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DLT 5186—2004 水力发电厂机电设计规范.pdf

水力发电厂机电设计规范

前言 范围 规范性引用文件 总则·· 水力机械 电气 18 控制保护和通信 35 机电设备布置及对土建和金属结构的要求 48 辅助设施 61 附录A（规范性附录） 水力机械术语、符号 63 条文说明

DL /T 5186 — 2004

本标准规定了新建的大中型水力发电厂（以下简称水电厂） 和抽水蓄能电厂（以下简称蓄能电厂）的水力机械和电气设计及 其对电厂水工建筑物、金属结构设备和有关土建方面的技术要 求。适用于单机容量为10MW及以上、600MW及以下，输电电 压为500kV及以下的水电厂和蓄能电厂。 上述规定范围以外的水电厂的机电设计可参照执行。

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。 凡是注日期的引用文件JGT251-2017 建筑用遮阳金属百叶帘，其随后所有的修改单（不包括勘误的内 容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协 议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的 引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T321优先数和优先系 GB14285继电保护和安全自动装置技术规程 GB50260电力设施抗震设计规范 GB/T3805特低电压（ELV）限值 DL/T621交流电气装置的接地 DL5061水利水电工程劳动安全与工业卫生设计规范 DL/T5080水利水电工程通信设计技术规程 DL/T5090水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导 则 DL/T5091水力发电厂接地设计技术导则 DL/T5132水力发电厂二次接线设计规范 DL/T5137电测量及电能计量装置设计技术规程 DL/T5177水力发电厂继电保护设计导则 DL/T5165水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规程 SDJ278水利水电工程设计防火规范

3.0.1水电厂的机电设计应根据水电厂所在电力系统的要求、 水电厂的运行方式、动能特性、枢纽布置条件、自然环境特点和 综合利用要求等具体情况，合理制订设计方案，确定机电设备的 系统接线、选型和布置。 3.0.2水电厂的机电设计应充分考虑安装、试验、运行、检修 和维护等方面的合理需求，积极开展科学实验，不断总结实践经 验，从实际出发，慎重地采用新技术、新设备、新材料。 3.0.3水电厂的机电设计，除必须执行本标准外，还应执行有 关国家标准和电力行业标准的有关规定。 3.0.4水电厂按“无人值班”（少人值守）或少人值班的原则设 计。

验，从实际出及，慎里地未用新技不、新设备、新材科。 3.0.3水电厂的机电设计，除必须执行本标准外，还应执行有 关国家标准和电力行业标准的有关规定。 3.0.4水电厂按“无人值班”（少人值守）或少人值班的原则设 计。

4.1.1水轮机型式的选择应根据水电厂的运行水头范围及其运 行特点，提出可供选择的水轮机机型方案，并从技术特性、经济 指标、运行可靠性及设计制造经验等方面，经技术经济比较后选 定。 对于最大水头20m及以下的径流式水电厂，宜优先选用贯 流式水轮机。 冲击式水轮机宜选用立轴式。

4.1.2在水电厂装机容量确定的前提下，单机容量和机组台数

1电力系统对水电厂在汛期和非汛期运行输出功率、机 组运行方式和大修要求，以及单机容量占电网工作容量的比 重。 2水库的调节特性，水头、流量特性与运行方式。 3枢纽布置条件。 4对外交通运输条件。 5河流及过机泥沙特性。 6机组设备制造能力和技术水平。 7其他特殊技术要求。 应在分析研究上述因素的基础上，拟定不同的单机容量方 案，经技术经济比较选定。机组台数宜不少于2台。 4.1.3对于水轮机最大水头与额定水头比值较大的水电站，宜

4.1.3对于水轮机最大水头与额定水头比值较大的水电

根据水电厂的水力动能特性（主要指水头和流量特性）、水车 运转特性、运行范围、电站调峰和事故备用的效益、相关配

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备的投资及电力系统的需求等条件，特别是大型混流式水轮机在 高水头区域的稳定运行的范围要求，研究水轮机超额定功率运行 的必要性和合理性。 4.1.4水轮机设计水头的选择应根据水电厂的水头变幅、水库 调节特性，机组在电网中的运行方式，以及水轮机效率、空化 特性、运行稳定性和可靠性等因素综合考虑，经技术经济比较 选定。 1除抽水蓄能电厂外，水轮机设计水头宜接近或略大于加 权平均水头。 2对于水库采取“蓄清排浑”运用方式的多泥沙河流的 水电厂，水轮机设计水头宜在加权平均水头与汛期平均水头之 间。 3当设计水头接近最大水头时，应论证其合理性。 4.1.5水轮机/水泵水轮机额定水头的选择应根据水电厂的 运行水头及出力范围、水轮机/水泵水轮机运行特性及其稳 定运行的要求、水电厂出力受阻及电量损失的限制条件、水 库调节特性与运行方式、机组在电网中的作用及其运行方 式，以及输水系统水头损失等因素综合考虑，经技术经济比 较选定。 1对于中高水头水轮机的额定水头宜在加权平均水头的 0.95~1的范围内选取。 2对于径流式水电厂，水轮机额定水头应保证水电厂发足 装机容量。 3对于水库采取“蓄清排浑”运用方式的多泥沙河流的水 电厂，水轮机额定水头宜在加权平均水头与水库蓄水期的下限发 电水头之间选取。 4水泵水轮机的水轮机工况额定水头宜略低于加权平均水 头。 5当额定水头接近最小水头时，应论证其合理性和经

