第六章水电站厂房设计

1 第十一章 水电站地面厂房摆设设计

第一节 水电站厂房的任务、组成及类型

一、水电站厂房的任务

水电站厂房是水能转为电能的生产场合，也是运行人员进行生产和运动的场合。其任务是通过一系列工程步伐，将水流平顺地引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将种种必须的机电设备安顿在恰当的位置，创造良好的安装、查验及运行条件，为运行人员提供良好的事情情况。

水电站厂房是水工修建物、机器及电气设备的综合体，在厂房的设计、施工、安装和运行中需要各专业人员通力协作。

二、水电站厂房的组成

水电站厂房的组成可从差别角度分别。

(一) 从设备摆设和运行要求的空间分别

(1) 主厂房。水能转化为机器能是由水轮机实现的，机器转化为电能是由发电机来完成的，二者之间由通报功率装置连接，组成水轮发电机组。水轮发电机组和种种帮助设备安装在主厂房内，是水电站厂房的主要组成部分。

(2) 副厂房。安顿种种运行控制和查验治理设备的房间及运行治理人员事情和生活用房。

(3) 主变压器场。装设主变压器的地方。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(户外配电装置)。为了按需要分派功率及包管正常事情和查验，发电机和变压器之间以及变压器与输电线路之间有差别电压的配电装置。发电机侧的配电装置，通常设在厂房内，而其高压侧的配电装置一般摆设在户外，称高压开关站。装设高压开关、高压母线和掩护设施，高压输电线由此将电能输送给电力用户。

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 2 水电站厂区枢纽修建物，一般称厂区枢纽。

(二) 从设备组成的系统分别

水电站厂房内的机器及水工修建物共分五大系统

(1) 水流系统。水轮机及其进出水设备，包罗压力管道、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，包罗发电机及其引出线、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，包罗机旁盘、厉磁设备系统、中央控制室、种种控制及操纵设备如种种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通迅及调治设备等直流系统，如图11-1所示。

(4) 机器控制设备系统。包罗水轮机的调速设备，如接力器及操纵柜，事故阀门的控制设备，其它种种闸门、减压阀、拦污栅等操纵控制设备。

(5) 帮助设备系统。包罗为了安装、查验、维护、运行所必须的种种电气及机器帮助设备，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，种种电气和机器修理室、试验室、东西间、通风采暖设备等。

(三) 从水电站厂房的结构组成分别

1．水平面上可分为主机室和安装间。主机室是运行和治理的主要场合，水轮发电机组及帮助设备摆设在主机室；安装间是水电站机电设备卸货、拆箱、组装、查验时使用的园地。

2．垂直面上，凭据工程习惯主厂房以发电机层楼板面为界，分为上部结构和下部结构。

(1) 上部结构。与产业厂房相似，根本上是板、梁 、柱结构系统。

(2) 下部结构。为大要积混凝土整体结构，主要摆设过流系统，是厂房的底子。

图11-1详细表述了水电站厂房的组成及配合干系。

三、水电站厂房的根本类型

水电站厂房型式往往是随差别的地形、地质、水文等自然条件和水电站 3 的开发方法、水能利用条件、下游水位的变革、水利枢纽的总体摆设而定。

水电站厂房类型分别要领许多，凭据厂房与挡水修建物的相对位置及其结构特征，可分为三种根本类型：

1． 引水式厂房

发电用水来自较长的引水道，厂房远离挡水修建物，一般位于河岸，其轴线常平行河道。若将厂房建在地下山体内，则称为地下厂房，如图11-2所示。 4

图11-1水电站厂房组成图 5

图11-2 地下厂房剖面图

2． 坝后式厂房

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离开，发电用水由坝内高压管道引入厂房，如图11-3所示。有时为了解决泄水修建物摆设与厂房修建物摆设之间的矛盾，可将厂房摆设成以下型式。

图11-3 水电站坝后厂房剖面图

(1) 溢流式厂房。厂房位于坝后，将厂房顶作为溢洪道，成为坝后溢流式厂房，如图11-4所示。这种益流式厂房通常是蒙受中、高水头的电站厂房。

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图11-4 溢流式厂房剖面

(2) 坝内式厂房。厂房移入溢流坝体空腹内，厂房与大坝全为一体。如图11-5所示。

图11-5 坝内式厂房剖面 7 3．河床厂房

厂房位于河床中，成为挡水修建物的一部分，厂坝结构在河床上衔接为一体， 如图11-6所示。

图11-6 河床式厂房剖面

如按机组主轴的装置方法分，水电站厂房还可分为立式机组厂房和卧式机组厂房。本章主要介绍立式机组厂房。

第二节 水电站厂房设计所需资料和设计步伐

一、厂房设计所需资料

水电站厂房摆设设计涉及到种种机电设备的摆设与其相应的修建结构摆设，在进行其设计之前，应收集有关的原始资料。

(一) 河道开发方案及修建物品级

一条河道要开发，应先进行筹划设计，确定修建梯级电站的先后顺序。故设计之初应有筹划陈诉的批文作为依据。

应凭据工程范围、建坝崎岖、电站装机容量等，确定电站修建物品级和相应的设计标准。别的还应了解对厂房的特殊要求。

(二) 地形资料 8 (1) 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。

(2) 厂区枢纽处1/500的地形图。

(3) 厂房所在处1/200的地形图。

(4) 若为引水式电站，还应有1/2000~1/1000引水线路带状地形图。

(三) 工程地质和水文地质资料

厂区地质阐发陈诉及图纸，对厂区所属范畴的地质情况、岩层走向、倾角、断层走向、条数应有了解。厂区内有无滑坡体、厂区厂房后坡有无危岩孤石、枢纽及厂区的地动级别有多大，也应有了解。

