序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇水電站設計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

1.1編制說明

為了使中小河流水能開發(fā)規(guī)劃滿足國家和地方對開發(fā)、利用水能資源以及國土治理的要求，統(tǒng)一規(guī)定編制規(guī)劃的原則、工作內(nèi)容和技術要求，由水利部水電及農(nóng)村電氣化司主持，以水利部農(nóng)村電氣化研究所為主編單位制定了《中小河流水能開發(fā)規(guī)劃導則》(SL221—98)。本導則分為10章，分別為總則、基本資料收集與分析、水能蘊藏量計算、地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展預測、水能開發(fā)、多目標開發(fā)、環(huán)境影響評價、流域管理、經(jīng)濟評價與綜合分析、規(guī)劃實施意見等。本導則為中小河流水能開發(fā)規(guī)劃報告提供了編制依據(jù)，同時也成為中小河流水能開發(fā)規(guī)劃設計定額的制定依據(jù)和規(guī)劃設計質(zhì)量的檢驗標準。

1.2定額標準

中小河流水能規(guī)劃設計定額內(nèi)容見表1-2-1。

表1-2-1中小河流水能規(guī)劃設計定額

章節(jié)

名稱

工作內(nèi)容

比例

備注

1

前言

流域概況、編制條件、編制依據(jù)、開發(fā)方案、工程特性表

5%

2

基本資料收集與分析

氣象水文、地形、地質(zhì)、資源、電力系統(tǒng)現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀、其它等7個方面

7%

其中氣象水文3%、地質(zhì)2%

3

水能蘊藏量計算

理論蘊藏量和可開發(fā)量

8%

附河長-高程、流量、出力、電能圖

4

地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展預測

國民經(jīng)濟現(xiàn)狀與發(fā)展、電力系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展、水利現(xiàn)狀與發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)劃及投資估算

9%

其中電網(wǎng)規(guī)劃6%

5

水能開發(fā)

開發(fā)原則、開發(fā)方案與方案比較、控制性工程概況、非控制性工程概況

35%

附開發(fā)方案圖。開發(fā)原則、開發(fā)方案與方案比較15%、工程概況20%

6

多目標開發(fā)

防洪、灌溉、供水、航運、其它等

5%

7

環(huán)境影響評價

社會環(huán)境、自然環(huán)境、水質(zhì)水量、移民和淹沒損失、跨流域引水、其它

7%

其中水質(zhì)水量即水資源論證2%

8

流域管理

管理原則、管理模式、管理設施、管理制度

2%

9

經(jīng)濟評價與綜合分析

工程估算、效益計算、經(jīng)濟評價、綜合評價

12%

含單項工程估算和經(jīng)濟評價

10

規(guī)劃實施意見

近期開發(fā)項目、前期工作安排、其它

2%

宜由項目經(jīng)理(總工)完成

文字修改與校對(每遍2%，各部分修改由相關責任人負責，宜2遍以上)、圖紙修改與校對(2%)，文字編輯2%

8%

宜由項目經(jīng)理(總工)和其它相關人員完成

1.3定額說明

(1)比例系指每章節(jié)工作內(nèi)容(應得工資)所占整個規(guī)劃設計內(nèi)容(應得工資)的比例。項目經(jīng)理和項目總工津貼（工資）另外按規(guī)定比例（分別為合同額的1%）計提.項目經(jīng)理可兼任項目總工。

(2)規(guī)劃設計質(zhì)量按《中小河流水能開發(fā)規(guī)劃導則》（SL221-98）和其它相關標準執(zhí)行。

(3)文字排版與編輯依據(jù)《量和單位》（GB3100～3102-86）、《水利技術標準編寫規(guī)定》（SL1-2002）、《水利水電工程技術術語標準》（SL26-92）。文字錄入、排版與編輯工作量已計入各章節(jié)。

(4)制圖依據(jù)《水利水電工程制圖標準》（SL73-95）和《水力發(fā)電工程CAD制圖技術規(guī)定》（DL/T5127-2001）。CAD制圖、曬圖與打印工作量已計入各章節(jié)。

(5)各章節(jié)可根據(jù)工程實際進行增減、合并，其工作量作適當調(diào)整。

2小型水電站初步設計定額

2.1編制說明

為了統(tǒng)一小型水電站初步設計報告的編制標準,提高編制質(zhì)量，由水利部水電及農(nóng)村電氣化司主持，以福建省水利水電勘測設計研究院為主編單位制定了《小型水電站初步設計報告編制規(guī)程》(SL/T179—96),要求小型水電站初步設計報告分為15章，分別為綜合說明、水文、工程地質(zhì)、工程任務和規(guī)模、工程布置及建筑物、水力機械、電氣工程、金屬結構、消防、施工組織設計、水庫淹沒處理及工程永久占地、環(huán)境保護設計、工程管理、概算、經(jīng)濟評價等。本規(guī)程為小型水電站初步設計報告提供了編制依據(jù)，同時也成為小型水電站初步設計定額的制定依據(jù)和初步設計質(zhì)量的檢驗標準。

2.2定額標準

小型水電站根據(jù)其調(diào)節(jié)性能,可分為徑流式水電站和蓄水式水電站。其設計內(nèi)容的區(qū)別主要在于取水樞紐設計的繁簡。為此，將小型水電站初步設計定額分為徑流式和蓄水式兩大類別，其定額內(nèi)容分別見表2-2-1、2-2-2。

表2-2-1小型水電站初步設計定額（徑流式）

章節(jié)

名稱

工作內(nèi)容

比例

備注

1

綜合說明

文字13節(jié)、附圖2類、附表3類

2%

根據(jù)各章節(jié)內(nèi)容編寫

2

水文

文字7節(jié)、附圖8類、附表7類

5%

3

工程地質(zhì)

文字10節(jié)

1%

根據(jù)《勘察報告》編寫

4

工程任務和規(guī)模

文字11節(jié)、附圖11類、附表按需要附列

5%

5.1~5.3

設計依據(jù)；工程選址；壩型、壩線及工程總布置

文字3節(jié)、附圖4類、附表按需要附列

3%

宜由項目經(jīng)理(總工)編寫

5.4~5.5

取水樞紐

文字2節(jié)、附圖8類、附表按需要附列

11%

包括擋水建筑物、泄水建筑物等

5.6

引水建筑物

文字1節(jié)、附圖2類、附表按需要附列

18%

其中：壓力管道12%

5.7

廠房及升壓站

文字1節(jié)、附圖4類、附表按需要附列

12%

5.8

綜合利用及其它

文字1節(jié)、附圖1類、附表按需要附列

1%

6

水力機械

文字4節(jié)、附圖4類、附表2類

4%

7

電氣工程

文字11節(jié)、附圖12類、附表4類

8%

8

金屬結構

文字6節(jié)、附圖3類、附表2類

2%

9

消防

文字2節(jié)、附圖3類、附表2類

1%

10

施工組織設計

文字8節(jié)、附圖2類、附表2類

6%

11

工程永久占地

文字1節(jié)、附圖3類、附表2類

1%

12

環(huán)境保護設計

文字4節(jié)、附圖2類、附表按需要附列

2%

13

工程管理、勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生

文字3節(jié)、附圖2類、附表按需要附列

2%

14

概算

文字5節(jié)、附表33類

6%

含概算書

15

經(jīng)濟評價

文字5節(jié)、附表8類

文字修改與校對(每遍1.5%，各部分修改由相關責任人負責，宜2遍以上)、圖紙修改與校對(每遍1.5%，宜2遍以上)，文字編輯2%

8%

宜由項目經(jīng)理(總工)和其它相關人員進行

表2-2-2小型水電站初步設計定額（蓄水式）

章節(jié)

名稱

工作內(nèi)容

比例

備注

1

綜合說明

文字13節(jié)、附圖2類、附表3類

2%

根據(jù)各章節(jié)內(nèi)容編寫

2

水文

文字7節(jié)、附圖8類、附表7類

5%

3

工程地質(zhì)

文字10節(jié)

