水电站设计论文

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水电站设计论文范文第1篇

六百丈二级水电站位于安徽省石台县舒溪河上游的龙井河上，属于龙井河梯级开发项目，也是“十五”期间石台县农村水电电气化建设的骨干电源工程。该站是利用上游的六百丈一级水电站发电尾水，直接引入渠道至龙井河下游集中落差发电的引水式电站。六百丈一级站建有年调节水库，来水面积为18．1km2，总库容660万m3，兴利库容424万m3，装机容量2×800kW，具有不完全年调节性能，担任池州地区电网的调峰任务。

六百丈二级水电站的枢纽工程有：引水渠道、压力前池、压力钢管、厂房及升压站等。电站设计引用流量1．92m3?s，设计水头53．9m，总装机容量2×400kW，工程于2002年7月开工建设，2003年5月并网发电，总工期仅10个月。

2方案选择

六百丈二级水电站工程已于1997年经安徽省水利厅以皖水〔1997〕316号文批复了初设报告，同意兴建。但由于工程总投资较大，单位电能投资效益较差等原因，迟迟未能开工建设。

2001年11月，受石台县水务局委托，安徽省水电科技咨询中心水电技术咨询部会同石台县水务局勘测设计室，共同承担了该工程施工图的设计咨询任务。在本次设计的过程中，根据实际情况的变化以及从提高电站运行效益、降低工程造价、实现减员增效等方面的考虑，对原初步设计方案进行了一定的改进。

原初步设计文件中六百丈二级水电站是通过2910m渠道引至石台县七都镇查上桥附近，集中水头约61．39m，电站总装机为2×500kW，设计多年平均发电量341万kW·h。但通过实地勘察发现，该渠道后段占用较大范围的林场土地，设计征地赔偿较大，工程实施有一定的难度。故在本次设计中将渠道总长由原先的2910m，缩减至2081m，避开了林场土地，相应设计水头减少至53．9m，电站装机容量更改为2×400kW，设计多年平均发电量为240万kW·h。同时电站电气部分装置由高压改为低压，工程总投资由原先的718．86万元降至398．86万元，其中建筑工程总投资为169．12万元，机电设备及安装工程投资110．86万元（其中自动化监控系统投资20万元），金属结构安装工程投资38．55万元，临时工程、征地补偿费及其他费用80．33万元，主要设计参数比较（见表1）。

3渠道泥沙问题的解决

在我省山区小型水电站的建设过程中，尤其是低坝引水式电站，泥沙淤积问题非常严重，严重威胁小水电站的运行和使用效益。六百丈二级电站位于我省皖南山区，由于雨量丰富，常常有大量山坡上的泥沙被冲入渠道内，长期下去会影响渠道的输水能力，加快水轮机组的磨损和锈蚀，不利于电站的运行管理。

该工程引水渠道断面尺寸为2．0m×1．3m，且引水渠道较长，原先仅在压力前池设置拦沙坎和冲沙孔，根据类似经验，冲沙效果不太理想。后决定在渠道桩号1＋730处设置沉沙池1座，尺寸为长10．0m，宽4．0m，前后渐变段长为1．5m，深0．7m。同时在渠道与压力前池衔接处增设拦污栅1座，栅条间距较压力钢管进水口处拦污栅尺寸稍大，主要用于拦截落入渠道的树枝、石块、动物尸体等。通过运行发现对泥沙有较好的沉淀作用，大大减轻了前池的工作负担。

4区间来水的利用

六百丈二级水电站属于中高水头的发电站，因此增加流量对增加电站的发电量，提高电站的发电效益有很大帮助。因此在设计中，在引水渠道渠首处建小型浆砌石挡水坝1座，坝顶为开敞式溢流，坝高2．5m，长10．1m，工程总投资仅1．02万元。引用六百丈一级电站和二级电站之间的区间来水约0．1～0．2m3?s，主要补充六百丈二级电站枯水季节的发电来水，有效提高了电站的发电效益和运行稳定性。

5自动化监控系统的设置

六百丈二级水电站厂房为地面式，厂房内安装2台HLD46－WJ－50型水轮机和2台SFW400－6?850型发电机。电站建成后通过35kV线路T接于六百丈一级电站至池州地区6510变电所的35kV输电线路上。

水电站设计论文范文第2篇

板桥电站为在建山区小型水电站,设计正常工作水头为110米,是典型的高水头小型水电站,电站明钢管（光滑管）结构稳定性分析在山区高水头小型水电站压力钢管结构稳定性分析中具有很好的代表性。

