林蘭蘭

(營口奕東水利勘測設計有限公司，遼寧 營口 115000)

1 流域概況

清河是遼河左岸的較大支流。清河上游有南北兩支，南支為主流，發(fā)源于清原縣英額門鎮(zhèn)老虎頂山，流至開原縣與發(fā)源于西豐縣的碾盤河在耿王莊匯合，在老城鎮(zhèn)接納寇河，在業(yè)民鎮(zhèn)大高力屯注入遼河。全長159 km，流域面積5 150 km2，比降1.58‰。清河水庫是遼河流域的重要水利樞紐工程之一，位于清河干流上，控制面積2 376 km2，占清河流域總面積的49%，總庫容9.71億 m3，為大Ⅱ型水庫，壩址距下游長大鐵路橋和開原城區(qū)約13 km。工程主要位于清河水庫下游，主要建設工程為護岸工程、橡膠壩工程和河心島工程。

橡膠壩修建在清河河道內(nèi)，根據(jù)河流水文特性和地形、地質(zhì)條件，結合本工程建筑物布置特點，根據(jù)建設單位對工期的安排，橡膠壩工程施工導流方式采用土石圍堰二期導流方式。施工期間應做好防洪搶險預案和組織工作，確定工程安全。本工程主體建筑物級別為3級，根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》規(guī)定，導流建筑物級別為5級。圍堰采用土石圍堰，5級導流建筑物洪水重現(xiàn)期應為5～10 a，施工導流建筑物洪水重現(xiàn)期取其下限值，為5 a一遇。因本工程在非汛期施工，圍堰類型為土石圍堰。非汛期5 a一遇洪水，相應設計流量為22.4 m3/s。考慮清河水庫在施工期輸水洞最大放水量200 m3/s，因此，導流應滿足200 m3/s。

2 橡膠壩水力機械

2.1 供水水源

為減少工程運行費用，利用上游水資源充足的條件，達到節(jié)約用水的目的[1]，在壩軸線上游建一座水源井作為供水水源，井的出水量在50.00 m3/h，故設置1臺200QJ50-52/4型深井潛水泵，水泵的額定流量為50.00 m3/h，額定揚程為52.00 m，配套電動機額定功率為7.50 kW。水源井直徑為500 mm，井深根據(jù)已有河道內(nèi)水井確定為45.00 m。

2.2 充、排水管路設計

2.2.1 充水管路設計

壩高2.50 m橡膠壩充水時，用深井泵從管井取水，通過一根DN200的鋼管，送至排水泵房DN400的供水總管，然后分別送至壩袋，將橡膠壩充起。橡膠壩的充水時間由水源井出水量和水泵的流量決定。

2.2.2 排水管路設計

壩高2.50 m橡膠壩在汛期或維修期間需要排出壩袋內(nèi)的水，使壩袋塌平。壩袋排水采用自排與機排相結合的方法[2]，橡膠壩剛開始排水時，利用壩袋與下游河道的水位差，壩袋內(nèi)的水匯入一根DN400的鋼管，直接排入下游，實現(xiàn)自排。當自排停止或汛期有突發(fā)洪水出現(xiàn)時，各壩袋內(nèi)的水通過水泵迅速排出，實現(xiàn)強排。橡膠壩排水時考慮泵站的運行靈活性及排水的時間要求，選用2臺SLS350-235立式離心泵，水泵的額定流量為800.00 m3/h，額定揚程為12.50 m。配套電機額定功率為37.00 kW。排水總管管路直徑按《橡膠壩工程技術規(guī)范》中公式：

(1)

式中：Q為管段內(nèi)最大計算流量，m3/s；v為管道采用的計算流速，取2 m/s。

經(jīng)計算得出，壩高2.50 m，D=0.37 m，經(jīng)校核計算，壩高2.50 m，排水管能夠保證坍壩排水在2 h內(nèi)完成；

壩充排水管道布置在橡膠壩的底板內(nèi)，在穿越沉降縫處設置橡膠伸縮接頭，以使管道能適應底板的沉降[3-4]。

2.2.3 充排水設備布置

排水泵房內(nèi)布置兩臺SLS350-235立式便拆式管道離心泵，功率均為37.00 kW，控制充排水均采用電動蝶閥，電動控制屏放在配電室，壓力表安裝于排水泵房水泵進水管側，水尺安裝于橡膠壩上游邊墩附近，以便于觀測。

