水电站厂房设计课程.pptx

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。Back 7.2.2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。Back 7.2.2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)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。7.2主厂房设备 7.2.2水轮发电机4.发电机的布置型式3)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。7.2主厂房设备 7.2.3主厂房内的附属设备和辅助设备1、水轮机调速设备：调速柜、接力器、油压装置2、发电机附属设备：主引出线、励磁盘、机旁盘3、油系统：透平油、绝缘油4、气系统：低压压缩空气系统、高压压缩空气系统5、水系统:供水系统：技术供水、生活供水、消防供水排水系统：渗漏排水系统、检修排水系统6、水电站厂房的起重设备7.2主厂房设备 八盘峡水电站发电机层的辅助系统压力油管回油油管 八盘峡水电站发电机层的辅助系统供气管 八盘峡水电站发电机层的辅助系统供水管排水管Next 1、水轮机调速设备作用根据电力系统要求自动调整机组的出力，同时使机组保持一定的额定转速。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、水轮机调速设备（1）调速柜(操作柜)外形一般为方形，尺寸为800×800×1900(mm)，它以机械的传动杆和油管与作用筒相联。多布置在发电机的上游侧尽量靠近接力器，以缩短油管，便于安排回复装置尽可能靠近机旁盘，以便在开机或停机以及试验时进行手动操作。 1、水轮机调速设备（2）接力器(作用筒)油压活塞，大中型机组都采用两个，直接控制导叶开度，调节水轮机的引用流量，以调节机组的出力一般布置在上游侧机墩内。 1、水轮机调速设备（3）油压装置组成：压力油罐、储油槽和油泵。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。调速系统的设备相互联系紧密，油压装置一般布置在发电机的上游侧，靠近调速柜并布置在同一高程 Back 2、发电机附属设备（1）发电机主引出线（母线）通常采用扁方形的汇流铜排或铝排，小型水电站也可采用电缆。要求：厂房内母线长度应最短，并且是明线，没有干扰，出线要畅通，母线道应干燥，通风散热条件好。 2、发电机附属设备（2）励磁盘作用：控制和调整发电机励磁电流每机有3~5块最好布置在空气比较干燥的主机房内，或布置在于发电机层同高的副厂房内。 2、发电机附属设备（3）机旁盘作用：监视和控制机组运行每机3~5块布置：发电机层主机的侧旁。对于金属蜗壳的中高水头水电站厂房，机旁盘与调速器操作柜场布置在发电机层上游侧。机旁盘与厂房墙之间应有不小于0.8m的检修试验通道。Back 3、油系统（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。①供油管或高压油管：Red②回油管或低压排油管：Yellow 机组需供油部位上导轴承推力轴承高压油顶起水轮机导水机构水轮机导轴承桨叶调整机构透平油 3、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。 3、油系统（2）组成及布置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。 3、油系统（2）组成及布置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下游河道。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干管。水管和油管要避免布置在电气设备上方。Back 4、气系统（1）压气系统的分类和用途①低压压缩空气系统作用：机组制动；调相运行压水；蝶阀关闭时，将压缩空气通入阀上的空气围带，使其膨胀而减少漏水；检修时清扫设备，供风动工具使用；通向拦污栅，防冻清污。