甘 煉，易清元

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

“十三五”期間，國家能源和電力規(guī)劃都要求加快抽水蓄能電站建設(shè)，并明確“十三五”期間新開工抽水蓄能容量6 000 萬kW 左右，到2025 年我國抽水蓄能運(yùn)行容量將達(dá)到1 億kW。隨著抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，為適應(yīng)抽水蓄能電站快速發(fā)展的需求，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展規(guī)模優(yōu)勢，深化完善基建標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作，充分考慮項(xiàng)目建設(shè)單位對于工程設(shè)施安全、景觀生態(tài)、運(yùn)營維護(hù)等方面的新要求，大力研究和推廣抽水蓄能電站通用設(shè)計(jì)可以極大提高工程建設(shè)質(zhì)量和工作效率。

1 設(shè)計(jì)原則

1.1 通用設(shè)計(jì)原則

進(jìn)/出水口采用三維設(shè)計(jì)方法，遵循國家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)的原則：安全可靠、環(huán)保節(jié)約；技術(shù)先進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；提高效率、合理造價(jià)；努力做到可靠性、統(tǒng)一性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和靈活性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。針對大型抽水蓄能電站工程進(jìn)/出水口不同結(jié)構(gòu)型式、裝機(jī)臺數(shù)、輸水系統(tǒng)不同供水方式進(jìn)行通用設(shè)計(jì)編制。

1）可靠性。確保進(jìn)/出水口各設(shè)計(jì)方案水工結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備安全可靠，確保工程投入運(yùn)行后電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）統(tǒng)一性。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，基建和生產(chǎn)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，進(jìn)/出水口布置格局體現(xiàn)抽水蓄能電站工程上、下水庫進(jìn)/出水口水工結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備布置要求和國家電網(wǎng)公司企業(yè)文化特征。

3）適用性。結(jié)合國內(nèi)已建、在建大型抽水蓄能電站工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及蓄能電站發(fā)展趨勢，綜合考慮抽水蓄能電站工程進(jìn)/出水口具有雙向水流、水力條件復(fù)雜、受地形地質(zhì)以及氣候條件影響大的特點(diǎn)，選定的典型方案在國內(nèi)不同地形條件、不同裝機(jī)規(guī)模（機(jī)組臺數(shù)）、不同供水方式、南北方不同氣候特點(diǎn)及建筑風(fēng)格的抽水蓄能電站工程建設(shè)中具有廣泛的適用性。

4）經(jīng)濟(jì)性。按照全壽命周期設(shè)計(jì)理念和方法，在保證安全可靠的前提下，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析，實(shí)現(xiàn)電站工程全壽命周期內(nèi)進(jìn)/出水口布置功能匹配、壽命協(xié)調(diào)和費(fèi)用平衡。

5）先進(jìn)性。提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新能力，堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，推廣應(yīng)用新技術(shù)，代表國內(nèi)外先進(jìn)設(shè)計(jì)水平和抽水蓄能電站工程輸水系統(tǒng)上、下水庫進(jìn)/出水口布置及管理技術(shù)發(fā)展趨勢。

6）靈活性?？伸`活運(yùn)用于國內(nèi)相應(yīng)各方案適用條件下的大型新建抽水蓄能電站工程。

1.2 進(jìn)/出水口主要設(shè)計(jì)原則

1）進(jìn)/出水口主要型式。抽水蓄能電站進(jìn)出水口型式主要分為側(cè)式和豎井式兩種，其中以側(cè)式進(jìn)/出水口應(yīng)用較多；側(cè)式進(jìn)/出水口根據(jù)布置型式的不同又可分為閘門豎井式、岸塔式和岸坡式3 種布置方式，其中以閘門豎井式和岸塔式應(yīng)用最多。

2）進(jìn)/出水口型式選擇的條件。進(jìn)/出水口型式的選擇，應(yīng)根據(jù)電站與輸水系統(tǒng)布置的特點(diǎn)、地形地質(zhì)條件及運(yùn)行要求，經(jīng)不同布置方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，因地制宜選擇側(cè)式（岸塔式與閘門豎井式）、豎井式或其他型式。

