TSY水電站工程廠址選擇和廠區布置比較分析

孫紅麗

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

TSY水電站是長距離引水發電工程，是新疆伊犁“KS”河梯級電站之一。工程區距烏魯木齊市約940 km，廠房位于S315省道附近”KS”河Ⅲ級階地上，對外交通方便。發電廠房為岸邊式地面廠房，發電引水流量為140 m3/s，電站裝機容量為80 MW。主要建筑物包括攔河引水樞紐、引水渠、輸水隧洞、壓力前池、泄水陡坡、壓力管道、廠房及尾水建筑物等。根據《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》[1]的規定，工程等別為中型Ⅲ等，電站廠房為3級建筑物，尾水建筑物為4級。

2 廠址選擇

廠址選擇受工程區地形、地質條件，樞紐建筑物總體布置等因素影響[3]。根據“KS”河左右岸地形、地質條件，電站引水閘布置在右岸；渠線自樞紐程進水閘，沿“KS”河北岸大致平行河道，由東向西延伸約7.5 km至壓力前池；前池位于輸水渠道末端，泄水陡坡布置在前池上游右側；壓力管道連接前池和廠房；廠房及尾水建筑物布置在“KS”河右岸，考慮電站與下游梯級的水位銜接，可在進水閘下游約7.5 km長度范圍內的“KS”河右岸擬定廠址。

根據工程樞紐布置：發電進水閘引水線路基本沿1780.00 m等高線布置在“KS”河北岸，利用傍山引水渠與“KS”河天然河道形成的自然落差而發電。在進水閘下游約7.5 km處河道天然形成一北向凹岸，該段渠線距“KS”河天然河道最短約180 m，地形上便于集中獲得落差且壓力管線長度較短。廠址向上游布置，首先地形狹窄，不利于布置廠房，其次廠房上游存在不穩定滑坡體對前池、壓力管道及廠房均有影響；廠址向下游布置，則前池受地形條件限制需向“KS”河北岸布置，增加了渠道、壓力管道和廠房尾水渠工程量，綜上所述，廠址布置在進水閘下游約7.5 km處“KS”河道北岸，是工程區內唯一可選廠址。

選取的廠址在“KS”河北岸Ⅲ級階地上，地面高程1705～1735 m，階地較為寬闊、平坦，足夠布置廠房及尾水建筑物等，廠房開挖形成的永久邊坡高度20 m以內，邊坡高度低。而廠址處地層特性為：表層覆蓋第四系坡積含礫粉土，下部為Ⅲ級階地砂卵礫石層，結構密實。下伏巖性為第三系紅褐色泥巖夾薄層砂礫巖。廠房基礎坐在弱風化泥巖上，泥巖承載力滿足要求。尾水渠布置在Ⅰ級階地上，地表層為灰黑色腐植土，其下為階地砂礫石層，下伏巖性為第三系紅褐色泥巖，巖層走向與渠道邊坡夾角為21°，對渠道邊坡的穩定影響不大。從地形地質條件上分析廠址選擇是合理的。

3 廠區布置比選

3.1 廠房各部分組成及廠區方案擬定

根據《水電站廠房設計規范》[2]對廠房各部分組成的功能界定，電站廠房主要由主廠房、副廠房和尾水建筑物等組成。TSY水電站廠房為引水式地面廠房，其廠區布置設計具有同類工程的共通性，結合本工程的個體特點，對廠區各建筑物進行了合理緊湊的布置和設計[5]。在廠址區域，考慮副廠房及主變壓器等電氣設備布置不同擬定兩種廠區布置方案。方案一為副廠房及主變壓器布置在主廠房右端，與主廠房呈“一”字型布置；方案二為副廠房及主變壓器均布置在主廠房上游側，與主廠房平行布置。

