莫莫克水利樞紐工程初步設計

黃志明

(新疆水利水電勘測設計研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程地理位置與概況

莫莫克水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區，具體在喀什地區葉城縣境內的提孜那甫河山區河段區域。該工程主要承擔發電、防洪、灌溉任務。工程設計的水庫為中(3)型，0.93億m3總庫容，1 873.00 m死水位，1 894.00 m正常蓄水位，26 MW總裝機容量。工程每年可以輸送7 768萬度電給電網，改善當地發展中對電能的要求。

工程主要有：泄洪洞、攔河水壩、發電引水洞、溢洪道、生態過魚設施及電站廠房等。攔河大壩形式為瀝青混凝土心墻壩，壩高最大為75.00 m。地震設防烈度Ⅷ度。

2 工程任務和規模

根據項目工程的概況和位置，參考相關標準，對于工程的總體任務和規模設計闡述如下。

2.1 項目建設任務

建設任務為：防洪、灌溉兼顧發電。

2.2 設計水平年和設計保證率

設計水平年：現狀年為2017年，規劃設計水平年為2030年。設計保證率：工程電站設計90%保證率，節水灌溉設計85%保證率。

2.3 綜合利用要求

2.3.1 防洪

通過對提孜那甫河防洪工程現狀、防洪保護對象及防洪標準分析，提孜那甫河重要保護對象的防洪標準為20 a一遇，其余保護對象和鄉村及農田防洪標準為10 a一遇，設計水平年隨著下游堤防工程的建設，莫莫克水庫壩址斷面河道安全泄量638 m3/s，因此需通過莫莫克水庫調節將提孜那甫河20 a一遇洪水削減至10 a一遇。采用水庫“砍平頭”調度運用方式，提孜那甫河防洪保護對象按照10 a一遇標準進行分析計算，所需防洪庫容為411萬m3。莫莫克水利樞紐防洪庫容運用時間為每年6、7、8三個月。

2.3.2 灌溉

設計水平年2030年，根據提孜那甫河流域灌區水資源供需分析計算(P=75%)結果，求得莫莫克壩址斷面灌區灌溉缺水量為4 948.13萬m3，缺水區域主要在葉城灌區，缺水月份集中在4月和5月。由調節庫容頻率排頻確定提孜那甫河灌區在壩址斷面的調節庫容為4 957萬m3(未計入水量損失)，經長系列徑流調節計算，需莫莫克水利樞紐灌溉調節庫容5 256萬m3(計入水量損失)。

2.3.3 發電

莫克水利樞紐具有較大庫容，一定水頭，工程在滿足防洪與灌溉任務之后具備兼顧發電的能力。工程不設發電庫容，根據防洪要求和農業灌溉用水過程進行發電。電站裝機容量26 MW，多年平均年發電量7 768萬kW·h，到設計水平年2030年其電力電量完全可以被喀克電網消納，電站在系統基荷運行。

2.4 電站裝機容量選擇

根據莫莫克水利樞紐的任務、動能特性及莫莫克水庫的調節性能，擬定20、23、26、29 MW和32 MW五組裝機方案。裝機利用小時數在2 400-3 600 h之間。通過經濟技術綜合比較，推薦裝機容量為26 MW，多年平均有效年發電量7 768萬kW·h，裝機利用小時數2 988 h。

3 工程布置及主要建筑物

3.1 地震烈度

根據新疆防御自然災害研究所2019年4月《新疆莫莫克水利樞紐工程地震危險性分析報告》以及《中國地震動參數區劃圖》，壩址區地震基本烈度值為Ⅷ度，本工程建筑物抗震設防類別為乙類，工程設防烈度為Ⅷ度，地震反應譜特征周期為0.45 s，地震動峰值加速度值采用216.10 gal。

3.2 主要建筑物

根據壩線、壩型及樞紐布置比選，此階段推薦上壩線瀝青混凝土心墻壩方案。根據上壩線庫區的地形、地質條件，樞紐由瀝青混凝土心墻壩、表孔溢洪道、泄洪沖沙洞、發電引水洞及電站廠房等建筑物組成。在整個河谷布置心墻壩，溢洪道布置在左岸緊靠壩肩布置，泄洪沖沙洞布置于河床右岸，發電引水系統布置泄洪沖沙洞的右側，發電廠房為岸邊式地面廠房。