一、初拟压力钢管内径

已知Q设=1.4m3/s，取V经为3.5m/s

即：D==0.713m

按《水利发电》中介绍的经验公式：

D=7√（1.03Qmax/H）=0.816m

式中:Qmax设计正常引用流量

H毛水头

为计算方便，取D=800mm作为试算内径。

板桥电站压力钢管纵断面图

二、水损计算

1）进口水头损失

h1=Σ·=0.024m

式中：Σ取0.05

V===3.11m/s

2）拦污栅水头损失

h2=ζ·=0.066m

式中：ζ=KIβ·（）1.33+β2（）1.33Isin2=1.94

V===0.816

3）管道水损

管中流速：V==Q设/=2.78m/s

流速水头：=0.394m

2#镇墩弯管末端至前池钢管起点：

=90L1=130.974m

C=R1/6=（）1/6=68.83m12/s

入==0.0165

hf1=入··=1.064m

hj1=(ζ1+ζ2+ζ3+ζ4)=0.276m

式中：ζΣ11#弯管水损系数为0.1

ζ22#弯管水损系数为0.1

ζ3平板门槽水损系数为0.4

ζ4前池弯管水损系数0.1

即：hw1=hf1+hj2=1.34m

2#镇墩弯管末端至岔管轴线交点段：

L2=69.747m入=0.0165

hf2=入··=0.567m

hj2=(ζ1+ζ2)=0.335m

式中：ζ1岔管局部水损系数为0.75

ζ23#弯管局部水损系数为0.1

Hw2=hf2+hj2=0.902m

岔管轴线交点中心O点至支管渐变段

L3=1.5mD=800入=0.0165

V==1.39m/s

=0.0975

hf3=入··=0.003m

支管渐变段（D800—D500）

Ď=650mmŪ=2.48m/s

D1=800mmD2=500mmV1=1.39m/s

V2==3.57m/sC2=（）1/6=63.63m1/2/s

入==0.0193Q取50L4=1.715m

hf4=入··=0.04m

hj4=ζ.=0.004m

式中ζ=0.025/（8sim）=0.072

hw4=hf4+hj4=0.044m

渐变段末端至闸阀末端段

L5=4.675mD=500mmV2=3.57m/s入=0.0193

hf5=入··=0.117m

hj5=(ζΣ1+ζ2)=0.32m

式中：Σ1为1350弯管水损系数

（ζ1=I0.131+0.1632（）7/2I（））1/2=0.0936

取p=1.96/mR=2.0mQ=450)

水损系数ζ2=0.4

hw5=hf5+hj5=0.437m

即前池进口至2#镇墩湾管末端

H净1=1346.45-1.34-1261.53=83.58m

岔管轴线交点O处

H净2=1346.45-1.34-0.902-1229.985=114.263m

支管闸门未端

H净3=1346.45-1.34-0.902-0.003-0.044-0.437-1229.842

=113.922m

工作净水头

H净=123.922—1.5=112.422m

三、水击压力计算

1管壁厚度拟定

水电站（8-5）式；δ=γHD/2φ[σ]

H=123.922m

φ=0.85

[σ]=127.5*103*0.75KPa

取8mm计算厚度,再考虑锈蚀等原因,各管段壁厚取值如下:

Ⅰ#δ=10mmD=0.8mV=2.78m/s

L1=130.974m

Ⅱ#δ=12mmD=0.8mV=2.78m/s

L2=69.747m

Ⅲ#δ=12mmD=0.8mV=1.39m/s

L3=1.5m

Ⅳ#δ=12mmD=0.65mV=2.48m/s

L4=1.715m

Ⅴ#δ=12mmD=0.5mV=3.57m/s

L5=4.675m

1）判别水击类型

取Ts=5sα0取1435m/s

a1==1070m/s

a2==1111m/s

a3==1111m/s

a4==1156m/s

a5==1206m/s

②ā=

=1087.12m/s

V最大==2.785m/s

ρ==1.247

Q==0.0956

水击波的相tΥ==0.383

TΥ<Ts=5s故发生间接水击

导叶由全开到全关时

I始=1pI始=1.247σ=0.0956

查图表知，将产生末项正水击

I始=0.5pI始=1.345×0.5=0.6725

即查表知，发生第一相水击

3正水击压力升高值

Z间末==0.101

闸阀未端水击压力升高值

Δh1闸末=Z间末H0=0.101×123.922=12.516m

H01=123.922+12.516=136.438m

按直线分布规律：

岔管轴线交点O处

Δh岔0=×Δh闸末=20.732m

H02=114.263+12.042=126.305m

2#镇墩弯管轴线交点处

Δh2#=×Δh闸末=7.83m

H03=83.58+7.85=91.411m

末跨1-1断面

Δh1-1=×Δh闸末=11.69m

H1-1=111.705+11.69=123.395m

末跨2-2断面

Δh2-2=×Δh闸末=11.514m

H2-2=110.305+11.514=121.819m

本计算只对钢管作结构计算，在进行压力钢管、线路布置时已满足规范规定管线高于最低压力线的要求，故不需作负水击值计算。

四、明钢管（光滑管）结构稳定分析

1、钢管稳定校核

f=0.01－0.012m＞==0.0062

故钢管稳定，不需设置刚性环。

末跨钢管布置图

2、钢管未跨跨中断面受力分析（1—1）断面

1）1—1断面环向力计算

P=rH=9.8×123.395=1209.271(Kpa)

