山秀水電站廠房布置設計

張啟奎 何來興

(廣西南寧水利電力設計院 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,以發電為主,兼有航運、電灌、養殖、旅游等綜合利用效益,是左江綜合利用規劃中的第三梯級,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,電站裝機容量3×26MW,多年平均發電量3.527億k W?h。

本樞紐按庫容規模劃為Ⅱ等工程,其永久建筑物廠房上游擋水墻按2級建筑物設計,設計洪水標準為100年一遇,校核洪水標準為1000年一遇;廠房下游擋水部分按3級建筑物設計,設計洪水標準為50年一遇,校核洪水標準為500年一遇。

2 廠房相對位置的選定

根據壩址地形、地質、交通、運行管理、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流態及廠房的進出水條件。③左岸上游段山體較陡,限制了廠房進口為改善進水條件而采取調順進水渠的措施;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,有利于加快施工進度縮短總工期。⑤輸出線路在右側,故廠房布置在右岸則出線方便。

3 廠區布置

廠房系河床式廠房,布置在右側河岸臺地上,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臺貫流式機組,水輪機型號GZ-WP-560,發電機型號SFWG26-60/5600,單機容量為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底沙進入機組流道,在廠房進水口引水渠設導攔沙坎,坎頂高程74.50m,高出渠底3m,并在攔沙坎上游前沿處設置一浮式攔污導污排。

廠房為垂直進廠方式,壩頂公路在廠房上游通過,并在安裝間右側設有電站設備進廠運輸道路,路面寬12m,跨廠房門機可把物品經廠頂活動屋蓋吊入廠房,門機軌道地面高程為99.00m。人員通過進廠樓的電梯及樓梯進入。

升壓變電采用廠外主變及GIS室內開關站方案,主變平臺布置在下游副廠房屋頂,高程為99.00m。GIS室內開關站位于主機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岸邊山坡上設置的出線塔出線。

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臺水輪機型號GZ-WP-560,發電機型號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 進水口段布置

進口段由底板、閘墩及攔污柵胸墻組成,廠房進水口布置包括攔污柵、入口漸變段、進口檢修門槽、清污設備、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。廠房進水口每臺機組一孔,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3扇潛孔式平面滑動鋼閘門。攔污柵、進水口檢修門均由跨廠房門機的上游懸臂端吊運、啟閉。

4.2 主廠房及安裝間

廠房順水流方向的長度為66.00m,沿壩軸線方向總長度為72.44m,在主機間和安裝間之間設一道結構縫,將整個廠房分為主機間段和安裝間段。主機間段位于廠房左側,長50.42m,最大高度為49.60m。

安裝間段位于廠房右側,長22.00m,順水流向凈寬16.80m,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76.80m高程布置小物件運輸豎井、通風豎井及工具間,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電機組;第二層為管道層,主要布置水輪機組檢修孔、管道廊道、電纜溝;第三層為運行層,主要布置有調速器,油壓裝置等。

主廠房及安裝間頂部采用輕鋼活動屋蓋和現澆混凝土屋蓋間隔布置,主機間段以各臺機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。其余為現澆混凝土屋蓋。屋頂設跨廠房門機一臺,兩端懸臂。跨廠房門機吊運發電設備通過廠房活動屋頂垂直進出廠房及安裝間,上游懸臂端啟閉廠房進水檢修閘門、攔污柵,下游懸臂端吊運GIS室內開關站 (110k V)的設備通過吊物孔垂直進出下游副廠房GIS室,同時兼作啟閉溢流閘壩和船閘的檢修閘門之用。

主廠房內設有32/5t電動雙鉤橋式起重機一臺,跨度為16.00m,用于日常廠內一些小物件的吊運,而無需頻繁開啟活動屋蓋使用門機。副廠房GIS室設有10t單梁電動橋式起重機一臺,跨度為11.50m,GIS室內開關站安裝及檢修時用以吊運設備。