1%

根據(jù)《勘察報告》編寫

4

工程任務和規(guī)模

文字11節(jié)、附圖11類、附表按需要附列

5%

5.1~5.3

設計依據(jù)；工程選址；壩型、壩線及工程總布置

文字3節(jié)、附圖4類、附表按需要附列

3%

宜由項目經(jīng)理(總工)編寫

5.4

擋水建筑物

文字1節(jié)、附圖5類、附表按需要附列

24%

3個比較方案各7%，推薦方案加3%(提供5種壩高的工程量)

5.5

泄水建筑物

文字1節(jié)、附圖3類、附表按需要附列

6%

5.6

引水建筑物

文字1節(jié)、附圖2類、附表按需要附列

10%

含壓力管道

5.7

廠房及升壓站

文字1節(jié)、附圖4類、附表按需要附列

6%

5.8

工程觀測、綜合利用及其它

文字1節(jié)、附圖1類、附表按需要附列

1%

6

水力機械

文字4節(jié)、附圖4類、附表2類

3%

7

電氣工程

文字11節(jié)、附圖12類、附表4類

6%

8

金屬結構

文字6節(jié)、附圖3類、附表2類

1%

9

消防

文字2節(jié)、附圖3類、附表2類

1%

10

施工組織設計

文字8節(jié)、附圖2類、附表2類

5%

11

水庫淹沒處理及工程永久占地

文字1節(jié)、附圖3類、附表2類

3%

12

環(huán)境保護設計

文字4節(jié)、附圖2類、附表按需要附列

1%

含水保方案概述

13

工程管理、勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生

文字3節(jié)、附圖2類、附表按需要附列

1%

14

概算

文字5節(jié)、附表33類

6%

含概算書

15

經(jīng)濟評價

文字5節(jié)、附表8類

文字修改與校對(每遍1.5%，各部分修改由相關責任人負責，宜2遍以上)、圖紙修改與校對(每遍1.5%，宜2遍以上)，文字編輯2%

8%

宜由項目經(jīng)理(總工)和其它相關人員進行

2.3定額說明

(1)比例系指每章節(jié)工作內(nèi)容(應得工資)所占整個設計內(nèi)容(應得工資)的比例。項目經(jīng)理和項目總工津貼（工資）另外按規(guī)定比例（分別為合同額的1%）計提.項目經(jīng)理可兼任項目總工。

(2)設計質(zhì)量按《小型水電站初步設計報告編制規(guī)程》（SL/T179-96）、《小型水力發(fā)電站設計規(guī)范》（GB50071-2002）和其它相關標準執(zhí)行。

設計過程中須進行多方案技術經(jīng)濟比較，力爭推薦方案科學、安全、經(jīng)濟、實用。

(3)文字排版與編輯依據(jù)《量和單位》（GB3100～3102-86）、《水利技術標準編寫規(guī)定》（SL1-2002）、《水利水電工程技術術語標準》（SL26-92）。文字錄入、排版與編輯工作量已計入各章節(jié)。

(4)制圖依據(jù)《水利水電工程制圖標準》（SL73-95）和《水力發(fā)電工程CAD制圖技術規(guī)定》（DL/T5127-2001）。CAD制圖、曬圖與打印工作量已計入各章節(jié)。

(5)各章節(jié)可根據(jù)工程實際進行增減、合并，其工作量作適當調(diào)整。

(6)本定額中廠房及升壓站按臥式機組廠房考慮，立式機組廠房和貫流式機組廠房所占比例可根據(jù)實際情況在本定額基礎上調(diào)增50-100%。

(7)小型水電站可行性研究報告編制可參照本定額執(zhí)行。

3小型水電站施工圖設計定額

3.1編制說明

小型水電站施工圖設計主要根據(jù)初步設計審查意見和相關規(guī)范進行。施工圖設計內(nèi)容繁瑣，本定額僅作參考，有待于進一步研究。

3.2定額標準

根據(jù)徑流式水電站和蓄水式水電站各部分設計的繁簡,將小型水電站施工圖設計定額分為徑流式和蓄水式兩大類別，其定額內(nèi)容分別見表3-2-1、3-2-2。

表3-2-1小型水電站施工圖設計定額（徑流式）

部分

單位工程名稱

工作內(nèi)容

比例

備注

一

建筑工程

1

取水樞紐

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

18%

包括擋水建筑物、泄水建筑物、導流建筑物等

2

引水工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

22%

含壓力管道12%

3

發(fā)電廠工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

18%

4

升壓變電站工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

2%

5

其它工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

10%

二

機電設備

1

水力機械

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

5%

2

電氣工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

10%

三

金屬結構

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

5%

四

工程預算

預算及標底

5%

表3-2-2小型水電站施工圖設計定額（蓄水式）

部分

單位工程名稱

工作內(nèi)容

比例

備注

一

建筑工程

1

擋水建筑物

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

25%

包括導流建筑物等

2

泄水建筑物

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

14%

3

引水工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

8%

僅含壓力管道，增加有壓隧洞和調(diào)壓室為18%

4

發(fā)電廠工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

15%

5

升壓變電站工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

1%

6

其它工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

10%

二

機電設備

1

水力機械

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

3%

2

電氣工程

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

6%

三

金屬結構

1.設計、制圖、交底、服務2.校核、審查

5%

四

工程預算

預算、標底

3%

3.3定額說明

(1)比例系指部分工作內(nèi)容(應得工資)所占整個設計內(nèi)容(應得工資)的比例。項目經(jīng)理和項目總工津貼（工資）另外按規(guī)定比例（分別為合同額的1%）計提.項目經(jīng)理可兼任項目總工。

(2)設計質(zhì)量按《小型水力發(fā)電站設計規(guī)范》（GB50071-2002）和其它相關標準執(zhí)行。設計過程中須進一步進行技術經(jīng)濟比較，力爭設計成果安全、實用、經(jīng)濟、美觀。

(3)各部分設計應附詳細的計算說明書,存檔備查。排版與編輯依據(jù)《量和單位》（GB3100～3102-86）、《水利技術標準編寫規(guī)定》（SL1-2002）、《水利水電工程技術術語標準》（SL26-92）。文字錄入、排版與編輯工作量已計入各章節(jié)。

(4)制圖依據(jù)《水利水電工程制圖標準》（SL73-95）和《水力發(fā)電工程CAD制圖技術規(guī)定》（DL/T5127-2001）。CAD制圖、曬圖與打印工作量已計入各章節(jié)。

(5)本定額中廠房及升壓站按臥式機組廠房考慮，立式機組廠房和貫流式機組廠房所占比例可根據(jù)實際情況在本定額基礎上調(diào)增50-100%。

(6)校核、審查工作占單項工作的20%。

篇（2）

1水輪機的選擇

水輪機是水電站一個十分重要的設備，水流的動能和勢能轉(zhuǎn)換成機械能就是通過水輪機來實現(xiàn)的。水輪機選擇合理與否，直接影響到機組的效率和運行的安全性、經(jīng)濟性。

1.1機組臺數(shù)的選擇

農(nóng)村小水電站機組臺數(shù)與電站的投資、運行維護費用、發(fā)電效益以及運行人員的組織管理等有著密切的關系。通過多年設計和運行經(jīng)驗表明：農(nóng)村小水電站機組臺數(shù)一般為1～4臺，且型號應盡量相同，以利于零部件通用和維修管理方便，其中每座電站2臺機組居多。

1.2水輪機型號的選擇

水輪機型號的選擇合理與否，直接影響到水輪機的運行效率、汽蝕和振動等。選擇型號時，既要考慮水輪機生產(chǎn)廠家的技術水平和運輸?shù)姆奖愠潭?，又要確保水輪機常處于較優(yōu)的運行工況，即盡量處于水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線圖的高效區(qū)。尤其是機組運行時，水頭的變化不要超過水輪機性能表的水頭范圍，否則會加劇水輪機汽蝕和振動，降低水輪機效率。

