王其利

摘 要：圖爾古松水電站采用河床式布置，對工程總體和發(fā)電廠房布置進(jìn)行詳細(xì)介紹，結(jié)合工程所處嚴(yán)寒環(huán)境和冬季來水少的特點，進(jìn)行了防冰凍設(shè)計和采用大小機(jī)組組合設(shè)計，給類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：河床式廠房；廠房布置；防冰凍設(shè)計；大小機(jī)組合

中圖分類號：TV731 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0074-03

Abstract： The river bed arrangement is adopted in Tulgusong Hydropower Station. The overall project and the house layout of the power plant are introduced in detail. Combined with the cold environment of the project and the characteristics of less water coming from winter， the anti-freezing design and the combination design of large and small units are carried out. To provide reference for similar projects.

Keywords： riverbed factory building； plant layout； anti-freezing design； size machine combination

1 工程概況

圖爾古松水電站工程位于哈薩克斯坦圖爾古松河上，多年平均徑流量13.53億m3，水庫總庫容880萬m3，有效庫容640萬m3，設(shè)計引用流量為121m3/s，具有日調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量24.9MW，多年平均發(fā)電量0.798億kW·h。電站廠房為河床式布置，洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計，1000年一遇洪水校核。工程區(qū)氣候?qū)儆跇O端大陸性氣候，冬季寒冷漫長，夏季短暫炎熱，季節(jié)和晝夜溫差大。根據(jù)該國的“技經(jīng)報告”，項目所在地多年平均氣溫-1.5℃，最低月平均氣溫-17.7℃，絕對最低氣溫-51℃。

2 工程總體布置設(shè)計

電站壩址處河床開闊，壩線范圍內(nèi)有足夠的空間布置發(fā)電廠房及其附屬建筑物，同時結(jié)合電站的裝機(jī)規(guī)模及工作水頭，選用河床式布置較為適宜。結(jié)合泄洪及施工導(dǎo)流的布置方案，泄洪建筑物布置于主河槽內(nèi)，廠房布置在泄洪建筑物左側(cè)的階地上，左、右岸擋水建筑物均為混凝土重力壩。發(fā)電廠房作為獨(dú)立的擋水建筑物，與樞紐大壩一字排列，此種布局的優(yōu)點是樞紐建筑物布置緊湊，交通便利。電站建筑物由主廠房（包括進(jìn)水口、主機(jī)間、副廠房及安裝間）、主變室、進(jìn)水渠、尾水渠及其他建筑物組成。主機(jī)間布置在安裝間右側(cè)，沿壩軸線呈“一”字形布置，其中主機(jī)間與進(jìn)水口段按獨(dú)立的擋水建筑物設(shè)計，安裝間布置在擋水壩段下游。副廠房在主機(jī)間上、下游側(cè)均有布置，主變室布置在左岸階地上。安裝間下游場地地坪高程為548.70m，通過進(jìn)廠道路與外界相通。

主廠房總長55m，寬46.8m，其中主機(jī)間長34m，安裝間長21m，主機(jī)間與安裝間之間設(shè)0.1m抗震縫。主機(jī)間裝有2臺11.5MW的大機(jī)組和1臺1.9MW的小機(jī)組，小機(jī)組布置在左側(cè)與1臺大機(jī)組做為一個機(jī)組段，另1臺大機(jī)組單獨(dú)作為一個機(jī)組段，兩機(jī)組段之間設(shè)0.01m伸縮縫。進(jìn)水渠長35m，寬53.8m，上游以小角度與主河槽相接，尾水渠長83.4m，寬30.5m，下游斜向匯入主河槽。

