1、热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 学号：0702020313贯流式机组设计计算书河海大学2011年 6月热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 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 Hr .6五、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
2、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热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 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 .4
3、7二、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热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 学号：0702020313三、确
4、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热能与动力工程专业 贵港水电站初步
5、设计计算书学生：樊越 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 =13.3m Hp =10.2m Hmin =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
6、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 2.5m13.3m,，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 GZXXX ZZ560a3 适用水头范围 m 18 224 最低运行水头 m 3 55 转轮模型直径 D1m mm 300 4606 最优单位转速 n10 r/min 157 1407 最优单位流量 Q10 L/S 1800 10608 推荐使用最大单位流量 L/S 28002900 2
7、00 统计值9 模型最高效率 % 92.6 8910 模型 84效率圈单位转速范围 r/min 约 100248 105192.511 模型 84效率圈单位流量范围 L/S 5803410 5002520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。其模型最高热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 学号：0702020313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 H25m 宜选用贯流式机组是一致
8、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
9、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。热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 学号：0702020313图 1-1-1 水能计算四、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 0.5
10、m 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 k1( 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 0.51.0m 核算。最终选用能同时满足汽蚀
11、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）HHMs2.190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 M=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
12、尾水管出口淹没水深的要求，是经济合理的。热能与动力工程专业 贵港水电站初步设计计算书学生：樊越 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 1-2-1 GZTF07-30 水轮机模型转轮主要参数转轮型号 最优工况 限制工况n110(r/min)Q11(m3/s) M(%)M n110(r/min)Q11(m3/s) M(%)M155 1.75 91.9 0.77 184
13、2.89 88.3 2.06使用水头(m) 转轮直径 D1(cm) 轮毂比 叶片数GZTF07-3018 30 0.4 4一、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GNG1-2-1）（1-2-1）)(41679.0kwPGr式中： 发电机效率,取 0.96 ； 机组的单机容量（KW） ；GN热能与动力工程专业 贵港水
14、电站初步设计计算书学生：樊越 学号：07020203132、水轮机转轮直径设计工况点的模型效率 M=0.883，再加上 2%3%的修正值，取 0.025，即 = M+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= Q1197%=2.8033m3/s。（1-2-)(6.8790.8032.946781.9 55.1 mHQPDTr 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；D 2=8.0m（见式 1-2-2） 。当
15、 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）)()(7.03)1( 1.02.01TMTMMMT HD原型水轮机最高效率为（见式 1-2-4）：)()(.)( 1.02.01TTT MaxMaxax （1-2-0.2.0.91(.90.37(./5)4/974）原型水轮机限制工况效率为（见式 1-2-5）：)()(7.03)1( 1.02.01TMTMMMT HD限限限 （1-2-.2.0.83./54/9585）4、同步转速的选择单位转速修正值为（见式 1-2-6）：热能与动力工程专业 贵港水电站初步设
16、计计算书学生：樊越 学号：0702020313（1-2-1010max10 3.28.)91.07(5)1( mMT nn 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）10510.26(/in)7mpnHrDn 介于 68.2r/min 与 65.2r/min 之间，取 n1=68.2r/min,n2=65.2r/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）： （1-2-8）223maxax1.8037.59.047.1(/)TMrQDHms最优工况下原型流量（见式 1-2-9）： （1-2-9）2231.(/)rrr s6、检验
17、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）11maxin68.2759.3(/min)0Dr（1-2-11）11.1.(/i)2p（1-2-12）11minax68.7540.3(/in)DrH（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）11maxin65.278.3(/min)0Dr
