水电站设计论文范文精选

1设计洪水分析

1.1合成流量法计算设计洪水

1.1.1洪峰流量合成方法沣河秦镇大坝位于潏河入汇口下游，沣河在秦渡镇以下没有设立过水文站，无水文资料，本次将沣河干流秦渡镇站洪水与支流潏河同次洪水错开传播时间相加合成，用合成的洪峰流量系列进行频率分析计算，推求工程处的设计洪水。根据流域水系分布特征，沣河干流秦渡镇站以上河长比潏河短24.2km，平均比降比潏河大2.6倍，流域呈扇形，上游各峪洪水汇流集中，所以，秦渡镇站以上洪水汇流时间较潏河短，洪水先于潏河洪水到达汇合口，洪峰时间一般相差约4h左右，一般情况是秦渡镇站以上洪水洪峰流量与潏河基流或起涨段洪水过程叠加。沣河秦渡镇站1943年～1949年为秦渡镇（三）站，距沣河与潏河交汇口为694m；1950年～1964年为秦渡镇（四），距两河交汇口为824m；1965年至今为秦渡镇（五）站，距交汇口为800m。潏河1943年～1964年为秦渡镇（二）站，距河口距离为0.5km；1965年至今为高桥站，距河口距离为7.0km。根据两站不同时期的实测流量成果资料，采用τ=L/V公式计算测流断面某流量于两河汇处的传播时间，分别建立两站流量Q～传播时间τ相关关系曲线，求得两站不同时期各级流量洪水至潏河口的传播时间。1.1.2洪峰流量合成由于1943年～1954年沣河秦渡镇（三）或（四）站、潏河秦渡镇（二）站没有洪水要素摘录资料，本次采用同日洪峰流量相加合成；1955年～1964年根据两站流量Q～传播时间τ相关关系曲线，以沣河秦渡镇（四）站洪峰流量和出现时间为依据，错开传播时间推求潏河秦渡镇（二）站相应流量，沣河秦渡镇站洪峰流量加潏河相应流量等于合成后的沣河洪峰流量。潏河高桥站1965年～1979年有流量资料，1980年～2008年只有水位资料。本次首先推求出高桥站水位～流量综合关系曲线，再根据水位过程推求出与沣河秦渡镇（五）站对应的洪水流量过程。采用同样方法进行洪峰流量合成。经过合成，沣河潏河交汇口处有1943年～2008年共66年的合成洪峰流量系列，另外还调查到1883年以来两次较大的历史洪水，这在大、中流域系较长资料系列，但对总体而言，仍为容量有限的样本。绘制沣河潏河交汇口处历年最大合成洪峰流量过程线图，见图1。从图1中可以看出，沣河潏河交汇口处合成洪峰流量系列已长达66年，基本上包括了丰、平、枯时段和各种来水组合，且又加入了历史调查洪水，同时，洪水系列正递序均值、变差系数Cv随历时变化也趋于稳定，因此认为该洪水系列具有较好的代表性。

1.2水文比拟法推求设计洪水

灞河位于设计流域沣河东侧，为相邻流域。灞河马渡王站位于灞河中游，其控制流域面积由秦岭北麓山区和渭河南岸平原两部分组成，和沣河秦镇大坝区段以上流域面积组成相似，故本次以灞河马渡王站为参证站，采用水文比拟法推求工程处的设计洪水。1.2.1参证站设计洪水分析计算根据马渡王站1952年～2008年共57年洪峰流量系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—2006）推荐的方法，以年最大值法选样，并加入1835年历史调查洪水，按不连续系列进行频率分析，洪水经验频率采用数学期望公式进行计算，均值及变差系数Cv采用矩法计算，理论频率偏态系数Cs按经验取Cv的倍比通过适线确定。经过适线，求得灞河马渡王站设计洪水频率计算成果及统计参数，详见表1。1.2.2工程处设计洪水计算沣河潏河交汇口处的设计洪水以灞河马渡王站为参证站，采用水文比拟法进行计算，计算公式为：Q工程处=F工程处F参证站!"23×Q参证站式中，Q工程处、Q参证站—分别为工程处和参证站灞河马渡王站设计洪峰流量（m3/s）；F工程处、F参证站—为工程处和参证站灞河马渡王站控制流域面积（km2），分别为1253km2和1601km2。经过计算，得到沣河潏河交汇口处的设计洪水成果，详见表2。

