课程设计：水电站厂房设计
专业班级：12级水利水电工程卓越班姓名：
学号：
指导教师：
南昌工程学院水利与生态工程学院印制
2015——2016学年第一学期
南 昌 工 程 学 院
课程设计（论文）任务书
I 、课程设计(论文)题目：某水电站厂房课程设计
II 、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：
一、设计原始资料
（一）工程概况
图1为某水电站的厂房布置图，它是一座以发电为主兼有防洪、灌溉、过木、供水等综合效益的县办骨干电站。采用钢筋混凝土堆石坝，最大坝高74m ，坝址以上控制流域面积564k ㎡，占全流域面积的75.3%，多年平均流量为s m /6.173水库总库容为3
810783.2m ?，属多年调节。
图1
厂房为坝后式，安装3台8000KW 机组，总装机容量KW 4104.2?，保证出力5500KW ，多年平均发电量h KW ??4107260，年利用小时3025h ，在系统中（地方电网）担任调峰、调相任务，并可对下游梯级进行调节，经济效益显著。
在枢纽布置上，为避免厂房、溢洪道、筏道的相互干扰，将岸坡式溢洪道布置在坝左岸的一鼻形山脊上，用钢筋混凝土挡土墙与堆石坝衔接，出口消能采用挑流形式。过木干筏道布置在坝左岸的山坡上。隧洞布置在坝右岸的山体中，具有导流、发电引水和放空等
多种功能，即施工期用隧洞导流，并在导流洞口上的山岩中另开一洞口，与隧洞相连成为“龙抬头”形式，采用塔式进水口作为发电引水和放空隧洞的首部，水库蓄水时将导流洞口封赌。隧洞直径为5.2m 。隧洞出口设有放空水库用的闸门。在放空闸门上游另凿发电引水岔洞，洞径4.6m ，然后以三根m 2Φ的钢支管与机组相连。
本工程规模属大（2）型，枢纽为二等工程，电站厂房按3级建筑物设计。
（二）水电站厂房主要设备
1、水轮机和发电机
电站最大水头m H 3.64max =，加权平均水头m H cp 63.59=，最小水头m H 02.38min =。按水头范围及装机容量，套用3台现有机组。水轮机型号为140220--LJ HL ，单机额定
出力为KW 8333，该机组适用m H 65max =，m H 38min =m H p 58=，额定流量35.16m /s ，
和电站水头范围比较匹配。发电机型号为3300/168000-SF ，单机额定出力KW 8000（悬式），采用密封式通风，可控硅励磁。水轮机导叶0b 为0.35m 。水轮机带轴长3.74m ，发电机转子带轴长4.785m.。一台机组在设计水头、额定出力下运行的尾水位为100.1 m 。
2、调速器：选用3500-YDT 型电气液压式
3、主阀：采用卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀
4、桥式起重机：本电站的最重部件为发电机转子带轴重37.5t ，结合厂房布置要求。选用起重机跨度m L k 12=，主副钩最大起升高度分别为20m 和22m ，主钩最高位置至轨顶距离为0.911m ，小车高度2.723m 。厂房屋顶结构厚度为2.456 m 。
二、设计技术要求
厂房课程设计重点是主厂房内部主要设备和结构的布置，以及轮廓尺寸的决定。设计图应符合工程图纸的要求，说明书应能说明设计内容，文字通顺、整洁。
III 、课程设计(论文)工作内容及完成时间：
一、工作内容
水电站厂房课程设计要求学生根据所给任务书，利用所给的资料，完成下列工作：
1、用简略的方法选择厂房的主要和辅助设备。
2、进行厂区和厂房内部布置，决定厂房的轮廓尺寸。
3、绘制设计图纸(至少要有一平一立两张图纸)和编写设计计算书和说明书。
二、完成时间
本课程设计2周，具体安排大致如下（供参考）：
1、设计布置，了解设计任务书及熟悉原始资料 1天
2、进行厂房布置设计，并布置草图 6天
3、绘厂房布置图（可用计算机绘制）及整理编写计算书和说明书 3天 Ⅳ 主 要参考资料：
《水电站厂房设计规范 SL 266-2014 替代SL266-2001 中华人民共和国水利部 编 中国水利水电出版社 2014》
《DLT5186-2004水力发电厂机电设计规范》
《水力机械（第2版）金钟元 编 中国水利水电出版社 1992》
《水电站机电设计手册：水力机械 水利电力出版社 1983》
《水电站建筑物（第二版） 马善定，汪如泽 编 水利水电出版社 1996》
《水工设计手册(第2版 第8卷 水电站建筑物) 王仁坤 主编 中国水利水电出版社 2013》 《专门水工建筑物 -- 张光斗，王光纶著 -- 上海科学技术出版社 1999》
