07水电站厂房设计

第七章水电站厂房设计7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型7.2主厂房设备7.3立式机组主厂房的布置7.4主厂房的轮廓尺寸7.5卧式机组厂房的布置7.6副厂房的布置7.7厂房的采光、通风、交通及防火7.8厂区布置水电站厂房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。7.1.1水电站厂房的任务1.将水流平顺地引进水轮机2.使水能转变成可供用户使用的电能3.将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型7.1.2水电站厂房的组成1.根据设备布置和运行要求的空间划分主厂房：安装水轮发电机组及各种辅助设备的房间。副厂房：布置各种运行控制设备和检修管理设备的房间，以及运行管理人员工作和生活的用房。主变压器场：安装升压变压器的地方。开关站（户外高压配电装置）：安装高压配电装置的地方引水道尾水道对外交通水电站主厂房、副厂房、主变压器场和高压开关站及厂区交通等，组成水电站厂区枢纽建筑物，一般称厂区枢纽。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型Next主厂房主厂房布置水电站的主要动力设备——水轮发电机组和各种为了保证机组正常运行而设置的辅助设备，以及组装机组、检修设备的装配场。是水电站厂房的重要组成部分。主厂房从下到上分为：尾水管层、蜗壳层、水轮机层、发电机层、起重机层等。其中发电机层以下称为下部结构，发电机层以上称为上部结构。在长度方向可分为主机间、安装间等。上部结构下部结构下部块体结构Back副厂房副厂房是水电站运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间，主要布置控制设备、电气设备、辅助设备等。根据厂房类型不同，副厂房可以设置在主厂房的上游侧、靠河岸一端、有的房间可以设在主厂房下游侧，有的水电站讲一部分房间集中起来单独建在岸边的楼房中。Back主变压器场从低压配电装置（或直接从发电机）引出的电通过电缆接至升压变压器，升压后用架空线接到高压开关站，再输送给用户。变压器应尽量布置在露天场地，保证良好的通风条件；最好能靠近低压配电装置和主厂房，可减少事故几率；其场地高程最好与装配厂高程一致，并有轨道相连，以便于将变压器运送到装配厂进行检修。主变压器场主变压器：将水轮发电机发出的电能升压，以便由高压输电线路送往用电负荷区。Back开关站高压开关站一般都布置成露天式的，所需要的场地面积比较大。通常布置在厂房的下游河岸上，为便于运行人员工作，应与厂房在同一岸。开关站的高程应高出洪水位，最好与交通线高程一致，以便于开关设备的运输。开关站Back引水道水电站的引水道主要是指厂房的引水建筑物，如引水隧洞、压力钢管等。其作用是将发电用水引进厂房。引水道要保证进水水流平顺，少拐弯，水头损失尽量小，引水道长度尽量短，减少材料用量和工程量，以节省投资。Back尾水道水电站的尾水道主要是指下游的引水建筑物，将发电以后的水导入原来的河道。Back对外交通厂区施工期间运输建筑材料，安装及检修时运载设备必须设有行驶车辆的进场道路，如铁路、公路或船舶。Back厂区枢纽主厂房副厂房变电站开关站7.1.2水电站厂房的组成2.根据设备组成的系统划分（五个系统）水流设备系统：水轮机及其进出水设备系统。压力管道、主阀（如蝴蝶阀）、水轮机引水室（如蜗壳）、水轮机、尾水管及尾水闸门等电流设备系统：水电站进行发电、变电、配电的电气一次回路系统。发电机及其主引出线、发电机母线、发电机中性点引出线、发电机电压配电装置（户内开关室）、主变压器、高压配电装置（户外开关站）及各种电缆等。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型7.1.2水电站厂房的组成2.根据设备组成的系统划分（五个系统）电气控制设备系统：操作、控制水电站运行的电气二次回路设备系统。机旁盘、励磁设备、中央控制室的各种电气设备，各种控制、监测及操作设备等。机械控制设备系统：操作、控制厂房内水力机械的一系列设备系统。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，以及主阀、减压阀、进水口拦污栅和各种闸门的操作控制设备等辅助设备系统：水电站安装、检修、维护、运行所必需的各种电气及机械辅助设备系统。水、电、油、气、交通、起重7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型机旁盘励磁系统中央控制室7.1.2水电站厂房的组成3.根据水电站厂房的结构组成划分水平面上：主机室：运行管理的主要场所，水轮发电机组及辅助设备布置在主机室安装间：水电站机械设备卸货、拆箱、组装和机组检修时使用的地方垂直面上（以发电机层楼板面为界）：上部结构：与工业厂房基本相似，基本上是板、梁、柱结构系统；下部结构：大体积混凝土结构，布置过流系统，是厂房的基础。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型装配场1#机组2#机组3#机组4#机组主机间发电机层水轮机层、蜗壳层副厂房发电机组检修位置水轮机尾水平台厂房平面图油压装置调速器湖南镇水电站（1）厂房横剖面图湖南镇水电站（2）装配场横剖面图湖南镇水电站（3）装配场层图湖南镇水电站（4）发电机层平面图湖南镇水电站（5）水轮机层平面图湖南镇水电站（6）蜗壳层平面图7.1.3水电站厂房的基本类型1.按厂房结构特征分类（1）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。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型广西天湖水电站7.1.3水电站厂房的基本类型1.按厂房结构特征分类（2）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：溢流式厂房、坝内式厂房、挑越式厂房等。