贵港水电站初步设计计算书 热能与动力工程毕业设计

'贯流式机组设计计算书]河海大学2011年6月学生：樊越100/99学号：0702020313 目录第一章贯流式水轮机的选型设计4第一节水轮机型号的初步选择4一、贵港水电站的主要参数4二、水轮机型号的初选4三、额定水头5四、通过弃水天数，决定净水头Hr6五、安装高程6第二节水轮机主要参数的确定7装机台数、单机容量7第三节技术经济指标计算21一、动能经济指标21二、机电设备投资和耗钢量22第四节最优方案选择25一、水文代表年选择25二、确定最优方案25三、最优方案主要参数27第五节最优方案的进出流水道计算28第六节厂房29第二章调节保证计算及调速设备的选择33第一节设计水头下甩负荷34一、机组流道水流惯性计算34二、水流惯性时间常数36三、压力上升计算36四、转速上升计算39第二节最大水头甩全负荷41一、机组流道水流惯性计算41学生：樊越100/99学号：0702020313 二、水流惯性时间常数42三、压力上升计算42四、转速上升计算45第三节调速设备的选择47一、调节功计算及接力器的选择47二、转桨接力器选择48三、调速器的选择48四、油压装置的选择49第三章辅助设备49第一节水系统49一、技术供水系统49二、消防和生活供水53三、检修排水55四、渗漏排水计算58第二节气系统59一、气系统用户59二、供气方式59三、设备选择60第三节透平油系统62一、透平油系统供油对象62二、用油量估算62三、油桶及油处理设备选择63第四章电气部分64第一节电气部分64一、接入系统分析64二、估算送电容量65学生：樊越100/99学号：0702020313 三、确定可行方案65四、选择送电线路的截面65第二节电气主接线设计66一、发电机侧66二、送电电压侧67三、电厂自用电侧67第三节短路电流计算67一、化简电路图67二、计算短路电流68第四节设备选择74一、断路器和隔离开关的选择74二、变压器中性点的隔离开关选择76三、避雷器选择76四、电流互感器选择76五、发电机出口母线选择77六、发电机消弧线圈的选择77七、电压互感器选择77八、其他设备选择77附录一经济计算79附录二流量效率开度81附录三流量月份86参考文献98学生：樊越100/99学号：0702020313 第一章贯流式水轮机的选型设计第一节水轮机型号的初步选择一、贵港水电站的主要参数Hmax=13.3mHp=10.2mHmin=2.5m电站总装机容量为120MW/133.33MVA电站建成后在电网内承担基荷及部分峰荷，兼有调相任务。发电机组电压6.3kV，功率因数0.90，采用110kV及35kV两级电压接入系统，出线各为四回（110kV接贵港220kV变电所、南山110kV变电所、贵港110kV变电所和备用电共四回，35kV出线接氮肥厂、小江、石卡及备用共四回），35kV侧负荷较小，电站的电能主要从110kV送入系统。二、水轮机型号的初选因为贵港水电站的水头范围为2.5m~13.3m,，由分别选用GZXXX和ZZ560a两种机型进行比较，其模型转轮主要性能参数见表1-1-1。表1-1-1模型转轮主要性能参数序号项目单位机型备注1转轮型式灯泡贯流式轴流转浆式2转轮型号GZXXXZZ560a3适用水头范围m～18～224最低运行水头m355转轮模型直径D1mmm3004606最优单位转速n’10r/min1571407最优单位流量Q’10L/S180010608推荐使用最大单位流量L/S＊2800～2900200统计值9模型最高效率%92.68910模型84％效率圈单位转速范围r/min约100～248105～192.511模型84％效率圈单位流量范围L/S580～3410500～2520学生：樊越100/99学号：0702020313 从二个模型转轮参数比较可以看出，GZXXX转轮的最高效率、高效率区范围、过流能力及转轮适应水头变化性等明显优于ZZ560a转轮。其模型最高效率、最优工况单位转速和单位流量值分别比ZZ560a高3.6％、12.14％和69.8l％。这与《贯流式水轮发电机组及其选择方法》所表述的H≤25m宜选用贯流式机组是一致的，因此本次设计以GZXXX转轮为依据选择有关机组参数。三、额定水头由于贯流式机组受水头变化影响十分显著，在电站装机容量、单机容量、机组额定转速已定的条件下，对水轮机额定水头及其与水轮机转轮直径的优化组合进行比选是十分必要的。本工程额定水头拟定范围时主要考虑下列因素：（1）鉴于本电站及下游马骝滩电站汛期均按限制水位进行，其汛期与枯水期加权平均水头相差达4m，为了充分利用水能，减少汛期弃水和机组出力受阻，水轮机额定水头的选用需适当考虑汛期的运行水头。（2）该电站发出单机额定容量的水头高于发足装机容量所需水头，本次设计考虑用装机容量选定额定水头，即选用确保发足装机容量而出现在汛期弃水量不大的净水头。（3）在可能情况下，考虑适当提高额定水头，以期减小水轮机直径，降低工程投资。图1-1-1水能计算学生：樊越100/99学号：0702020313 四、通过弃水天数，决定净水头Hr（1）根据1946年5月至1983年4月37年日平均流量资料按进行水能计算，按给定资料，弃水天数为90天，则弃水概率为90/365=0.246。查附表（流量月份）可以得出对应的流量为2350。则流量2350暂时定为设计流量。（2）由贵港枢纽工程上游正常水位在43.10调度运行曲线（机组不发电）图可以得出，下游水深为9.1M，扣除0.5m的电站水头损失，消力池高度为24.50M则Hr=43.10-9.1-24.50-0.5=9.0M,由此确定水轮机组的净额定水头Hr=9.0m。五、安装高程该工程地质条件甚好，选定安装高程时应避免较大的开挖。确定机组的安装高程主要考虑以下技术要求。1、设计水轮机最大允许吸出高度值采用下游水位至转轮叶片顶点的距离，汽蚀安全系数kσ＝1(不锈钢转轮叶片)。2、安装高程确定方法。首先根据电站机组各种运行工况按下游水位流量关系曲线进行演算，得出满足汽蚀要求的最低安装高程(为安全起见，按机组在出力限制线上的运行方式考虑)，并且尾水管顶部淹没深度不少于0.5～1.0m核算。最终选用能同时满足汽蚀要求和尾水管出口顶部淹没深度要求的安装高程（见式1-1-1）。（1-1-1）机组安装高程取决于运行工况的允许吸出高度Hs，不受尾水管出口顶部淹没深所制约，按机组汽蚀要求考虑，最低安装高程出现在额定工况，此时模型汽蚀系数δM=1.7、运行水头为9.0m，下游水位31.75m，可以确定安装高程23.7m。若考虑下游马骝滩水电站库水位为28.6m，按讯期保证率98％的流量390m3/s核算，其尾水管顶部淹没深为1.1m。即使按电站最小流最225m3/s核算，尾水管出门顶部淹没深也有0.7m。因此，选定的安装高程23.7m，可以满足水轮机汽蚀特性要求，也满足尾水管出口淹没水深的要求，是经济合理的。学生：樊越100/99学号：0702020313 第二节水轮机主要参数的确定由于各类贯流式机组品种较少，相关型谱尚未正式编制，各生产厂家贯流式机组的模型转轮异同性较大，型号相互替代可比性不大，因此结合各模型转轮应用范围，选择天发厂GZTF07-30水轮机模型转轮作为本课题的采用对象。表1-2-1GZTF07-30水轮机模型转轮主要参数转轮型号最优工况限制工况GZTF07-30n110(r/min)Q11(m3/s)ηM(%)σMn110(r/min)Q11(m3/s)ηM(%)σM1551.7591.90.771842.8988.32.06使用水头(m)转轮直径D1(cm)轮毂比叶片数~18300.44一、装机台数、单机容量贵池航运枢纽水电站总装机容量为120MW，电站规模为一中型电站,结合电力系统的作用和供电方式,按3-6台三种方案进行比较。（一）装机台数3台，单机容量4万KW1、水轮机设计水头下出力=40000kw，发电机效率=0.96，因此水轮机设计水头下的出力（见式1-2-1）（1-2-1）式中：——发电机效率,取0.96；——机组的单机容量（KW）；2、水轮机转轮直径设计工况点的模型效率ηM=0.883，再加上2%~3%的修正值，取0.025，即η学生：樊越100/99学号：0702020313 =ηM+0.025=0.883+0.025=0.909。Q11值取限制工况点的最大单位流量Q11=2.89m3/s，为使设计有一定的裕度，取3%储备，则限制工况的单位流量Q11′=Q11×97%=2.8033m3/s。（1-2-2）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.5m和8.0m之间，取D1=7.5m；D2=8.0m（见式1-2-2）。当D=7.5米时3、计算原型水轮机的效率根据灯泡机组效率修正的方法，采用Hutton公式进行修正（见式1-2-3）：（1-2-3）①原型水轮机最高效率为（见式1-2-4）：（1-2-4）②原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-5）：（1-2-5）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式1-2-6）：（1-2-6）所以单位转速不需要修正，由转速相似公式（见式1-2-7）：（1-2-7）n介于68.2r/min与65.2r/min之间，取n1=68.2r/min,n2=65.2r/min。学生：樊越100/99学号：0702020313 5、水轮机原型流量的计算最大限制工况下原型流量（见式1-2-8）：①（1-2-8）最优工况下原型流量（见式1-2-9）：②（1-2-9）6、检验水轮机的运行范围（1）当n1=68.2r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）（2）当n1=65.2r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）学生：樊越100/99学号：0702020313 当D=8.0m时3、计算原型水轮机的效率根据灯泡机组效率修正的方法，采用Hutton公式进行修正（见式1-2-3）：（1-2-3）①原型水轮机最高效率为（见式1-2-4）：（1-2-4）②原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-5）：（1-2-5）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式1-2-6）：（1-2-6）所以单位转速不需要修正，由转速相似公式（见式1-2-7）：（1-2-7）n介于62.5r/min与60r/min之间，取n1=62.5r/min,n2=60r/min。5、水轮机原型流量的计算最大限制工况下原型流量（见式1-2-8）：①（1-2-8）最优工况下原型流量（见式1-2-9）：②（1-2-9）6、检验水轮机的运行范围（1）当n1=62.5r/min时学生：樊越100/99学号：0702020313 最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）（2）当n1=60r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）（二）装机台数4台，单机容量3万KW1、水轮机设计水头下出力=30000kw，发电机效率=0.96，因此水轮机设计水头下的出力（见式1-2-1）（1-2-1）式中：——发电机效率,取0.96；——机组的单机容量（KW）；2、水轮机转轮直径设计工况点的模型效率ηM=0.883，再加上2%~3%的修正值，取0.025，即η学生：樊越100/99学号：0702020313 =ηM+0.025=0.883+0.025=0.908。Q11值取限制工况点的最大单位流量Q11=2.89m3/s，为使设计有一定的裕度，取3%储备，则限制工况的单位流量Q11′=Q11×97%=2.8033m3/s。