额定气压为0.5~0.8MPa。②高压压缩空气系统作用：给油压装置的压力油箱充气调速器：额定气压为2.5MPa；配电装置如空气断路器的灭弧和操作的用气，以及开关和少油断路器的操作用气：额定气压为2~5MPa。 4、气系统（2）压气系统的组成及布置①组成：空压机、储气罐、输气管、测量控制元件。②布置：厂房内高低压系统均要设置空气压缩机室一般布置在水轮机层，安装间的下面，其噪声很大，要远离中央控制室，并满足防火防爆要求。输气管及阀门，一般与油、水管道一起布置在水轮机层的上游侧或下游侧。输气管一般涂成。Backwhite 5、水系统（1）供水系统①供水系统分类技术供水——冷却及润滑。发电机的空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、水润滑导轴承、空气压缩机气缸冷却器、变压器的冷却设备等。耗水量最大的是发电机和变压器冷却用水，要求水质清洁、不含对管道和设备有害的化学成分。生活供水——生活用水根据工作人员的多少决定。消防供水——消防用水要求水流能喷射到建筑物的最高部位。消防用水可从上游压力管道、下游尾水渠或生活用水的水塔取水，并且应设置两个水源。 机组需供水部位上导轴承油冷却器推力轴承油冷却器发电机空气冷却器水轮机导轴承油冷却器水轮机主轴密封高压水主机用水 5、水系统（1）供水系统②供水系统布置水源：压力管道、上游水库、下游水泵、地下水源。组成：水源、供水设备、水处理设备、管网和测量控制元件。布置：管路应尽可能靠近机组，以缩短管线并减少水头损失。供水泵房应布置在水轮机层或以下的洞室内。为保证水质，用水管把水引向过滤设备，经过滤后再分配用水。供水管：蓝色消防供水管：橘黄色 5、水系统（1）供水系统③供水方式水泵供水。当水电站的水头太低(水压力不够)或太高(需要减压设备)时。自流供水。适用于水头在12~60m之间的水电站，但当水头大于40m时需要减压设备。坝后式厂房从水库引水，引水式厂房从压力水管引水。混合式供水。水电站水头变化较大时采用，高水头用自流方式，低水头时用水泵。 5、水系统（2）排水系统①类型A.渗漏排水系统排除厂房内的生活用水、技术用水、阀门或建筑物及其他设备的渗漏水。发电机冷却用水等均自流排往下游。不能自流排除的则集中到集水井，再用水泵排到下游。B.检修排水系统机组检修时排空蜗壳和尾水管。首先关闭蝴蝶阀或进水闸门，将蜗壳及尾水管中的水自流经尾水管排往下游。剩余部分利用检修排水泵将余水排走。 5、水系统（2）排水系统②排水系统的布置水泵集中在水泵房内，集水井设在水泵房的下层。集水井通常布置在安装间下层、厂房一端、尾水管之间或厂房上游侧。集水井的底部高程要足够低，以便自流集水。每个集水井至少设2台水泵，一台工作，一台备用。一般要求渗漏排水和检修排水分开设置。排水管：绿色污水管：黑色 5、水系统（2）排水系统③检修排水的方式集水井：各尾水管与集水井之间用管道相连，并设阀门控制。尾水管的积水可自流排入集水井。集水廊道：在厂房的最低处沿纵轴向设置一条廊道，尾水管的积水直接排入廊道。廊道的容积较大，排除积水时间短。分段排水：每两台机组之间设置集水井和水泵，构成一个检修排水系统。适用于较小的电站。移动水泵：不设集水井，直接将临时移动水泵装在需要检修的机组处进行排水。适用于较小的电站。Back 6、水电站厂房的起重设备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该大梁在厂房横向移动。 6、水电站厂房的起重设备（1）桥吊的起重量和台数起重量取决于需要吊运的最重部件，一般为发电机转子(悬式发电机带轴)(高水头电站)、水轮机转轮(低水头电站)，少数情况下，可能是主变压器。起重量不大时，一般采用一台双钩桥吊。起重量大于75t时，考虑采用双小车桥吊。双小车桥吊重量轻，外形尺寸小，可减小厂房高度；台数当机组台数多于6台时，可考虑采用2台桥吊。吊运最重的部件时需要两台桥吊联合工作。 