1水轮机比转速应根据水头、空化特性、水质条件和设计 制造水平等条件综合考虑，合理选择。 2对用于多泥沙河流、水头变幅较大或高海拔地区的水轮 机应选用较低的比转速。 3水泵水轮机比转速的选择宜以水泵工况的比转速为主。 水泵工况比转速应根据最大扬程、最小扬程、空化特性、水质条 件和设计制造水平等因素综合考虑，合理选择。 4冲击式水轮机比转速的选择应在D/d值与模型一致的条 件下选用较高值。

3水泵水轮机比转速的选拌直以水浆工沈的比转速为主。 水泵工况比转速应根据最大扬程、最小扬程、空化特性、水质条 件和设计制造水平等因素综合考虑，合理选择。 4冲击式水轮机比转速的选择应在D/d值与模型一致的条 件下选用较高值。 4.1.7水轮机/水泵水轮机额定转速选择： 1水轮机/水泵水轮机额定转速应根据选择的比转速或根据 水头、功率、转轮直径等参数在发电机同步转速系列中选取。当 有两种及以上同步转速可供选择时，应通过技术经济比较后选 择。 2对于水头变幅大的水泵水轮机，可研究论证采用分档变 速或连续调速技术的必要性和经济合理性。 4.1.8水轮机/水泵水轮机吸出高度的选择： 1反击式水轮机的吸出高度应按各特征水头运行工况及其 相应的电站空化系数o分别进行计算。吸出高度并应考虑水电厂 所在地海拔高度的影响。

4.1.7水轮机/水泵水轮机额定转速选择：

1水轮机/水泵水轮机额定转速应根据选择的比转速或根据 水头、功率、转轮直径等参数在发电机同步转速系列中选取。当 有两种及以上同步转速可供选择时，应通过技术经济比较后选 择。 2对于水头变幅大的水泵水轮机，可研究论证采用分档变 速或连续调速技术的必要性和经济合理性。

1反击式水轮机的吸出高度应按各特征水头运行工况及其 相应的电站空化系数o分别进行计算。吸出高度并应考虑水电！ 所在地海拔高度的影响。 2电站空化系数宜根据初生空化系数o选取。如无初生 空化系数供选用时，可用临界空化系数o.乘上比值系数K选 取。 3水泵水轮机的吸出高度应按水泵工况无空化条件选取。 4.1.9水轮机/水泵水轮机安装高程的选择： 1水轮机安装高程应根据水轮机各种运行工况下必要的吸

1水轮机安装高程应根据水轮机各种运行工况下必 出高度及相对应的下游尾水位，经技术经济比较合理选定

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2确定水轮机安装高程的设计尾水位应根据水库运行方 式、水电厂的运行出力范围、尾水位与流量关系特性、初期发电 要求及下游梯级电站的运行水位等因素选取。选定的水轮机安装 高程应满足水轮机允许运行范围内，尾水管（或尾水隧洞）出口 上沿的最小淹没深度不小于0.5m的要求。 3确定水轮机安装高程所使用的尾水水位、流量关系曲线 应采用水电厂尾水管（或尾水隧洞）出口的设计曲线。 4冲击式水轮机的安装高程应根据发电的最高尾水位确 定，在任何发电工况下尾水渠宜保持足够的通气高度。 5水泵水轮机安装高程应根据水泵工况的空化特性、尾水 系统的水头损失及下库死水位确定。 6水轮机/水泵水轮机安装高程的选择宜留有适当的安全裕 度，并应满足调节保证的要求。 4.1.10混流式或定桨式水轮机的最大飞逸转速应按最大净水 头和最大单位飞逸转速确定。转桨式水轮机的最大飞逸转速 应按保持协联关系计算：有特殊要求时，可按协联关系破坏 的情况计算。冲击式水轮机的最大飞逸转速应按最大净水头 确定。 4.1.11选择水轮机时应研究水轮机科技发展的最新成就。所米 用的水轮机新转轮应取得模型试验资料，必要时进行模型验收试 验。所来用的结构、工艺和材料等重大新技术必须经过科学试验 并应取得试验技术资料。 4.1.12选择水轮机时还应研究水轮机结构设计的合理性、可靠 性和适用性，水轮机通流部件易空蚀部位应有抗空蚀措施，对用 于多泥沙水流条件下的水轮机还应采取抗泥沙磨蚀的技术措施， 并在结构上做到便于检修和更换易损部件。 4.1.13选用的水轮机/水泵水轮机应取得制造厂提供的功 率、效率和流量保证、空蚀或磨蚀损坏保证、飞逸特性、运 1一一