（1-2-2）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值6.5m和7.0m之间，取D1=7.0m；D2=6.5m（见式1-2-2）。当D=7.0米时3、计算原型水轮机的效率根据灯泡机组效率修正的方法，采用Hutton公式进行修正（见式1-2-3）：（1-2-3）①原型水轮机最高效率为（见式1-2-4）：（1-2-4）②原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-5）：（1-2-5）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式1-2-6）：（1-2-6）所以单位转速不需要修正，由转速相似公式（见式1-2-7）：（1-2-7）n介于71.4r/min与68.2r/min之间，取n1=68.2r/min,n2=71.4r/min。学生：樊越100/99学号：0702020313 5、水轮机原型流量的计算最大限制工况下原型流量（见式1-2-8）：①（1-2-8）最优工况下原型流量（见式1-2-9）：②（1-2-9）6、检验水轮机的运行范围（1）当n1=71.4r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）（2）当n1=68.2r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）学生：樊越100/99学号：0702020313 当D=6.5m时3、计算原型水轮机的效率根据灯泡机组效率修正的方法，采用Hutton公式进行修正（见式1-2-3）：（1-2-3）①原型水轮机最高效率为（见式1-2-4）：（1-2-4）②原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-5）：（1-2-5）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式1-2-6）：（1-2-6）所以单位转速不需要修正，由转速相似公式（见式1-2-7）：（1-2-7）n介于75r/min与79r/min之间，取n1=75r/min,n2=79r/min。5、水轮机原型流量的计算最大限制工况下原型流量（见式1-2-8）：①（1-2-8）最优工况下原型流量（见式1-2-9）：②（1-2-9）6、检验水轮机的运行范围（1）当n1=75r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m学生：樊越100/99学号：0702020313 和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）（2）当n1=79r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速。见式1-2-10～式1-2-12。（1-2-10）（1-2-11）（1-2-12）（三）装机台数5台，单机容量2.4万KW1、水轮机设计水头下出力=24000kw，发电机效率=0.96，因此水轮机设计水头下的出力（见式1-2-13）。（1-2-13）上式中：——发电机效率,取0.96；——机组的单机容量（KW）；2、水轮机转轮直径设计工况点的模型效率ηM=0.883，再加上2%~3%的修正值，取0.025，即η=ηM+0.025=0.883+0.025=0.908。学生：樊越100/99学号：0702020313 Q11值取限制工况点的最大单位流量Q11=2.89m3/s，为使设计有一定的裕度，取3%储备，则限制工况的单位流量Q11′=Q11×97%=2.8033m3/s。（1-2-14）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值6.5m和6.0m之间，接近6.0m，取D1=6.0m（见式1-2-14）。3、计算原型水轮机的效率根据灯泡机组效率修正的方法，采用Hutton公式进行修正（见式1-2-15）：（1-2-15）①原型水轮机最高效率为（见式1-2-16）：（1-2-16）②原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-17）：（1-2-17）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式1-2-18）：（1-2-18）所以单位转速不需要修正，由转速相似公式（见式1-2-19）：（1-2-19）n介于83.3r/min与79r/min之间，取n1=83.3r/min,n2=79r/min。5、水轮机原型流量的计算最大限制工况下原型流量（见式1-2-20）：①（1-2-20）学生：樊越100/99学号：0702020313 最优工况下原型流量（见式1-2-21）：②（1-2-21）6、检验水轮机的运行范围（1）当n1=79r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速（见式1-2-22～1-2-24）。（1-2-22）（1-2-23）（1-2-24）（2）当n1=83.3r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速（见式1-2-22～1-2-24）。（1-2-22）（1-2-23）（1-2-24）（四）装机台数6台，单机容量2万KW1、水轮机设计水头下出力=20000kw，发电机效率=0.96，因此水轮机设计水头下的出力（见式1-2-25）：（1-2-25）学生：樊越100/99学号：0702020313 上式中：——发电机效率,取0.96；——机组的单机容量（KW）；2、水轮机转轮直径设计工况点的模型效率ηM=0.883，再加上2%~3%的修正值，取0.025，即η=ηM+0.025=0.883+0.025=0.908。Q11值取限制工况点的最大单位流量Q11=2.89m3/s，为使设计有一定的裕度，取3%储备，则限制工况的单位流量Q11′=Q11×97%=2.8033m3/s。（1-2-26）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值5.5m和6.0m之间，接近取5.5m，取D1=5.5m（见式1-2-26）。3、计算原型水轮机的效率根据灯泡机组效率修正的方法，采用Hutton公式进行修正（见式1-2-27）：（1-2-27）①原型水轮机最高效率为（见式1-2-28）：（1-2-28）②原型水轮机限制工况效率为（见式1-2-29）：（1-2-29）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式1-2-30）：（1-2-30）所以单位转速不需要修正，由转速相似公式（见式1-2-31）：学生：樊越100/99学号：0702020313 （1-2-31）n介于93.8r/min与88.2r/min之间，取n1=88.2r/min,n2=93.8r/min5、水轮机原型流量的计算最大限制工况下原型流量（见式1-2-32）：①（1-2-32）最优工况下原型流量（见式1-2-33）：②（1-2-33）6、检验水轮机的运行范围（1）当n1=88.2r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速（见式1-2-34～1-2-36）。（1-2-34）（1-2-35）（1-2-36）（2）当n2=93.8r/min时最大水头Hmax=13.3m、最小水头按水轮机最低限制水头Hmin=3.0m和平均水头Hp=10.2m，对应的单位转速（见式1-2-34～1-2-36）。（1-2-37）（1-2-38）（1-2-39）学生：樊越100/99学号：0702020313 （四）各方案列表如下表1-2-2方案列表转轮型号方案台数直径(m)转速(r/min)n11max(r/min)n11p(r/min)n11min(r/min)bGZTF07-30bGZTF07-30137.568.2295.3160.2140.3237.565.2282.3153.1134.1338.065.2288.7156.6137.1438.060277.1150.3131.6547.071.4288.6156.5137.0647.068.2275.6149.5130.9746.575281.5152.6133.7846.579296.5160.8140.8956.083.3288.6156.5137.01056.079273.7148.4130.01165.588.2280.1151.9133.01265.593.8297.9161.5141.51、选择方法将以上各待选方案的n11min、n11p、n11max三条直线画在各自的模型综合特性曲线上，选择三条直线包围高效区最好的一个方案为较优的方案。2、在模型综合特性曲线上比较方案的几点说明（1）在最小水头下，水轮机不能发出额定出力，此时水轮机受到出力限制线的限制，所以不需要试算最小水头下的Q11；（2）在最大水头和设计水头下的Q11值，是利用原型水轮机效率η计算出来的Q11，但是Q11和此水头对应的n11的交点的模型水轮机效率加上修正值并不一定等于η，因此需要试算，求出较准确的Q11；（3）试算法的基本过程：首先假定一个ηT，由Q11=Pr/9.81D12H1.5ηT计算出一个Q11’,再由Q11’和对应水头的n11在图上找到一点，并查出此点的ηm,将此ηm转换成原型效率ηT’（按限制工况点效率误差Δη计），再代入Q11=Pr/9.81D12H1.5ηT计算出Q11，此时可比较Q11’和Q11是否相同，若不等，重复前面的过程，直到Q11’和Q11相同为止。为了减少试算次数，一般只要前面两次单位流量相差值小于5%即可。学生：樊越100/99学号：0702020313 3、进行较优方案的选择方案1、2、3、4、5、6、8、9、12放弃，方案7、10、11都能较好的包围高效区。第三节技术经济指标计算一、动能经济指标作各方案机组运转特性曲线和等效率曲线，并求各方案的年发电量。1、绘制转轮运转综合特性曲线等效率曲线的绘制（1）在水轮机工作水头范围（Hmin～Hmax）内取5个水头值（包括Hmin=5m、H1=7m、Hr=9m、H2=11m、Hmax=13.3m，计算各水头对应的单位转速n11，以各n11值在模型综合特性曲线上作水平线与其等效率线相交得一系列交点，根据交点处的Q11和ηm计算出原型水轮机的效率η和出力P。具体结果见附表1。然后对每个水头值作等效率曲线；（2）在曲线η=f（P）上过某效率值水平线与曲线相交，找出交点的P、H值；（3）作P～H坐标系，并在其中绘出计算中所选水头值的水平线，将（2）中得到的各交点按其H、P值对应点到P～H坐标系中，连接各点即得到某效率值的等效率线；（4）绘制出力限制线：在Hr～Hmax之间，是一条P=NG的直线L1，在Hmin～Hr之间的出力限制线是Hr和Hmin在额定出力时对应的出力的连线L2，L1和L2的交点即为（Hr，Pr）。各方案的曲线见附图。由附图附表可作出图1-3-1。2、根据所绘制的运转特性曲线计算各方案的年发电量电厂运行按图1-3-1运行，Q11、ηm从模型综合特性曲线上查得，ηT=ηm+△η，Hmin=3m。学生：樊越100/99学号：0702020313 图1-3-1电厂运行特性曲线根据上图确定各方案的发电量的经济效益，见附表。二、机电设备投资和耗钢量（一）水力机械部分（1）水轮机的重量（1-3-1）式中：K、b—与水头有关的系数，取K=8.5，b=0.13；a—与水轮机转轮直径有关的系数，。