巴基斯坦某工程水電站GIS位置比選研究

張 涵，周宏民

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 工程概況

巴基斯坦某工程水電站位于巴基斯坦西北邊境，是一座高水頭、長(zhǎng)隧洞引水式水電站工程。電站地下廠房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量為221 MW的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量884 MW。

該工程初設(shè)階段開(kāi)關(guān)站采用地下GIS開(kāi)關(guān)站+戶(hù)外出線平臺(tái)的方案。初設(shè)階段對(duì)地下廠房進(jìn)行了外移布置優(yōu)化并獲得批復(fù)，廠房外移后出線洞長(zhǎng)度由2100 m縮短為360 m，具備將GIS移至地面的條件，為了使工程獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益因而有必要對(duì)GIS布置位置進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究[1-5]。

2 工程地質(zhì)條件

地下廠房距河道最短距離約750 m，廠房頂部的最大埋深約430 m。廠房埋深部位巖性主要為變質(zhì)玄武巖、變質(zhì)石英砂巖、炭質(zhì)片巖，巖體強(qiáng)度屬于硬巖。廠房部位巖體片理產(chǎn)狀整體走向?yàn)镹E向，傾向?yàn)镹W向，傾角以60°～80°為主。

出線洞基巖為石炭～二疊系的Panjal組地層，以變質(zhì)玄武巖為主。巖層總體走向?yàn)镹W向，傾向NE，傾角以60°～80°為主。

地面開(kāi)關(guān)站布置于廠房東側(cè)，地表主要為坡洪積(Q4dl+pl)和崩坡積物(Q4col+dl)，覆蓋層厚度>3 m。基巖巖性主要為Panjal組的變質(zhì)玄武巖和大理巖，表部出露基巖以弱風(fēng)化為主，局部強(qiáng)風(fēng)化狀。

3 GIS布置方案比選

3.1 地下GIS開(kāi)關(guān)站+戶(hù)外出線平臺(tái)(原方案)

該方案GIS布置在地下主變洞內(nèi)，GIS開(kāi)關(guān)站與地面出線平臺(tái)通過(guò)2回GIL連接。具體布置如下文所述。

3.1.1 主變洞內(nèi)布置

主變洞室布置在主廠房下游，距離主廠房45 m。主變洞底高程為1323.75 m，與主廠房運(yùn)行層高程相同，長(zhǎng)127.25 m，寬17.60 m，高33.35 m。主變洞室共分為兩層。

一層為主變壓器室，變壓器布置在主變洞室上游側(cè)，共布置13臺(tái)主變壓器(12臺(tái)工作，1臺(tái)備用)，各主變壓器之間采用防火墻相隔。主變洞下游側(cè)與主變壓器之間為設(shè)備運(yùn)輸通道，通道上部設(shè)有電纜廊道。主變洞室左右兩端布置有樓梯，事故油池布置在主變洞室右側(cè)。主變壓器室左側(cè)布有排風(fēng)設(shè)備，右側(cè)布有進(jìn)風(fēng)設(shè)備。

二層為GIS室，GIS室高程為1337.10 m。GIS室上部布置有1臺(tái)橋機(jī)，以滿(mǎn)足設(shè)備安裝及檢修需要。GIS室右端布有吊物孔，及GIS控制用房，消防滅火設(shè)備室布置在GIS室左端，GIS室兩側(cè)均設(shè)有樓梯。GIS控制用房為二層框架結(jié)構(gòu)。房間內(nèi)布置有SCADA設(shè)備、MCTS設(shè)備、GIS變電站監(jiān)控設(shè)備、GIS變電站保護(hù)設(shè)備等設(shè)備。主變洞拱頂右側(cè)布有進(jìn)風(fēng)設(shè)備，左側(cè)布有排風(fēng)設(shè)備。

3.1.2 出線洞

出線洞為城門(mén)洞型，采用GIL出線，出線洞長(zhǎng)度約為360 m，襯砌后斷面尺寸為5.0 m×6.8 m。GIS通過(guò)兩回GIL出線連接至地面出線設(shè)備。考慮兩端設(shè)備連接段長(zhǎng)度，GIL每相長(zhǎng)度暫按平均500 m計(jì)，因此雙回GIL出線設(shè)備總長(zhǎng)度為2回×3相×500單相米=3000單相米。GIL洞典型斷面如圖1所示。