3 廠房布置設(shè)計

3.1 機(jī)組型式和裝機(jī)容量

河床式水電站可以選擇混流式或軸流式機(jī)型，根據(jù)分析，兩種機(jī)型的混凝土工程量相當(dāng)，對于混流式機(jī)組土方開挖量要少一些，但混流式機(jī)組的造價要高一些，且不能滿足在二期導(dǎo)流期間發(fā)電的要求，故選擇軸流式機(jī)組。分析工程河段裝機(jī)容量開發(fā)潛力的基礎(chǔ)上，對工程裝機(jī)容量方案進(jìn)行裝機(jī)比選，采用最大經(jīng)濟(jì)效益法進(jìn)行分析，最后推薦采用電站總裝機(jī)24.9MW，平均裝機(jī)利用小時數(shù)為3190h，計算水能利用率為82.5%。由于工程所處地區(qū)冬季嚴(yán)寒，來水流量較小，根據(jù)業(yè)主要求，電站需要在冬季持續(xù)發(fā)電，經(jīng)過綜合比較，選用1臺1.9MW的小機(jī)組加2臺11.5MW的大機(jī)組組合方案，可以滿足要求。

3.2 主廠房布置

主廠房順?biāo)鞣较蛞来螢檫M(jìn)水口、主機(jī)間、下游副廠房和尾水平臺。其中進(jìn)水口段長19.6m，主機(jī)間段長15.5m，尾水段長11.7m。廠房橫剖面見圖1。進(jìn)水口為整體式，采用正向進(jìn)水，由喇叭形進(jìn)水口、攔污柵（檢修閘門與攔污柵共用門槽）和快速門及其啟閉設(shè)備組成。進(jìn)水口分為5孔，每孔凈寬4m，對應(yīng)2臺大機(jī)組及1臺小機(jī)組。進(jìn)水口采用上翹式喇叭形流道進(jìn)口，進(jìn)水口底高程為541.00m，攔污柵處孔口高度為10.4m，末端逐漸收縮與機(jī)組混凝土流道平順相接。進(jìn)水口前緣布置有混凝土胸墻，胸墻下端采用1：1.2斜段過渡與進(jìn)口流道平順連接。進(jìn)口段每孔布置一道直立式攔污柵，為減少攔污柵被堵塞，采用淹沒式布置，攔污柵底檻高程為541.00m，檢修門為潛孔式平面滑動鋼閘門，與攔污柵共用門槽，非檢修期放置于深孔泄洪壩段的門庫內(nèi)?？焖匍T布置在下游側(cè)，平時懸于孔口上方待命，在機(jī)組發(fā)生故障時快速關(guān)閉，截斷水流，保護(hù)機(jī)組，以免事態(tài)擴(kuò)大?？焖匍T門型為平面定輪鋼閘門，啟閉設(shè)備為固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。交通橋頂高程為571.00m，與壩頂交通相連，交通橋上布置有一臺門機(jī)，供啟閉檢修閘門及清污之用，并與右岸深孔泄洪壩段共用。主機(jī)間內(nèi)布置3臺水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為24.9MW，其中安裝2臺立式軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組，單機(jī)容量11.5MW，安裝高程535.67m，采用梯形斷面180°包角混凝土蝸殼；安裝1臺混流式機(jī)組，單機(jī)容量1.9MW，安裝高程538.30m，金屬蝸殼。主機(jī)間在兩臺大機(jī)組設(shè)置一道伸縮縫，縫寬0.01m。主機(jī)間從下而上依次為蝸殼層、水輪機(jī)層和發(fā)電機(jī)層。蝸殼層高程533.50m，在兩臺大機(jī)組右墩墻側(cè)布置有寬1m的連通廊道，可進(jìn)入大機(jī)尾水管和檢修排水廊道層，檢修排水廊道高程526.80m，布置有檢修排水泵和滲漏排水泵，檢修排水泵在檢修時直接將尾水管的水排至下游尾水渠內(nèi)，滲漏排水泵布置在集水井內(nèi)。水輪機(jī)層高程538.00m，同時作為小機(jī)的蝸殼層，經(jīng)進(jìn)人孔可進(jìn)入大機(jī)水輪機(jī)室和小機(jī)尾水管內(nèi)，布置有調(diào)速器、油壓裝置等設(shè)備。發(fā)電機(jī)層高程545.10m，距軌頂高度為16.40m，上游側(cè)布置有吊物孔，經(jīng)水輪機(jī)層可直通至檢修排水廊道層。主機(jī)間上下游側(cè)各布置有副廠房，上游側(cè)利用主機(jī)間與進(jìn)水口之間的空間布置有兩層，下面一層與發(fā)電機(jī)層等高，布置有通風(fēng)機(jī)室和電鍋爐房，作為整個廠房供熱的源頭；上面一層與地面層等高，布置有油罐室、油處理室和柴油發(fā)電機(jī)房等。下游側(cè)副廠房地面以下4層，分別為技術(shù)供水泵室、空壓機(jī)室和生活消防水泵房、電纜夾層以及10kV開關(guān)柜室；地面以上3層，分別為35kV開關(guān)柜室和蓄電池室、中控室和繼電保護(hù)室以及最頂層的辦公室等房間。在下游副廠房的左右兩側(cè)各布置了一部上下連通的樓梯，并在左側(cè)樓梯邊上布置了吊物孔，滿足副廠房的設(shè)備運(yùn)輸需要，在上游副廠房右側(cè)、主機(jī)間和安裝間之間均設(shè)有樓梯，滿足日常的運(yùn)行和安全消防通道要求。發(fā)電尾水通過尾水管進(jìn)入尾水渠，尾水管采用平直管，出口處設(shè)置直升式平面鋼閘門，由設(shè)置在副廠房下游側(cè)的電動葫蘆進(jìn)行起吊。尾水管出口處底高程大機(jī)組為527.82m，小機(jī)組為534.60m，尾水管出口548.70m高程設(shè)置尾水平臺，與地面等高，可滿足電站運(yùn)行時的人員巡視以及閘門的簡易維修的功能要求。

