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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三篇 水电站厂房,水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、水轮机、发电机、变压器、开关站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。,水电站厂房,第十一章 引水式地面厂房,第一节 水电站厂房任务、组成和类型,一、水电站厂房的任务,将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。,布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。,布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环境。,二、水电站厂房的组成,从设备布置和运行要求的空间划分,主厂房。安装水轮发电机组和各种辅助设备，是水电站厂房的主要组成部分。,副厂房。安置各种运行控制和检修管理设备的房间及运行管理人员工作和生活用房。,主变压器场。水电站发出的电能经主变压器升压后，再经输电线路送给用户。,开关站。一般布置在户外，装设高压开关、高压母线和保护设施，高压输电线由此将电能输送给电力用户。,主厂房、副厂房、主变压器场和高压开关站及厂区交通等，一般称为,厂区枢纽,。,厂区枢纽,从设备组成的系统划分,水流系统。水轮机及其进出水设备，包括压力管道、水轮机前的进水阀、蜗壳、水轮机、尾水管及尾水闸门等。,电流系统。即电气一次回路系统，包括发电机及其引出线、母线、发电机电压配电设备、主变压器和高压开关站等。,电气控制设备系统。即电气二次回路系统，包括机旁盘、厉磁设备系统、中央控制室、各种控制及操作设备如各种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通迅及调度设备等直流系统。,机械控制设备系统。包括水轮机的调速设备，如接力器及操作柜，事故阀门的控制设备，其它各种闸门、减压阀、拦污栅等操作控制设备。,辅助设备系统。包括为了安装、检修、维护、运行所必须的各种电气及机械辅助设备，如厂用电系统,(,厂用变压器、厂用配电装置、直流电系统,),，油系统、气系统、水系统，起重设备，各种电气和机械修理室、试验室、工具间、通风采暖设备等。,水电站厂房组成图,3.,从水电站厂房的结构组成划分,水平面上可分为,主机室和安装间,。主机室安装水轮发电机组及辅助设备，安装间是水电站机电设备卸货、拆箱、组装、检修时使用的场地。,垂直面上，以发电机层楼板面为界，分为上部结构和下部结构。,上部结构。与工业厂房相似，基本上是板、梁 、柱结构系统。,下部结构。为大体积混凝土整体结构，主要布置过流系统，是厂房的基础。,上部结构,下部结构,下部块体结构,三、水电站厂房的基本类型,(,一,),根据厂房与挡水建筑物的相对位置及其结构特征,，可分为三种基本类型,1,坝后式厂房,特征：厂房位于拦河坝的下游，紧接坝后，在结构上与大坝用永久缝分开，发电用水由坝内高压管道引入厂房。,坝后式厂房还可以变化为,：挑越式厂房、溢流式厂房、坝内式厂房。,坝 后 厂 房,坝后式厂房示意图,Center Hill Lake and Dam,挑 越 式 厂 房,乌江渡水电站,坝内式厂房,凤滩水电站,厂房移入溢流坝体空腹内。,溢流式厂房,将厂房顶作为溢洪道，成为坝后溢流式厂房。,新安江水电站,2,河床厂房,厂房位于河床中，成为挡水建筑物的一部分。,葛洲坝水利枢纽,位于湖北省宜昌市，在三峡出口南津关下游,2.3km,处。混凝土重力坝，最大坝高,53.8m,，水电站装机容量,2715MW,，保证出力,76.8,万,kW,，多年平均发电量,157,亿,kWh,。