表1-3-1水轮机的重量估算项目D1（m）bK数量m(台)总重15.50.138.562.11542629.3(t)26.052.13592732.4(t)36.542.15682696.9(t)（2）发电机重量水轮发电机基本尺寸的估算（见式1-3-2～1-3-6）a.极距τ:(cm)（1-3-2）b.定子铁芯内径Di:（1-3-3）学生：樊越100/99学号：0702020313 c.定子铁芯长度lt的计算（1-3-4）d.发电机重量，(t)（1-3-5）e.发电机转子带轴重量，（t）（1-3-6）式中：K1——系数，取6.5；Sn—水轮发电机视在额定功率（KVA）；Sn=NG/cosφ,cosφ取0.92；P—极对数，P=3000/n；C—发电机利用系数，取6.75；Sn=NG/cosφ；GF—发电机重量；Gr—发电机转子带轴重量；KG—估算系数，取8；Sn—Sn=NG/cosφ；Kr—经验系数，取0.49。表1-3-2水轮发电机基本尺寸的估算表项目转速(r/min)NG(kW)cosφK1P(cm)Di(cm)lt(cm)GF(t)Gr(t)188.2200000.926.53427.5595.2103.1314.5154.1279240003828.0677.4106.6382.2187.3375300004029.2743.6116.5459.1225.0（3）起重机重量估算表1-3-3起重机重估算项目NG(kW)D1(m)吊钩(t)平衡梁(t)Gr(t)启重量(t)跨度（m）启重机重量(t)1200005.54.0064.578154.0996985162.68369924.7514322400065.4484.578180.7749884190.800988271543300006.56.5534.578224.9749564236.10595629.25157注：初估时，起重机跨度=D1×4.5(m)（4）水利机械部分投资估算表1-3-4水利机械部分投资估算学生：樊越100/99学号：0702020313 项目台数水轮机(万元)调速器(万元)起重设备(万元)辅助设备(万元)设备安装(万元)总投资(万元)166565.75480286327.6301647.21768306.5976256831.00400308336.2532665.43758540.6907346742.25320314328.3946651.04258355.6871注：1、水轮机的价格，按2.5万元/吨计算；2.调速器，按80万元/台计算；3.起重设备，按2.0万元/吨计算；4.辅助设备总投资=（水轮机+调速器）×4.65%；5.设备安装运行费：安装设备运输费=8.45%×设备总价。（二）电气部分表1-3-5电气部分投资估算项目台数发电机(万元)变压器(万元)开关设备(万元)自动化设备(万元)设备安装(万元)总投资(万元)1656611800600806.08749.2689616.42557331500500773.30718.7829225.13455091200400710.92660.8008480.9注：1.水轮发电机，按3.0万元/吨计算；2.变压器，按300万元/套计算；3.开关设备，按100万元/套计算；4.自动化设备总价，10.0%×（发电机+变压器+开关设备）；5.电气部分安装运输费总价：8.45%×电气设备总价。（三）土建部分为简化计算，直接采纳已有土建估算投资，方案列表如下：表1-3-6已有土建估算投资项目台数NG(kW)D1(m)总投资(万元)16200005.530969.32524000628236.534300006.525344.4学生：樊越100/99学号：0702020313 第四节最优方案选择一、水文代表年选择本电网的大型水电站主要集中在郁江梯级，且均属低水头日调节电站。故应以年发电作为选择代表年的依据。经分析计算，选择的代表年如下：枯电年：1963.1~1963.12；平电年：1954.1~1954.12；丰电年：1947.1~1947.12。考虑南方电力系统水电容量比例较高，采用95%的设计保证率进行计算。二、确定最优方案表1-4-1贵港水电站装机容量方案技术经济比较表方案项目单位ⅠⅡⅢ学生：樊越100/99学号：0702020313 装机容量MW120120120机组机型转轮直径M5.56.06.5单机容量MW202430机组台数台654能量指标年发电量GW·h561.4514.2451.2装机利用小时h467842853760年有效电量GW·h563510440替代容量MW89.182.575.9替代容量GW·h553501431经济指标投资万元488924600242181单位千瓦投资元/kW407438343515单位电能投资元/(kW·h)0.8710.8950.935案间差值装机容量MW46年发电量GW·h4763年有效电量GW·h5370投资万元28903821补充千瓦投资元/kW28903821补充电能投资元/(kW·h)1.680.99补充有效电能投资元/(kW·h)1.120.82（一）方案技术经济分析1、工程效益比较有效电量也随着装机台数的增加而增加，分别为440、510、563GW·h。因此，从工程效益来看，以装机台数多的方案发电效益较好。2、发电工程投资比较各方案的发电工程投资分别为42181、46002、48892万元，呈上升趋势；单位千瓦投资呈上升趋势，分别为3515、3834、4074元/kW。从单位千瓦指标来看，以装机台数少的方案有利。3、单位综合指标比较各方案单位电能投资分别为0.935，0.895，0.871元/(kW·h)。说明效益的增加小于投济的增加，从单位电能指标看，以装机台数少的方案有利。4、费用比校（1）方案1和方案2比较方案1的投资大2890万元，但方案1每年多发电能0.47亿kW.h学生：樊越100/99学号：0702020313 ，按0.30元/kW.h计算，每年收益差=0.47亿kW.h×0.30元/kW.h=1410万元。投资差的收回年限（见式1-4-1）：（年）（1-4-1）（2）方案1和方案3比较方案1的投资大6711万元，但方案1每年多发电能1.10亿kW.h，按0.30元/kW.h计算，每年收益差=1.10亿kW.h×0.30元/kW.h=3300万元。投资差的收回年限（见式1-4-2）：（年）（1-4-2）以7年为抵偿年限，方案1的总投资加上收益就比方案2和方案3的总投资少。而且方案1年利用小时较其它方案合理。综上所述，并考虑到目前国内机组制造水平及机组制造周期短的情况，为了少担风险，提高可靠性，同时兼顾电站投资、总平面布置和施工条件等因素，设计方案选用GZTF07—WP—550机组，装机容最为6×20=120MW。三、最优方案主要参数1、设计流量（1-4-3）2、吸出高度Hs值机组安装高程取决于运行工况的允许吸出高度Hs，不受尾水管出口顶部淹没深所制约，按机组汽蚀要求考虑，最低安装高程出现在额定工况，此时模型汽蚀系数δM=1.7、运行水头为9.0m，下游水位31.75m，可以确定安装高程23.7m。若考虑下游马骝滩水电站库水位为28.6m，按讯期保证率98％的流量390m3/s核算，其尾水管顶部淹没深为1.1m。即使按电站最小流最225m3/s核算，尾水管出门顶部淹没深也有0.7m。因此，选定的安装高程23.7m，可以满足水轮机汽蚀特性要求，也满足尾水管出口淹没水深的要求，是经济合理的。确定水轮机安装高程的尾水位成为设计尾水位，设计尾水位可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得（见式1-4-4）。∵Qr=158.8m3/s，σm=1.414；查曲线得=23.7m；Kσ=1.2；∴=-5.298（m）学生：樊越100/99学号：0702020313 （1-4-4）3、水轮机比转速（1-4-5）表1-4-2贵港水电站机组机型参数表项目单位数量转轮型号GZTF07—WP—550转轮直径m5.5额定转速r/min88.2额定水头m9.0水轮机单机额定出力MW20.83发电机效率%96.0单机容量MW20台数台6装机容量MW120额定工况单机转速n′1r/min151.9单位流量Q′1m3/s2.803*额定流量m3/s251水轮机效率%93.02比转速m·kw800.2比速系数2592允许吸出高度m-5.298汽蚀系数GM1.7水轮机最高效率%95.07安装高程m23.7*当水头为7m时，机组最大流量是254m3/s。第五节最优方案的进出流水道计算表1-5-1比照流道示意图，计算各尺寸表参数名称经验公式数值灯泡比D3/D1：0.8∽1.2D3/D1=1.0(D3=5.5m)灯泡大径D0=0.945D15.20m引水进口断面平均流速V=(1.0∽1.2)V=1.1=3.51m3/s进口管宽度B1=(1.7∽2.1)D1B1=1.9D1=10.45m机组间距B=(2.2∽2.8)D1B=2.5D1=13.75m导叶高度b0=(0.32∽0.42)D1b0=0.37D1=2.035m导叶数目Z0=16∽24Z0=20导叶轴线与水机轴线相交点到转轮叶片转动轴线距离L1=(0.65∽0.84)D1L1=0.745D1=4.1m灯泡体长L3=2.64D114.5m进口水道长L4=3.85D121.2m学生：樊越100/99学号：0702020313 转轮室喉管直径d=0.973D1d=5.35m转轮室出口短锥管半角β5°尾水管长度L2=(4.5∽5.5)D1L2=5D1=27.5m尾水管圆形断面过渡到方形断面出口当量锥角式中：n—尾水管的扩散度，n=；F3、F5分别是尾水管进口和出口面积；D3——尾水管进口直径。θ=11∽12°确定进出口尺寸。L4L3图1-5-1GZTF07—WP—550转轮流道尺寸示意图第六节厂房厂房的设计包括主厂房尺寸的确定、厂房内设备的布置、起重机的选择、厂区枢纽的布置、厂房的结构布置、副厂房布置等。1、主厂房的长度L=B×6台+LZ+ΔL=13.75×6+15.0+5.5=103.0m（1-6-1）式中：L—主厂房的长度；B—机组段间距，本电站属于低水头贯流水电站，其机组下部流道的间距为13.75m；LZ—装配场长度，由装配场的面积确定，能够满足对一台机组进行解体大修的要求，即能够在装配场内放下发电机转子、发电机上机架、水轮机机罩和水轮机转轮四大件（本设计按2.1+5.5+5.5=12.1m计），并且在各部件之间留出1~2m的通道，总的取15.0m；ΔL—边机组段加长，△L=1.0D1。学生：樊越100/99学号：0702020313 2、主厂房的宽度主厂房的宽度应由机组流道的布置要求来共同决定。（1）吊运转子(带轴)是下游侧吊运，厂房下游侧宽度主要由吊运之转子宽度决定。一般主要通道宽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）水轮机层中，一般上游侧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)。（3）在水机层设置的检查廊道、进人孔等确定宽度，集水井水泵房设置应有足够的位置。一般由导叶轴线与水机轴线相交点为基准，分别确定各层上游侧和下游侧所需宽度，再分别找出各层上下游侧的最大值Bu和Bd，则主厂房宽度为Bu+Bd。（4）当宽度基本确定后，最后要根据吊车标准宽度Lk验证，宽度必须满足吊车的要求。综长所述，初估主厂房总宽度为69.15m，定为70m，其中主厂房内起重机作业跨度为25m。3、主厂房的高度首先定出各层的高程，才能确定主厂房的高度。（1）安装高程（见式1-6-2）：▽安=▽W+Hs+D1/2=23.7m（1-6-2）式中：▽W—电站运行时出现的最低下游水位；Hs—吸出高度；D1—转轮直径。（2）尾水管底板高程（见式1-6-3）：▽尾=▽安-H尾=12.42m（1-6-3）式中：H尾—尾水管的高度，H尾=2·L2·tg6°=11.28m。（3）开挖高程（见式1-6-4）：▽挖=▽尾-▽底=9.78m（1-6-4）式中：▽底—混凝土底板厚度(约1~2m)，取1.5m。