1、热能与动力工程专业毕业设计 姓名：周玉国 - 1 - 学号： 03022213 毕 业 设 计 计 算 书 题目 石林水电站机电设计 专业年级 学 号 姓 名 指导教师 评 阅 人 水利水电工程学院 二七年六月 20.5m 40m 水头 150MW 石林水电站机电初步设计 - 2 - 目 录 摘 要 - 3 - 原始资料： -5- 第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮机型号选定 -6- 第二节 原型水轮机主要参数的计算 - 6 - 第三节 较优方案选择 - 15 - 第四节 技术经济指标计算 - 21 - 第五节 最优方案选择 - 27 - 第六节 最优方案的进出流水道计算 - 29 - 第
2、七节 绘制厂房剖面图 - 32 - 第二章调节保证计算及调速设备的选择 第一节 设计水头下甩全负荷 - 40 - 第二节 最大水头甩全负荷 - 44 - 第三节 调速设备的选择 - 49 - 第三章 辅助设备 第一节 气系统 - 51 - 第二节 水系统 - 55 - 第三节 透平油系统 - 61 - 第四章电气部分 第一节 接入系统设计 - 63 - 第二节 电气主接线设计 - 64 - 第三节 短路电流计算 - 70 - 第四节 电气设备选择 - 79 - 参考文献 - 84 - 附表 热能与动力工程专业毕业设计 姓名：周玉国 - 3 - 学号： 03022213 摘 要 此次设计是 式石
3、林 水电站的机电设备初步设计，设计内容共分为四个大章 ,包括：水轮机 组 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。共分为四个大章。 第一章水轮机 组的选型设计中根据水头 选中 HL240 和 HL260。，经过选型有 11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，并结合由试算法划出发电机出力限制线，初步选出较优方案，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。最终选择第方案为最优方案， 4 台 HL260 机组，转轮直径 4.5m，机组转速 93.8rpm。 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
4、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 和型号。 第三章 辅助设备设计中分别对油、水、气三大辅助系统设计，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 220KV， 2 回线路，送电导线型号 LGJQ-185；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。发电机电压侧选用扩大单元接线，选取主变型
5、号为 SFPL-90000/220，送电电压侧选用变压器 母线接线，近区负荷送电线路电压等级 110KV，选用 2 回线路，送电导线型号 LGJ-70，变压器选择 SFL1-10000 型 2 台，自用电负荷侧采用单母线接线；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、近区供电高压侧和自用电低压侧进行短路计算，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。 20.5m 40m 水头 150MW 石林水电站机电初步设计 - 4 - Abstract What I do is the mechanical and elect
6、rical main design of Nanzhen hydroelectric power station, including 4 important part: hydraulic turbine and power generator designed, governor and speed control equipment designed, auxiliary equipment designed and electrical part designed. In the chapter 1 of Hydraulic Turbine and Generator Designed
7、, there is 1 kinds of hydraulic turbine HL240 or HL260 for selection on the basic of the height of the hydroelectric power station. There are 11 plans to be compared in this part after the compute. First, selecting better plans by comparing power output line of generator and working territories of h
8、ydraulic turbine. Second, choosing the best one by assessing investment and average efficiency of every better plan. Finally, deciding to make the second plan as the best one. In the plan, I ll use 4 units, the runner diameter is 4.5 meter,and the speed of running is 93.8rpm. In the chapter 2 of Gov