1.3機組安裝高程的確定

水輪機的安裝高程不能超過水輪機允許的最大吸出高度，否則會引起水輪機轉(zhuǎn)輪的汽蝕、振動等不良現(xiàn)象，因而縮短機組的運行壽命。

（1）臥式機組：安=Z下+hs-/900-D/2

（2）立式機組：安=Z下+hs-/900

式中Z下——尾水渠最低水位（m）；

hs——水輪機理論吸出高度（m），查水輪機應用

范圍圖及hs=f(H)曲線；

D——水輪機轉(zhuǎn)輪直徑（m）；

——水電站廠房所在地的海拔高程（m）。

為了消除或減輕水輪機汽蝕，可將計算出的安降低0.2～0.3m確定安裝高程。

2電氣主接線的擬定

小水電站的電氣主接線是運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據(jù)之一。農(nóng)村小水電站裝機容量往往有限，一般裝機臺數(shù)不超過4臺，相應電站的電壓等級和回路數(shù)以及主變的臺數(shù)都應較少?？紤]到小水電站（尤其是單機100kW以下的微型電站）的機電設備供應比較困難，運行和管理人員的文化、業(yè)務素質(zhì)普遍較差，從進站到熟練掌握操作、檢修、處理故障及優(yōu)化運行等也有一個過程。因此，農(nóng)村小水電站的電氣主接線在滿足基本要求的前提下，應力求采用簡單、清晰而又符合實際需要的接線形式。

對于1臺機組，宜采用發(fā)電機—變壓器組單元接線；對于2～3臺機組，宜采用單母線不分段接線，共用1臺主變；對于4臺機組，宜采用2臺主變用隔離開關進行單母線分段，以提高運行的靈活性。

3電氣測量及同期裝置

并入電網(wǎng)運行的小水電站電氣測量應包括：三相交流電流、三相交流電壓（使用換相斷路器和1只電壓表測量三相電壓）、有功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能、勵磁電流和勵磁電壓等的監(jiān)視和測量。發(fā)電機的測量、監(jiān)視表計、斷路器、互感器及保護裝置等裝在控制屏上（發(fā)電機控制屏）；電網(wǎng)的表計、斷路器、同期裝置等裝在同期屏上（總屏）。

保護裝置

農(nóng)村小水電站主保護裝置的配置應在滿足繼電保護基本要求的前提下，力求簡單可行、維護檢修方便、造價低及運行人員容易掌握等。

4.1過電流保護

單機750kW以下的機組，可以采用自動空氣斷路器的過電流脫扣器作為過流及短路保護，其動作整定值可以通過調(diào)整銜鐵彈簧拉力來整定，整定值一般為發(fā)電機額定電流的1.35～1.7倍。為了提高保護的可靠性，還可采用過流繼電器配合空氣斷路器欠壓脫扣器作過流及短路保護，繼電器線圈電源取自發(fā)電機中性點的1組（3只）電流互感器，繼電器動作值亦按發(fā)電機額定電流的1.35～1.7倍整定。

原理：當發(fā)電機出現(xiàn)短路故障時，通過過流繼電器線圈的電流超過其動作值，過流繼電器常閉接點斷開，空氣斷路器失壓線圈失電而釋放，跳開空氣斷路器主觸頭，切除故障元件——發(fā)電機。

4.2欠壓保護

當電網(wǎng)停電時，由于線路上的用電負荷大于發(fā)電機容量，此時電壓大幅度降低，空氣斷路器欠壓線圈欠壓而釋放，跳開空氣斷路器，以防電網(wǎng)來電造成非同期并列。

4.3水阻保護

當發(fā)電機因某種原因(如短路、長期過載、電網(wǎng)停電等)突然甩負荷后，機組轉(zhuǎn)速會迅速升高，這種現(xiàn)象叫飛逸。如果不及時關閉調(diào)速器和勵磁，可能造成事故。一般未采用電動調(diào)速的農(nóng)村小水電站可利用三相水阻器作為該保護的負荷。

水阻器容量按被保護機組額定功率的70%～80%左右考慮。如果水阻容量過大，機組甩負荷瞬間，將對機組產(chǎn)生較大的沖擊電流和制動力，影響機組的穩(wěn)定，嚴重時可能造成機組基礎松動。反之，如果水阻容量過小，達不到抑制機組飛逸轉(zhuǎn)速的目的。水阻器采用角鋼或鋼板制成三相星型、三角型均可。

對于單機125kW及以下的電站，水阻池內(nèi)空，以長為機組臺數(shù)×（0.7～1）m，寬為（0.7～1）m，深為0.6～0.8m為宜，同時考慮機組容量大小，應在短時間內(nèi)（如3～5min）不致于將池中的水煮沸。

在調(diào)試水阻負荷大小時，應在水中逐漸施加水阻劑，調(diào)試水阻負荷，直到達到要求為止。

4.4變壓器過載、短路保護

變壓器高壓側(cè)采用跌落式熔斷器（或SN10-10型少油斷路器）作過載、短路保護。運行經(jīng)驗表明，額定電壓為6～10kV的跌落式熔斷器只能用在560kVA及以下的變壓器,額定電壓為10kV的跌落式熔斷器只能用在750kVA及以下的變壓器。當變壓器容量超過750kVA時，應采用油斷路器。跌落式熔斷器熔絲按下列公式選擇：

當Se＜100kVA時，熔絲額定電流=（2～2.5）×高壓側(cè)額定電流；當Se≥100kVA時，熔絲額定電流=（1.5～2）×高壓側(cè)額定電流。

篇（3）

2、對小型水電站引水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計的必要性

小型水電站工程在實際開發(fā)展具有良好的經(jīng)濟價值與應用前景，是水利水電工程領域中一種較為先進的流域開發(fā)方式，可以作為未來水利水電工程建設的成功案例進行參考。由于該小型水電站工程需要引用上級電站的發(fā)電尾水，上級發(fā)電站的發(fā)電尾水為14．76m3/s則基本可以達到其設計引用流量的87%左右，如果在該小型水電站設計階段可以將這一部分尾水直接引入引水隧洞，由于這一部分尾水的清潔度較高則不需要設置底格柵欄壩引水廊道和沉砂池，這對降低該小型水電站首部的工程量與成本投入有著重要作用。

本文認為梯級水電站中上一級水電站與次一級水電站不僅存在電力聯(lián)系，水力聯(lián)系也是梯級水電站設計過程中不能忽略的一個主要因素，雖然電網(wǎng)負荷的平衡、機組躲避振動區(qū)、機組出力限制等方面會對其產(chǎn)生約束，同時也要滿足防洪、灌溉、航運、生活及工業(yè)用水等多個社會方面的需求。因此，該小型水電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設計過程中，設計人員應充分考慮電離平衡、水量平衡、區(qū)間徑流以及尾水銜接等多項問題，該梯級流域中上下2級水電站在設計中均設置了帶有調(diào)壓室的長隧洞，所以在引水系統(tǒng)優(yōu)化設計中要充分考慮其缺少一個穩(wěn)定的無壓過渡段，再加上優(yōu)化設計中由于要涉及到上下2級水電站不同的運行方式，所以要實現(xiàn)水力過渡這一過程是一個相對復雜的內(nèi)容。

該小型水電站在運行過程中由于其引用流量的87%都是來自上級水電站，所以兩所水電站的負荷變化容易對彼此之間產(chǎn)生影響，上級水電站在正常運行中如果突然丟棄全部負荷，則會導致該小型水電站在運行中的發(fā)電引用流量隨之不斷降低，這會導致該小型水電站需要通過立即關閉全部機組來避免其受到影響。如果導葉或調(diào)速系統(tǒng)在該種情況下發(fā)生故障，則要立即采取關系碟閥的措施來及時完成停機處理，才能避免該小型水電站的壓力隧洞進水口不會因進氣對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，所以在充分考慮上下游兩級水電站平順連接和該小型水電站調(diào)節(jié)性能的要求，本文認為應該采用無壓隧洞的優(yōu)化設計方案來做為兩級水電站的過渡段，避免該小型水電站在聯(lián)合運行過程中因引水隧洞進氣或水壓過大而發(fā)生一些安全事故。

