1、 毕 业 设 计 计 算 书 34到 59米水头 160MW水电站机电设计 专业年级 06 热能与动力工程 1 班 学 号 06022118 姓 名 黄晓佳 指导教师 郑圣义 评 阅 人 二一 年 六 月 中国 南京 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 2 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 摘要 本设计是根据提供的原始资料对曹村水电站的机电初步设计，设计内容共分为四章：水轮机主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。 第一章水轮机选型设计是整个设计的关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL260/A244 一种，共有
2、 10 个待选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，初步选出 3 个较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案最终选出的最优方案水轮机型号为 HL260/A244，四台机组，转轮直径 3.8m，转速 136.4r/min，平均效率 89.55%。计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸，绘制厂房剖面图。 第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。调节保证计算及调速设备选择中分别在设计水头和最高水头下选取导叶接力器直线关闭时间，计算相应的和，使 55%，并选取接力器、调速器和油压装置的尺寸和型
3、号。 第三章辅助设备设计中分别对水、气、油三大辅助系统设计，按照要求设计各系统的工作方式并按照各计算参数选出油罐、水泵及储气罐和空压机等设备。 第 四章电气一次部分设计中，按照设计要求，先对接入系统进行设计计算，本设计中送电线路电压等级 110KV， 3 回线路，送电导线型号 240LGJ ；接着进行主接线设计，对发电机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及电站自用电侧四部分考虑。发电机电压侧选用单元接线，选取主变型号为 SFPSL1O-160000 和 SSPSL1-75000，送电电压侧选用五角形，近区负荷送电线路电压等级 10.5KV，选用 2 回线路，送电导线型号 50LGJ 。自用电负荷侧
4、采用暗备用的接线 方式，其变压器的型号为 6/10000SP 1 LS 。然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、主变高压侧和近区变压器侧进行短路计算，分别求出、 SiII ch“ 的有名值；最后，按照额定电压和电流选取电气设备进行校验，至此，本设计完成。 关键字： 水轮机主机选型；水电站机电设计；蜗壳；尾水管；厂房；水轮机调节保证计算；水电站辅助设备；油、水、气系统；电气一次。 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 3 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 目录 摘要 - 2 目录 - 3 原始资料 - 6 第一章 水轮机 组 选型设计 - 7 第
5、一节 水轮机型号选定 - 7 一最终选题 ：水头为 3459m，装机容量为 160MW，混流式水轮机由给定特征水头为 3459m，- 7 二单机容量选择 - 8 第二节 较优方案的选择 - 8 方案一：两台 8 万千瓦的水轮机 - 8 一转轮直径 D1的计算： - 8 二转速 n 的计算 - 8 三较优方案列表 - 10 四较优方案的其他主要参数 - 10 第三节技术经济指 标计算 - 10 一动能经济指标计算 - 10 二机电设备投资和耗钢量 - 13 第四节 最优方案参数 - 15 第五节 计算最优方案的进出水流道 - 16 一 .蜗壳计算 - 16 二尾水管计算 - 18 三蜗壳和尾水管
6、流道单线图 ： - 19 第六节 .绘制厂房横剖面图 - 19 一水轮发电机外形尺寸估算 - 19 二厂房各 高程的确定 - 22 三厂房宽度的确定 - 24 四厂房长度 - 25 第二章 调节保证计算及调速设备的选择 -27 第一节 调节保证计算的任务和标准 - 27 一调节保证计算的任务 - 27 二调节保证计算的标准 - 27 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 4 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 第二节 设计水头下甩全负荷 - 28 一已知计算参数 - 28 二管道特性系数 - 28 三 水击压力升高计算 - 29 四转速上升计算 - 30
7、 第三节 最大水头甩全负荷 - 32 一最大水头下的 VL - 32 二水击压力升高计算 - 33 三转速上升计算 - 33 第四节 调速设备的选择 - 34 一 调节功计算及接力器的选择 - 34 二调速器的选择 - 35 三油压装置的选择 - 36 第三章 辅助设备 -37 第一节 水系统 - 37 一技术供水系统 - 37 二消防和生活供水 - 39 三检修排水 - 40 四 渗漏排水计算 - 42 第二节 气系统 - 42 一气系统用户 - 42 二供气方式 - 43 三设备选择 - 43 第三节 透平油系统 - 46 一透平油系统供油对象 - 46 二用油量估算 - 47 三油桶及油