6、水电站厂房的起重设备（2）桥吊的跨度和安装高程桥吊的跨度：要与厂房的宽度相适应；尽量采用标准跨度；满足发电机层和安装间布置要求，使主厂房内的主要机电设备都在主、副钩工作范围内。桥吊的安装高程：桥吊的安装高程是指吊车轨道的轨面高程。高程由吊运的最长部件(常为转子或转轮)决定，但不能影响其他机组的正常运行，即与设备和建筑物之间保留一定的间隙。水平向0.4m，垂直向0.6m~1.0m。 6、水电站厂房的起重设备（3）桥式起重机的工作范围即指桥式起重机的主钩和副钩所能到达的范围。吊车在上下移动时也有极限位置。注：厂房内所有被起吊的设备起吊中心均应在起重机的工作范围之内。Back 7.3.1主厂房的结构轮廓7.3立式机组主厂房的布置Next总高度:有尾水管基底至屋顶的高度总长度:各机组段和安装间长度的总和总宽度:厂房在横轴线上所占的范围纵轴线:水轮机轴中心的连线横轴线:与纵轴线垂直的机组中心线 7.3.2发电机层设备布置发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。7.3立式机组主厂房的布置 发电机层平面图Next请点击图中部件 进场大门水轮发电机组的一些部件由火车或汽车运来候直接进入安装间，所以需要在安装间设进场大门。一般宽不小于3.3m，高4.5m为安全起见，一般大门向外开。Back 楼梯厂房各层之间用楼梯作主要交通通道，运行人员上下各层从楼梯上通行。楼梯一般每1～2个机组段设一个，楼梯可以靠墙设置，也可以布置在两台机组之间。Back 安装间位于厂房靠河岸的一端。当机组大修或安装时用于放置机组的主要部件，其面积要求能够放下上机架、发电机转子、水轮机顶盖、水轮机转轮，同时各部件之间留有一定间距方便工作。Back 吊物孔水电站厂房只在发电机层设有吊车，其他层如水轮机层的一些小型设备需要检修时，要将其吊运到发电机层的安装场，这就需要在发电机层的楼板上设置吊物孔，用于起吊发电机层以下几层的一些小型设备。该吊物孔为蝶阀吊物孔。Back 调速装置水轮发电机组要求安装额定转速运转，以使发出的电频率保持在50Hz，为了达到这个目的就需要由调速装置调节通过水轮机的流量。水电站的调速装置包括调速器、油压装置等。Back 水轮发电机组这是水轮发电机组上部的励磁机，其作用是在机组发电时给其提供磁力。竖轴水轮发电机组的励磁机一般都在机组的顶部。每台机组设置一台励磁机。两台机组的间距由一台机组的最大部件尺寸确定。Back 机旁盘机旁盘是控制电站全部装置和设备良好运行所需的装置。发生事故时，上述仪器可以发出指令停机，或当运行不正常时发出警告信号，并且在机旁盘或主控制盘上显示信号，同时用声光信号报警。Back 尾水平台尾水管伸出厂房部分顶部的混凝土结构平台。其上可以布置副厂房或主变压器、尾水闸门等。尾水平台一般高于下游最高尾水位。Back 7.3.2发电机层设备布置主要设备有：1.机旁盘(自动、保护、量测、动力盘)。与调速器布置在同一侧，靠近厂房的上游或下游墙。2.调速柜。应与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作范围之内。3.励磁盘。控制励磁机运行，常布置在发电机近旁。7.3立式机组主厂房的布置 7.3.2发电机层设备布置主要设备有（续）：4.蝶阀孔如果在水轮机前装设蝴蝶阀，则其检修需要在发电机层的安装间内进行，在发电机层与其相应的部位预留吊孔，以方便检修和安装。5.楼梯一般两台机组设置设置一个楼梯。由发电机层到水轮机层至少设两个楼梯，分设在主厂房的两端，便于运行人员到水轮机层巡视和操作、及时处理事故。楼梯不应破坏发电机层楼板的梁格系统。7.3立式机组主厂房的布置 7.3.2发电机层设备布置主要设备有（续）：6.吊物孔在吊车起吊范围内应设供安装检修的吊物孔，以勾通上下层之间的运输，一般布置在既不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平时用铁盖板盖住。发电机层平面设备布置应考虑在吊车主、副钩的工作范围内，以便楼面所有设备都能由厂内吊车起吊。7.3立式机组主厂房的布置 油压装置蝶阀吊孔机旁盘调速器安康坝后水电站厂房(发电机层) 盐锅峡水电站厂房 凤滩水电站坝内厂房Back 7.3.3水轮机层设备布置7.3立式机组主厂房的布置安装间下层：布置一些副厂房或辅助设备。