1、毕 业 设 计 计 算 书47 到 65 米水头 200MW 水电站机电设计专业年级 06 级热能与动力工 2 班 学 号 06022213 姓 名 朱 宏 指导教师 张 蓉 生 评 阅 人 曹 林 宁 2010 年 6 月中国 南京秀湾水电站 47m65m 水头 200MW 装机容量机电初步设计学号： 06022213 - 2 -摘 要此次设计是秀湾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 HL260/D74，经过选型有 10 个待选方案。根
2、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/D74 机组，转轮直径 3.30m，机组转速 166.7rpm。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
3、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-400；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，选取主变型号为 SFPL-120000，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 35KV，选用 2 回线路，送电导线型号 LGJ-50，变压器选择 SL7-6300/35 型 2 台，自用电负荷侧采用单母线分段接线；然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、
4、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 的有名值；、 SiIch“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。热能与动力工程专业毕业设计设计者：朱宏 - 3 -AbstractWhat I do is the mechanical and electrical main design of XiuWan hydroelectric power station, including 4 important part: hydraulic turbine and power generator designed, governor and speed c
5、ontrol equipment designed, auxiliary equipment designed and electrical part designed.In the chapter 1 of Hydraulic Turbine and Generator Designed, there is 1 kinds of hydraulic turbine HL260/D74 for selection on the basic of the height of the hydroelectric power station. There are 10 plans to be com
6、pared in this part after the compute. First, selecting better plans by comparing power output line of generator and working territories of hydraulic turbine. Second, choosing the best one by assessing investment and average efficiency of every better plan. Finally, deciding to make the second plan a
7、s the best one. In the plan, Ill use 4 units, the runner diameter is 3.30 meter,and the speed of running is 166.7rpm.In the chapter 2 of Governor 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 whe
8、n it rejects whole load. In this part, straight closing time of wicket get servomotor should be calculated in design head and maximum potential head. Then, calculate and , 55%. Finally, choosing servomotor, governor and oil-handling facility.In the chapter 3 of Auxiliary Equipment, this part is desi
9、gned for watering and drainage system, air supply system and turbine oil system designed. According to designing requirement, Ill select the 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. Th
10、e voltage step of transmitted wire is 220KV, 2 lines, and the wire is LGJQ-400. Secondly, it should design main wire. Generator side and 220KV side , load nearby side and using for station side should be included. Generator side: one line wiring, the transformer is SFPL-120000; 35KV side: The unit e
11、xtension form; load nearby side: transmit and transformer unit, the transformer is SL7-6300/35; using for power station side: Transformerline wiring form. Thirdly, it should calculate short current, including . Finally, fixing out 、 SiIch“electrical equipment according to and . Thats all.eUe秀湾水电站 47
12、m65m 水头 200MW 装机容量机电初步设计学号： 06022213 - 4 -目 录原始资料：- 4 -第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮机型号选定 - 5 -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 - 16 -第四节 技术经济指标计算 - 18 -第五节 最优方案选择 - 24 -第六节 最优方案的进出流水道计算 - 26 -第七节 绘制厂房剖面图 - 30-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 - 39 -第二节 最大水头下甩全负荷 - 44 -第三节 调速设备的选择- 48 -第三章 辅助设备 第一节 气系统 - 50 -第二节
