上亭水庫(kù)工程發(fā)電廠房布置與優(yōu)化

孫祖金，蔡黎明，楊 超

（1.望謨縣水務(wù)局，貴州 望謨325200；2.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州510610）

發(fā)電廠房型式為引水式壩后地面廠房，位于上亭水庫(kù)工程大壩下游右岸，距壩軸線約29.645m。廠內(nèi)設(shè)有1臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量400kW，保證出力430kW，多年平均發(fā)電量106萬(wàn)kW·h。水庫(kù)正常蓄水位499.0m，死水位487.0m。

廠區(qū)主要建筑物包括：主廠房、副廠房、安裝間、尾水渠等。廠房臨水側(cè)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，背水側(cè)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

1 廠區(qū)方案選定及布置特點(diǎn)

上亭水庫(kù)工程右岸山體較為陡峻。為增加廠房的安全性，對(duì)大壩下游廠房后邊坡采用掛網(wǎng)加客土噴播植草支護(hù)方案，實(shí)踐表明治理效果較好，詳見(jiàn)圖1。

圖1 廠房后邊坡支護(hù)效果圖

該邊坡支護(hù)方案不僅起到了較好的支護(hù)效果，而且與原支護(hù)方式噴混凝土支護(hù)相比，具有綠色環(huán)保的效果和發(fā)揮了一定的觀賞價(jià)值，提高了廠房工作環(huán)境的舒適度。

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合引水鋼管布置情況，考慮消能設(shè)施對(duì)廠房的影響等因素，選定右岸壩后地面廠房廠位與河道方向一致的方案布置，詳見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)電廠房平面布置圖

該方案具有以下特點(diǎn)：廠區(qū)平行等高線布置，安裝間側(cè)地勢(shì)較低，該部位開(kāi)挖量相對(duì)較小，開(kāi)挖邊坡相對(duì)容易；引水、放空兼發(fā)電壩段可以直接與廠房相連，引水鋼管布置較順暢；廠房尾水出水方向與河道方向一致，泄洪水流對(duì)廠房尾水無(wú)影響。綜合以上諸多因素，為盡量縮短引水鋼管長(zhǎng)度，減少?gòu)S房基礎(chǔ)開(kāi)挖工程量，選定廠區(qū)方案為右岸引水式壩后地面廠房。

引水式壩后地面廠房廠址位于大壩下游右岸，距離壩軸線29.645m。主廠房尺寸16.0m×11.5m（長(zhǎng)×寬），安裝間位于主廠房?jī)?nèi)，廠內(nèi)裝有1臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量400kW，水輪機(jī)安裝高程471.30m，單機(jī)引用流量1.798m3/s。廠房布置具有以下特點(diǎn)：

（1）上亭水庫(kù)工程有供水、灌溉的功能，因此引水發(fā)電鋼管在副廠房基礎(chǔ)內(nèi)以“岔管”形式引出廠房與供水、灌溉用玻璃鋼夾砂管相連，并在銜接端附近以“岔管”形式引出放空鋼管接入放空錐形閥閘閥室內(nèi)，滿足水庫(kù)放空需要。

（2）生態(tài)環(huán)境需要引用流量0.1m3/s，同時(shí)廠房單機(jī)引用流量比生態(tài)放流流量大得多，在枯水期發(fā)電合理性不足，因此在廠房上游側(cè)設(shè)置一生態(tài)放流管，從引水發(fā)電鋼管以“岔管”形式引出接入放空錐形閥閘閥室內(nèi)，滿足生態(tài)放流下泄流量要求。

（3）機(jī)組油壓裝置及調(diào)速器布置在發(fā)電機(jī)層，使主機(jī)間發(fā)電機(jī)層設(shè)備較為集中，運(yùn)行管理人員工作更便捷。

（4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，開(kāi)挖高程應(yīng)坐落在弱風(fēng)化線之下0.5～1m，據(jù)此計(jì)算的機(jī)組安裝高程為471.30m。若降低機(jī)組安裝高程，則底板開(kāi)挖加大，廠房邊坡高度增加，增加投資。若抬高機(jī)組安裝高程，因廠房基礎(chǔ)需坐落在弱風(fēng)化巖石上，底板開(kāi)挖高程不變，但上部回填混凝土量增加。經(jīng)計(jì)算確定，機(jī)組安裝高程為471.30m時(shí)較為合適。因此，確定471.30m為機(jī)組的安裝高程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖情況，實(shí)現(xiàn)了較為經(jīng)濟(jì)的預(yù)期效果。

綜上所述，上亭水庫(kù)工程樞紐布置的實(shí)際情況，導(dǎo)致發(fā)電廠房的廠區(qū)空間相對(duì)狹小。在不影響發(fā)電廠房功能使用及運(yùn)行管理人員工作環(huán)境的前提下，廠區(qū)布置盡可能提高緊湊度，廠內(nèi)布置上盡量?jī)?yōu)化，在細(xì)節(jié)上進(jìn)行合理的考量。

2 發(fā)電廠房主要尺寸的確定

發(fā)電廠房共設(shè)置一臺(tái)機(jī)組，兩臺(tái)調(diào)流閥，平行布置。根據(jù)機(jī)組和調(diào)流閥的控制尺寸，確定機(jī)組與調(diào)流閥之間的間距為3m，兩臺(tái)調(diào)流閥的間距為2m。機(jī)組中心至端墻內(nèi)側(cè)距離為3.46m?？紤]到機(jī)組和調(diào)流閥的檢修要求，確定安裝間長(zhǎng)度為3.5m，廠房總長(zhǎng)度為16.0m。

