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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布置设计第一节厂房的功用和基本类型①按系统要求保质保量的完成发电任务（完成水能-机械能-电能的转换）。②满足主、辅设备及线、缆、管道布置的要求。③满足安装、运行、维修的要求。④为运行人员创造良好的工作环境。一、功用：二、厂房基本类型按厂房位置分：（1）坝后式坝后式厂房示意图CenterHillLakeandDam1．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。坝后厂房坝后式厂房示意图CenterHillLakeandDam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。挑越式厂房乌江渡水电站厂房位于溢流坝的挑坎下面，泄洪时高速水流挑越过厂房顶，落到下游的河床中。适用于在峡谷中建高坝，高水头大流量的情况。乌江渡水电站（乌江，1974）坝内式厂房凤滩水电站将厂房布置在混凝土重力坝或拱坝的内部，压力管道穿过坝体进入厂房。适用于在峡谷中建坝，在坝轴线上不容易布置水电站厂房和溢流坝的情况溢流式厂房新安江水电站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。适用于河谷狭窄、泄洪量较大、机组台数多、没有合适位置布置厂房的情况。新安江水电站（新安江，1960）二、厂房基本类型按厂房位置分：（2）河床式厂房位于河床中，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2715MW，保证出力76.8万kW，多年平均发电量157亿kW·h。二、厂房基本类型按厂房位置分：（3）引水式引水式可以是地面式也可是地下式厂房。•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。二、厂房基本类型按机组类型分：（1）竖轴机组（2）横轴机组发电机水轮机立式机组厂房二、厂房基本类型按机组类型分：（1）竖轴机组（2）横轴机组卧式机组厂房二、厂房基本类型按上部结构分：（1）露天式（2）半露天式（3）封闭式按资源性质分：（1）河川电站（2）潮汐电站（3）抽水蓄能电站上水库三、厂房的设计程序一般分为四个阶段：①预可行性研究：论证兴建的必要性、技术上的可行性和经济上的合理性。——规划处牵头②可行性研究：选定总体布置、建筑物型式和控制尺寸、选择施工方案和进度、投资预算。——水工处牵头③招标设计：提出详细的工程图纸和工程量，提出施工、制造与安装的技术要求及永久设备购置清单，编制招标文件。④施工详图：进行细部设计和结构计算，拟定具体施工方法，绘出施工详图；对于厂房设计，要根据最终的设备尺寸，进行进一步的细部设计。——水工处牵头三、厂房的设计程序三、厂房的设计程序所需资料：1.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。三、厂房的设计程序所需资料：2.地形资料库区及取水枢纽1/2000~1/1000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1/2000~1/1000引水线路带状地形图。3.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。三、厂房的设计程序所需资料：4.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。三、厂房的设计程序5.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。6.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。第二节水电站厂房的组成一、从设备布置及运行要求的空间划分：①主厂房：由布置机组及其辅助设备的主机间和安装、检修设备的装配场组成。②副厂房：电站运行、控制、监视、通讯、试验、管理等房间。③主变场：布置主变压器场所。④开关站：布置高压配电设备，高压开关、母线保护设备，高压输电线从此处将电能输送给电力用户。主厂房副厂房主变场开关站二、从设备组成分：①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。②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。③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。二、从设备组成分：④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、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。⑤辅助设备系统。包括为安装、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。1、主机组设备1.1水轮机水轮机特点及分类前面课程已讲，对厂房尺寸产生影响的主要是蜗壳和尾水管的尺寸。三峡水电站蜗壳电站蜗壳安装1.2调速系统组成：调速器柜、作用筒(接力器)、油压装置。