式中：r—水容重9.8KN/m3

H—包括水击升高值在内的净水头。

2）1—1断面法向力计算

管身米重：g管=πDδγОγ=3.14×0.8×0.012×7.85×103×9.8

=2.31（kN/m）

每米长水重：g水=πD2γ=4.92（kN/m）

支墩承受的法向力η=（g管+g水）LcoS2

=(2.31+4.92)×6×coS28.001700

=38.3（kN）

3）轴向力计算

A1=gLSina=2.31×60.885×Sm28.0017=66.03（kN）

式中L为未段钢管长度

温度升高时，9个支墩对管壁的磨擦力为：

A3=（g管+g水）*L*9*fО*coSa

=（2.31+4.92）×6×9×0.5×coS28.00170

=172.357（kN）

伸缩节接头管壁受的车向水压力为：

A7=πDδ¹γH=3.14×0.8×0.012×9.8×93.101=27.503（kN）

式中δ¹—伸缩节处管壁厚度0.012m

H—伸缩节处水头93.101m

温度升高时，伸缩节接头填料对管壁的磨擦力为：

A8=πDb1fγ¹H¹=3.14×0.8×0.1×0.3×9.8×93.101

=68.757（kN）

3、未跨中1—1断面应力校核

1）径向内水压力在管壁中产生的环向应力：

σz1=γR/f(H-Rcos2cosφ)(Kpa)

式中：γ—水容重9.8KN/m3

R—钢管内半径0.4m

H—1-1断面中心水头123.395m

φ—管壁某计算点半径与垂直线的夹角

在管顶（φ=0）处

σz1=(123.395-0.4cos28.00170cos00)

=40193(Kpa)

在管水平轴线（φ=1800）处

σz1=(123.395-0.4cos28.00170cos1800)

=40424(Kpa)

2）法向力在管壁中产生的抽向力σX1

σX1=-cosφ=

=-

=-3811(Kpa)

=3811(Kpa)

式中：M—1-1断面弯矩

W—钢管横断面条数

3）轴向力在横断面上产生的轴向应力σX2

∑А=А1+А3+А7+А8=66.03+172.357+27.503+68.757

σX2=-=-=-11101(Kpa)

4）内水压力在管壁产生的径向压应力为

σY=-p=-rcA-rcosφ1=-9.8[123.395-0.4cos28.00170cos]

=(Kpa)

5）跨中断面1-1的剪应力ZX2

Q=0即ΤX2=0

6）跨中断面1-1的复合应力校核

总轴向应力

σX=σX1+σX2=-11101=(Kpa)

总环向应力

σZ=(Kpa)

总径向应力

σX=(Kpa)

各向剪应力均为零

根据规范要求，采用第四强度理论进行强度校核。

σ=

≤φIQI=0.85×127.5×103=108375(Kpa)

φ=00处

σ=

=49690Kpa<108375Kpa符合规范要求

φ=1800处

σ=

=44984Kpa<108375Kpa符合规范要求

4、未跨支座附近2-2断面应力校核：

1）2-2断面径向内水压力生产的环向应力为：

σz1=(H-rcosacosφ)

式中：H—2-2断面中心水头129.995m。其余符号同前。

在管顶（φ=00）处：

σz1=(129.995-0.4cos28.00170cos00)=42349(Kpa)

在管水平轴线（φ=900）处：

σz1=(129.995-0)=42465(Kpa)

在管底（φ=1800）处：

σz1=(129.995-0.4×cos28.00170cos1800)

=42580(Kpa)

2）轴向力在横断面上产生的轴向应力（同跨中断面）：

σx2=-11101(Kpa)

3）法向力在管壁中产生的抽向力

σX1=-cosφ=0(Kpa)（φ=900）

4）内水压力在管壁产生的径向压应力为：

σY=-p=-9.8（129.96-0.4cos28.00170cosφ）=-1274(Kpa)（φ=900）

5）断面2-2的剪应力：

剪力

Q=（g管+g水）Icosa=19.15

剪应力

Tx2=sinф=sinф=1270(Kpa)

6）支座断面2-2的复合应力校核：只需校核ф=900处的应力即可，因ф=00、1800处应力以跨中断面（1-1断面）控制。

总轴向应力σX=σX1+σX2=-11101Kpa（ф=900）

总环向应力

σz=42465Kpa（ф=900）

总径向应力

σY=-1274Kpa（ф=900）

剪应力

Tx2=1270Kpa

TxY=0

Txz=0

根据第四强度理论，校核2-2断面复合应力（ф=900）

σ=

=49391(Kpa)<φ[σ]=108375(Kpa)

符合规范要求。

五、结论

通过计算分析，电站明钢管结构是符合稳定要求的。结合其它已建工程的设计工作，笔者主要有以下几点体会：

1．对于无压引水式高水头小型水电站，工作水头大于150米的明钢管，导叶由全开到全关时发生第一相水击；工作水头大于150米的明钢管，导叶由全开到全关时将产生末相正水击。