8、处理设备选择 - 47 第四章 电气部分 -48 第一节 接入系统设计 - 48 一接入系统分析 - 48 二估算 送电容量 - 49 三确定可行方案 - 49 四选择送电线路的截面 - 49 第二节 电气主接线设计 - 50 一发电机侧 - 50 二送电电压侧 - 50 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 5 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 三近区负荷侧 - 50 四电厂自用电侧 - 51 五短路电流计算 - 51 六设备选择 - 59 七电气设备选择列表 - 63 参考文献 -67 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算
9、书 第 6 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 原始资料 曹村水电站 曹村水电站位于安徽省靖江上，建成后将向芜湖等地区供电。 电站坝址选在曹村上游 2.3 公里处，该处河段有一窄口，地质条件尚好，适宜建坝。 本电站为坝后式，压力钢管长 70 米，公路从左岸进入厂区。 电站装机情况： Hmax (m) Hp (m) Hmin (m) N 装机（ MW） 利用小时（ h） 保证出力（ MW） 59 48 34 160 2490 50 电站下游水位曲线图 米/秒 ）( 米）千年一遇洪水位 74.3 米 （ Q=10800 米 3/秒） 百年一遇洪水位 72.1 米 （ Q=8700 米 3/
10、秒） 年平均气温 16，最高温度 41，最低温度 -7。 本电站建成后主要承担峰荷，有调相任务。本站将在距电站 80 公里处的芜湖变电所接入系统 ,并且向曹村供电 1500 千瓦。 电力系统接线图如下 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 7 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 300 km无穷大电源龙山变2 1 2 0 M V A80 km淮南火电站2 3 6 0 M V A220KV90 km2 1 2 0 M V A舒城变110KV60MVA六安变80 km3 6 0 km皖西水电站群120K VAco s =0.82 6 0 M V A600K
11、Wco s =0.88Xd =0.122 6 0 M V A60 km40 km2 8 0 km2.3 km马鞍山变芜湖变安庆变160 km130 km2 6 0 M V A 1 6 0 M V A110KV曹村水电站曹村水电站电力系统图 发变电站名称 台数 单台容量（ MVA） 短路电流百分数 U - % U - % U - % 皖西水电站群 2 60 10.5 六安变 1 60 10.5 舒城变 2 120 12 12 16 淮南火电站 2 360 14 龙山变 2 120 10.5 17 6 芜湖变 2 120 10.5 17 6 马鞍山变 2 60 10.5 17 6 安庆变 1 60
12、 10.5 17 6 第一章 水轮机 组 选型设计 第一节 水轮机型号选定 一最终选题 ：水头为 3459m，装机容量为 160MW，混流式水轮机由给定特征水头为 3459m， 查水轮机型谱： 应选用转轮型号为 HL260/A244，具体主要参数如下： 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 8 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 表 1 转轮型号 推荐使用水头 H(M) 模型转轮直径 D1(cm) 最优工况 n10(rpm) Q10(m3/s) 0(%） HL260/A244 3560 35 80 1.08 91.7 转轮型号 限制工况 蜗壳 水推力系数
13、 K Q1(m3/s) (%） 包角 流速系数 HL260/A244 1.275 86.5 345。 0.78Q1 0.340.41 二单机容量选择 方案一：两台 8 万千瓦的水轮机 方案二：三台 5.33 万千瓦的水轮机 方案三：四台 4 万千瓦的水轮机 方案四：五台 3.2 万千瓦的水轮机 第二节 较优方案的选择 方案一：两台 8 万千瓦的水轮机 一转轮直径 D1 的计算： （ 1）水轮机的额定出力： PR=Ng/ g=80000/0.98=81633 式中： Ng 为单机容量， g 为发电机效率。 由型谱查 得最优单位转速 n110=80rpm，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位
14、流量，则 Q11r=1.28m3/s，对应的模型效率 m=0.868，暂取效率修正值 =0.03， 则设计工况原型水轮机效率 = m+ =0.868+0.03=0.898. (2)水轮机转轮直径 D1 为： D1= SQRT(PR/9.81*Q11r*HR1.5* )=4.85m，查水轮机 P11 反击式水轮机转轮标称直径系列， 4.85 介于 4.5 与 5.0 之间，应对两者进行比较。 标称直径 450cm 效率的计算： max=1-（ 1- mo） 5 D1M/D1=0.950 = max - mo =0.950-0.917=0.033 = + M=0.033+0.868=0.901 二