9、ernor and Speed Control Equipment designed, the layout of the station is a required use with an invest penstock. Therefore, it needs to calculate for a unit when it rejects whole load. In this part, straight closing time of wicket get servomotor should be calculated in design head and maximum potent
10、ial head. Then, calculate and , 55%. Finally, choosing servomotor, governor and oil-handling facility. In the chapter 3 of Auxiliary Equipment, this part is designed for watering and drainage system, air supply system and turbine oil system designed. According to designing requirement, I ll select t
11、he right kind of turbine oil tanks, water pumps, air receiver and compressor. In the chapter 4 of Electrical part, first of all, it should design intake system. The voltage step of transmitted wire is 220KV, 2 lines, and the wire is LGJQ-185. Secondly, it should design main wire. Generator side and
12、220KV side , load nearby side and using for station side should be included. Generator side: one line wiring, the transformer is SFPL-90000/220; 220KV side: The unit extension form; load nearby side: transmit and transformer unit, the transformer is SFL1-10000/110; using for power station side: Tran
13、sformer line wiring form. Thirdly, it should calculate short current, including 、 SiII ch“ . Finally, fixing out electrical equipment according to eU and eI . That s all. 热能与动力工程专业毕业设计 姓名：周玉国 - 5 - 学号： 03022213 原始资料 ： 石林水电站位于江西省的修水上，电站建成后将向南昌供电。 石林电站坝址选在永修上游 20 公里处，此处河窄，地质条件较好，该电站为坝后式电站，压力钢管长 80 米左右
14、，公路由河北岸进入厂房。 电站建成后将承担峰荷及部分基荷，本电站有调相任务。 该地区属于温暖湿润地带 ，年平均气温 16 度，实测最高气温 35 度，最低气温 -6 度 . 本电站 建成后将承担峰荷，少部分时间带基荷，有调相任务，电站建成后在90 公里 外的南昌变电所接入系统，并向永修供电 1万千瓦。供电距离 10 公里。 Hmax=40 总装机 15 万 kW Hp=32 利用小时数 4000 Hmin=20.5 保证出力 5.5 万 kW 千年一遇洪水位 32.1m 百年一遇洪水 位 31.5m 20.5m 40m 水头 150MW 石林水电站机电初步设计 - 6 - 第一章 水轮机的选型
15、设计 第一节 水轮机型号选定 一 、水轮机型式的选择： 根据原始资料， 该水电站的水头范围为 20.5 40m，适合此水头范围水轮机的类型有斜流式和混流式。又根据混流式水轮机的优点： （ 1）比转速范围广，适用水头范围广，可适用 30 700m； （ 2）结构简单，价格低； （ 3）装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。 故选择混流式水轮机。 二 、比转速的选择 ： 本电站是引水式建流电站， 则 有 Hr=0.95Ha=30.4m。 按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，水轮机的 sn 为 )(2.3 4 1204.302 0 0 0202 0 0 0 kwmHnrs 因此，选择 sn
16、 在 260 左右的水轮机为宜。又 根据原始资料所给定的石林 水电站的特征水头，查型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编第 2 页中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表，知 可 选 HL240 或 HL260。 三 、机组台数拟定： 按电站建成后 ,在电力系统的作用及考虑到系统的稳定运行 ,初步拟定为 2 台 ,3台 ,4 台 ,四种方案进行比较。 台数 单机容量（万 KW） 2 7.5 3 5 4 3.75 表 1-1 机组拟定台数 中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表 热能与动力工程专业毕业设计 姓名：周玉国 - 7 - 学号： 03022213 第二节 原型水轮机主要参数的计算 HL240 一
