老撾南歐江二級水電站引水發電建筑物設計

溫麗麗，程　鵬，于文江

(1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051；2.老撾南歐江流域發電有限公司，老撾瑯勃拉邦)

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老撾南歐江二級水電站引水發電建筑物設計

溫麗麗1，程鵬1，于文江2

(1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051；2.老撾南歐江流域發電有限公司，老撾瑯勃拉邦)

老撾南歐江二級水電站是閘壩式發電樞紐，具有低水頭、大流量的特點，為河床式水電站，其引水發電系統主要由攔沙壩、進水口、貫流機組流道、尾水渠等建筑物組成。通過介紹引水發電建筑物的設計情況，總結其布置特點，為后續同類工程設計提供參考。

引水發電系統；設計；布置；南歐江二級水電站

1　工程概況

南歐江二級水電站位于老撾瑯勃拉邦省境內南歐江下游河段上,為南歐江干流七級開發方案的第二級(自下而上)，為二等大(2)型工程。開發任務以發電為主，電站總裝機容量120 MW，多年平均年發電量4.84億kW·h。工程采用堤壩式開發，樞紐主要建筑物包括混凝土閘壩、河床式廠房、兩岸非溢流壩段。主要建筑物(擋水、泄洪和引水發電建筑物)級別為2級，次要建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為4級。工程的擋水、泄洪建筑物及河床式電站廠房按100年一遇洪水設計(Qp=12 100 m3/s，P=1%)，1 000年一遇洪水校核(Qp=17 400 m3/s，P=0.1%)，消能防沖建筑物按50年一遇洪水設計。

2　樞紐總體布置

樞紐建筑物按“一”字形布置，左岸布置泄洪沖沙閘壩段，河床部位布置進水口和河床式廠房，兩岸岸坡布置非溢流壩段。

擋水建筑物為混凝土閘壩，最大壩高52 m，壩頂長300 m，壩頂高程330.00 m。左岸非溢流壩段長24 m，右岸非溢流壩段長45 m，泄洪沖沙壩段長141 m，河床式廠房壩段長54 m，安裝間壩段長36 m。

泄水建筑物位于河床左岸，由5孔15 m×20 m(寬×高)泄洪沖沙閘和2孔15 m×20 m(寬×高)泄洪閘組成。5孔泄洪沖沙閘位于左岸階地，主要承擔汛期泄洪沖沙任務，能下泄100年一遇的洪水；2孔泄洪閘位于河床中部緊靠廠房，主要承擔泄水任務，能獨立下泄5年一遇的洪水。閘孔堰頂高程305.00 m，每個閘孔堰上設有1道工作門，并在工作門上游設1道檢修門，工作門采用平板閘門，由固定式卷揚機啟閉，檢修門采用平板疊梁門，由門機啟閉。泄洪沖沙閘后接約60 m長的消力池，底板高程298.00 m，池底寬分別為91、34 m，底板厚2 m，底板上設置排水孔和錨筋樁。

引水發電系統布置在主河床右側部位，由攔沙壩、電站進水口、主廠房、安裝場、副廠房、開關站(GIS樓)、尾水渠、至尾水平臺通道等建筑物組成。攔沙壩位于最前部，由二期上游橫向圍堰與上游混凝土縱向圍堰改造而成。廠房壩段上游迎水面寬90 m(其中主機段長54 m，安裝場段長36 m)，順水流向長71.5 m。

3　引水發電系統布置

3.1電站進水口

電站進口建筑物包括上游攔沙壩和進水口等組成。

(1)攔沙壩布置在廠房及6～7號泄洪閘前約89.5 m處(從攔沙壩軸線至壩軸線)，由二期上游橫向圍堰與上游混凝土縱向圍堰改造而成，橫河向總長166 m。通過攔沙壩頂高程的敏感性水工模型試驗，確定了313.0 m高程為最優，頂部最大流速控制在5m以下，可用較為簡單的工程措施防護?？v向圍堰為混凝土圍堰，僅需從321.00 m高程拆除至313.00 m即可；二期橫向圍堰為粘土心墻壩，后期改造時上游面采用了大塊石護坡；攔沙壩壩頂采用了0.6 m厚的鋼筋混凝土面板防護；下游面采用0.3 m厚的掛網噴混凝土防護。