3.3 安裝間及主變室布置

安裝間布置在主機(jī)間左側(cè)，長21m，寬15.3m，框架結(jié)構(gòu)，安裝場高程為549.00m，采用鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)。安裝間平面尺寸滿足一臺機(jī)組檢修時，上機(jī)架、定子、轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)輪同時放置檢修的要求。進(jìn)廠大門設(shè)在安裝間下游，拖車可由進(jìn)廠公路直接進(jìn)廠。主機(jī)間和安裝間的屋架采用輕型鋼結(jié)構(gòu)屋架，雙面排水。主變室布置在安裝間下游側(cè)，以利于主變的運(yùn)輸和檢修。主變室長20.3m，寬11m，室內(nèi)布置2臺SCZ10-16000/37/10.5主變壓器。

3.4 進(jìn)水建筑物布置

進(jìn)水建筑物上游設(shè)置攔沙坎，以防河道內(nèi)的推移質(zhì)進(jìn)入流道，攔沙坎采用衡重式的漿砌塊石結(jié)構(gòu)，軸線斜向順著主河道邊坡布置，與河床水流方向成56°角，與上游廠閘導(dǎo)墻相接，坎頂高于河床0～5m，能有效將推移質(zhì)導(dǎo)向深孔泄洪閘并排向下游。為減少底孔泄洪時的水流擾動對發(fā)電機(jī)組的影響，廠房進(jìn)水口與深孔泄洪壩段之間布置了上游廠閘導(dǎo)墻，導(dǎo)墻為半重力式混凝土結(jié)構(gòu)，向庫內(nèi)延伸20m，墻頂高程554.60m，與死水位相同。在靠近廠房進(jìn)水口的底部留了三個斜向的排沙孔，底孔泄洪時利用吸力帶走一部分進(jìn)水渠內(nèi)淤積泥沙，減輕機(jī)械清淤的工作量。進(jìn)水渠左側(cè)布置導(dǎo)流明渠上游外導(dǎo)墻，在一、二期導(dǎo)流期間作為導(dǎo)流明渠的岸坡?lián)鯄?，雙向擋水，后期作為進(jìn)水渠的邊坡?lián)鯄?，做到永臨結(jié)合，節(jié)省工程量。

