【正文】 丟棄負荷時產(chǎn)生過大的負水錘，因此尾水調壓室應盡可能地靠近水輪機。③上下游雙調壓室系統(tǒng) 在有些地下式水電站中，廠房的上下游都有比較長的有壓輸水道，為了減小水錘壓力，改善電站的運行條件，在廠房的上下游均設置調壓室而成雙調壓室系統(tǒng)。④上游雙調壓室系統(tǒng)在上游較長的有壓引水道中，有時需要設置兩個調壓室?？拷鼜S房的調壓室對于反射水錘波起主要作用，稱為主調壓室；靠近上游的調壓室用以反射越過主調壓室的水錘波，改善引水道的工作條件，幫助主調壓室衰減引水系統(tǒng)的波動，因此稱之為輔助調壓室。（2）調壓室的基本結構型式調壓室的基本結構型式由一下五種：①簡單式調壓室特點：自上而下具有相同的斷面，結構形式簡單，反射水錘波的效果好，但在正常運行時隧洞與調壓室的聯(lián)接處水頭損失較大，當流量變化時調壓室中水位波動的振幅較大，衰減較慢，所需調壓室的容積較大適用條件：多用于低水頭或小流量的水電站②阻抗式調壓室將簡單式調壓室的底部用斷面較小的短管或孔口與隧洞和壓力管道連接起來，即為阻抗式調壓室。由于進出調壓室的水流在阻抗孔口處消耗了一部分能量，所以水位波動振幅減小了，衰減加快了，因而需要的調壓室體積小于簡單式調壓室，正常運行時水頭損失小。但由于阻抗的存在，水錘波不能完全反射，隧洞中可能受到水錘的影響，設計時必須選擇合適的阻抗。③水室式調壓室由一個斷面較小的豎井和上下兩個斷面擴大的儲水室組成。當丟棄負荷時，豎井中的水位迅速上升，一旦進入斷面較大的上室，水位上升的速度立即緩慢下來；增加負荷時，水位迅速下降至下室，并由下室補充不足的水量，因而限制了水位的下降，由于丟棄負荷時涌入上室中水體的重心較高，而增加負荷時由下室流出的水體重心較低，故同樣的能量，可儲存于較小的容積之中，所以這種調壓室的容積比較小，適用于水頭較高和水庫工作深度較大的水電站。④溢流式調壓室頂部有溢流堰，當丟棄負荷時，水位開始迅速上升，達到溢流堰頂后開始溢流，限制了水位的進一步升高，有利于機組的穩(wěn)定運行，溢出的水量，可以設上室加以儲存，也可排至下游。⑤差動式調壓室39由兩個直徑不同的圓筒組成，中間的圓筒直徑較小，上有溢流口，通常稱為升管，其底部以阻力孔口與外面的大井相通，它綜合吸取了阻抗式和溢流式調壓室的優(yōu)點，但結構較為復雜。 調壓室的水位波動計算考慮向陽口水電站的綜合地址地形條件，只需布置上游調壓室,采用差動式調壓室，參考我國《水電站調壓室設計規(guī)范（DLT50581996） 》進行計算（詳細尺寸參見平面布置圖） 。差動式調壓室水位波動的最高涌波、最低涌波與大室面積、升管面積、阻抗孔口的大小和流量系數(shù)、溢流口高程等因素有關，在設計時應考慮到這些參數(shù)的相互影響。（1） 增加負荷時的最低涌波計算當水電站的起始流量為 mQ0（m1）時，調壓室內(nèi)水位比上游水位低 hw=（mQ 0/Q0）2=m2hw0,當水電站的流量由 mQ0突增至 Q0時，升管水位迅速下降，大室向升管補水。由于升管水位下降非常迅速，可近似的假定升管水位下降到最低值 Zmin時，大室水位和壓力水道的流量均未來的及變化，此時大室流入升管的流量應為 Q0 mQ0，則： （）2min000 ()HwgZh????? () （）2min0H/=(1)wZh??式中： 水流由大室流入升管的孔口流量系數(shù)，可初步選擇一個數(shù)值，而后由模H?