3、小型水電站引水系統(tǒng)的優(yōu)化設計方案

3．1首部樞紐的優(yōu)化設計

該小型水電站上級水電站尾水池后利用有壓引水箱涵將尾水引入到左岸取水口處，引水箱涵在設計階段以地下室暗涵的方式作為主要結構形式，其設計標準為長32m、寬7．1m、高3．4m的鋼筋混凝土地下室暗涵，并通過分為2孔的方式進行布置，單孔的設計標準為寬2．3m、高2．4m。鋼筋混凝土引水箱涵主要布置于沉沙池下游干砌石海漫段，在施工過程中要采用砂卵石對其進行分層碾壓確保其密實度，底部需要通過合理設置盲溝排水來滿足其運行要求，過水表層通過澆筑埋石混凝土來確保其整體性能可以滿足運行要求。弼石溝來水需要經(jīng)過沉沙池后才能進入到左岸取水口，這樣便可以與上級水電站尾水會合后流入到該小型水電站的引水隧洞。

3．2 引水隧洞的優(yōu)化設計

該小型水電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設計過程中需要對引水隧道的局部構造形式進行調(diào)整，將引水隧洞結構形式由原設計方案的馬蹄形有壓隧洞調(diào)整為城門洞形的無壓隧洞，同時也要將城門洞形無壓隧洞的設計標準調(diào)整為底寬3．1m、直墻高3．4m、最大凈高4．41m，并且要將整個隧洞的進口底板高程控制在2292．8m，隧洞在施工過程中需要采用混凝土或鋼筋混凝土襯砌，并要通過加固圍巖來確保其整體穩(wěn)定性，利用錨桿與固結灌漿來確保整個引水隧洞的結構強度可以滿足運行要求。本文在優(yōu)化設計中充分考慮到無壓與有壓隧洞之間連接的平順，避免小型水電站運行中因上級水電站丟失負荷而出現(xiàn)無壓隧洞封頂?shù)氖录?，則要在有壓隧洞與無壓隧洞結合處通過設置側(cè)堰溢流建筑物和溢洪道，并要通過將施工支洞改為泄洪洞來滿足其整體運行要求。

3．3泄水隧洞的優(yōu)化設計

為了滿足該小型水電站運行需求則要將施工支洞改為泄水隧洞，泄洪隧洞在設計過程中要以垂直引水隧道方向進行布置，這樣便可以溢流下泄的多余水量通過其排放到?jīng)_溝，然后匯入到主河中避免其對該小型水電站的整體運行狀況產(chǎn)生影響。溢流側(cè)堰與泄水隧洞在設計過程中要按照機組全甩負荷工況下的泄流量為標準，為了在設計過程中可以對洞室橫向?qū)挾冗M行適當?shù)恼{(diào)整，進一步降低整個洞室在開挖施工中的施工難度，并要充分考慮側(cè)堰只需要在小型水電站甩負荷時發(fā)揮泄流作用，所以在優(yōu)化設計階段采用薄壁堰作為主要的結構形式，將堰頂高程要控制在高出正常水位近0．1m左右，這樣才能滿足該小型水電站甩負荷時的整體運行要求。同時也要對與溢流堰后泄水陡槽相連接的泄水隧道形式進行優(yōu)化設計，本文認為其可以采用城門洞形來滿足整個系統(tǒng)運行要求，其設計標準為底寬1．7m、縱坡8．2%，這樣便可以確保其泄流量達到16．88m3/s時泄洪隧洞的水深可以控制在1．174m左右，完全可以滿足整個小型水電站引水系統(tǒng)的運行性能要求。

4、小型水電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設計結果分析

該小型水電站在優(yōu)化設計中將有壓隧洞前設置底坡為12．4%的無壓過渡段，則可以作為上下兩級水電站在運行過程中的無壓引水與有壓引水的連接過渡，其設計標準為長101.34m、底坡12．4%、前81．34m，其后20m部位則要作為一個平段，斷面尺寸在設計過程中要與有壓隧洞的斷面尺寸保持高度一致。該小型水電站引水系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設計后，其底部柵欄壩的底寬優(yōu)化為6．0m，沉沙池的凈寬也優(yōu)化為7．5m，其平均工作水深也優(yōu)化為5m。進過對該小型水電站引水系統(tǒng)的整體優(yōu)化設計，有效降低了施工單位在該小型水電站施工過程中的首部整體工程量，同時技術人員經(jīng)過計算可以確定該小型水電站在采用無壓隧洞后，上級水電站丟棄負荷后可以確保其有壓隧洞在12min以內(nèi)不會進入空氣，這一段的時間完全可以做為該小型水電站在上級水電站故障后的應急事故處理時間，與原方案相比該優(yōu)化后的方案設計不僅可以有效降低工程量，同時也對加強該小型水電站的管理與機組運行效率有著重要作用。

篇（4）

2001年9月，在公路開挖爆破過程中引發(fā)一定范圍的巖體傾倒錯落塌滑，在高線公路無法明挖通過的同時，6#山梁塌滑巖體周邊仍余留部分危巖，威脅公路和導流洞出口施工及運行安全，并可能制約截流工期；2002年6月，云南瀾滄江水電開發(fā)有限責任公司邀請國內(nèi)知名邊坡專家到現(xiàn)場踏勘、考察和咨詢后，明確對6#山梁必須采取工程措施，確保開挖邊坡在施工期的穩(wěn)定，并提高山坡整體穩(wěn)定安全度。

2地形地質(zhì)條件

6#山梁綜合治理的平面范圍見附圖所示。在Ⅲ級斷層F5與F23之間，大部分地段基巖，僅局部山坳及沖溝中有第四系堆積物分布。山坡平均坡度約40°，局部地段分布有早期崩塌作用形成的陡壁。現(xiàn)公路開挖形成的邊坡形態(tài)多呈陡緩轉(zhuǎn)折的階梯狀。

出露地層主要為中深變質(zhì)巖系及第四系，巖層呈單斜構造橫河分布，陡傾上游，主要巖性為黑云花崗片麻巖和角閃斜長片麻巖，它們雖均屬堅硬的塊狀巖石，但后者的抗風化能力相對較弱。第四系堆積層主要為碎石質(zhì)砂粉土夾塊石及塊石層和開挖堆渣，高程1200m以上分布較薄，厚度約0.5m~5m。

巖層產(chǎn)狀為N70°~85°W,NEÐ65°~85°，主要結構面走向近EW及近SN，傾角多陡立。根據(jù)結構面的規(guī)模劃分，該地段主要分布有F5、F19、F23、F15四條Ⅲ級陡傾斷層和兩組Ⅳ級陡傾結構面（小斷層f和擠壓面gm）。普通發(fā)育對邊坡穩(wěn)定程度關系較大的Ⅴ級結構面（節(jié)理）主要發(fā)育三組：①近SN向陡傾節(jié)理組（順河向節(jié)理），產(chǎn)狀為N0°~10°E，SE∠75°~90°，延伸一般2m~5m，最長可達10余米，間距20cm~50cm，在局部地段分布有寬5m~10m的節(jié)理密集帶；②NWW向節(jié)理組（橫河向節(jié)理），產(chǎn)狀N65°~85°W，NE∠55°~80°，延伸一般1m~3m，間距30cm~50cm；③順坡向中緩傾角節(jié)理組，產(chǎn)狀為N20°W~N20°E，SW~NW∠30°~45°，該組節(jié)理在微風化~新鮮巖體中相對不發(fā)育，延伸較短。

邊坡巖體以均勻風化為主，風化層厚度主要受巖性、構造和地形控制。一般在地形凸出的山脊部位風化厚度大，山坳、沖溝地段的風化層相對較?。辉谄马敽徒情W斜長片麻巖分布地段的地形較平緩部位，常出現(xiàn)較厚的全、強風化層。

6#山梁地勢陡峻，卸荷作用強烈。卸荷現(xiàn)象主要表現(xiàn)為生成順坡向中緩傾角剪切裂隙和陡傾角拉張裂隙，岸坡常在此基礎上產(chǎn)生崩塌等失穩(wěn)現(xiàn)象。