(2)電站進水口與攔污設施分離式布置，攔污柵設在廠房進水口前自成體系。柵后各臺機組進水口之間形成相通的前池，可減少由于某孔攔污柵因堵塞而造成對應機組的出力影響。電站進水口底板高程288.265 m，進水口平臺高程330.00 m。進水口前沿設6道垂直攔污柵，柵孔尺寸為5.8 m×41.4 m(寬×高)。流道進口布置3扇平板檢修閘門門槽，孔口尺寸為13.5 m×16.5 m(寬×高)，檢修閘門采用壩頂雙向門機啟閉。

3.2主、副廠房

主廠房由主機間和安裝場組成，尺寸為90 m×21.7 m×53 m(長×寬×高)，共安裝3臺40 MW的貫流式機組，主機間內各機組段成獨立單元布置，彼此間設伸縮縫分開，即為單縫布置，機組間距18 m，主機段長54 m，機組安裝高程295.40 m。

廠房流道由進口段、管形殼段和尾水管段組成，進口流道凈尺寸為13.5 m×16.5 m(高×寬)，進口底板高程288.265 m，滲漏排水廊道處基礎最低高程281.50 m。運行層高程307.40 m，安裝層高程312.90 m，廠頂高程受140/50 t橋吊起吊高度控制，橋機軌頂高程為328.90 m。屋面結構采用輕型網架結構，頂部控制高程為334.00 m。下游最高尾水位(P=0.1%)為324.764 m，考慮泄洪建筑物泄洪和風浪影響，尾水平臺高程為325.00 m。尾水管底板高程為291.05 m，尾水管建基面高程為278～288.1 m，尾水管段長28.3 m，出口尺寸11.47 m×8.7 m(寬×高)，每臺機設置1扇尾水事故門，事故門孔口尺寸11.47 m×8.7 m(寬×高)，采用移動臺車啟閉。

安裝場布置在主廠房右端，與主機間設伸縮縫分開，安裝場長36 m，凈寬20 m，安裝場機組安裝期間放置發電機定子、轉子、水輪機轉輪、燈泡頭、主軸及外配水環等，安裝場與主廠房地面同高程，為312.90 m。

副廠房設有4處：①位于安裝場下方，布置排水泵房；②位于安裝場上游側，垂直運輸孔左側，共一層，高程為312.90 m，布置油處理室、透平油罐室；③位于安裝場下游側，為中控樓，共分3層，高程分別為313.20、317.00 m和320.00 m，布置蓄電池室、中控室、會議室、通信室、繼電保護盤室等；④位于主機段廠房下游，利用長尾水管上部空間，從下至上共分4層，高程分別為302.40、307.40、312.90 m和325.30 m，技術供水設備布置在底層，廠用電設備室布置在第2層，主變室布置在第3層，緊靠主機間下游側325.30 m高程以上布置GIS。下游副廠房共設有3部樓梯及1部電梯，分別通往水機設備操作廊道、GIS屋頂、尾水平臺。安裝間右側開挖后石渣回填至325.00 m高程(與尾水平臺同高)，形成1個大型回車場，與尾水平臺相連，并設有樓梯上至330.00 m高程右岸非溢流壩段壩頂。

3.3尾水渠

尾水管底板的高程291.050 m，總長約40 m，底寬60 m，以1∶2的坡度與天然河床相接，基本能保證開挖坡度的穩定，并且有一定的安全裕量。因為廠房處于河床中心，兩側分別與明渠和右岸邊坡相接，因此不設邊墻，僅有底板。

3.4進廠交通

進廠運輸采用安裝間壩頂垂直運輸孔和右岸下游進廠公路直接進廠房兩種方式。安裝間壩頂垂直運輸孔按大件運輸要求確定為7 m×9 m×17.1 m(寬×長×高)，大件設備由此進入。在右岸公路分岔一條寬為6 m的尾進廠公路至尾水平臺及GIS室，公路高程由330.00 m下至325.00 m。

