老撾南歐江二級(jí)水電站引水發(fā)電建筑物設(shè)計(jì)

溫麗麗，程　鵬，于文江

(1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051；2.老撾南歐江流域發(fā)電有限公司，老撾瑯勃拉邦)

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老撾南歐江二級(jí)水電站引水發(fā)電建筑物設(shè)計(jì)

溫麗麗1，程鵬1，于文江2

(1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051；2.老撾南歐江流域發(fā)電有限公司，老撾瑯勃拉邦)

老撾南歐江二級(jí)水電站是閘壩式發(fā)電樞紐，具有低水頭、大流量的特點(diǎn)，為河床式水電站，其引水發(fā)電系統(tǒng)主要由攔沙壩、進(jìn)水口、貫流機(jī)組流道、尾水渠等建筑物組成。通過(guò)介紹引水發(fā)電建筑物的設(shè)計(jì)情況，總結(jié)其布置特點(diǎn)，為后續(xù)同類工程設(shè)計(jì)提供參考。

引水發(fā)電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；布置；南歐江二級(jí)水電站

1　工程概況

南歐江二級(jí)水電站位于老撾瑯勃拉邦省境內(nèi)南歐江下游河段上,為南歐江干流七級(jí)開(kāi)發(fā)方案的第二級(jí)(自下而上)，為二等大(2)型工程。開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站總裝機(jī)容量120 MW，多年平均年發(fā)電量4.84億kW·h。工程采用堤壩式開(kāi)發(fā)，樞紐主要建筑物包括混凝土閘壩、河床式廠房、兩岸非溢流壩段。主要建筑物(擋水、泄洪和引水發(fā)電建筑物)級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為4級(jí)。工程的擋水、泄洪建筑物及河床式電站廠房按100年一遇洪水設(shè)計(jì)(Qp=12 100 m3/s，P=1%)，1 000年一遇洪水校核(Qp=17 400 m3/s，P=0.1%)，消能防沖建筑物按50年一遇洪水設(shè)計(jì)。

2　樞紐總體布置

樞紐建筑物按“一”字形布置，左岸布置泄洪沖沙閘壩段，河床部位布置進(jìn)水口和河床式廠房，兩岸岸坡布置非溢流壩段。

擋水建筑物為混凝土閘壩，最大壩高52 m，壩頂長(zhǎng)300 m，壩頂高程330.00 m。左岸非溢流壩段長(zhǎng)24 m，右岸非溢流壩段長(zhǎng)45 m，泄洪沖沙壩段長(zhǎng)141 m，河床式廠房壩段長(zhǎng)54 m，安裝間壩段長(zhǎng)36 m。

泄水建筑物位于河床左岸，由5孔15 m×20 m(寬×高)泄洪沖沙閘和2孔15 m×20 m(寬×高)泄洪閘組成。5孔泄洪沖沙閘位于左岸階地，主要承擔(dān)汛期泄洪沖沙任務(wù)，能下泄100年一遇的洪水；2孔泄洪閘位于河床中部緊靠廠房，主要承擔(dān)泄水任務(wù)，能獨(dú)立下泄5年一遇的洪水。閘孔堰頂高程305.00 m，每個(gè)閘孔堰上設(shè)有1道工作門，并在工作門上游設(shè)1道檢修門，工作門采用平板閘門，由固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉，檢修門采用平板疊梁門，由門機(jī)啟閉。泄洪沖沙閘后接約60 m長(zhǎng)的消力池，底板高程298.00 m，池底寬分別為91、34 m，底板厚2 m，底板上設(shè)置排水孔和錨筋樁。

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在主河床右側(cè)部位，由攔沙壩、電站進(jìn)水口、主廠房、安裝場(chǎng)、副廠房、開(kāi)關(guān)站(GIS樓)、尾水渠、至尾水平臺(tái)通道等建筑物組成。攔沙壩位于最前部，由二期上游橫向圍堰與上游混凝土縱向圍堰改造而成。廠房壩段上游迎水面寬90 m(其中主機(jī)段長(zhǎng)54 m，安裝場(chǎng)段長(zhǎng)36 m)，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)71.5 m。

