程玉姣，郭春，尹一光，李亞文（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

規(guī)劃設(shè)計(jì)

龍江水電站發(fā)電廠房布置

程玉姣，郭春，尹一光，李亞文
（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

龍江水電站發(fā)電廠房為引水式地面廠房，單機(jī)容量為80MW，總裝機(jī)容量為240 MW。考慮到工程建設(shè)具體情況，同時(shí)結(jié)合廠房設(shè)備、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行人員工作環(huán)境等方面的要求，在廠房布置時(shí)采取了靈活、緊湊、實(shí)用的原則。文中主要介紹龍江水電站發(fā)電廠房設(shè)計(jì)思路，對廠房主體尺寸及整體布置進(jìn)行了較為詳盡的敘述。

發(fā)電廠房布置；特點(diǎn)；龍江水電站

發(fā)電廠房型式為引水式地面廠房，位于龍江電站大壩下游左岸，距壩軸線約170m。廠內(nèi)裝有3臺水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量80MW，總裝機(jī)容量240MW，保證出力68 MW，多年平均發(fā)電量10.28×108kW·h。水庫正常蓄水位872 m，死水位845m，調(diào)節(jié)庫容6.79×108m3，與下游堤防聯(lián)合調(diào)度，可使下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)由30年一遇提高到50年一遇。

廠區(qū)主要建筑物包括：主廠房、安裝間、尾水副廠房、尾水渠、變電站等組成。廠房采用鋼筋混凝土封閉式結(jié)構(gòu)。

1　廠區(qū)方案選定及布置特點(diǎn)

龍江水電站工程左岸山體較薄。左岸大壩下游約250m，有一橫穿河床的F1大斷層，寬度50～90m。為不使引水洞穿過F1斷層，發(fā)電廠房應(yīng)布置在F1斷層的上游。又因消能塘護(hù)坦位于壩下173.50m處，故廠房只能布置在消能塘與F1斷層之間約80 m范圍。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合引水系統(tǒng)布置，考慮消能系統(tǒng)對廠房的影響等因素，選定左岸地面廠房廠位順河向方案布置。該方案有如下特點(diǎn)：廠區(qū)平行等高線布置，安裝間側(cè)地面線較低，該部位開挖量相對較小，開挖邊坡相對低一些，由于F1斷層走向NE40°～60°，傾向NW（傾向上游），傾角60°～70°，尾水閘墩及安裝間基礎(chǔ)的一部分在F1斷層上，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定不利，實(shí)際工程中采取了一定的工程處理措施；引水洞主洞較短，三條支管可直接與主洞相連，引水洞線布置較順暢；廠房尾水出水方向與河道交角相對較大，泄洪水流對廠房尾水有一定影響。綜合以上因素，為盡量減少引水管管線長，減少廠房開挖工程量，選定廠區(qū)方案為左岸引水式地面廠房。

引水式地面廠房廠址位于大壩下游左岸，距壩軸線約170m，廠房機(jī)組縱軸線方位角為NE89° 33′53″。主廠房尺寸109m×25.4m×50.21m（長× 寬×高），廠內(nèi)裝有3臺水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量80MW，水輪機(jī)安裝高程786.00m，單機(jī)引用流量142.90m3/s。廠房布置具有如下特點(diǎn)：

1）廠房布置采用一機(jī)一縫，每臺機(jī)組均形成獨(dú)立結(jié)構(gòu)。

2）由于生態(tài)環(huán)境需要引用流量35.6m3/s，考慮廠房單機(jī)引用流量遠(yuǎn)大于生態(tài)放流流量，在枯水期發(fā)電不合理，故在廠房上游側(cè)端部設(shè)置一生態(tài)放流管段，滿足生態(tài)環(huán)境引用流量要求。為保證廠房整體性，生態(tài)放流管各層高程與主機(jī)間各層高程相同并相通。

3）發(fā)電機(jī)層布置了機(jī)旁盤，將機(jī)組油壓裝置及調(diào)速器布置在母線層，使主機(jī)間發(fā)電機(jī)層工作空間寬敞明亮，運(yùn)行人員工作環(huán)境更舒適。

4）在主機(jī)間端部設(shè)置1部樓梯，貫通主機(jī)間各層。因發(fā)電機(jī)層地面高程低于廠區(qū)地面高程4.5m，為有效連接主機(jī)間及安裝間，將主機(jī)間樓梯向上延伸至安裝間層，設(shè)置1.2m凈寬懸挑通道，通道途徑尾水副廠房，到達(dá)安裝間安裝間層。只1部樓梯就使廠內(nèi)交通形成一整體，最大程度上節(jié)約廠內(nèi)空間。

5）廠房部位地面高程800～840m，基巖為片麻巖。廠房建基于微風(fēng)化巖體中，巖質(zhì)堅(jiān)硬，其承載能力可滿足設(shè)計(jì)要求?；诹己玫膸r石條件，廠房基礎(chǔ)開挖保留1號機(jī)與2號機(jī)、2號機(jī)與3號機(jī)尾水管閘墩之間，7.06m×8.91m（寬×高）巖臺，最大程度減少工程開挖量及回填混凝土量。依據(jù)現(xiàn)場開挖結(jié)果顯示，比較好的達(dá)到了預(yù)期效果。