17、两台 1、计算转轮直径 水轮机额定出力： )(7 6 5 3 198.0 105.7 4 kwNP GGr 上式中： G -发电机效率 ,取 0.98 GN -机组的单机容量（ KW） 取最优单位转速 n110=72r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则 Q11r=1.10m3/s,对应的模型效率 m=0.904，暂取效率修正值 =0.03， =0.904+0.03=0.934。 )(73.69 3 4.03210.181.9 7 6 5 3 181.9 5.15.1111mHQ PDrr 按我国规定的转轮直径系列，计算值在标准值 6.5m 和 7m 之间。根据四分之一
18、选择法，两者都考虑。 （一） D1=6.5m (1) 计算原型水轮机的效率 9 4 7.05.6 46.0)91.01(1)1(1 55110m a x DD MM = max- m0=0.947-0.91=0.037 = m+ =0.940 (2) 同步转速的选择 m in/7.625.6 327211 1 0 rD Hnn p 取 62.5 =max - 0M =0.946-0.915=0.031 水力机械 P56 水轮机课本P38 水轮机课本P36 20.5m 40m 水头 150MW 石林水电站机电初步设计 - 8 - =m+=0.926 3、同步转速的选择 (3) 计算水轮机的运行范
19、围 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速 （ A） n=62.5r/min m in )/(2.6440 5.65.62m ax1m i n11 rHnDn m i n )/(8.7132 5.65.62111 rHnDnpa m in )/(7.895.20 5.65.62m i n1m ax11 rHnDn （二） D1=7m (1) 计算原型水轮机的效率 948.0746.0)91.01(1)1(1 55110m a x DD MM = max- m0=0.948-0.91=0.038 = m+ =0.941 (2) 转速的选择 m in/2.587 32721110 rD Hnn
20、 p 取 n=57.7r/min。 (3) 计算水轮机的运行范围 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速 m in )/(9.6340 77.57m a x1m i n11 rHnDn m in )/(4.7132 77.57111 rHnDn pa m in )/(2.895.20 77.57m i n1m ax11 rHnDn 水轮机课本P36 水轮机课本P38 热能与动力工程专业毕业设计 姓名：周玉国 - 9 - 学号： 03022213 二 三台 1、计算转轮直径 )(5 1 0 2 098.0 1054 kwNPGGr 上式中： G -发电机效率 ,取 0.98 GN -机组的单
21、机容量（ KW） 取最优单位转速 n110=72r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则 Q11r=1.10m3/s,对应的模型效率 m=0.904，暂取效率修正值 =0.03， =0.904+0.03=0.907。 )(5.5349.04.3010.181.9 5 1 0 2 081.9 5.15.1111mHQ PDrr 取 D1=5.5m。 2、计算原型水轮机的效率 459.05.5 46.0)19.01(1)1(1 55110m a x DD MM = max- m0=0.945-0.91=0.035 = m+ =0.939 3、同步转速的选择 m in/1.74
22、5.5 32721110 rD Hnn p 取 n=75r/min。 4、计算水轮机的运行范围 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速 m in )/(2.5640 5.575m a x1m i n11 rHnDn m in )/(9.2732 5.575111 rHnDn pa m in )/(1.915.20 5.575m i n1m a x11 rHnDn 三 四台 1、计算转轮直径 水力机械 P56 水轮机课本P38 水轮机课本P36 20.5m 40m 水头 150MW 石林水电站机电初步设计 - 10 - 水轮机额定出力： )(3 8 2 6 598.0 1075.3 4 kw
23、NP GGr 上式中： G -发电机效率 ,取 0.98 GN -机组的单机容量（ KW） 取最优单位转速 n110=72r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则 Q11r=1.10m3/s,对应的模型效率 m=0.904，暂取效率修正值 =0.03， =0.904+0.03=0.34。 )(76.4349.04.301.181.9 3 8 2 6 581.9 5.15.1111mHQ PDrr 按我国规定的转轮直径系列，计算值在标准值 4.5m 与 5m 之间，根据四分之一选择法选取 D1=4.5m 和 5m。 2、计算原型水轮机的效率 439.05.4 46.0)19.01(1)1(1 55110m a x DD MM = max- m0=0.943-0.91=0.033 = m+ =0.937 3、同步转速的选择 m in/5.905.4 32721110 rD Hnn p 处于 93.8r/min 和 88.2r/min 之间，根据四分之一选择法均选取 4、计算水轮机的运行范围 D=4.5 （ A） n=93.8 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速 m in )/(7.6640 5.48.93m a x1m i n11 rHnDn m in )/(6.7432 5.48.93111 rHnDn pa 水力机械 P56 水轮机课本P38
