紅花水電站廠房結(jié)構(gòu)布置及特點(diǎn)

1、<p><b>　　紅花水電站廠房設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　何力勁</b></p><p>　?。ㄖ兴榻?guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司 廣東 廣州510610）</p><p>　　摘要：紅花水電站廠房是典型的燈泡貫流式水電站廠房，由于其裝機(jī)容量大，校核洪水位高及工期緊張等特點(diǎn)，使得廠房設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的代表

2、性。該文主要介紹了電站廠區(qū)布置、廠房型式的選擇、主要尺寸的確定、主副廠房布置等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：燈泡貫流式、廠房布置、紅花水電站</p><p><b>　　1、工程概況</b></p><p>　　柳江紅花水電站位于廣西柳江縣里雍鎮(zhèn)紅花村，是柳江干流最后一個梯級電站，是以發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、旅游、養(yǎng)殖的綜合利用工程。紅花水

3、電站主體建筑物包括18孔泄水閘、船閘、廠房、門庫連接壩、土壩等，樞紐布置采用“左船閘、右廠房”的布置型式。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）確定紅花水電站為Ⅰ等工程?？紤]到即使工程失事,對下游損失不大，經(jīng)論證，樞紐主要建筑物閘壩、電站廠房按降低一級采用，為2級建筑物；廠房下游建筑物級別采用Ⅲ級建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)：上游擋水部分為1000年一遇，下游部分為200年一遇。水電站廠房為河

4、床徑流式水電站，電站機(jī)組采用貫流燈泡式機(jī)組，機(jī)組臺數(shù)為6臺，轉(zhuǎn)輪直徑為5.9m，總裝機(jī)容量228MW，年平均發(fā)電量8.8億kw.h。電站最大水頭為17m，最小凈水頭為10.42m，屬于高尾水位貫流式電站廠房。廠房建筑物建基面高程較低，基礎(chǔ)部分為堅(jiān)硬的弱風(fēng)化灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r夾少量陡傾軟弱夾層，灰?guī)r力學(xué)強(qiáng)度高，夾層對基礎(chǔ)穩(wěn)定影響不大，基礎(chǔ)穩(wěn)定性較好。巖體透水性層中等～微弱透水。部分為寺門組全強(qiáng)風(fēng)化層，全強(qiáng)風(fēng)化層深厚。地震基本烈度為</p

5、><p>　　紅花水電站主廠房橫剖面圖見圖1所示。</p><p><b>　　2、廠區(qū)布置</b></p><p>　　紅花水電站廠房置于河床的右岸階地，左側(cè)與閘壩相接，右側(cè)與連接壩段和右岸土壩相連，安裝間位于主機(jī)間右側(cè)。副廠房由尾水副廠房和安裝間內(nèi)副廠房組成。變電站為戶內(nèi)式，置于安裝間下游側(cè)。在右岸公路的右側(cè)75.50m高程布置有輔助生產(chǎn)區(qū)，區(qū)

6、內(nèi)設(shè)有機(jī)修間、油庫和回車場等。</p><p>　　電站廠房的上游右側(cè)有220kV過江高壓線塔，為避開鐵塔，電站廠房引水渠右岸平面采用斜線布置，岸線與壩軸線呈70º交角。電站廠房流道進(jìn)口設(shè)置攔砂坎、攔污柵、檢修門各一道，攔砂坎軸線與壩軸線呈70º交角。</p><p>　　變電站分主變場和開關(guān)站，主變場與安裝間同高程為62.50m，方便了主變的檢修，三臺主變間用混凝土防

