第11章引水式地面厂房布置设计

• 图16-2 主要机械、电气设备示意图 1-水力系统；2-电流系统；3-机械控制设备系统；4- 电气控制 设备系统；5-辅助设备系统
• 二、厂房的建筑物组成 厂房枢纽的建筑物一般可以分为四部分：主厂房、副厂房、变 压器场及高压开关站。主厂房（含装配场）是指由主厂房构架及 其下的厂房块体结构所形成的建筑物，其内装有水轮发电机组及 主要的控制和辅助设备，并提供安装、检修设施和场地。副厂房 是指为了布置各种控制或附属设备以及工作生活用房而在主厂房 邻近所建的房屋。主厂房及相邻的副厂房习惯上也简称为厂房。 变压器场一般设在主厂房旁，场内布置主升压变压器，将发电机 输出的电流升压至输电线电压。高压开关站常为开阔场地，安装 高压母线及开关等配电装置，向电网或用户输电。 厂房枢纽的四部分建筑物在图16-1中表示得很清楚。压力管道 在厂房前分为四支，将水流引入主厂房，推动安装在主厂房内的 四台水轮发电机组，用过的水则通过尾水渠排人下游河道。副厂 房主要由两部分组成，一部分在主厂房东端（以下称端部副厂 房），另一部分位于尾水管上（以下称下游副厂房）。变压器场 位于主厂房西端进厂公路旁。高压开关站也分为两部分，110kV 开关站位于变压器场之西，而220 kV开关站则布置在主厂房之东。
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图16-8为通过蜗壳中心（高程113.70 m）的水平剖面。图中表示了蜗壳 及尾水管的平面尺寸、四台蝴蝶阀及其接力器、旁通管等。东端设有三 个集水井及一座楼梯。 图16-5至图 16-8还表示了下游副厂房的平面布置。下游副厂房分为四层， 最低层高程为112.22 m（见图16-8），布置了两个事故油池及男女浴室。 第二层与水轮机层同高（见图16-7），除在东端设了油处理室外，其余 均用于布置发电机电压配电装置及母线，母线道延伸至变压器场。第三 层与发电机层同高（见图16-6)，全部用于敷设各种电缆，通往上层各种 表盘。最高层与装配场同高（见图16-5)，布置了值班室、中央控制室、 继电保护室、自动远动室、厂用配电室、直流盘室、蓄电池室与载波机 室等。 图16-5和图16-8中还绘出了端部副厂房的平面布置。端部副厂房也分为 四层，最底层与装配场同高（见图16-5），布置有高压试验室、电工试 验室、油化验室及通风机室。以上三层（见图16-8）布置办公室、会议 室、夜班人员休息室、图书室及技术档案室，其中经第三层可上吊桥。 总之，上面的介绍勾绘出了引水式地面厂房组成的整体概念。以下七节 将按建筑物组成为序、以五大设备系统为线索，较为详细地讨论厂房布 置的规律。
图16-6 湖南镇水电站厂房发电机层（122.50m高程）平面布置图 图16-6为发电机层平面布置图。由图可见，主厂房内装有四台发电 机，每台发电机的上游侧（第二象限）布置DT-100型电调机械柜 及油压装置，靠墙布置电调电气柜及机旁盘。上游侧（第一象限） 针对蝴蝶阀中心设了蝴蝶阀吊孔（兼吊物孔），靠墙布置了励磁盘。 在#1、#2和#3、#4机组之间各设一楼梯下至水轮机层，在#1机下 游侧及#4机旁各有一楼梯上达装配场。#2、#3机之间设贯穿至地 基的伸缩缝。装配场底层为压气机室及发电机转子承台，均由发电 机层进人。
• 三、水电站厂房内部布置 以下用湖南镇水电站厂房为例，说明水电站厂 房组成的整体概念以及机电设备的五大系统与 厂房结构布置的关系，可参阅图16-1和图16-3 至图16-8。
Leabharlann Baidu 图16-3 湖南镇水电站主厂房横剖面图
• 图16-4 湖南镇水电站厂房装配场横剖面图
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图16-3为通过机组中心的厂房横剖面图，它较直观地 显示了主副厂房、水轮发电机组、以及主要控制设备和 辅助设备在高度方向的布置。图中主厂房构架及其下的 厂房块体结构所形成的建筑物为主厂房，尾水管扩散段 以上的建筑物为副厂房。主厂房在高度方向常分为数层， 如装配场层（高程为125.40 m)、发电机层（高程为 122.50 m)、水轮机层（高程为116. 00 m）及阀室层 （高程为110. 20 m）。习惯上把发电机层以上的部分 称为上部结构及主机房，发电机层以下统称为下部结构， 而水轮机层以下则称为下部块体结构。与主厂房分层大 体相对应，下游副厂房也分为四层。图16-4为通过装配 场的厂房横剖面图，它表示了转子、主变压器等大件检 修的场地安排以及下游副厂房的空间布置。该电站主副 厂房各层的设备与结构布置则更清楚地表示在相应层的 平面布置图中。
