龍頭石水電站廠區樞紐布置的優化設計

熊先濤，尹葵霞，農情革

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072 )

1 前 言

龍頭石水電站裝機容量700MW。岸邊式地面廠房布置于龍頭石Ⅱ級基座階地下游邊緣附近，地形平坦，地基巖性為細?；◢弾r，發育有七條輝綠(輝長)巖脈，巖體完整性較差，以Ⅲ類巖體為主，局部裂隙密集帶、小斷層及巖脈破碎帶等為Ⅳ類巖體。邊坡主要由風化卸荷的細粒花崗巖和覆蓋層組成，發育有多條軟弱結構面。邊坡巖體總體為塊裂結構，局部碎裂結構，以Ⅳ、Ⅴ類為主，穩定條件較差；斜坡上部覆蓋有厚達10～30m的崩坡積含礫碎石土層，結構較松散，開挖后穩定性差。地質部門建議開挖坡比：Ⅳ類巖體1∶0.75，Ⅴ類1∶1，覆蓋層1∶1.25。

2 原廠區樞紐布置方案

廠區建筑物主要包括主廠房、副廠房、主變場、中控樓、GIS樓、尾水平臺、尾水渠、進廠公路及回車場等。

在可研階段為了兼顧主廠房地基要求和后邊坡的高度，并考慮到后邊坡地質條件較差，后坡開挖坡比采用地質部門建議值。經過水工、機電、建筑等專業的多方案布置、論證和比較，確定廠區建筑物采用全地面布置方式。根據廠區地形、地質條件，選定廠房軸線為NW80°，主廠房的安裝間、主機間呈“一”字形布置，安裝間位于主機間左側，副廠房位于主廠房下游側的尾水平臺之下，尾水平臺部分兼作主變場，中控樓位于安裝間下游側，GIS樓緊鄰中控樓下游側布置。

GIS發電機電壓配電裝置及主變壓器設置在主廠房下游側副廠房內和尾水平臺上，開關站布置在安裝間下游側進廠公路旁，主變壓器高壓側與開關站配電裝置采用500kV SF6管道母線連接。GIS樓頂為出線場，高壓并聯電抗器及出線門形架布置在開關站樓前。

原廠區樞紐布置(下游開關站方案)見圖1。

本方案各建筑物基礎均座落在基巖上，地基承載力滿足要求；后邊坡最大高度約100m，坡度較緩，支護工程量較?。唤ㄖ镩g布置滿足電站運行要求。但各建筑物相對分散，運行維護不便；主變壓器放置在尾水平臺上，機組振動對電氣設備的振動影響較大；GIS樓距機組較遠，所需電纜費用較高。因此，可研審查基本同意以上樞紐布置方案，但要求結合研究尾水建筑物和設備隔振、減振及防振等工程措施，優化500kV高壓配電裝置及廠區樞紐的布置。

3 優化方案比選

根據可研審查意見，結合廠區地形、地質條件，開展了廠區樞紐布置優化。

3.1 方案擬定

由于下游開關站方案將主變壓器布置在尾水平臺上，機組振動對電氣設備的影響無法避免，因此合理布置廠區各建筑物以解決設備隔振和減振是本次優化需要解決的問題。參考類似工程，如將主變壓器、相關電氣設備置于主廠房上游側，并在主廠房設置永久縫能有效降低振動的影響。但是將主變和GIS布置在主廠房上游側，機電布置需要的主變室尺寸為110.04m× 14.50m(長×寬)。本工程對廠房地基基礎承載力要求較高，最大承載力為0.8MPa，為滿足地基承載力要求需盡量將主廠房后靠，使廠房基礎座落在基巖上；而后邊坡最大高度已近100m，向后擴挖必然增加邊坡高度和工程量，開挖和支護難度也進一步加大。因此，處理好廠房基礎高承載力和后邊坡高度的矛盾成為本次優化的難點。

圖1 下游開關站方案廠區樞紐布置

考慮到廠房一期開挖已經基本完成，開挖揭示的邊坡地質條件略優于預期，可以適當加大邊坡坡度而維持一期邊坡開口線不動；同時為了盡量減少廠區優化布置對整個樞紐格局的影響，維持原來主廠房軸線方位、壓力管道軸線方位不變。由于主變移至廠房上游，尾水平臺寬度減小了8.50m，相應將廠房軸線位置沿壓力管道軸線方位向下游平移8.50m，向靠山側平移3.26m。廠后985.00～955.00m高程邊坡由1∶0.75調整為1∶0.65；955.00～915.50m高程廠房后邊坡開挖坡比從1∶0.75調整為1∶0.5。經過以上調整后，廠后空間加大，滿足了主變室和主變搬運道的布置需要。因此將GIS樓從安裝間下游側移至廠房1～3號機上游側，將控制樓從安裝間下游側移至廠房4號機上游側，其余安裝間后的空地可作為主變組裝場，廠區其余建筑物位置基本不變。