7、火墻隔離。開關(guān)站設(shè)在主變場上層，即安裝間下游75.50m高程，安裝六氟化硫全封閉開關(guān)設(shè)備，出線通過安裝間下游擋水墻頂部的出線構(gòu)架引線至右岸出線鐵塔。</p><p>　　壩頂公路是廠房與外界聯(lián)系的交通干道，機(jī)電、電氣等設(shè)備通過在安裝間段壩頂公路下游側(cè)的10.75m×5m運(yùn)輸井垂直進(jìn)廠后，利用平板車水平進(jìn)入安裝場。廠房右岸的輔助生產(chǎn)區(qū)設(shè)有回車場，與壩頂公路和右岸公路相通，車可直接由壩頂公路或右岸公路進(jìn)入輔

8、助生產(chǎn)區(qū)。</p><p>　　3 電站廠房型式的選擇</p><p>　　紅花水電站廠房的型式研究選擇了有代表性的三個方案進(jìn)行綜合比較，即比較了軸流立式機(jī)組、豎井貫流式和燈泡貫流式機(jī)組等河床式廠房方案。</p><p>　　軸流立式機(jī)組方案采用肘式尾水管，與燈泡貫流式機(jī)組方案相比，廠房的混凝土工程量增加約30%，基礎(chǔ)開挖高程加深約6m，而豎井貫流式機(jī)組帶增速齒輪裝

9、置，其發(fā)電機(jī)尺寸較燈泡式機(jī)組小、重量輕，豎井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，機(jī)組安裝檢修均較燈泡貫流式方便。但是，帶增速裝置的大容量的貫流式機(jī)組，采用豎井式廠房在國內(nèi)外尚無成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。這種型式雖可縮小發(fā)電機(jī)尺寸，但增速裝置及飛輪使廠房跨度加大約6m，為滿足防滲和強(qiáng)度的要求，鋼筋混凝土豎井井壁厚度較大，占據(jù)流道尺寸，增大機(jī)組間距，同時水頭損失增加；而燈泡貫流式廠房具有工程量省、廠房結(jié)構(gòu)簡單、基礎(chǔ)開挖較淺，可縮短工期;機(jī)組適應(yīng)水頭變化的范圍較大，效

10、率高等優(yōu)點(diǎn)。綜合分析比較，選用燈泡貫流式機(jī)組河床式廠房。</p><p>　　4 廠房主要尺寸的確定</p><p>　　4.1 水輪機(jī)安裝高程</p><p>　　根據(jù)機(jī)組氣蝕最不利工況及尾水管出口最小淹沒深度，并考慮下游河床下切，經(jīng)優(yōu)化比較以轉(zhuǎn)輪中心線為準(zhǔn)的水輪機(jī)安裝高程為49.60m。按此布置的尾水管出口內(nèi)壁頂面高程為55.456m，位于最低尾水水位以下5.2

11、74m，滿足淹沒深度的要求。</p><p><b>　　4.2 建基高程</b></p><p>　　建基高程主要受流道和設(shè)備布置影響，考慮到本電站廠房的流道尺寸及淹沒水頭（影響地基應(yīng)力）較大，故進(jìn)口流道底板厚度約為4m，相應(yīng)進(jìn)口流道建基高程為38.50m；出口流道底板厚度約為3.50m，相應(yīng)進(jìn)口流道建基高程為41.60m；機(jī)組中段交通廊道層建基高程受設(shè)備布置、排水

12、廊道的影響，建基高程為35.80m。</p><p>　　4.3 交通廊道及運(yùn)行層高程</p><p>　　本電站廠房不設(shè)專門的管道電纜層，而采用運(yùn)行層和交通廊道層共二層布置方式。</p><p>　　交通廊道層是貫穿各機(jī)組的通道，主要功能為安裝檢修水輪機(jī)部分，同時也是尾水進(jìn)人孔及滲漏、檢修廊道的交通通道，故該層高程結(jié)合設(shè)備布置等要求定為39.80m。</p&

13、gt;<p>　　經(jīng)流道中段初步結(jié)構(gòu)計(jì)算，取得最小流道頂板厚度后，結(jié)合電纜廊道、管道廊道（高2.5m）的布置，確定運(yùn)行層高程為62.50m。</p><p>　　4.4 機(jī)組間距（LB）及機(jī)組段長度（L）</p><p>　　機(jī)組流道最大寬度（B1）為12.15m，采用兩機(jī)一縫布置方式。機(jī)組間距考慮設(shè)備布置要求和流道中段預(yù)留二期混凝土尺寸的需要定為16.65m，中墩厚4.5m