4　引水發電系統布置的特點

4.1攔沙、沖沙建筑物與泄水建筑物結合布置

南歐江二級水電站機組的安裝高程僅為295.40 m，而50年天然淤沙高程為308.00 m。進水口底板的高程遠低于泄洪沖砂閘的堰頂高程(305.00 m)，泄洪閘無法將進水口底板上的沙排走，一般要專設沖沙建筑物。但專設沖沙建筑物將增加工程投資，故南歐江二級水電站結合明渠導流的布置，將二期上游橫向圍堰與上游混凝土縱向圍堰僅拆除頂部至313.00 m高程并加以改造形成一個大的攔沙壩，封閉圍護廠房進水口及兩孔泄洪閘壩段進行擋沙，同時配套左岸的5孔泄洪閘泄水沖沙，形成一個可靠的攔沙沖沙系統，從而實現由泄洪沖沙閘將淤積的高于泄洪閘堰頂高程的泥沙排走的攔沙、沖沙功能。這種將攔沙、沖沙建筑物與泄水建筑物結合布置的設計，可以保證只要有泄水要求即可沖沙，沖沙效力大大提高，并且通過明渠將泥沙輸送到廠房下游較遠處，避免了對尾水的淤積。

4.2緊湊合理的發電廠房設計

電站廠房布置在右岸主河床中，為河床式廠房，3個寬為18 m機組段分別安裝單機容量40 MW的貫流式機組，具有低水頭、大流量特點。安裝場布置在廠房的左側，升壓站布置采用室內GIS方案，副廠房與GIS樓結合布置在主廠房下游側。整個廠房布置緊湊合理，功能完善。

單機容量40 MW的貫流式機組，具有流道形式好、尺寸小、能量指標高、機組尺寸小、質量輕、運行性能好等特點。電氣設計充分考慮了電站的動能特性、建設規模、接入系統要求、樞紐總布置、廠房和配電裝置布置、地形和交通條件、設備特點等因素，實現了供電可靠、運行靈活、檢修方便、易于擴建、便于自動化控制等要求。二次系統設計按“無人值班(少人值守)”運行方式設計，具有安全可靠、技術先進的特點。根據當地氣候環境情況及工作人員生活習慣，設計廠房各房間的室內通風空調參數。消防設計貫徹“預防為主，防消結合”的工作方針，消防車道、防火間距、安全出口、事故排煙及照明等滿足中老兩國標準要求。

4.3先進精巧的廠房尾水閘門啟閉系統

一般尾水事故門設計時需考慮將其吊至尾水平臺進行檢修，故在尾水平臺需設置尾水閘門啟閉排架，但排架占用范圍較大，南歐江二級水電站最上游側邊線與下游副廠房外墻間距只有7 m，設置啟閉排架對整個尾水平臺交通影響較大，且為保證輸電線路能正常出線，需在排架頂部再設置出線架，增加了工程量，并使設計趨于復雜。為此，取消了尾水平臺上部啟閉排架，將臺車置于尾水平臺上。為保證閘門正常檢修，尾水閘門鎖定平臺由原來321.0 m高程降至310.0 m高程。尾水閘墩頂部高程降至310.0 m高程，上部采用排架，排架頂高程為325.0 m。不再設置啟閉機室，2×1 600 kN的臺車式啟閉機軌道間距4.5 m，閘門門槽中心線為壩橫0+060.500，下游側軌道外側設置2 m左右的距離以保證交通需求，排架方案縮短2 m。

與一般尾水門排架的設計比較，該電站尾水閘門系統C30混凝土減少150 m3，底板C20混凝土減少490 m3，閘墩C25混凝土減少2 100 m3，鋼筋減少160 t，經濟效益顯著，且功能先進，外形美觀。

4.4GIS與尾水平臺結合

南歐江二級電站位于熱帶地區，多年平均降雨量達到1 680 mm，且雨季降雨量約占全年降雨量的85%。安裝層高程在312.90 m，遠低于設計洪水位320.50 m，并不適合布置道路直接到達安裝層，故二級大件進場通過上壩公路運至壩頂垂直運輸孔到達安裝間。

因樞紐區場地較為狹小，不利于室外開關站的布置，最終采用室內GIS方式。GIS樓布置在下游副廠房主變室上方以利于母線連接，GIS下游側即為尾水平臺?？紤]垂直運輸孔承擔著主機大件、油氣水等設備運輸要求，施工期運力緊張，故結合尾水平臺高程325.00 m考慮，GIS層高程確定在325.30 m，GIS設備通過尾水進場道路直接運至GIS室。