,3,引水式厂房,特征,：发电用水来自较长的引水道，厂房远离挡水建筑物，一般位于河岸。如若将厂房建在地下山体内，则称为地下厂房。,清江雪照河水电站,(,二,),按机组主轴的装置方式分,立式机组厂房,和,卧式机组厂房,。,立式机组厂房,卧式机组厂房,(,三) 按厂房上部结构分：,露天式、半露天式,、,封闭式厂房,。,(四) 按水电站资源的性质分：,河川电站(常规水电站,),厂房、潮汐电站厂房、抽水蓄能电站厂房。,第二节 水电站厂房设计所需资料和设计程序,一、厂房设计所需资料,河流开发方案及建筑物等级,规划报告的批文。,根据工程规模、建坝高低、电站装机容量等，确定电站建筑物等级和相应的设计标准。,此外还应了解对厂房的特殊要求。,地形资料,库区及取水枢纽,1/20001/1000,的地形图。坝址轴线处,1/200,的地形图。,厂区枢纽处,1/500,的地形图。,厂房所在处,1/200,的地形图。,若为引水式电站，还应有,1/20001/1000,引水线路带状地形图。,工程地质和水文地质资料,厂区地质分析报告及图纸。,厂区的地基覆盖层厚度、下覆基岩深度、土壤及岩石物理力学指标等。,地下水活动情况。,水文及水能资料,站址的多年径流资料。,水库的调洪方式，包括水库及大坝的各种水文及下泄流量，坝址及厂址处的水位,流量关系由线，尾水相应的校核、设计及最小的各特征水位值。,厂区所在河流的泥沙资料、河流冰凌资料以及山洪泥石流等资料。,电站的装机容量、机组台数、电站的最大最小和加权平均水头。,电站的运行方式、输电方向、电压等级、输电距离等。,施工组织资料,了解施工单位的施工技术水平，包括施工方法及设备，施工材料的运输条件，施工工期、施工单价等资料。,机组与辅助设备资料,主机组及总装图,(,立面和平面,),及台数。,发电机的尺寸和重量，冷却方式及通风道尺寸。,水轮机型号、直径和重量，蜗壳和尾水管的型式和尺寸。,变压器的台数、重量和尺寸。,机旁盘、各种配电板、发电机引出线接地等装置图；油开关等的地脚螺栓基础图；调速器；高低压空气压缩机、水泵等尺寸及基础图；吊车的规格及技术资料。,二、水电站厂房设计程序,我国大中型水电站的设计一般分四个阶段：,预可行性研究、可行性研究、招标设计、施工详图。,预可行性研究：,研究基础：河流规划和地区电力负荷发展预测,研究内容：,对拟建电站的建设条件进行研究,，近期兴建的必要性、技术可行性和经济合理性。,研究要求：,对厂房不进行具体设计,，只选定电站的规模，初选枢纽布置和厂房型式，绘出厂房在枢纽中的位置。,可行性研究,：,研究基础：预可行性研究成果,研究内容：通过方案比较,选定枢纽的总体布置及其参数，决定建筑物的型式和控制尺寸，选择施工方案、进度和总布置，并编制工程投资预算，阐明工程效益,。,根据选定机组机型、电气主接线图及主要机电设备，初步决定厂房的型式、布置及轮廓尺寸，绘出厂区及厂房布置图，进行厂房稳定计算及必要的结构分析，提出厂房工程地质处理措施。,招标设计,：,研究基础：可行性研究成果。,研究内容：,对可行性研究中的遗留问题进行必要的修改和补充，落实选定方案工程建设的技术、施工措施等。,提出较详细的工程图纸和分项工程的工程量，提出施工、制造与安装的工艺技术要求以及永久设备购置清单。,编制招标文件。,施工详图,：,研究基础：招标设计成果,研究内容：陆续对各项结构,进行细部设计和结构计算，并拟定具体的施工方法，绘出施工详图,。,研究要求：进行厂房每个构件的细部设计和结构计算，最终确定厂房各部分尺寸。对于招标设计中的基本决定，一般不会有重大改变。,第三节 水轮发电机,一、发电机类型及传力方式,1、,悬挂式发电机,推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。