2成果分析选用

将合成流量法和水文比拟法两种方法计算成果汇总于表3。从表中3可以看出，两种方法计算的成果略有差异，但差异不大。考虑到水文比拟法参证站的流域面积与设计流域面积相差较大，且灞河马渡王站控制流域面积内平原面积的比例较沣河、潏河交汇口以下流域面积内平原面积小，故洪水成果可能有一定的误差，且水文比拟法成果值偏大；合成流量法采用了本流域两个水文站的实测资料，两站距汇合口的距离也很近，合成精度相对较好，计算时考虑了本流域的洪水特性，成果精度相对较高。经分析比较，选择合成流量法计算成果作为本次沣惠水电站洪水设计的依据。沣惠电站厂房位于秦镇大坝下游100m处，设计洪水洪峰流量采用潏河入汇后沣惠渠渠首秦镇大坝处的流量，即Q10%=840m3/s。5结语合理确定设计洪水，对电站的安全运行具有重要意义。本文以秦镇沣惠低水头水电站为实例，根据设计洪水理论与实际资料，分别采用合成流量法和水文比拟法来进行设计洪水分析。将两种方法的计算成果对比发现，水文比拟法与合成流量法的计算成果差异并不大，但由于前者存在参证站流域面积与设计流域面积相差较大等不利因素的影响，将会为算法带来一定程度的计算误差；而后者采用了汇合口就近两个水文站的资料，并且考虑了本流域的洪水特性，使得算法具有了更高的精度，故最终选择合成流量法的计算结果作为本站洪水设计的依据。

作者：杨钧博 单位：西安市太平河渠道管理中心

随着勘察设计企业的不断深化改革，项目管理理论已开始应用于勘察设计企业，项目经理部已成为勘察设计企业的质量管理中心和成本管理中心。而成本管理中，工资将占较大比例。而且工资分配常常成为项目经理部伤透脑筋的一件大事，如果分配不合理将直接影响项目经理部各成员的积极性和设计成果质量。为此，探索工程设计定额已开始成为一些设计企业的重要研究课题。我院结合近5年的项目管理经验，总结出小型水电站设计定额，供有关设计企业参考。

1中小河流水能规划设计定额

1.1编制说明

为了使中小河流水能开发规划满足国家和地方对开发、利用水能资源以及国土治理的要求，统一规定编制规划的原则、工作内容和技术要求，由水利部水电及农村电气化司主持，以水利部农村电气化研究所为主编单位制定了《中小河流水能开发规划导则》(SL221—98)。本导则分为10章，分别为总则、基本资料收集与分析、水能蕴藏量计算、地区社会经济发展预测、水能开发、多目标开发、环境影响评价、流域管理、经济评价与综合分析、规划实施意见等。本导则为中小河流水能开发规划报告提供了编制依据，同时也成为中小河流水能开发规划设计定额的制定依据和规划设计质量的检验标准。

1.2定额标准

中小河流水能规划设计定额内容见表1-2-1。

表1-2-1中小河流水能规划设计定额

章节

摘要：该文针对农村小水电站“机组容量小、设备供应困难、运行人员文化技术水平相对较低”等特点，介绍了水轮机的选择、电气主接线的拟定、电气测量和同期装置及保护装置的设计等有关问题。

关键词：小水电站；设计；经验

1水轮机的选择

水轮机是水电站一个十分重要的设备，水流的动能和势能转换成机械能就是通过水轮机来实现的。水轮机选择合理与否，直接影响到机组的效率和运行的安全性、经济性。

1.1机组台数的选择

农村小水电站机组台数与电站的投资、运行维护费用、发电效益以及运行人员的组织管理等有着密切的关系。通过多年设计和运行经验表明：农村小水电站机组台数一般为1～4台，且型号应尽量相同，以利于零部件通用和维修管理方便，其中每座电站2台机组居多。

1.2水轮机型号的选择

水轮机型号的选择合理与否，直接影响到水轮机的运行效率、汽蚀和振动等。选择型号时，既要考虑水轮机生产厂家的技术水平和运输的方便程度，又要确保水轮机常处于较优的运行工况，即尽量处于水轮机运转特性曲线图的高效区。尤其是机组运行时，水头的变化不要超过水轮机性能表的水头范围，否则会加剧水轮机汽蚀和振动，降低水轮机效率。