圖1 基本設(shè)計(jì)方案出線洞典型斷面圖(單位：mm)

3.1.3 出線場(chǎng)平臺(tái)

500 kV地面出線場(chǎng)地位于廠房東側(cè)的Mangial溝內(nèi)的“U”形轉(zhuǎn)彎處。出線場(chǎng)采用半挖半填形式修建。出線場(chǎng)尺寸為85 m×135 m，場(chǎng)內(nèi)布置線路電抗器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、避雷器、PT等設(shè)備。

3.2 地面GIS開(kāi)關(guān)站(比選方案)

主變壓器布置于地下主變洞，主變壓器與地面GIS開(kāi)關(guān)站通過(guò)4回GIL連接。具體布置如下：

3.2.1 主變洞內(nèi)布置

將GIS由主變洞外移至地面開(kāi)關(guān)站后，主變洞底高程為1323.75 m，與主廠房運(yùn)行層高程相同。主變洞斷面尺寸為長(zhǎng)127.25 m，寬17.60 m，高21.85 m，高度低于GIS布置地下方案，寬度不變。

主變洞室共分為兩層。一層為主變壓器室，其布置與GIS布置地下方案相同。二層布有避雷器、PT等設(shè)備，GIS設(shè)備由此層外移至地面開(kāi)關(guān)站后，此層高度縮小11.5 m。此層兩側(cè)均設(shè)有樓梯，右端布有吊物孔。出線洞布置在此層的下游側(cè)。

3.2.2 出線洞

GIS外移至地面后，出線洞內(nèi)布置4回500 kV GIL線路，回路較多，有一定布置難度。但從土建投資和施工周期來(lái)看，1條出線洞比2條出線洞更加合理和經(jīng)濟(jì)，因此本階段不考慮2條出線洞方案。

出線洞采用城門(mén)洞形，分為上下兩層，下層布置出線設(shè)備，出線洞內(nèi)4回出線水平并列布置，在出線洞兩側(cè)墻上各布置1回出線，在出線洞中間布置2回出線。出線洞斷面尺寸為6.88 m×7.20 m，其典型斷面見(jiàn)圖2。

圖2 出線洞斷面布置圖(單位：mm)

3.2.3 地面開(kāi)關(guān)站

地面開(kāi)關(guān)站位置與GIS地下方案相同。GIS外移后布置在開(kāi)關(guān)站的端部，出線場(chǎng)尺寸85 m×160 m，稍大于GIS布置于地下方案。開(kāi)關(guān)站采用永臨結(jié)合半挖半填形式修建。根據(jù)主變洞與出現(xiàn)場(chǎng)的相對(duì)位置關(guān)系，出線洞由開(kāi)關(guān)站北側(cè)入站。出線洞出口處設(shè)置出口建筑物。出線洞出口建筑物設(shè)置在正對(duì)GIS設(shè)備的中間位置，4回GIL由出口引出后分別與4回GIS進(jìn)線間隔相連。

3.3 工程量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選分析

兩個(gè)方案的工程量見(jiàn)表1。

表1 主變及開(kāi)關(guān)站工程各方案工程量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較情況

GIS布置在地面方案與基本設(shè)計(jì)方案相比：

(1)主變洞跨度相同，高度減小11.5 m，同時(shí)GIL洞寬度增大1 m，兩者相比，地下工程施工難度略有降低。

(2)主變洞工程量有所減少，GIL洞工程量有所增加，總體看GIS布置在地面方案的土建工程量略少于基本設(shè)計(jì)方案，土建投資略有降低，但機(jī)電設(shè)備投資增加較多，兩者相比，GIS地面方案投資較大。

(3)本電站地下工程是制約工期的關(guān)鍵線路，GIS布置在地面，可方便地下工程施工、減少工程施工難度，加快地下工程施工工期。

綜上，從技術(shù)方面看兩方案均可行，工程技術(shù)難度相當(dāng)，主要差別在于工期、施工難度、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、工程量及投資等方面。綜合考慮布置條件、工程技術(shù)難度、工程量變化可控性、運(yùn)行管理等因素，建議GIS移至地面方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)關(guān)站位置比選，確定了地面GIS開(kāi)關(guān)站布置方案，將GIS開(kāi)關(guān)站布置于地面便于管理、維護(hù)工作。同時(shí)減少了地下土建工程，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工期。