其中转子支墩是由于转子重量很大，机组检修时安装间楼板不能支撑其重量，所以在下层设置转子支墩，用于支撑转子的重量。 7.3.3水轮机层设备布置一般布置1.调速器的接力器位于调速器柜的下方，与水轮机顶盖连在一起，并布置在蜗壳最小断面处，因该处的混凝土厚度最大。2.电气设备的布置发电机引出线和中性点侧都装有电流互感器，一般安装在风罩外壁或机座外壁上。小型水电站一般不设专门的出线层，引出母线敷设在水轮机层上方，而各种电缆架设在其下方。水轮机层比较潮湿，对电缆不利。对发电机引出母线要加装保护网。7.3立式机组主厂房的布置 7.3.3水轮机层设备布置一般布置（续）3.油、气、水管道一般沿墙敷设或布置在沟内。管道的布置应与使用和供应地点相协调，同时避免与其他设备相互干扰，且与电缆分别布置在上下游侧，防止油气水渗漏对电缆造成影响。4.水轮机层上、下游侧应设必要的过道主要过道宽度不宜小于1.2m~1.6m。水轮机机座壁上要设进人孔，进人孔宽度一般为1.2m~1.8m，高度不小于1.8m~2.0m，且坡度不能太陡。7.3立式机组主厂房的布置Back 7.3.4蜗壳尾水管层的布置7.3立式机组主厂房的布置Next请点击图中部件 蜗壳包角345度的金属蜗壳。设计时要注意其外围混凝土的厚度一般不小于1m，可通过结构计算确定其厚度。蜗壳尺寸时确定厂房宽度和机组段长度的重要依据。Back 集水井和水泵室在主厂房内下部结构的基础块体最低部位，常设置集水井或集水廊道，并在其上方设水泵室，以便及时利用水泵排出基础渗水，厂内技术用水和生活用水的废水以及在蜗壳尾水管检修时排水。集水井的积水一般排往下游。Back 蝶阀当厂房的引水管道比较长，或采用联合供水及分组供水方式时，一般在管道末端（进入机组前）设置阀门。Back 7.3.4蜗壳尾水管层的布置蜗壳层除过水部分外，均为大体积混凝土，布置较为简单。1．主阀。当引水式电站采用联合供水或分组供水时，在蜗壳进口前设置一道快速闸门或蝴蝶阀，一般称为主阀。2．进人孔。在下部块体结构中要设有通向蜗壳和尾水管的进人孔，并设置通道。一般进人孔的直径为60cm，进人孔通道尺寸不小于1×1m。7.3立式机组主厂房的布置 7.3.4蜗壳尾水管层的布置3．检查、排水廊道。一般电站在蜗壳层以下的上游侧或下游侧均设有检查、排水廊道，作为运行人员进入蜗壳、尾水管检查的通道，有的电站还同时兼作到水泵室集水井的过道。4．集水井。位于全厂最低处，除要求能容纳运行时的渗漏水，还要担负机组检修时的集水、排水任务。5．排水泵室：一般布置在集水井的上层，有楼梯、吊物孔与水轮机层连接。电站排水都通向下游尾水渠。7.3立式机组主厂房的布置Back 7.3.5安装间的布置1.安装间的位置安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端。对外交通通道必须直达安装间，车辆直接开入安装间以便利用主厂房内桥吊卸货。水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路或水路。对于大中型水电站，由于部件大而重，运输量又大，所以常建设专用的铁路线，中小型水电站多采用公路。7.3立式机组主厂房的布置 7.3.5安装间的布置2.安装间的尺寸安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的面积就决定了它的长度。安装间的面积可按一台机组扩大性检修的需要确定，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖。四大部件要布置在主钩的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内。发电机转子和水轮机转轮周围要留有1～2m的工作场地。缺乏资料时，安装间长度可取1.25～l.5倍机组段长。多机组电站，安装间面积可根据需要增大或加设副安装间。7.3立式机组主厂房的布置 7.3.5安装间的布置3.