（4）机组电气及辅助设备管线布置层地板高程（见式1-6-5）：学生：樊越100/99学号：0702020313 ▽电气布置=▽安+B1/2+蜗壳顶部混凝土厚度(约2m)=30.925m（1-6-5）（5）厂房地面高程（见式1-6-6）：▽厂房地面=▽电气布置+电气架空高度(约7m)+混凝土结构厚度(约1m)=38.925m（1-6-6）（6）吊车轨顶高程：取决于最大部件的吊运方式和尺寸。最大部件一般为发电机转子带轴或水轮机转轮带轴（见式1-6-7）。▽吊=▽发+最大部件高度+高度方向的安全距离=53.0m（1-6-7）（7）厂房天花板及屋顶高程（见式1-6-8）：▽天=▽吊+吊车尺寸+0.2m=56.0m▽顶=▽天+屋顶大梁高度+屋面板厚度=58.5m（1-6-8）4、主厂房布置的构造要求（1）厂房内的交通主厂房各层之间和每一层内都有交通要求。各层之间的主要楼梯一般宽度为1.5~2.0m，坡度一般为25°。次要楼梯较窄，有的部位可用爬梯。厂房内每层的交通要求不尽相同，以发电机层的交通最为重要，参见“主厂房的宽度”。（2）厂房应注意采光、通风、取暖、防潮、防火等。（3）主厂房的分缝和止水主厂房中的缝有两种，一种为施工缝，另一种为温度沉陷缝，其中施工缝可不作为设计内容。温度沉陷缝一般直通到底，每隔20m左右或一个机组段分一条。如果厂房建在软基上，分缝距离一般在40m以上或两个机组段分一条。缝的宽度一般为0.5~2cm，软基上的厂房一般为3~5cm。因为温度沉陷缝有一定的宽度，为了防止水通过分缝进入厂房，需要在缝中设置止水，一般为橡胶止水或铜片止水，其设置方法和构造与坝的止水相同。5、进水口设计进水口设计的主要内容包括进口底板的高程、轮廓形状及拦污栅设计。其中进口底板高程应满足底板高于淤沙高程，而顶板应满足最小淹没深度要求；轮廓形状按流线喇叭口体形设计，顶板收缩，底板倾斜，两侧采用直墙，见水工设计；拦污栅设计内容主要包括拦污栅的面积、布置方式，采用循环耙齿清污。学生：樊越100/99学号：0702020313 图1-61进水口结构示意图6、桥吊选择经估算启重机的最大起重量约162.7吨（见表-），跨距为24.75m，选择2×150吨起重机为该电站的起重设备。选择跨度时应综合考虑下列因素：（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）满足机组层及装配场布置要求，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）尽量选用起重机制造厂家所规定的标准跨度。在吊运过程中，起吊部件和其他设备及墙壁之间应留有一定的安全距离。当采用刚性吊具时，垂直方向的安全距离为0.3m~0.5m，水平方向安全距离为0.2~0.4m。若采用柔性吊具，垂直方向安全距离取0.6m~1.0m。桥式吊车的主要参数见附表14~附表15。7、副厂房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等用途的副厂房。对于本电站，副厂房可以设在主厂房靠对外交通的一端。副厂房的面积要求见表1-6-1。表1-6-1副厂房房间及参考面积副厂房名称房间面积（m2）A.直接生产副厂房学生：樊越100/99学号：0702020313 中央控制室100继电保护盘室150电缆室50厂用动力盘室150蓄电池室40～50酸室和套间10～15蓄电池的通风机室15～20充电机室15～20直流盘室150载波电话室20～40厂用变压器室200B.检修试验副厂房继电保护试验室30～40精密仪器试验室25～30测量表计试验室30～35高压试验室20～30电工修理间30储存室10～15机械修理间40～60工具间15起吊设备仓库10～20油化验室10～20C.间接生产副厂房交接班室20～25运行分场15～20检修分场15～20总工程师室15～20会议室15～20生活间(厕所、盥洗室)10～15第二章调节保证计算及调速设备的选择电站在运行过程中，常会遇到由于各种事故，机组突然与系统解列，从而造成甩负荷。在甩负荷时，由于导叶迅速关闭，水轮机的流量会急剧变化，因此在水轮机过水系统内会产生水击，调节保证计算就是在初步设计阶段计算出上述过程中最大的转速上升和最大的压力上升值。由于最大值一般发生在70%负荷左右，调节保证计算一般计算设计水头和最大水头甩60%——100%负荷计算压力上升和速率上升，并取其大者。调节计算的标准：（1）压力变化计算标准电站设计水头介于2.5～13.3m，管道允许最大压力上升率为50%～70%，即ε=0.5～0.7，尾水管的真空度不大于8~9m；学生：樊越100/99学号：0702020313 （2）转速变化计算标准a、速率上升值不是控制因素：虽然灯泡机组速率上升βmax≈80%左右，有时甚至更高，其机械时间常数T=1～3s或更小，但因发电机转子直径较小，过速时圆周速度比常规机组的危害要小的多，所以速率上升对灯泡机组的危害没有常规机组那么严重，所以灯泡机组的速率上升不是调保计算的控制因素，为有效减少水击及其引起的水推力，将尽量采用延长导叶关闭的时长，以改善机组的关闭性能；b、确保甩负荷时反向水推力不超过设计允许极限，导叶关闭采用两段关闭方式，可以有效降低甩负荷时的反向水推力；c、调速器由于灯泡机组力矩GD2小，其∑LV较大，水流惯性时间常数TW一般为2～4s，而机组惯性时间常数Ta一般为2～3s，而值大于国家标准《水轮机调速器与油压装置技术条件》中关于Tw/Ta<0.4的规定，因此调速器的相关暂态转角的整定范围需要加大，必要时引入滞后校正环节实现IPID调节。第一节设计水头下甩负荷一、机组流道水流惯性计算按流道的截面形状按下图所示共分成7个计算部分进行，设计流量为251.0m3/s。学生：樊越100/99学号：0702020313 图2-1-1机组流道及截面示意图1、进口到1号截面段（2-1-1）式中：L1——进口到1号截面处中心线长度9.60m；进中截面面积为15.8×11.46m2；1号截面面积为13.05×11.46m2。2、1号截面段到2号截面段（2-1-2）式中：L2——两截面中心距为3.10m；2号截面面积为11.5×11.46m2。3、2号截面段到3号截面段尾水管段（2-1-3）式中：L3——两截面中心距为3.35m；2号截面段到3号截面段的平均面积为=93.7m2。4、3号截面段到4号截面段（2-1-4）式中：L4——两截面中心距为2.95m；3号截面段到4号截面段为圆环截面积为=81.91m2。5、4号截面段到5号截面段（2-1-5）式中：L5——两截面中心距为5.65m；4号截面段到5号截面段为圆环截面积为=57.73m2。6、5号截面段到6号截面段（2-1-6）式中：L6——两截面中心距为10学生：樊越100/99学号：0702020313 .55m；5号截面段到6号截面段为圆锥段，平均截面积为=34.56m2。7、6号截面段到7号截面段（2-1-7）式中：L7——两截面中心距为17.05m；6号截面段到7号截面段为渐扩管，平均截面积为=66.85m2。=49.6m=193.36(m2/s)∴二、水流惯性时间常数（2-1-8）三、压力上升计算1、水击波传播速度（2-1-9）式中：水的弹性系数E0=2.1×105N/cm2；钢筋混凝土管壁材料的弹性系数E=2.1×107N/cm2；D—钢管管径(cm)；δ—管壁厚度(cm)；D/δ=100；声波在水中的传播速度a0=1435m/s；2、选择TS’值由于根据灯泡机组速率上升βmax学生：樊越100/99学号：0702020313 不是调保计算的控制因素，因此对调保计算标准ε=0.5～0.7，取ε=0.6，参考同类电站，初选TS=8s。（2-1-10）3、判断水击类型管路特性常数（2-1-11）水击相长（2-1-12）可见，所选择的TS’均大于Tr，故发生间接水击。由于甩全负荷时的起始相对开度τ0=1，∴hwτ0=14.15根据阿列维公式，hwτ0＞1.5时，最大水击压力发生在末相。4、压力上升计算管道特性系数=0.269（2-1-13）=0.3076（2-1-14）=0.4306式中：K——比照轴流式取K=1.4。可以知道，进水流道导叶处最大压力升高：=0.085（2-1-15）尾水管中最大压力降低（2-1-16）学生：樊越100/99学号：0702020313 尾水管中最大真空度为：（2-1-17）式中：v——管进口流速，在近似计算时，可取为关闭开始时刻的尾水管进口速度头的一半即，其中v0为尾水管进口初始流速具体计算成果见表2-1-1。表2-1-1水击类型判断和水击计算序号参数计算公式单位计算结果1H0（m）9.02QO（m3/s）251.04（m2/s）193.365（m）49.66（m/s）3.8987hwτ014.158σ0.2699水击类型间接末相水击100.3076110.4306学生：樊越100/99学号：0702020313 120.08513HC(1+)H0(m)9.7714ηB0.345715V0（m/s）10.56516HB（m）3.3940四、转速上升计算假定甩负荷后，导叶开始动作到最大转速时刻之间的水轮机出力随时间呈直线至零。1、组惯性时间常数：由于灯泡贯流机组发电机转动惯量较小，所以机组的转动惯量应计及发电机、水轮机、水体附加等三部分的转动惯量（见式2-1-18）。=1.45·1.96·5.9523.48·1.031+·1.0·1.65·Sin45°·(5.54-2.24)=18630.0kN·m2（2-1-18）机组惯性时间常数Ta：（2-1-19）式中：——由《贯流式水轮发电机组及其选择方法》P31资料：≈（30%～60%），取0.45；——=K·D·Lt；K—经验系数，取常(0.3~0.5)·4.9=1.96；Di—定子铁芯内径，取5.952m；Lt—定子铁芯长度，取1.031m；——水体附加转动惯量，=·γ·L0·Sinα·(D-d)；γ——比重，1tf/m3；L0——学生：樊越100/99学号：0702020313 叶片弦长；dB——直径，取0.4D1=2.2m；α——角度，取最大转角α=45°。2、调节滞后时间常数Tc（2-1-20）式中：Tq为接力器不动时间，Tq=0.1～0.3,取Tq=0.2s；bp为调速器永态转差系数，bp=2%～6%,取bp=5%；3、水锤压力影响系数=1.2705（2-1-21）式中：——见式2-1。4、水轮机甩负荷的速率飞逸根据转速飞逸第一实用公式，可以知道：=0.7815（2-1-22）式中：TN—升速时间=（0.9-0.00063•ns）•(Ts-Tc)=3.068s。由以上计算可以知道，本电站机组设计水头下甩全负荷时压力升高与转速升高均可在允许范围内，结合尽量控制甩负荷造成的水击且转速升高在80%以内的目标要求，取TS=8.0s。具体计算成果见表2-1-2。表2-1-2最大转速上升率计算成果序号参数计算公式单位公式1Tqs0.22TCs0.2513f1.27054nsr/min88.25TN（0.9-0.00063•ns）•(Ts-Tc)s3.0686β0.7815学生：樊越100/99学号：0702020313 第二节最大水头甩全负荷最大水头下机组流量Qmax（2-2-1）式中：最大水头下运行时的效率η=0.965。（2-2-2）一、机组流道水流惯性计算按流道的截面形状按下图所示共分成7个计算部分进行，设计流量为158.85m3/s。1、进口到1号截面段（2-2-3）式中：L1——进口到1号截面处中心线长度9.60m；进中截面面积为15.8×11.46m2；1号截面面积为13.05×11.46m2。2、1号截面段到2号截面段（2-2-4）式中：L2——两截面中心距为3.10m；2号截面面积为11.5×11.46m2。3、2号截面段到3号截面段尾水管段（2-2-5）式中：L3——两截面中心距为3.35m；2号截面段到3号截面段的平均面积为=93.7m2。