摘要：该文针对农村小水电站“机组容量小、设备供应困难、运行人员文化技术水平相对较低”等特点，介绍了水轮机的选择、电气主接线的拟定、电气测量和同期装置及保护装置的设计等有关问题。

关键词：小水电站；设计；经验

1水轮机的选择

水轮机是水电站一个十分重要的设备，水流的动能和势能转换成机械能就是通过水轮机来实现的。水轮机选择合理与否，直接影响到机组的效率和运行的安全性、经济性。

1.1机组台数的选择

农村小水电站机组台数与电站的投资、运行维护费用、发电效益以及运行人员的组织管理等有着密切的关系。通过多年设计和运行经验表明：农村小水电站机组台数一般为1～4台，且型号应尽量相同，以利于零部件通用和维修管理方便，其中每座电站2台机组居多。

1.2水轮机型号的选择

水轮机型号的选择合理与否，直接影响到水轮机的运行效率、汽蚀和振动等。选择型号时，既要考虑水轮机生产厂家的技术水平和运输的方便程度，又要确保水轮机常处于较优的运行工况，即尽量处于水轮机运转特性曲线图的高效区。尤其是机组运行时，水头的变化不要超过水轮机性能表的水头范围，否则会加剧水轮机汽蚀和振动，降低水轮机效率。

1.工程概况

连江县塘坂水库电站工程位于鳌江干流中游，在山仔水库下游约7km，在连江县塘坂村下游3km，距福州市47km，距连江县城38km，坝址左岸有公路在贵安桥与福飞公路相接，对外交通方便。连江县塘坂水库电站是以发电为主，兼有供水等综合利用效益的河床式水电枢纽工程，电站总装机11MW，坝址以上流域面积为1701km2，水库正常蓄水位36.8m，其相应库容766万m3。该工程系福州第二水源工程的配套工程，为福州市九五计划中重点基本建设项目。工程于1998年10月28日正式开工，2001年4月底首台机组发电，2001年7月底工程竣工，整个工程施工总工期为2年9个月。主要水工建筑物由拦河坝、厂房和开关站等组成。拦河坝顶高程39.8m，坝顶长226.3m，最大坝高27.3m。溢流坝段位于河床中部，上设4孔钢弧形闸门，孔口尺寸为16X12.5m，堰顶高程24.3m。厂房位于河床左岸。

2.水文地质条件

坝址河谷较宽呈“U”型。岩性为侏罗统南圆组第三段流纹质晶屑凝灰熔岩。两岸山坡残积土夹碎石厚约2～5m。左岸风化程度较右岸深，尤其左岸河边一带风化较深。河床及漫滩阶地有卵石覆盖，厚约7～10m。

坝址控制流域面积为1701km2，坝区气候温和。坝址多年年平均流量59.9m3/s，10月～4月为枯水期。施工洪水特性如下表。

时段

P(%)

10～12

古田溪是闽江下游北岸支流之一，全河分四级开发，一级水电站控制集水面积1325km2，占全流域的78.4%，总库容6.4亿m3，为年调节水库，二级龙亭水电站，三级高洋水电站，四级宝湖水电站，集水面积分别为1551km2、1697km2和1722km2，库容甚小均为日调节水库。一级水库对于各个梯级的发电、防洪起着举足轻重的作用，是设计洪水复核的重点。

一级水电站建于1959年，至今已40多年了。随着时间的推移，各个水文站积累了一大批观测资料和梯级水库运行纪录，情况也发生了很大变化。为确保水库的防洪安全和提高防洪、发电效益，研究提高汛限水位的可行性，于是提出了对梯级电站设计洪水进行复核的工作。本次设计洪水的复核，包括洪水资料可靠性、代表性、一致性审查、特大洪水论证与处理、设计洪水频率计算、设计洪水过程线推求和成果可靠性分析等。