图16-5 湖南镇水电站厂房装配场层 （125.40m高程）平面布置图
• 图16-5为装配场层平面布置图。由图可见，主厂房沿 其纵轴（即各机组中心连线）方向分为装配场和各 个机组段，其中装配场位于主厂房西端，与进厂公 路相接。装配场与机组段之间设贯穿至地基的伸缩 缝。装配场是全厂主要机件安装和检修的场地，各 种设备可经进厂公路直接运抵装配场卸车，主变压 器也可沿专用轨道推入进行大修。装配场与主机房 同宽，桥式吊车通行其间，以便安装检修。该装配 场与公路同高，但比发电机层高2.85m，故装配场东 端（主机房侧）设有栏杆，而沿机组段北侧与东端 设有走廊，可俯视发电机层，并经两座楼梯通向发 电机层。
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一、水轮机、蜗壳及尾水管的布置 同一座水电站上，一般安装相同型号的机组，但有时却由于订货或其他 原因不得已安装不同型号的机组。图16-3所示水电站即属后者，其 #3,#4水轮机是天津发电设备厂的HL-200-LJ-250型，转速250 r/min,而 #1,#2机是杭州发电机厂的HL-009-LJ-250型。安装不同型号的机组常给 设计、安装、运行、检修带来一些额外的麻烦。 水轮机安装高程是厂房的一个控制性标高。反击式水轮机的安装高程主 要取决于气蚀。确定安装高程时下游尾水位常取一台机满发时的尾水位。 若水电站建成后下游河床可能会被冲刷而导致水位降低的话，设计下游 尾水位还要相应降低。图16-3所示水电站采用竖轴混流式水轮机，其安 装高程(113.70 m)为一台机满发时的下游尾水(115.50 m)加上允许吸出 高度H,再加上导叶高度的一半。 厂址的地形地质条件有时也会影响水轮机的安装高程。例如，基岩座落 较深时，适当降低安装高程可使得厂房的基础安置在完好基石上。
图16-1 湖南镇水电站（引水式）厂房总体布置图
• 三、水电站厂房的设计程序 我国大中型水电站设计一般分为四个阶段：预可行性研究、可 行性研究、招标设计及施工详图。 预可行性研究的任务是在河流（河段）规划和地区电力负荷发 展预测的基础上，对拟建水电站的建设条件进行研究，论证该水 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。 • 可行性研究的任务是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。 • 招标设计中要对可行性研究中的遗留问题进行必要的修改与补 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。 • 在施工详图阶段，则陆续对各项结构进行细部设计和结构计算， 并拟定具体施工方法，绘出施工详图。对厂房设计而言，虽然厂 房的型式、布置及轮廓尺寸在招标设计中已经决定，但机电设备 供货合同尚未签订，详细的结构设计尚未进行，故一切决定都还 是近似的。
第十一章引水式地面厂房布置设计
第一节 水电站厂房的功用和基本类型
• 一、水电站厂房的功用 水电站厂房是将水能转换为机械能进而转换为电 能的场所，它通过一系列工程措施，将水流平顺地 引人及引出水轮机，将各种必需的机电设备安置在 恰当的位置，为这些设备的安装、检修和运行提供 方便有效的条件，也为运行人员创造良好的工作环 境。 水电站厂房是建筑物及机械、电气设备的综合体， 在厂房的设计、施工、安装和运行中需要各专业人 员通力协作。水工建筑专业人员主要从事建筑物的 设计、施工与运行，因而本教材着重从水工建筑的 观点来研究水电站厂房。
第三节 下部块体结构
• 水电站厂房下部块体结构指水轮机层以下的 厂房部分，它的形状及尺寸主要取决于水力 系统的布置。中、低水头的水电站的各种机 电设备中，过流部件的尺寸相对较大，因此， 下部结构的尺寸一般决定了主厂房的长度与 宽度。对于图16-3所示水电站，下部块体结 构即高程116. 00 m以下部分，而水力系统 包括压力钢管、蝴蝶阀、蜗壳、水轮机、尾 水管、尾水闸门及它们的附属设备。
