摘?要：楊房溝水電站位于雅礱江中游，水電站工程主要由155m高雙曲拱壩和地下水電站廠房組成，本工程區(qū)域地震基本烈度為Ⅶ度。地下廠房位于雅礱江左岸，共布置有4臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1500MW。水電站開關(guān)站采用500kV室內(nèi)GIS開關(guān)站，通過對地面開關(guān)站、地下開關(guān)站兩種布置方式的比選，最終選擇較優(yōu)的地面開關(guān)站方案。開關(guān)站為1級非壅水建筑物，本文將對開關(guān)站建筑物進(jìn)行地震工況下的抗震計(jì)算、分析。

關(guān)鍵詞：開關(guān)站;布置方式;抗震

中圖分類號：TV331?文獻(xiàn)識別碼：B

1、工程概況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段上，電站壩址距下游楊房溝溝口約450m。楊房溝水電站是雅礱江中游河段一庫七級開發(fā)的第六級，上距孟底溝水電站37km，下距卡拉水電站33km。水電站工程主要由155m高雙曲拱壩和地下水電站廠房組成。地下廠房采用左岸首部開發(fā)方式進(jìn)行布置，廠房內(nèi)布置4臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1500MW。廠區(qū)建筑物主要包括主副廠房洞、主變洞、尾水調(diào)壓室三大洞室，以及母線洞、電纜交通洞、進(jìn)廠交通洞、出線豎井、出線平洞等輔助洞室，以及開關(guān)站等。

2、開關(guān)站布置方式選擇

楊房溝水電站開關(guān)站采用500kV室內(nèi)GIS開關(guān)站，將比較地面開關(guān)站、地下開關(guān)站兩種布置方案。

2.1 地面開關(guān)站布置方案

楊房溝水電站廠址區(qū)附近地勢陡峭，開關(guān)站場地選擇較為困難，地面開關(guān)站方案初步考慮將500kV室內(nèi)GIS開關(guān)站和500kV出線場均布置在進(jìn)水口上游側(cè)約100.0m處的山坡上。地面開關(guān)站采用疊加式布置方式，將GIS布置在室內(nèi)，出線構(gòu)架設(shè)在GIS 室的屋頂;地面開關(guān)站建筑物主要包括GIS樓和繼電保護(hù)樓。地面開關(guān)站場地開挖尺寸約為167.0m×30.0m（長×寬），后邊坡開挖高度約125m;地下主變洞開挖尺寸156.0m×18.0m×22.3m（長×寬×高），與地面開關(guān)站通過出線豎井加平洞連接。

2.2 地下開關(guān)站布置方案

500kV室內(nèi)GIS開關(guān)站布置在地下主變洞室上部，采用SF6管母進(jìn)線，地下主變洞開挖尺寸210.0m×18.0m×36.8m（長×寬×高），采用出線豎井加平洞通至地面出線場;地面出線場則布置在進(jìn)水口上游側(cè)約100.0m處的山坡上，相應(yīng)的場地開挖尺寸約為100.0m×20.0m（長×寬），后邊坡開挖高度約為115m。

2.3 開關(guān)站布置方案比較

總體來看，地面開關(guān)站和地下開關(guān)站的布置方案都是可行的。為了選擇更合適、安全經(jīng)濟(jì)的開關(guān)站布置方案，現(xiàn)對兩種開關(guān)站布置方案進(jìn)行綜合性技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較。

（1）從土建的角度上看，地面開關(guān)站方案因所需場地面積較大，增加了地面工程土石方開挖及支護(hù)工程量，開挖邊坡較高、范圍較大，高邊坡支護(hù)難度較大;優(yōu)點(diǎn)是地下主變洞內(nèi)僅需布置主變和GIS聯(lián)合設(shè)備，使主變洞的規(guī)模有所減小，相應(yīng)的洞挖量、支護(hù)工程量有所減小。對于地下開關(guān)站方案，因GIS的布置需要使主變洞規(guī)模有所增加，使洞挖量、支護(hù)工程量所加大，但地面出線場所需的場地面積減少，使后邊坡的高度和范圍減小，這對電氣設(shè)備的安全保障是有利的。

從土建工程投資上看，地下開關(guān)站方案土建投資比地面開關(guān)站方案節(jié)省約3800萬。

（2）從電氣設(shè)備的角度看，地面開關(guān)站、地下開關(guān)站方案對500kV GIS設(shè)備本身價(jià)格沒有明顯的影響，但GIL設(shè)備和XLPE電纜的價(jià)格差距很大，地下開關(guān)站方案的設(shè)備費(fèi)用高出地面開關(guān)站方案約11300萬元。

