布侖口-公格爾水電站廠址及廠房布置設計

韓愛萍 孫紅麗

(新疆水利水電勘測設計研究院 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

布侖口-公格爾水電站工程是一項具有灌溉、發(fā)電、防洪和改善生態(tài)等綜合利用效益的Ⅱ等大(2)型水電站工程,公格爾水電站是蓋孜河中游河段的第一個梯級電站。

工程由大壩、溢洪道、導流兼泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)等建筑物組成。電站裝機容量200MW,廠房為3級建筑物。電站廠房設計洪水標準為50年一遇,校核洪水標準為200年一遇。工程基本烈度定為Ⅷ度,場地基巖峰值加速度壩址和廠房50年超越概率10%的地表水平向峰值加速度平均值分別為304.8gal、259.9gal。

2 廠區(qū)地形、地質條件

廠房位于蓋孜河左岸,該處蓋孜河河谷寬350m～400m,河流縱坡較大。左岸發(fā)育Ⅲ、Ⅳ級階地,整個廠房地形場地較開闊,南北寬200m,東西長 (沿河流方向)約700m～800m。Ⅳ級階地寬50m～60m,地面高程2658m～2660m;Ⅲ級階地寬110m～120m,地面高程2643m～2645m;尾水處河床高程2624m左右。

廠區(qū)基巖巖性主要為中厚層-薄層狀綠泥石石英片巖、云母石英片巖組成,片理發(fā)育,產狀320°SW∠80°～85°,屬單斜構造。廠區(qū)均無大的斷層通過,距現(xiàn)代活動F1斷層18km,距離較遠,無影響。

廠房位于左岸Ⅲ級階地第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石碎石層上 (Q3al),該處地形平緩,地面高程2658m～2660m。Ⅲ、Ⅳ級階地上部的第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石碎石層進行了物理力學性質試驗,第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石碎石層天然密度2.26g/cm3～2.28g/cm3,含水率3.2%～3.5%,干密度2.18g/cm3～2.21g/cm3,相對密度0.82～0.89,結構密實。22m以下為下更新統(tǒng)冰磧含塊碎石砂壤土層,該地層物理力學性質較好,密實,基礎允許承載力400kPa。

3 廠區(qū)樞紐布置

3.1 布置原則

進行電站廠房布置時要考慮滿足總體樞紐布置的協(xié)調性,并考慮以下原則:

(1)結合實際地形、地質條件 (巖層、裂隙走向及傾向),盡量減少開挖量并保證廠房后邊坡穩(wěn)定。

(2)布置地下廠房方案時,洞室布置在地質構造簡單、巖體完整堅硬、上覆巖厚度不小于2～3倍洞室跨度、地下水微弱及山體穩(wěn)定地段,并避開大斷層、節(jié)理、裂隙發(fā)育區(qū)、破碎帶及高應力區(qū)。

(3)建筑物應避開高陡邊坡及山洪水流沖擊。

3.2 廠址比選方案

電站具備地面廠房和地下廠房的地形、地質條件,根據(jù)工程區(qū)地形、地質條件及樞紐建筑物布置的適宜性,擬定了兩個右岸山體內地下廠房方案和兩個右岸Ⅲ、Ⅳ級階地地面廠址方案,對四個方案進行綜合比選。經四個方案從地形、地質、技術、經濟、樞紐布置、施工、運行等條件比較,布置在右岸Ⅲ級階地上的地面廠房方案優(yōu)勢較明顯,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)建筑物布置條件。Ⅲ級階地上地面廠房遠離后邊坡,廠區(qū)開挖邊坡不高,不存在高邊坡問題;尾水渠長度較短,無深挖方問題。廠房基礎均勻,坐落在含漂石砂卵礫石碎石層上 (Q3al);廠房坐落在國道上,恢復交通需要局部改線,適當增加工程投資;地面廠房進廠交通布置方便;地下廠房諸多參數(shù)由地質條件確定,受地質條件約束較大,不確定因素太多。

(2)運行條件。地面廠房采光、通風、防潮等條件較地下廠房好;地面建筑物布置較集中,管理方便;地面場地寬敞、平坦,布置附屬建筑不受限制。

(3)施工條件。地面廠房施工干擾較小,工期短,廠區(qū)地質條件明確,不可遇見因素較少;地下廠房方案存在發(fā)生高地應力、發(fā)生巖爆、存在有害氣體的可能性。