3 電氣設計

3.1 概況

工程位于鐵嶺市清河區(qū)，新建清河橡膠壩工程是以攔河蓄水形成水面，結合開發(fā)旅游、美化環(huán)境、改善自然景觀及灌溉的水利工程。

在河心樁號X35+685處擬建清河區(qū)橡膠壩，壩軸線方向長259.50 m，底板頂高程87.70 m，壩頂高程90.20 m，壩體高度2.5 m，分三跨，每跨79 m，中墩1.5 m。2#橡膠壩左側設置調(diào)節(jié)閘，調(diào)節(jié)閘采用氣盾閘，閘底板高程87.70 m，頂高程90.20 m，閘室總凈寬18 m。

泵房設置在河道左側。主要構建筑物有共有3個橡膠壩壩袋、充水泵房、排水泵房，充水泵房為地下建筑，安裝充水泵、電動閥門[5]；排水泵房為一層地下泵房，安裝排水泵、電動閥門，排水泵房左側為管理房，為地上一層建筑，有控制室、配電室、柴油發(fā)電機室和值班室等。

3.2 具體設計范圍

橡膠壩、調(diào)節(jié)閘的電氣設備的配電、自動控制、預埋接地及照明等設計。

3.3 主要負荷

充水泵房有一臺充水泵，電機功率為7.5 kW/臺；集水坑有兩臺排水泵，電機功率為0.75 kW/臺；有兩臺強排排水泵，電機功率為37 kW/臺。有七臺電動閥門，電機功率為0.37 kW/臺；有一臺電動閥門，電機功率為0.75 kW/臺；有一臺軸流風機，電機功率為0.75 kw；室內(nèi)照明及插座用電功率為5 kW。氣盾壩有一臺螺桿空壓機電功率為7.5 kW。負荷計算采用需要系數(shù)法，計算結果最大值為90 kVA。表1。

表1 負荷統(tǒng)計表

3.4 電源

工程為景觀工程，主體橡膠壩為充水式，有防洪要求，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》確定該項工程為二級負荷，正常工作電源由附近渠首站配電柜供給。設一臺柴油發(fā)電機作為備用電源。變壓器為原有，額定容量315 kVA，距離橡膠壩約500 m。

3.5 電氣主接線

利用一路電力系統(tǒng)電源，電壓等級為0.38 kV，采用直埋電纜引接，為正常供電電源。在管理房的柴油機室設一臺柴油發(fā)電機組，作為外部電力系統(tǒng)電源故障時的備用電源。為了防止正常電源、備用電源之間非同期并列，在低壓盤上的柴油發(fā)電機出線和系統(tǒng)電源進線間采用雙投隔離開關進行閉鎖。因母線故障的機率較低，所以400 V母線采用單母線。強排水泵采用軟啟動器啟動，其它小功率電機采用直接啟動。

3.6 無功補償

因本工程用電取自渠首站配電柜，況且用電負荷為短期運行，所以本配電柜母線就不采用無功補償了。

3.7 主要電氣設備的選擇

為了景點美觀和維護方便，為了節(jié)約資金，低壓進線斷路器采用塑殼斷路器，分斷能力為35 kA。其它塑殼斷路器，分斷能力為15 kA。

為了減小啟動電流，功率較大的強排排水泵(兩臺有可能同時運行，37 kW/臺)采用軟啟動器啟動。

因柴油發(fā)電機組應用的幾率很小，為了節(jié)約資金，所以柴油發(fā)電機組選用國產(chǎn)PF系列，型號為：PF100GF，輸出功率為100 kW。

