引水貫流式水電站廠房設計

童 亮

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

引水貫流式水電站廠房設計

童 亮

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

闊克塔勒水電站利用已建水庫庫水位與總干進水閘消力塘之間的水位落差發(fā)電，是新疆第一座燈泡貫流式水電站，在新疆具有代表性。為此，結(jié)合該工程的特點，簡要介紹了水電站廠房設計要點，包括廠房布置、主要尺寸的確定、基礎及邊坡處理等，其經(jīng)驗可供類似工程參考。

引水式；燈泡貫流式；電站廠房；設計

1 工程概況

新疆北部阿勒泰地區(qū)某水利樞紐工程由攔河壩、溢洪道、總干進水閘、導流兼泄洪沖沙洞、發(fā)電引水建筑物等組成?？偢蛇M水閘布置在左岸副壩0+350m處，由引渠、進口段、閘室段、明渠及消力塘組成?？偢蛇M水閘為岸邊開敞式，設3孔帶胸墻平板閘門，平板工作門為5.0m×3.5m。閘底板高程為630.00m。閘前水庫正常蓄水位為645.00m，設計洪水位為645.40m，校核洪水位為647.80m。在總干進水閘后樁號0+205處接天然消力塘，其設計水位633.817m。工程已建成運行多年，為更好地利用水資源，闊克塔勒水電站利用該水庫庫水位與總干進水閘消力塘水位之間的落差（11.18m）發(fā)電。在總干進水閘設置進水口攔污柵，改建總干進水閘右側(cè)1孔為發(fā)電進水閘，此孔原進水閘工作門作為發(fā)電引水系統(tǒng)事故門，后依次接53.6m長的4.7m×5.7m（b×h）引水管道、電站廠房、尾水渠，尾水渠與原消力塘銜接。水電站設1臺6.5 MW燈泡貫流式機組，發(fā)電引水流量90.04m3/s，多年平均年發(fā)電量2 932萬kW·h。

2 廠區(qū)布置

闊克塔勒水電站廠房布置在總干進水閘下游64.8m處，主廠房縱軸線與總干進水閘后陡坡段軸線垂直。主機間布置于陡坡內(nèi)右側(cè)，安裝間布置于陡坡右側(cè)堤頂上，副廠房布置在主廠房下游側(cè)，與主廠房平行。安裝間右側(cè)設15m×15m的回車場，進廠公路布置在總干渠右岸。整個廠區(qū)以及尾水平臺的高程為637.80m。在廠區(qū)周邊修建0.3m×0.5m的排水溝，形成一套完整的排水系統(tǒng)，收集廠區(qū)及廠區(qū)邊坡的雨水，最終排入電站的尾水渠。廠房橫剖面見圖1。

3 廠房設計

3.1 主廠房控制尺寸的確定

3.1.1 機組段長、主廠房長度及寬度確定

電站廠房內(nèi)安裝1臺燈泡式貫流機組，裝機容量為6.5 MW，水輪機型號為GZxxx-WP-340，發(fā)電機型號為SFWG6500-40/3720，水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸為3.40m。

主廠房由主機間和安裝間組成。主機間機組間距由流道和運行層下部水機電氣廊道尺寸控制，并考慮其附屬設備的布置及交通要求。流道進口寬度6.457m，尾水管出口寬6.12m。由于本電站只有1臺機組，結(jié)合附屬設備、集水井及交通布置，機組端部考慮橋機起吊范圍，主機間左側(cè)端墻距機組軸線6.8m，右側(cè)端墻距機組軸線10.95m，故主機間長度為17.75m。安裝間考慮到安裝、檢修機組時，放置機組6大件[1]（發(fā)電機定子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、外配水環(huán)、內(nèi)配水環(huán)、主軸、水輪機轉(zhuǎn)子等）主要部件要求，綜合考慮橋機起吊范圍，確定安裝間長為18.23m。主機間和安裝間之間設置寬0.02m的變形縫，廠房總長度為36.00m。

由主機間機組的結(jié)構(gòu)尺寸、運行層的設備布置、起吊設備的吊鉤限制線、交通通道布置等要求[2]，確定主廠房凈寬為13.0m；考慮主廠房排架柱尺寸，主廠房寬度為16.2m；機組軸線至主廠房上游側(cè)11.4m，機組軸線至主廠房下游側(cè)4.8m。

3.1.2 廠房主要高程確定

經(jīng)過調(diào)節(jié)保證計算，并滿足尾水管負壓不超過規(guī)范要求，選定水輪機安裝高程為627.60m，流道進口的尺寸為b×h=6.457m×6.99m，水輪機轉(zhuǎn)輪直徑為3.40m，尾水管出口尺寸b×h=6.12m×6.12m。為滿足機電設備的布置、操作及檢修要求，廠房底部設城門洞型廊道，底高程為622.40m，廊道寬度2.75m，最高處3.5m。廠房的滲漏集水井和檢修集水井的底板高程為621.90m。綜合考慮流道頂板結(jié)構(gòu)厚度及主、副廠房高程銜接要求，確定流道頂板即運行層高程為633.50m；由于安裝間在原渠道右側(cè)的渠堤上，同時距離原水庫大壩下游壩坡較近，為減少對壩體安全的影響以及減少石方開挖，確定安裝間地面高程為638.00m；安裝間上部空間尺寸是考慮安裝場吊車起吊高度確定，電站廠房設1臺QD50/20t的電動橋式起重機，跨度13.00m，軌頂高程受起吊發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸高度控制，確定為647.95m；根據(jù)橋式起重機尺寸、運行及廠房照明布置要求，確定廠房梁底高程為651.80m。