型試驗驗證了，初步計算時可按 計算；.8H??阻抗孔口的面積，一般按增加負荷的要求確定；?水流由大室流入升管的孔口阻抗系數(shù)。H?設全部流量 Q0 經(jīng)過孔口從大井流向升管所需的水頭為 ，對“理想”差動式Hw0h?調壓室，大室與升管的最低水位相同，在阻抗孔尺寸滿足上述條件時，最低涌波計算公式如下： （） 20HQmin1 1 10.(.)()5wZ mmh????????20/()3rpwLfvgFh???????40 式中：F r升管斷面面積；F p大室斷面面積。本設計中，升管斷面直徑為 米，大室斷面直徑為 米，由上式經(jīng)過計算得到最低涌波水位 Zmin= 米。（2） 丟棄負荷時的最高涌波計算當水電站突然丟棄全部負荷后，升管水位迅速上升。假定升管開始溢流時，大室水位和壓力水道流量尚未改變，則壓力水道流量 Q0的一部分 Qb經(jīng)升管頂部溢流入大室，另一部分 Qc在水頭（h w0Zm）的作用下經(jīng)阻抗孔流入大室，若水由升管經(jīng)阻抗孔流入大室的孔口阻抗系數(shù)為 ，則：c? （）c0=2()wmghZ??? （）0cQ??式中： 水流由升管進入大室的孔口流量系數(shù)，應由設計提出要求經(jīng)模型試驗確c?定，初步設計時可以按 = 計算；c阻抗孔口的面積；?水流由升管進入大室的孔口阻抗系數(shù)， c? 由上述兩式，經(jīng)計算得最高涌波水位： =?????41第 5 章 樞紐總體布置廠區(qū)布置的目的是確定廠房與廠區(qū)其他建筑物的相對位置，使廠房與進水管道、尾水渠之間銜接好。確定副廠房、變電站的布置，廠區(qū)交通與對外交通的鏈接等，還須結合地形、地質和泄流條件考慮運行方便。 廠房建筑物的組成 水電站廠房建筑物的組成廠房建筑物一般分為四部分：主廠房、副廠房、變壓器場和高壓開關站。主廠房是指由主廠房構架及其下的廠房塊體結構所形成的建筑物，其內(nèi)裝有水輪發(fā)電機組及主要的控制和輔助設備，并提供安裝檢修設施和場地。副廠房是指為了布置各種控制或附屬設備以及工作生活用房而在主廠房臨近所建的房屋。主廠房及副廠房簡稱為廠房。變壓器場一般設置在主廠房旁，場內(nèi)布置主升壓變壓器，將發(fā)電機輸出的電流升壓至輸電線電壓。 水電站廠房的基本類型 水電站所處的自然地理條件、技術經(jīng)濟條件千差萬別，各不相同，為獲得最佳動能經(jīng)濟效益而修建的廠房形式也是各不相同。按結構特征可分為引水式廠房、壩后式廠房、河床式廠房三種，引水式廠房一般位于河岸，廠壩間距離較長，發(fā)點流量由飲水建筑物引入孤立的廠房內(nèi)，通常為地面式廠房，引水式廠房也可建在地下，構成地下式廠房；壩后式廠房直接位于擋水壩后，發(fā)點流量由埋在壩體內(nèi)的壓力管道引入廠房，一定條件下，廠房可布置在溢流面下成溢流式廠房，也可布置在壩體空腔內(nèi)成壩內(nèi)式廠房；低水頭大流量的下游河段修建廠房常與大壩一起當水成河床式廠房。 按機組主軸布置方式分為立軸機組廠房和臥軸機組廠房，立軸機組廠房內(nèi)機組主軸呈垂直向布置，廠房的高度大，設備在高度方向可分層布置，廠房較寬敞整齊，平面面積較小，對樞紐布置有利。廠房下部結構為大體積混凝土，整體性強，適合下游水位變幅大或者下游水位較高的情況采用，臥軸機組廠房內(nèi)機組主軸呈水平向布置。廠房的高度小，下部結構簡單，僅有尾水設施。