3　引水發(fā)電系統(tǒng)布置

3.1電站進(jìn)水口

電站進(jìn)口建筑物包括上游攔沙壩和進(jìn)水口等組成。

(1)攔沙壩布置在廠房及6～7號(hào)泄洪閘前約89.5 m處(從攔沙壩軸線至壩軸線)，由二期上游橫向圍堰與上游混凝土縱向圍堰改造而成，橫河向總長(zhǎng)166 m。通過(guò)攔沙壩頂高程的敏感性水工模型試驗(yàn)，確定了313.0 m高程為最優(yōu)，頂部最大流速控制在5m以下，可用較為簡(jiǎn)單的工程措施防護(hù)?？v向圍堰為混凝土圍堰，僅需從321.00 m高程拆除至313.00 m即可；二期橫向圍堰為粘土心墻壩，后期改造時(shí)上游面采用了大塊石護(hù)坡；攔沙壩壩頂采用了0.6 m厚的鋼筋混凝土面板防護(hù)；下游面采用0.3 m厚的掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)。

(2)電站進(jìn)水口與攔污設(shè)施分離式布置，攔污柵設(shè)在廠房進(jìn)水口前自成體系。柵后各臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口之間形成相通的前池，可減少由于某孔攔污柵因堵塞而造成對(duì)應(yīng)機(jī)組的出力影響。電站進(jìn)水口底板高程288.265 m，進(jìn)水口平臺(tái)高程330.00 m。進(jìn)水口前沿設(shè)6道垂直攔污柵，柵孔尺寸為5.8 m×41.4 m(寬×高)。流道進(jìn)口布置3扇平板檢修閘門門槽，孔口尺寸為13.5 m×16.5 m(寬×高)，檢修閘門采用壩頂雙向門機(jī)啟閉。

3.2主、副廠房

主廠房由主機(jī)間和安裝場(chǎng)組成，尺寸為90 m×21.7 m×53 m(長(zhǎng)×寬×高)，共安裝3臺(tái)40 MW的貫流式機(jī)組，主機(jī)間內(nèi)各機(jī)組段成獨(dú)立單元布置，彼此間設(shè)伸縮縫分開(kāi)，即為單縫布置，機(jī)組間距18 m，主機(jī)段長(zhǎng)54 m，機(jī)組安裝高程295.40 m。

廠房流道由進(jìn)口段、管形殼段和尾水管段組成，進(jìn)口流道凈尺寸為13.5 m×16.5 m(高×寬)，進(jìn)口底板高程288.265 m，滲漏排水廊道處基礎(chǔ)最低高程281.50 m。運(yùn)行層高程307.40 m，安裝層高程312.90 m，廠頂高程受140/50 t橋吊起吊高度控制，橋機(jī)軌頂高程為328.90 m。屋面結(jié)構(gòu)采用輕型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，頂部控制高程為334.00 m。下游最高尾水位(P=0.1%)為324.764 m，考慮泄洪建筑物泄洪和風(fēng)浪影響，尾水平臺(tái)高程為325.00 m。尾水管底板高程為291.05 m，尾水管建基面高程為278～288.1 m，尾水管段長(zhǎng)28.3 m，出口尺寸11.47 m×8.7 m(寬×高)，每臺(tái)機(jī)設(shè)置1扇尾水事故門，事故門孔口尺寸11.47 m×8.7 m(寬×高)，采用移動(dòng)臺(tái)車啟閉。

安裝場(chǎng)布置在主廠房右端，與主機(jī)間設(shè)伸縮縫分開(kāi)，安裝場(chǎng)長(zhǎng)36 m，凈寬20 m，安裝場(chǎng)機(jī)組安裝期間放置發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、燈泡頭、主軸及外配水環(huán)等，安裝場(chǎng)與主廠房地面同高程，為312.90 m。