15、转速 n 的计算 n=(n110 Ha)/D1=123.17rpm 查水轮机 P170 发电机标准同步转速（ f=50Hz）的得： 123.17 介于 125 与 115.4 之间，应用四分之一法，取 n=125rpm。 当 n 取 125rpm 时，最大最小平均水头所对应的单位转速为： n11min=n *D1/ Hmax=125*4.5/ 59=73.23rpm 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 9 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 n11a=n*D1/ Ha=125*4.5/ 48=81.19rpm n11max=n*D1/ Hmin=125
16、*4.5/34=96.47rpm 标称直径 500cm 效率的计算： max=1-（ 1- mo） 5 D1M/D1=0.951 = max - mo =0.951-0.917=0.034 = + M=0.034+0.868=0.902 （ 3）转速 n 的计算 n=(n110 Ha)/D1=110.85rpm 查水轮机 P170 发电机标准同步转速（ f=50Hz）的得： 110.85 介于 115.4 和 107.1 之间，应对两者进行比较： a：当 n 取 115.4rpm 时，最大最小平均水头所对应的单位转速为： n11min=n *D1/ Hmax=75.12rpm n11a=n*D
17、1/ Ha=83.26rpm n11max=n*D1/ Hmin=98.95rpm b：当 n 取 107.1rpm 时，最大最小平均水头所对应的单位转速为： n11min=n *D1/ Hmax=69.72rpm n11a=n*D1/ Ha=77.29rpm n11max=n*D1/ Hmin=91.84rpm 方案二： 3*5.333 万千 瓦 具体计算步骤与方案一相同，采用 Excel 表格计算，具体计算结果表 2 方案三： 4*4 万千瓦 具体计算步骤与方案一相同，采用 Excel 表格计算，具体计算结果表 2 方案四： 5*3.2 万千瓦 具体计算步骤与方案一相同，采用 Excel
18、表格计算，具体计算结果表 2 （单位采用标准单位制） 表 2 方案编号 Pg D1 n n11min n11a n11max 1 81633 4.5 125 73.23126 81.18988 96.46795 2 5 107.1 69.71616 77.29277 91.83749 3 5 115.4 75.119 83.28278 98.95468 4 54421 3.8 150 74.20768 82.27241 97.75419 5 3.8 136.4 67.47952 74.81305 88.89115 6 4.1 136.4 72.80685 80.71934 95.90887 7
19、 40816 3.3 166.7 71.61822 79.40154 94.34309 8 3.8 150 74.20768 82.27241 97.75419 9 3.8 136.4 67.47952 74.81305 88.89115 10 32653 3 187.5 73.23126 81.18988 96.46795 四组方案综合列表如下：（单位采用标准单位制） 34 至 59 米水头 160MW 曹村水电站机电设计 计算 书 第 10 页 共 67 页 黄晓佳 06022118 表 3 方案一 :2*8 万 方案二： 3*5.333 万 方案三 4*4 万 方案四： 5*3.2 方案
20、编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 标称直径 D1 450 500 380 410 330 380 300 同步转速 n 125 115.4 107.1 150 136.4 136.4 166.7 150 136.4 187.5 三较优方案列表 按计算所得的标准直径 D1，同步转速 n,分别用给定水头的特征水头（ Hmin,Hr,Hmax）在综合特性曲 线上画出水轮机工作范围，初步选出较优方案进行详细计算。 此部分见附图 1，附图 2，附图 3。 初选较优方案列表如下：（单位采用标准单位制） 表 4 方案编号 Pg D1 n n11min n11a n11max 2 81632.6
21、5 5 107.1 69.71616 77.29277 91.83749 0.034 5 54421.43 3.8 136.4 67.47952 74.81305 88.89115 0.031 7 40816.33 3.3 166.7 71.61822 79.40154 94.34309 0.03 四较优方案的其他主要参数 方案 2： 1）水轮机设计流量 Qr 的计算： Qr=Q11rD12 Hr=1.08*25*6.84=218.88m3/s 2)几何吸出高度的计算 Hs=10- /900- pHr=2.88m 3)飞逸转速的计算 nr=n11r* Hmax/D1=158.7*7.86/5=243.67rpm 4)轴向水推力 Ft Ft=9810Kt /4*D1*D1Hmax=4.32*106N 方案 5 和方案 7 的计算结果见下表 方案编号 Q11r(m3/s) Hs(m) nr(rpm) Ft(N) 2 218.88 2.88 243.76 4318512 5 126.4251 2.88 320.74 2494373 7 95.34413 2.88 369.34 1881144 第三节技术经济指标计算 一动能经济指标计算 1 利用综合特性曲线绘制待选方案的运转特性曲线。参照水轮机 P159： 方案 2： a等效率曲线的绘制