因泵房地下層比較潮濕，況且在泵房地下層操作的機會也不多，所以在泵房地下層不設現(xiàn)地按鈕箱。

3.8 主要電氣設備的布置

在管理房設3面低壓配電盤和1面儀表屏，柜前操作距離不小于1 500 mm，盤側維護通道寬度不小于800 mm，盤后維護通道寬度不小于600 mm。

柴油發(fā)電機設在管理房柴油發(fā)電機機室內(nèi)。柴油機端距墻距離不小于1 000 mm，發(fā)電機端距門的距離不小于1 500 mm。柴油發(fā)電機正面距墻的距離不小于1 800 mm，柴油發(fā)電機背面距墻的距離不小于1 700 mm。

壩袋壓力傳感器安裝在與相應壩袋相連的管道上，在排水泵房上層樓板下的電纜采用電纜架敷設，泵房內(nèi)的電纜采用底板內(nèi)穿鍍鋅鋼管方式敷設。

1個PZ-30照明配電箱設在管理房值班室內(nèi)。

在控制室布置監(jiān)控臺，監(jiān)控臺上放置LCD、打印機和電話機，臺下放置工控機和不間斷電源，監(jiān)控臺前工作距離不小于2 000 mm，監(jiān)控臺后距墻不小于200 mm。

3.9 控制方式

按照技術先進、經(jīng)濟合理及運行靈活的原則，控制采用微機監(jiān)控方式。

控制設現(xiàn)地控制與遠方集中控制二級。為了保證在調(diào)試、檢修和計算機監(jiān)控系統(tǒng)因故障退出運行時，仍能進行正常的操作和運行，設置簡易現(xiàn)地控制作為后備。其中以微機監(jiān)控為主，現(xiàn)地手動控制作為備用。集中操作站布置在控制室，主要由電源設備、監(jiān)控工作站等組成，主要是用于順序控制操作、電氣量數(shù)據(jù)處理并預留與下一級網(wǎng)絡通訊接口，PLC站主要是用于各水泵、閥門、空壓機的數(shù)據(jù)采集和傳輸、電氣量數(shù)據(jù)處理、控制操作。在配電盤上可手動控制，在配電盤上分單元布置有強電設備，配電盤門上有電動機啟、停的控制按鈕、電動機狀態(tài)指示燈?，F(xiàn)地控制優(yōu)先于遠方控制。集水坑排水泵利用浮球液位計控制啟停。

3.10 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

為了方便工程管理，設一套視頻監(jiān)視系統(tǒng)。在管理房頂設一攝像頭，查看管理房附近的情況，在橡膠壩左岸上游設一臺攝像機，查看橡膠壩上游情況，在橡膠壩左岸下游設一臺攝像機，查看橡膠壩下游情況，在控制室內(nèi)設一套視頻監(jiān)視主機，供值班人員查看。視頻監(jiān)視主機具有歷史查詢功能。

3.11 防雷、接地

為防止直擊雷侵害，將排水泵房頂鋼筋網(wǎng)與接地網(wǎng)可靠連接，接地網(wǎng)干線均采用-40×4鍍鋅扁鋼。接地系統(tǒng)盡量利用自然接地體，利用建筑物基礎主筋，水泵房底板鋼筋網(wǎng)、金屬水管作為自然接地體。總接地電阻不能大于1 Ω，如不能滿足要求，需再加敷人工接地體直到滿足接地要求，由自然接地體和人工接地體組成總接地網(wǎng)。所有電氣設備的不帶電金屬外殼、穿線鋼管、直埋電纜金屬鎧裝帶、照明器具金屬外殼、金屬構架等都應與接地網(wǎng)可靠連接。為了限制過電壓對電氣設備的危害，在各配電箱內(nèi)安裝SPD，各信息信號線均裝設信號SPD。

4 結語

橡膠壩充排水管路設計及電氣設計實施后具有明顯的社會效益和生態(tài)效益。工程建設能提高城市防洪抗災能力，提高河道自身形象，增強城市整體環(huán)境景觀，保障人民生命和財產(chǎn)安全，改善人民群眾生產(chǎn)、生活條件、人居環(huán)境和投資環(huán)境，提升土地的使用價值，快速拉動經(jīng)濟發(fā)展，為建設和諧社會，促進社會經(jīng)濟發(fā)展提供有利保障，用生態(tài)的、科學的、多樣性的綠化配置，進一步提高流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，調(diào)解局地氣候、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的作用，促進流域的可持續(xù)發(fā)展。