主廠房寬度取決于主閥、機(jī)組、調(diào)速器及電氣屏柜的布置及安裝需要，結(jié)合廠房結(jié)構(gòu)的考慮，主廠房寬度定為11.5m，懸掛式起重機(jī)跨度為6.0m。

副廠房寬度取決于高壓柜、主變壓器和低壓屏的布置及安裝需要，結(jié)合廠房機(jī)構(gòu)的考慮，副廠房寬度定為6.9m，副廠房為兩層。

發(fā)電廠房設(shè)置1個(gè)安裝間，在廠房右端。安裝場(chǎng)的地面高程為471.80m，可滿足一臺(tái)機(jī)組發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等安裝檢修及車(chē)輛進(jìn)廠裝卸貨物的要求，因此可以確定安裝場(chǎng)長(zhǎng)度為3.5m，寬度與主機(jī)間寬度一致，均為11.5m。安裝間高程與室外高程相同，為471.80m，外有公路直接至安裝場(chǎng)。

根據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及機(jī)電設(shè)備布置情況，各特征高程見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電廠房特征高程統(tǒng)計(jì)表

3 發(fā)電廠房布置[1-6]

發(fā)電運(yùn)行層自左至右分別布置水輪發(fā)電機(jī)組、小調(diào)流閥、大調(diào)流閥。機(jī)組上游側(cè)布置進(jìn)水主閥，下游側(cè)布置調(diào)速器。大壩左岸布置柴油機(jī)備用電源房，尺寸5m×3m（長(zhǎng)×寬）。

副廠房一層布置高壓柜、主變壓器和低壓控制柜。副廠房二層設(shè)置中控室及辦公室。中控室內(nèi)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)、公用綜合屏、直流充電控制屏、電池屏等。

為了機(jī)組檢修、安裝，主機(jī)間設(shè)置一臺(tái)起重量為5t，跨度：Lk＝6.0m單梁懸掛式起重機(jī)一臺(tái)，梁底高程為486.20m。

尾水建筑物由混凝土尾水管、尾水渠道及兩側(cè)混凝土擋墻組成，尾水管底板高程為465.68m，尾水渠底寬8.3m，尾水渠自尾水管出口向河道下游延伸約45.0m與主河道相接。尾水渠兩側(cè)設(shè)有尾水渠擋墻。尾水渠右擋墻與山坡之間回填石渣形成進(jìn)場(chǎng)公路。

油浸式變壓器戶外使用較多，其電壓等級(jí)可以做的很高，價(jià)格低且占地面積小，不足之處是易漏油、發(fā)生故障時(shí)易污染環(huán)境。干式變壓器同油浸式變壓器相比較具有以下突出優(yōu)勢(shì)：（1）干式電力變壓器可以避免因運(yùn)行中發(fā)生故障而導(dǎo)致變壓器滲漏油發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。干式變壓器絕緣材料均為難燃材料，即便運(yùn)行中變壓器發(fā)生故障而引發(fā)火災(zāi)或有外來(lái)火源，也不會(huì)擴(kuò)大火災(zāi)災(zāi)情。（2）干式電力變壓器不存在滲漏油問(wèn)題，更無(wú)變壓器老化等問(wèn)題。通常干式電力變壓器運(yùn)行維護(hù)和檢修工作量較小，甚至可以實(shí)現(xiàn)免維修。（3）干式電力變壓器一般為戶內(nèi)式裝置，對(duì)特殊需要的場(chǎng)所亦可制成為戶外式。對(duì)戶內(nèi)式而言，可以和開(kāi)關(guān)柜安裝于同一室內(nèi)，也可以和開(kāi)關(guān)柜共用一個(gè)外殼，進(jìn)而減少安裝面積，節(jié)約空間，提高空間利用率。（4）干式電力變壓器因?yàn)闊o(wú)油，故所屬附件較少，沒(méi)有儲(chǔ)油柜、安全氣道和油門(mén)等不易維護(hù)的部件，也不存在密封性不好等問(wèn)題。

干式變壓器不僅具有以上優(yōu)勢(shì)，還具有無(wú)污染、抗短路能力強(qiáng)、損耗低、防潮、體積小、重量輕、安裝方便等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠房。因此，本工程采用干式變壓器，布置于副廠房一層。變壓器布置在室內(nèi)，不僅優(yōu)化了廠區(qū)布置，還提高了運(yùn)行維護(hù)的安全性、便捷性、實(shí)用性。

4 結(jié)束語(yǔ)

上亭水庫(kù)工程發(fā)電廠房設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)處理方面具有獨(dú)到之處。廠房后邊坡支護(hù)上采用掛網(wǎng)加客土噴播植草的方式，具有美觀、節(jié)約成本、提高觀賞價(jià)值的特點(diǎn)。廠內(nèi)交通便利，發(fā)電廠房?jī)H設(shè)置1部樓梯，就可以實(shí)現(xiàn)將主機(jī)間、安裝間、副廠房各層完整地聯(lián)系到一起；主廠房將機(jī)組的調(diào)速器及油壓裝置安排在發(fā)電機(jī)層，便于設(shè)備運(yùn)行管理維護(hù)。截至目前，發(fā)電廠房機(jī)組已安裝調(diào)試完畢，空載試運(yùn)行正常，運(yùn)行管理人員工作環(huán)境較為舒適。實(shí)踐表明，上亭水庫(kù)工程發(fā)電廠房設(shè)計(jì)是卓有成效的。