3）進(jìn)/出水口型式選擇要求具備良好的水利條件。進(jìn)/出水口無論采取何種型式，均應(yīng)該具備良好的水力條件，這是進(jìn)/出水口水力設(shè)計(jì)的基本要求。主要包括；

①進(jìn)流時(shí)，各級運(yùn)行水位下進(jìn)/出水口附近不產(chǎn)生有害的漩渦。

②出流時(shí)，水流擴(kuò)散均勻，水頭損失小。

③進(jìn)/出水口附近庫內(nèi)水流流態(tài)良好，無有害回流或環(huán)流出現(xiàn)，水面波動(dòng)小。

④防止漂浮物、泥沙等進(jìn)入進(jìn)/出水口。

2 通用設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 典型方案

通過國內(nèi)已建蓄能電站工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合抽水蓄能電站建設(shè)及發(fā)展趨勢，根據(jù)進(jìn)/出水口不同空間位置與結(jié)構(gòu)型式、電站裝機(jī)臺數(shù)以及輸水系統(tǒng)不同供水方式，共設(shè)立了10 個(gè)典型方案，其中上水庫共4 個(gè)方案，分別是：方案一（4 臺機(jī)，1 洞2 機(jī)，閘門豎井式布置）、方案二（4 臺機(jī)，1 洞2 機(jī)，岸塔式布置）、方案三（4 臺機(jī)，1 洞2 機(jī)，豎井式，閘門布置在山體內(nèi)）、方案四（4 臺機(jī)，1 洞2 機(jī)，豎井式，閘門布置在水庫內(nèi)）；下水庫共6個(gè)方案，分別是方案五（4 臺機(jī)，單機(jī)單洞，閘門豎井式布置）、方案六（4 臺機(jī)，單機(jī)單洞，岸塔式布置）、方案七（4 臺機(jī)，2 機(jī)1 洞，閘門豎井式布置）、方案八（4 臺機(jī)，2 機(jī)1 洞，岸塔式布置）、方案九（4 臺機(jī)，2 機(jī)1 洞，閘門豎井式布置）、方案十（4 臺機(jī)，2 機(jī)1 洞，岸塔式布置）。通用設(shè)計(jì)在統(tǒng)一抽水蓄能電站各系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上研究典型布置方案（表1）。

表1 進(jìn)/出水口通用設(shè)計(jì)典型設(shè)計(jì)方案特性表

2.2 進(jìn)/出水口的組成

1）側(cè)式進(jìn)/出水口。側(cè)式進(jìn)/出水口主要由引水明渠段、防渦梁段（含攔污柵）、調(diào)整段、擴(kuò)散段、閘門段、漸變段、攔污柵啟閉機(jī)排架、閘門啟閉機(jī)排架與機(jī)房、交通橋、配電房等組成，主要金屬結(jié)構(gòu)包含事故、檢修閘門、攔污柵以及啟閉設(shè)備，見圖1。

2）豎井式進(jìn)/出水口。豎井式進(jìn)/出水口主要由進(jìn)水池、塔體段、喇叭口段、豎井（直管）段、彎管段、連接擴(kuò)散段、隧洞段、閘門段、漸變段、閘門啟閉機(jī)排架與機(jī)房、交通橋、配電房等組成。

主要金屬結(jié)構(gòu)包含事故、檢修閘門及其啟閉設(shè)備。見圖2。

2.3 金結(jié)與電氣設(shè)計(jì)

金屬與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括攔污柵、事故閘門、檢修閘門等金屬結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)、固定卷揚(yáng)機(jī)、門機(jī)、橋機(jī)等閘門及攔污柵起吊檢修設(shè)計(jì)，對于北方寒冷地區(qū)，同時(shí)考慮了進(jìn)/出水口防冰凍設(shè)計(jì)內(nèi)容。