副廠房設(shè)有4處：①位于安裝場(chǎng)下方，布置排水泵房；②位于安裝場(chǎng)上游側(cè)，垂直運(yùn)輸孔左側(cè)，共一層，高程為312.90 m，布置油處理室、透平油罐室；③位于安裝場(chǎng)下游側(cè)，為中控樓，共分3層，高程分別為313.20、317.00 m和320.00 m，布置蓄電池室、中控室、會(huì)議室、通信室、繼電保護(hù)盤室等；④位于主機(jī)段廠房下游，利用長(zhǎng)尾水管上部空間，從下至上共分4層，高程分別為302.40、307.40、312.90 m和325.30 m，技術(shù)供水設(shè)備布置在底層，廠用電設(shè)備室布置在第2層，主變室布置在第3層，緊靠主機(jī)間下游側(cè)325.30 m高程以上布置GIS。下游副廠房共設(shè)有3部樓梯及1部電梯，分別通往水機(jī)設(shè)備操作廊道、GIS屋頂、尾水平臺(tái)。安裝間右側(cè)開(kāi)挖后石渣回填至325.00 m高程(與尾水平臺(tái)同高)，形成1個(gè)大型回車場(chǎng)，與尾水平臺(tái)相連，并設(shè)有樓梯上至330.00 m高程右岸非溢流壩段壩頂。

3.3尾水渠

尾水管底板的高程291.050 m，總長(zhǎng)約40 m，底寬60 m，以1∶2的坡度與天然河床相接，基本能保證開(kāi)挖坡度的穩(wěn)定，并且有一定的安全裕量。因?yàn)閺S房處于河床中心，兩側(cè)分別與明渠和右岸邊坡相接，因此不設(shè)邊墻，僅有底板。

3.4進(jìn)廠交通

進(jìn)廠運(yùn)輸采用安裝間壩頂垂直運(yùn)輸孔和右岸下游進(jìn)廠公路直接進(jìn)廠房?jī)煞N方式。安裝間壩頂垂直運(yùn)輸孔按大件運(yùn)輸要求確定為7 m×9 m×17.1 m(寬×長(zhǎng)×高)，大件設(shè)備由此進(jìn)入。在右岸公路分岔一條寬為6 m的尾進(jìn)廠公路至尾水平臺(tái)及GIS室，公路高程由330.00 m下至325.00 m。

4　引水發(fā)電系統(tǒng)布置的特點(diǎn)

4.1攔沙、沖沙建筑物與泄水建筑物結(jié)合布置

南歐江二級(jí)水電站機(jī)組的安裝高程僅為295.40 m，而50年天然淤沙高程為308.00 m。進(jìn)水口底板的高程遠(yuǎn)低于泄洪沖砂閘的堰頂高程(305.00 m)，泄洪閘無(wú)法將進(jìn)水口底板上的沙排走，一般要專設(shè)沖沙建筑物。但專設(shè)沖沙建筑物將增加工程投資，故南歐江二級(jí)水電站結(jié)合明渠導(dǎo)流的布置，將二期上游橫向圍堰與上游混凝土縱向圍堰僅拆除頂部至313.00 m高程并加以改造形成一個(gè)大的攔沙壩，封閉圍護(hù)廠房進(jìn)水口及兩孔泄洪閘壩段進(jìn)行擋沙，同時(shí)配套左岸的5孔泄洪閘泄水沖沙，形成一個(gè)可靠的攔沙沖沙系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)由泄洪沖沙閘將淤積的高于泄洪閘堰頂高程的泥沙排走的攔沙、沖沙功能。這種將攔沙、沖沙建筑物與泄水建筑物結(jié)合布置的設(shè)計(jì)，可以保證只要有泄水要求即可沖沙，沖沙效力大大提高，并且通過(guò)明渠將泥沙輸送到廠房下游較遠(yuǎn)處，避免了對(duì)尾水的淤積。

4.2緊湊合理的發(fā)電廠房設(shè)計(jì)

電站廠房布置在右岸主河床中，為河床式廠房，3個(gè)寬為18 m機(jī)組段分別安裝單機(jī)容量40 MW的貫流式機(jī)組，具有低水頭、大流量特點(diǎn)。安裝場(chǎng)布置在廠房的左側(cè)，升壓站布置采用室內(nèi)GIS方案，副廠房與GIS樓結(jié)合布置在主廠房下游側(cè)。整個(gè)廠房布置緊湊合理，功能完善。