本地區(qū)地表水和地下水的最低排泄基準面為瀾滄江。地下水類型主要為裂隙潛水，由于補給來源豐富，地下水位埋藏較淺，岸坡地下水位線一般在弱風化巖體的中、下部。

3邊坡失穩(wěn)機理與模式分析

6#山梁巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)主要發(fā)生在山坡淺表部位的強風化、強卸荷巖體中，并常見以下幾種類型：

a.滑移型塌滑：常發(fā)生在順坡中緩傾角剪切裂隙較發(fā)育且連通率較高的邊坡表層。通常是以順坡裂隙為底滑面，順河向卸荷拉張裂隙（或節(jié)理）為后緣拉裂面，橫河向節(jié)理為側(cè)向切割面。該類塌滑一般規(guī)模較小，但它可向周邊逐漸擴展，向深部逐漸剝離。

b.錯落型崩塌：常出現(xiàn)在由花崗片麻巖構成的陡坡地段，其失穩(wěn)機理是：邊坡巖體在卸荷過程中順河延伸的拉張裂隙逐漸構通，陡坡下部巖體被壓碎并出現(xiàn)剪切破裂面（常追蹤順坡節(jié)理），在某些觸發(fā)因素作用下即發(fā)生崩塌。6#山梁在高線公路開挖過程中發(fā)生的較大范圍的崩塌屬此類型。

c.傾倒型崩塌：此類崩塌常發(fā)生在兩種巖層交界面或有Ⅱ、Ⅲ級斷層等軟弱巖帶分布的逆層坡地段。其失穩(wěn)機理是：山坡下部分布有相對易風化的巖層或軟弱巖帶，它們在風化卸荷過程中逐漸被壓縮，使其上部的相對較堅硬的巖體發(fā)生傾倒、折斷，當下部巖體被壓碎出現(xiàn)剪切破壞時即發(fā)生崩塌。

4平面穩(wěn)定分析

4.1巖體物理力學參數(shù)

由于地勘資料的缺乏和不足，本次計算依據(jù)前期地質(zhì)、試驗資料和開挖暴露面所揭示的地質(zhì)條件，并對山坳塌方體進行地質(zhì)參數(shù)反演分析（反演成果見表一注），綜合以上因素,擬定邊坡平面穩(wěn)定計算的物理力學參數(shù)見表一。

表一邊坡平面穩(wěn)定巖土力學參數(shù)計算采用值（峰值強度）

編號

巖土類別

Φˊ

(°)

Cˊ

(kN/m2)

天然容重

(kN/m3)

飽和容重

(kN/m3)

1

坡積體

30.1

40

18.5

20.0

2

堆積體

38.0

50

20.6

23.5

3

堆積體接觸帶

32.0

50

20.6

23.5

4

全風化帶

29.0

40

21.0

22.0

5

強風化、強卸荷帶

山梁部位

29.0

60

26.0

26.7

山坳部位

32.0

110

26.0

26.7

6

弱風化、卸荷帶

35.0

340

26.3

26.7

注：對山坳部位塌方體處于0.95安全系數(shù)條件下,固定Φˊ=32°,干坡反演Cˊ=0.084Mpa,雨季反演Cˊ=0.145Mpa；固定Cˊ=0.11Mpa,干坡反演Φˊ=27,雨季反演Φˊ=36

4.2穩(wěn)定計算方法

切取典型剖面，按平面剛體極限平面問題考慮，不考慮動力效應對巖土參數(shù)取值的影響。計算采用陳祖煜教授編制的EMU程序進行。

4.3平面穩(wěn)定計算邊界條件與控制標準

（1）邊坡滑動方向與計算剖面選取

根據(jù)地質(zhì)條件分析，為簡化計算，6#山梁邊坡失穩(wěn)的邊界條件如下：

a.沿強風化、強卸荷帶順坡中緩傾角結構面的剪切滑移破壞；

b.向河床、溝谷等臨空面方向的傾倒崩塌破壞；

c.中緩傾角節(jié)理與陡傾結構面相互切割、組合，構成對邊坡不利的楔體破壞模式。

考慮到XX工程樞紐區(qū)中緩傾角節(jié)理及卸荷裂隙發(fā)育的主要產(chǎn)狀為近SN向，基本垂直的兩組陡傾結構面也以近SN向相對發(fā)育，計算剖面為一近EW向和其它三個接近天然地形最陡方向剖面。

（2）地下靜水壓力取值

6#山梁地區(qū)天然地下水位基本上處于強風化、強卸荷帶以下部位，計算分析中采用暴雨條件下的地下靜水壓取值標準采用：取1/5滑塊高度。

（3）地震慣性力

地震工況下地震慣性力按擬靜力法計算，僅考慮水平向地震作用。取100年超越概率10%水平峰值加速度a水平=0.169g，地震效應折減系數(shù)ζ=0.25,動態(tài)分布系數(shù)ai=1.875，相應的水平地震力綜合系數(shù)取值為Kh=0.08。

（4）計算工況及安全系數(shù)控制標準

6#山梁綜合治理措施考慮一次到位實施，避免二次上山不考慮分期進行，因而計算分析考慮正常運行、地震和泄洪工況，其中壩頂公路以下邊坡將結合導流洞出口開挖、泄洪霧化保護等，下一步作綜合治理研究，故本次計算無泄洪工況。本區(qū)域距工程主體拱壩尚有一定距離，壩頂公路以上邊坡又接近天然邊坡，安全等級按低于主體工程邊坡考慮，取為二級邊坡，各工況對應的平面穩(wěn)定安全系數(shù)控制標準見表二。

表二邊坡平面穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)控制標準

平面穩(wěn)定計算工況

正常運行

泄洪霧化

運行地震

安全系數(shù)控制標準

1.20

1.12

1.03

4.4平面穩(wěn)定分析計算成果

根據(jù)初步推測的地質(zhì)剖面與初擬地質(zhì)物理力學參數(shù)進行了初步分析計算，各剖面相應位置滑塊平面穩(wěn)定計算安全系數(shù)及所需錨固力計算成果見表三。

表三壩頂公路以上邊坡控制性滑塊平面穩(wěn)定計算安全系數(shù)成果表

項目

干坡核算

計算工況

所需

錨固力

（t/m）

剖面序號

滑塊位置

無水干坡

正常運行

運行地震

1

EL.1425m～EL.1320m

現(xiàn)狀體型

1.14

1.06

0.94

150

清坡體型

1.42

1.30

1.11

2

EL.1440m～EL.1295m

現(xiàn)狀體型

1.05

0.97

0.85

600

清坡體型

1.16

1.06

0.93

290

3

EL.1520m～EL.1425m

1.03

0.93

0.85

500

EL.1320m～EL.1265m

2.03

1.93

1.72

4

EL.1515m～EL.1410m

1.58

1.50

1.37

EL.1360m～EL.1230m

1.57

1.46

1.29

5邊坡穩(wěn)定性評價

從表三可以看出，目前現(xiàn)狀條件下導流出口壩頂公路以上邊坡的穩(wěn)定程度以2剖面最差，1剖面次之，3剖面稍好，4剖面處于整體穩(wěn)定狀態(tài)；控制性強風化、強卸荷滑動層的厚度一般不超過20m。

從高程分布來看，高線便道以上塌方體陡壁部位因坡度因素控制，3剖面滑塊的安全系數(shù)最低，干邊坡狀態(tài)為1.03，正常狀態(tài)為0.93，基本處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，與目前現(xiàn)狀估計是吻合的；4剖面塌方體陡壁部位在剖面方向上處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。剖面顯示，本區(qū)（