3.5 尾水建筑物布置

尾水管出口與尾水渠相接，尾水渠前段采用1：4的反坡過渡至538.00m河床高程，并經(jīng)平段與下游河床相接，因大機(jī)尾水管出口高程與小機(jī)尾水管出口高程有6.78m的高差，利用閘墩2m厚的寬度以1：0.3的坡比進(jìn)行放坡過渡，將兩個尾水出口進(jìn)行很好地銜接。尾水渠與右側(cè)深孔泄洪壩段之間布置下游廠閘導(dǎo)墻，左岸采用衡重式擋墻結(jié)構(gòu)，墻后采用透水性好的石渣回填，減小凍脹土對擋墻穩(wěn)定的影響，擋墻頂高程為548.70m。

4 防冰凍設(shè)計

因工程地處嚴(yán)寒地區(qū)，最長冰凍期可達(dá)6個月，多年平均冰厚0.8m，最大結(jié)冰厚度2m，冰凍、凌汛問題極為突出，做好冬季防冰凍措施至關(guān)重要。施工圖設(shè)計階段對電站運(yùn)行調(diào)度、水工建筑物抗凍設(shè)計、金結(jié)和機(jī)電設(shè)備防凍融冰保溫措施、冬季低溫季節(jié)土建施工、廠房內(nèi)采暖通風(fēng)等相關(guān)的問題進(jìn)行研究，精心設(shè)計并補(bǔ)充完善嚴(yán)寒地區(qū)河床式水電站防冰凍設(shè)計方案。電站運(yùn)行調(diào)度方面，冰凍初期水庫盡量維持較高水位運(yùn)行，確保冰蓋形成在較高水位，合適時段加大發(fā)電放水流量，抬高下游河道封冰位置。需注意避免產(chǎn)生尾水在冰上流水而抬高尾水位的問題，以免對電站運(yùn)行和下游居民生命財產(chǎn)安全造成影響。廠房結(jié)構(gòu)抗凍設(shè)計方面，混凝土在長期處于水下或水位變動區(qū)，采用C30W6F300二級配混凝土，在進(jìn)水口迎水面水位變動區(qū)噴涂2mm厚的聚脲材料，以便適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的低溫環(huán)境，抵抗低溫時混凝土開裂引起的形變而不滲漏，通過加強(qiáng)混凝土防滲來改善抗凍效果。擋土墻墻后填土頂面做好防水和排水措施，擋土墻設(shè)置排水孔，墻后設(shè)置反濾層，降低墻后地下水位，減小墻后回填土凍脹的影響。金屬結(jié)構(gòu)方面，進(jìn)水口攔污柵孔口上方的冰蓋采用人工除冰法清除，以便清污；進(jìn)水口及尾水檢修閘門水封處因滲水而結(jié)成的冰采用電熱法融化，孔口上方的冰蓋采用人工除冰法清除；快速閘門處利用電熱法在閘門井內(nèi)取暖，井頂加蓋保溫，該系統(tǒng)為常開狀態(tài)，保證閘門井內(nèi)水體不結(jié)冰。根據(jù)需要相應(yīng)設(shè)置電熱融冰設(shè)備，在臨近位置布置配套的電氣柜。混凝土低溫季節(jié)施工從原材料準(zhǔn)備、骨料加熱、混凝土拌和、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑與保溫、拆模與養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量監(jiān)控等施工環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)考慮，因篇幅有限，在此不展開敘述。建筑外墻采用500厚加氣混凝土砌塊，屋面采用保溫材料，外窗采用雙層窗，主要出入口設(shè)置門斗等措施較小室內(nèi)外溫度傳導(dǎo)?？紤]到冬季生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行、值班辦公人員的舒適性需求，設(shè)置了采暖設(shè)施，采暖系統(tǒng)采用散熱器采暖、空調(diào)采暖、暖風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，保證室內(nèi)溫度發(fā)電時不低于10℃，維護(hù)檢修時室內(nèi)溫度不低于5℃。

5 結(jié)束語

本電站借鑒國內(nèi)外類似水電站的工程設(shè)計經(jīng)驗，工程總體布置、廠房結(jié)構(gòu)布置緊湊合理，運(yùn)行管理方便，工程投資節(jié)省，結(jié)合工程所處嚴(yán)寒的環(huán)境和冬季來水少的特點，進(jìn)行了抗冰凍設(shè)計及采用大小機(jī)組組合設(shè)計，給類似工程提供借鑒。

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