安装间的布置7.3立式机组主厂房的布置 7.3.5安装间的布置3.安装间的布置安装间内要安排运货车的停车位置堆放试重快或设置试重地锚，以进行桥吊安装后的静荷试验和动荷试验。主变压器有时也要在安装间进行大修，这时要考虑主变压器运入的方式及停放的地点。主变压器大修时常需吊芯检修，在安装间上设尺寸相当的变压器坑。安装间大门尺寸：采用标准轨火车运输时不应小于4.2m×5.4m，采用载重汽车运输不小于3.3m×4.5m。发电机转子放在安装间上时主轴要穿过地板，地板上在相应位置要设大轴孔，在轴下要设大轴承台，并预埋底脚螺栓。7.3立式机组主厂房的布置 7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定L=nLc+La+△LL——主厂房的总长度，m；n——机组台数；Lc——机组段长度，m；La——安装间长度，m；△L——边机组段长度，m。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定1．机组段长度Lc机组段长度是指相邻两台机组中心线之间的距离，即机组间距。机组段间距一般由下部块体结构中水轮机蜗壳的尺寸控制，在高水头情况下常由发电机定子外径控制。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定1．机组段长度Lc（1）当机组间距由发电机尺寸控制时：式中：Db——发电机风罩外缘直径，m；B净——相邻两机组的通道净宽，应满足调速器及机旁盘的布置要求，一般应不小于2m。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定1．机组段长度Lc（2）当机组间距由蜗壳尺寸控制时式中：δ——两蜗壳间混凝土厚度。混凝土蜗壳一般取（0.8~1.0）m，金属蜗壳一般取1~2m。L1+L2——蜗壳最大宽度，m。若蜗壳旁设有调压阀时，则应考虑布置调压阀所需增加的机组长度。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定1．机组段长度Lc（2）当机组间距由尾水管控制时式中：B尾——尾水管出口宽，m；δ墩——尾水闸墩厚度，m。由尾水闸门槽深度及设备布置决定，一般为2~3m，大、中型机组可达3~4m。当有调压阀时，加上调压阀泄水道宽度。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定1．机组段长度Lc机组段长度应综合考虑厂房分缝、蜗壳和尾水管厚度的影响，水轮机层和发电机层的布置要求，包括排架柱的布置、调速器接力器坑布置要求、楼梯、楼板孔洞和梁格系统布置的要求。为了减小机组间距，最好不将调速器、油压装置和楼梯等布置在两台机组中间。一般根据上述。。。。。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定2．边机组段加长△L由于外侧有主厂房的端墙，为了使机组设备和辅助设备处于桥吊工作范围内，远离安装间一端的机组段需要加长△L。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.1主厂房长度的确定3．安装间的长度La安装间的宽度一般与主厂房相同，安装间的长度一般取7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.2主厂房的宽度以机组中心线为界，将厂房宽度分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx。则厂房总宽度为B=Bx+Bs在确定Bs和Bx时，应分别考虑:发电机层、水轮机层和蜗壳层三层的布置要求。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.2主厂房的宽度(1)发电机层首先决定吊运转子(带轴)的方式，若由下游侧吊运，则厂房下游侧宽度主要由吊运之转子宽度决定。若从上游侧吊运，则上游侧较宽。发电机层交通应畅通无阻。主要通道宽2～3m，次要通道宽1～2m。