4、3号截面段到4号截面段（2-2-6）式中：L4——两截面中心距为4.3m；3号截面段到4号截面段为圆环截面积为学生：樊越100/99学号：0702020313 =81.91m2。5、4号截面段到5号截面段（2-2-7）式中：L5——两截面中心距为5.65m；4号截面段到5号截面段为圆环截面积为=57.73m2。6、5号截面段到6号截面段（2-2-8）式中：L6——两截面中心距为11.55m；5号截面段到6号截面段为圆锥段，平均截面积为=34.56m2。7、6号截面段到7号截面段（2-2-9）式中：L7——两截面中心距为14.4m；6号截面段到7号截面段为渐扩管，平均截面积为=66.85m2。=49.6m=122.38(m2/s)∴二、水流惯性时间常数三、压力上升计算本计算按最严重的情况考虑，即四台机组同时甩负荷。学生：樊越100/99学号：0702020313 1、水击波传播速度（2-2-10）式中，水的弹性系数E0=2.1×105N/cm2；钢筋混凝土管壁材料的弹性系数E=2.1×107N/cm2；D—钢管管径(cm)；δ—管壁厚度(cm)；D/δ=100；声波在水中的传播速度a0=1435m/s；2、选择TS值由于根据灯泡机组速率上升βmax不是调保计算的控制因素，因此对调保计算标准ε=0.5～0.7，取ε=0.6，参考同类电站，初选TS=8s。3、判断水击类型管路特性常数（2-2-11）水击相长（2-2-12）可见，所选择的TS均大于Tr，故发生间接水击。由于甩全负荷时的起始相对开度τ0=1，∴hwτ0=6.062根据阿列维公式，hwτ0＞1.5时，最大水击压力发生在末相。4、压力上升计算管道特性系数=0.115=0.1218（2-2-13）=0.1705式中：K—比照轴流式取K=1.4。学生：樊越100/99学号：0702020313 可以知道，进水流道导叶处最大压力升高：=0.034（2-2-14）尾水管中最大压力降低（2-2-15）尾水管中最大真空度为：（2-2-16）式中：v—尾水管进口流速，在近似计算时，可取为关闭开始时刻的尾水管进口速度头的一半即，其中v0为尾水管进口初始流速具体计算成果见表2-2-3。表2-2-3水击类型判断和水击计算表序号参数计算公式单位计算结果1H0（m）13.32QO（m3/s）158.854（m2/s）122.385（m）49.66（m/s）2.4677hwτ06.062学生：樊越100/99学号：0702020313 8σ0.1159水击类型间接末相水击100.1218110.1705120.03413HC(1+)H0(m)13.7514ηB0.13715V0（m/s）6.68416HB（m）1.197四、转速上升计算假定甩负荷后，导叶开始动作到最大转速时刻之间的水轮机出力随时间呈直线至零。1、机组惯性时间常数Ta：由于灯泡贯流机组发电机转动惯量较小，所以机组的转动惯量应计及发电机、水轮机、水体附加等三部分的转动惯量。=1.45·1.96·5.9523.48·1.031+·1.0·1.65·Sin45°·(5.54-2.24)=18630.0kN·m2（2-2-17）机组惯性时间常数Ta：（2-2-18）式中：——由《贯流式水轮发电机组及其选择方法》P31资料：≈（30%～60%），取0.45；——=K·D学生：樊越100/99学号：0702020313 ·Lt；K—经验系数，取常(0.3-0.5)·4.9=1.96；Di—定子铁芯内径，取5.952m；Lt—定子铁芯长度，取1.031m；——水体附加转动惯量，=·γ·L0·Sinα·(D-d)；γ—水的比重，1tf/m3；L0——叶片弦长；dB—轮毂直径，取0.4D1=2.2m；α—叶片角度，取最大转角α=45°。2、调节滞后时间常数Tc（2-2-19）式中：Tq为接力器不动时间，Tq=0.1～0.3，取Tq=0.2s；bp为调速器永态转差系数，bp=2%～6%,取bp=5%；3、水锤压力影响系数=1.1035（2-2-20）式中：——见式2-2-13。4、水轮机甩负荷的速率飞逸根据转速飞逸第一实用公式，可以知道：=0.7091（2-2-21）式中：TN—升速时间，=（0.9-0.00063•ns）•(Ts-Tc)=3.068s。由以上计算可以知道，本电站机组设计水头下甩全负荷时压力升高与转速升高均可在允许范围内，结合尽量控制甩负荷造成的水击且转速升高在80%以内的目标要求，取TS=8.0s。具体计算成果见表2-2-4。表2-2-4最大转速上升率计算成果序号参数计算公式单位公式1Tqs0.22TCs0.251学生：樊越100/99学号：0702020313 3f1.10354nsr/min88.25TN（0.9-0.00063•ns）•(Ts-Tc)s3.0686β0.7091第三节调速设备的选择调速设备一般包括调速柜、接力器和油压装置三大部分。学生：樊越100/99学号：0702020313 一、调节功计算及接力器的选择1、调节功的估算（2-3-1）2、选取导叶接力器直径大型调速器的导叶接力器容量选择一般是按经验公式计算出接力器直径，然后选取与其接近且偏大的系列直径。取油压装置额定压力为Pa=2.5MPa，采用标准导水机构且用两个单缸接力器操作时，每个接力器的直径dc可近似按下式计算：（2-3-2）式中：计算系数0.04～0.045，=0.043；b0——导叶高度，b0=2.037m。∴选取接力器直径为550mm。3、接力器最大行程导叶的最大开度：（2-3-3）接力器最大行程：；双直缸接力器总容积：（2-3-4）二、转桨接力器选择由于转桨接力器的运动速度较慢，因此满足导叶接力器运动速度要求的主配压阀一定可以满足转桨接力器的要求。只需对其接力器性能作以下选择。转桨接力器直径为：（2-3-5）转桨接力器最大行程为：（2-3-6）学生：樊越100/99学号：0702020313 转转桨接力器容积：（2-3-7）三、调速器的选择主配压阀直径：（2-3-8）式中：v—管路中油的流速，当油压装置额定压力为25Kg/cm2时，一般取4～5m/s。取主配压阀直径为100mm。主配压阀直径大于80mm为大型调速器，此即为大型调速器。由此可选取双调电气液压型调速器DST-100。四、油压装置的选择为了满足机组调节和安全运行的要求，通常每台水轮机装设一台油压装置，每套油压装置均设两台油泵，其中一台工作，一台备用。油压装置分为分离式和组合式，本电站选择分离式。额定压力为2.5MPa，压力槽容积分为两大部分：空气所占的部分，约为2/3，其余为油。调速装置压力油槽容积：（2-3-9）选取YS-5型分离式油压装置。学生：樊越100/99学号：0702020313 第三章辅助设备第一节水系统一、技术供水系统（一）用水量估算水轮发电机的总用水量指其空气冷却器的用水量加推力轴承和导轴承的冷却器的用水量。1、空气冷却器用水量：（3-1-1）式中：N——发电机的额定功率（KW）；η——发电机效率（%）。2、止推力轴承用水量推力轴承油冷却器用水量与推力轴承所承受的总荷重（t）和它的转速的乘积成正比。转轮轴向水推力Ft（3-1-2）式中：K——系数，K=0.8。在初步计算时，可按每吨·转/分为0.75l/h估算∴QT1=Ft×nr×0.75(l)=253×88.2×0.75/1000=16.74（m3/h）3、导轴承用水量①发电机转子带轴重Gr=154.1t；②水轮机转轮的重量G’=438.2t；∴总荷重F=Gr+G’=592.3t导轴承油冷却器用水量可按每吨·转/分为0.75l/h估算.∴QT2=F×nr×0.75(l)=592.3×88.2×0.75/1000=39.18（m3/h）。学生：樊越100/99学号：0702020313 4、水冷式变压器用水量变压器的用水量按变压器的容量每千伏安耗水1×10-3m3/hQT3=SN×1×10-3m3/h=20000×1×10-3/0.91=21.98（m3/h）（3-1-3）5、水冷式空压机冷却用水量查表可见用水量很小，可忽略。6、其余用水设备用水量其余用水设备用水量占总用水量的1%。∴单机用水总量Q=(QT0+QT1+QT2+QT3)/.99=（272+16.74+39.18+21.98）/0.99=353.43（m3/h）（3-1-4）（二）水温水温一般取为25°，由于本地区平均气温为16.3°，需进行折算减少供水量,查表得80.1%，则实际总水量Q=353.43×80.1%=283.10(m3/h)（3-1-5）（三）水压（1）机组冷却器进口水压一般不超过2×105Pa，取冷却器进口水压1.8×105Pa。（2）水冷式变压器进口处水压一般不超过（0.5～0.8）×105Pa，取为0.6×105Pa。（四）水质一般需要满足如下要求：（1）水中不含有悬浮物；（2）含沙粒径在0.025mm以下，含沙量在50g/l以下；（3）冷却水应是软水，暂时硬度不大于8°～12°；（4）要求PH植为中性，不含游离酸；（5）力求不含有机物，水生物及微生物；（6）含铁量不应大于0.1mg/l；（7）不含油分；学生：樊越100/99学号：0702020313 导轴承对水质的要求：（1）含沙量及悬浮物必须控制在0.1g/l以下,泥沙粒径应小于0.01mm；（2）润滑水中不允许含有油脂及其它对导轴承和主轴有腐蚀性杂质；（五）水源及供水方式1、取上游水库作水源以坝前水库作为主水源，机组进水口取水作为备用水源。2、供水方式由于水电站水头在3～13.3m范围内，采用水泵供水自流供水相结合。但水泵供水可靠性差，而自流减压供水恰恰可弥补此缺点。综上，本电站采用水泵供水和自流减压供水相结合的供水方式。3、设备配置方式采用分组供水水泵流量（3-1-6）选20Sh-19型水泵，扬程22m。（六）技术供水系统及设备1、取水口直径选择取水口分为工作取水口和备用取水口。（1）工作取水口工作取水口布置在上游侧低于最低水位2m处，即海拔高程41.1m，采用每两台机为一套机组，且互为备用，取水口过流栅流速为0.35m/s。（3-1-7）取公称直径Dg=800mm。（2）备用取水口在6台机组导叶前的压力钢管上各开1个备用取水口，每个取水口直径按机组技术供水量考虑，取水流速为0.5m/s。学生：樊越100/99学号：0702020313 （3-1-8）取公称直径的Dg=400mm。2、排水管出口机组冷却水排水管出口设置在最低尾水位以下。3、滤水器每个主取水口后设置一个滤水器，采用转动式滤水器，取公称直径Dg=800mm。每个备用取水口后设置一个，取公称直径Dg=500mm。水导轴承润滑水要求比较高，在工作和备用水管上，均设专用滤水器。4、管道技术供水管道采用钢管，水轮机导轴承润滑水在滤水器后的管段，采用镀锌钢管，防止铁锈进入导轴承。（1）机组供水干管直径取管内流速2m/s。（3-1-9）取标准直径d=600mm。（2）备用供水干管直径取管内流速2m/s。（3-1-10）取标准直径d=600mm.（3）至机组各冷却器支管管径机组各冷却器各支管，取管内流速为2.5m/s，并按下式计算管径，并取标准直径，成果列于表3-1-1。（3-1-11）学生：樊越100/99学号：0702020313 表3-1-1机组各冷却器各支管管径空气冷却器止推力轴承导轴承变压器其它QT（m3/h）272.016.7439.1821.983.53dT196.1648.6674.4555.7622.35标准管径20050806030二、消防和生活供水（一）消防用水用户、水压和水源1、用户电厂消火用水主要是指主厂房消火栓、发电机灭火用水、变压器开关站、电缆层等电气设备的消防用水。2、水压分为低压消防用水和高压消防用水两个系统。低压消防用水主要是供主厂房消火栓和发电机灭火用水，压力通常在5×105Pa以下；高压消防用水主要是供变压器、油库等处的水喷雾灭火装置，压力通常在（5～8）×105Pa以内。3、水源消防水源采用压力钢管取水，自流减压供水。（二）消防用水用户用水量1、发电机消防用水采用喷孔射水灭火方式。发电机采用喷水灭火方式时，消火环管上对着线圈的方向交错钻有两排直径为2~5mm的钻孔，孔间距为30~100mm。