莫莫克水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)

黃志明

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程地理位置與概況

莫莫克水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)，具體在喀什地區(qū)葉城縣境內(nèi)的提孜那甫河山區(qū)河段區(qū)域。該工程主要承擔(dān)發(fā)電、防洪、灌溉任務(wù)。工程設(shè)計(jì)的水庫(kù)為中(3)型，0.93億m3總庫(kù)容，1 873.00 m死水位，1 894.00 m正常蓄水位，26 MW總裝機(jī)容量。工程每年可以輸送7 768萬(wàn)度電給電網(wǎng)，改善當(dāng)?shù)匕l(fā)展中對(duì)電能的要求。

工程主要有：泄洪洞、攔河水壩、發(fā)電引水洞、溢洪道、生態(tài)過(guò)魚(yú)設(shè)施及電站廠房等。攔河大壩形式為瀝青混凝土心墻壩，壩高最大為75.00 m。地震設(shè)防烈度Ⅷ度。

2 工程任務(wù)和規(guī)模

根據(jù)項(xiàng)目工程的概況和位置，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于工程的總體任務(wù)和規(guī)模設(shè)計(jì)闡述如下。

2.1 項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)

建設(shè)任務(wù)為：防洪、灌溉兼顧發(fā)電。

2.2 設(shè)計(jì)水平年和設(shè)計(jì)保證率

設(shè)計(jì)水平年：現(xiàn)狀年為2017年，規(guī)劃設(shè)計(jì)水平年為2030年。設(shè)計(jì)保證率：工程電站設(shè)計(jì)90%保證率，節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)85%保證率。

2.3 綜合利用要求

2.3.1 防洪

通過(guò)對(duì)提孜那甫河防洪工程現(xiàn)狀、防洪保護(hù)對(duì)象及防洪標(biāo)準(zhǔn)分析，提孜那甫河重要保護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，其余保護(hù)對(duì)象和鄉(xiāng)村及農(nóng)田防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，設(shè)計(jì)水平年隨著下游堤防工程的建設(shè)，莫莫克水庫(kù)壩址斷面河道安全泄量638 m3/s，因此需通過(guò)莫莫克水庫(kù)調(diào)節(jié)將提孜那甫河20 a一遇洪水削減至10 a一遇。采用水庫(kù)“砍平頭”調(diào)度運(yùn)用方式，提孜那甫河防洪保護(hù)對(duì)象按照10 a一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析計(jì)算，所需防洪庫(kù)容為411萬(wàn)m3。莫莫克水利樞紐防洪庫(kù)容運(yùn)用時(shí)間為每年6、7、8三個(gè)月。

2.3.2 灌溉

設(shè)計(jì)水平年2030年，根據(jù)提孜那甫河流域灌區(qū)水資源供需分析計(jì)算(P=75%)結(jié)果，求得莫莫克壩址斷面灌區(qū)灌溉缺水量為4 948.13萬(wàn)m3，缺水區(qū)域主要在葉城灌區(qū)，缺水月份集中在4月和5月。由調(diào)節(jié)庫(kù)容頻率排頻確定提孜那甫河灌區(qū)在壩址斷面的調(diào)節(jié)庫(kù)容為4 957萬(wàn)m3(未計(jì)入水量損失)，經(jīng)長(zhǎng)系列徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，需莫莫克水利樞紐灌溉調(diào)節(jié)庫(kù)容5 256萬(wàn)m3(計(jì)入水量損失)。

2.3.3 發(fā)電

莫克水利樞紐具有較大庫(kù)容，一定水頭，工程在滿足防洪與灌溉任務(wù)之后具備兼顧發(fā)電的能力。工程不設(shè)發(fā)電庫(kù)容，根據(jù)防洪要求和農(nóng)業(yè)灌溉用水過(guò)程進(jìn)行發(fā)電。電站裝機(jī)容量26 MW，多年平均年發(fā)電量7 768萬(wàn)kW·h，到設(shè)計(jì)水平年2030年其電力電量完全可以被喀克電網(wǎng)消納，電站在系統(tǒng)基荷運(yùn)行。

