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沁河河口村水库大机组电站厂房设计

《黄河规划设计》2010年第3期 2013-02-10 18:40:18

[导读] [摘要]河口村水库以防洪、供水为主,兼顾灌溉、发电和改善河道基流等综合作用。电站分大机组和小机组两个电站,总装机容量为11.6 MW。其中大电站以发电为主,并提供生态基流,装机容量为10 MW;小电站兼发电和向沁北电厂供水双重任务,装机容量为1.6 MW。本文主要讲述大电站的厂区布置、结构布置、副厂房结构布置设计优化及稳定应力计算等内容,为类似工程的设计可提供一定参考价值。

 

1 工程概述

河口村水库位于黄河一级支流沁河最后一段峡谷出口处,下距五龙口水文站约9 km,属河南省济源市克井乡,是控制沁河洪水、径流的关键工程,也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。开发任务是“以防洪、供水为主,兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利用”。水库总库容3.17亿m3,最大坝高122.5 m,正常蓄水位275 m。

电站分大、小机组两个电站,总装机容量11.6 MW。大电站以发电为主,并提供生态基流;小电站兼发电和向沁北电厂供水双重任务。大机组电站为岸边式地面厂房,由2台混流式水轮发电机组、安装间及副厂房组成,总装机容量为10 MW,额定水头76.00 m,单机额定流量7.80 m3/s,机组安装高程为171.20 m。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),确定河口村坝址场地地震动反应谱特征周期为0.40 s,地震动峰值加速度0.1 g,确定电站抗震设计烈度为7度。

河口村水库工程等别为Ⅱ等,属大(2)型。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),电站厂房及次要建筑物为3级,电站厂房按50年一遇洪水设计,200年一遇洪水校核。

2 大机组电站厂区布置

大电站采用岸边式地面厂房布置型式,安装间布置在主机间右侧,中控室及交接班室均布置在安装间的上游侧,主变压器布置在主机间上游室外地面高程180.00 m的平台上,考虑主变检修、消防等要求,两台主变压器之间,变压器与主厂房、中控室分别通过防火墙分隔。

厂房上游侧设置不小于4.00 m宽的消防通道,路面高程为180.00 m,可以满足消防车作业的需要,净空高度无障碍,满足有关规范要求。主厂房的对外交通出入口,布置在安装间右山墙侧,与进厂公路平顺相连。

尾水平台高程为180.00 m,高于200年一遇校核尾水位179.45 m。机组尾水闸门孔口尺寸为2.82 m×1.34 m(宽×高),底坎高程168.39 m,采用平板钢闸门,两台机组共用一台单轨移动式启闭机,为满足尾水闸门检修要求,计算确定起闭机牛腿底高程为185.30 m。

根据地质资料,电站厂区覆盖层大部分为alQ4,厚度最大达30 m左右。厂房纵轴线上游侧边坡局部存在覆盖层dlQ4,基本分布在高程213.00~224.00 m之间,厚度最大为4.7 m。覆盖层下部即为太古界登封群(Ard)变质岩,电站厂房基础均坐落在该岩层。基岩面向河床倾斜,坡度约40°。按照地质专业提供的建议开挖边坡,覆盖层按1∶1.75坡比开挖,基岩(片麻岩)采用1∶0.3的坡比进行开挖。为了满足小机组电站进场方便,节省工程量,小电站进场道路在大电站厂房开挖后边坡210.00 m高程通过。施工中应确保及时锚喷支护,严格按照边坡开挖支护施工程序执行,保证边坡稳定安全。

3 厂房结构布置设计

3.1 厂房主要控制尺寸及高程确定

根据《水电站厂房设计规范》SL266-2001第2.3条厂房内部布置原则,机电专业对河口村大机组电站提出的具体设计参数和要求,主厂房总长28.92 m,其中机组段长17.90 m,安装间长11.00 m,机组段与安装间之间设0.02 m宽的伸缩缝,机组中心间距为7.00 m。主厂房跨度13.00 m,其中上游侧跨度为7.00 m(包括吊车柱在内),下游侧跨度为6.00 m(包括吊车柱在内),机组安装高程为171.20 m。厂房平面布置图见图1。