13、 水系统 - 54 -第三节 透平油系统 - 6 1 -第四章电气部分 第一节 接入系统设计 - 64 -第二节 电气主接线设计 - 6 5 -第三节 短路电流计算 - 68 -第四节 电气设备选择 - 76 -参考 文献 - 80 -附图、附 表 - 81 -热能与动力工程专业毕业设计设计者：朱宏 - 5 -原始资料：秀湾水电站位于四川省西川县，岷江支流上，电站建成后向四川电力系统供电。本电站坝址选在西谷村上游 2.5 公里处，为低坝引水式建流电站，有部分日调节功能。引水口至调压井的隧洞长 600 多米，调压井后压力钢管长 103 米，在厂房前分叉接至各台机组。公路自右岸进入厂区。 本电站下
14、游水位曲线如下图所示： （ m5/s）下 （ m）图 1 秀湾水电站下游水位曲线下游特征洪水如下：千年一遇洪水尾水位 896.5 (Q=13300 m3/s)百年一遇洪水尾水位 895.6 (Q=10015 m3/s)该地区年平均气温 14.6C，最高气温 33.2C，最低气温-4.7C，年平均水温 6.7C，相对湿度较大，该河流含沙量亦较大。电站建成后将承担基荷。本电站将在相距 50 公里处的映塘变电所接入系统。并向西谷村供电约 2000 千瓦。本电站设计方案数据如下：H max = 65 米 总装机 20 万千瓦H a = 56 米 年利用小时数 6130 小时H min = 47 米 保
15、证出力 7 万千瓦秀湾水电站 47m65m 水头 200MW 装机容量机电初步设计学号： 06022213 - 6 -第一章 水轮机的选型设计第一节 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 4765m，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 30700m；（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=Ha=56m。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 为sn )(3.2470
16、5620kwmHrs 因此，选择 在 260 左右的水轮机为宜。又根据原始资料所给sn定的秀湾水电站的特征水头，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 HL260/D74。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,5 台,四种方案进行比较。表 11台数 单机容量（MW）2 1003 66.74 505 40参考文献3P110参考文献1P154（6-29）式热能与动力工程专业毕业设计设计者：朱宏 - 7 -第二节 原型水轮机主要参数的计算一、HL260/D74 原型水轮机主要参数
17、的计算、两台 (单机容量 100MW)1、计算转轮直径水轮机额定出力： )(810249.kwNPGr 上式中： -发电机效率,取 0.98-机组的单机容量（KW）G取最优单位转速 n110=79r/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=1.246m3/s,对应的模型效率m=0.893，暂取效率修正值 =0.03，=0.893+0.03=0.923。模型最高效率为 0.923。0M)(69.4 923.05624.189881.15.1mHQPDr按我国规定的转轮直径系列，计算值在标准值 4.5m 与 5.0m 之间。两者都取。2、 计算原型水轮机的效率(1)
18、当 D1=4.5m 时 设计工况原型水轮机的最高效率：954.0.3)92.01()(5510max M=max- =0.954-0.923=0.0310=m+=0.893+0.031=0.924(2) 当 D1=5.0m 时 设计工况原型水轮机的最高效率：参考文献1P162参考文献1P9 表 1-3参考文献1P38（3-17）式秀湾水电站 47m65m 水头 200MW 装机容量机电初步设计学号： 06022213 - 8 -95.0.53.0)92.01()1(510max DM=max- =0.955-0.923=0.0320=m+=0.9263、同步转速的选择(1) 当 D1=4.5m
19、 时单位参数修正01 0101max%3 4.)927.5()(M MMn nn 所以不用修正。即： 则：mi/01rrin/4.35.467910DHna处于 125r/min 和 136.4r/min 之间，两者都取(2) 当 D1=5.0m 时单位参数修正01 0101max%3 5.)927.5()(M MMn nn 所以不用修正。即： 则：mi/01rrin/2.8.567910DHna处于 115.4r/min 和 125r/min 之间，两者都取。4、计算水轮机的运行范围(1) 当 D1=4.5m 时 n=125r/min最大水头、最小水头和平均水头对应的模型水轮机单位转速参考文
20、献1P38（3-17）式参考文献1P39（3-22）式参考文献1P156（6-36）式参考文献1P157 表 6-9参考文献1P39（3-22）式参考文献1P157 表 6-9热能与动力工程专业毕业设计设计者：朱宏 - 9 -min)/(7.695.412maxin1 rHDi)/(.11aa in)/(05.8247.5min1ax1 rHDn n=136.4r/min最大水头、最小水头和平均水头对应的模型水轮机单位转速 min)/(13.765.413maxin1 ri)/(02.8.611HDaa in)/(53.947.3min1ax1 rn(2) 当 D1=5.0m 时 =115.4
21、r/min最大水头、最小水头和平均水头对应的模型水轮机单位转速min)/(57.160.415maxin1 rHi)/(.5.11Daa in)/(16.8470.min1ax1 rHn =125r/min最大水头、最小水头和平均水头对应的模型水轮机单位转速min)/(52.760.12maxin1 rDi)/(.835.11Haa参考文献1P36（3-14）式参考文献1P36（3-14）式参考文献1P36（3-14）式秀湾水电站 47m65m 水头 200MW 装机容量机电初步设计学号： 06022213 - 10 -min)/(17.940.512minax1 rHDn5、 设计工况下的单
22、位流量 :rQ1(1) 当 D1=4.5m 时smHPQrr /327.156.492.08188.9 .25.121 式中： -设计工况点原形效率，r-机组的额定出力（KW）rP(2) 当 D1=5.0m 时smHQrr /073.1560.92.81848.9 .25.121 、三台 (单机容量 200/3 MW)1、计算转轮直径水轮机额定出力： )(2.68079.13/204kwNPGr 上式中： -发电机效率,取 0.98-机组的单机容量（KW）G取最优单位转速 n110=79r/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=1.246m3/s,对应的模型效率m=0.893，暂取效率修正值 =0.03，=0.893+0.03=0.923。模型最高效率为 0.923。0M)(83. 923.05624.189719.15.1mHQPDr按我国规定的转轮直径系列，计算值在标准值 3.8m 与 4.1m参考文献1P36（3-14）式参考文献1P157参考文献1P162参考文献1P9 表 1-3
