【正文】 丟棄負(fù)荷時產(chǎn)生過大的負(fù)水錘，因此尾水調(diào)壓室應(yīng)盡可能地靠近水輪機(jī)。③上下游雙調(diào)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(yùn)行條件，在廠房的上下游均設(shè)置調(diào)壓室而成雙調(diào)壓室系統(tǒng)。④上游雙調(diào)壓室系統(tǒng)在上游較長的有壓引水道中，有時需要設(shè)置兩個調(diào)壓室。靠近廠房的調(diào)壓室對于反射水錘波起主要作用，稱為主調(diào)壓室；靠近上游的調(diào)壓室用以反射越過主調(diào)壓室的水錘波，改善引水道的工作條件，幫助主調(diào)壓室衰減引水系統(tǒng)的波動，因此稱之為輔助調(diào)壓室。（2）調(diào)壓室的基本結(jié)構(gòu)型式調(diào)壓室的基本結(jié)構(gòu)型式由一下五種：①簡單式調(diào)壓室特點(diǎn)：自上而下具有相同的斷面，結(jié)構(gòu)形式簡單，反射水錘波的效果好，但在正常運(yùn)行時隧洞與調(diào)壓室的聯(lián)接處水頭損失較大，當(dāng)流量變化時調(diào)壓室中水位波動的振幅較大，衰減較慢，所需調(diào)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(diào)壓室將簡單式調(diào)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(diào)壓室。由于進(jìn)出調(diào)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(diào)壓室體積小于簡單式調(diào)壓室，正常運(yùn)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(shè)計(jì)時必須選擇合適的阻抗。③水室式調(diào)壓室由一個斷面較小的豎井和上下兩個斷面擴(kuò)大的儲水室組成。當(dāng)丟棄負(fù)荷時，豎井中的水位迅速上升，一旦進(jìn)入斷面較大的上室，水位上升的速度立即緩慢下來；增加負(fù)荷時，水位迅速下降至下室，并由下室補(bǔ)充不足的水量，因而限制了水位的下降，由于丟棄負(fù)荷時涌入上室中水體的重心較高，而增加負(fù)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(diào)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(diào)壓室頂部有溢流堰，當(dāng)丟棄負(fù)荷時，水位開始迅速上升，達(dá)到溢流堰頂后開始溢流，限制了水位的進(jìn)一步升高，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，溢出的水量，可以設(shè)上室加以儲存，也可排至下游。⑤差動式調(diào)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(diào)壓室的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 調(diào)壓室的水位波動計(jì)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(diào)壓室,采用差動式調(diào)壓室，參考我國《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范（DLT50581996） 》進(jìn)行計(jì)算（詳細(xì)尺寸參見平面布置圖） 。差動式調(diào)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(guān)，在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮到這些參數(shù)的相互影響。（1） 增加負(fù)荷時的最低涌波計(jì)算當(dāng)水電站的起始流量為 mQ0（m1）時，調(diào)壓室內(nèi)水位比上游水位低 hw=（mQ 0/Q0）2=m2hw0,當(dāng)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(bǔ)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(yīng)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(yàn)驗(yàn)證了，初步計(jì)算時可按 計(jì)算；.8H??阻抗孔口的面積，一般按增加負(fù)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(shè)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(diào)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(jì)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(shè)計(jì)中，升管斷面直徑為 米，大室斷面直徑為 米，由上式經(jīng)過計(jì)算得到最低涌波水位 Zmin= 米。（2） 丟棄負(fù)荷時的最高涌波計(jì)算當(dāng)水電站突然丟棄全部負(fù)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(jìn)入大室的孔口流量系數(shù)，應(yīng)由設(shè)計(jì)提出要求經(jīng)模型試驗(yàn)確c?定，初步設(shè)計(jì)時可以按 = 計(jì)算；c阻抗孔口的面積；?水流由升管進(jìn)入大室的孔口阻抗系數(shù)， c? 由上述兩式，經(jīng)計(jì)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(jìn)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(jié)合地形、地質(zhì)和泄流條件考慮運(yùn)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(guān)站。主廠房是指由主廠房構(gòu)架及其下的廠房塊體結(jié)構(gòu)所形成的建筑物，其內(nèi)裝有水輪發(fā)電機(jī)組及主要的控制和輔助設(shè)備，并提供安裝檢修設(shè)施和場地。副廠房是指為了布置各種控制或附屬設(shè)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(shè)置在主廠房旁，場內(nèi)布置主升壓變壓器，將發(fā)電機(jī)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?xiàng)l件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件千差萬別，各不相同，為獲得最佳動能經(jīng)濟(jì)效益而修建的廠房形式也是各不相同。按結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(gòu)成地下式廠房；壩后式廠房直接位于擋水壩后，發(fā)點(diǎn)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(dāng)水成河床式廠房。 按機(jī)組主軸布置方式分為立軸機(jī)組廠房和臥軸機(jī)組廠房，立軸機(jī)組廠房內(nèi)機(jī)組主軸呈垂直向布置，廠房的高度大，設(shè)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(jié)構(gòu)為大體積混凝土，整體性強(qiáng)，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(jī)組廠房內(nèi)機(jī)組主軸呈水平向布置。