山秀水電站廠房布置設(shè)計

張啟奎 何來興

(廣西南寧水利電力設(shè)計院 南寧 530001)

1 概況[1]

廣西左江山秀水電站位于左江下游河段、扶綏縣城上游14km處,以發(fā)電為主,兼有航運(yùn)、電灌、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用效益,是左江綜合利用規(guī)劃中的第三梯級,距下游老口水利樞紐約60km。壩址以上流域面積為29562km2,壩址多年平均流量600m3/s,多年平均徑流量為 189.3億m3,正常水位86.5m,死水位85m,水庫總庫容為6.063億m3,電站裝機(jī)容量3×26MW,多年平均發(fā)電量3.527億k W?h。

本樞紐按庫容規(guī)模劃為Ⅱ等工程,其永久建筑物廠房上游擋水墻按2級建筑物設(shè)計,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇;廠房下游擋水部分按3級建筑物設(shè)計,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇。

2 廠房相對位置的選定

根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、交通、運(yùn)行管理、工程量及施工等條件,對左岸廠房,右岸廠房兩個樞紐布置方案進(jìn)行了綜合分析,最后推薦右岸廠房,主要原因有:①右岸靠近扶綏至崇左3級省道,對外交通方便。②從地形及水流方面看,廠房在右岸、船閘在左岸,則更利于改善船閘口門區(qū)流態(tài)及廠房的進(jìn)出水條件。③左岸上游段山體較陡,限制了廠房進(jìn)口為改善進(jìn)水條件而采取調(diào)順進(jìn)水渠的措施;尾水渠的土石方開挖量較大。④廠房布置在右岸一級階地,有利于廠房提前開工、全年施工,有利于加快施工進(jìn)度縮短總工期。⑤輸出線路在右側(cè),故廠房布置在右岸則出線方便。

3 廠區(qū)布置

廠房系河床式廠房,布置在右側(cè)河岸臺地上,廠房為擋水建筑物的一部分,其軸線與壩軸線平行,由主廠房、副廠房、安裝間等部分組成。廠房安裝3臺貫流式機(jī)組,水輪機(jī)型號GZ-WP-560,發(fā)電機(jī)型號SFWG26-60/5600,單機(jī)容量為26MW。

廠房左接攔河閘壩,右連右岸接頭重力壩,前為引水渠道后為尾水渠道。廠房全長72.44m,其中主廠房長50.42m,由廠壩導(dǎo)墻將之與泄水建筑物分隔;右端安裝間長 22.00m,廠房寬度為16.80m,最大高度為49.60m。為了防止河床推移質(zhì)底沙進(jìn)入機(jī)組流道,在廠房進(jìn)水口引水渠設(shè)導(dǎo)攔沙坎,坎頂高程74.50m,高出渠底3m,并在攔沙坎上游前沿處設(shè)置一浮式攔污導(dǎo)污排。

廠房為垂直進(jìn)廠方式,壩頂公路在廠房上游通過,并在安裝間右側(cè)設(shè)有電站設(shè)備進(jìn)廠運(yùn)輸?shù)缆?路面寬12m,跨廠房門機(jī)可把物品經(jīng)廠頂活動屋蓋吊入廠房,門機(jī)軌道地面高程為99.00m。人員通過進(jìn)廠樓的電梯及樓梯進(jìn)入。

升壓變電采用廠外主變及GIS室內(nèi)開關(guān)站方案,主變平臺布置在下游副廠房屋頂,高程為99.00m。GIS室內(nèi)開關(guān)站位于主機(jī)間段下游副廠房頂層,面積為 34.18×12.50m,地面高程為87.00m。出線電纜穿過安裝間段下游副廠房并通過高架電纜溝引至右側(cè)岸邊山坡上設(shè)置的出線塔出線。

4 廠房布置

廠房由主廠房、付廠房、安裝間等部分組成,廠房安裝3臺水輪機(jī)型號GZ-WP-560,發(fā)電機(jī)型號SFWG26-60/5600,廠房橫剖面圖、廠房橫縱面圖分別見圖1、圖2。

