童 亮

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

引水貫流式水電站廠房設(shè)計(jì)

童 亮

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

闊克塔勒水電站利用已建水庫庫水位與總干進(jìn)水閘消力塘之間的水位落差發(fā)電，是新疆第一座燈泡貫流式水電站，在新疆具有代表性。為此，結(jié)合該工程的特點(diǎn)，簡要介紹了水電站廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)，包括廠房布置、主要尺寸的確定、基礎(chǔ)及邊坡處理等，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

引水式；燈泡貫流式；電站廠房；設(shè)計(jì)

1 工程概況

新疆北部阿勒泰地區(qū)某水利樞紐工程由攔河壩、溢洪道、總干進(jìn)水閘、導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞、發(fā)電引水建筑物等組成。總干進(jìn)水閘布置在左岸副壩0+350m處，由引渠、進(jìn)口段、閘室段、明渠及消力塘組成?？偢蛇M(jìn)水閘為岸邊開敞式，設(shè)3孔帶胸墻平板閘門，平板工作門為5.0m×3.5m。閘底板高程為630.00m。閘前水庫正常蓄水位為645.00m，設(shè)計(jì)洪水位為645.40m，校核洪水位為647.80m。在總干進(jìn)水閘后樁號0+205處接天然消力塘，其設(shè)計(jì)水位633.817m。工程已建成運(yùn)行多年，為更好地利用水資源，闊克塔勒水電站利用該水庫庫水位與總干進(jìn)水閘消力塘水位之間的落差（11.18m）發(fā)電。在總干進(jìn)水閘設(shè)置進(jìn)水口攔污柵，改建總干進(jìn)水閘右側(cè)1孔為發(fā)電進(jìn)水閘，此孔原進(jìn)水閘工作門作為發(fā)電引水系統(tǒng)事故門，后依次接53.6m長的4.7m×5.7m（b×h）引水管道、電站廠房、尾水渠，尾水渠與原消力塘銜接。水電站設(shè)1臺6.5 MW燈泡貫流式機(jī)組，發(fā)電引水流量90.04m3/s，多年平均年發(fā)電量2 932萬kW·h。

2 廠區(qū)布置

闊克塔勒水電站廠房布置在總干進(jìn)水閘下游64.8m處，主廠房縱軸線與總干進(jìn)水閘后陡坡段軸線垂直。主機(jī)間布置于陡坡內(nèi)右側(cè)，安裝間布置于陡坡右側(cè)堤頂上，副廠房布置在主廠房下游側(cè)，與主廠房平行。安裝間右側(cè)設(shè)15m×15m的回車場，進(jìn)廠公路布置在總干渠右岸。整個(gè)廠區(qū)以及尾水平臺的高程為637.80m。在廠區(qū)周邊修建0.3m×0.5m的排水溝，形成一套完整的排水系統(tǒng)，收集廠區(qū)及廠區(qū)邊坡的雨水，最終排入電站的尾水渠。廠房橫剖面見圖1。

3 廠房設(shè)計(jì)

3.1 主廠房控制尺寸的確定

3.1.1 機(jī)組段長、主廠房長度及寬度確定

電站廠房內(nèi)安裝1臺燈泡式貫流機(jī)組，裝機(jī)容量為6.5 MW，水輪機(jī)型號為GZxxx-WP-340，發(fā)電機(jī)型號為SFWG6500-40/3720，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸為3.40m。

主廠房由主機(jī)間和安裝間組成。主機(jī)間機(jī)組間距由流道和運(yùn)行層下部水機(jī)電氣廊道尺寸控制，并考慮其附屬設(shè)備的布置及交通要求。流道進(jìn)口寬度6.457m，尾水管出口寬6.12m。由于本電站只有1臺機(jī)組，結(jié)合附屬設(shè)備、集水井及交通布置，機(jī)組端部考慮橋機(jī)起吊范圍，主機(jī)間左側(cè)端墻距機(jī)組軸線6.8m，右側(cè)端墻距機(jī)組軸線10.95m，故主機(jī)間長度為17.75m。安裝間考慮到安裝、檢修機(jī)組時(shí)，放置機(jī)組6大件[1]（發(fā)電機(jī)定子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、外配水環(huán)、內(nèi)配水環(huán)、主軸、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子等）主要部件要求，綜合考慮橋機(jī)起吊范圍，確定安裝間長為18.23m。主機(jī)間和安裝間之間設(shè)置寬0.02m的變形縫，廠房總長度為36.00m。