(4)投資方面。地面廠房投資較地下廠房方案省。

經綜合比較后,推薦地面廠房布置方案,即廠房布置在右岸Ⅲ級階地國道上,地面高程為2642m～2646m,壓力管道與支管連接用 “卜”型岔。

3.3 廠區(qū)建筑物布置

電站廠房為岸邊地面廠房,壓力管道與支管連接用 “卜”型岔,引水發(fā)電洞長度約18km。廠區(qū)建筑物由主要建筑物由主廠房、副廠房及220 KV GIS開關室、主變壓器、尾水建筑物組成。

考慮工程地理位置及氣象條件,開關站采用戶內GIS設備布置型式。根據(jù)戶內GIS設備布置,并考慮其它電氣設備布置及其經濟合理等因素,廠區(qū)布置作了三種副廠房布置方案比較,詳見副廠房布置方案比較表。

(1)副廠房布置方案一:副廠房、G IS設備室及主變壓器均布置在主廠房上游側,與主廠房平行布置。副廠房分四層,地面以下為電纜層,地面層為第一層,布置中控室、10kV高壓開關站室、0.4kV低壓配電室、試驗室等,第二層為電纜夾層,第三層為GIS設備層,總高度為28.7m。副廠房長度為82.8m,寬度為13.0m。

(2)副廠房布置方案二:副廠房及GIS設備室布置在主廠房左端,與主廠房呈＂L＂字型;主變壓器布置在副廠房左端,與副廠房平行布置。副廠房緊貼主廠房左端墻布置。副廠房長度為71.5m,寬度為12.5m。副廠房共分四層,總高度為26.8m,發(fā)電機層以下為電纜層,發(fā)電機層高程為第二層,布置中控室、載波通信室、試驗室等,第三層為電纜夾層,第四層為GIS設備層。主廠房上游側布置13.0m寬發(fā)電機出線廊道,出線廊道與副廠房下部電纜層連接。

表1 副廠房布置方案比較表

(3)副廠房布置方案三:副廠房及GIS設備室布置在主廠房左端,與主廠房呈“一”字型;三臺主變壓器布置在副廠房上游側,與副廠房縱軸平行布置。副廠房長度為71.5m,寬度為12.5m。副廠房共分四層,發(fā)電機層以下為電纜層,發(fā)電機層高程為第二層,布置中控室、載波通信室、試驗室等,第三層為電纜夾層,第四層為GIS設備層,總高度26.8m。主廠房上游側布置寬13.0m的出線廊道,出線廊道與副廠房下部電纜層連接。

從建筑物布置、電氣設備布置、施工條件、運行條件、經濟分析比較,推薦副廠房布置方案一,即副廠房、GIS設備室及主變壓器均布置在主廠房上游側,與主廠房平行布置。

4 廠房布置

4.1 主廠房布置

主廠房內布置3×67MW沖擊式水輪發(fā)電機組,主廠房長 70.375m,其中安裝間長20.275m,主機間總高 37.10m,安裝間高 30.1m,機組間距13.9m。根據(jù)設備及結構布置要求,確定廠房上游側寬11.0m,下游側8.5m,總寬20.5m,主廠房設1臺160t/32t/5橋式起重機,跨度16.5m。

機組安裝高程及出水管底板高程:根據(jù)發(fā)電時相應電站最高尾水位為2627.464m,確定水輪機安裝高程定為 2630.464m,出水管底板高程為2624.464m,底板厚初定2.0m,出水管底板基礎高程為2622.464m。