14、，邊墩厚3.2m，跨縫機(jī)組間距為18.57m。</p><p>　　1＃2＃機(jī)組段（靠安裝間側(cè)）前緣長為36.20m（LB＋B1＋3.2m＋4.2m），3＃4＃機(jī)組段前緣長為35.20m；5＃6＃機(jī)組段受吊鉤極限位影響前緣長為39.925m。</p><p><b>　　4.5 主機(jī)間寬度</b></p><p>　　主機(jī)間的寬度主要取決于水輪

15、機(jī)井和發(fā)電機(jī)井的位置和尺寸，即要求在機(jī)組安裝和檢修時，主機(jī)吊裝位置應(yīng)在主廠房行車吊鉤的限制線之內(nèi)；此外還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)布置、廠內(nèi)交通布置、設(shè)置布置、吊車標(biāo)準(zhǔn)跨度的選取等要求綜合考慮，并按上下寬度一致原則協(xié)調(diào)確定主機(jī)間寬度（上游擋墻外側(cè)至下游排架柱外側(cè)）為24.03m。</p><p><b>　　4.6 安裝間長度</b></p><p>　　安裝場面積的確定按大修時放置

16、機(jī)組六大件(發(fā)電機(jī)定子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、外配水環(huán)、內(nèi)配水環(huán)、主軸、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子等)主要部件來考慮，同時適當(dāng)考慮機(jī)組進(jìn)廠運(yùn)輸、幾臺機(jī)組同時安裝等要求加大安裝場的面積，經(jīng)綜合論證安裝間長度確定為41.47m（含右端墻厚度）。</p><p><b>　　4.7 主廠房高度</b></p><p>　　主廠房高度主要根據(jù)橋機(jī)的主鉤最大提升高程，按啟吊配水環(huán)(導(dǎo)水機(jī)構(gòu))組件翻身的吊

17、裝要求確定吊車軌頂高程為79.00m。根據(jù)主廠房屋面系的結(jié)構(gòu)尺寸及布置，滿足起重部件安裝、檢修及廠房吊頂和照明的布置要求，確定鋼屋架安裝高程為87.90m。</p><p><b>　　5 主副廠房布置</b></p><p>　　根據(jù)燈泡機(jī)過水流道部分尺寸，并考慮結(jié)構(gòu)要求，采用二機(jī)一縫的結(jié)構(gòu)形式。主廠房下部順?biāo)鞣较驅(qū)挾?，需滿足機(jī)組布置、流道長度及攔污柵、進(jìn)出口閘門

18、和啟閉機(jī)布置的要求定為86.01m；廠房高度為58.85m（最低建基高程至壩頂平臺高程）。</p><p><b>　　5．1 主廠房</b></p><p>　　主機(jī)間共設(shè)置6臺燈泡機(jī)組，單機(jī)容量為3.8萬kW。水輪發(fā)電機(jī)組置于過水流道內(nèi)，順流向依次為進(jìn)口段、座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪室和尾水管段。</p><p>　　進(jìn)口流道寬由15.2m漸變至12.1

19、5m，布置有攔污柵及檢修閘門各一道。攔污柵采用整體式斜柵布置，柵面與水平面呈80º交角，柵孔尺寸4.0m×49.40m（寬×高），一機(jī)3孔。檢修門孔口尺寸為12.15m×14.21m；進(jìn)口平臺順?biāo)飨驅(qū)?6.10m，高程為94.65m。依次布置2×50kN耙頭式清污機(jī)（軌距4m）、壩頂公路及2×1600kN雙向門機(jī)（門機(jī)軌距7m）。</p><p>　　