,发电机的传力方式,为：,转动部分重量,(,发电机转子、励磁机转子、水轮机转轮,),推力头,推力轴承,定子外壳,机座,；,固定部分重量,(,推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子,) ,定子外壳,机座,。,悬式发电机,2、,伞式发电机,推力轴承位于转子下方，设在下机架上,发电机的传力方式为：,机组转动部分的重量,推力头和推力轴承,下机架,机座。,上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。,类型：,1.,普通伞式： 有上下导轴承,2.,半伞式,:,有上导轴承，无下导轴承,3.,全伞式,:,无上导轴承，有下导轴承,(1) 普通伞式,有上下导轴承。,传力方式为：,机组转动部分的重量,推力头和推力轴承,下机架,机座。上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。,(2) 半伞式,有上导轴承，无下导轴承。,发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。,(3) 全伞式,无上导轴承，有下导轴承。,机组转动部分的重量通过推力轴承的支撑结构传到水轮机顶盖上，通过顶盖传给水轮机座环。,二、发电机的励磁系统,作用：向发电机转子供给形成磁场的直流电源。,有直流电机励磁和可控硅整流励磁两种。,励磁系统：励磁机、励磁盘,励磁机,直流发电机。励磁方式：,直接励磁系统，用励磁机(与发电机同轴)产生磁；,可控硅整流励磁，可省去励磁机，并降低厂房高度,。,励磁盘,控制设备和自动调整装置的配电盘。作用是：控制和调整水轮发电机的励磁电流。每台发电机一般有,35,块励磁盘。,三、发电机的支承结构,(,机座或机墩,),1,机座作用：,将发电机支承在预定位置上，并为机组的运行、维护、安装和检修创造条件。,2,要求：,具有足够的强度和刚度，具有良好的抗振性能。,3,常见的机座形式,(1),圆筒式机座：,结构形式为厚壁钢筋混凝土圆筒，其壁厚在,1m,以上。,优点：刚度较大，抗振、抗扭性能较好。,缺点：水轮机直径较小时，水轮机的安装、维修、维护不方便,。,(2),框架式机座：,由环形梁和立柱组成。,优点：混凝土需要量小，水轮机顶盖处宽敞，设备的安装、布置、维修等比较方便。,缺点：是抗振、抗扭性能较差，结构刚度小。一般用于中小型机组。,(3),块体机座：,适用于大型机组，下部块体结构除了留有必要的通道意外，全部为混凝土,。,优点：混凝土的强度和刚度大,。,缺点：混凝土方量大。,(4) 钢机座,：由钢结构组成。,优点：发电机与水轮机直接配套，结构紧凑，安装方便，减少了复杂的钢筋混凝土工程,缺点：消耗钢材较多，我国尚未采用。,(5),平行墙式,：适用于大型机组，由平行的钢筋混凝土墙和横梁组成。,特点：水轮机顶盖处宽敞，工作方便。,四、发电机的布置型式,(1),定子外露式：发电机定子完全露出于发电机层地面以上。,缺点：发电机层地板显得拥挤，同时水轮机层高度小，不便其间布置夹层。采用较少。,(2),上机架埋入式：发电机定子和上机架埋入发电机层楼板下机坑内。,发电机层较宽敞，水轮机层高度大,采用较多。,适用于单机容量在,100MW,以上的大型机组。,(3),定子埋入式：发电机定子埋入发电机层楼板下机坑内，上机架外露,。,便于悬式发电机组的推力轴承检修。,适用于单机容量在数十万,MW,的大型机组。,第四节 水电站厂房的辅助设备,一、调速系统,每台机组装设一套调速系统。,调速设备组成：调速器柜、作用筒,(,接力器,),、油压装置。三部分之间用管路联系。,调速器柜。单机容量不同，机型不同，调速系统也不一样，调速柜的外形尺寸变化不大，一般为方形，尺寸为,800mm800mm1900mm,。,它以机械的传动杆和油管与作用筒相联。调速柜多布置在发电机的上游侧。,作用筒,(,接力器,),。