由主機(jī)間機(jī)組的結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)行層的設(shè)備布置、起吊設(shè)備的吊鉤限制線、交通通道布置等要求[2]，確定主廠房凈寬為13.0m；考慮主廠房排架柱尺寸，主廠房寬度為16.2m；機(jī)組軸線至主廠房上游側(cè)11.4m，機(jī)組軸線至主廠房下游側(cè)4.8m。

3.1.2 廠房主要高程確定

經(jīng)過調(diào)節(jié)保證計(jì)算，并滿足尾水管負(fù)壓不超過規(guī)范要求，選定水輪機(jī)安裝高程為627.60m，流道進(jìn)口的尺寸為b×h=6.457m×6.99m，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為3.40m，尾水管出口尺寸b×h=6.12m×6.12m。為滿足機(jī)電設(shè)備的布置、操作及檢修要求，廠房底部設(shè)城門洞型廊道，底高程為622.40m，廊道寬度2.75m，最高處3.5m。廠房的滲漏集水井和檢修集水井的底板高程為621.90m。綜合考慮流道頂板結(jié)構(gòu)厚度及主、副廠房高程銜接要求，確定流道頂板即運(yùn)行層高程為633.50m；由于安裝間在原渠道右側(cè)的渠堤上，同時(shí)距離原水庫大壩下游壩坡較近，為減少對壩體安全的影響以及減少石方開挖，確定安裝間地面高程為638.00m；安裝間上部空間尺寸是考慮安裝場吊車起吊高度確定，電站廠房設(shè)1臺QD50/20t的電動(dòng)橋式起重機(jī)，跨度13.00m，軌頂高程受起吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸高度控制，確定為647.95m；根據(jù)橋式起重機(jī)尺寸、運(yùn)行及廠房照明布置要求，確定廠房梁底高程為651.80m。

3.2 主廠房布置

主機(jī)間安裝1臺燈泡式貫流水輪發(fā)電機(jī)組，水輪發(fā)電機(jī)組置于過水流道內(nèi)，順?biāo)鞣较蛞来螢檫M(jìn)口段、座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪室和尾水管段。

座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪室段尺寸取決于機(jī)組運(yùn)行、安裝和檢修要求，其底高程624.105m，最大高度6.99m，機(jī)組底廊道底高程622.40m，考慮結(jié)構(gòu)尺寸，廠房建基最低高程621.00m，流道頂板內(nèi)布設(shè)有電纜溝，流道頂板面高程633.50m。主機(jī)間寬為16.2m，安裝1臺起重量為50/20t的橋式起重機(jī)，跨度為13.0m，軌頂高程為647.95m。主廠房吊車梁采用焊接“工”字型鋼吊車梁。主廠房屋頂采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋頂，屋頂結(jié)構(gòu)高程653.00m。

主機(jī)間發(fā)電運(yùn)行層高程為633.50m，布置有調(diào)速器、機(jī)旁屏及油壓裝置控制屏等設(shè)備。運(yùn)行層內(nèi)布置有發(fā)電機(jī)引出線電纜溝、油氣水管溝和機(jī)組進(jìn)入孔及供機(jī)組安裝檢修用的發(fā)電機(jī)吊物孔和水輪機(jī)吊物孔。在運(yùn)行層右側(cè)上游布設(shè)一部鋼梯，連通運(yùn)行層和安裝間地面。高位油箱布置在主機(jī)間左端下游框架柱上的懸挑板上，懸挑板頂高程644.60m。

尾水管段流道出口底板高程624.54m，出口斷面為6.12m×6.12m（b×h），流道末端布置一扇事故檢修門。尾水平臺高程為637.80m，尾水平臺順?biāo)飨蜷L10.78m，垂直水流方向?qū)?0m。尾水平臺上設(shè)尾水閘房。

