河床式水电站厂房设计_吴张清

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1、水利科技199 8年第3期总第7 6 期河床式水电站厂房设计吴张清(福建水利电力学校)I提要1本文结合从事水电 站教学经验和承担南靖县南五水电站厂房设计工作,介绍如何根 据河床式水电站的特点与实际情况,进行合 理的厂区枢纽和厂房 布置及结构设计。关键词防洪排污排 砂厂房布置1.工程概况南靖县南五水电站是一座低水头日调节河床式水电站,为船场溪流域梯级第五级电站。坝 址以上流域面积9 17 km2,多年平均径流量3 2.6m丫s,电站正常蓄水位3 7.7m,相 应库容2 41万m3,总库容31 9 万m3,电站装机容量4800kW,多年平均年发电量1 6 1 5万kwh。电站枢纽 工程由闸坝,发电

2、厂房和 两岸非溢流坝段组成,厂房考虑 交通、地质、地形 及施工导 流等因素,布置于右岸主河道 上,河床中部布置挡水泄水坝段,因左岸地质条件差,同岸边联接采用 土坝接头。枢纽为四等工程,主要建筑物为四级,设计洪水下泄流 量1 8 5Om丫s(P=3.3%),校 核洪水下 泄流 量2 5 5 3m3/s。(P=0.5%)坝址下游泄洪范围 内和厂房岸边基岩裸露,岩石呈弱 风化,完整性好,河床左侧及左岸坡积 层厚2一6m,下伏基岩,风化强 烈,工 程地质差。2.厂 区枢纽总体布置设计厂区枢纽建筑物包括进水口、主厂房、副厂房、主变压器场、对外交通道路布置和 防洪建筑物设施。电站进水口布置于主河道右侧凹岸

3、下 游便于取水,主厂房与其联结成整体共同挡水。因河床式 电站水轮机尾 水管较 长(南五水 电48站尾 水管中心到 出口长9.sm ),从缩短进水口流道长度和利用尾水段长度上 面平 台角度,副厂房布置于主厂房下游,主变压器场布置于副厂房下游的河右岸上,开关站采用户内式,进厂公路沿厂房下游直进,防洪设施采用全封闭式 防洪,如图13.厂房布置设 计特点3.1厂房进水口拦污排沙河床式电站通常位于河道中下 游段,洪水期河中淤积物较多,是河床式电站的一个老大难问题;我国相当多类似水电站由于洪水期泥沙和漂浮物大量涌向厂房,曾多次发生 因拦污栅被封堵或淤 积物过多而被迫停机事故。排砂方面:南五水 电站为防止

4、在厂房前堆积 淤沙,通过合理布置枢纽建筑物,在紧靠厂房处布置一孔排污排沙 闸,在进水口上游设 置拦砂坎,其轴线同河床水流流向成45“左右,一端连接厂坝 间缝墩,另一端连接右岸,将砂直接导向排砂闸排向下游,从试运行一 段时间看拦砂效果比以往在进水口前直接设 置拦砂坎效果好。排污方面:考虑 设置两道拦污设备,即在进水口处设置细栅,结合拦砂坎 设置 隔墩布置拦污粗栅,粗的漂浮物被粗栅拦住并排向排污闸,细污物由细栅拦住清除,这样在很大程度上减轻了进水口拦污清污的压 力和堵塞,保证了机组正常发电水利科技1998年第3期总第7 6期规轴践机抽线心粤争书架排砂排穿亏)石 石0./一、 一尸一 f迎曳诸拦二玫

5、以孟少尹/、,、一,户产尹一一 产尹产一尹尹一 产 鉴墓 沪砂尸一一一 产,尹一吧二二二二篡主划开规 扩玻橇 沙厂之、路梦坎公路图1厂区枢纽布置图运行。已建的范膺、良浅、漠武电站和在建的3.3机电设备布置雍口电站均采用两道拦污措施。南五水 电站南五水电站厂房机电设备布置遵循机电后来业主认为工程造价高而改为仅在拦砂坎设备分层分侧布置原则,如上所述,副厂房上设置一道浮栅,从运行几年效果看,浮栅在 主厂房下游,分三层布置:发 电机层布置运用很 不方便,汛期常被大的漂浮物冲断,污有6.3 kV高压开关室,中央控制室,3 5kV高物在进水口拦污细栅前很难排除,造成很大压 开关室,低压配电室,电工试验室等

6、;水水头损失(水头损失接近lm),严重影响电站 轮机层布置厂变室、励磁变压器 室并作为电效益。缆层;其下层布置供水泵室。该室同两个取水3.2水轮机及进出水设备布置源点均采用预埋管道连接,发电机层 机旁盘南五水电站进水口设置拦污细栅和一事均布置于 主机间上游侧。从实践运行管理看,故工作闸门,检修闸门工作时间非常少,设所有配电控制保护监测的盘柜均布置于发电计成和拦污栅槽共用一槽,以缩短进水口长机 层更便于维护 和巡视检查。主机间水机 层度,由于工作闸门距离机轴中心仅9.om,设上游侧墙面全部布置油气水管路,排水泵直计工作闸门关闭时间必须在2分钟以内,以保接布置在水机层 上游,并采用深井泵以简化证调