2．对于山区小型水电站，根据实际设计工作经验，《水工设计手册》压力钢管内径拟定公式仅实用于单机组情况，对于供多机组的压力钢管按《水工设计手册》公式拟定内径，实践证明其计算值一般都有点偏小。

水电站设计论文范文第3篇

关键词：水电站；机电设备；维护；检修；管理

水电站是我国基础设施中的重要组成内容，我国对水电站建设也给予了高度重视，各个区域都在加强水电站建设。水电站建设投资方都希望自己的投资可以在短时间内收回，那么就需要应用多种有效手段保障水电站安全、稳定运行。在此过程中加强水电站机电设备维护检修管理是非常重要的，与水电站运行的经济效益有着直接影响。加强水电站机电设备维护检修管理，可以使得机电设备长时间处于健康运行状态中，避免设备故障问题对水电站运行效率造成影响，对水电站的经济效益造成损害。对水电站机电设备维护检修管理进行研究是具有现实意义的，下面就对相关内容进行详细阐述。

1水电站机电设备维护检修管理的重要意义

水电站机电设备维护检修管理是水电站管理中的重要内容，与水电站实现可持续发展有着较深影响。维修检修管理工作与机电设备能否安全运行息息相关，所以，对机电设备维护检修管理工作落实必须要给予高度重视，保障水电站机电设备可以安全、稳定运行。在水电站机电设备维修检修管理工作开展过程中，技术人员必须要结合工作实践，不断地累积经验提升自身专业素质。生产工作人员也需要树立良好的终身学习意识，使得自身的技术水平和管理能力得到有效提升。要应用先进的机电设备维护检修技术，使得机电设备可以长时间处于健康运行状态中，避免设备运行故障对水电站运行经济效益造成损害。

2水电站机电设备维护检修体制的发展过程

水电站设备维修体制是以保护水电站安全生产为核心的，使得水电站机电设备可以处于安全、稳定运行中。水电站机电设备维护检修体制可以分为以下几种：

2.1水电站维修预防

水电站维修预防属于一种较为科学的技术管理理念，在机电设备的设计阶段就开始考虑设备运行的可靠性，以及故障问题的维修，从源头上降低机电设备故障发生概率，缩减机电设备维修次数。本文以我国某一水电站维修工程的监理工作为例，该水电站最高水头达到了130m以上，水电站水流变化较大，同时，水体中含沙量较高。主轴密封受到水体泥沙的冲击，导致主轴密封受到严重损害，很有可没能会发生严重的漏水问题。最终建议施工单位将原有密封材料更换为聚氯乙烯，不仅使得主轴的密封性可以得到良好保证，同时，还能有效延长主轴密封的应用年限，使得维修工作开展取得良好成效[1]。

2.2水电站事后维修

水电站事后维修指的就是在机电设备发生故障之后再进行维修工作开展。水电站机电设备运行过程中，采用这种维修方法主要是因为在对机电设备进行检修过程中不能对设备运行存在的所有故障进行有效排查，导致机电设备在运行过程中也常有故障问题产生。与其他维修制度相比较，事后维修方法具备良好的经济性，对于一般性的机电设备就可以应用这种维修方法。这种维修方法在水电站较为重要的机电设备维修中并不适用，而且设备故障问题发生概率还会增长，机电设备维修时间也会增长，同时，维修工作的成本投入也会增加。

2.3水电站改良性维修

水电站改良性维修指的就是维修技术人员应用先进的技术工艺和方法，对设备运行进行优化和改良，找寻机电设备设计中存在的不良问题，应用有效措施进行改善，使得设备的先进性、可靠性得到有效提升，从而促使机电设备的运行效率进一步改善。设备的先进性是相对的，设计中难免会有一些不足之处，在对机电设备进行维修过程中进行技术性的改革，从而使得机电设备的性能更为优越。本文以某一水电站安装工程监理项目开展为例，该水电站受到区域水文地质条件的影响，前后水头高度存在较大的差异性，这一内容对水电站设计人员也带来了很多困扰。笔者对水电站相关数据进行了多次核算，并且与水电站设计人员进行了深入沟通，最终确定了适合该水电站的优质转轮。同时，还考虑到了蜗壳的进水口，从而使得水电站运行可以获得良好的经济效益，有效降低水电站运行的成本投入。笔者还认识到在对该问题进行解决过程中，能够使得自身的水轮机结构设计监理水平得到有效提升，这对于我国水电站建设发展是有着积极影响的。

2.4水电站的预防性维修

预防性维修主要是在日常中注重对设备进行检查，及时找寻机电设备运行中存在的故障隐患，应用有效措施进行改善，缩减机电设备故障问题影响时间。预防性维修也可以细致化的分为定期性维修和状态性维修两种。状态性维修是技术人员应用多种先进的检测设备和诊断技巧，对机电设备的运行状态进行综合性的检测，有针对性的对故障问题进行排除，避免机电设备故障停机对水电站运行效益造成损害。预防性维修可以缩减机电设备运行故障发生次数，缩减机电设备故障维修花费的时间，降低设备维修的成本投入。预防性维修是水电站技术人员依据水电站运行特点，合理、科学地确定机电设备维修周期，进行不同规模维修工作开展。