單機(jī)容量40 MW的貫流式機(jī)組，具有流道形式好、尺寸小、能量指標(biāo)高、機(jī)組尺寸小、質(zhì)量輕、運(yùn)行性能好等特點(diǎn)。電氣設(shè)計(jì)充分考慮了電站的動(dòng)能特性、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)要求、樞紐總布置、廠房和配電裝置布置、地形和交通條件、設(shè)備特點(diǎn)等因素，實(shí)現(xiàn)了供電可靠、運(yùn)行靈活、檢修方便、易于擴(kuò)建、便于自動(dòng)化控制等要求。二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)按“無(wú)人值班(少人值守)”運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，具有安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的特點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境情況及工作人員生活習(xí)慣，設(shè)計(jì)廠房各房間的室內(nèi)通風(fēng)空調(diào)參數(shù)。消防設(shè)計(jì)貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的工作方針，消防車道、防火間距、安全出口、事故排煙及照明等滿足中老兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3先進(jìn)精巧的廠房尾水閘門啟閉系統(tǒng)

一般尾水事故門設(shè)計(jì)時(shí)需考慮將其吊至尾水平臺(tái)進(jìn)行檢修，故在尾水平臺(tái)需設(shè)置尾水閘門啟閉排架，但排架占用范圍較大，南歐江二級(jí)水電站最上游側(cè)邊線與下游副廠房外墻間距只有7 m，設(shè)置啟閉排架對(duì)整個(gè)尾水平臺(tái)交通影響較大，且為保證輸電線路能正常出線，需在排架頂部再設(shè)置出線架，增加了工程量，并使設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜。為此，取消了尾水平臺(tái)上部啟閉排架，將臺(tái)車置于尾水平臺(tái)上。為保證閘門正常檢修，尾水閘門鎖定平臺(tái)由原來(lái)321.0 m高程降至310.0 m高程。尾水閘墩頂部高程降至310.0 m高程，上部采用排架，排架頂高程為325.0 m。不再設(shè)置啟閉機(jī)室，2×1 600 kN的臺(tái)車式啟閉機(jī)軌道間距4.5 m，閘門門槽中心線為壩橫0+060.500，下游側(cè)軌道外側(cè)設(shè)置2 m左右的距離以保證交通需求，排架方案縮短2 m。

與一般尾水門排架的設(shè)計(jì)比較，該電站尾水閘門系統(tǒng)C30混凝土減少150 m3，底板C20混凝土減少490 m3，閘墩C25混凝土減少2 100 m3，鋼筋減少160 t，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且功能先進(jìn)，外形美觀。

4.4GIS與尾水平臺(tái)結(jié)合

南歐江二級(jí)電站位于熱帶地區(qū)，多年平均降雨量達(dá)到1 680 mm，且雨季降雨量約占全年降雨量的85%。安裝層高程在312.90 m，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)洪水位320.50 m，并不適合布置道路直接到達(dá)安裝層，故二級(jí)大件進(jìn)場(chǎng)通過(guò)上壩公路運(yùn)至壩頂垂直運(yùn)輸孔到達(dá)安裝間。

因樞紐區(qū)場(chǎng)地較為狹小，不利于室外開(kāi)關(guān)站的布置，最終采用室內(nèi)GIS方式。GIS樓布置在下游副廠房主變室上方以利于母線連接，GIS下游側(cè)即為尾水平臺(tái)?？紤]垂直運(yùn)輸孔承擔(dān)著主機(jī)大件、油氣水等設(shè)備運(yùn)輸要求，施工期運(yùn)力緊張，故結(jié)合尾水平臺(tái)高程325.00 m考慮，GIS層高程確定在325.30 m，GIS設(shè)備通過(guò)尾水進(jìn)場(chǎng)道路直接運(yùn)至GIS室。

GIS室與尾水平臺(tái)的結(jié)合有如下優(yōu)點(diǎn)：解決了樞紐區(qū)場(chǎng)地狹小的問(wèn)題；減小垂直運(yùn)輸孔以及主廠房橋機(jī)施工期運(yùn)輸壓力；無(wú)需設(shè)置主變層至GIS層的吊物孔，簡(jiǎn)化了下游副廠房的設(shè)計(jì)。

4.5中控樓精細(xì)化設(shè)計(jì)