环管从两端供水时，∵定子铁芯外径Da=5.952m∴消火环管长度（3-1-12）环管从两端供水时，消火环管的断面积要比1/4环管上的消火孔总面积大1.25~1.5，取1.5。现取孔径d=4mm，孔间距60mm。学生：樊越100/99学号：0702020313 ∴消火环管的断面积（3-1-13）∴消火环管的直径（3-1-14）取标准管径100mm。查图，消火环管直径100mm，管长4.67m，末端水压为15MPa时，供水端所需压力为17mH2O（实线），喷水量为12l/s。2、厂房消火用水一般用消火栓和灭火器。厂房消火栓采用φ2’’的消火软管，配用直径为15mm的喷嘴。工作水压一般使用7.5kg/cm2，厂房消火用水量一般按同时工作2股水柱，每股水柱水量在2.5l/s以上作为计算依据，灭火延续时间按2h考虑。消火栓保护半径R=L+Skcos60°（3-1-12）式中：L—消防水带计算长度，可按配备水带长度的80%～90%计算，取水带长度25m，∴L=25×85%=21.3m；Sk—充实水柱长度（m）,是直流水栓灭火时有效射程，Sk=1.16H=1.16×16.74=19.42m；其中H为发电机地面至厂房顶高度，H=16.74m；∴R=L+Skcos60°=21.3+19.42×cos60°=31.01m。主厂房宽度20m＜R，机组段间距13.75m＜0.5R，∴通常为布置整齐，使用方便，采用每个机组段设一个消火栓，采用单列布置。3、油库及变压器的水喷雾消防供水另设系统暂不予考虑。4、生活供水从钢管取水，通过过滤供给生活用水。三、检修排水（一）排水量计算取决于机组进水管道、尾水管内积水量，以及上、下游检修闸门漏水量。此时尾水位按五台机组满负荷发电，一台检修时的尾水位计算。学生：樊越100/99学号：0702020313 ∵Q=5Qr=5×251=1255m3/s，查电站尾水位与流量关系曲线，得为机组检修排水的设计下游水位。∵水轮机安装高程∴高程差△h=35.5-23.7=11.40m机组流道体积按图3-1-1所示共分成7个计算部分进行。1、进口到1号截面段（3-1-15）式中：L1——进口到1号截面处中心线长度9.60m；Sq——0号截面段到1号截面段平均截面积，Sq=；S0——进口截面积，S0=15.8×11.46m2；S1——1号截面积，S1=13.05×11.46m2。2、1号截面段到2号截面段（3-1-16）式中：L2——两截面中心距为3.10m；Sq——1号截面段到2号截面段平均截面积，Sq=；S2——2号截面积，S2=11.5×11.46m2。3、2号截面段到3号截面段尾水管段（3-1-17）式中：L3——两截面中心距为2.6m；Sq—2号截面段到3号截面段的平均面积，Sq==93.7m2。4、3号截面段到4号截面段（3-1-18）式中：L4——两截面中心距为2.95m；Sq——3号截面段到4号截面段为圆环截面积，学生：樊越100/99学号：0702020313 Sq==81.91m2。5.4号截面段到5号截面段（3-1-19）式中：L5——两截面中心距为5.65m；Sq——4号截面段到5号截面段圆环平均截面积，Sq==57.73m2。6、5号截面段到6号截面段（3-1-20）式中：L6——两截面中心距为11.55m；Sq——5号截面段到6号截面段平均截面积，Sq==34.56m2。7、6号截面段到7号截面段（3-1-21）式中：L7——两截面中心距为14.4m；Sq——6号截面段到7号截面段为渐扩管平均截面积，Sq==66.85m2。检修排水总容积：=4232.0(m3)（二）上、下游闸门漏水量估算1、上游闸门漏水量（3-1-22）式中：L——闸门水封长度(m)，在此取流道进口截面周长2×（15.8+11.46）=54.52m；q——闸门水封每米长的单位时间漏水量，q=2.5l/s.m。2、尾水闸门漏水量尾水闸门尺寸为8.03m×11.0m。学生：樊越100/99学号：0702020313 （3-1-23）式中：L——闸门水封长度(m),L=（8.03+11.0）×2=38.06m；q——闸门水封每米长的单位时间漏水量，尾水闸门取q=2~3l/s.m，取2.5l/s.m。3、闸门总漏水量（3-1-24）（三）检修排水泵的选择1、计算水泵流量：（1）每小时需排除的水量（3-1-25）（2）每台水泵流量设计四台检修泵，∴为保证积水排除后，由一台泵来承担排除上下游的漏水，保证检修时尾水管内无积水或积水水位不上升，必须使Q泵>Q漏，所以选用：Q泵≥419.91m3/h。2、水泵总扬程计算（1）估算水头总损失值（3-1-26）（2）水泵扬程计算（3-1-27）3、水泵选择选取水泵：16JD490×2型水泵参数：Q=490m3/hH=30mη=73%n=1460rpm（1）校核水泵流量Q泵＞，可见满足要求；学生：樊越100/99学号：0702020313 （2）水泵运行方式选用四台。根据闸门漏水量，故运行方式采用：开始四台泵同时投入运行，待积水抽干后，用两台泵排上、下游闸门漏水。四、渗漏排水计算1、渗漏水量的估算厂内渗漏水量主要来源是机顶盖和大轴密封漏水，而大轴密封又占其中绝大部分。2、集水井容积的确定查已建成相似电站YZ，厂内漏水量25m3/hV集=（30～60）q=50×25/60=20.83()（3-1-28）3、渗漏排水泵选择水泵生产率：（3-1-29）选取水泵：10JD140×9型水泵的参数：Q=140m3/hH=45mη=72%n=1460rpm4、渗漏排水泵的操作方式采用自动操作，由液位信号器控制工作水泵和备用水泵的启停，并在水位过高时发出报警信号，然后工作水泵开始工作。学生：樊越100/99学号：0702020313 第二节气系统一、气系统用户（1）油压装置压力油槽充气，额定压力2.5MPa；（2）机组停机时制动装置用气，额定压力为7×105Pa；（3）机组作调相运行时转轮室压水用气，额定压力为7×105Pa；（4）检修维护时风动工具及吹污用气，额定压力为7×105Pa；（5）水轮机导轴承检修密封围带充气，额定压力为7×105Pa。二、供气方式电站压缩空气用户均布置在主厂房内，从供气可靠性、经济性、合理性和运行维护等方便考虑，采用厂内压缩空气系统综合向各用户供气。油压装置压油槽供气，为了提高其干燥度，空压机后设气水分离器和储气罐，采用二级压力供气。储气罐的高压空气经减压后供给压油槽。低压用户合用空压机，储气罐按各用户的要求来设置。三、设备选择（一）厂内高压压缩空气系统1、空气压缩机选择空压机生产率根据油压装置容积和充气时间计算：（3-2-1）式中：Vy、Py——压油槽容积(m3)和额定绝对压力(kg/cm2)；t——充气时间，一般取2～4小时，取t=3小时；KV——压油槽中空气所占容积的比例系数，取KV=2/3；KL——漏气系数，可取KL=1.2～1.4，取KL=1.3。选用两台高压空压机为V-1/40，一台工作，一台备用，其生产率为1m3/min，风冷式。2、贮气罐选择根据油压装置型号，供气方式和厂房布置条件,选择贮气罐容积为2m3。学生：樊越100/99学号：0702020313 3、管道选择一般按经验选用，干管选用φ32×2.5mm的无缝钢管，支管按油压槽进气管接头尺寸选用φ20的管子。（二）厂内低压压缩空气系统1、制动用气（1）制动耗气量：（3-2-2）式中：QZ——机组一次制动所需的总空气量(m3)；N——发电机额定出力(KW)；K——经验系数，一般取0.03～0.05,取0.04；（2）贮气罐容积按母线发生故障时，六台机组同时停机制动考虑。（3-2-3）式中：Z——同时制动台数，考虑6台同时制动；——制动前后储气罐允许压力降，一般取1~2kg/cm2，取1.4kg/cm2；选取一个4m3的标准贮气罐4m3。（3）空压机生产率计算：（3-2-4）式中：Qk——空压机生产率（m3/min）；△t——贮气罐恢复气压时间(min)，一般取10～15min，在此取10min。在厂内低压系统中，机组制动用气由其单独储气罐来保证，耗气量较小。同时，为了保证风动工具能连续稳定地工作，还必须以风动工具的连续工作要求进行校核。选取1V-3/8型风冷式空压机两台，正常情况下，一台工作，供风动工具及吹扫用气，一台备用。按风动工具连续工作要求进行校核机组检修时，考虑三台S-60型风砂轮同时工作，总耗气量学生：樊越100/99学号：0702020313 （3-2-5）式中：qi——某种风动工具耗气量(m3/min)，S-60型风砂轮qi=0.7(m3/min)；Z——同时工作的风动工具台数，此为三台；Kl——漏气系数，取1.1～1.3，此取1.2。可见，风动工具的总耗气量小于一台1V-3/8型风冷式空压机的排气量，故所选空压机满足要求。（4）供气管道选择通常按经验选取。供气干管φ30，支管φ15。2、空气围带充气轴承检修密封围带充气，充气压力通常采用0.7MPa，耗气量小，不需专用设备，从制动干管引出。管道直径按经验选取，蝶阀围带供气管φ15。表3-2-1供气设备明细表序号设备名称型号规格数量1高压空压机V-1/40排气量1m3/min，额定压力30kg/cm22台2低压空压机1V-3/8排气量3m3/min，额定压力8kg/cm22台3高压储气罐2m3额定压力30kg/cm21个4制动储气罐4m3额定压力8kg/cm21个学生：樊越100/99学号：0702020313 第三节透平油系统一、透平油系统供油对象发电机推力轴承、导轴承、调速系统及导叶阀操作等系统。二、用油量估算1、运行用油量查机组充油量与机型的关系曲线，得V1=24.2m3（3-3-1）可以得到运行用油量为：（VP+Vh）=V1/1.05=24.2/1.05=23.05(m3)（3-3-2）2、事故备用油量为最大机组用油量的110%。V2=1.1×(VP+Vh)=1.1×23.05=25.36(m3)（3-3-3）3、补充用油量V3=(VP+Vh)×α×45/365=23.05×0.1×45/365=0.284(m3)（3-3-4）式中，α——年需补充油量的百分数，取α=10%。4、系统用油总量=6×24.2+25.36+6×0.284=172.26(m3)（3-3-5）式中，Z——机组台数。三、油桶及油处理设备选择1、贮油设备选择（1）净油槽V净=1.1V1+ZV3=1.1×24.2+6×0.284=28.324m3（3-3-6）选1个容量为30m3的油罐。（2）运行油槽考虑兼作接受新油，并与净油槽互用，其容积应与净油槽相同，为了提高污油净化效果，通常设置两个，每个为其容积的1/2。学生：樊越100/99学号：0702020313 V运=V净/2=28.324/2=14.162m3（3-3-7）选两个容量为15m3的油罐。（3）中间油槽当油库布置在机组层不需设置。（4）事故排油槽（3-3-8）2、净油设备的选择（1）压力滤油机和真空滤油机的生产率是按8h内能净化最大一台机组的用油量来确定：Qi=V1/t=24.2/8=3.025(m3/h)（3-3-9）考虑到压力滤油机要换滤纸所需要的时间，所以计算时应将其额定生产率减少30%，故：Qi=Qi/0.7=3.025/0.7=4.32(m3/h)（3-3-10）压力滤油机型号：压-50；真空滤油机型号：ZLY-50。（2）油泵的选择：油泵生产率按4h内充满一台机组或6～8h内充满一台变压器的用油量来确定。Q=V1/t=24.2/5=4.84(m3/h)（3-3-11）式中：t——充油时间，一般取4～8h，取5h。选取油泵型号KCB-5.0型齿轮油泵两台，一台固定式油泵供设备充油用；一台移动式，用于接受新油和排油。3、管径、管材的选择推力轴承油槽供油管直径：40mm；推力轴承油槽排油管直径：40mm；导轴承油槽供油管直径：40mm；导轴承油槽排油管直径：40mm；油压装置供油管径：YZ-4型50mm；YZ-1型40mm；油压装置排油管径：YZ-4型50mm；YZ-1型40mm；总油管：供油管直径：50mm排油管直径：80mm学生：樊越100/99学号：0702020313 第四章电气部分第一节电气部分一、接入系统分析1、分析本电站在电力系统中的地位，考虑本电站对系统送电的要求及最少送电回路数。