水輪機層高程:蝸殼進口斷面直徑1.4m,考慮蝸殼頂板厚及上部設備布置的需要,水輪機層高程為2632.464m。

發(fā)電機層高程:根據(jù)機組安裝尺寸及機架布置,確定發(fā)電機層高程為2640.464m,與水輪機層之間設夾層,夾層高程為2635.664m。

軌頂高程:發(fā)電機層以上空間尺寸受吊車起吊高度控制,考慮起吊檢修需要,軌頂高程定為2651.304m。

在發(fā)電機層2640.464 m高程,上游側設有球閥吊物孔,靠上游側排架柱之間布置機旁盤;在1#、3#機組端頭各布置寬1.2m的鋼筋混凝土主樓梯,由發(fā)電機層至水輪機層。水輪機夾層高程2635.664m,其上游側布置吊物孔、發(fā)電機引出線等。水輪機層高程為2632.464m,上游側布置吊物孔、調速器、油壓裝及下球閥層樓梯,1#及3#機端頭各布置四臺機組供水及消防水泵。安裝間下部2632.464m層布置有空壓機室、油處理室、透平油庫、通風機室、轉子檢修墩等。安裝間上部為發(fā)電機層高程,可滿足一臺機檢修、安裝和變壓器檢修需要,其上布設3.0m×3.0m 吊物孔、轉子檢修墩、上吊車鋼梯及消防設施,安裝間下游側布置進廠大門,主機間靠右端墻布置安全疏散門。

4.2 副廠房及戶內GIS開關站布置

戶內開關站布置在副廠房上部。副廠房布置在主廠房上游側,與主廠房平行布置,其長度與主廠房相同,寬度為12.5m,為多層框架結構。共分4層,地面層以下為電纜層,高程為2635.664m;2640.314m高程與發(fā)電機層同高,布置有10kV高壓開關室、電工一、二次試驗室、0.4kV低壓配電室、蓄電池室、水機工具間、中央控制室、計算機室、交接班室、男女衛(wèi)生間等。2646.464m高程為GIS電纜夾層,左側主要布置分支母線筒和GIS電纜等;2649.464m高程為全封閉電氣組合層,即GIS室層,主要布置GIS設備及一臺5t電動雙梁起重機。

在副廠房左、右端各設樓梯間,樓梯寬度不小于1.2m,上、下相通。滿足消防及運行要求。

4.3 主變及出線場布置

本電站設置三臺主變壓器,利用副廠房上游側岔管回填平臺布置變壓器,平臺寬30m,場地滿足安裝、檢修變壓器要求。每臺變壓器周邊設儲油坑,坑內鋪設卵石,并有事故排油管引至事故集油坑。

出線場布置在主變上游側上,經地面的出線架引至第一根終端塔上。

4.4 廠外交通

進廠交通由314國道通向廠區(qū),廠區(qū)地面高程為2640.464m,廠區(qū)有回車場及停車場,布置滿足消防通道要求。

5 廠房伸縮縫布置

廠房基礎底板高程為2622.464m,基礎坐落在含漂石砂卵礫石碎石層上(Q3al)。根據(jù)《水電站廠房設計規(guī)范》(SL266-2001)及《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001),為解決廠房沉陷問題,三臺機組不設縫,連成整體,主機段與安裝間設變形縫。

廠房下部結構縫寬均為5cm,上部結構主、副廠房之間縫寬20cm,副廠房之間縫寬10cm,縫間設置止水銅片,嵌縫材料為瀝青木板。

6 尾水建筑物布置

根據(jù)廠區(qū)建筑物布置、地形條件及經濟合理性,尾水建筑物型式考慮埋涵和明渠兩種結構型式進行比選。

由于尾水涵從投資及建筑物布置均占較大優(yōu)勢,推薦尾水涵方案。尾水涵斷面為5m×5,雙孔。

7 結語

(1)工程總體上,雖然電站廠房投資所占比例很小,但廠址選擇及廠房布置對工程正常運行至關重要。布侖口水電站經多種方案比選后確定地面廠房及尾水埋涵方案,即避開了高邊坡對廠房安全影響,又節(jié)省工程投資,方便運行管理,技術經濟可靠。

(2)電站采用戶內GIS開關站布置,較適用當?shù)貝郝詺夂颦h(huán)境。

(3)主變布置在副廠房上游側,縮短了母線長度,降低電能損耗。由于地面場地寬敞,主變檢修可就地進行,無需運至安裝間。

(4)布侖口水電站打破常規(guī)副廠房屋頂作為出線場,將出線場布置在主變平臺上游側,減小高聳出線塔對副廠房的影響;副廠房設計不受出線荷載制約,有利于高地震區(qū)結構布置。