（3）從運(yùn)行維護(hù)的角度看，由于地面開關(guān)站方案邊坡增高，增加了一定的不可預(yù)見性安全隱患;地下開關(guān)站方案人身和設(shè)備的安全性高于地面開關(guān)站方案，地下開關(guān)站方案運(yùn)行安全可靠性略高于地面開關(guān)站方案;地下開關(guān)站方案維護(hù)較地面開關(guān)站方案略方便。

經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較，地面開關(guān)站方案較地下開關(guān)站方案節(jié)省投資約7500萬元，二者相差較大?？紤]到地面開關(guān)站尺寸較地面出線場尺寸略大，雖然增加了邊坡的開挖量，但可采用對地面開關(guān)站的后邊坡采取設(shè)置混凝土擋板及攔石網(wǎng)等措施，盡可能阻擋和攔截滾石，來保證其下開關(guān)站設(shè)備的安全。因此，根據(jù)節(jié)省投資、安全可靠的原則，推薦采用地面開關(guān)站方案。

3、開關(guān)站抗震穩(wěn)定分析

3.1 地面開關(guān)站概述

左岸地形整體較為陡峻，只能根據(jù)地形選擇相對較緩的位置進(jìn)行布置，所以開關(guān)站的場地尺寸越小越有利，將地面開關(guān)站布置在進(jìn)水口上游側(cè)約100.0m處的山坡上，場地開挖尺寸167.0m×30.0m（長×寬）。場地后邊坡最大高度約125m，開挖坡度為1：0.3及1：0.5，后邊坡采用系統(tǒng)噴錨支護(hù)、局部預(yù)應(yīng)力錨索的工程處理措施。開關(guān)站建筑物主體分為兩層，主體框架高約25m，底層為電纜層、二層為GIS設(shè)備層、屋面為500kV出線場。

本工程區(qū)域地震基本烈度為Ⅶ度，開關(guān)站為1級非壅水建筑物，工程抗震設(shè)防類別為乙類，水平地震動(dòng)峰值加速度取為191.5gal。鑒于場地動(dòng)峰值加速度較大，為了保證建筑物穩(wěn)定性，開關(guān)站建筑物是否與邊坡連接需通過抗震計(jì)算來選擇。

3.2 地面開關(guān)站抗震分析

地面開關(guān)站框架結(jié)構(gòu)將采用PKPM系列工程軟件中的子模塊PMCAD進(jìn)行建模、子模塊SATWE進(jìn)行計(jì)算。SATWE計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算時(shí)，采用振型分解反應(yīng)譜法。地面開關(guān)站結(jié)構(gòu)方案一是將建筑物每一層結(jié)構(gòu)板與邊坡進(jìn)行連接;地面開關(guān)站結(jié)構(gòu)方案二是建筑物與邊坡無連接?，F(xiàn)通過PKPM對兩種方案的建筑物進(jìn)行建模，詳見圖1。

通過對地震工況下的開關(guān)站建筑物計(jì)算分析，結(jié)合抗震計(jì)算相關(guān)結(jié)果，參考《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《高程建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對建筑物抗震性能進(jìn)行比較，其中主要包括建筑物的有效質(zhì)量系數(shù)、位移角、位移比、周期比、層間剛度比、層間受剪承載力比等進(jìn)行對比，詳見表1。

通過計(jì)算結(jié)果數(shù)值可以看出，方案一建筑物結(jié)構(gòu)板與邊坡相連，明顯增加了建筑物局部剛度，導(dǎo)致在高度方向上的剛度不均勻分布，易出現(xiàn)薄弱層，產(chǎn)生破壞;方案二建筑物結(jié)構(gòu)（不與邊坡相連）布置高度方向剛度均勻，更加有利于減小層間變形，抗震性能更強(qiáng)，更有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。故地面開關(guān)站選擇方案二的布置型式。

4、結(jié)語

楊房溝水電站為500kV室內(nèi)GIS開關(guān)站，通過綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能方面的比較，選擇地面開關(guān)站型式。地面開關(guān)站建筑物內(nèi)布置GIS室內(nèi)開關(guān)站及屋面出線場，高約25m且有抗震要求。通過采用PKPM軟件計(jì)算、對比與分析，選擇建筑物與后方邊坡脫開設(shè)計(jì)的方案，此方案建筑物布置規(guī)則、剛度均勻，更有利于抵抗地震力，增強(qiáng)自身安全性能。

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