場內(nèi)大部分機電設備集中布置在發(fā)電機層，布置緊湊，廠房施工與機電設備的安裝、檢修及運行管理方便，造價較低。但42平面占用面積較大，設備布置顯得擁擠，運行巡視不便。本設計為引水式水電站廠房，廠房與壩不直接相連，發(fā)電用水由引水建筑物引入廠房。 廠區(qū)布置的原則廠區(qū)布置一般應遵循以下原則：（1）使水流平順地進出廠房，壓力鋼管一般與廠房垂直布置，尾水渠則平順地轉向下游；（2）露天式高壓水道的主管一般不與廠房正交，宜接近平行或斜交，而僅支管與廠房正交；（3）避免泄洪時對廠房、升壓站、開關站及進出廠交通有不利影響；（4）使發(fā)電機到主變的低壓母線的距離盡可能縮短，也要求方便高壓出線；（5）交通便利，包括主、副廠房間、廠內(nèi)外、左右岸以及有廠房到升壓站、開關站河壩頂?shù)乃浇煌ê痛怪苯煌ǎ槐M量給運行、檢修、觀測人員方便；（6）廠房與其他建筑物及設備等保持一定安全距離，在此前提下布置盡量緊湊；（7）結合地形進行廠區(qū)樞紐布置，使土方挖填工程量和混凝土盡量節(jié)省。 廠房樞紐布置廠區(qū)布置是指水電站主廠房、副廠房、引水道、尾水道、變電站及廠房進出通道等相互位置的安排。各建筑物應根據(jù)電站廠區(qū)具體條件，各自布置在最合理的位置。建筑物之間應相互協(xié)調，避免或減少干擾，做到進出線方便，進出水流暢，運行安全可靠，維護管理方便。廠房位置的地形、地質、水文、氣象條件應相對優(yōu)越?？紤]分期建設、初期發(fā)電的需要和施工條件及交通道路的影響。 主廠房主廠房是水電站廠房樞紐的中心，位置應首先確定。布置時考慮以下因素：（1）水流條件水輪機的進出水道應盡可能在一條直線上，使水流順暢，水頭損失小。壓力管道一般為正向進水。小型水電站受地形條件限制，進水管道直徑小，根數(shù)少，可以端向進水。尾水應盡可能正向尾水，特殊情況下可端向尾水。尾水渠布置應根據(jù)地形、地質、河道流向、泄洪影響等，使水流順暢，波動小。尾水渠與河道斜交時，交角不宜大于 45176。應避免渠中淤積，出口應做導水墻延伸一定長度。（2）地形地質條件43主廠房應座落在堅硬完整的巖基上。土基或存在地質缺陷巖基須進行基礎處理，滿足強度與穩(wěn)定要求。陡峻河岸上的廠房，應特別注意岸坡穩(wěn)定問題。（3）交通條件主廠房應位于有交通公路一岸。公路近廠房路段，應水平進廠，保證車輛平穩(wěn)緩慢進廠。（4）運行條件主廠房朝向力求陽光充足、通風良好的東南方向，避免面對西北，給運行創(chuàng)造良好的環(huán)境。主廠房位置應考慮高壓輸電線路進出線方便。 副廠房副廠房位置應根據(jù)廠區(qū)具體地形、地質條件及各房間的具體要求，考慮運行管理方便、安全可靠等因素合理確定。明管引水的高、中水頭電站，副廠房宜偏離引水管道正下方位置。 變電站變電站包括主變壓器廠和高壓開關站。變電站位置應盡量靠近主廠房，主變場應鄰近開關室。站址可在廠壩間、廠房與山坡間、尾水平臺及其他空地等處選擇，應保證有良好的地基條件。變電站應有適宜的交通，便于運輸、安裝和檢修。高程宜與交通道路同高，高于下游最高洪水位。高壓開關站應便于各級電壓線路引進和引出，滿足采光、通風、防潮、防爆、抗震及電氣設備的布置要求。若主變壓器進安裝間檢修，變電站地面高程應與安裝間地板同高，敷設搬運變壓器進場的軌道。場內(nèi)通道應滿足任一臺變壓器運出檢修而不影響其他變壓器運行要求。