Ⅰ-2亞區(qū)）塌方體陡壁邊坡與后部天然山坡相連，不宜開挖也缺乏壓坡條件，是預應力錨固鎖口處理的重點區(qū)域。高線便道至壩頂公路間邊坡穩(wěn)定性好于塌方體陡壁部位，3、4剖面整體穩(wěn)定，但剖面顯示，該區(qū)（Ⅱ-3亞區(qū)）淺表層為松散堆積物，邊坡局部存在圓弧破壞和塌滑破壞，若清除山坳內(nèi)的松散堆積物，將增大其兩側(cè)山坡的側(cè)向臨空程度，故在坡腳（壩頂公路）處設樁板墻擋護更能確保邊坡穩(wěn)定。1、2剖面干邊坡安全系數(shù)在1.05～1.14之間，正常狀態(tài)為0.97～1.06之間，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，需采用工程措施提高其穩(wěn)定程度。剖面顯示，本區(qū)（Ⅰ-1亞區(qū)、Ⅱ-1亞區(qū)、Ⅱ-2亞區(qū)）坡形有相對凸出現(xiàn)象，并存在薄層浮渣和全風化巖體分布，強卸荷巖體在坡形凸出部位一般不超過10m，具備清坡條件。

6綜合治理設計原則和工程措施

6.1綜合治理設計原則

由于6#山梁地段山坡陡峻，地質(zhì)結構較為復雜，巖體風化、卸荷深度較大，天然山坡的穩(wěn)定性較差。因樞紐總體布置的需要不可避免地要對6#山梁的岸坡進行一些工程開挖，根據(jù)各工程開挖的具體情況并本著安全、經(jīng)濟、合理的原則，確定6#山梁壩頂公路以上邊坡設計思路如下：

（1）工程布置盡可能地避免明挖，公路用隧洞通過，盡量減少對山坡的擾動。

（2）以排水措施作為提高山坡總體安全度的基本手段，采取清坡、減載、支擋、錨固、護坡相結合的綜合措施進行全面治理。

（3）對邊坡上已出現(xiàn)的不穩(wěn)定體，采取預應力錨索加固。

（4）對于開口線以外的浮石、危石，可用主動和被動網(wǎng)防護。

（5）加強安全監(jiān)測，并根據(jù)施工過程中揭示的地質(zhì)條件，及時調(diào)整和優(yōu)化設計。

6.2工程措施

根據(jù)地形、地質(zhì)條件和工程布置、邊坡穩(wěn)定條件和計算結果等情況，將6#山梁地段的邊坡分為三個區(qū)（Ⅰ區(qū)：高線便道以上邊坡；Ⅱ區(qū)：高線便道至壩頂公路間邊坡；Ⅲ區(qū)：壩頂公路以下邊坡。）和若干亞區(qū)，具體見附圖。其中壩頂公路以下邊坡（Ⅲ區(qū)）將結合導流洞出口開挖、泄洪霧化保護等，下一步作綜合治理研究。

6.2.1排水

6#山梁采用以地下排水為主，地表排水為鋪的綜合排水措施，盡可能降低邊坡巖體中的地下水位，減少滲水壓力，以改善邊坡穩(wěn)定條件，提高邊坡穩(wěn)定性。

（1）地下排水系統(tǒng)

在1310m高程設置一層地下排水洞，且利用高線公路隧洞在1380m高程增設一條排水支洞。排水洞內(nèi)均鉆設排水孔。

排水孔在松散體、斷層破碎帶或土層等特殊部位用反濾透水管作特殊處理，透水管選用HMY-95K塑料盲溝管，外包土工布200g/m2，其長度應貫穿破碎帶，端部用土工布封扎。

（2）地表排水

為減少降雨和泄洪雨霧的入滲量，充分發(fā)揮地下排水系統(tǒng)的疏排效果，加強了邊坡表層的排水系統(tǒng)。

6.2.2邊坡加固支護措施

根據(jù)以上計算成果和分析判斷，6#山梁壩頂公路以上部位邊坡采用清坡、減載、支擋、錨固、護坡相結合的綜合措施進行全面治理。

（1）Ⅰ-1亞區(qū)

a.盡量清除邊坡表部附近部位呈干砌塊石狀的和山坡表層顯著變形錯位的強卸荷巖體，理順坡形。

b.Ⅰ-1區(qū)清坡前，先在清坡開口線以上設置兩排1000kN級預應力錨索鎖口；清坡后，在清坡范圍開口線以下設置三排1000kN級預應力錨索；其它部位根據(jù)需要設置隨機預應力錨索。

c.6#山梁上游側(cè)現(xiàn)高線隧洞出口的洞臉擋墻考慮有一定高度并在其上設置防護網(wǎng)，以攔擋滾石和F5溝內(nèi)可能發(fā)生的局部塌方體。

（2）Ⅰ-2亞區(qū)

目前，6#山梁下游側(cè)邊坡塌方段范圍EL.1450m以下已布設有1000kN級預應力錨索；根據(jù)計算分析判斷，對EL.1450m以上陡壁部位增加1000kN級系統(tǒng)預應力錨索。

（3）Ⅱ-1亞區(qū)和Ⅱ-2亞區(qū)

a.清除坡面浮渣、覆蓋層、破碎分離巖體、孤石、危石、變形錯位的表層強卸荷巖體及淺表層全風化巖體。

b.Ⅱ-1區(qū)清坡后在EL.1380m附近設置兩排1000kN級預應力錨索；其它部位根據(jù)需要設置隨機預應力錨索。

c.Ⅱ-2區(qū)“爬石”（三個特定的分離巖體）部位先設置隨機預應力錨索將其錨固，再跳槽清除其下側(cè)的破碎巖體，并及時回填混凝土壓腳，最后在回填混凝土部位設置預應力錨索；Ⅱ-2區(qū)清坡后在EL.1330m附近設置兩排1000kN級預應力錨索。

Ⅱ-1亞區(qū)和Ⅱ-2亞區(qū)在壩頂公路邊坡開口線上下均設置兩排1800kN級預應力錨索。

為保證清坡工作安全順利進行，以上清坡各區(qū)在壩頂公路、高線便道路面上均設置兩排3Φ32錨筋樁。

（5）Ⅱ-3亞區(qū)

a.清除坡面浮渣。

b.在壩頂公路部位的山坳段設置長約100m的錨拉樁板式擋墻,錨拉樁板式擋墻段頂部考慮設置防護網(wǎng)。

以上清坡及塌方表面除Ⅱ-3亞區(qū)外均布置系統(tǒng)錨桿并噴混凝土護面,強風化、強卸荷帶及坡、堆積體坡表均掛機編活絡網(wǎng)。

篇（5）

甘溪是天目溪的一條支流，上游建有甘溪一級水電站和甘溪二級水電站。甘溪一級水電站裝機容量2×160kW，壩址控制流域面積19．6km2，水庫總庫容214萬m3。甘溪二級水電站裝機容量3×500kW，利用集雨面積33．5km2。甘溪流域內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量1625mm。多年平均氣溫15．6℃，極端最高氣溫41．6℃，極端最低氣溫－13．2℃。

甘溪三級水電站渠首樞紐位于甘溪二級水電站尾水出口下游20m處，壩址控制流域面積40．3km2，區(qū)間引水集雨面積2km2。多年平均流量1．18m3/s，年徑流量3721萬m3。壩址設計洪水流量386m3/s（P＝10％），校核洪水流量522m3/s（P＝3．33％）。工程區(qū)地質(zhì)條件簡單，出露基巖為奧陶系上統(tǒng)於潛組頁巖和砂巖，河床處砂礫石覆蓋層厚1～3m，山坡處覆蓋層厚0．5～2m，兩岸臺地覆蓋層較厚。河道中水質(zhì)清澈，泥沙含量很少。

2方案選擇

2．1壩址選擇

甘溪三級水電站是甘溪二級水電站的下一個梯級電站，壩址選擇的原則為：1）滿足與上級電站尾水位的銜接；2）滿足進水閘和溢流堰的布置要求；3）不淹沒耕地和房屋；4）使渠首樞紐工程造價最低。根據(jù)地形地質(zhì)條件，壩址選定在甘溪二級水電站尾水出口下游20m處，該段河床寬約35m，壩型采用漿砌石溢流壩。

