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        楊房溝水電站開關站布置設計

        2020-12-06 02:51:56王婧
        科學導報·學術 2020年49期
        關鍵詞:開關站抗震

        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)電機組,總裝機容量1500MW。水電站開關站采用500kV室內(nèi)GIS開關站,通過對地面開關站、地下開關站兩種布置方式的比選,最終選擇較優(yōu)的地面開關站方案。開關站為1級非壅水建筑物,本文將對開關站建筑物進行地震工況下的抗震計算、分析。

        關鍵詞:開關站;布置方式;抗震

        中圖分類號:TV331?文獻識別碼: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)方式進行布置,廠房內(nèi)布置4臺混流式水輪發(fā)電機組,總裝機容量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、進廠交通洞、出線豎井、出線平洞等輔助洞室,以及開關站等。

        2、開關站布置方式選擇

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

        2.1 地面開關站布置方案

        楊房溝水電站廠址區(qū)附近地勢陡峭,開關站場地選擇較為困難,地面開關站方案初步考慮將500kV室內(nèi)GIS開關站和500kV出線場均布置在進水口上游側(cè)約100.0m處的山坡上。地面開關站采用疊加式布置方式,將GIS布置在室內(nèi),出線構(gòu)架設在GIS 室的屋頂;地面開關站建筑物主要包括GIS樓和繼電保護樓。地面開關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),與地面開關站通過出線豎井加平洞連接。

        2.2 地下開關站布置方案

        500kV室內(nèi)GIS開關站布置在地下主變洞室上部,采用SF6管母進線,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水口上游側(cè)約100.0m處的山坡上,相應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 開關站布置方案比較

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

        (1)從土建的角度上看,地面開關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工程量,開挖邊坡較高、范圍較大,高邊坡支護難度較大;優(yōu)點是地下主變洞內(nèi)僅需布置主變和GIS聯(lián)合設備,使主變洞的規(guī)模有所減小,相應的洞挖量、支護工程量有所減小。對于地下開關站方案,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,這對電氣設備的安全保障是有利的。

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

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

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

        經(jīng)技術、經(jīng)濟綜合比較,地面開關站方案較地下開關站方案節(jié)省投資約7500萬元,二者相差較大??紤]到地面開關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站的后邊坡采取設置混凝土擋板及攔石網(wǎng)等措施,盡可能阻擋和攔截滾石,來保證其下開關站設備的安全。因此,根據(jù)節(jié)省投資、安全可靠的原則,推薦采用地面開關站方案。

        3、開關站抗震穩(wěn)定分析

        3.1 地面開關站概述

        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行布置,所以開關站的場地尺寸越小越有利,將地面開關站布置在進水口上游側(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、局部預應力錨索的工程處理措施。開關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,開關站為1級非壅水建筑物,工程抗震設防類別為乙類,水平地震動峰值加速度取為191.5gal。鑒于場地動峰值加速度較大,為了保證建筑物穩(wěn)定性,開關站建筑物是否與邊坡連接需通過抗震計算來選擇。

        3.2 地面開關站抗震分析

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

        通過對地震工況下的開關站建筑物計算分析,結(jié)合抗震計算相關結(jié)果,參考《抗震設計規(guī)范》及《高程建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》,對建筑物抗震性能進行比較,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行對比,詳見表1。

        通過計算結(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,更有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。故地面開關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開關站,通過綜合技術、經(jīng)濟性能方面的比較,選擇地面開關站型式。地面開關站建筑物內(nèi)布置GIS室內(nèi)開關站及屋面出線場,高約25m且有抗震要求。通過采用PKPM軟件計算、對比與分析,選擇建筑物與后方邊坡脫開設計的方案,此方案建筑物布置規(guī)則、剛度均勻,更有利于抵抗地震力,增強自身安全性能。

        參考文獻

        [1]?水電水利規(guī)劃設計總院,水電站廠房設計規(guī)范[M]. 北京:中國電力出版社,2017。

        [2]?李波等,PKPM建筑結(jié)構(gòu)從入門到精通[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2018。

        [3]?王婧,楊房溝水電站廠房混凝土分層分塊的設計[J],中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(全文版)工程技術,2020,(07):95-96。

        [4]?王婧、蔡波、張奕澤,楊房溝水電站廠房三維設計研究與應用[J],四川水利,2019,(04):52-56。

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