4.1.13选用的水轮机/水泵水轮机应取得制造厂

率、效率和流量保证、空蚀或磨蚀损坏保证、飞逸特性 行稳定性和噪声保证、调节保证、可靠性保证，以及水

模型综合特性曲线、水泵工况模型综合特性曲线、水泵术 机模型全特性综合特性曲线（包括流量、转矩特性曲线 技术资料。

4.1.14宜选用制造厂提供的蜗壳、尾水管型式和尺寸，并

当厂房布置或其他方面有需要修改尾水管形状和尺寸的特殊 要求时，应与制造厂协商确定。必要时还宜进行水轮机模型试验， 4.1.15尾水管的锥管部分应设有金属里衬。对弯肘形尾水管的 肘管部分，当肘管内的平均流速达到6m/s及以上时宜采用金属 里衬。

4.2.1进水阀的选择，应根据其水头、直径及下列条件，经 技术经济比较确定。如不装设进水阀，必须采取其他防飞逸 措施。 1对于由一根压力输水总管分岔供给凡台水轮机/水泵水轮 机流量时，每台水轮机/水泵水轮机都应装设进水阀。 2压力管道较短的单元压力输水管，水轮机宜不设置进 水阀。对于多泥沙河流水电厂的单元压力管道输水管或压力 管道较长的单元压力管道输水管，为水轮机装设进水阀或在 水轮机流道上装设圆筒阀，应进行技术经济比较论证。 3单元输水系统的水泵水轮机宜在每台机蜗壳前装设进水 阀。 4对于径流式或河床式水电厂的低水头单元输水系统，不 装设进水阀

以下的水电厂宜选用蝴蝶阀。最大水头在250m以上的水电！ 选用球阀。

4.2.3进水阀应能动水关闭，其关闭时间应不超过机组在最大 飞逸转速下持续运行的允许时间。进水阀还应在两侧压力差不大 于30%的最大静水压的范围内，均能正常开启，且不产生强烈 振动。

4.3调速系统及调节保证

4.3.1调速系统应具有良好的稳定性和调节品质，并应满足机 组在各种运行方式下稳定运行和电力系统对频率调节与功率调节 的要求。

单机容量为50MW（贯流式为10MW）及以上的机组宜选 用微机电气液压型调速器；调速系统应采用4.0MPa或以上的油 压等级。 调速系统宜选配电气反馈机构。 调速系统配置的设备应动作准确、安全可靠DB1506／T 26-2021 高渗透乳化沥青透层施工规范.pdf，管路连接 简便。

4.3.3应根据水轮机输水系统型式和参数、机组特性、运行 工况、电网的要求及电气主接线连接方式进行调节保证计 算。 大型水电厂、输水系统复杂的水电厂、抽水蓄能电厂 的调节保证计算应采用计算机仿真计算，优选导叶关闭规 律和调节系统参数，必要时对调节系统的稳定性进行分析

4.3.3应根据水轮机输水系统型式和参数、机组特性、运行

大型水电厂、输水系统复杂的水电厂、抽水蓄能电厂 的调节保证计算应采用计算机仿真计算，优选导叶关闭规 律和调节系统参数，必要时对调节系统的稳定性进行分析 计算。 输水系统复杂的水轮机、水泵水轮机应根据不同水头/扬程 和各种可能工况组合进行调节保证计算。 轴流式及贯流式机组计算转速升高率时宜计入水流惯性矩的 影响，调节保证计算应包括反水锤计算。

4.3.4机组甩负荷时的最大转速升高率保证值，按以

任务时，宜小于50%。 当机组容量占系统工作总容量的比重不大，或不担负调频 时，宜小于60%。 贯流式机组最大转速升高率宜小于65%。 冲击式机组最大转速升高率宜小于30%。 4.3.5机组甩负荷的蜗壳（贯流式机组导水叶前）最大压力升 高率保证值，按以下不同情况选取： 额定水头小于20m时，宜为70%～100%。 额定水头为20m~40m时，宜为70%～50% 额定水头为40m~100m时，宜为50%～30%。 额定水头为100m~300m时，宜为30%～25%。 额定水头大于300m时，宜小于25%（可逆式蓄能机组宜小 于30%)。 最大压力升高率保证值，应按计算值并留有适当裕度确 定。 4.3.6超过本标准4.3.4和4.3.5的规定时，应进行技术经济比 较，研究改变输水管道布置或尺寸、增加发电机转动惯量或设置 调压井等措施，以合理控制压力升高率和转速升高率。 4.3.7具有分岔输水管的水电厂，其机组最大转速升高率和蜗 壳最大压力升高率，应根据连接于输水总管上的机组台数和电气 主接线的连接方式，按可能同时甩负荷的机组台数进行计算，必 要时按各种可能的工况组合进行计算。 4.3.8当机组突增或突减负荷时，压力输水系统全线各断面最 高点处的最小压力不应低于0.02MPa，不得出现负压脱流现象。 甩负荷时，尾水管进口断面的最大真空保证值不应大于

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4.4.1根据水电厂的具体条件，可选用适合水电厂的单小车、