拟装设6台20MW的灯泡式贯流式水轮发电机组，发电机电压6.3kV，功率因数0.90，电站总装机容量为120MW/133.33MVA，采用110kV及35kV两级电压接入系统。110kV、35kV出线各为四周（110kV接贵港220kV变电所、南山110kV变电所、贵港110kV变电所和备用电共四回，35kV出线接氮肥厂、小江、石卡及备用共四回）。35kV侧负荷较小，电站的电能主要从110kV送入系统。二、估算送电容量送电容量=本电站最大出力-近区供电负荷-本电站自用电负荷+有可能通过本站转送的容量。水电站自用电负荷按电站装机容量的(0.3～1.0)％估算，电站容量越大比例数越小。送电容量=120mw-120*0.005MW+0=119.4MW三、确定可行方案(1)发电机电压接线，采用两组一变的扩大单元接线，六台机组共组成三个扩大单元，其中两个扩大单元采用双线卷变压器直接送电至110kV电压侧，另一扩大单元采用三线卷变压器分别送电到110kV、35kV侧系统。(2)110kV采用单母线分段带简易旁路母线接线，二回进线、四回出线。(3)35kV侧采单母线接线，一回进线、四回出线，另从35kV母线上引一回至近区变电，供厂用和近区用电。采用两回线接入系统时，每回线的最大输送容量P2′为：P2′=P/2=119.4/2=59.7(MW)查各级电压线路输送容量与送电距离的关系表，得:送电电压为110Kv即可。学生：樊越100/99学号：0702020313 四、选择送电线路的截面1、计算送电线路工作电流(安)（4-1-1）（4-1-2）式中：P—送电容量(千瓦)；nxl—送电回路数；U—电线路定线电压(千伏)；cosφ—送电功率因数，考虑到电力系统的经济性，升压变的功率损耗和近区负荷用电及自用电负荷的功率因数较低等原因，送电功率因数(cosφ)可取略高于发电机的额定功率因数，如cosφ=0.8，取cosφ=0.85，取cosφ=0.9等。2、按经济电流密度选择送电线路导线截面导线采用钢芯铝铰线。本电站年利用小时数为4678小时，查得：经济电流密度j=1.18A/mm2。则送电线路计算截面Sj为：（4-1-3）查得可选用LGJQ-300型母线,持续容许电流485A。3、最大允许长期工作电流校验导线截面查得：LGJQ-300型母线最高允许温度为70℃时,允许的持续工作电流。则。(4-1-4)所以选LGJQ-300型电缆合适。4、电晕校核不必验算电晕的导线最小直径及相应导线型号，查得额定电压为110kV时，不必验算电晕的导线最小外径为9.8mm，对应导线型号为LGJ-50型，而LGJQ-300型的导线直径为23.72mm，故不必进行电晕验算。5、电压损失校验由于在35KV以上，不用校验。学生：樊越100/99学号：0702020313 第二节电气主接线设计一、发电机侧1、发电机额定电压查得:发电机额定电压为10.5KV。2、线方式本电厂装机6台，采用扩大单元接线，主变3台。近区变所占比例不大，采用双绕组三相变压器。3、选择主变主变三台，每台容量为17.1475/0.85=20.17MVA，考虑到10%的裕度，选择SSPL1-180000/220型变压器。电压为110/10.5KV。4、中性点接地发电机单相接地电容C为：(4-2-1）式中K为系数，对于B级绝缘发电机，K=0.04。则发电机单相接地电容电流Ijd为：（4-2-2）故，发电机中性点通过隔离开关接地，但不用接入消弧线圈。二、送电电压侧由于本电站装机六台，主变三台，且有四回出线，采用外桥接线。中性点接隔离开关。三、电厂自用电侧厂自用电采用三相四线制，共设三台自用变压器分别由扩大单元接线引出，自用电接线按暗备用考虑，其总容量按电站总容量的0.5%计算，即120*0.005=0.6MW=6000kw考虑70%的暗备用，则每台的容量为S=0.33×6000×1.7/0.85=3960KVA，选SJL1－1600/10型，电压为10.5/0.4KV，出线侧采用单母线分段接线。学生：樊越100/99学号：0702020313 第三节短路电流计算为合理选择电气设备，需要进行短路电流计算。短路电流计算最危险的情况，即最大运行方式下三相短路故障。按标么值进行计算，选取基准值如下表4－1表4－1电压基准值Sj=100MVAUe（KV）22013.8110Uav（KV）23013.8115一、化简电路图(1)绘制计算电路图按设计需要，选取相应的短路点化简电力系统接线图，如图所示（选取了4个短路点，分别为d1、d2、d3、d4点）。(2)化简等值电路图按短路电流计算的一些常用方法，如星三角变换，分布支路法等等，其化简过程如图所示。学生：樊越100/99学号：0702020313 二、计算短路电流查《发电厂电气部分》P17可知高压输电线路。查得元件的标么值计算如下：发电机电抗变压器电抗线路电抗（1）系统电抗值的简化贵港发电机：，，，（4-3-1）；（4-3-2）贵港变压器：（2台），，（4-3-3）学生：樊越100/99学号：0702020313 ；（4-3-4）线路（2回）L=10km：；(4-3-5)线路（2回）L=370km：；(4-3-6)线路L=180km：；(4-3-7)线路L=200km：；(4-3-8)线路(2回)L=20km：；(4-3-9)南山枢纽变压器：（2台），，，，(4-3-10)，(4-3-11)，(4-1-18)非常小可以计为0，则：；线路L=250km：；(4-1-19)全华枢纽变压器：（2台），，，，，(4-3-12)学生：樊越100/99学号：0702020313 ，(4-3-13)(4-3-14)(4-3-15)，(4-1-24)非常小可以计为0，则：；线路（2回）L=20km：；(4-3-16)线路（2回）L=150km：；(4-3-17)；(4-3-18)；(4-3-19)；(4-3-20)；（4-3-21）；（4-3-22）；（4-3-23）；（4-3-24）；（4-3-25）；（4-3-26）；（4-3-27）；（4-3-28）学生：樊越100/99学号：0702020313 （4-3-29）；。（2）发电机侧电抗值简化查《电气一气》阻尼的水轮发电机。SSPL-220000（220/13.8）型变压器，。变压器：；（4-3-30）发电机：；（4-3-31）；（4-3-32）(3)d1为例求短路电流求各元件的电抗标幺值①贵港供给在短路点处产生的短路电流，以贵港水电站容量为基准容量，以短路点平均电压为基准，求对应的转移电抗化为电源到短路点的计算电抗：，（4-3-33）按无限大电源计算。短路电流：。（4-3-34）②南系统在短路点处产生的短路电流，以短路点平均电压为基准，短路电流：。（4-3-35）③北系统在短路点处产生的短路电流，以短路点平均电压为基准，短路电流为：。（4-3-36）学生：樊越100/99学号：0702020313 ④贵港水电站供给在短路点处产生的短路电流，先求以电站电源为基准容量、以短路点平均电压的电流为基准值，。（4-3-37）对应的转移电抗化为电源到短路点的计算电抗：。（4-3-38）由，《发电厂电气部分》P237水轮发电机运算曲线0s曲线、2s曲线、4s曲线，分别得出：，，。则对应的短路电流分别为：；（4-3-39）；（4-3-40）。（4-3-41）⑤短路点总的三相短路电流；（4-3-42）；（4-3-43）。（4-3-44）⑥三相短路冲击电流。（4-3-45）(4)其他短路点的短路电流同理可以得到其他短路点的短路电流，其余三个短路点的电抗等值电路图如下：其计算如下表所示：学生：樊越100/99学号：0702020313 短路点供给短路点电流的电源转移电抗x计算电抗xca电流基准值Id(kA)短路电流(kA)编号标么值d1贵港火电站260.9214.33无穷大系统1.0919.89北系统250.515/0.487南系统240.108/2.32贵港电站290.2280.2950.3251.260.9650.983d2贵港火电站301.6156.46无穷大系统10.36182.5北系统310.903/4.63南系统320.189/22.14贵港电站330.4460.565.2610.2611.3112.36d3贵港火电站3783.7835.12无穷大系统6.8991.37北系统3846.85/3.08南系统399.82/14.70贵港电站Ⅰ4022.8328.77.95贵港电站Ⅱ3621.2526.718.54d4贵港火电站467.0428.16无穷大系统0.88715.55北系统473.94/0.4南系统480.83/1.88贵港电站Ⅰ491.912.41.960.880.880.88贵港电站Ⅱ500.4630.581.963.534.124.37第四节设备选择一、断路器和隔离开关的选择(1)按额定电压和额定电流选择型式根据文献【7】P221表6-2，持续工作电流计算主变高压侧：（3-4-1）学生：樊越100/99学号：0702020313 发电机出口侧：（3-4-2）近区升压侧：（3-4-3）厂用低压侧：（3-4-4）(2)对于主变高压侧：由此查文献【14】P556选LW1-220型SF6断路器，具体参数见表4－4表4－4：SF6断路器参数表型号额定电压额定电流额定开断电流极限通过电流热稳定电流　　　　　LW1-220220231.58031.5热稳定效验（3-4-5）其中t=4s，（t为短路热稳定时间，由所选短路器固有分闸时间加上燃弧时间和后备保护时间所得出），故热稳定满足要求。动稳定校验因，故动稳定满足要求。开断电流校验因，故开断电流满足要求。（3）、隔离开关选择由此查文献【14】P500选GW4-220W型隔离开关，具体参数见表4－5表4－5GW4-220W型隔离开关参数学生：樊越100/99学号：0702020313 型号额定电压额定电流极限通过电流热稳定电流　　　　GW6-220G型22025021热稳定效验，故热稳定满足要求。动稳定校验，故动稳定满足要求。同理选出其它断路器和隔离开关，见电气设备选择汇总表。二、变压器中性点的隔离开关选择按额定电压和额定电流选择型式额定电压按变压器所在侧电压,并低一电压等级考虑，故有，Ue=110KV;额定电流按变压器所在侧额定电流的1/3考虑，故有：Ie=1/3×0.716=0.239KA，由此查文献【13】P1577表26—4选择，具体参数见下表所示：表4-6：变压器中性点的GW2—110/600型隔离开关参数参数Ue(KV)Ie(KA)igf(KA)I5s(A)GW2—110/600型1106005014动稳定和热稳定效验略。三、避雷器选择发电机出线处选择FZ—20型，主变处选择FCZ—220J型,220KV出线处选择FCZN—220J型,近区变处选择FZ—20型。四、电流互感器选择按额定电压和额定电流选择型式220KV出线侧：（3-4-6）学生：樊越100/99学号：0702020313 查文献【16】P229选择LCW-220,额定电流比为，准确级次0.5，1s热稳定倍数60,动稳定倍数60。发电机出口侧：（3-4-7）查文献【14】选择LMZD1-20,额定电流比为12000/5，准确级次0.5/D，额定电压20KV。近区高压侧：（3-4-8）查文献【16】选择LMZD1-20,额定电流比为12000/5，准确级次0.5/D，额定电压20KV。厂用高压侧：（3-4-9）查文献【16】选择LMZD-20,额定电流比为600/5，准确级次0.5/D，额定电压20KV。五、发电机出口母线选择Ig=（3-4-10），根据此电流值，可采用槽型母线。六、发电机消弧线圈的选择按额定电压和额定容量选择Se=1.35×Ie·Ux=196.61KVA,由此查文献【13】P1228表23—26选XDJ—180/20型。