3水电站机电维修方法的类定

水电站故障维修也可以称之为水电站事后维修，主要是水电站机电设备发生不良故障问题后进行维修工作。水电站定期维修也可以被称为水电站预想维修，主要是依据水电站机电设备的运行时间，或者由技术人员确定维修时间间隔。水电站优化性维修，技术人员会对故障问题产生的原因进行深入分析，应用有效措施进行改善，对机电设备设计进行优化，从而使得机电设备的性能得到进一步提升。水电站运行状态维修是技术人员依据先进的设备仪器对设备运行状态进行综合性的检验，并且与标准性运行效率进行对比，全面审核机电设备是否处于健康运行状态中，在故障问题发生前应用有效措施进行改善，将故障问题扼杀在摇篮中[2]。

4水电站机电设备维护检修管理中存在的不良问题

4.1维修意识不强

现阶段，水电站管理工作人员只是注重水电站发展，认为机电设备只要可以正常运转就可以了。只有在机电设备发生不良故障问题后才会进行事后维修，在很大程度上限制了我国机电技术的发展，对机电设备的使用年限造成了非常不良影响。很多水电站维修工作开展都是以故障维修和定期性维修为主，但是对于优化性维修和生产性维修落实并没有给予相应的重视程度。

4.2维修管理制度不够完善

建立科学完善的维修管理制度，不仅可以对维修管理工作开展进行约束和规范，同时还能帮助水电站管理人员掌握全面的故障信息，对机电设备综合性能进行优化，使得水电站的运行效率得到有效提升。但是很对水电站建设的维修管理制度并不完善，其中存在着较多缺陷，不能保证机电设备故障问题进行排除，水电站管理较为混乱，很多故障问题不能及时进行排除。

4.3维修技术过于落后

很多水电站都建设在偏远地区，周围交通环境并不完善，对于现代化管理方式和先进机电设备维修技术引入受到了较多阻碍。维修技术过于落后是导致水电站维修效率较低的重要因素，不能从根源处对故障问题进行排除，致使水电站故障问题发生频繁。

4.4维修技术人员专业素质有限

在水电站机电设备维护检修管理工作实际开展过程中，维修技术人员的综合素质对水电站故障问题排除效率有着较深影响。水电站对维修技术人员培训并没有给予相应的重视程度，维修技术不能及时得到更新，对水电站运行经济效益造成了一定损害。

5水电站机电设备维护检修管理策略分析

5.1对水电站设备维护检修管理制度进行完善

水电站机电设备维护检修管理制度是维护检修管理工作开展的重要依据，在对制度进行建设前需要对机电设备的运行状况进行全面测量，对不同机电设备需要制定不同的机电设备维护制度。特别是机电设备日常维护工作开展，需要从以下几方面进行考虑：第一方面机电设备维护工作开展，必须要依据机电设备生产厂家提供的机电设备维修说明进行制定。第二方面要进行机电设备维修紧急预案的制定，便于机电设备运行突发状况下及时进行处理和应对。第三方面就是要根据机电设备运行的实际情况，对机电设备维修时间进行规划和调整，制定满足水电站工况的维修制度。对于定期维修制度的建设，必须要限定相应的有效的定期性检修节点。例如一些机电设备生产厂家要求，机电设备运行超过两万小时后必须要对设备运行进行检测，对机电设备运行进行适当调整。水电站管理人员可以根据实际需求对检测时间进行调整，从而进行预防性检修工作的开展。

5.2对检修维护方案进行合理设计

水电站受到众多因素影响，大都建设在偏远地区，这样会导致维护和管理技术提升存在一定的滞后性，水电站实际运行过程中很有能会出现维修资源供给不足的问题。要利用定期诊断方式对机电设备健康状态进行综合性检查，在发现不良问题后及时进行处理。最后需要注重的就是制定较为完整化的维修方案，维修内容也需要全面，促使水电站机电设备维修效率得到有效提升，争取一次维护工作开展过程中就可以进行全面性的检查，对故障隐患和故障问题进行有效处理。

5.3提高维护与检修的技术措施

在水电站机电设备维护检修管理工作开展过程中，相关技术人员需要及时对设备进行更新，特别是那些运行时间较长的机电设备，机电设备老化情况严重，同时，运行效率也并没有达到理想化。在维修工作开展过程中要更多的应用新型维修技术，使得机电设备和维修技术可以同时得到更新，促使维修工作开展更加便捷，水电站机电设备维护检修管理水平得到有效提升。

5.4加强机电设备运行管理，注重技术人员培训

机电设备运行管理不仅是水电站管理人员的责任和义务，同时也是水电站众多工作人员的责任和义务。要注重对水电站工作人员进行教育，帮助工作人员树立良好的机电设备运行管理意识，使得工作人员可以将日常工作中发现的故障问题及时向技术人员进行反馈。信息技术不断发展，扩展了技术人员的培训路径。水电站可以应用微信、微博等新媒体平台，将众多技术人员组织起来，一些先进的维护检修管理技术，扩展技术人员的知识层次。