圖1 廠房橫剖面圖

圖2 廠房縱剖面圖

4.1 進(jìn)水口段布置

進(jìn)口段由底板、閘墩及攔污柵胸墻組成,廠房進(jìn)水口布置包括攔污柵、入口漸變段、進(jìn)口檢修門槽、清污設(shè)備、及交通橋等。交通橋面高程和溢流壩工作橋面高程相同即99.0m。廠房進(jìn)水口每臺機(jī)組一孔,為了便于清污及減小過柵流速,攔污柵采用傾斜式,與水平面夾角75°。

進(jìn)水口檢修門孔口尺寸11.20m×12.43m(寬×高),因施工安裝期防洪擋水的需要,共設(shè)3扇潛孔式平面滑動鋼閘門。攔污柵、進(jìn)水口檢修門均由跨廠房門機(jī)的上游懸臂端吊運(yùn)、啟閉。

4.2 主廠房及安裝間

廠房順?biāo)鞣较虻拈L度為66.00m,沿壩軸線方向總長度為72.44m,在主機(jī)間和安裝間之間設(shè)一道結(jié)構(gòu)縫,將整個廠房分為主機(jī)間段和安裝間段。主機(jī)間段位于廠房左側(cè),長50.42m,最大高度為49.60m。

安裝間段位于廠房右側(cè),長22.00m,順?biāo)飨騼魧?6.80m,最大高度為33.70m。安裝間分兩層布置,上層為安裝場與主廠房運(yùn)行層同高程。下層布置絕緣及透平油庫、油處理室。安裝間上游側(cè)76.80m高程布置小物件運(yùn)輸豎井、通風(fēng)豎井及工具間,76.80m高程以下均留空充水增重,以增加安裝間段的整體穩(wěn)定性。

主廠房分三層布置,第一層為流道層,主要布置燈泡式水輪發(fā)電機(jī)組;第二層為管道層,主要布置水輪機(jī)組檢修孔、管道廊道、電纜溝;第三層為運(yùn)行層,主要布置有調(diào)速器,油壓裝置等。

主廠房及安裝間頂部采用輕鋼活動屋蓋和現(xiàn)澆混凝土屋蓋間隔布置,主機(jī)間段以各臺機(jī)組中心線為中心布置3塊活動屋蓋,安裝間布置兩塊的活動屋蓋,活動屋蓋軌道頂高程與壩頂同高,高程為99.00m。其余為現(xiàn)澆混凝土屋蓋。屋頂設(shè)跨廠房門機(jī)一臺,兩端懸臂。跨廠房門機(jī)吊運(yùn)發(fā)電設(shè)備通過廠房活動屋頂垂直進(jìn)出廠房及安裝間,上游懸臂端啟閉廠房進(jìn)水檢修閘門、攔污柵,下游懸臂端吊運(yùn)GIS室內(nèi)開關(guān)站 (110k V)的設(shè)備通過吊物孔垂直進(jìn)出下游副廠房GIS室,同時兼作啟閉溢流閘壩和船閘的檢修閘門之用。

主廠房內(nèi)設(shè)有32/5t電動雙鉤橋式起重機(jī)一臺,跨度為16.00m,用于日常廠內(nèi)一些小物件的吊運(yùn),而無需頻繁開啟活動屋蓋使用門機(jī)。副廠房GIS室設(shè)有10t單梁電動橋式起重機(jī)一臺,跨度為11.50m,GIS室內(nèi)開關(guān)站安裝及檢修時用以吊運(yùn)設(shè)備。