• 二、水电站厂房的基本类型 根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房 可分为以下三种基本类型： (1)坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直 接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房，如图11-2所示的丹 江口水电站广房。兴建中的三峡水电站厂房也是坝后式的。在 坝后式厂房的基础上，将厂坝关系适当调整，并将厂房结构加 以局部变化后形成的厂房型式还包括： 1)挑越式厂房：厂房位于溢流坝坝趾处，溢流水舌挑越厂房 顶泄人下游河道，如图18-2所示的贵州乌江渡水电站厂房。 2)溢流式厂房：厂房位于溢流坝坝趾处，厂房顶兼作溢洪道， 如图18-3 (a)所示的浙江新安江水电站厂房。
第二节 水电站厂房的组成
• 水电站厂房是建筑物和机械、电气设备的综 合体，而厂房建筑物是为安置机电设备服务 的。在具体讨论厂房布置设计的原理前，本 节概述厂房的机电设备的组成和建筑物的组 成，并通过实例介绍它们之间的协调配合， 使读者对水电站厂房的组成有一个整体概念。
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一、厂房的机电设备 为了安全可靠地完成变水能为电能并向电网或用户供电的任务，水电站 厂房内配置了一系列的机械、电气设备，它们可归纳为以下五大系统。 (1)水力系统。即水轮机及其进出水设备，包括钢管、水轮机前的蝴蝶阀 （或球阀）、蜗壳、水轮机、尾水管及尾水闸门等。 (2）电流系统。即所谓电气一次回路系统，包括发电机、发电机引出线、 母线、发电机电压配电设备、主变压器、高压开关及配电设备等。 (3)机械控制设备系统。包括水轮机的调速设备如操作柜、油压装置及接 力器，蝴蝶阀的操作控制设备，减压阀或其他闸门、拦污栅等的操作控制 设备。 (4)电气控制设备系统。包括机旁盘、励磁设备系统、中央控制室、各种 控制及操作设备如互感器、表计、继电器、控制电缆、自动及远动装置、 通讯及调度设备等。 (5)辅助设备系统。即为设备安装、检修、维护、运行所必需的各种电气 及机械辅助设备，包括： 1)厂用电系统：厂用变压器、厂用配电装置、直流电系统。 2)起重设备：厂房内外的桥式起重机、门式起重机、闸门启闭机等。 3)油系统：透平油及绝缘油的存放、处理、流通设备。 4)气系统（又称风系统或空压系统）：高低压压气设备、贮气筒、气管 等。 5)水系统：技术供水、生活供水、消防供水、渗漏排水、检修排水等。 6)其他：包括各种电气及机械修理室、试验室、工具间、通风采暖设备 等。 图16-2给出了这五大系统的示意图。
• 图16-7为水轮机层平面布置图。由图可见四台 机组的立柱型机座。每台机组上游侧（第一象 限）设蝴蝶阀吊孔及空气阀，#3、#4机之间的 上游侧布置了蝴蝶捆操作用油的油压装置（四 阀合用）。每台机组下游侧（第四象限）布置 发电机引出线，它们悬挂在水轮机层天花板上， 通人下游副厂房。#3,#4机旁各设SK-500型励 磁变压器一台。主厂房东端布置了检修排水及 渗漏排水用深井泵各两台，西端设有消防水泵 一台。上游侧东端的楼梯下至蝴蝶阀室，#1、 #2和#3、#4机组间的楼梯上通发电机层。
3)坝内式厂房：厂房移人坝体空腹内，如图18-3 (b)所 示位于溢流坝坝体内的江西上犹江水电站厂房，或图184所示设置在空腹重力拱坝内的湖南凤滩水电站厂房。
(3)引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用 水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时 称为引水式地面厂房，如图16-1所示浙江湖南镇 水电站厂房。引水式厂房也可以是半地下式的， 如浙江百丈漈一级水电站厂房，或地下式的，如 图18-10所示的云南鲁布革水电站厂房。 此外，水电站厂房还可按机组类型分为竖轴机 组厂房及横轴机组厂房；按厂房上部结构的特点 分为露天式、半露天式和封闭式厂房；或按水电 站资源的性质分为河川电站（常规水电站）厂房、 潮汐电站厂房以及抽水蓄能电站厂房等等。