2.4 電站裝機(jī)容量選擇

根據(jù)莫莫克水利樞紐的任務(wù)、動(dòng)能特性及莫莫克水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能，擬定20、23、26、29 MW和32 MW五組裝機(jī)方案。裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)在2 400-3 600 h之間。通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，推薦裝機(jī)容量為26 MW，多年平均有效年發(fā)電量7 768萬(wàn)kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)2 988 h。

3 工程布置及主要建筑物

3.1 地震烈度

根據(jù)新疆防御自然災(zāi)害研究所2019年4月《新疆莫莫克水利樞紐工程地震危險(xiǎn)性分析報(bào)告》以及《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，壩址區(qū)地震基本烈度值為Ⅷ度，本工程建筑物抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，工程設(shè)防烈度為Ⅷ度，地震反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震動(dòng)峰值加速度值采用216.10 gal。

3.2 主要建筑物

根據(jù)壩線、壩型及樞紐布置比選，此階段推薦上壩線瀝青混凝土心墻壩方案。根據(jù)上壩線庫(kù)區(qū)的地形、地質(zhì)條件，樞紐由瀝青混凝土心墻壩、表孔溢洪道、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水洞及電站廠房等建筑物組成。在整個(gè)河谷布置心墻壩，溢洪道布置在左岸緊靠壩肩布置，泄洪沖沙洞布置于河床右岸，發(fā)電引水系統(tǒng)布置泄洪沖沙洞的右側(cè)，發(fā)電廠房為岸邊式地面廠房。

3.3 邊坡工程

3.3.1 邊坡工程級(jí)別

邊坡工程所處位置主要為大壩右岸壩肩邊坡、溢洪道泄槽邊坡、發(fā)電洞及泄洪沖沙洞聯(lián)合進(jìn)水口邊坡、發(fā)電洞出口邊坡、泄洪沖沙洞出口邊坡。

3.3.2 邊坡處理

大壩右岸邊坡、溢洪道泄槽邊坡、發(fā)電洞及泄洪沖沙洞聯(lián)合進(jìn)水口邊坡、發(fā)電洞出口邊坡、泄洪沖沙洞出口邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

右岸邊坡普遍較高，礫巖屬軟巖，容易受降水和雨霧影響從而產(chǎn)生軟化及表層剝落，本身抗沖刷能力較差，因此適當(dāng)增加防護(hù)處理措施。

3.3.3 生態(tài)放水建筑物

考慮下游生態(tài)用水要求，在下游河道廠房右側(cè)布置生態(tài)放水管。位于1#支管(樁號(hào)發(fā)0+388.917)處通過(guò)球形岔管連接生態(tài)放水管，當(dāng)機(jī)組全部檢修時(shí)打開(kāi)工作閥，將生態(tài)流量放入下游河道。

3.4 過(guò)魚(yú)建筑物

根據(jù)主要建筑物的特性及布置方案，莫莫克水利樞紐過(guò)魚(yú)設(shè)備采用“集誘魚(yú)系統(tǒng)+運(yùn)輸車(chē)+投放系統(tǒng)”的方式過(guò)魚(yú)，過(guò)魚(yú)設(shè)施布置在廠房尾水反坡右側(cè)，共設(shè)置兩個(gè)進(jìn)口，其工作原理為：從生態(tài)放水管引入一定流量的水，經(jīng)閥門(mén)調(diào)流消能后注入消力池，從消力池流出的水仍具有一定的動(dòng)能，經(jīng)集魚(yú)池、從誘魚(yú)道流出，使誘魚(yú)道內(nèi)產(chǎn)生約0.60 ～1 m/s的流速，魚(yú)類(lèi)逆流而上，沿誘魚(yú)道進(jìn)入集魚(yú)池。將集魚(yú)斗停放于集魚(yú)池底部，通過(guò)移動(dòng)集魚(yú)柵，將進(jìn)入集魚(yú)池內(nèi)的魚(yú)類(lèi)趕至集魚(yú)斗上方，通過(guò)提升集魚(yú)斗，將魚(yú)類(lèi)集中至集魚(yú)斗內(nèi)。將集魚(yú)斗提升至運(yùn)魚(yú)車(chē)上，通過(guò)運(yùn)魚(yú)車(chē)將集魚(yú)斗拉至上游投放點(diǎn)后投入天然河道。

4 工程電氣方案設(shè)計(jì)

4.1 工程接入系統(tǒng)