20、座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪室段尺寸取決于機(jī)組運(yùn)行、安裝和檢修要求，其底高程42.575m，最大高度14.05m，水輪機(jī)井底高程39.80m，考慮結(jié)構(gòu)尺寸，廠房建基最低高程35.80m，考慮流道頂板內(nèi)布設(shè)電纜、管道廊道，流道頂板面高程62.50m。主機(jī)間寬為24.03m，備有二臺雙梁橋式起重機(jī)，其中一臺起重量為150／50t，跨度為19.Om，軌頂高程為79.00m；另一臺起重量為32／5t，跨度為18.5m，軌頂高程為73.00m。橋機(jī)上游軌道梁支承

21、在擋墻牛腿上，下游軌道支承在排架柱牛腿上。主廠房屋頂采用鋼網(wǎng)架屋面，鋼網(wǎng)架安裝高程為87.90m。</p><p>　　主廠房采用運(yùn)行層和交通廊道層共二層布置方式，主機(jī)間發(fā)電運(yùn)行層高程為62.50m，布置有油壓裝置和調(diào)速器。層內(nèi)布置有發(fā)電機(jī)引出線電纜廊道、油氣水管道廊道和機(jī)組進(jìn)入孔及供機(jī)組安裝檢修用的發(fā)電機(jī)井和水輪機(jī)井。在水輪機(jī)井底部，高程39.80m處，布置有貫穿主廠房的交通廊道層，主要功能為安裝檢修水輪機(jī)，同

22、時也是尾水進(jìn)人孔及滲漏、檢修廊道的交通通道，此層布置有軸承油箱、測量管路、排水泵等輔助設(shè)備。高位油箱布置在風(fēng)道頂69.50m處。</p><p>　　尾水管段流道出口底板高程45.116m，斷面為12.15m×10.34m(寬×高)，流道末端布置有事故檢修門一道。尾水交通平臺高程為88.10m，順?biāo)飨驅(qū)?1.70m。布置有單向臺車一臺，臺機(jī)軌距為6.50m。</p><p

23、>　　安裝間位于廠房右側(cè)，前緣長41.47m，下部底寬63.62m。上游平臺寬17.30m，高程94.65m，與壩頂同一高程。安裝間寬度與主機(jī)間相同，高程62.50m，面積為24.03×41.47m。安裝間地面60.00m高程以下的大塊體混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)劃分為三個澆筑區(qū)，中心區(qū)采用C10塊石混凝土澆筑，地基面50.0高程以上3m，采用C15鋼筋混凝土澆筑，安裝間地面以下2.5m范圍內(nèi)劃分為C20混凝土澆筑區(qū)。</p

24、><p><b>　　5．2 副廠房</b></p><p>　　電站副廠房按其所在位置分為尾水副廠房和安裝間副廠房。尾水副廠房位于主機(jī)間下游，尾水管頂板高程58.10m以上，共分四層（不含交通樓）。各層布置如下：</p><p>　　底層高程58.00m，為排水檢修層，主要布置有空壓機(jī)室、油發(fā)電機(jī)室、檢修排水泵室、滲漏排水泵室、供水泵房、檢修間等

25、；二層高程62.50m，為管道電纜夾層；三層高程65.50m，為電氣設(shè)備布置層，主要布置有勵磁變室、機(jī)旁屏室、開關(guān)柜室、變壓器室、廠用變室等；四層高程70.50m，為設(shè)備控制層，主要布置有中控室、梯調(diào)中心、水情測報(bào)中心、泄水閘中控室、通訊室等。</p><p>　　安裝間副廠房布置在安裝間上下游側(cè)。安裝間上游為兩層，高程62.50m層布置有運(yùn)輸?shù)?、油處理室、透平油庫；高?9.50m層布置有送風(fēng)機(jī)室，并在安裝間上