安裝間位于主機(jī)間右側(cè)，地面高程638.00m。安裝間與主機(jī)間同寬，長18.23m，供機(jī)組設(shè)備組裝檢修。進(jìn)廠大門設(shè)在安裝間的右側(cè)，與回車場連通。

3.3 副廠房布置

副廠房按其所在位置分為尾水副廠房和安裝間副廠房。

尾水副廠房位于主機(jī)間下游，尾水管頂板高程632.50m以上，共分兩層。底層高程632.50m，主要布置有空壓機(jī)、檢修排水泵管等；上層底高程638.00m，為電氣設(shè)備布置層，主要布置有勵(lì)磁變、高壓開關(guān)柜、廠用變等，副廠房屋頂高程642.20m。在尾水副廠房右端下游側(cè)設(shè)有6.04m×2.5m的樓梯井，設(shè)現(xiàn)澆混凝土樓梯，作為廊道底高程622.40至電氣設(shè)備層高程638.00m的垂直交通通道。在副廠房的下游側(cè)設(shè)安全出口。

安裝間副廠房布置在安裝間下游側(cè)，地面高程為638.00m，和安裝間高程相同。主要布置中央控制室和電纜溝。副廠房右側(cè)設(shè)安全出口。

3.4 廠房基礎(chǔ)及邊坡處理設(shè)計(jì)

3.4.1 廠房基礎(chǔ)開挖

根據(jù)地質(zhì)條件、廠房布置與結(jié)構(gòu)尺寸等因素，確定廠房基礎(chǔ)開挖深度與邊坡坡度。廠房主機(jī)段建基面坐落于原渠道渠底以下9m處的弱風(fēng)化基巖上，安裝間建基面處于原渠道右側(cè)渠堤的弱風(fēng)化基巖上，基巖巖性為石英片巖及侵入的石英安山巖脈，工程地質(zhì)條件較好。根據(jù)地質(zhì)資料和施工條件，廠房基礎(chǔ)開挖邊坡均為臨時(shí)邊坡，坡比為1∶0.3。

3.4.2 廠區(qū)邊坡設(shè)計(jì)

廠區(qū)開挖永久邊坡最高約3.5m，主要是強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化巖石，巖石完整，開挖邊坡1∶0.5，在巖石破碎段，用混凝土進(jìn)行噴護(hù)；地下水位以下邊坡設(shè)排水管，邊坡底部設(shè)排水溝，和廠區(qū)排水形成完整的排水系統(tǒng)。

3.5 永久變形縫設(shè)計(jì)

本電站只有1臺機(jī)組，因主機(jī)間和安裝間的建基面高程相差較大，故主機(jī)間和安裝間之間設(shè)永久變形縫[3]。主機(jī)間與安裝間之間在高程638.00m以下變形縫縫寬20mm，變形縫中設(shè)置銅片止水，填縫材料為閉孔塑料板；高程638.00m以上變形縫縫寬120mm。

4 結(jié)語

闊克塔勒水電站是新疆修建的第一座燈泡貫流式水電站。本貫流式電站因機(jī)組前設(shè)53.6m長的引水管道，有別于國內(nèi)其它貫流式電站，有其特殊性。本電站的建成運(yùn)行，將填補(bǔ)燈泡貫流式水電站在新疆水利工程建設(shè)上的空白，為今后同類電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 沙錫林.貫流式水電站[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[2] 顧鵬飛，喻遠(yuǎn)光.水電站廠房設(shè)計(jì)[M].北京：水利電力出版社，1987.

[3]SL266-2001，水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

（責(zé)任編輯：周 群）

Design of powerhouse equipped with bulb turbine generator unit

TONG Liang
（Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute of Xinjiang，Urumqi 830000，China）

Kuoketale hydropower project is the first power station equipped with bulb turbine generator units in Xin?jiang by use of the water head between reservoir and stilling pond at the inlet of overall trunk channel.Combined with the features of this project，an introduction was made on the key points of powerhouse design，including the layout of powerhouse，determination of main dimensions，treatment measures of foundation and bank slope.

Diversion type；bulb turbine；powerhouse；design

TV731

B

1003-1510（2016）05-0036-03

2016-08-17

童 亮（1985-），男，陜西洋縣人，新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院工程師，學(xué)士，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。