3.2 主廠房布置

主機間安裝1臺燈泡式貫流水輪發(fā)電機組，水輪發(fā)電機組置于過水流道內(nèi)，順水流方向依次為進口段、座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪室和尾水管段。

座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪室段尺寸取決于機組運行、安裝和檢修要求，其底高程624.105m，最大高度6.99m，機組底廊道底高程622.40m，考慮結(jié)構(gòu)尺寸，廠房建基最低高程621.00m，流道頂板內(nèi)布設有電纜溝，流道頂板面高程633.50m。主機間寬為16.2m，安裝1臺起重量為50/20t的橋式起重機，跨度為13.0m，軌頂高程為647.95m。主廠房吊車梁采用焊接“工”字型鋼吊車梁。主廠房屋頂采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋頂，屋頂結(jié)構(gòu)高程653.00m。

主機間發(fā)電運行層高程為633.50m，布置有調(diào)速器、機旁屏及油壓裝置控制屏等設備。運行層內(nèi)布置有發(fā)電機引出線電纜溝、油氣水管溝和機組進入孔及供機組安裝檢修用的發(fā)電機吊物孔和水輪機吊物孔。在運行層右側(cè)上游布設一部鋼梯，連通運行層和安裝間地面。高位油箱布置在主機間左端下游框架柱上的懸挑板上，懸挑板頂高程644.60m。

尾水管段流道出口底板高程624.54m，出口斷面為6.12m×6.12m（b×h），流道末端布置一扇事故檢修門。尾水平臺高程為637.80m，尾水平臺順水流向長10.78m，垂直水流方向?qū)?0m。尾水平臺上設尾水閘房。

安裝間位于主機間右側(cè)，地面高程638.00m。安裝間與主機間同寬，長18.23m，供機組設備組裝檢修。進廠大門設在安裝間的右側(cè)，與回車場連通。

3.3 副廠房布置

副廠房按其所在位置分為尾水副廠房和安裝間副廠房。

尾水副廠房位于主機間下游，尾水管頂板高程632.50m以上，共分兩層。底層高程632.50m，主要布置有空壓機、檢修排水泵管等；上層底高程638.00m，為電氣設備布置層，主要布置有勵磁變、高壓開關柜、廠用變等，副廠房屋頂高程642.20m。在尾水副廠房右端下游側(cè)設有6.04m×2.5m的樓梯井，設現(xiàn)澆混凝土樓梯，作為廊道底高程622.40至電氣設備層高程638.00m的垂直交通通道。在副廠房的下游側(cè)設安全出口。

安裝間副廠房布置在安裝間下游側(cè)，地面高程為638.00m，和安裝間高程相同。主要布置中央控制室和電纜溝。副廠房右側(cè)設安全出口。

3.4 廠房基礎及邊坡處理設計

3.4.1 廠房基礎開挖

根據(jù)地質(zhì)條件、廠房布置與結(jié)構(gòu)尺寸等因素，確定廠房基礎開挖深度與邊坡坡度。廠房主機段建基面坐落于原渠道渠底以下9m處的弱風化基巖上，安裝間建基面處于原渠道右側(cè)渠堤的弱風化基巖上，基巖巖性為石英片巖及侵入的石英安山巖脈，工程地質(zhì)條件較好。根據(jù)地質(zhì)資料和施工條件，廠房基礎開挖邊坡均為臨時邊坡，坡比為1∶0.3。

3.4.2 廠區(qū)邊坡設計

廠區(qū)開挖永久邊坡最高約3.5m，主要是強風化～弱風化巖石，巖石完整，開挖邊坡1∶0.5，在巖石破碎段，用混凝土進行噴護；地下水位以下邊坡設排水管，邊坡底部設排水溝，和廠區(qū)排水形成完整的排水系統(tǒng)。

3.5 永久變形縫設計

本電站只有1臺機組，因主機間和安裝間的建基面高程相差較大，故主機間和安裝間之間設永久變形縫[3]。主機間與安裝間之間在高程638.00m以下變形縫縫寬20mm，變形縫中設置銅片止水，填縫材料為閉孔塑料板；高程638.00m以上變形縫縫寬120mm。

4 結(jié)語

闊克塔勒水電站是新疆修建的第一座燈泡貫流式水電站。本貫流式電站因機組前設53.6m長的引水管道，有別于國內(nèi)其它貫流式電站，有其特殊性。本電站的建成運行，將填補燈泡貫流式水電站在新疆水利工程建設上的空白，為今后同類電站的設計和建設積累寶貴的經(jīng)驗。

[1] 沙錫林.貫流式水電站[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[2] 顧鵬飛，喻遠光.水電站廠房設計[M].北京：水利電力出版社，1987.

[3]SL266-2001，水電站廠房設計規(guī)范[S].

（責任編輯：周 群）

Design of powerhouse equipped with bulb turbine generator unit

TONG Liang
（Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute of Xinjiang，Urumqi 830000，China）

Kuoketale hydropower project is the first power station equipped with bulb turbine generator units in Xin?jiang by use of the water head between reservoir and stilling pond at the inlet of overall trunk channel.Combined with the features of this project，an introduction was made on the key points of powerhouse design，including the layout of powerhouse，determination of main dimensions，treatment measures of foundation and bank slope.

Diversion type；bulb turbine；powerhouse；design

TV731

B

1003-1510（2016）05-0036-03

2016-08-17

童 亮（1985-），男，陜西洋縣人，新疆水利水電勘測設計研究院工程師，學士，從事水利水電工程設計工作。