三部分之间用管路联系。①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。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。湖北兴山二级水电站压力油筒调速柜②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。③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。1.3水轮发电机：主要部件：转子、定子、上、下机架、推力轴承、导轴承、励磁系统等。发电机分为悬式发电机和伞式发电机。悬式发电机伞式发电机悬式水轮发电机的推力轴承位于上机架上，整个水轮发电机的转动部分是悬挂着的。它的优点是推力轴承损耗较小，装配方便，运行较稳定；缺点是上机架尺寸大，消耗钢材多。转速一般在150r/min以上。悬挂式发电机传力方式为：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。伞式水轮发电机的推力轴承设在下机架上，推力轴承好似伞把支承着机组的转动部分。它的优点是上机架轻便，可降低机组高度（及厂房高度），节省钢材，检修发电机（吊出）时可不拆除推力轴承，从而缩短检修时间；缺点是推力轴承直径较大，易磨损，设计制造较复杂。转速多在150r/min以下。对于伞式发电机还可以细分为：全伞式和半伞式。伞式水轮发电机的传力方式：机组转动部分的重量→推力头→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。励磁系统是向发电机转子供给形成磁场的直流电源。如果中断励磁，发电机立刻全甩负荷，因此必须十分可靠。励磁方式有两种：每台机组旁布置3-5块励磁盘。其作用是控制和调整水轮发电机的励磁电流。2、可控硅励磁：发电机的输出电流的一部分经可控硅整流，降压后送回发电机作为励磁电流。1、励磁机：即直流发电机，一般与水轮发电机同轴，位于发电机的顶部。给发电机转子提供直流电形成磁场。励磁变压器2.1一次电气设备：（直接发、配、输电设备）①主变压器：升高发电机电压，送给电网。②高、低压开关设备：（高压：主变以后，送往系统电压；低压：主变以前的发电机电压）断路器、隔离开关。③厂用电设备：厂用变压器及各种电动机。④电抗器（限制过电流），避雷器（限制过电压）、电流互感器、电压互感器。2、电气设备主变压器主变压器2.2二次电气设备：以中控室为中心的控制、保护、检测、监视设备（机旁盘、自动远动、通讯、调度及其直流系统）①测量仪表②继电保护、自动远动装置③直流电源3.1进水阀（机前阀）及其操作控制设备进水阀作用：①停机检修或检查。②机组较长时间停机。（减少漏水）③机组甩负荷，调速器失灵时，动水中关阀断流。种类：蝴蝶阀、球阀配套设备：（伸缩节、充气阀、旁通阀、排水阀）3、机械设备蝴蝶阀球阀阀体球壳阀体球壳蝴蝶阀：启闭力小，操作方便迅速、体积小、重量轻，造价较低。水头损失较大；在关闭状态止水不够严密;直径较大和水头不很高的情况球阀：水头损失小，止水严密，结构上能承受高压。结构较复杂、尺寸和重量较大、造价高。用作高水头水电站的水轮机前阀门。通常采用桥吊作用：厂房设备安装、检修时用的起重设备。①组成：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大梁在厂房横向移动。3.2起重设备②主要工作参数:起重量：通常为发电机转子带轴（主变压器、水轮机转轮带轴）跨度：桥吊大车轨道中心线间距离。起升高度：满足机组安装与检修的需要，通常受控于转子、转轮等。桥吊工作范围：即吊钩限制线范围。3.2起重设备KL③形式与台数选择：（影响厂房上部结构尺寸、投资以及安装检修的进度）初定时可根据机组台数与最大起重量确定：单小车双小车单小车或双小车台时：机组台数少于4,100maxTG台时机组台数少于4,600100maxTG台时：机组台数多于5,600maxTG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。小车大车起吊物双小车桥吊大车平衡梁单小车桥吊桥吊跨度与工作范围(1)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。(2)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。(3)尽量采用起重机制造厂家所规定的标准跨度。①水平面上分为主机室和装配场。②垂直面上分为：发电机层楼板以上为上部结构：板、梁、柱系统。发电机层楼板以下为下部结构：风罩、机墩、蜗壳、尾水管（均为大块体混凝土）。三、从主厂房结构组成将主厂房分为：主机室装配场发电机层平面图发电机层楼板上部结构下部结构厂房横剖面图水轮机层蜗壳层尾水管层发电机层第三节主厂房布置发电机：定子外露、定子埋入、上机架埋入等布置形式。调速系统：包括操作柜、电气柜、油压装置、接力器等，每台机组一套。各机组对应布置，上下对应；电气柜与机旁盘在一起；操作柜与油压装置靠近。机旁盘：各机组对应布置，每机3-5块（自动、继电保护、测温、动力等盘）。励磁盘：励磁盘一般与机旁盘放在一起。1、发电机层楼梯：每台或两台设一楼梯，净宽1-1.2m，坡度一般为34°～38°。吊阀孔：与进水阀位置对应，其尺寸比进水阀稍大，每侧加0.25m；交通道：上或下游侧