4.3 副廠房

副廠房布置于主廠房下游,沿壩軸線上的總長度為72.44m,沿水流方向室內(nèi)凈寬均為11.00～12.50m。

安裝間段副廠房共分五層。主機(jī)間段副廠房共分四層。各層副廠房及進(jìn)廠樓詳細(xì)布置見表1。

表1 副廠房及進(jìn)廠樓各層布置一覽表

4.4 廠內(nèi)交通

①垂直交通

在主機(jī)間段靠右側(cè)的副廠房內(nèi),布置有電梯及繞電梯的主樓梯,人員自進(jìn)廠樓(99.00m高程)乘坐電梯或走主樓梯可通達(dá)副廠房各層、主廠房運(yùn)行層及安裝間層。

在主機(jī)間段靠左側(cè)的副廠房內(nèi)設(shè)1座進(jìn)廠副樓梯,可至副廠房各層。

從副廠房底層、及主廠房管道層下至廊道層設(shè)有兩個樓梯,一個設(shè)在2#～3#機(jī)組的中墩處,一個設(shè)在1#機(jī)組水輪機(jī)坑的右側(cè)。

②水平交通

廠內(nèi)水平交通通過設(shè)置廠內(nèi)過道及交通廊道實(shí)現(xiàn)。每層副廠房靠主廠房及安裝間一側(cè)均設(shè)置了寬度大于2.0m的通道,副廠房的各個房間之間及其與主副樓梯之間交通方便。在主廠房流道層,各機(jī)組段間設(shè)有交通廊道連通,高程同水輪機(jī)坑底部高程,在各機(jī)組段均可穿過交通廊道通到兩個下達(dá)流道層樓梯。自流道層有臺階通到檢修排水泵房,由檢修排水泵房通過爬梯下至集水井內(nèi)。

4.5 尾水段布置

尾水段位于主機(jī)間段下游副廠房的下游側(cè),順?biāo)飨驅(qū)?2.60m,主要布置有尾水管、尾水檢修閘門以及閘門啟閉設(shè)備等。尾水閘墩上設(shè)有尾水檢修閘門槽。尾水閘墩上設(shè)鋼筋混凝土啟閉機(jī)排架,排架頂為工作橋,啟閉平臺橋面高程為99.00m,同壩頂高程。啟閉平臺、電站設(shè)備運(yùn)輸?shù)缆放c副廠房頂連接,在排架平臺上設(shè)有啟閉臺車啟閉尾水事故門。尾水段87.00m高程處設(shè)有檢修平臺。

在3#機(jī)組左側(cè)閘墩上設(shè)置樓梯從檢修平臺直上壩頂99.00m高程。

每臺機(jī)組尾水出口各設(shè)一扇事故檢修閘門,擬采用平面滾動鋼閘門,閘門的啟閉用1臺移動臺車進(jìn)行操作。閘門平時鎖定在尾水平臺上,閘門的檢修也在此平臺上。

4.6 廠內(nèi)排水及衛(wèi)生設(shè)施

廠房采用集中排水方式,在流道層布置檢修排水泵及滲漏排水泵,泵下設(shè)檢修集水井及滲漏集水井,1#機(jī)流道下游下方左側(cè)集水井容積為136m3,2#機(jī)流道下游下方右側(cè)集水井容積為106m3,共計容積約242m3,全廠滲漏水及機(jī)組檢修時進(jìn)口段和尾水段流道內(nèi)的積水均可經(jīng)排水管道匯向集水井,再排至下游。

4.7 通風(fēng)、采光

本電站廠房為河床式廠房,廠房結(jié)構(gòu)多處于上、下游校核洪水位以下,此時,相當(dāng)于半潛沒式廠房。鑒于這一特點(diǎn),采用了自然通風(fēng)、采光為主,人工為輔的原則。把運(yùn)行人員主要值班的中央控制室、試驗(yàn)室、載波室、微機(jī)處理室和接待室等布置于高于校核洪水位的上層,使其具有較好的自然通風(fēng)、采光條件。

廠房采用全面機(jī)械送風(fēng),機(jī)械排風(fēng)方式,全廠氣流組織為上游送風(fēng),下游排風(fēng)。對少數(shù)對空氣溫度、濕度要求較高的房間采用空調(diào)。

