(工厂与企业)水电站厂房设计

水电站厂房设计

一、水电站厂房的任务

水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、水轮机、发电机、变压器、开关站等，也是运行人员进

行生产和活动的场所。

水电站厂房的主要任务：

(1)将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良

好的运行、管理、安装、检修等条件。

(2)布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电

质量。

(3)布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环

境。

二、水电站厂房的组成

(一)从设备布置和运行要求的空间划分

主厂房：布置水电站的主要动力设备(水轮发电机组)和各种辅助设备，设置装配场(安装间)。

副厂房：布置控制设备，电气设备和辅助设备，是水电站运行、控制、监视、通讯、试验、管理和工作的房间。

主变压器场：装设主变压器的地方。水电站发出的电能经主变压器升压后，再经输电线路送给用户。

高压开关站：装设高压开关、高压母线、和保护措施等设备的场所，高压输电线由此送往用户。

此外厂房枢纽中还有：进水道、尾水道和交通道路等。

水电站主厂房、副厂房、主变压器场和高压开关站及厂区交通等，组成水电站厂区枢纽建筑物，一般称厂区枢纽。

(二)从设备组成的系统划分

水电站厂房内的机械及水工建筑物共分五大系统

(1)水流系统。水轮机及其进出水设备，包括压力管道、水轮机前的进水阀、蜗壳、水轮机、尾水管及尾水闸门等。

(2)电流系统。即电气一次回路系统，包括发电机及其引出线、母线、发电机电压配电设备、主变压器和高压开关站等。

(3)电气控制设备系统。即电气二次回路系统，包括机旁盘、励磁设备系统、中央控制室、各种控制及操作设备如各种互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、通迅及

调度设备等直流系统。

(4)机械控制设备系统。包括水轮机的调速设备，如接力器及操作柜，事故阀门的控制设备，其它各种闸门、减压阀、

拦污栅等操作控制设备。

(5)辅助设备系统。包括为了安装、检修、维护、运行所必须的各种电气及机械辅助设备，如厂用电系统(厂用变压器、厂用配电装置、直流电系统)，油系统、气系统、水系统，起重设备，各种电气和机械修理室、试验室、工具间、通风采

暖设备等。

水电站厂房组成(设备组成)

(三)从水电站厂房的结构组成划分

1．平面：主机室+安装间

主机室：水轮发电机组及辅助设备布置在主机室，是运行和

管理的主要场所；

安装间：是水电站机电设备卸货、拆箱、组装、检修时使用

的场地。

2．垂面：上部结构+下部结构(以发电机层楼板面为界)

厂房横剖面图

上部结构：与工业厂房基本相似，基本上是板、梁、柱结

构系统；

下部结构：大体积混凝土结构，布置过流系统，是

厂房的基础。

三、水电站厂房的基本类型

(一)根据厂房与挡水建筑物的相对位置及其结构特征，可

分为三种基本类型：

1．引水式厂房

特征：发电用水来自较长的引水道，厂房远离挡水建筑物，一般位于河岸。如若将厂房建在地下山体内，则称为地下厂

房。

我国的第一座水电站——云南昆明石龙坝引水电站

2．坝后式厂房

特征：厂房位于拦河坝的下游，紧接坝后，在结构上与大坝

用永久缝分开，发电用水由坝内高压管道引入厂房。

坝后厂房

有时为了解决泄水建筑物布置与厂房建筑物布置之间的矛盾，可将厂房布置成以下型式：

(1)溢流式厂房。将厂房顶作为溢洪道，成为坝后溢流式厂

房。

溢流厂房

(2)坝内式厂房。厂房移入溢流坝体空腹内。

坝内厂房

凤滩坝内厂房

3．河床厂房

厂房位于河床中，成为挡水建筑物的一部分。

河床式厂房

(二)按机组主轴的装置方式分：立式机组厂房和卧式机组

厂房。

第二节水电站厂房设计程序

我国大中型水电站的设计一般分四个阶段：预可行性研究、可行性研究、招标设计、施工详图。

预可行性研究：在河流规划和地区电力负荷发展预测的基础上，对拟建电站的建设条件进行研究，该水电站在近期兴建的必要性、技术上的可行性和经济上的合理性。此阶段对厂房不进行具体设计，只选定电站的规模，初选枢纽布置和厂

房型式，绘出厂房在枢纽中的位置。

可行性研究：通过方案比较选定枢纽的总体布置及其参数，决定建筑物的型式和控制尺寸，选择施工方案、进度和总布置，并编制工程投资预算，阐明工程效益。

此阶段中，对厂房设计要求是根据选定机组机型、电气主接线图及主要机电设备，初步决定厂房的型式、布置及轮廓尺寸，绘出厂区及厂房布置图，进行厂房稳定计算及必要的结构分析，提出厂房工程地质处理措施。

招标设计：对可行性研究中遗留进行必要的修改和补充，落实选定方案工程建设的技术、施工措施，提出较详细的工程图纸和分项工程的工程量，提出施工、制造与安装的工艺技术要求以及永久设备购置清单，编制招标文件。

施工详图：陆续对各项结构进行细部设计和结构计算，并拟定具体的施工方法，绘出施工详图。在此阶段，要进行厂房每个构件的细部设计和结构计算，最终确定厂房各部分尺寸。对于招标设计中的基本决定，一般不会有重大改变。

第三节水轮发电机

一、发电机类型及传力方式

(一)悬挂式发电机

推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。

发电机的传力方式为：

转动部分重量(发电机转子、励磁机转子、水

轮机转轮)——推力头——推力轴承——定子外壳——机座；固定部分重量(推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定

子)——定子外壳——机座。

悬挂式发电机

(二)伞式发电机

推力轴承位于转子下方，设在下机架上。

1．普通伞式。有上下导轴承。

发电机的传力方式为：

机组转动部分的重量——推力头和推力轴承——下机架

——机座。

上机架只支撑上导轴承和励磁机定子。

2．半伞式。有上导轴承，无下导轴承。发电机通常将上机

架埋入发电机层地板以下。

3．全伞式。无上导轴承，有下导轴承。机组转动部分的重量通过推力轴承的支撑结构传到水轮机顶盖上，通过顶盖传

给水轮机座环。

二、发电机的励磁系统

作用：向发电机转子供给形成磁场的直流电源。

励磁系统：励磁机、励磁盘

(1)励磁机——直流发电机。励磁方式有采用与水轮发电机

同轴的励磁机的直接励磁系统。

(2)励磁盘——控制设备和自动调整装置的配电盘。作用

是：控制和调整水轮发电机的励磁电流。每台发电机一般有

3~5块励磁盘。

三、发电机的支承结构(机座或机墩)

1．机座作用：将发电机支承在预定位置上，并为机组的运行、维护、安装和检修创造条件。

2．要求：具有足够的强度和刚度，具有良好的抗振性能。

3．常见的机座形式：

(1)圆筒式机座：结构形式为厚壁钢筋混凝土圆筒，其壁厚

在1m以上。

优点：刚度较大，抗振、抗扭性能较好。

缺点：水轮机直径较小时，水轮机的安装、维修、维护不方

便。

(2)环形梁立柱式机座：由环形梁和立柱组成。

优点：混凝土需要量小，水轮机顶盖处宽敞，设备的安装、

布置、维修等比较方便。

缺点：是抗振、抗扭性能较差，结构刚度小。一般用中小型

机组。