根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)地區(qū)用電負(fù)荷情況，電站擬以110 kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，出線2回，其中1回出線至柯克亞變，距離約為42.30 km，導(dǎo)線選用JL/G1A-240。1回備用。

4.2 電氣主接線

4.2.1 發(fā)電機(jī)側(cè)接線方案

裝機(jī)容量為2×10+2×3 MW，發(fā)電機(jī)額定電壓為10.5 kV，額定功率因數(shù)0.80，電站總裝機(jī)容量和單機(jī)容量在當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)中所占比例不大，發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線選擇擴(kuò)大單元接線，接線設(shè)備投資較低，且其接線簡(jiǎn)單清晰，運(yùn)行靈活可靠，完全滿足本電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求。

4.2.2 110 kV升高電壓側(cè)

此電站地震基本烈度均為Ⅶ度，抗震設(shè)計(jì)烈度為Ⅷ度，且工程地處多風(fēng)沙地區(qū)，環(huán)境比較惡劣。110 kV配電裝置可選用戶內(nèi)GIS設(shè)備和戶外敞開(kāi)式設(shè)備。根據(jù)電站廠區(qū)布置情況，廠房?jī)蓚?cè)邊坡比較陡峭，不適合布置敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)站，廠房對(duì)岸管理區(qū)處較為平坦，適合布置敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)站，面積約60 m×60 m，距離廠房約400 m。變壓器布置在電站廠房側(cè)，并相應(yīng)增加110 kV架空線路投資50萬(wàn)元。GIS采用室內(nèi)布置，減少了開(kāi)關(guān)站開(kāi)挖量，且設(shè)備布置緊湊，比戶外敞開(kāi)式布置節(jié)省約198萬(wàn)元左右。故GIS方案在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)，故110 kV高壓側(cè)配電裝置推薦采用GIS方案?？紤]到水電站110 kV側(cè)進(jìn)出線回路數(shù)不多，110 kV出線側(cè)設(shè)備采用GIS設(shè)備，設(shè)備故障概率很低，可靠性高，單母線接線完全滿足電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求，故110 kV側(cè)采用單母線接線。

4.3 主要電氣設(shè)備布置

廠房布置方案：主機(jī)間尺寸(長(zhǎng)×寬)為66.92 m×17.70 m，主廠房布置四臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)層高程為1 847.90 m，上游側(cè)設(shè)置機(jī)電屏、機(jī)組LCU屏、制動(dòng)屏、發(fā)電機(jī)保護(hù)屏、勵(lì)磁屏等。水輪機(jī)層高程為1 841.80 m，上游側(cè)設(shè)置調(diào)速器電控柜、調(diào)速器油泵控制屏、蝶閥控制屏。

副廠房布置在主廠房上游側(cè)，與主廠房同長(zhǎng)，寬11.40 m。一次副廠房分為四層，一層為副廠房水輪機(jī)層，高程為1 842.90 m，布置發(fā)電機(jī)出口柜、勵(lì)磁變、電纜橋架等設(shè)備。二層為副廠房發(fā)電機(jī)層，高程為1 847.90 m，布置交接班室、中控室、繼保間、蓄電池室、通信室、0.40 kV廠用電室、通風(fēng)室等。三層為副廠房GIS電纜夾層，高程為1 852.90 m，布置有電纜橋架，GIS主變出線等設(shè)備。副廠房上游側(cè)布置主變平臺(tái)，高度為1 847.90 m，主變周?chē)O(shè)置圍欄，高度≥1 700 mm。

綜上所述，針對(duì)電站工程容量和地理位置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中參考實(shí)際情況進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線選擇擴(kuò)大單元接線，110 kV采用單母線接線方式，確保工程滿足需求的情況下，也提高了工程的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語(yǔ)

莫莫克水利樞紐是《新疆葉爾羌河流域規(guī)劃報(bào)告》確定建設(shè)的控制性樞紐工程，文章介紹了工程設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)，特別針對(duì)電站廠區(qū)的實(shí)際地理情況，對(duì)電氣設(shè)備布置和接線進(jìn)行了對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)，很好地完成了工程需求。此工程報(bào)告已通過(guò)上級(jí)水利部門(mén)驗(yàn)收，進(jìn)入建設(shè)階段，可為同類(lèi)工程設(shè)計(jì)中提供參考。