4.8 主變平臺及開關(guān)站

升壓變電采用戶外主變及GIS室內(nèi)開關(guān)站方案。GIS室內(nèi)開關(guān)站(110k V)位于主機(jī)間段下游副廠房頂層,面積為34.18m×12.50m。GIS室內(nèi)開關(guān)站具有布置緊湊,技術(shù)先進(jìn),運(yùn)行可靠,管理方便等優(yōu)點(diǎn)。兩臺主變壓器布置在GIS室內(nèi)開關(guān)站的頂部,即主機(jī)間段下游副廠房屋頂,高程為99.00m。出線電纜穿過安裝間段下游副廠房并通過高架電纜溝引至右岸山坡上設(shè)置的門形架出線。

5 廠房設(shè)計采用新技術(shù)及布置特點(diǎn)

①廠房布置在右岸寬闊臺階地內(nèi),利于廠房全年施工,為廠房提前發(fā)電創(chuàng)造有利條件;

②廠房進(jìn)口工作門前流道間閘墩開通平壓孔,平衡各臺組的流量和發(fā)電水頭;

③利用廠房尾水管頂部挖空部分增加水重,以增加廠房的穩(wěn)定性,節(jié)省廠房混凝土方量;

④廠房(除下游側(cè)閘門外)、大壩、船閘上閘首共用一套大門機(jī)啟閉設(shè)備,節(jié)省金屬金構(gòu)和土建投資,也方便電站的運(yùn)行管理。壩頂多功能門機(jī),具有大噸位、大跨度、多功能的特點(diǎn),減少了壩頂及廠內(nèi)設(shè)備種類和數(shù)量,節(jié)省了工程投資。能達(dá)到如此規(guī)模的門機(jī),在國內(nèi)還是為數(shù)很少,左江山秀水電站壩頂多功能門機(jī)的設(shè)計研究對今后水電站的開發(fā)具有深遠(yuǎn)的重要意義;

⑤廠壩間導(dǎo)墻設(shè)連通孔效果好,避免了廠前立軸旋渦的形成。山秀水電站廠房位于壩址右岸,包括廠房及進(jìn)水渠基本上是從右岸的一級臺地上開挖出來,開挖量較大。初步設(shè)計進(jìn)水渠開挖的總長度為602.5m。根據(jù)《廣西左江山秀水電站樞紐工程整體(技設(shè))和施工導(dǎo)截流水工模型試驗(yàn)研究》(技術(shù)設(shè)計階段)的試驗(yàn)成果,在初步設(shè)計成果的基礎(chǔ)上,廠房進(jìn)水渠開挖長度縮短為450m,但過流時在廠房前形成立軸旋渦。試驗(yàn)中通過在廠壩間上游導(dǎo)流墻中設(shè)置一直徑為5m的連通孔,廠房前立軸旋渦基本消失[2]。技施設(shè)計中采用了這一模型試驗(yàn)成果,在保證廠房前流態(tài)的基礎(chǔ)上,大大減少了進(jìn)水渠的開挖量。在近幾年的運(yùn)行中沒有發(fā)現(xiàn)廠房前有立軸旋渦的出現(xiàn)。

6 結(jié)束語

總的來說,廠房的布置是較好的,首先是廠房的進(jìn)出水口水流條件較好;其次是廠房布置較緊湊,廠房的投資較省;第三是廠房各層布置較合理,便于電站的運(yùn)行管理。電站投產(chǎn)運(yùn)行至今已有2年多,運(yùn)行情況良好。

1 廣西南寧水利電力設(shè)計院.廣西左江山秀水電站初步設(shè)計報告[R].廣西南寧水利電力設(shè)計院,2003.

2 廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院.廣西左江山秀水電站樞紐工程整體(技設(shè))和施工導(dǎo)截流水工模型試驗(yàn)研究報告[R].2004.