图1 厂房平面布置图

厂房由蜗壳层(169.20 m)、水轮机层(173.50 m)、发电机层(178.67 m)组成,发电机层以上部分高度主要取决于发电机转子连轴长度、桥机高度及吊装方式等;发电机层以下部分各层高程主要考虑水轮机安装高程、尾水管体形、蜗壳尺寸、水轮机坑高度、机电管线布置及土建结构体形要求等因素综合确定。机组横剖面图见图2。

3.2 主厂房各层布置

主厂房分三层布置,高程为178.67 m的发电机层,高程为173.50 m的水轮机层和高程为169.20 m的蜗壳层。发电机层布置有发电机、机旁盘等机电设备及吊物孔。水轮机层布置调速器、吊物孔、机坑进人门等设备。蜗壳层布置有引水管道、蝶阀、尾水管进人门等设备。根据机组安装检修的需要,厂内设1台300/50 kN电动双梁桥式起重机一台,轨距为11.00 m,轨顶高程为187.30 m,厂房屋顶采用轻钢结构。

3.3 安装间各层布置

安装间分两层布置,安装场层高程为180.30 m,布置一3.0 m×2.0 m的吊物孔,上游布置通往底层的楼梯;底层高程为173.50 m,布置空压机、储气罐、储油罐、转子支墩及两台渗漏检修排水泵,渗漏检修集水井设在安装间最底层,集水井底高程为166.20 m。进厂大门设在安装间右侧山墙处,室外地坪高程为180.00 m,低于室内0.3 m。

3.4 副厂房各层布置

安装间段副厂房分四层布置,底层高程为173.50 m(与水轮机层同高),主要布置10 kV,35 kV开关柜及1号、3号励磁变;二层高程为177.80 m,为电缆夹层;三层高程为180.00 m,布置中控室、交接班室和楼梯间;四层高程为184.50 m,布置办公室、卫生间等。副厂房净宽8.50 m。

图2 机组横剖面图

主机段副厂房分两层布置,底层高程为169.20 m(与蜗壳层同高),引水管道从该层通过;二层高程为173.50 m(与水轮机层同高),主要布置低压开关柜、发电机电压配电装置及1~2号厂用变压器,其净宽8.50 m;其顶部室外180.00 m高程平台布置1号和2号主变压器。

4 副厂房结构布置优化设计

由于初步设计阶段电压等级的下调,取消了可行性研究阶段主变室顶部的GIS室。为了优化结构体型、减少投资,综合比较多种布置方案,确定将主变压器由室内布置调整为室外布置。取消原主变室消防设施、节省空间,根据实际需要,将主厂房机组间距沿厂房纵向压缩至7.0 m,使厂区开挖工程量大幅减少,节省工程投资。

5 厂房整体稳定应力计算

电站厂房基础为太古界登封群(Ard)变质岩,厂房上游面全部位于片麻岩内,下游及左、右面,下部为片麻岩。太古界登封群(Ard)变质岩系,岩性坚硬,较为均一,无软弱夹层,新鲜~微风化,裂隙稍发育,沿结构面有渗水滴水现象,为Ⅱ类围岩,其极限饱和抗压强度为80 MPa。

设计取机组段和安装间段分别进行整体稳定及地基应力计算,荷载组合和计算成果见表1、表2和表3,计算成果表明,厂房整体稳定性及地基应力满足规范所规定的安全度。

表1 荷载组合表

表2 站机组段整体稳定及地基应力计算成果表

表3 站安装间段整体稳定及地基应力计算成果表

6 结语

河口村大机组电站突出的设计特点在于能够在有限的空间上,合理布局、优化设计,满足机电专业设备布置要求的同时,达到功能划分合理、结构空间紧凑,为本工程下阶段工作的设计优化提供了设计思路,为类似工程的设计提供了一定的参考价值。

[整理编辑:CK365测控网]
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