1.资料的审查

水文资料是水文分析计算的依据，它直接影响着此次设计洪水计算的精度、可靠性，是设计洪水计算的基础。该项工作包括资料的可靠性、代表性和一致性审查三个方面

1.1资料可靠性分析

古田溪一级水库以上有大桥、前垅、达才、钱板、平湖（源里）等5个水文站和十五个雨量站。资料每年按规范要求整编和送福建省水文总站汇审，具有良好精度。建库后，电厂对一级水库库水位、泄洪、发电、下游水位、入库站流量均有系统完整的观测记录，因此用水量平衡法反算入库洪水，是可靠的。

关于古田溪历史特大洪水调查先后进行过两次，第一次是1954年7月水电总局101工程勘测队开展的，沿溪测量了1952年特大洪水痕迹，同时还调查了1948年洪水。第二次是1956年9月上海院会同古田水文站进行的，调查和推算了1952、1931、1948年特大洪水。1964年上海院最后确认一级水库坝址1952、1931、1948年特大洪水洪峰流量依次为4200、3430、3170m3/s，估计1952年洪水重现期约为80~200年，1931年约为30年，1948年属一般洪水。1964至今36年来尚未发生比1931年更大的洪水，因此，可将1952年的洪水重现期认定为116-236年，平均约为180年；1931年约为60年。特大洪量的重现期难于调查，除一天洪量与洪峰流量关系密切可认为与洪峰同频率外，其它洪量重现期均难以确定，从安全考虑将作一般洪水看待。

1.2资料一致性分析

电气主接线及短路电流的计算复核

进行增效扩容改造的电站均已运行多年，送出工程及与系统连接地点已经确定，变动的可能性不大，对电站的接入系统不必再进行论证，所以只要现有主接线相对合理，在增效扩容改造中可维持原主接线方案不变，只需根据现行规范和短路电流计算成果，对机组容量进行复核和选择设备即可。对个别电站由于多次修改，改变了原设计的主接线形式，增加或减少了部分设备，改变了布置，形成现有不合理的接线方式，造成重复容量大、损耗高、继电保护复杂、设备配置不合理等，或现有接线方式不适应目前电力系统要求，对这种情况应在设计过程中对主接线方案进行优化比选，同时复核送出线路的输送容量和电压降是否满足增效扩容的要求，复核电站内部电流互感器变比、电气设备动、热稳定和开断电流等能否满足要求。基本原则是送出电压等级和接入系统点不改变，否则投入资金会相应增加比较多，浪费比较严重。如果改变了主接线的接线方式或运行方式，涉及到电力系统的计量、保护方式和保护整定值等问题，需要与电力系统调度部门共同协商。早期投入的水电站当时电力系统容量较小，经过几十年的发展，电力系统的容量大为增加，结构也有很大的变化，网络在不断加强，同时由于发电机的改造，电气参数也会发生变化。因此，有必要根据目前电力系统的参数，或今后5～10年电力系统发展规划和改造后机组的参数，对短路电流进行重新复核计算。依据复核计算结果来复核现有电气设备的开断能力，或重新选择电气设备的型式和参数。一般情况下，严重老化设备、高耗能设备和淘汰设备会随着机组增效扩容一起进行更换，以提高电站运行的安全性，减少维护工作量，增加电站经济效益，保证新更新的电气设备能适应电力系统的发展和长期安全稳定运行。

电气设备的选择与布置

1995年以前的中小型水电站，由于受当时技术水平和建设资金的限制，电气设备存在性能较差、安全性不符合现要求、维护工作量大以及备品备件难以购买等问题。例如，低压开关柜多为GGD型或更老的BSL型等，开关和保护设备为DW系列或DZ10系列，而更多的是采用熔断器保护；10kV设备采用GG-1A开关柜配SN10少油断路器，或早期的真空断路器；35kV设备采用DW6、DW8等系列的多油断路器，或GBC户内型高压开关柜；110kV设备采用SW3、SW6及SW7少油型断路器；变压器采用SLJ1或SF7型等。这些设备是目前国家已明令禁止使用的产品，开断电流小，损耗大，不环保，由于诸多原因长期带病运行，严重影响电站和电网的安全，因此对这些电气设备进行更新换代是十分必要的。电气设备的选择应按照安全可靠、技术先进、维护简单方便和经济合理的原则进行，并应适应农村水电站的特点。对电气设备应根据增效扩容后的参数和短路电流计算结果来选取，而不应延用旧设备的参数来确定新设备的参数，这样可保证更换的电气设备能适应目前和将来系统发展的要求。由于设备基础、支架、房间的尺寸和开关站的位置均保持不变，因此在选择电气设备型式时还应考虑这些因素，尽可能多地利用已有基础或仅做小改动。