調整相應的電氣設備布置。發電機電壓配電裝置、主變壓器、開關站及出線設備均布置在GIS樓內。GIS樓增加至3層，地下一層和地上兩層，第一層為發電機電壓配電裝置層，布置有IPB、GCB、高壓廠變、電壓互感器等設備；第二層為主變壓器層，布置有2組主變壓器及1組高壓并聯電抗器；第三層為GIS層，布置有500kV GIS設備；樓頂為出線場，布置有出線設備及出線構架。

優化后廠房后坡變陡，經過計算分析，對后坡支護進行了適當加強。支護方案為：巖石開挖邊坡主要采用掛網噴錨支護處理，并對邊坡上部強風化、強卸荷巖體設置框格梁支護，每級邊坡設置兩排錨索加強支護，錨索布置范圍和數量較優化前有所加大。

優化后的廠區樞紐布置方案(上游開關站方案)見圖2。

3.2 綜合比較

上游開關站方案中主變和GIS樓、中央控制樓均布置在主廠房上游側，使得下游側尾水平臺寬度和尾水管長度有所減小，廠區各建筑物更緊湊，樞紐布置更合理。兩方案比較如下：

3.2.1 土建綜合比較

兩方案主要土建工程量和相對投資見表1。

從表1可見，兩方案土建工程量及相對投資沒有明顯差異。雖然上游方案減小了尾水平臺寬度和尾水管長度，使混凝土和鋼筋量有所減小，但由于增大了廠房中下部開挖邊坡，因此增加了較多的邊坡支護工程量。兩方案互有增減，總體差別不明顯。

在施工條件上，兩方案施工場地布置條件相當，施工難度及土建工程量無大的差別，施工工期基本相同。

在運行管理上，上游方案各建筑物布置緊湊，主變壓器及其組裝場、GIS樓緊鄰廠房后面布置，離安裝間較近，檢修、維護及運行較方便。

綜上分析，廠區樞紐布置的兩個方案從土建工程量、樞紐布置、施工條件、運行管理條件等方面綜合比較，上游方案相對較優。

圖2 上游開關站方案廠區樞紐布置

項目下游開關站方案上游開關站方案差值土方明挖/萬m338.6137.43-1.18石方明挖/萬m3104.77105.781.01主副廠房及安裝間混凝土/萬m323.1722.33-0.84鋼筋/t18 03016 026-2 004噴混凝土/萬m30.260.590.33掛網鋼筋/t3011282.00排水孔/萬m0.450.940.49錨桿/根8 6509 276626錨索/根14623892錨桿束/根0160160GIS樓和控制樓混凝土/萬m30.631.380.75磚砌體/萬m30.1050.180.08鋼筋/t11401 769629相對投資/萬元30 406.4830 336.63-69.85

3.2.2 機電綜合比較

下游開關站方案：利用尾水平臺的空間布置發電機電壓配電裝置、主變壓器和主變壓器運輸道，場地利用率較好。但為了布置設備，延長了尾水管長度，對機組的性能有一定影響；主變壓器、GCB等設備布置在尾水渠上，將受到機組振動的影響；由于主變高壓側到開關站的引出設備無法采用架空線連接，增加了高壓引出線設備的投資，使得總投資較大。此外，各部位之間電纜通道關系復雜，中、低壓電纜路徑較長，運行維護不太方便。

上游開關站方案：尾水管長度縮短，提高了機組性能；升壓樓布置在主廠房上游側與主廠房結構分開，電器設備不受機組振動的影響，電站運行安全性和舒適度均較高；設備布置較為寬松；電纜通道易于規劃，且長度較短；升壓設備布置集中，占地面積小，運行維護方便。

兩方案主、副廠房主要機械與電氣設備布置以及工程量相同，主要差別體現在GIS出線設備上。兩方案開關站主要電氣設備工程量及相對投資比較見表2。

表2 兩方案開關站主要電氣設備工程量及相對投資比較

從表2可見：上游方案的設備投資有較大減少。

綜上分析，廠區樞紐布置的兩個方案從機電布置、設備投資等方面綜合比較，上游方案優勢較大。

3.3 結 論

經以上比較表明，上游開關站方案有以下優勢：

(1)工程投資較省，節省投資約1 213.45萬元。

(2)機組運行可靠性進一步提高，有效地降低了機組振動對電氣設備的影響。

(3)樞紐布置更緊湊、合理，運行維護更方便。

4 結束語

龍頭石水電站廠區樞紐布置調整是為了滿足電氣設備的防振和隔振而提出的。在調整過程中充分考慮了地形、地質條件和整個樞紐布置的影響，尤其在地質條件進一步明朗的前提下對后坡坡度進行了調整，滿足了建筑物布置的需要，使得在對整個樞紐格局改動較小的前提下獲得了較大效益，滿足了工程的要求。