3.3 邊坡工程

3.3.1 邊坡工程級別

邊坡工程所處位置主要為大壩右岸壩肩邊坡、溢洪道泄槽邊坡、發電洞及泄洪沖沙洞聯合進水口邊坡、發電洞出口邊坡、泄洪沖沙洞出口邊坡。

3.3.2 邊坡處理

大壩右岸邊坡、溢洪道泄槽邊坡、發電洞及泄洪沖沙洞聯合進水口邊坡、發電洞出口邊坡、泄洪沖沙洞出口邊坡抗滑穩定系數均滿足規范要求。

右岸邊坡普遍較高，礫巖屬軟巖，容易受降水和雨霧影響從而產生軟化及表層剝落，本身抗沖刷能力較差，因此適當增加防護處理措施。

3.3.3 生態放水建筑物

考慮下游生態用水要求，在下游河道廠房右側布置生態放水管。位于1#支管(樁號發0+388.917)處通過球形岔管連接生態放水管，當機組全部檢修時打開工作閥，將生態流量放入下游河道。

3.4 過魚建筑物

根據主要建筑物的特性及布置方案，莫莫克水利樞紐過魚設備采用“集誘魚系統+運輸車+投放系統”的方式過魚，過魚設施布置在廠房尾水反坡右側，共設置兩個進口，其工作原理為：從生態放水管引入一定流量的水，經閥門調流消能后注入消力池，從消力池流出的水仍具有一定的動能，經集魚池、從誘魚道流出，使誘魚道內產生約0.60 ～1 m/s的流速，魚類逆流而上，沿誘魚道進入集魚池。將集魚斗停放于集魚池底部，通過移動集魚柵，將進入集魚池內的魚類趕至集魚斗上方，通過提升集魚斗，將魚類集中至集魚斗內。將集魚斗提升至運魚車上，通過運魚車將集魚斗拉至上游投放點后投入天然河道。

4 工程電氣方案設計

4.1 工程接入系統

根據當地電網地區用電負荷情況，電站擬以110 kV一級電壓接入系統，出線2回，其中1回出線至柯克亞變，距離約為42.30 km，導線選用JL/G1A-240。1回備用。

4.2 電氣主接線

4.2.1 發電機側接線方案

裝機容量為2×10+2×3 MW，發電機額定電壓為10.5 kV，額定功率因數0.80，電站總裝機容量和單機容量在當地系統中所占比例不大，發電機電壓側接線選擇擴大單元接線，接線設備投資較低，且其接線簡單清晰，運行靈活可靠，完全滿足本電站安全穩定的運行要求。

4.2.2 110 kV升高電壓側

此電站地震基本烈度均為Ⅶ度，抗震設計烈度為Ⅷ度，且工程地處多風沙地區，環境比較惡劣。110 kV配電裝置可選用戶內GIS設備和戶外敞開式設備。根據電站廠區布置情況，廠房兩側邊坡比較陡峭，不適合布置敞開式開關站，廠房對岸管理區處較為平坦，適合布置敞開式開關站，面積約60 m×60 m，距離廠房約400 m。變壓器布置在電站廠房側，并相應增加110 kV架空線路投資50萬元。GIS采用室內布置，減少了開關站開挖量，且設備布置緊湊，比戶外敞開式布置節省約198萬元左右。故GIS方案在技術和經濟方面均具有明顯優勢，故110 kV高壓側配電裝置推薦采用GIS方案。考慮到水電站110 kV側進出線回路數不多，110 kV出線側設備采用GIS設備，設備故障概率很低，可靠性高，單母線接線完全滿足電站安全穩定的運行要求，故110 kV側采用單母線接線。

4.3 主要電氣設備布置

廠房布置方案：主機間尺寸(長×寬)為66.92 m×17.70 m，主廠房布置四臺水輪發電機組。發電機層高程為1 847.90 m，上游側設置機電屏、機組LCU屏、制動屏、發電機保護屏、勵磁屏等。水輪機層高程為1 841.80 m，上游側設置調速器電控柜、調速器油泵控制屏、蝶閥控制屏。

副廠房布置在主廠房上游側，與主廠房同長，寬11.40 m。一次副廠房分為四層，一層為副廠房水輪機層，高程為1 842.90 m，布置發電機出口柜、勵磁變、電纜橋架等設備。二層為副廠房發電機層，高程為1 847.90 m，布置交接班室、中控室、繼保間、蓄電池室、通信室、0.40 kV廠用電室、通風室等。三層為副廠房GIS電纜夾層，高程為1 852.90 m，布置有電纜橋架，GIS主變出線等設備。副廠房上游側布置主變平臺，高度為1 847.90 m，主變周圍設置圍欄，高度≥1 700 mm。

綜上所述，針對電站工程容量和地理位置的特點，設計中參考實際情況進行了相關設計，發電機電壓側接線選擇擴大單元接線，110 kV采用單母線接線方式，確保工程滿足需求的情況下，也提高了工程的經濟性。

5 結語

莫莫克水利樞紐是《新疆葉爾羌河流域規劃報告》確定建設的控制性樞紐工程，文章介紹了工程設計的主要技術指標，特別針對電站廠區的實際地理情況，對電氣設備布置和接線進行了對應設計，很好地完成了工程需求。此工程報告已通過上級水利部門驗收，進入建設階段，可為同類工程設計中提供參考。