6结语

机电设备安全稳定运行与水电站能够获得的经济效益有着直接影响。因此，需要找寻机电设备维护检修管理工作开展中存在的不良问题，应用有效措施进行改善，对维护检修管理制度进行完善，及时更新维护检修管理技术，保障设备长时间处于健康运行状态中，促进水电站长久持续发展。

作者:张进 单位:湖北省巴东县沿渡河电业发展有限公司

参考文献:

水电站设计论文范文第4篇

关键词：水利枢纽；电气设计；水利工程

水利枢纽电站的电气设计是水利工程体系中最重要的一步，它直接影响水电站运行的可靠性和稳定性，因此，对于水利枢纽电站的设计必须谨慎，需要从多方面、多角度、多层次进行分析研究，结合实际情况对可能出现问题进行模拟计算，从中总结出具体可行的解决对策。在水利枢纽电站的电气设计中尤其要考虑到挡水、泄水、进水建筑物以及必要的水电站厂房、通航、过鱼、木等专门性的水工建筑物的排列、分布和设计，并且根据地域泥土情况，对水利枢纽工程中的泥沙问题进行具体的剖析探讨。泥沙问题是水利枢纽电站电气设计中最常见的问题，同时也是最需要考虑的焦点，它直接影响到水利枢纽电站的正常运行，应当引起水利工程策划人员和管理建设人员的高度重视。

1泥沙问题

当水利枢纽电站建设在泥沙较多的河流上时，必须考虑到泥沙对于水利枢纽的影响，泥沙问题处理的结果直接决定了工程是否能够安全顺利进行。河流中存在过多的泥沙会使水库中泥沙大量淤积，堵塞进水口和泄水口，水利枢纽工程中的坝体受力不均匀，甚至可能会压垮拦污设施，并且严重磨损泄流建筑物，腐蚀水轮发电机组的设施。

若在电气设计中不能考虑到河流泥沙淤积问题并加以模拟研究解决方案，当水利枢纽电站建设完毕后，河水流入水库并进入回水区，随着断面的逐渐增大，河流流速将逐渐减小，则输沙平衡会遭到破坏，导致河水所携带的泥沙不断落淤在水库当中，最终造成泥沙淤积，长此以往，河流两岸的农田将会出现排水不畅、土地盐碱化等问题，洪水造成的损失也会随之增大，经济、生活都会受到严重的影响。同时，在泥沙问题的影响下，当进水口闸门从关闭变为开启时，来沙量将超出其可以承受的范围，从而泥沙会在闸门前淤积并附着在闸门上，使闸门承受泥沙对其过重的水平压力，闸门开启和关闭变得困难，当超过启门装置承受能力时，水库和电站的安全运行也会受到威胁。

此外，泥沙问题对坝基扬压力也会造成极其不良的影响。泥沙淤积在坝体前，形成一层天然防渗的铺盖，导致坝体受到泥沙淤积产生的向下游方向的压力，使坝体坝基扬压力减小，同时影响了水库水位。

在水利枢纽电站的电气设计中，装设在进水口前的拦污栅是拦截水草之类污物必不可少的重要设施，然而在泥沙含量过多的河流中，拦污栅除了拦截污物之外，还要拦截大量的泥沙，泥沙对拦污栅会产生侧压力和水位差压力，当两种压力超过拦污栅设计强度范围时，拦污栅就会被泥沙压垮，而这将直接导致机组无法运行而停机，取水口也会被堵塞，对水电站和取水设施的正常运行都是极为不利的。

河水水流在高速流动的过程中本身就带有磨损建筑物的效果，只是因为其磨损较小，在泄水建筑物能够承受的程度之内，但是，当高速的水流携带了大量泥沙，水流和泥沙将会产生空蚀和磨损联合叠加的效果，对泄水建筑物的破坏成倍增加，除建筑物的金属构件、边墙等部位的磨损之外，进口高程低的孔洞磨损将尤为严重，这将导致泄水建筑物的安全使用，不但建筑维修的成本将增加，更加会影响到人身和财产的安全。

水利枢纽电站水轮发电机受泥沙影响腐蚀现象严重，这也是设计中应该尤为注意的一点问题，水轮机的过度磨损将是维修周期减短，维修的费用增大，并且需要耗费大量的人力资源进行机组的维修保养，降低了电站的工作效率。

2解决措施

以上由于流水中携带的泥沙问题，是水利枢纽电站安全稳定运行中绝对不能忽视的重要问题，在电站电气设计时必须给予深入详细的考虑，其相应的解决方法也必须具体可行，否则泥沙问题带来的不良后果会造成严重的经济损失，甚至威胁人身安全。针对以上问题，遵照泥沙的规律，采取适当的措施，从设计工程规划和工程管理方面着手，选择合适的坝址，合理进行电站枢纽分布，扩大枢纽泄流规模，即使在泥沙含量较多的河流区域，水利枢纽电站仍然能够做到正常安全地运行。