綜合以上，由于工程實(shí)際情況，廠區(qū)相對狹小。在不影響廠房功能使用及運(yùn)行人員工作環(huán)境的基礎(chǔ)上，廠區(qū)布置盡可能緊湊，廠內(nèi)布置上盡量優(yōu)化，在細(xì)節(jié)考慮上較為周全。

2　發(fā)電廠房主要尺寸的確定

機(jī)組段長度由水輪發(fā)電機(jī)組蝸殼及尾水管尺寸等因素考慮確定，機(jī)組段長度取為19.50m，生態(tài)放流管段長度為15.00m，主機(jī)間全長為73.50m。安裝間長度按1臺機(jī)組安裝及擴(kuò)大性檢修要求確定為35.50m。主廠房全長為109.00m。

主廠房寬度根據(jù)發(fā)電機(jī)風(fēng)罩、機(jī)旁盤、蝶閥吊物孔等，相關(guān)設(shè)備尺寸及考慮交通需要確定主廠房上部寬度為25.40m。下游副廠房寬度根據(jù)尾水管長度、尾水平臺、交通及門機(jī)運(yùn)行要求確定為12.30 m。

水輪機(jī)吸出高度Hs=-4.55m，確定水輪機(jī)安裝高程為EL786.00m；尾水管底板頂高程為EL772.39 m；廠房基礎(chǔ)建基高程為EL770.39m；軌頂高程為EL815.50m，屋架底高程為EL820.60m。主廠房總高度50.21m。

3　發(fā)電廠房布置

主機(jī)間內(nèi)布置3臺水輪發(fā)電機(jī)組和1臺生態(tài)放流管，單機(jī)容量為80MW。共分五層：發(fā)電機(jī)層、母線層、水輪機(jī)層、蝸殼層和尾水管層。發(fā)電機(jī)層地面高程為EL798.80m，布置有機(jī)旁盤；母線層地面高程為EL795.45m，布置了機(jī)組的調(diào)速器及油壓裝置；水輪機(jī)層地面高程為EL790.10m，布置了蝶閥用的油壓裝置和調(diào)速器；蝸殼層地面高程EL780.77m，在上游蝶閥廊道1號機(jī)組段布置滲漏集水井。主機(jī)間每臺機(jī)組段均設(shè)有7.8×2.9m蝶閥吊物孔，廠內(nèi)設(shè)置一臺跨度22.00m的橋式吊車，起吊重量160 t+160 t/25 t。在主機(jī)間端頭設(shè)置一部樓梯通往發(fā)電機(jī)層以下各層。機(jī)墩為圓筒形混凝土結(jié)構(gòu)，機(jī)墩進(jìn)人門布置在第Ⅲ象限，與機(jī)組中心線成45°夾角。蝸殼進(jìn)人門和尾水管進(jìn)人門布置在蝶閥廊道層。

安裝間布置在主機(jī)間的左側(cè)，共分四層布置。從底往上第一層與水輪機(jī)層同高并相通，布置有透平油罐室、油處理室等；第二層與母線層同高并相通，布置起重設(shè)備間和通風(fēng)機(jī)房等；第三層與發(fā)電機(jī)層同高并相通，布置了10 kV高壓開關(guān)柜室和機(jī)械修配間等；第四層為安裝間層，地面高程為803.30m高出發(fā)電機(jī)層4.5m。安裝間層由凈寬1.2m懸挑通道經(jīng)尾水副廠房與主機(jī)間樓梯相通，通道外側(cè)設(shè)有活動(dòng)安全護(hù)欄?？恐鳈C(jī)間上游側(cè)山墻設(shè)有1部樓梯，通往安裝間層以下各層。樓梯下游側(cè)設(shè)1個(gè)3×2.5m吊物孔，較重的設(shè)備可通過吊物孔吊運(yùn)至以下各層。在機(jī)組安裝及擴(kuò)大性檢修時(shí)，安裝間層能滿足發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)定子、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)頂蓋、發(fā)電機(jī)上下機(jī)架等平面布置及檢修通道的要求，同時(shí)能滿足汽車進(jìn)安裝間，吊裝配件要求。進(jìn)廠大門位于安裝間下游側(cè)，大門寬6.3m，高6.60m。

尾水副廠房布置在主機(jī)間下游，共分八層。其中地面以上三層，布置有配電屏室、電纜夾層、中央控制室；地面以下五層：布置有發(fā)電機(jī)斷路器柜室、電纜母線道、勵(lì)磁變壓器柜、機(jī)電消防水泵室等。副廠房兩端各設(shè)一部樓梯通往各層。

