壓力油進入接力器缸，通過接力器缸的運動，帶動連桿、轉臂操作葉片轉動。 炳靈水電站的設計 26 3. 電氣一次 設計 電氣主接線設計 設計原則 電氣主接線是水電站由高壓電氣設備通過連線組成的接收和分配電能的電路。電氣 主接線根據水電站在電力系統(tǒng)中的地位、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定，并應滿足運行可靠、簡單靈活、操作方便、易于維護檢修、利于遠方監(jiān)控和節(jié)約投資等要求。 在電氣主接線設計時，綜合考慮以下方面： （ 1） 保證必要的供電可靠性和電能質量 安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本的要求。在設計時，除對主接線形式予以定性評價外，對于比較重要的水電站需要進行定量分析和計算。 （ 2） 具有經濟性 在主接線設計時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經濟性之間。欲使主接線可靠、靈活，將導致投資增加。所 以必須把技術與經濟兩者綜合考慮，在滿足供電可靠、運行靈活方便的基礎上，盡量使設備投資費用和運行費用為最少。 （ 3） 具有一定的靈活性和方便性，并能適應遠方監(jiān)控的要求。 主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行方式的轉換。不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且無論在系統(tǒng)正常運行還是故障或設備檢修時都能適應遠方監(jiān)控的要求，并能靈活、簡單、迅速地倒換運行方式，2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 27 使停電時間最短，影響范圍最小。顯然，復雜地接線不會保證操作方便，反而使誤操作機率增加。但是過于簡單的接線，則不一定能滿足運行方式的要求，給運行造成不便，甚至 增加不必要的停電次數和停電時間。 （ 4） 具有發(fā)展和擴建的可能性 隨著經濟的發(fā)展，已投產的水電站可能需要擴大機組容量，從主變壓器的容量、數量到饋電線路數均有擴建的可能，有的甚至需要升壓，所以在設計主接線時應留有發(fā)展余地，不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，同時還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。 主接線方案初步設計 根據以上幾點，對炳靈水電站的主接線擬定以下幾種方案。 方案 1: 2組擴大單元接線與 1組單元接線，設置發(fā)電機斷路器， 330KV與 110KV 側均為單母線接線， 1 組擴大單元接線通過雙繞組 變壓器升壓到330KV，另一組擴大單元接線通過 3 繞組變壓器升壓分別送至 330KV 和110KV，單元接線通過雙繞組變壓器升壓至 330KV。 炳靈水電站的設計 28 圖 311 方案一接線 方案 2: 5 組單元接線，設發(fā)電機斷路器， 2組單元接線部分通過雙繞組變壓器升壓至 110KV， 1組單元接線通過 3繞組變壓器分別升壓至 330KV和 110KV， 2組單元接線部分通過雙繞組變壓器升壓至 330KV， 330KV與 110KV側均為單母線 接線。 圖 312 方案二 接線 方案 3:2組擴大單元接線與 1 組單元接線。 1組擴大單元接線通過雙繞組變壓器升壓至 330KV，另一組通過雙繞組變壓器升壓至 110KV， 1 組單元接線通過雙繞組變壓器升壓至 330KV，設發(fā)電機出口斷路器， 330KV 和 110KV均采用單母線接線。 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 29 圖 313 方案 3接線 方案比較 （ 1）技術比較： a) 水電廠的電氣主接線應力求簡單，主變臺數和高壓斷路器數量應盡量減少，方案 1 比方案 2 少 2 臺變壓器，斷路器、隔離開關也各少 2 個，因此，方案 1 比方案 2 更有優(yōu)勢，其 布置緊湊，占地少，可減少土石方開挖量和回填量。 b）方案 1 接線簡單，開關設備少，使得操作簡單，靈活性好。 c）方案 2 故障可能性較小，可靠性比方案 1高。 d)方案 3 與方案 2 相比，有著和方案 1 同樣的優(yōu)點；但是與方案 1 相比，其可靠性較低。 炳靈水電站的設計 30 （ 2）經濟比較 a）方案 3的開關設備比方案 2的少，方案 3最少，可節(jié)省投資。 b)方案 1 中除了開關設備之外的其他電器設備，與方案 2 相比，經濟上沒有太大差異。 c)方案 2 的線路復雜，主變、開關設備多，因此造成運行維護費用將高于方案 1. （ 3）方案選擇：經過以上比較，綜合考慮，認 為方案 1在技術、經濟上有最大的綜合優(yōu)勢，因此選擇方案 1. 短路電流計算 現(xiàn)在對方案一的電氣主接線進行短路電流計算： 其網絡等值圖如圖 221 所示： 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 31 圖 321 網絡等值圖 現(xiàn)在選擇 5個可能的短路點分別計算其短路電流： 統(tǒng)一?。?Sd=100MVA Ud=Uav X S1 和 S2為無限大容量系統(tǒng)： Xs1 = Xs2=0 計算圖中的各個電抗值： 發(fā)電機 G1 到 G5： X1 = X2 = X3 = X4 = X 5 = `` dd nSX S=(48/)= T1: X6= (%)100kdnUSS=179。 100/63= T2: X7= (%)100kdnUSS=179。 100/120= T3: Uk(12)%=25% Uk(23)%=8% Uk(13)%=15% Uk1%=12 ( Uk(12)% + Uk(13)% Uk(23)%)=16% Uk2%=12 ( Uk(12)% + Uk(23)% Uk(13)%)=9% Uk3%=12 ( Uk(23)% + Uk(13)% Uk(12)%)=16% X8= (%)100kdnUSS=() 179。 100/120= X9= (%)100kdnUSS=179。 100/120= X10= (%)100kdnUSS=179。 100/120= L1: X11=X@178。 L178。2ddSU=179。 179。 100/3302= 炳靈水電站的設計 32 L2: X12=X@178。 L178。2ddSU=179。 179。 100/1102= 分別計算各個短路點的短路電流： （ 1） K1 點： 化簡等值電路圖如下： ① 圖 322 網絡等值圖 (a) X13=X2//X3= 2323XXXX?? = X14=X4//X5= 4545XXXX?? = 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 33 ② 圖 323 網絡等值圖 (b) X15=X13+X7= X16=X10+X12= X17=X8+X14= 炳靈水電站的設計 34 ③ 圖 324 網絡等值圖 (c) 經過 △ Y變換： X18=X16+X9+ 16 917XXX? = X19=X17+X9+ 9 1716XXX? = 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 35 ④ 圖 325 網絡等值圖 (d) 經過網絡變換： X20=X11178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X? ? ? ?)= X21=X18178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X? ? ? ?)= X22=X19178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X? ? ? ?)= 炳靈水電站的設計 36 X23=X15178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X? ? ? ?)= 計算各個電源對短路點的短路電流： a) s1,s2 為無線大容量系統(tǒng)： 公式： 1``I X? ? ① `` `` ``3 dd dSI I I I U???? ② 計算結 果如表 21 所示： 表 21 I*`` I`` S1 S2 b) G1 至 G5 為水輪發(fā)電機組： 公式： Nca dSXXS?? ? ③ 1``caI X? ? ? ④ ` ` ` ` ` `3dd dSI I I I U???? ⑤ (注：先由公式 ③ 計算 caX? ，然后查閱《水電站機電設計手冊（電氣一次）》 P93 圖 37 至 310 的水輪發(fā)電機運算曲線得出 ``I? ，當 ``I? 的值超過 時，使用公式 ④ 計算 ``I? ) 計算結果如表 22,23 所示 ：（ t=0s 時） 表 22 Xca* I*`` I`` G1 2020屆熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 37 G2， G3 G4， G5