1.2 机电与金属结构设计解决的关键技术问题

机电与金属结构设计是龙滩水电站设计的重要组成部分，主要包括：水轮发电机组及水力机械辅助设备、电气主接线及主要电气设备、控制保护、金属结构和通风空调系统的设计。其中，广泛采用了新技术、新设备、新工艺、新材料和国产化设备，自动化程度达到世界先进水平。龙滩水电站设计过程中，就机电与金属结构关键技术开展了专题研究，并将研究成果成功应用于工程，取得了显著成效。机电与金属结构设计主要解决的关键技术问题如下所示。

（1）700MW混流式水轮机转轮制造方式选择问题。转轮是水轮机的核心部件，其性能直接影响机组运行的安全稳定性和经济性。若运输条件允许，国内外大型混流式水轮机转轮均采用工厂整体转轮、整体运输；当运输条件受到限制时，则采用分瓣运输工地进行合缝组焊或采用散件运往工地进行组装、焊接。转轮尺寸巨大，位于深山峡谷地区的龙滩水电站交通运输条件受到限制，转轮既要满足运输条件要求，又要确保良好的制造质量，确保原型转轮与模型转轮相似，满足机组安全稳定运行要求。因此，转轮的制造方式选择是大型水轮机转轮制造的关键技术之一。

（2）700MW水轮发电机冷却方式选择问题。随着单机容量的增大，发电机额定电流增大，发电机各部件的尺寸加大，各部分的损耗、发热量随之增加，发电机通风冷却的难度相应增大。冷却方式关系到水轮发电机参数的选择、结构设计、重量和造价。大型水轮发电机冷却方式主要有全空冷、半水冷和蒸发冷却，全空冷水轮发电机具有结构简单、安装及运行维护方便、运行可靠性高的特点。单机容量大、定子铁芯长的龙滩水电站发电机能否采用全空冷方式是有待研究的课题。

（3）电气主接线型式优化问题。电气主接线是水电站电气设计的主体和依据，与电网特性、电站接入系统方式、电站规模、水能参数、电站运行方式、枢纽条件等密切相关，大型水电站电气主接线是电力系统的重要组成部分，对电力系统的安全稳定运行起着重要作用。通过定量计算与分析，选择技术经济指标最优的电气主接线型式是电气设计的关键技术之一。

（4）超高压电力变压器型式设计问题。随着水电站单机容量的增大以及交通运输条件和地下厂房布置的限制，主变压器型式不仅要考虑生产厂家的技术水平，还要考虑变压器的运输方式、运输重量、运输尺寸和地下厂房的布置情况。因此，超高压电力变压器的型式设计是设备选择的关键技术之一。

（5）700MW水轮发电机主保护配置优化问题。大型发电机结构复杂、定子绕组并联分支数多、保护要求高，而现行的水轮发电机保护规程适应的机组单机容量尚未达到700MW或以上的容量等级，以往国内外水电站中发电机保护配置主要凭经验和传统习惯进行定性设计。因此根据700MW水轮发电机内部结构和电气参数、发电机中性点接地方式等特点，对发电机主保护配置进行定量化设计，优化发电机中性点引出方式和主保护配置并应用于工程实际，对保证发电设备和电网的安全稳定运行意义重大。

（6）大入地电流高土壤电阻率接地问题。接地技术对电力系统的安全运行有着重要的影响，直接关系到人身和设备的安全。随着电力系统规模的扩大，入地短路电流大幅升高，且水电站大多位于电阻率高的山区，对大入地电流高土壤电阻率接地技术提出了新的课题。

（7）高水头弧门止水问题。高水头弧门主要有预压式止水、偏心铰压紧式止水和充压伸缩式止水三种型式。预压式止水型式的闸门结构简单、造价低廉，在各种水位条件下水流平顺、适应性强。但以往工程预压止水型式弧门主要用于中低水头，龙滩水电站弧门挡水水头110.00m、操作水头90.00m，通过对龙滩水电站高水头弧门预压式止水研究，对后续高水头电站底孔弧门的设计具有极高的参考价值。

（8）地下厂房通风问题。地下厂房通风空调系统的设计直接关系到运行维护人员及设备运行的环境是否舒适安全。龙滩水电站地下厂房洞室群多，内部空间大小不一，系统多，气流组织困难，实际运行各支路系统阻力难以平衡，通风空调效果难以保证。因此，在进行厂房气流组织计算的同时通过模型试验验证设计的合理性和可靠性，并根据模型试验结果优化系统设计，可为后续大型地下电站通风空调系统设计提供可借鉴的经验。

（9）大型水电站设备国产化问题。国外计算机监控系统研制起步较早，制造工艺水平较高，占据着一定优势。过去国内水电工程中的500kV XLPE绝缘电缆主要由欧洲和日本厂家供货，如何打破国外厂商在国内大型水电站设备供应的垄断地位，加速我国机电设备的国产化进程，是水电行业面临的重要课题。