GIS室與尾水平臺的結合有如下優點：解決了樞紐區場地狹小的問題；減小垂直運輸孔以及主廠房橋機施工期運輸壓力；無需設置主變層至GIS層的吊物孔，簡化了下游副廠房的設計。

4.5中控樓精細化設計

中控樓位于安裝間壩段下游側，與安裝間下游排架間設有100 mm的結構縫，相互獨立，互不干擾，樓頂高程325.00 m，與尾水平臺同高。中控樓下游側為主變運輸通道以及尾水平臺進場道路。

由于中控樓為電站運行期的主要運行管控區域，且整體位于尾水平臺以下，若如主機段尾水平臺采用全封閉設計，則不能進行自然采光及通風，顯得較為壓抑，不符合人性化設計要求，故中控樓與尾水平臺進場道路及右側擋墻間采用L形玻璃屋頂設計，滿足自然采光要求；玻璃屋頂外挑500 mm，側邊采用柵格設計，并設有500 mm高混凝土墻，既能阻擋雨水又能滿足通風需求。

5　結　語

南歐江二級水電站引水發電系統突破了貫流式電站專設沖沙建筑物的常規設計，創新性地改造了橫向土石圍堰為攔砂壩，主副廠房緊湊合理，體現了設計人員精心選擇合理的結構形式，精細的計算，主動優化的設計思路。

由于地理位置優越，南歐江二級水電站是整個南歐江一期開發建設的標桿工程，也是向老撾人民展示中國企業實力的窗口工程。項目建設實施順利，已于2015年的11月29日底實現首臺機組投產發電。

[1]程鵬. 老撾南歐江二級水電站樞紐布置設計綜述[J]. 云南水力發電， 2015(5)： 147- 152．

[2]程鵬. 老撾南歐江二級水電站攔沙建筑物設計[J]. 水利水電施工， 2015(5)： 42- 43．

[3]SL 265—2001水閘設計規范[S]．

[4]DL 5108—1999混凝土重力壩設計規范[S]．

[5]中國水利水電科學研究院. 南歐江二級水電站樞紐區整體水工模型試驗研究成果報告[R]. 北京： 中國水利水電科學研究院， 2012．

[6]周建平， 黨林才. 混凝土壩[M]∥索麗生， 劉寧. 水工設計手冊. 第2版. 北京： 中國水利水電出版社， 2014．

[7]劉志明， 溫續余. 泄水與過壩建筑物[M]∥索麗生， 劉寧. 水工設計手冊. 第2版. 北京： 中國水利水電出版社， 2014．

[8]王仁坤， 張春生. 水電站建筑物[M]∥索麗生， 劉寧. 水工設計手冊. 第2版. 北京： 中國水利水電出版社， 2014．

[9]SL 266—2001水電站廠房設計規范[S]．

[10]常士驃， 張蘇民. 工程地質手冊[M]. 第4版. 北京： 中國建筑工業出版社， 2007．

[11]祁慶和. 水工建筑物[M]. 第3版. 北京： 中國水利水電出版社， 1996．

[12]李煒. 水力學計算手冊[M]. 第2版. 北京： 中國水利水電出版社， 2006．

(責任編輯焦雪梅)

Design of Diversion-Generating Structures of Nam Ou 2 Hydropower Station in Laos

WEN Lili1, CHENG Peng1, YU Wenjiang2

(1. PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China;2. Nam Ou River Basin Hydropower Co., Ltd., Luang Prabang, Laos)

The Nam Ou 2 Hydropower Station in Laos is gate-dam type power generation project with characteristic of low head and large flow. As a river-retaining type hydropower station, its diversion-generating system consists of silt trapping dam, intakes, flow channels of tubular turbines and tailrace channel. The design of diversion-generating system is introduced and the layout of structures is also summarized to provide references for similar projects．

diversion-generating system; design; layout; Nam Ou 2 Hydropower Station

2016- 03- 09

溫麗麗(1980—)，女，浙江長興人，高級工程師，主要從事水工建筑物設計工作．

TV671(334)

B

0559- 9342(2016)05- 0043- 03