26、游擋墻設(shè)一取風(fēng)口。安裝間下游為二層：高程62.50m布置有主變室、雨污水泵室，下部設(shè)有母線廊道。高程75.50m布置有220kVGIS室。</p><p><b>　　6 其他布置</b></p><p><b>　　6．1 廠內(nèi)交通</b></p><p>　　廠房與外界聯(lián)系通道有三條：一條專供設(shè)備運(yùn)輸，由壩頂平臺的運(yùn)輸

27、井直接進(jìn)入高程62.50m的進(jìn)廠間；一條是安裝間右端墻頂人行通道；一條是主機(jī)間左端墻頂人行通道及交通樓；兩條通道均可聯(lián)系壩頂公路、尾水副廠房及尾水交通平臺。</p><p>　　安裝間上游副廠房設(shè)一交通樓梯，可溝通安裝間上游副廠房各層，及在下游側(cè)設(shè)一道屋面檢修樓梯。尾水副廠房設(shè)有一座電梯和二道主樓梯，并在每機(jī)組段輔以一道簡易樓梯，可溝通安裝間下游副廠房、尾水副廠房各層及發(fā)電運(yùn)行層。兩道主樓梯直通至水輪機(jī)井底部，并

28、通過交通廊道貫通主廠房。在安裝間屋頂部位設(shè)置一條走火通道，必要時可通過此通道把運(yùn)行人員從廠內(nèi)疏散至尾水平臺。</p><p>　　廠內(nèi)各層均有足夠通道溝通各部位的聯(lián)系，使得廠內(nèi)上下運(yùn)行通暢，整個電站廠房交通十分便利</p><p><b>　　6．2 廠內(nèi)通風(fēng)</b></p><p>　　由于尾水位的影響，廠房為半封閉式廠房，因而給自然通風(fēng)帶來

29、不利條件，故廠房采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)和自然排風(fēng)相結(jié)合的方式。廠房送風(fēng)道布置在上游擋水墻側(cè)，貫通全廠房，風(fēng)口設(shè)在安裝間上游副廠房頂層。</p><p><b>　　6．3 廠內(nèi)排水</b></p><p>　　廠房排水系統(tǒng)分為檢修排水和滲漏排水兩個系統(tǒng)。</p><p>　　廠房檢修排水廊道底高程38.60m，貫穿全廠房，排水匯集至1、2號機(jī)中

30、墩下部高程為33.00m的檢修集水井通過檢修排水泵排到下游。</p><p>　　廠房滲漏排水廊道底高程38.10m，貫穿全廠房，滲漏排水匯集至5、6號機(jī)組中墩下部高程為33.00m的滲漏集水井通過滲漏排水泵排到下游。</p><p><b>　　6．4 廠內(nèi)采光</b></p><p>　　由于廠房為半封閉下沉式廠房，故廠房采光采用自然采光與

31、人工采光相結(jié)合，主機(jī)間、安裝間的采光主要通過鋼屋架屋面的采光帶采光。</p><p>　　下游副廠房主要通過頂層的采光帶及天井采光；安裝間上游的副廠房及交通廊道等主要采用人工采光。</p><p><b>　　7 結(jié)語</b></p><p>　　紅花水電站廠房是典型的燈泡貫流式水電站廠房，但由于電站裝機(jī)容量大，上、下游校核洪水位較高及工期緊張

32、等特點(diǎn)，造成廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，荷載分布不規(guī)則，給廠房布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來不便，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員已充分考慮了這些特點(diǎn)并有所創(chuàng)新。</p><p>　　電站分區(qū)明確，主、副廠房與變電站既能相互溝通，又相對獨(dú)立，使運(yùn)行管理十分方便；合理利用廠房高度，采用雙層橋機(jī)布置，縮短廠房前緣長度，減少工程投資；不設(shè)專門的管道電纜層，使廠內(nèi)布置更為簡潔，使廠房管理顯得有序，運(yùn)行維護(hù)也很方便；另外，下游副廠房的錯層布置、下游天井的運(yùn)用、廠內(nèi)交