圖1 側(cè)式進(jìn)/出水口

圖2 豎井式進(jìn)/出水口

電氣設(shè)計(jì)主要包括電氣一次和二次設(shè)計(jì)、配電房、遠(yuǎn)程與現(xiàn)地控制級監(jiān)控設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

2.4 建筑設(shè)計(jì)

主要包括：啟閉機(jī)房和排架柱的整體建筑效果、墻體、屋面、門窗、裝修、涂料等。

2.5 細(xì)部設(shè)計(jì)

主要包括：進(jìn)出水口閘門通氣孔、攔污柵槽、門槽蓋板、吊物孔蓋板與護(hù)欄、閘門井平臺護(hù)欄等。

3 適用范圍

1）應(yīng)根據(jù)工程進(jìn)出/口的地形地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，以及樞紐布置的實(shí)際情況，對進(jìn)/出水口布置方案進(jìn)行研究分析，進(jìn)行不同條件下的進(jìn)/出水口型式選擇：

①當(dāng)水庫庫岸地勢較高、山坡坡度較陡，輸水系統(tǒng)與水庫連接具備水平向布置的地形地質(zhì)條件時(shí)，宜采用側(cè)式進(jìn)/出水口；

②當(dāng)進(jìn)/出水口地質(zhì)條件較好，巖體完整、穩(wěn)定，具備閘門豎井成洞條件時(shí)，宜采用閘門豎井式進(jìn)/出水口；

③當(dāng)進(jìn)/出水口地質(zhì)條件較差，風(fēng)化層厚或邊坡陡峭，采用閘門豎井式進(jìn)/出水口時(shí)易產(chǎn)生高邊坡，土石方開挖與支護(hù)工程量較大時(shí)，宜采用岸塔式進(jìn)/出水口；

④當(dāng)水庫庫岸地勢較低、山坡坡度較緩，輸水系統(tǒng)與水庫連接具備水平向布置的地形地質(zhì)條件時(shí)，宜采用豎井式進(jìn)/出水口；

⑤高地震區(qū)有較高抗震要求的進(jìn)/出水口，宜優(yōu)先采用閘門豎井式或岸塔式進(jìn)/出水口。

2）應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際所處地理位置、氣候特點(diǎn)、電站周邊環(huán)境及景區(qū)建筑規(guī)劃，選擇并形成符合實(shí)際要求的外觀設(shè)計(jì)方案，使之保持與工程所在地及風(fēng)景區(qū)的建筑風(fēng)格、氣候特點(diǎn)相協(xié)調(diào)。

在滿足安全、實(shí)用的前提下，為了給人一種美好的視覺感受，最終使建筑成為一道亮麗的風(fēng)景線，通用設(shè)計(jì)中建筑的外觀設(shè)計(jì)考慮現(xiàn)代與古典兩種設(shè)計(jì)風(fēng)格。其中啟閉機(jī)室排架又綜合考慮南、北方不同氣候特點(diǎn)，分別采用開放式與封閉式兩種設(shè)計(jì)風(fēng)格，形成了“古典+開放”、“古典+封閉”、“現(xiàn)代+開放”和“現(xiàn)代+封閉”等4 種不同設(shè)計(jì)風(fēng)格。而配電房的選擇受進(jìn)/出水口地形等條件影響較大，配電房實(shí)際選址時(shí)應(yīng)對方案中的各種條件進(jìn)行研究分析，形成符合實(shí)際要求且美觀的配電房設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

工程設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體工程的水文地質(zhì)條件與工程樞紐布置實(shí)際情況，在安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、投資合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、運(yùn)行高效的設(shè)計(jì)原則下，進(jìn)一步強(qiáng)化工程安全、投資節(jié)約、提高效率、降低運(yùn)行成本的思路，對各種方案進(jìn)行研究對比分析，選擇符合要求的蓄能電站進(jìn)/出水口布置。