在机旁盘前还应留有1m宽的工作场地，盘后应有0.8～1m宽的检修场地，以便于运行人员操作。(2)水轮机层一般上下游侧分别布置水轮机辅助设备(即油水气管路等)和发电机辅助设备(电流电压互感器、电缆等)。以这些设备布置后，不影响水轮机层交通来确定水轮机层的宽度。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.2主厂房的宽度(3)蜗壳层：一般由设置的检查廊道、进人孔等确定宽度。蜗壳和尾水管进人孔的交通要通畅，集水井水泵房设置应有足够的位置，以此确定蜗壳层平面宽度。(4)吊车标准宽度Lk：当宽度基本确定后，最后要根据尺寸相近的吊车标准宽度Lk验证，厂房宽度必须满足吊车安装的要求。一般在高水头电站中，常由发电机层布置要求确定厂房的宽度，在低水头水电站中常由下部块体结构确定厂房宽度。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.3厂房各层高程及高度的确定水轮机安装高程是水电站厂房的控制高程。7.4主厂房的轮廓尺寸 7.4.3厂房各层高程及高度的确定7.4主厂房的轮廓尺寸1.水轮机安装高程对混流式水轮机X=b0/2对轴流式水轮机X=0.41D1水轮机的安装高程确定以后，就可以依据结构和设备的布置要求确定各层高程了。 7.4.3厂房各层高程及高度的确定7.4主厂房的轮廓尺寸2.主厂房基础开挖高程=▽T-(h3+h2+h1)(h2+h3)——尾水管的尺寸；h1——尾水管底板混凝土厚度(根据地基性质和尾水管结构形式而定，一般取1~2m)3.水轮机层地面高程▽S=▽T+h4h4=蜗壳进口半径+蜗壳顶部混凝土层厚度。金属蜗壳顶部混凝土一般不低于1.0m，混凝土蜗壳顶板厚根据结构计算决定。 7.4.3厂房各层高程及高度的确定7.4主厂房的轮廓尺寸4.发电机装置高程▽d=▽S+h5＋h6h5——发电机机墩进人孔高度(一般取1.8~2.0m)；还须满足水轮机层附属设备油气水管道和发电机出线布置要求的高度。h6——进人孔顶部混凝土厚度(一般为1.0m左右)， 7.4.3厂房各层高程及高度的确定7.4主厂房的轮廓尺寸5.发电机层楼板高程除应满足发电机层布置要求外，还应满足下列条件：保证水轮机层的净高不少于3.5～4.0m，否则发电机出线和油气水管道布置困难。保证下游设计洪水不淹厂房。一般情况下，发电机层楼板面和装配场楼板面高程齐平。当河流洪水期与枯水期水位相差悬殊，若将发电机层楼板面设在下游设计洪水位以上是不经济的。会增加厂房下部结构部分的混凝土工程量。将发电机层楼板面高程布置在下游设计洪水位以下。在厂房大门和对外的交通口，设置临时性插板以挡洪水；沿进厂的交通道路设防水墙； 7.4.3厂房各层高程及高度的确定7.4主厂房的轮廓尺寸6.起重机(吊车)的安装高程▽Ch7——发电机定子高度和上机架高度之和(如果发电机定子为埋入式布置，h7就仅为上机架的高度)；h8——吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距；水平净距0.3m，垂直净距0.6～1.0m(如采用刚性夹具，为0.25～0.5m)h9——最大吊运部件的高度(往往是发电机转子带轮或水轮机转轮带轴)；h10——吊运部件与吊钩间的距离(一般在1.0～1.5m左右)，取决于发电机起吊方式和挂索、卡具；h11——主钩最高位置(上极限位置)至轨顶面距离，可从起重机要参数表查出。 7.4.3厂房各层高程及高度的确定7.4主厂房的轮廓尺寸7.屋顶高程屋顶高程▽R应根据屋顶结构尺寸和形式确定，并应满足起重机部件安装与检修、厂房吊顶和照明设施布置等要求。▽R=▽C+h12+h13h12——小车高度；h13——为检修吊车需要在小车上方留有距离，一般取0.5m。 7.6副厂房的布置为了保证机组正常运行，在主厂房近旁布置的各种辅助机电设备、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的房间，称为副厂房。 7.6.1副厂房的组成7.6副厂房的布置副厂房的组成、面积和内部布置取决于电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用等因素。