廠房的高度小，下部結(jié)構(gòu)簡單，僅有尾水設(shè)施。場內(nèi)大部分機(jī)電設(shè)備集中布置在發(fā)電機(jī)層，布置緊湊，廠房施工與機(jī)電設(shè)備的安裝、檢修及運(yùn)行管理方便，造價較低。但42平面占用面積較大，設(shè)備布置顯得擁擠，運(yùn)行巡視不便。本設(shè)計(jì)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(yīng)遵循以下原則：（1）使水流平順地進(jìn)出廠房，壓力鋼管一般與廠房垂直布置，尾水渠則平順地轉(zhuǎn)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(guān)站及進(jìn)出廠交通有不利影響；（4）使發(fā)電機(jī)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(guān)站河壩頂?shù)乃浇煌ê痛怪苯煌?；盡量給運(yùn)行、檢修、觀測人員方便；（6）廠房與其他建筑物及設(shè)備等保持一定安全距離，在此前提下布置盡量緊湊；（7）結(jié)合地形進(jìn)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(jìn)出通道等相互位置的安排。各建筑物應(yīng)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(yīng)相互協(xié)調(diào)，避免或減少干擾，做到進(jìn)出線方便，進(jìn)出水流暢，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)管理方便。廠房位置的地形、地質(zhì)、水文、氣象條件應(yīng)相對優(yōu)越?？紤]分期建設(shè)、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(yīng)首先確定。布置時考慮以下因素：（1）水流條件水輪機(jī)的進(jìn)出水道應(yīng)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(jìn)水。小型水電站受地形條件限制，進(jìn)水管道直徑小，根數(shù)少，可以端向進(jìn)水。尾水應(yīng)盡可能正向尾水，特殊情況下可端向尾水。尾水渠布置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、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(yīng)避免渠中淤積，出口應(yīng)做導(dǎo)水墻延伸一定長度。（2）地形地質(zhì)條件43主廠房應(yīng)座落在堅(jiān)硬完整的巖基上。土基或存在地質(zhì)缺陷巖基須進(jìn)行基礎(chǔ)處理，滿足強(qiáng)度與穩(wěn)定要求。陡峻河岸上的廠房，應(yīng)特別注意岸坡穩(wěn)定問題。（3）交通條件主廠房應(yīng)位于有交通公路一岸。公路近廠房路段，應(yīng)水平進(jìn)廠，保證車輛平穩(wěn)緩慢進(jìn)廠。（4）運(yùn)行條件主廠房朝向力求陽光充足、通風(fēng)良好的東南方向，避免面對西北，給運(yùn)行創(chuàng)造良好的環(huán)境。主廠房位置應(yīng)考慮高壓輸電線路進(jìn)出線方便。 副廠房副廠房位置應(yīng)根據(jù)廠區(qū)具體地形、地質(zhì)條件及各房間的具體要求，考慮運(yùn)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(guān)站。變電站位置應(yīng)盡量靠近主廠房，主變場應(yīng)鄰近開關(guān)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(yīng)保證有良好的地基條件。變電站應(yīng)有適宜的交通，便于運(yùn)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(guān)站應(yīng)便于各級電壓線路引進(jìn)和引出，滿足采光、通風(fēng)、防潮、防爆、抗震及電氣設(shè)備的布置要求。若主變壓器進(jìn)安裝間檢修，變電站地面高程應(yīng)與安裝間地板同高，敷設(shè)搬運(yùn)變壓器進(jìn)場的軌道。場內(nèi)通道應(yīng)滿足任一臺變壓器運(yùn)出檢修而不影響其他變壓器運(yùn)行要求。變電站應(yīng)便于維護(hù)、巡視及排除故障，土建結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理。依據(jù)以上要求結(jié)合本地地址條件本設(shè)計(jì)電站廠房設(shè)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(guān)站；6尾水渠；7進(jìn)廠公路第 6 章 水電站廠房設(shè)計(jì) 概述水電站廠房是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而轉(zhuǎn)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(jī)械及電氣設(shè)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(jī)將各種必需的機(jī)電設(shè)備安置在恰當(dāng)?shù)奈恢?。?）為機(jī)電設(shè)備的安裝、檢修和運(yùn)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(jì)、可靠地生產(chǎn)電能。 水電站廠房的基本要求：（1）安全、耐久、實(shí)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(fēng)、采光、照明、隔熱、保溫等條件；具有清凈、明快的環(huán)境；提供運(yùn)行、檢修和觀測等人員必要而適宜的工作條件；（5）技術(shù)先進(jìn)，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(jié)構(gòu)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(dāng)廠房設(shè)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(jī)組類型分為豎軸機(jī)組廠房及橫軸機(jī)組廠房；按廠房上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(shè)計(jì)采用的是引水式地面廠房。 水電站廠房的組成（一）廠房的機(jī)電設(shè)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(wù)，水電站廠房內(nèi)配置了一系列的機(jī)械、電氣設(shè)備，它們可歸納為以下五大系統(tǒng)：（1）水利系統(tǒng)。即水輪機(jī)及其進(jìn)出口設(shè)備，包括鋼管、水輪機(jī)前的蝴蝶閥（或球閥） 、蝸殼、水輪機(jī)、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(jī)、發(fā)電機(jī)引出線、母線、發(fā)電機(jī)電壓配電設(shè)備、主變壓器、高壓開關(guān)及配電設(shè)備等。（3）機(jī)械控制設(shè)備系統(tǒng)。包括水輪機(jī)的調(diào)速設(shè)備如操作柜、油壓裝置及接力器，蝴蝶閥的操作控制設(shè)備，減壓閥或其他閘門、攔污柵等的操作控制設(shè)備。（4）電氣控制設(shè)備系統(tǒng)。包括機(jī)旁盤、勵磁設(shè)備系統(tǒng)、中央控制室、各種控制及操作設(shè)備如互感器、表計(jì)、繼電器、控制電纜、自動及