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型坝后式厂房示意图CenterHillLakeandDamNext溢流式厂房厂房位于溢流坝挑坎下面的混凝土中，水流从厂房顶部流过。适用：河谷狭窄，洪水流量大，机组台数多、没有合适位置布置厂房的情况。溢流式厂房浙江新安江水电站厂房是我国第一座溢流式厂房新安江水电站Back坝内式厂房厂房移入溢流坝体空腹内。适用：峡谷中建坝，坝轴线上不容易布置水电站厂房和溢流坝的情况凤滩水电站Back挑越式厂房乌江渡水电站Back厂房位于溢流坝挑坎下面，泄流时高速水流挑越过厂房顶，落到下游的河床中。适用：峡谷中建高坝，高水头大流量的情况7.1.3水电站厂房的基本类型1.按厂房结构特征分类（3）河床式厂房特征：厂房位于河床中，成为挡水建筑物的一部分7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型7.1.3水电站厂房的基本类型2.按机组主轴布置方式分类（1）立式机组厂房特征：水轮发电机主轴呈垂直向布置。适用：下游水位变幅大或下游水位较高的情况。目前，装设流量较大的反击水轮机（贯流式机组除外）的水电站，几乎都采用立式机组厂房。机组尺寸较大的冲击式水轮机，喷嘴数多于2~6个时，也用之。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型立式机组厂房7.1.3水电站厂房的基本类型2.按机组主轴布置方式分类（2）卧式机组厂房特征：水轮发电机组主轴呈水平向布置且安装在同一高程地板上。适用：中高水头的中小型混流式水轮发电机组、高水头小型冲击式水轮发电机组及低水头贯流式机组均用之。7.1水电站厂房的任务、组成及基本类型卧式机组厂房7.2主厂房设备水电站厂房中的主要机电设备包括：1.主机组：由水轮机、发电机组成2.电气设备：包括主变压器、厂内供电及电动设备、开关设备、电流和电压保护设备、互感器和测量仪表等二次设备。3.机械设备：包括进水阀、起重设备。厂内的辅助设备包括：1.调速设备2.压缩空气系统3.排水系统7.2.1主厂房设备布置的内容和要求1.厂房设备布置的主要内容1）确定水轮机、发电机、调速设备、主阀、起重设备以及其他辅助设备在厂房内的合理位置、布置形式和支承方式2）确定主、副厂房的布置方式以及主副厂房的尺寸。3）确定主厂房内垂直和水平通道的位置和尺寸。4）提供设备布置的图纸和数据以供设备安装和厂房结构设计使用。7.2主厂房设备7.2.1主厂房设备布置的内容和要求2.设备布置的要求结合水电站枢纽的地质地形条件、自然环境和水共建筑物在布置上的特点等，尽量减少土建工程量。设备布置紧凑，位置合理，便于安装、运行、检修和操作管理，尽量减少安装工程量。能满足劳动保护、自动化管理、防空、防火、防淹、防潮等要求，能适应水电站分期建设和提前发电的需要。能满足水工结合和建筑施工方面的要求，力求布置整齐美观。7.2主厂房设备7.2.2水轮发电机组成水轮发电机组是将旋转机械能转换为电能的设备，由转子、定子、励磁机构、上机架、下机架组成。分为悬式和伞式两种。机组的支承结构水轮发电机组的重量、水流推力等荷载通过上、下机架传递到发电机的支承结构（机墩）上，由机墩传递到水下混凝土，进一步再传递到厂房的基础上。常见的机墩形式有：圆筒式机墩、平行墙式机墩、环形梁立柱式机墩、框架式机墩发电机的布置方式开敞式、定子埋入式、上机架埋入式7.2主厂房设备7.2.2水轮发电机1.发电机的类型及传力方式（1）悬挂式发电机推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。7.2主厂房设备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。7.2.2水轮发电机1.发电机的类型及传力方式（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2.半伞式3.全伞式7.2主厂房设备Next普通伞式有上下导轴承。Back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。Back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。Back7.2.2水轮发电机2.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。一般每台发电机组都有各自独立的励磁系统。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(与水轮发电机同轴)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3~5块励磁盘。7.2主厂房设备7.2.2水轮发电机3.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。一般为钢筋混凝土结构。3）常见的机墩形式圆筒式平行墙式环形梁立柱式框架式7.2主厂房设备Next圆筒式机墩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Back平行墙式机墩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Back环形梁立柱式机墩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。一般用中小型机组。Back框架式机墩由两个纵向刚架和两根横梁组成。优缺点与环形梁立柱式机座相同，但其刚度更小，仅适用于小型机组。Back7.2.2水轮发电机4.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。7.2主厂房设备7.2.2水轮发电机4.发电机的布置型式2