接地系统的检查与修复

水电站接地系统的好坏是关乎人身和设备安全的重要保障。接地电阻值是保证电站安全运行的重要参数，接地系统的设计不但要满足工频短路电流的要求，还要满足雷电冲击电流的要求，但在增效扩容和设备改造过程中，往往忽视了这部分内容。随着电网的不断发展，特别是电站内微机保护、综合自动化装置和电子元件的大量应用，这些弱电元件对接地网的要求更高，接地电位的干扰对监控和自动化装置的影响已经引起了人们的重视。早期投产的水电站由于短路电流较小和旧规范的要求，接地系统设计时接地线的截面积较小(原主网多为40×4扁钢，分支线多为20×4扁钢)，经过几十年的运行，接地网锈蚀严重，甚至部分断裂，特别是户外开关站和暴露于空气中的接地连接线的问题更为严重。因此，在增效扩容改造电气设备的同时，为保证水电站的安全运行，修复和改造接地系统也是十分必要的。在接地网改造修复前，首先应对现有接地系统的接地电阻进行实际测量，验证是否达到了设计目标值的要求。其次应对敷设于地面较浅的地下接地网（如开关站接地网及外引接地网）挖开后检查接地线的腐蚀和连接情况，检查暴露于空气中的接地连接线是否牢靠、截面积是否满足要求和锈蚀情况。在初步设计中应对现有接地系统做初步评估，如果接地电阻达不到设计值的要求或腐蚀严重，则应提出改造方案和目标值。在施工设计中应根据电力系统要求和短路电流计算结果提出具体的实施建议和改造范围，使其达到目标值。由于水电站已建成并运行多年，要改造厂房、尾水渠及大坝下方的地下或水下接地网已不可能，只有改造户外开关站的接地网和外引增加接地网面积，或采用其它相应的降阻措施来实现。接地网及接地线截面积的设计应按现行的接地设计规范进行，并复核接能电势和跨步电势是否满足要求。如果接地网系统良好，接地电阻符合目标值的要求，可以不对接地网进行改造，只需按最新设计规范对暴露于空气中锈蚀严重、接触不良的接地线以及改造设备的接地连接线进行修复。

针对目前社会经济不断发展的环境下，小型水电站的发展越来越快，为了紧跟小水电的前进脚步，我们要重视水轮发电机和电气设备的改造，做好小型水电站的增效扩容设计。好的小型水电站的电气改造设计不仅可以提高水电站的综合效益，还可以降低成本，提高经济效益。

本文作者：梁芳工作单位：广州市水务规划勘测设计研究院

摘要：该文针对农村小水电站“机组容量小、设备供应困难、运行人员文化技术水平相对较低”等特点，介绍了水轮机的选择、电气主接线的拟定、电气测量和同期装置及保护装置的设计等有关问题。

关键词：小水电站；设计；经验

1水轮机的选择

水轮机是水电站一个十分重要的设备，水流的动能和势能转换成机械能就是通过水轮机来实现的。水轮机选择合理与否，直接影响到机组的效率和运行的安全性、经济性。

1.1机组台数的选择

农村小水电站机组台数与电站的投资、运行维护费用、发电效益以及运行人员的组织管理等有着密切的关系。通过多年设计和运行经验表明：农村小水电站机组台数一般为1～4台，且型号应尽量相同，以利于零部件通用和维修管理方便，其中每座电站2台机组居多。

1.2水轮机型号的选择

水轮机型号的选择合理与否，直接影响到水轮机的运行效率、汽蚀和振动等。选择型号时，既要考虑水轮机生产厂家的技术水平和运输的方便程度，又要确保水轮机常处于较优的运行工况，即尽量处于水轮机运转特性曲线图的高效区。尤其是机组运行时，水头的变化不要超过水轮机性能表的水头范围，否则会加剧水轮机汽蚀和振动，降低水轮机效率。