《水电站厂房设计 顾鹏飞 水利电力出版社 1987》
《水电站建筑物设计参考资料 张治滨 等编 中国水利水电出版社 1997》
指导教师：张小兵 蔡高堂 徐寅
教研室主任： 蔡高堂
水电站设计说明书
一、工程概况
图1为某水电站的厂房布置图，它是一座以发电为主兼有防洪、灌溉、过木、供水等综合效益的县办骨干电站。采用钢筋混凝土堆石坝，最大坝高74m ，坝址以上控制流域面积564k ㎡，占全流域面积的75.3%，多年平均流量为s m /6.173水库总库容为3810783.2m ?，属多年调节。
图1
厂房为坝后式，安装3台8000KW 机组，总装机容量KW 4104.2?，保证出力
5500KW ，多年平均发电量h KW ??4107260，年利用小时3025h ，在系统中（地方电网）担任调峰、调相任务，并可对下游梯级进行调节，经济效益显著。
在枢纽布置上，为避免厂房、溢洪道、筏道的相互干扰，将岸坡式溢洪道布置在坝左岸的一鼻形山脊上，用钢筋混凝土挡土墙与堆石坝衔接，出口消能采用挑流形式。过木干筏道布置在坝左岸的山坡上。隧洞布置在坝右岸的山体中，具有导流、发电引水和放空等多种功能，即施工期用隧洞导流，并在导流洞口上的山岩中另开一洞口，与隧洞相连成为“龙抬头”形式，采用塔式进水口作为发电引水和放空隧洞的首部，水库蓄水时将导流洞口封赌。隧洞直径为
5.2m 。隧洞出口设有放空水库用的闸门。在放空闸门上游另凿发电引水岔洞，洞径4.6m ，然后以三根m 2Φ的钢支管与机组相连。
本工程规模属大（2）型，枢纽为二等工程，电站厂房按3级建筑物设计。
二、水电站厂房主要设备
2.1、水轮机和发电机
电站最大水头m H 3.64max =，加权平均水头m H cp 63.59=，最小水头m H 02.38min =。按水头范围及装机容量，套用3台现有机组。水轮机型号为140220--LJ HL ，单机额定出力为KW 8333，该机组适用m H 65max =，m H 38min =m H p 58=，额定流量35.16m /s ，和电站水头范围比较匹配。发电机型号为3300/168000-SF ，单机额定出力KW 8000（悬式），采用密封式通风，可控硅励磁。水轮机导叶0b 为0.35m 。水轮机带轴长3.74m ，发电机转子带轴长
4.785m.。一台机组在设计水头、额定出力下运行的尾水位为100.1 m 。
2.2、调速器：选用3500-YDT 型电气液压式
2.3、主阀：采用卧式液压型摇摆式接力器双平板偏心蝴蝶阀
2.4、桥式起重机：本电站的最重部件为发电机转子带轴重37.5t ，结合厂房布置要求。选用起重机跨度m L k 12=，主副钩最大起升高度分别为20m 和22m ，主钩最高位置至轨顶距离为0.911m ，小车高度2.723m 。厂房屋顶结构厚度为
2.456 m 。
三、辅助设备系统
3.1、油系统：透平油系统，根据设备用油量选用3m 6净油桶1只、3m 6污油桶一只、净油设备压力滤油机2台、真空滤油机1台，供油设备齿轮油泵1台。绝缘油系统选用3m 8净油桶2只、3m 8污油桶2只。油净化设备与透平油共用，变压器的充油和排油均在安装现场进行。两类油的事故排油均由管道排往集水井，事故后再将集水井的油抽出来。
由于电站距县城较近，交通方便，故油化验设备按简化分析设置。
3.2、 供水系统：①技术供水，本电站水头范围为38.02m--6
4.32m ，且水质，水温均满足要求，所以采用自流供水方式。取水口设在每台机蝴蝶阀前的压力钢管上，并与全厂技术供水总管连通，互为备用。每台机组供水管上均装有电磁液压阀。以保证自动投入或切除；②消防用水，全厂设一消防用水总管与技术供水总管连通。油库、油处理器和变压器上装有消防喷雾头。一般情况下，采用自流供水能满足全厂消防对水压的要求。但当电站在最小水头运行时，则水压不足，故需另加两台卧式水泵（一台备用）从下游抽水运至消防总管，同时作为技术供水的备用水泵。
3.3、排水系统：分机组检修排水、厂房漏水排水和厂区排水三部分。
1）检修排水，采用廊道间接排水方式，既检修机组是，蜗壳和尾水管中的积水通过盘形阀的控制，先流经廊道排往集水井，然后再由水泵抽排至尾水渠。集水井上共设两检修排水用深井泵，两台水泵同时工作，待积水抽空后，再由一台抽排阀门的漏水。
2）渗漏排水，与检修排水共用一集水井，设一台深井泵。检修排水泵可作为渗漏排水泵的备用水泵。渗漏排水泵的启动和切除由液位信号器根据集水井的水位变化控制，集水井的有效容积为340m ，可利用的廊道容积为37.58m 。厂房沉陷、温度缝的渗漏水。坝体渗漏水、机组顶盖与主轴密封渗漏水、压力钢管伸缩节漏水等，经厂内排水沟、管引至集水井，然后再由渗漏排水泵抽排至尾水渠。