主廠房包括主機間和安裝間兩部分，平面尺寸為68.80 m×17.80 m（長×寬）。主機間內共布置四臺水輪發電機組（兩大兩小），大小機單機容量分別為30 MW、10 MW。副廠房內布置GIS開關站、電氣設備及辦公室等，平面尺寸為68.80 m×12.0 m（長×寬）。考慮主變壓器檢修及安裝，主變場寬度為20 m。考慮尾水啟閉設備的運行及必要的交通通道，尾水閘墩（或尾水平臺）寬度為5.76 m，長度為46.475 m。尾水閘墩后接尾水反坡段，尾水通過反坡段后直接投入主河床。3.1.1 廠區布置方案一說明

副廠房緊貼主廠房右端墻布置，與主廠房呈“一”字型布置。兩臺主變壓器布置在副廠房上游側與副廠房縱軸線平行。在主廠房上游側布置的母線廊道至安裝間。副廠房包括一次副廠房和二次副廠房。一次副廠房布置在安裝間右側，共分五層。地面以上四層，第一層高程為1714.50 m，布置高壓開關柜、廠用變、低壓開關柜等；第二層高程為1719.20 m，為電纜夾層；第三層高程為1722.20 m，布置有GIS設備和保護屏等；第四層高程為1733.60 m，為屋頂出線場，布置有高頻阻波器、電容式電壓互感器、避雷器及220 kV出線塔架等；地面以下一層，高程為1708.50 m，上游側布置隔離變壓器，下游側布置發電機出口開關柜等。二次副廠房布置在一次副廠房右側，共兩層。地面以上一層，高程為1714.50 m，布置中央控制室、計算機室及通風機室等；地面以下一層，高程為1708.50 m，布置中壓空壓機室等。廠房各組成部分從左至右一字排開，依次為主機間、安裝間、一次副廠房和二次副廠房。3.1.2 廠區布置方案二說明

副廠房布置在主廠房上游側，與主廠房“平行”布置。兩臺主變壓器布置在副廠房上游側主變平臺上。副廠房包括一次副廠房和二次副廠房。一次副廠房布置在主機間上游側，其內部布置同方案一。二次副廠房布置在安裝間上游側，其內部布置同方案一。廠房各組成部分由上游至下游依次為主變平臺、副廠房、主廠房及尾水建筑物。3.1.3 廠區方案比較分析

廠區布置方案從建筑物布置、電氣設備布置、施工條件及投資等方面比較，見表1。

表1 廠區布置比較表

綜合分析廠區布置方案一、二：

（1）從地形、地質條件分析：兩個方案條件相同。

（2）從建筑物布置分析：方案二布置緊湊，能很好利用上游岔管開挖空間，方案一不能有效利用該空間。方案二采光、通風較方案一差。

（4）從施工條件分析：方案一主、副廠房間施工干擾較小，方案二施工干擾較大。

（5）從機組運行管理分析：方案二管理較方便，母線較短，年運行費較少；方案一母線較長。

（6）從投資分析，方案一和方案二投資相當，方案一比方案二略增加615.61萬元。

綜上分析推薦廠區布置方案二，即副廠房、GIS室及變壓器均布置在主廠房上游側，與主廠房平行布置。

推薦廠區布置方案平面圖見圖1。

4 結語

水電站廠址選擇和廠區布置是一個關鍵設計環節，需要綜合考慮樞紐布置、地質條件、施工條件、工程投資、電站的運行管理等多方面因素[4]。本電站廠址選擇受制于樞紐布置和工程區下游地形地質條件，選擇的廠址具有唯一性。推薦的廠區布置方案有效利用上游開挖空間布置副廠房及主變壓器，縮短了電氣設備之間的聯絡長度，降低電能損耗；廠房各組成建筑物布置緊湊，可有效減少結構、開挖工程量，節省投資，方便運行管理。工程目前已發電，廠房各部分運用良好，表明廠址選擇和廠區布置是合理的。TSY水電站廠區布置型式在水電站工程中較有代表性，為相似廠房設計積累經驗并提供參考與借鑒。

圖1 廠區平面布置圖