大型水电站的副厂房，按性质可分为三类：1.直接生产副厂房中央控制室，继电保护盘室，电缆室，蓄电池室，酸室和套间，蓄电池的通风机室，充电机室，计算机室，载波通讯室，油、水、气系统，厂内变压器室，巡回检测装置室等。 7.6.1副厂房的组成2.检修试验副厂房继电保护试验室，精密仪器试验室，测量表计试验室，高压试验室，电工修理间，机械修理间，电气工具间，油化验室，水化实验室等。3.辅助用房交接班室，运行分场，检修分场，水工分场，总工程师室，厂长室，生产技术科，会议室，资料室，厕所、盥洗室。7.6副厂房的布置 7.6.2副厂房的位置副厂房的位置应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部，可集中一处，也可分两处布置。1.主厂房的上游侧。适用于坝后式水电站。2.尾水管顶板上。影响主厂房的通风、采光，需加长尾水管，从而增加工程量。由于尾水管在机组运行时振动较大，不宜布置中央控制室及继电保护设备。3.主厂房的两端。当机组台数多时，这种布置会增加母线及电缆的长度。7.6副厂房的布置 7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.7.1采光地面厂房尽可能采用自然采光，主副厂房考虑开窗。窗户尺寸：高度不小于房间进深的1/4，宽度不要太小，以使照明均匀。窗户位置：构架柱之间的墙上，下槛在发电机层楼板以上1~2m。日光不要直接照射在仪表盘上。夜间及水下部分的房间，采用人工照明。人工照明分为工作照明、事故照明、安全照明、检修照明和警卫照明。中央控制室的照明不能在仪表上产生反光。7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.7.2通风地面厂房尽量自然通风，达不到要求时采用人工通风。某些产生热量较多的房间(如变压器室)或产生有害气体的房间(如蓄电池室、油处理室等)，采用人工通风。主副厂房的通风量根据设备的发热量、散湿量和送排风参数等决定。水轮机层等潮湿部位以排湿为主，产生有害气体的房间设置专门的排风系统。人工通风系统的进风口要设在排风口上风，低于排风口但高于室外地面2m以上，考虑防虫防灰沙。主通风机室噪音较大，要远离中控室和载波机室。酷热地区可局部采用空调，空调的冷源尽量采用低温水或其他天然冷源。7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.7.3取暖厂内温度不能太低，以保证机电设备正常运行。冬季水电站正常发电时，机电设备发出的热量可满足发电机层、出线层、水轮机层、母线道等处的热量需求。发热量不足的房间，用电辐射或电热取暖。中央控制室一般装设空气调节器，冬季取暖，夏季制冷。蓄电池室、油处理室的取暖必须满足防火和防爆的要求。7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.7.4防潮过分潮湿可能会造成电气设备短路、误动作或失灵，加速设备的锈蚀，使工作条件恶化。地面厂房水下部分要注意防潮，坝内及地下厂房的防潮问题更为突出。防潮措施：防渗防漏。混凝土满足抗渗要求，必要时加设防潮夹层，减少设备漏水，伸缩缝加设止水，冷却水管、混凝土墙等有结露滴水的要用绝缘材料包扎。加强排水。加强通风。局部烘烤。主要用于防止设备受潮。7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.7.5厂内交通对外交通用大门。大门平常关闭，以保持厂房的清洁、干燥和温度。常用平推门、上卷门等活动钢门。安排各种房间的开门部位要考虑防火的安全出口，其净宽不小于0.8m，门向外开。可能产生负压的房间，如闸门室，门最好向里开。主厂房内各层及副厂房中布置机电设备的房间，都要设有过道，以便运输设备、安装检修，并供工作人员通行。发电机层和水轮机层设置贯通全场的通道，其宽度为1~2m。此外，还要设置吊物孔、蝶阀吊孔、水泵吊孔等。