3）厂区排水，选用4台单级双吸卧式水泵，厂区排水时4台水泵逐台启动，以减小厂用变压器的压降。厂区排水集水井的有效容积为313.94m 。
3.4、压缩空气系统：高压气系统选用35.1m 贮气罐一只，高压空压机2台，其中一台备用；低压气系统选用容积为33m 的制动和调相用贮气罐各一只，低压空气机两台（互为备用）。为确保制动用气的可靠性，在制动用气贮气罐的进气侧装有逆止阀，当两台贮气罐压力不平衡时，只允许调相用贮气罐的气进入制动贮气罐。风动工具和吹扫用气均从调相供气管引出。
3.5、直流系统：由一组铅酸蓄电池（GGF-300型130个）两套充电装置组成，供全厂正常和事故情况下控制、保护、信号和自动装置的直流电源。蓄电池按浮充电方式运行。
3.6、通风、采光：本电站为地面式厂房、主厂房采用自然通风方式，中控室、载波室设窗式空调器，蓄电池室、酸室装设轴流风机，通过管道将新产出的酸气排至厂外。位于水轮机层副厂房中的母线道，也用轴流风机通风散热。
主机房采用自然采光和人工照明相结合的方式，人工照明的正常电源是常用电系统，当厂用电系统事故时，则利用蓄电池室的直流电源供电。
3.7、尾水闸门：本电站三台机组共用一组4×2m 平板滑动钢闸门，由一台5t 电动葫芦启闭。
四、厂区布置
厂区布置主要是合理确定主、副厂房，主变和开关站的位置。
主厂房位于坝后河床靠右岸位置，安装场布置在同一岸与右岸进厂公路连接。考虑充分利用长坝之间的空间并有利于主机房的通风、采光等因素，将副厂
房分为两部分，一部分在主厂房的上游侧，称为上游副厂房；另一部分在主厂房左端，称端部副厂房。变电站布置在端部副厂房与溢洪道之间的一块平地上，因溢洪道与变电站成一交角，故变电站为一不规则矩形，面积约2200m 。
主变压器靠近端副厂房布置。为方便主变引出线和进入安装场检修，两台主变错开布置，且变电站与安装场同高程，并设有运输轨道。近区变考虑到引线及搬运的方便，布置在端副厂房靠下游侧屋外处，并设置围栏，以保证安全35kv 配电装置如采用屋外型设备，则受场地限制，布置较困难，故采用屋内型设备。根据进出线方向及总体布置要求，将35kv 开关室布置在靠变电站下游处，设两个出口，为便于维护，110kV 开关站高压设备均采用中型布置，110kV 母线避雷器选用体积较小的氧化锌避雷器，并安装在构架上。在户外开关室下游侧布置有厂区排水泵房。
五、主厂房内部布置
5.1、发电机及安装场。发电机与安装场地面线在同一高程，布置3台SF8000-16/3300型发电机组。
在机组上游区，布置YDT-3500型电气液压式调速器。每台机组均设6块机房盘（机组测温盘，自动盘，励磁调节盘，灭磁开关盘，动力盘，发电机组保护盘），均布置在大坝坝体上游挡水侧的挡墙上。机组中心线上游侧布置蝴蝶阀吊孔（3.4×2.2米），在中心线下游设置吊物孔（2.5×2.5m ）,用以吊装水轮机层及层下的其他重金属设备。在发电机层右侧布置楼梯。
在安装场内，设置（2.4×2.4m ）的吊物孔以及与桥吊操作室相连通的楼梯。在安装场露面上布置转子轴空、，在轴空下设置转子墩，以便支撑转子。
5.2、水轮机层。在水轮机层上游布置蝴蝶阀液压控制装置、蝴蝶阀控制机柜以及蝶阀孔。在调速器与水轮机层上布置调速轴及其推拉杆。水轮机下游布置油、气、水道管以及机组检修排水用盘型阀和尾水管平圧操作阀门。
竖井机墩进入孔布置在机墩下游侧。水轮机层右端安装场下层布置油库、油处理室、空气压缩装置室以及通往发电机和蝴蝶阀室层的楼梯。
发电机引线出线布置在水轮机上游侧第二象限+Y 偏-X32.5。方向发电机风罩上，中性点引线布置在-X 轴方向上的风罩上。在机墩旁水轮机层地面上布置复励磁变压器及其保护网。发电机出口电流互感器及中性点电流互感器布置在发电机机墩风罩上。
5.3、蜗壳，尾水管层。在蝴蝶阀室中布置有蝴蝶阀及其伸缩节、蝴蝶阀接力器漏油装置等。尾水管进人孔通道也设置在蝴蝶阀室中。
六、水电站厂房尺寸设计
6.1、主厂房高程的确定
6.1.1、 水轮机安装高程安
?： 水轮机吸出高度：H K H σ-900
-10s ?=
式中：m 58,128.0,2.1,1.100====?p
H K m σ，带入数据得
）（m 98.058128.02.1-900
1.100-10s =??=H ）（下设低安m 255.1012
35.098.010.10020s =++=++=?b H Z
6.1.2 、尾水管底板高程尾
?和厂房基础开挖高程F ? ）（尾m 395.97685.3-2
35.0-255.101=?= )(58.96)(1
23m h h h T F =++-?=?