1.工程概况

连江县塘坂水库电站工程位于鳌江干流中游，在山仔水库下游约7km，在连江县塘坂村下游3km，距福州市47km，距连江县城38km，坝址左岸有公路在贵安桥与福飞公路相接，对外交通方便。连江县塘坂水库电站是以发电为主，兼有供水等综合利用效益的河床式水电枢纽工程，电站总装机11MW，坝址以上流域面积为1701km2，水库正常蓄水位36.8m，其相应库容766万m3。该工程系福州第二水源工程的配套工程，为福州市九五计划中重点基本建设项目。工程于1998年10月28日正式开工，2001年4月底首台机组发电，2001年7月底工程竣工，整个工程施工总工期为2年9个月。主要水工建筑物由拦河坝、厂房和开关站等组成。拦河坝顶高程39.8m，坝顶长226.3m，最大坝高27.3m。溢流坝段位于河床中部，上设4孔钢弧形闸门，孔口尺寸为16X12.5m，堰顶高程24.3m。厂房位于河床左岸。

2.水文地质条件

坝址河谷较宽呈“U”型。岩性为侏罗统南圆组第三段流纹质晶屑凝灰熔岩。两岸山坡残积土夹碎石厚约2～5m。左岸风化程度较右岸深，尤其左岸河边一带风化较深。河床及漫滩阶地有卵石覆盖，厚约7～10m。

坝址控制流域面积为1701km2，坝区气候温和。坝址多年年平均流量59.9m3/s，10月～4月为枯水期。施工洪水特性如下表。

时段

P(%)

10～12

1闸门设计及启闭机选型

1.1引水发电系统

1.1.1取水口拦污栅及启闭设备

1)优化选型布置设计。发电引水隧洞喇叭口底槛678.50mm处设置1孔拦污栅，单孔孔口尺寸为7.5m×10.0m，检修平台高程717.00m，设计水头4.0m，最大引用流量为42.58m3/s，平均过栅流速为0.811m/s，拦污栅重量为26.0t，栅槽埋件重17.0t，型式为平面滑动式拦污栅。选用1台QPG2×250kN－38m高扬程卷扬式启闭机，安装高程726.20m，操作运行条件为静水启闭。2)蓄水安全复核计算。拦污栅主支承是增强四氟NL150CHI型滑块，最大线荷载为25kN/cm，反向支承是钢滑块。栅条间距50mm，栅体主材为Q235B，内力分析计算［2］成果为:主梁最大压应力为105.35N/mm2，发生在跨中处;最大剪力为21.01N/mm2，发生在支座处;最大挠度为9.5mm，发生在跨中处;栅条弯应力为53.1N/mm2，发生在跨中处。拦污栅重量为247kN，提栅清污时考虑污物重量为100kN，拦污栅启闭力为450.1kN，启闭机容量为2×250kN。

1.1.2取水口事故闸门及启闭设备

1)优化选型布置设计。在拦污栅的下游设置1扇事故闸门，孔口尺寸为4.5m×4.8m，底槛高程680.00m，检修平台高程717.00m，设计水头37.0m，闸门型式为平面定轮钢闸门。选用1台安装高程为726.20m上的QPG2×800kN－38m高扬程卷扬机控制闸门，操作运行条件为动闭静启。2)蓄水安全复核计算。闸门由门叶结构、水封装置、4个简支轮主支承(同时兼做反向支承)、4个侧向限位装置和充水阀装置等组成。受力计算采用假设平面体系，按照实际可能发生的最不利荷载组合情况，进行强度、刚度和稳定性验算。闸门在设计水头下动水操作会受到不同程度的动力荷载，动力系数取1.1。门体材料为Q235B，内力分析计算结果为:闸门承受的静水压力为7713.7kN，动水压力为8485.1kN;面板折算应力为157.03N/mm2;主梁最大压应力为128.1N/mm2，位于跨中处。最大剪力为49.2，位于支座处。最大挠度为2.71mm，位于跨中处;主轮与轨道的接触应力为844.06N/mm2;主轨颈部局部承压应力为173.36N/mm2;闸门闭门力为－659.1kN，启门力为479.6kN，持住力为1394.4kN;启闭机容量为2×800kN。

1.2泄水系统闸门及启闭设备

1.2.1溢洪道弧形工作闸门