變電站應便于維護、巡視及排除故障，土建結構經(jīng)濟合理。依據(jù)以上要求結合本地地址條件本設計電站廠房設在向陽口村上游 300 米處，靠永定河左岸，該處河岸為 70 米高的陡壁，廠址放在斷層下盤緊靠陡壁的基巖上，考慮到沿河城大斷層為活動性斷面，所以將變電站與廠房按“一”字形布置在斷層基巖上。廠區(qū)樞紐總體布置如下圖：441主廠房；2裝配廠；3副廠房；4變電站；5高壓開關站；6尾水渠；7進廠公路第 6 章 水電站廠房設計 概述水電站廠房是將水能轉換為機械能進而轉換為電能的場所，是電能生產(chǎn)樞紐的中心，是水工建筑物、水利機械及電氣設備的綜合體。 水電站廠房的作用（1）通過一些列工程措施，將水流平順地引入及引出水輪機將各種必需的機電設備安置在恰當?shù)奈恢谩＃?）為機電設備的安裝、檢修和運行管理提供良好的工作環(huán)境。（3）保證按照電力系統(tǒng)的需要，安全、經(jīng)濟、可靠地生產(chǎn)電能。 水電站廠房的基本要求：（1）安全、耐久、實用，在可能的條件下注意美觀；（2）對外交通方便，對內(nèi)聯(lián)系便利，便于安裝、檢修和巡視；（3）力求工程量最少，投資最省、工期最短；（4）有良好的通風、采光、照明、隔熱、保溫等條件；具有清凈、明快的環(huán)境；提供運行、檢修和觀測等人員必要而適宜的工作條件；（5）技術先進，符合現(xiàn)代化要求。 水電站廠房的基本類型根據(jù)廠房在水電站樞紐中的位置及其結構特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型：（1）壩后式廠房。廠房位于攔河壩下游壩址處，廠房與壩址直接相連，發(fā)電用水直接穿過壩體引入廠房。壩后式廠房又可分為挑越式廠房、溢流式廠房、壩內(nèi)式廠房。45（2）河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起攔水作用。（3）引水式廠房。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引入廠房。當廠房設在河岸處時稱為引水式地面廠房，引水式廠房也可以是半地下式的。此外，水電站廠房還可以按機組類型分為豎軸機組廠房及橫軸機組廠房；按廠房上部結構的特點分為露天式、半露天式和封閉式廠房；或按水電站資源的特性分為河川電站廠房、潮汐電站廠房以及抽水蓄能電站廠房等等。本設計采用的是引水式地面廠房。 水電站廠房的組成（一）廠房的機電設備為了安全可靠地完成變水能為電能并向電網(wǎng)和用戶供電的任務，水電站廠房內(nèi)配置了一系列的機械、電氣設備，它們可歸納為以下五大系統(tǒng)：（1）水利系統(tǒng)。即水輪機及其進出口設備，包括鋼管、水輪機前的蝴蝶閥（或球閥） 、蝸殼、水輪機、尾水管及尾水閘門等。（2）電流系統(tǒng)。即所謂電氣一次回路系統(tǒng)，包括發(fā)電機、發(fā)電機引出線、母線、發(fā)電機電壓配電設備、主變壓器、高壓開關及配電設備等。（3）機械控制設備系統(tǒng)。包括水輪機的調速設備如操作柜、油壓裝置及接力器，蝴蝶閥的操作控制設備，減壓閥或其他閘門、攔污柵等的操作控制設備。（4）電氣控制設備系統(tǒng)。包括機旁盤、勵磁設備系統(tǒng)、中央控制室、各種控制及操作設備如互感器、表計、繼電器、控制電纜、自動及