7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.7.5厂内交通（续）不同高程各层之间可以设斜坡道、楼梯、攀梯、转梯或者电梯。斜坡道在20°以下，最好为12°。楼梯的坡度一般为20°~46°，以34°为宜。单人楼梯宽0.9m，双人并行1.2~1.4m。每台机组最好有专用楼梯，至少两台机组设一座。楼梯的位置要保证运行人员巡视方便，并保证事故时迅速到达现场。只供少数人员使用或很少使用的楼梯可做成钢攀梯或转梯，电梯适用于厂房高度较大或各层高差较大时。7.7厂房的采光、通风、交通及防火 7.8厂区布置厂区布置是指水电站的主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、引水道、尾水道及厂区交通的相互位置的安排。 7.8.1主厂房主厂房是厂区的核心，对厂区布置起决定性作用。其位置要综合考虑地形、地质、水流条件、施工导流方案和场地布置、电站的运行管理等因素，注意厂区的协调配合。1.应尽量靠近拦河坝；引水式水电站主厂房应尽量靠近前池和调压室。2.尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞出口，防止水位波动对机组运行不利。尾水渠与下游河道衔接要平顺。3.主厂房的地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。7.8厂区布置 7.8厂区布置7.8.2副厂房副厂房的位置应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部，可集中一处，也可分两处布置。1.主厂房的上游侧。适用于坝后式水电站。2.尾水管顶板上。影响主厂房的通风、采光，需加长尾水管，从而增加工程量。由于尾水管在机组运行时振动较大，不宜布置中央控制室及继电保护设备。3.主厂房的两端。当机组台数多时，这种布置会增加母线及电缆的长度。 7.8厂区布置7.8.3主变压器 7.8厂区布置7.8.3主变压器1.主变压器场的布置原则主变压器的位置应结合安装、检修运输、消防通道、进线出线、防火防爆要求确定。(1)尽量靠近厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、防爆、防雷、防水雾和通风冷却的要求，安全可靠；(2)尽量与安装间在同一高程上，便于主变压器的运输、安装和利用轨道推进厂房的安装间进行检修；(3)变压器的运输和高压侧出线要方便，且变压器之间要留必要空间。(4)高程应高于下游最高洪水位，且四周设置排水沟。 7.8厂区布置7.8.3主变压器2.升压变压器可能布置的位置(1)坝后式厂房，可以利用厂坝之间的空间布置升压变压器。(2)河床式厂房，由于尾水管较长，可将升压变压器布置在尾水平台上，这时尾水平台的宽度，应使升压变压器在检修移出时符合最小安全净距的要求(详见电气设备规范)。(3)引水式地面厂房，变压器场可能的位置是厂房的一端进厂公路旁、尾水渠旁、厂房上游侧或尾水平台上。(4)由于地形和场地的限制，个别水电站有将主变压器布置在厂房顶上。地下厂房的主变压器可布置在地下洞室内。 7.8厂区布置7.8.4高压开关站高压开关站布置各种高压配电装置和保护设备。如电缆、母线、各种互感器、各种开关继电保护装置、防雷保护、输电线路以及杆塔构架。高压开关站一般为露天布置。应尽量靠近主变压器场和中央控制室，且在同一高程上。通常布置在附近山坡上，也有布置在主厂房顶上的。当地形较陡时，可布置成阶梯式和高架式，以减少挖方。当高压出线不止一个等级，可分设两个或多个开关站。 7.8厂区布置7.8.5引水道、尾水道及对外交通线路的布置引水道一般为正向引水，尽可能保证进、出水水流平顺。当水管直径很小时且根数较少时，也可侧向引水；尾水渠一般为明渠，正向将尾水导入下游河道，少数情况也可侧向导入下游河道。对外交通一般为公路，也有的采用铁路或水路的。引水式厂房一般沿河岸布置，进厂公路可沿等高线从厂房一端进入厂房。坝式电站进厂公路一般从下游侧进入。公路、铁路要直接通入主厂房的安装间，临近厂房一段应是水平，长度不小于20m，并有回车场地。公路的坡度不宜大于10%~12%，转弯半径大于20m。