7、速器工作出故障时机组运行安全。蜗壳结构布置;安装间下面水机层布置油库,油经同厂家协商,采用平顶下伸式,包角1 80 0,处理 室,空压机 室;油气水管路 同设备连接这种布置可使水轮机层高程降低,调速器接全部走上游,电气设备、电缆、主引出线等力器及辅助设备的布置比较方便,机轴可缩均 走 下 游。另外,本 电 站 单机 过流 量短;同时蜗壳进口宽度小,有利于减少厂房2 9.6 5m丫S,而单机容量仅1 6oo kw水轮机流的平面尺寸。因检修闸门往往在枯水期才使道尺寸大和水轮机顶盖尺寸大而发电机尺寸用,厂房尾水检修平台高程按三年一遇洪水小,顶盖无法整件从机井吊出检修,技施设标准确定为3 0.7om,

8、以降低造价,便于闸门计经同厂家协商后,改整 圆式为分瓣式,以安装检修和启闭运行。解决顶盖吊装问题,这在低水头小电站经常49水利科技199 8年第3期总第7 6期66石口.2了口0鳍毕吏”,“嘟2裂四常,艾名群必”,刃刃刃刃刃1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1口一一1一.一, l l l l l l l l l,石l l l l l l l l l l l l下下葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡葡华华华华华华华华华华华华华华华华华华华华华; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

9、; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;丫丫.!l 卜卜卜卜冲令双双双双双双双双双双双双嘴 攀梦梦, , , , , , , , , ,27 O O O O O O O O O O O O Ol l l知户户护砂,”. . .图2厂房横剖面图会 碰到的。3 .4厂房防洪措施南五水电站上 游校核洪水位达3 9.sm,高出发 电机层5.9 5m,下 游 校 核 洪 水位3 5.71m,高出发电机层2.5 1m,厂房承受巨大的水压力和扬压力;因此厂房必 须以尾水不淹其为原则,同时满足在各种工况荷载组合时抗滑、抗浮、抗倾覆的稳定性要求,特别是抗浮稳定性要求。我们结合河床式厂房本身即为挡水建筑物特

10、点,将厂房四周布置成既满足 防洪要求,又满足稳定要求。即防洪措施采用厂房上游用工作闸门的胸墙(压力墙)、墩墙挡水,两侧连接缝墩和岸墩,下 游防洪墙连接缝墩和尾水岸墩而成全封闭防洪结构,如图2。3 .5厂房整体稳定如前所述,厂房承受巨大的水压力和扬压力,在进行稳定计算前,先进行地下轮廓线设计。它首先满足 厂房平面尺寸需要,而 后者主 要由流道尺寸要求确定。经布置后厂房全 长3 6.om(其中安装间长9.50m,主机 间2 6sm ),基础宽度3 1.8 5m,厂房沿长度方向5O在 主机 间和安装间 之间设置一道 永久变形缝;稳定计算取进水口、主机间、副厂房、尾水建筑物整体为计算单元,经计算在各种

11、工况下均能满足稳定要求。3 .6厂房构件结构设计由于河床式厂房直接挡水发电,且南五水电站地震设计烈度为7度,对厂房整体强度和整体稳定性要求较高,因此厂房构件全部设计成现浇整体式;从传递荷载看:厂房构架上 下游均座落在闸墩顶部以简化结构的受力条件;从计算方法看:上部结构各种构件均采用自编PFSA P一维有限元杆件结构电算程序优化设计,机墩采用自编程序电算,蜗壳采用省设计院蜗壳三维空间有限元程序电算,使结构尺寸得以优化,如蜗壳结合考虑抗 裂 要求,其顶 板净 跨5.9 5m,厚 度仅80em。3 .7通 风与采光河床式电站厂房 由于 上 下游挡水位高,一侧又同 闸坝边墩连接,因此通风采光条件比较困

12、难。南五水电站厂房在通风与采光设计方面有一 些特点:1 )主机间上游挡水胸墙水利科技1 9 9 8年第3期总第7 6期建立完善的闽江洪水预报和综合调度系统之探讨 李铭侃(福建省 l k 1江洪水预警报 中心)【提要】本文针对l k 1江流域洪水预报和防洪调 度存在的问题,详细I k 1述建设二 期 f x 1江洪水预警报系统、建立l 2 )主厂房闸墩顶高程以上 和副厂房防洪墙顶高程以上均用连窗形式,河岸一侧厂房墙面采用全部铝合金窗,这样极大地改善厂房的通风与采光条件,3 )水下结构方面,发电机层 开有各种吊孔,每个圆筒机墩均开设两个对称进人孔,既改善了检修条件,又改善了通风与采光条件;电缆层上开有三个大通风采光孔以解决供水泵室通风和采光问题。从运行反馈情况看,南五水电站厂房的通风与采光效果比预想的要好。4.结束语本人结合从事水电站课程教学工作经验和承担南五水电站厂房设计工作,从排砂、排污、防洪措施、厂 区枢纽和厂房布置和结构设计、厂房整体稳定性要求,厂房通风与采光等方面提出一些设计工作体会,供同行商榷;以后要认真总结经验教训,把河床式水电站设计提高到一个新水平。5l