尾水建筑物由尾水平臺、尾水渠及兩側(cè)的混凝土擋土墻組成。尾水平臺高程為803.15m，頂寬12.30m，上部設(shè)有2×25t單向門機(jī)，下游側(cè)設(shè)有6m寬消防通道。尾水出口共3孔，單機(jī)單孔。尾水渠底寬為62.44m，尾水渠自尾水管出口以1∶4反坡向下游延伸約80m與主河道連接。尾水渠兩側(cè)設(shè)有尾水擋墻。尾水渠左側(cè)擋墻與山坡之間回填石渣形成變電站和進(jìn)場公路。

4　 GIS開關(guān)站

GIS開關(guān)站位于廠前區(qū)距安裝間下游墻20m處，為三層混凝土結(jié)構(gòu)，建筑物尺寸84.8m×14.6m（長×寬）。一層為主變室，下設(shè)事故油池；二層為電纜夾層；三層為GIS室；出線場布置于此建筑物屋頂。

5　　結(jié)語

龍江水電樞紐工程發(fā)電廠房設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)處理方面獨(dú)具匠心。廠內(nèi)交通便利，全廠只設(shè)4部樓梯就將主機(jī)間、安裝間、副廠房各層完整的聯(lián)系起來；發(fā)電機(jī)層只布置了機(jī)旁盤，將機(jī)組的調(diào)速器及油壓裝置安排在母線層，使發(fā)電機(jī)層視野更開闊，工作環(huán)境更舒適。目前，發(fā)電廠房各臺機(jī)組均已發(fā)電，各臺機(jī)組運(yùn)行正常，運(yùn)行人員工作環(huán)境舒適，實(shí)踐證明龍江樞紐工程發(fā)電廠房設(shè)計(jì)是成功的。MVA?！奔斑x定的電氣主接線和可能出現(xiàn)的一回線路，輸送3臺機(jī)容量的電站，最大運(yùn)行方式進(jìn)行了三相短路電流計(jì)算。

三相短路電流計(jì)算成果見表1。

表1　三相短路電流計(jì)算成果表

4.2主要電氣設(shè)備選擇

選定主要電氣設(shè)備參數(shù)見表2。

表2　主要電氣設(shè)備參數(shù)表

5　主要電氣設(shè)備布置

5.1機(jī)端電壓設(shè)備

電站采用立式混流機(jī)組，發(fā)電機(jī)電壓采用10.5 kV。面對上游側(cè)，發(fā)電機(jī)主引出線位于第Ⅱ象限，偏+Y軸25°引出，中性點(diǎn)引出線位于第Ⅲ象限，偏-Y軸45°引出。中性點(diǎn)引出線后，采用電纜與布置在機(jī)墩旁的中性點(diǎn)接地變壓器柜相連。

5.2電氣設(shè)備布置

每臺機(jī)組設(shè)2面機(jī)旁動(dòng)力配電屏，與機(jī)組控制保護(hù)屏一并布置在主廠房發(fā)電機(jī)層上游側(cè)。

電氣副廠房布置在主廠房上游側(cè)，勵(lì)磁變壓器、發(fā)電機(jī)出口電壓互感器柜布置在母線層324.40 m高程。發(fā)電機(jī)電壓成套開關(guān)柜裝置、低壓配電屏和廠用變壓器等，均布置在發(fā)電機(jī)層328.60 m高程。另在生產(chǎn)副廠房還設(shè)有高壓試驗(yàn)室、各種班組房間等。

5.3變電站布置

110 kV高壓配電裝置選用敞開式設(shè)備，采用中式布置。110 kV變電站共布置3個(gè)間隔，一側(cè)為2個(gè)主變壓器進(jìn)線隔位，另一側(cè)是2個(gè)出線隔位及1個(gè)避雷器、電壓互感器隔位，隔位寬度8 m。兩臺主變壓器和110 kV開關(guān)站集中布置，變電站內(nèi)設(shè)環(huán)形通道且與進(jìn)廠公路相連。

5.4壩區(qū)供電設(shè)備布置

在大壩壩頭設(shè)一壩區(qū)配電房，另設(shè)置一臺200 kW的可移動(dòng)拖車式柴油發(fā)電機(jī)組，作為壩區(qū)泄洪設(shè)施的保安備用電源。

在每個(gè)泄洪閘泵房內(nèi)均布置一面低壓盤，作為Ⅰ類負(fù)荷，以雙投開關(guān)與不同分段的主配電屏連接。

6　結(jié)語

該工程的樞紐包括：擋水壩、岸坡式溢洪道、引水隧洞、發(fā)電廠房及開關(guān)站等建筑物；機(jī)組臺數(shù)較多，同時(shí)用電負(fù)荷數(shù)量多，分布范圍廣，性質(zhì)重要，供電距離長，對供電可靠性要求高。結(jié)合實(shí)際情況，對110 kV設(shè)備、主變壓器、發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備、廠壩區(qū)供電設(shè)備的布置位置從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度兩方面比較，確定了較合理的方案。所有設(shè)備的技術(shù)參數(shù)均完全滿足長期運(yùn)行和三相短路工況的要求，而且均具有多年成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，維護(hù)方便，可靠性好。

[收稿日期]2016-03-07

TV731

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2015-12-21