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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第一节水电站厂房任务、组成和类型一、水电站厂房的任务(1)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。(2)布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。(3)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1.从设备布置和运行要求的空间划分①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。②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。③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。④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2.从设备组成的系统划分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。④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。⑤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①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。②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。a)上部结构。与工业厂房相似，基本上是板、梁、柱结构系统。b)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CenterHillLakeandDam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kW·h。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。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。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。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。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。1.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。2.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。3.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。4.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3~5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。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，尺寸为800mm×800mm×1900mm。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。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．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