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,沿水流方向室內凈寬均為11.00～12.50m。

安裝間段副廠房共分五層。主機間段副廠房共分四層。各層副廠房及進廠樓詳細布置見表1。

表1 副廠房及進廠樓各層布置一覽表

4.4 廠內交通

①垂直交通

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

在主機間段靠左側的副廠房內設1座進廠副樓梯,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有兩個樓梯,一個設在2#～3#機組的中墩處,一個設在1#機組水輪機坑的右側。

②水平交通

廠內水平交通通過設置廠內過道及交通廊道實現。每層副廠房靠主廠房及安裝間一側均設置了寬度大于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,各機組段間設有交通廊道連通,高程同水輪機坑底部高程,在各機組段均可穿過交通廊道通到兩個下達流道層樓梯。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。

4.5 尾水段布置

尾水段位于主機間段下游副廠房的下游側,順水流向寬12.60m,主要布置有尾水管、尾水檢修閘門以及閘門啟閉設備等。尾水閘墩上設有尾水檢修閘門槽。尾水閘墩上設鋼筋混凝土啟閉機排架,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、電站設備運輸道路與副廠房頂連接,在排架平臺上設有啟閉臺車啟閉尾水事故門。尾水段87.00m高程處設有檢修平臺。

在3#機組左側閘墩上設置樓梯從檢修平臺直上壩頂99.00m高程。

每臺機組尾水出口各設一扇事故檢修閘門,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 廠內排水及衛生設施

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,泵下設檢修集水井及滲漏集水井,1#機流道下游下方左側集水井容積為136m3,2#機流道下游下方右側集水井容積為106m3,共計容積約242m3,全廠滲漏水及機組檢修時進口段和尾水段流道內的積水均可經排水管道匯向集水井,再排至下游。

4.7 通風、采光

本電站廠房為河床式廠房,廠房結構多處于上、下游校核洪水位以下,此時,相當于半潛沒式廠房。鑒于這一特點,采用了自然通風、采光為主,人工為輔的原則。把運行人員主要值班的中央控制室、試驗室、載波室、微機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、采光條件。

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

4.8 主變平臺及開關站

升壓變電采用戶外主變及GIS室內開關站方案。GIS室內開關站(110k V)位于主機間段下游副廠房頂層,面積為34.18m×12.50m。GIS室內開關站具有布置緊湊,技術先進,運行可靠,管理方便等優點。兩臺主變壓器布置在GIS室內開關站的頂部,即主機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置的門形架出線。

5 廠房設計采用新技術及布置特點

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

②廠房進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,以增加廠房的穩定性,節省廠房混凝土方量;

④廠房(除下游側閘門外)、大壩、船閘上閘首共用一套大門機啟閉設備,節省金屬金構和土建投資,也方便電站的運行管理。壩頂多功能門機,具有大噸位、大跨度、多功能的特點,減少了壩頂及廠內設備種類和數量,節省了工程投資。能達到如此規模的門機,在國內還是為數很少,左江山秀水電站壩頂多功能門機的設計研究對今后水電站的開發具有深遠的重要意義;

⑤廠壩間導墻設連通孔效果好,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。初步設計進水渠開挖的總長度為602.5m。根據《廣西左江山秀水電站樞紐工程整體(技設)和施工導截流水工模型試驗研究》(技術設計階段)的試驗成果,在初步設計成果的基礎上,廠房進水渠開挖長度縮短為450m,但過流時在廠房前形成立軸旋渦。試驗中通過在廠壩間上游導流墻中設置一直徑為5m的連通孔,廠房前立軸旋渦基本消失[2]。技施設計中采用了這一模型試驗成果,在保證廠房前流態的基礎上,大大減少了進水渠的開挖量。在近幾年的運行中沒有發現廠房前有立軸旋渦的出現。

6 結束語

總的來說,廠房的布置是較好的,首先是廠房的進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,便于電站的運行管理。電站投產運行至今已有2年多,運行情況良好。

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

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