6.1.3蝴蝶阀室地面高程蝴蝶?： ）（蝴蝶m 255.982
2-2-255.101==? 6.1.4 水轮机机层地面高程1?：
=?1安装高程101.255+蜗壳进口断面半径0.902+蜗壳上混泥土厚度1m=103.157
6.1.5发电机层地板高程和安装场地面高程：
发电机层的地板高程为108.535m ，是根据套用机组的具体尺寸推算得出的。发电机层与水轮机层的高差为 5.378m ，满足水轮机的布置和运行维护所需的空间。
电站50年一遇设计洪水位和200年一遇校核洪水位分别为109.80m 和110.86m ，均高于发电机层地板高程，如发电机层布置在下游最高洪水位以上，则仍需从现有高程提高1.3m 至2.3m 。显然不够经济，最终仍决定采用108.535m ，但在主机房下游最高洪水位一下设置防洪钢窗，作应急防洪措施，并在厂房下游侧建有混凝土墙，由于超过发电机层高程的洪水位几率小且历时不长，这种措施还是可行的。安装场地高程与发电机层地板同高程。
尾水平台高程与安装场地板高程相同。
6.1.6 吊车安装高程C ?
m 535.11711109871=+++++?=?h h h h h C
式中：
h 7—发电机上机架高度
h 8—吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距
h 9—最大吊运部件高度
h 10—吊运部件吊钩之间的距离
h 11—主钩最高位置至轨道顶面的距离，可从起重机主要参数表查出
6.1.7 天花板高程和屋顶高程
小车高度为2.723m ，小车顶部至天花板的安全距离取0.5m ，则天花板高程为：
117.535+2.723+0.5=120.758m
厂房屋顶结构厚度（包括大梁、屋面板、女儿墙）为2.456m ，则屋顶高程为：
120.758+2.456=123.214m
6.1.8 厂房的总高度
总高度为123.214-96.58=26.634m 。其上部结构高度为123.214-108.535=14.679m 。主机房净高（算至吊顶）12.223m 。
6.2 主厂房长度L 的确定
0L=nL +L +L 安△
式中：
L —主厂房长度
n —机组台数-1
L 0—机组段长度
L 安—安装间长度
△L —边机组段加长
由已知条件得：主厂房净长度为：）（m 42.4602.024.145.65.5102=?++++? 再加上安装场一端的边端厚度0.4m ，取主厂房长度为46.82米
6.3 主厂房宽度确定
x s B=B +B
式中：
B —主厂房净宽
B x —下游侧宽度
B s —上游侧宽度
水下部分净宽的确定
①上游侧宽度
)(05.895.27.02.27.05.01m B S =+++++=取8米
②下游侧宽度
)(6.5m B X =
则，主厂房净宽
)(6.13m B B B S X =+=
七、副厂房布置
副厂房布置
1、上游厂房：两层结构，第一层与水轮机通高程，上游侧布置母线廊道，下游侧布置电缆廊道和走廊。母线廊道布置1#、2#机组的引线，下游侧布置3#机组的引出线。均设保护网。安装场下布置油库，油处理室。油库上游侧布置有空压机室及楼梯间，第二层与发电机同高程，设有发电机出口电流互感器柜、励磁电压互感器柜以及放置励磁变压器的房间。在安装场上有布置工具间、高压实验室及楼梯间。
2、左端厂房：分六层。第一次与水轮机层同高程，布置母线道、电缆道和水泵房。第二层与发电机同高程，布置开关室、蓄电池室、厂用变压器室、厂用配电装置室和电缆竖井。第三层到第六层，布置电缆室、油化实验室等，第四层布置中控室、值班休息室和交接班室，中控室设置保护屏、直流屏、公用设备屏等。第六层布置会议室、阅览室、资料室及自动办公室等。第二层以上均设楼梯间、卫生间和洗澡间。
35kv开关室布置在变电站中。