中控樓位于安裝間壩段下游側(cè)，與安裝間下游排架間設(shè)有100 mm的結(jié)構(gòu)縫，相互獨(dú)立，互不干擾，樓頂高程325.00 m，與尾水平臺(tái)同高。中控樓下游側(cè)為主變運(yùn)輸通道以及尾水平臺(tái)進(jìn)場(chǎng)道路。

由于中控樓為電站運(yùn)行期的主要運(yùn)行管控區(qū)域，且整體位于尾水平臺(tái)以下，若如主機(jī)段尾水平臺(tái)采用全封閉設(shè)計(jì)，則不能進(jìn)行自然采光及通風(fēng)，顯得較為壓抑，不符合人性化設(shè)計(jì)要求，故中控樓與尾水平臺(tái)進(jìn)場(chǎng)道路及右側(cè)擋墻間采用L形玻璃屋頂設(shè)計(jì)，滿足自然采光要求；玻璃屋頂外挑500 mm，側(cè)邊采用柵格設(shè)計(jì)，并設(shè)有500 mm高混凝土墻，既能阻擋雨水又能滿足通風(fēng)需求。

5　結(jié)　語(yǔ)

南歐江二級(jí)水電站引水發(fā)電系統(tǒng)突破了貫流式電站專設(shè)沖沙建筑物的常規(guī)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性地改造了橫向土石圍堰為攔砂壩，主副廠房緊湊合理，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員精心選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，精細(xì)的計(jì)算，主動(dòng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路。

由于地理位置優(yōu)越，南歐江二級(jí)水電站是整個(gè)南歐江一期開(kāi)發(fā)建設(shè)的標(biāo)桿工程，也是向老撾人民展示中國(guó)企業(yè)實(shí)力的窗口工程。項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施順利，已于2015年的11月29日底實(shí)現(xiàn)首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

[1]程鵬. 老撾南歐江二級(jí)水電站樞紐布置設(shè)計(jì)綜述[J]. 云南水力發(fā)電， 2015(5)： 147- 152．

[2]程鵬. 老撾南歐江二級(jí)水電站攔沙建筑物設(shè)計(jì)[J]. 水利水電施工， 2015(5)： 42- 43．

[3]SL 265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[4]DL 5108—1999混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[5]中國(guó)水利水電科學(xué)研究院. 南歐江二級(jí)水電站樞紐區(qū)整體水工模型試驗(yàn)研究成果報(bào)告[R]. 北京： 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院， 2012．

[6]周建平， 黨林才. 混凝土壩[M]∥索麗生， 劉寧. 水工設(shè)計(jì)手冊(cè). 第2版. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2014．

[7]劉志明， 溫續(xù)余. 泄水與過(guò)壩建筑物[M]∥索麗生， 劉寧. 水工設(shè)計(jì)手冊(cè). 第2版. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2014．

[8]王仁坤， 張春生. 水電站建筑物[M]∥索麗生， 劉寧. 水工設(shè)計(jì)手冊(cè). 第2版. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2014．

[9]SL 266—2001水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[10]常士驃， 張?zhí)K民. 工程地質(zhì)手冊(cè)[M]. 第4版. 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2007．

[11]祁慶和. 水工建筑物[M]. 第3版. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 1996．

[12]李煒. 水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)[M]. 第2版. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2006．

(責(zé)任編輯焦雪梅)

Design of Diversion-Generating Structures of Nam Ou 2 Hydropower Station in Laos

WEN Lili1, CHENG Peng1, YU Wenjiang2

(1. PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China;2. Nam Ou River Basin Hydropower Co., Ltd., Luang Prabang, Laos)

The Nam Ou 2 Hydropower Station in Laos is gate-dam type power generation project with characteristic of low head and large flow. As a river-retaining type hydropower station, its diversion-generating system consists of silt trapping dam, intakes, flow channels of tubular turbines and tailrace channel. The design of diversion-generating system is introduced and the layout of structures is also summarized to provide references for similar projects．

diversion-generating system; design; layout; Nam Ou 2 Hydropower Station

2016- 03- 09

溫麗麗(1980—)，女，浙江長(zhǎng)興人，高級(jí)工程師，主要從事水工建筑物設(shè)計(jì)工作．

TV671(334)

B

0559- 9342(2016)05- 0043- 03