2．2廠址選擇

廠址位于潘家村烏浪口，電站尾水排入支流烏浪溪中。設計中對上廠址方案和下廠址方案進行比選，下廠址方案與上廠址方案相比，水頭增加3．6m，電能增加23萬kW·h，效益增加9萬元，投資增加25．2萬元，差額投資經(jīng)濟內(nèi)部收益率35．5％，故選用下廠址方案。

2．3無壓輸水系統(tǒng)方案選擇

無壓輸水系統(tǒng)有隧洞方案和明渠結合隧洞方案兩種布置形式，兩方案的軸線長度基本相同。明渠結合隧洞方案是進水閘后接長度為425m的漿砌石明渠，其后仍為隧洞。經(jīng)過比較，隧洞方案較明渠結合隧洞方案減少投資6．2萬元，隧洞方案日常維護工作量少，且不占林地，故無壓輸水系統(tǒng)選用隧洞方案。

3主要建筑物

3．1渠首樞紐

渠首樞紐由攔河堰、進水閘和攔沙坎組成。攔河堰為折線型漿砌塊石實用堰，溢流段長31．1m，堰頂高程224．63m，最大堰高2．23m，堰頂寬1．5m，上游面垂直，下游面坡度1∶2。堰體采用M7．5漿砌塊石砌筑，外包30cm厚C20混凝土。由于上下游水位差小，溢流堰僅設置4m長的漿砌塊石護坦來消能，堰體防滲采用混凝土防滲墻。

進水閘位于甘溪的左岸，緊鄰甘溪二級水電站的進廠公路，采用側(cè)向引水，引水角15°。設置1孔寬2m的閘孔，閘底板高程223．35m，后接無壓隧洞。進水閘為胸墻式結構，閘室長4．46m，設1道攔污柵和1扇鑄鐵工作閘門，手動螺桿啟閉機啟閉，啟閉機平臺高程227．70m。由于河道中泥沙很少，且大部分淤積在上游的水庫中，渠首樞紐不設置排沙設施，進水閘前設有攔沙坎，攔沙坎前考慮人工定期清沙。

3．2無壓輸水隧洞

進水閘至前池之間為無壓隧洞段，長2354．947m。根據(jù)地形條件及施工要求，無壓隧洞段由1號隧洞、2號隧洞、3號隧洞和1號鋼筋混凝土埋管、2號鋼筋混凝土埋管組成，1號隧洞長124．100m，2號隧洞長855．485m，3號隧洞長1315．362m。1號隧洞、2號隧洞、3號隧洞之間由鋼筋混凝土埋管連接，1號鋼筋混凝土埋管長50m，2號鋼筋混凝土埋管長10m。隧洞沿線分布的巖性為奧陶系上統(tǒng)於潛組砂巖、頁巖互層，上覆巖體厚度30～90m，整體性較好，屬Ⅱ～Ⅲ類圍巖。隧洞斷面采用城門洞型，開挖斷面寬2．4m，高2．65m（其中直墻高1．45m，矢高1．2m，半徑1．2m），縱坡為1?2000，洞底采用10cm厚的C15素混凝土找平。隧洞進出口及斷層地段采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度30cm。連接段鋼筋混凝土埋管采用箱型結構，凈寬1．8m，高2．05m，壁厚0．3m。

在樁號2＋139．35處設置溢流支洞，把進入隧洞多余的來水排入支流烏浪溪中。溢流支洞長65m，斷面呈城門洞型，開挖斷面開挖寬2．4m，高2．65m。

3．3前池及壓力管道

前池布置在廠房上游的山坡上，采用鋼筋混凝土結構，總長21．2m。正常運行水位223．2m，最低運行水位221．9m，前池工作容積94．1m3，邊墻頂高程224．7m。前池進水口前設攔污柵和事故鋼閘門。

壓力鋼管布置在山坡中開挖出的管槽內(nèi)，全長52．68m。因設計引用流量不大，壓力鋼管采用一管二機的供水方式，在廠房外45°卜形分岔成兩支管。選定主管管徑1．2m，鋼板壁厚12mm。支管與蝶閥同直徑，管徑0．8m，鋼板壁厚8mm。壓力鋼管在樁號管0＋021．44處設鎮(zhèn)墩，每7米增設支墩，前池壓力墻及鎮(zhèn)墩后各設1個伸縮節(jié)。鋼管槽底寬2．6m，左側(cè)布置踏步，以便于壓力鋼管的日常維護。

3．4發(fā)電廠房

篇（6）

2大中型水電站電氣防誤系統(tǒng)設計

2.1微機防誤系統(tǒng)

2.1.1微機五防技術原理

隨著計算機技術的發(fā)展，微機五防技術開始應用于水電站設備防誤中，在水電站的高壓開關設備上應用比較廣泛，主要用來防止發(fā)生電氣誤操作的裝置設備。一般由主機、模擬屏、機械編碼鎖、電氣編碼鎖、電腦鑰匙等元器件所組成?，F(xiàn)在的微機防誤閉鎖裝置的設備大概可以分為四個大類：開關、閘刀、地刀、攔截網(wǎng)，這些設備都是通過了機械編碼和電氣編碼來實現(xiàn)的閉鎖，這些設備的閉鎖程序需要專業(yè)的編程人員來進行編寫?，F(xiàn)代微機五防系統(tǒng)是在計算機以及網(wǎng)絡技術上孕育而生的，它通過軟件以五防為原則來管理在現(xiàn)場采集的大量適時數(shù)據(jù)，并聯(lián)動發(fā)出相應的電氣設備動作指令，從而實現(xiàn)數(shù)字化的防誤閉鎖，也可以實現(xiàn)從前很難實現(xiàn)甚至是無法實現(xiàn)的防誤能力，這種技術的產(chǎn)生應該說是電氣設備防誤閉鎖技術中的一次革命性的改革。

2.1.2微機設計方案

①對于水電站內(nèi)所有的開關都置于實遙信，并且微機五防同水電站的監(jiān)控系統(tǒng)共享一個數(shù)據(jù)庫，并且可以取消設計電氣回路的閉鎖，所有的防誤功能都讓計算機來完成，這樣就有效的防止了走空程。②對于站內(nèi)的所有開關都置于虛遙信，并且微機五防同水電站的監(jiān)控系統(tǒng)共享一個數(shù)據(jù)庫，并且可以取消設計電氣回路的閉鎖，防止錯誤功能全部由微機五防系統(tǒng)同間隔電氣閉鎖回路來共同完成操作，這就要求微機五防系統(tǒng)必須要有防走空程的措施。

2.2微功耗無線網(wǎng)絡防誤系統(tǒng)

2.2.1系統(tǒng)組成

通過以上分析，微機防誤系統(tǒng)還存在的不足，應用微功耗無線網(wǎng)絡技術很好地彌補了這一點?；谖⒐臒o線網(wǎng)絡的防誤操作系統(tǒng)由站控層、間隔層、過程層3部分構成，包括防誤閉鎖主機、網(wǎng)絡控制器、鎖具及附件、通信接口等部分。整個系統(tǒng)以性能可靠的無線網(wǎng)絡作為通信方式，網(wǎng)絡控制器為防誤閉鎖主機、無線電腦鑰匙、遙控閉鎖裝置在水電站內(nèi)搭建了一個實時在線網(wǎng)絡系統(tǒng)。

2.2.2基本原理

在微機防誤閉鎖系統(tǒng)的基礎上，引入一種新技術，即微功耗無線傳輸模式，形成一種新的防誤系統(tǒng)，其將無線電腦鑰匙與五防主機實時連接起來，防誤閉鎖主機與無線電腦鑰匙以及現(xiàn)場鎖具之間可以實時通信，實現(xiàn)了操作任務執(zhí)行狀態(tài)的在線傳輸及跟蹤監(jiān)控，特別是實現(xiàn)了在線方式下的實時閉鎖邏輯判斷功能，即系統(tǒng)跟蹤設備狀態(tài)及遙測等信息的變化，實時進行閉鎖邏輯判斷，根據(jù)判斷結果，實時控制無線電腦鑰匙的操作過程，有效提高運行人員的工作準確性及效率。離線、在線2種運行模式互為冗余，系統(tǒng)更加安全可靠。整個系統(tǒng)具有定時自檢和手動巡檢功能，隨時發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患而發(fā)出報警，便于工作人員快速處理，消除隱患。