作用筒是个油压活塞，大中型机组都采用两个，用来推转调节环。调节环带动导水叶来控制水轮机的引用流量，调节机组出力。,油压装置。由压力油罐、储油槽和油泵组成。油罐内油压为,2.5MPa,，供推动活塞用。油压靠压缩空气维持，所以油桶内上部为压缩空气。工作后的油回到储油槽，罐内油量不足时，由油泵将油槽中的油打入罐内。油泵一般为两台，一台工作，一台备用。,1,作用及分类,透平油,供给机组轴承的润滑油和操作用的压力油，作用：润滑、散热及传递能量；,绝缘油,供给变压器、油开关等电气设备的，作用：绝缘、散热及灭弧。,注：两种油的性质不同，应有两套独立的油系统，不能相混。,二、油系统,2,组成及布置,(1),油库,接受和贮存油地方，油库设有油罐。,透平油的用油设备均在厂内，故透平油库一般布置在厂内，只有在油量很大时才在厂外另设存贮新油的油库。,绝缘油用量大的主变压器和开关站都在厂外，所以绝缘油库常布置在厂外主变压器和开关站附近。,注：油库要特别注意防火，大于,100,吨时油库应设在厂外。,(2),油处理室,设有油泵和滤油机，有时还有油再生装置。一般设在油库旁。透平油与绝缘油常合用油处理室。相邻水电站可合用一套油处理设备。,(3),中间排油槽,当油库设于场外时，在厂房下部结构中布置中间排油槽，以存放各种设备排出来的污油。,(4),补给油箱,设在主厂房的吊车梁下。当设备中的油有消耗时，从补给油箱自流补给新油。,(5),废油槽,。,在每台机组的最低点设废油槽，收集漏出的废油。,(6),事故油槽,当变压器、油开关、油库发生燃烧事故时迅速将油排走，以免事故扩大。油可排入事故油槽中或直接排入下游河道。,事故油槽应布置在便于充油设备排油的位置，并便于灭火。,(7),油管,油系统各部分的连接管路，常沿水轮机层的一侧布置干管。水管和油管要避免布置在电气设备上方。,三、供水系统,1,供水系统分类,技术供水,冷却及润滑。发电机的空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、水润滑导轴承、空气压缩机气缸冷却器、变压器的冷却设备等。耗水量最大的是发电机和变压器冷却用水，要求水质清洁、不含对管道和设备有害的化学成分。,生活供水,生活用水根据工作人员的多少决定。,消防供水,消防用水要求水流能喷射到建筑物的最高部位。消防用水可从上游压力管道、下游尾水渠或生活用水的水塔取水，并且应设置两个水源。,2,供水系统布置,水源：,压力管道、上游水库、下游水泵、地下水源。,组成：,水源、供水设备、水处理设备、管网和测量控制元件。,布置：,管路应尽可能靠近机组，以缩短管线并减少水头损失。供水泵房应布置在水轮机层或以下的洞室内。为保证水质，用水管把水引向过滤设备，经过滤后再分配用水。,3,供水方式,水泵供水。,当水电站的水头太低,(,水压力不够,),或太高,(,需要减压设备,),时。,自流供水。,适用于水头在,1260m,之间的水电站，但当水头大于,40m,时需要减压设备。坝后式厂房从水库引水，引水厂房从压力水管引水。,混合式供水。,水电站水头变化较大时采用，高水头用自流方式，低水头时用水泵。,四、排水系统,1、,类型,渗漏排水系统,排除厂房内的生活用水、技术用水、阀门或建筑物及其他设备的渗漏水。,发电机冷却用水等均自流排往下游。不能自流排除的则集中到集水井，再用水泵排到下游。,检修排水系统,机组检修时排空蜗壳和尾水管。,首先关闭蝴蝶阀或进水闸门，将蜗壳及尾水管中的水自流经尾水管排往下游。剩余部分利用检修排水泵排走。,2、,排水系统的布置,水泵集中在水泵房内，集水井设在水泵房的下层。,集水井通常布置在安装间下层、厂房一端、尾水管之间或厂房上游侧。,集水井的底部高程要足够低，以便自流集水。,每个集水井至少设2台水泵，一台工作，一台备用。,一般要求渗漏排水和检修排水分开设置。,3、,检修,排水的方式,集水井,：各尾水管与集水井之间用管道相连，并设阀门控制。尾水管的积水可自流排入集水井。