在水利枢纽工程布置方面来看，首先布置应有利于排沙，使水库的水容量得意长期保池，其次，要防止泥沙进入机组，减少泥沙对于泄水建筑物和水轮机的磨损，防止其造成不必要的损失，影响电站的正常运行。经过实践表明，较低的泄水建筑物进口高程对于排沙有促进的作用，因此在电气设计时，应将泄水建筑物的进口高程设计为低于电站机组的进水口高程。

除了注重枢纽分布之外，设计中还应考虑到枢纽泄流规模。在泥沙较多的流域中，若能满足泄流排沙的要求，即使泥沙问题带来的影响仍然存在，也可以因为其影响较小而保证不会妨碍到电站的正常运行。通过增设起到泄水排沙作用的建筑物，提高电站冲沙的效果，从而回水末端上延现象得到充分的控制，在增加有效库容的同时，也能大大降低洪水期的水库水位，减轻水库区的泥沙淤积现象，为人工调沙打下坚实的基础。

人工检测是去淤排沙过程中极为有效的一环，对泥沙淤积情况进行人工检测，能够及时掌握淤积程度，从而快速采取排淤措施，当泥沙淤积到一定程度时，即开启闸门泄流，使淤积泥沙被流水冲刷，防止闸门堵塞。同时，人工检测可以掌握开关闸门的时机，在水库水达到临界值时动作，从而保证闸门前不至于被泥沙大量淤积。

水流对于机械和建筑物的磨损虽不可避免，但可以采取相应措施，将磨损度降低在可控的范围内，在水利枢纽电站的电气设计中，需将泄水建筑物的过流部位的形状和采取的建筑材料一并考虑在内。过流部位的形状应当配合水流的作用方向和作用力，包括含有大量泥沙的水流、高速流动的水流等，根据物理学中的力学作用条件和效果，建筑物的形状应能够尽量减少泥沙的磨损破坏。而建筑物采用的材料应能够高度抗磨损，并且在性能良好的同时，也要并且经济实惠、施工简便，只有这样，才能够抵抗高砂高速的水流冲刷磨损，从而降低人力物力的损失。

针对水轮机的泥沙磨损，虽不可避免泥沙进入机组，但可以通过其他措施减少泥沙磨蚀带来的不良影响。当含大量泥沙的洪水发生时，可将水轮机暂停运行，避开高砂流水对运行水轮机带来的严重磨损，在电站的电气设计中，水轮机的结构设计也是必不可少的一部分，良好的水轮发电机形状和高端的工艺水平可以有效地减轻其承受的泥沙磨蚀的压力，并且优化自身的性能，而水轮发电机的内部结构也应尽量适应高砂高速流水的冲击压力，叶片背面所受的压力应该均匀，同时，也应易于维修，以便能够及时应对突发的情况。

3小结

对于水利枢纽电站的设计应当全面而仔细，泥沙的处理问题应该放在设计的首位。泥沙的处理是一个极为复杂的问题，需要运用大量的人力和物理，只有采取合理而又便捷可行的措施才能使水利枢纽电站的运行安全顺利，这仍旧需要更多的探索和拓展。同时，应加大环境管理力度，减少水土流失，控制电站流域内的泥沙来源，从根本上解决泥沙问题才是水利枢纽电站可持续发展最有力度的手段。

参考文献：

[1]刘建军.水电站电气设计中几个问题的分析[J].湖南水利水电.2008.

[2]李定中.水电站设置发电机断路器的探讨[J].水力发电.2002 （2）：34- 36.

水电站设计论文范文第5篇

论文摘要： 对于水电运行过程而言，辅助机械系统是十分重要的组成结构，其在设计过程中要把会对系统性能带来影响的方面积极考虑在内，这样才能维持水电站辅助水力机械系统设计方案发挥应有的作用。针对这一点，结合实际情况分析水电站辅助水力机械系统的相关问题。

如果将水电站辅助水力机械系统详细划分，其主要包括了油、气、水、量测等不同的结构形式组成，整个系统最大的功能则是向主体设备创新良好的运行服务，维持整个电力设备的正常运行，提高水电站的使用效率。从长时间的运行情况分析，水电站辅助水力机械系统在设计过程中，其方案形式、产品好坏、技术高低对于水电站的经济效益有很大的影响。

1 中水系统的设计

1.1 供水方式部分

我国国内当前的水泵使用性能常常达不到理想状况，其主要是因为制造加工工艺达不到标准，产品质量不合格，无法维持系统的稳定运行，且大部分的水泵在质量、强度上与标准明显不符。检查中则发现了大部分电站的技术供水泵因制造方法、技术落后等各类因素造成其运行出现异常，对于设备的正常性能发挥起到阻碍作用。鉴于我国的减压阀技术运用广泛，其成本消耗也大大降低，在电站净水头处于120-300m范围内时最好选择自流(减压)供水当成机组技术供水方式。遇到泥沙较多的电站时，需综合分析运用正、反向的双向供水方式，且做好定期切换实现反冲洗，避免出现堵塞。对于部分中小型的水电站在设计时可选择循环供水方式，此形式运用在封河的寒冷地区时则会出现异常，这是由于冷却器处于尾水渠时将会受到低温影响而出现损坏。