别的，对厂区的地基笼罩层厚度、下覆基岩深度、土壤及岩石物理力学指标等，均应了解清楚。

对厂区内地下水运动情况应阐发清楚，如地下水有无腐化性、岩层有无承压水、它的渗透性等。

(四) 水文及水能资料

1．站址的多年径流资料，用以进行大水、枯水、径流等水文盘算作依据。

2．水库的调洪方法，包罗水库及大坝的种种水文及下泄流量，坝址及厂址处的水位~流量干系由线，尾水相应的校核、设计及最小的各特征水位值。

3．厂区所在河道的泥沙资料、河道冰凌资料以及山洪泥石流等资料。

4．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。

5．电站的运行方法、输电偏向、电压品级、输电距离等。

(五) 施工组织资料

了解施工单位的施工技能水平，包罗施工要领及设备，施工质料的运输条件，施工工期、施工单价等资料。

(六) 机组与帮助设备资料

1． 主机组及总装图（立面宁静面）及台数。 9 2． 发电机的尺寸和重量，冷却方法及通风道尺寸。

3． 水轮机型号、直径和重量，蜗壳和尾水管的型式和尺寸。

4． 变压器的台数、重量和尺寸。

5．机旁盘、种种配电板、发电机引出线接地等装置图；油开关等的地脚螺栓底子图；调速器；崎岖压空气压缩机、水泵等尺寸及底子图；吊车的规格及技能资料。

综上所述，要设计厂房，须在地形、地质、水文、气象、施工、机组等根本资料收集齐后，方可进行。

二、水电站厂房的设计步伐

水电站厂房设计，凭据电站范围和工程难易水平可分为两个阶段或三个阶段设计。一般大中型电站按两个阶段设计，即开端设计和施工详图设计(或技施设计，即技能设计和施工详图归并进行)。某些大型电站或比力庞大的厂房，则可按三个阶段设计，即开端设计、技能设计、施工详图。

1．开端设计

开端设计阶段的主要任务是通过技能经济论证，确定厂区总体摆设、厂房内部摆设等方案，具体包罗：

(1) 论述各比力方案的厂房及开关站摆设的地形、地质、型式、摆设、工程量、施工及运行条件、劳动力及造价等情况。各比力方案的优缺点和选定方案的论证。

(2) 主副厂房的内部摆设、结构型式、面积、高程和主要尺寸的选定，厂房结构的稳定盘算及工程地质处理惩罚步伐等。

(3) 尾水修建物的结构型式、控制高程、断面尺寸、长度、尾水闸门及操纵平台摆设的选定。尾水修建物的水力盘算以及提出尾水渠和下游河床防护整治步伐方案的意见。

(4) 开关站和主变压器的位置、园地摆设、面积、高程的选定。

2．技能设计

技能设计阶段是在批准开端设计底子上进行各修建物的详细设计。包罗修建物的细部摆设、结构摆设，确定主要结构的盘算原则及编写出设计大纲， 10 进行结构及构件的设计和盘算。为施工组织设计和体例工程预算提供更详细的工程量，体例该阶段的设计文件，包罗技能设计书、专题陈诉等。

3． 施工详图

施工详图阶段是在技能设计的底子上进行的。包罗各修建物的底子开挖图，边坡及底子处理惩罚图，混凝土浇筑分层分块图，各浇筑层预埋件图，各结构及构件钢筋图，水下结构的止水排水设计图，各修建物的视察设备埋设图及其它结构详图。

开端设计是要害，技能经济上是否公道主要取决于开端设计阶段，因此必须做到充实论证、精心设计。

第三节 水轮发电机

发电机是实现机器能向电能转化的主要电气设备，其型式和摆设对主厂房的摆设和尺寸影响很大。

一、发电机类型及传力方法

竖轴水轮发电机就其传力方法可分为二大类：

(一) 悬挂式发电机

如图11-7所示，推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。悬挂式发电机转动部分(包罗发电机转子、水轮机转轮、大轴和作用于转轮上的水压力)的重量，通过推力头和推力轴承传给上机架，上机架传给定子外壳，定子外壳再把力传给机墩，整个机组好象在上机架上挂着一样，因此称为悬挂式。

11 图11-7 悬挂式发电机示意图

下机架的作用是支撑下导轴承和制动闸，下导轴承是防备摆动的。当机组停机时，需用制动闸将转子顶起，以防烧毁推力头和推力轴承。

制动闸反推力、下导轴承自重等通过下机架传给机墩。发电机楼板自重和楼板上设备重量通过通风道外壳传到机墩上。高转速的发电机则多做成悬挂式的，因其转子直径小、高度大、重心高。

从图中可看出，这种发电机的传力方法为：

(二) 伞式发电机

如图11-8 所示，伞式发电机推力轴承位于转子下方，设在下机架上。整个发电机象把伞，推力头象伞柄，转子象伞布，故称伞式发电机。

1．普通伞式。有上下导轴承，见图11-8 (a)。

机组转动部分的重量通过推力头和推力轴承传给下机架，下机架再把力传给机墩。上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。由于利用水轮机和发电机之间的轴安顿推力头，上机架的高度可减小，轴长可缩短，因而低落了厂房高度。发电机的重量比悬挂式要小，发电机转子可单独吊出，不需卸掉推力头，安装查验都比力方便。

伞式发电机转子重心在推力轴承之上，重心较高，运转时容易产生摆动，应用范畴受到限制。对付大容量、低转速的发电机，由于转子直径大、高度小、重心低，多做成伞式。

2．半伞式。有上导轴承，无下导轴承，见图11-8(b)。此种形式的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。见图11-8(c)。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墩环。