,集水廊道,：在厂房的最低处沿纵轴向设置一条廊道，尾水管的积水直接排入廊道。廊道的容积较大，排除积水时间短。,分段排水,：每两台机组之间设置集水井和水泵，构成一个检修排水系统。适用于较小的电站。,移动水泵,：不设集水井，直接将移动水泵装在需要检修的机组处进行排水。适用于较小的电站。,五、压气系统,1,压气系统的分类和用途,低压压缩空气系统,机组制动；调相运行压水；蝶阀关闭时，将压缩空气通入阀上的空气围带，使其膨胀而减少漏水；检修时清扫设备，供风动工具使用；通向拦污栅，防冻清污。,额定气压为,0.50.8MPa,。,高压压缩空气系统,给油压装置的压力油箱充气，额定气压为,2.5MPa；,配电装置如空气断路器的灭弧和操作的用气，以及开关和少油断路器的操作用气；,额定气压为,25MPa,。,2,压气系统的组成及布置,组成,：空压机、储气罐、输气管、测量控制元件。,布置,：,厂房内高低压系统均要设置。,空气压缩机室一般布置在水轮机层，安装间的下面，其噪声很大，要远离中央控制室,满足防火防爆要求。,六、水电站厂房的起重设备,为了安装和检修机组及其辅助设备，厂房内要装设专门的起重设备。,最常见的起重设备是桥式起重机,(,桥吊,),。,桥吊由横跨厂房的桥吊大梁及其上部的小车组成，桥吊大梁可在吊车梁顶上沿主厂房纵向行驶，桥吊大梁上的小车可沿该大梁在厂房横向移动。,起重设备的型式和吊运方式对厂房上部结构和尺寸影响较大，正确选择起重设备和吊运方式，可减小其宽度或高度。,1,、桥吊的起重量和台数,桥吊的最大起重量取决于所吊运的最重部件。,最重部件一般为发电机转子，悬式发电机的转子需带轴吊运，伞式发电机的转子可带轴吊运，也可不带轴。,对于低水头电站，最重部件也可能是带轴或不带轴的水轮机转轮。,少数情况下，桥吊的起重量决定于主变压器,(,主变需要在厂内检修时,),。,桥式起重机有单小车和双小车两种。,单小车设有主钩和副钩，当起重量不大时一般采用一台双钩桥吊；,双小车是在桥吊大梁上设有两台可以单独或联合运行的小车，每台小车只有一个起重吊钩，起重量大于,75t,时，可采用双小车桥吊。,与单小车相比，双小车桥吊不仅重量轻、外形尺寸小，而且用平衡梁吊运带轴转子时，大轴可以超出主钩极限位置以上，从而可降低主厂房的高度。,当机组较大而且台数多于,6,台时，也可考虑采用两台吊车。两台桥吊可降低厂房高度，运用较灵活。,2,、桥吊跨度与工作范围,桥吊跨度要与主厂房下部块体结构的尺寸相适应，使主厂房构架直接座落在下部块体结构的一期混凝土上。,要满足发电机层及安装间布置要求，使主厂房内主要机电设备均在主副钩工作范围之内，以便安装和检修。,尽量采用起重机制造厂家所规定的标准跨度。,第五节 主厂房的布置,一、发电机层设备布置,发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。,主要设备有发电机、调速柜、油压装置、机旁盘、励磁盘、蝶阀孔、楼梯、吊物孔等。,厂房平面图,发电机层设备布置,机旁盘。与调速器布置在同一侧，靠近厂房上游或下游墙。,调速柜。应与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作范围之内。,励磁盘。常布置在发电机近旁。,蝶阀孔。,楼梯。每隔一段距离需要设置一个楼梯，一般两台机组设置一个。楼梯不应破坏发电机层楼板的梁格系统。,吊物孔。,发电机层平面设备布置应考虑在吊车主、副钩的工作范围内，以便楼面所有设备都能由厂内吊车起吊。,二、水轮机层设备布置,水轮机层是指发电机层以下，蜗壳大块混凝土以上的这部分空间。,在水轮机层一般布置调速器的接力器、水力机械辅助设备,(,如油、气、水管路,),、电气设备,(,如发电机引出线、中性点引出线、接地、灭磁装置等,),、厂用电的配电设备。,水轮机层设备布置图,调速器的接力器。位于调速器柜的下方，与水轮机顶盖连在一起，并布置在蜗壳最小断面处。