1.2 排水系统部分

开始设计水电站排水系统时需根据不同的情况针对处理，若遇到中小型电站或尾水位过高的电站时，则要设计直接的排水方式。通过这种设计，不仅降低了水淹厂房的可能性，还能给设计者的工作带来方便。这是由于集水井井盖若要求密封时，其设计将会遇到不同的困难。而渗漏集水井、检修集水井则需结合不同情况布置，这是现代设计理念中必须的标准。然而实际情况却是，大部分电站的业主都提出把两井之间进行打通处理，设计时则要求对连通管上添加常闭阀门进行调节，阀门安装时必须具备较强的稳固性，这样则能避免造成洪水冲垮厂房的危险。

1.3 管道阀门部分

考虑到全面增强电力系统的可靠性，避免系统运用中工作量过大，在设计方案时要对每个部位合理规划，以此来降低操作人员的工作量。对于技术供水选择自流供水的形式时，供水管中的第1道阀门的压力承载要更强一级。例：当调保升压值达0.9MPa则需要采取1.6MPa的阀门，若依旧选择1.0MPa的阀门则压力承载上达不到要求；当技术维修操作的难度较大时，最好可采取2道阀门，其材质最好选用不锈钢阀门。

1.4 蜗壳排水部分

设计时需要注意的包括：1）尺寸的选择，对于相关机械设备的尺寸大小要严格把握，特别是对于蜗壳排水及尾水管排水阀口径要严格参照标准，一般控制在压力钢管及蜗壳进口公称直径9%为最佳。2）阀门设置。国内很多的设计者对每套机组设置了1个尾水管排水阀，由于阀门在使用时极为关键，可以对每套机组添加2个水阀，从而大大增强设备的使用性能。

1.5 滤水器设置部分

设计自流供水形式时，要想维持减压阀的有效性能，在分布装置时则需要对滤水器进行合理设置，以使得技术供水系统在常规状态下运行，也可把滤水器放置在减压阀前来保证性能发挥。尽管滤水器压力的等级上升会加大投资成本，但其增加的范围最多在15%，水电站完全能够接受，此方案的运用范围甚广，且运用起来效果理想。

1.6 渗漏排水泵部分

选择渗漏排水泵需根据具体的情况而定，水电站尾水位变化较大时，选用的渗漏排水泵要符合扬程的要求，这些要依据水泵自身的性能而定。若水位达不到理想状态则会造成水泵长期无法正常工作，其必将导致水泵效率低、轴承温度过高，轴承容易烧坏掉。处理该故障时要结合水泵的扬程情况，根据具体水位的高低加以处理，或者运用变频的方式操作即可。

2 中气系统的设计

1）水电站气系统一般包括中压气系统和低压气系统，由于目前气体介质减压阀尚未达到成熟阶段，因此这2个系统在设计时不考虑合用，应尽可能分开设置。2）由于供气管路往往较长有一定的管路损失，使气体到达供气设备时压力达不到设备的额定操作压力，因此在选择空压机时其额定排气压力宜比设备的额定操作压力略高一些，相应的贮气罐设计压力也要提高。3）低压气系统中吹扫及检修供气单元与机组制动供气单元尽可能分开设置，并分别设置相应容积的贮气罐；另外，吹扫及检修供气单元可作为制动供气的备用气源，以保证制动供气的可靠性及供气质量；制动供气应尽可能干燥、清洁，而吹扫及检修供气干燥、清洁度可适当放宽。

3 中油系统的设计

3.1 透平油系统

1）中小水电站。对于管路系统结构调整，尽量简化系统内部组织，例：对用油部位周围、供排油总管适当添加活接头，需要时结合软管过渡等，尽可能采取少量的不锈钢管、埋管进行布置。2）梯级电站。其透平油的设计需根据水电站的组成判断，如：用油分析、化验设备等等。

3.2 绝缘油系统

水电站的主变压器基本上达到20～30年免维护要求，没有大型事故则基本不要修理，通常无需更换绝缘油。对中小型水电站的绝缘油系统时可把供排油管路去掉。而梯级电站只要找到合适的站点对绝缘油系统设置，则能把绝缘油系统去除。

4 中水力量测系统的设计

1）为了实现对集水井液位的实时监控，设计时要添加2种不同类型的液位控制器，可采取压力传感式及浮子式等以互相转换作用。2）对用于监测尾水管压力脉动的传感器，不得经过测压管后再设置传感器，以避免精度受到影响。3）对水位计部位采取防止水倒灌的装置。

5 结束语

水电站辅助水力机械系统在水电站中占有重要地位，其直接影响了水电站的正常运行。设计者必须结合具体的性能需要、维修要求、成本消耗等因素，采取正确的设计方法来保证辅助水利机械系统作用的发挥。

参考文献