七、电压互感器选择近区高压侧：由文献【14】P628选择JDZJ-20(0.5级额定容量为50VA)。厂用高压侧：由文献【14】P628选择JCC-110(1级容量为500VA)。220KV出线侧：由文献【14】P628选择P630JDZJ-20(0.5级容量为50VA)。发电机出口侧：由文献【14】P628选择JCC1-220(1级容量为500VA)。学生：樊越100/99学号：0702020313 八、其他设备选择其他地点设备选择同前，其设备如下表4－7（下面仅列出短路器和隔离开关，其它的设备见主接线）所示：表4－7电气设备选择表序号设备选择设备安装地点设备型号台数UeIKigfI5sQdt台KVKAKVKA×106(A2·S)1220KV出线侧LW1-220322018.455502205GW4－220W650149802厂用电引线高压侧LN1-10213.88730012072000GN10－20/4000825050125003厂用电引线低压侧DW10－400/250030.38/0.224027.73840GN10－20/200011853664804近区引线低压侧LN1-102108730012072000GN10－20/4000414580320005近区引线高压侧LN1-10213.828.252202000GN10－20/4000425105006主变低压侧GN10－20/6000213.814580320007主变高压侧LW2－220222018.455212205GW4－220D450149808桥臂支路LW1－220122018.455212205GW4－220D25014980学生：樊越100/99学号：0702020313 附表一（经济计算）六台机组月份Q发电机组台数下游水深上游水深水头出力发电量一409232.543.110.623333*2139998033599520二281131.543.111.62333369999016799760三217131.243.111.92333369999016799760四31623243.111.123333*2139998033599520五1130534.743.18.420000*5300000072000000六3630637.543.15.611000*6198000047520000七1920635.543.17.618000*6324000077760000八2150635.743.17.416000*6288000069120000九4960639.143.145000*690000021600000十1240634.443.18.720500*6369000088560000十一53933343.110.123333*3209997050399280十二390232.443.110.723333*2139998033599520总计23389890561357360五台机组月份Q发电机组台数下游水深上游水深水头出力发电量一409232.543.110.623333*2139998033599520二281131.543.111.62333369999016799760三217131.243.111.92333369999016799760四31623243.111.1学生：樊越100/99学号：0702020313 23333*2139998033599520五1130534.743.18.420000*5300000072000000六3630537.543.15.611000*5165000039600000七1920535.543.17.618000*5270000064800000八2150535.743.17.416000*5240000057600000九4960538.843.14.36000*590000021600000十1240534.443.18.720500*5307500073800000十一53933343.110.123333*3209997050399280十二390232.443.110.723333*2139998033599520总计21424890514197360四台机组月份Q发电机组台数下游水深上游水深水头出力发电量一409232.543.110.623333*2139998033599520二281131.543.111.62333369999016799760三217131.243.111.92333369999016799760四31623243.111.123333*2139998033599520五1130434.743.18.420000*4240000057600000六3630437.543.15.611000*4132000031680000七1920435.543.17.618000*4216000051840000八2150435.743.17.416000*4192000046080000九4960438.543.14.67000*484000020160000十1240434.443.18.72465904学生：樊越100/99学号：0702020313 20500*400000000十一53933343.110.123333*3209997050399280十二390232.443.110.723333*2139998033599520总计18799890451197360附表二（流量效率开度）四台机组Hn11D1台数5218.01666.54ψηmQηtP1075.10.8177.942925.471583.21.2186.044824.322086.61.689.446631.362588.12.0390.948554.643088.12.4790.9410408.853586.72.9289.5412115.764082.33.5185.1413848.1445753.9577.8414247.89Hn11D1台数7184.25776.54ψηmQηtP1081.20.7184.044580.231587.31.0590.147265.232089.71.3892.549802.832591.11.7593.9412619.193091.42.0894.2415046.703590.82.4693.6417682.324088.62.9791.4420846.614583.73.3586.5422253.82Hn11D1台数9162.56.54ψηmQηtP10840.6586.846316.73学生：樊越100/99学号：0702020313 1588.80.9791.649947.552090.91.2693.7413217.672592.11.5694.9416574.233092.41.8695.2419824.023592.12.1894.9423161.424090.52.6593.3427680.454587389.8430161.33Hn11D1台数11146.98686.54ψηmQηtP1084.30.6287.148169.471589.20.992.0412525.7520911.1693.8416460.032592.11.4494.9420672.673092.31.795.1424456.643592.12.0194.9428855.5940912.4293.8434339.044588.62.7591.4438023.64Hn11D1台数13.3133.67466.54ψηmQηtP1083.40.5886.2410055.641588.30.8491.1415390.8120901.0892.8420157.292591.21.3394.0425144.183091.61.5894.4429997.583591.41.8594.2435049.374090.62.1993.4441138.6645892.5291.8446527.06五台机组Hn11D1台数5211.979265ψηmQηtP1076.10.7878.92429.951584.11.1886.94048.822087.21.56905543.622588.71.9891.57153.403088.92.491.78689.753587.62.8290.410065.7040843.486.811652.66学生：樊越100/99学号：0702020313 4577.13.8479.912114.47Hn11D1台数7179.155265ψηmQηtP10820.784.83882.511587.81.0390.66103.572090.21.35938211.742591.41.794.210474.143091.72.0394.512547.193591.22.389414632.664089.32.992.117469.334584.63.2587.418578.62Hn11D1台数915865ψηmQηtP1084.20.64875309.2715890.9591.88315.7520911.2293.810911.842592.11.5394.913845.003092.61.895.416374.053592.12.1494.919364.904090.72.5893.523002.054587.82.9290.625225.88Hn11D1台数11142.916465ψηmQηtP1084.30.687.16733.3315890.8791.810290.172090.81.1393.613627.4625921.494.817100.033092.11.6594.920174.8735921.9594.823817.9040912.3593.828400.8445892.6591.831343.62Hn11D1台数13.3129.972865ψηmQηtP1083.40.5786.28416.4915880.8390.812909.602089.71.0592.516637.19学生：樊越100/99学号：0702020313 2590.71.393.520821.113091.11.5593.924931.3835911.893.828921.734090.32.1593.134287.604588.82.4591.638442.40六台机组Hn11D1台数5216.94335.56ψηmQηtP10750.7977.752037.871583.51.286.253433.922086.71.5889.454689.072588.32.0291.056102.123088.32.4591.057401.093586.92.8989.658596.024082.93.4885.659889.084575.53.9378.2510202.96Hn11D1台数7183.35065.56ψηmQηtP1081.50.784.253241.231587.51.0590.255208.082089.91.3892.657026.942591.21.7493.958984.373091.52.0794.2510722.433590.82.4493.5512545.134088.72.9691.4514877.0545843.3286.7515828.84Hn11D1台数9161.75.56ψηmQηtP1084.10.6586.854523.1515890.9691.757057.2520911.2593.759389.432592.11.5594.8511779.513092.51.8595.2514118.703592.12.1794.8516491.314090.72.6293.4519617.284587.32.9790.0521428.82学生：樊越100/99学号：0702020313 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