,电气设备的布置。发电机引出线和中性点侧都装有电流互感器，一般安装在风罩外壁或机墩外壁上。对发电机引出母线要加装保护网。,油、气、水管道。一般沿墙敷设或布置在沟内。要防止油气水渗漏对电缆造成影响。,水轮机层上、下游侧应设必要的过道。主要过道宽度不宜小于,1.2m1.6m,。,水轮机机墩壁上要设进人孔，进人孔宽度一般为,1.2m1.8m,，高度不小于,1.8m2.0m,。,二、蜗壳层的布置,主阀。当引水式电站采用联合供水或分组供水时，在蜗壳进口前设置一道快速闸门或蝴蝶阀，称为主阀。,主阀可以装设在厂内也可以装设在厂外。主阀的上游侧要安装伸缩节，以方便其拆装。,进人孔。在下部块体结构中要设有通向蜗壳和尾水管的进人孔，并设置通道。一般进人孔的直径为,60cm,，进人孔通道尺寸不小于,11m,。,在蜗壳层以下的上游侧或下游侧均设有检查、排水廊道。,集水井位于全厂最低处，除要求能容纳运行时的渗漏水，还要担负机组检修时的集水、排水任务。,排水泵室一般布置在集水井的上层。电站排水都通向下游尾水渠。,四、安装间,(,安装间,),的布置,安装间是厂房主要部件安装和检修的场所。,主要设备的安装、检修、到货后卸车都要用到桥吊。,安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端。,对外交通通道必须直达安装间，车辆直接开入安装间以便利用主厂房内桥吊卸货。,水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路或水路。对于大中型水电站，由于部件大而重，运输量又大，所以常建设专用的铁路线，中小型水电站多采用公路。,1,安装间的位置,2,安装间的高程,安装间的高程主要取决于对外道路的高程及发电机层楼板的高程。,安装间最好与对外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期对外交通畅通无阻。,安装间最好也与发电机层同高，以充分利用场地，安装检修工作方便。,当水电站的下游尾水过高时，发电机层楼板常低于下游最高尾水位，从而也低于对外道路，这时可以有以下几种,方案,：,安装间与对外道路同高，均高于发电机层。,安装间与发电机层同高，均低于下游最高水位。,安装间与发电机层同高，,而在安装间上专门划出一块货车停车卸货处，此停车处高于安装间而与对外道路同高。这时安装间场面不能充分利用，而厂房的高度可能取决于卸货的要求。,3.,安装间的尺寸,安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的尺寸主要是指其长度。,安装间的面积可按一台机组扩大性检修的需要确定，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖。四大部件要布置在主钩的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内。发电机转子和水轮机转轮周围要留有,1,2m,的工作场地。,缺乏资料时，安装间长度可取,1.25,1.5,倍机组段长。,多机组电站，安装间面积可根据需要增大或加设副安装间。,4.,安装间的布置,安装间内要安排运货车的停车位置,堆放试重块或设置试重地锚，以进行桥吊安装后的静荷试验和动荷试验,。,安装间大门尺寸：采用标准轨火车运输时不应小于,4.2m5.4m，,采用载重汽车运输不小于,3.3m4.5m,。,发电机转子放在安装间上时主轴要穿过地板，地板上在相应位置要设大轴孔，在轴下要设大轴承台，并预埋底脚螺栓。,主变压器有时也要在安装间进行大修，这时要考虑主变压器运入的方式及停放的地点。主变压器大修时常需吊芯检修，在安装间上设尺寸相当的变压器坑。,谢谢!,
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