2.2.3具體設計方案

微機防誤閉鎖系統(tǒng)是一種非常有效的防誤系統(tǒng)，其具體設計方案如下：當操作時，無線電腦鑰匙通過無線網(wǎng)絡接收主機下達的操作指令，按照預演正確的順序顯示當前操作項，運行人員依照無線電腦鑰匙提示的設備號依次解鎖：對于遙控閉鎖繼電器，無線電腦鑰匙通過無線網(wǎng)絡發(fā)送解鎖申請給五防主機，五防主機通過系統(tǒng)總線直接解鎖相應的遙控閉鎖繼電器，遙控閉鎖就地解鎖，運行人員可直接進行操作；對于編碼鎖，將無線電腦鑰匙插入相應的編碼鎖內(nèi)，若實時閉鎖邏輯正確，則開放其閉鎖機構，運行人員可就地操作設備的倒閘操作；若鎖碼錯誤，系統(tǒng)禁止操作，并在主機界面彈出報警窗口，給出禁止操作的原因，同時通知無線電腦鑰匙相關信息。若有控制室和現(xiàn)場交替操作時，運行人員無須返回控制室，在現(xiàn)場用無線電腦鑰匙通過無線局域網(wǎng)回傳給五防主機，五防主機自動將已經(jīng)操作過的設備狀態(tài)進行刷新，然后按原模擬順序解鎖下一步操作。運行人員在主控室操作完成后，五防主機再通過無線網(wǎng)絡傳輸下一步的操作給現(xiàn)場的無線電腦鑰匙，由等在現(xiàn)場的運行人員繼續(xù)進行手動設備的操作。如此反復，避免了運行人員的來回跑動，同時控制室對現(xiàn)場手動操作設備的狀態(tài)的實時性得到及時掌握。

2.3基于藍牙技術的無線網(wǎng)絡化防誤系統(tǒng)

為了完成防誤系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的資源共享，實現(xiàn)網(wǎng)絡化遠程解鎖監(jiān)控操作，完善防誤系統(tǒng)解鎖監(jiān)督機制，需設計獨立的防誤系統(tǒng)藍牙無線網(wǎng)絡，并與水電站原有監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)連接，達到資源共享目的。一方面可以防誤系統(tǒng)從保護測控獲得系統(tǒng)，另一方面，保護測控也可由藍牙防誤系統(tǒng)獲得信息量。

2.3.1匹克網(wǎng)的應用

①間隔層設備匹克網(wǎng)應用。為了實現(xiàn)藍牙無線網(wǎng)絡建立，為防誤系統(tǒng)提供獨立的可靠的信息通道，先在間隔層利用藍牙技術進行無線通信。各藍牙設備必須先組成匹克網(wǎng)，再由匹克網(wǎng)組成散射網(wǎng)。本系統(tǒng)設計為主變測控保護、母聯(lián)測控保護、饋線測控保護、公用測控裝置4個匹克網(wǎng)，以此類推，并補保護測控單元、動力變保護測控單元以及通用測控單元和交直流單元分別各自組成匹克網(wǎng)，然后這幾個匹克網(wǎng)再組成散射網(wǎng)，與藍牙主機控制器接口（HC）I進行通信。②藍牙執(zhí)行器的匹克網(wǎng)應用。對于現(xiàn)場執(zhí)行單元，它是防誤系統(tǒng)原始開關量（開關、刀閘位置）的采集端口，是現(xiàn)場實際設備解鎖與閉鎖操作的執(zhí)行單元，同樣需要有可靠的信息通道，因此，對本系統(tǒng)設計為開關、母線刀閘、線路刀閘、母線刀閘與開關間接地刀閘、線路刀閘與開關間接地刀閘5個匹克網(wǎng)（若設備較多，則還可擴充匹克網(wǎng)），這5個匹克網(wǎng)再組成一個大的散射網(wǎng)。

2.3.2硬件設計

藍牙模塊硬件結構：藍牙技術中，主要有藍牙芯片組和藍牙模塊兩種形式，但最終都能實現(xiàn)藍牙的無線通信和鏈路管理功能；藍牙模塊將射頻、基帶、鏈路管理器和HCI層集成到了一塊芯片上，通過RS232、USB等總線接口實現(xiàn)HCI（主機控制器接口）指令交換。無論是藍牙基帶控制器還是藍牙模塊，都集成了HCI層，作為控制藍牙芯片各種功能的唯一手段，高層應用也需要使用HCI層與藍牙芯片進行通信。另外，水電站一個間隔內(nèi)的各個防誤鎖具進行實時的控制（解鎖或閉鎖），是要用弱電控制強電，設計可采用（MOC3051M）可控硅來實現(xiàn)弱電對強電的控制，可靠性好、壽命長而且方便實用。

篇（7）

1.1地形、地質(zhì)條件

輸水系統(tǒng)沿線地形陡緩相間，沖溝較發(fā)育，高差大，基本無全風化帶，風化裂隙較發(fā)育。輸水系統(tǒng)自上而下依次通過中奧陶系上馬家溝（O2S）組、下馬家溝（O2X）組、下奧陶系亮甲山（O1L）組、冶里（O1Y）組、上寒武系鳳山組（∈3f）、長山組（∈3c）、崮山組（∈3g）、中寒武系張夏組（∈2Z）的地層。巖性為灰?guī)r、白云巖、頁巖、砂巖等，平均飽和抗壓強度為92.8～128.2MPa，根據(jù)《水利水電工程地下洞室圍巖分類》圍巖分類為Ⅱ～Ⅲb類圍巖，構造發(fā)育部位為Ⅳ～Ⅴ類。

地下水以基巖裂隙水為主，局部有少量的巖溶裂隙水，主要接受大氣降水的補給?！?Z2、∈3c1、O1L2－1、O2x1、O2s1-1組巖層為區(qū)域性巖溶作用的相對隔水層，巖溶相對發(fā)育，其間為相對含水層，相對隔水層與相對含水層呈“互層”狀，并且常在含水層底部形成少量上層滯水。上層滯水共有三層，即①上部為上、下馬家溝上層滯水；②中部為冶里、鳳山上層滯水；③下部為崮山上層滯水。

廠區(qū)及輸水系統(tǒng)位于區(qū)域地下水分水嶺，不利于地下水的賦存，地下水埋藏較深，且圍巖屬中等透水～弱透水，輸水系統(tǒng)圍巖滲透條件比較好。

輸水系統(tǒng)位于西河～耿家莊寬緩背斜的NW翼，尾水隧洞段位于背斜的SE翼，巖層基本水平，傾角3～10°，工程區(qū)發(fā)育的主要構造有F112、F114、F118、F116、fp21、fp27、fp30等斷層和P5張性斷裂帶等，構造發(fā)育的主要方向為NE30～NE60°。輸水系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育有4組裂隙，產(chǎn)狀為：①NE5～30°SE∠70～80°；②NE30～50°SE∠70～88°；③NE50～60°SE∠70～89°；④NW330～360°SE∠70～85°。以第②組裂隙最為發(fā)育。

1.2輸水線路的選擇

在進行輸水系統(tǒng)線路選擇時應盡可能布置成最短的直線，綜合考慮地形、地質(zhì)、樞紐布置等條件選擇了3條線路布置方案進行比較，即東線、直線和西線三個方案，詳見圖1。

由于上、下水庫在平面上呈NE54°左右方向展布，采用線路最短的直線布置方案時，管線走向為NE50°左右，與站址區(qū)主要構造線走向、區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的第2組主要裂隙及P5破碎帶基本平行或成10～20°的小角度相交，且?guī)r層層面與陡傾的構造、裂隙和開挖臨空面很容易形成不穩(wěn)定塊體，對圍巖穩(wěn)定非常不利。所以對直線方案不做重點比較。

工程區(qū)大小沖溝較發(fā)育，地形比較破碎，適合線路布置的位置并不多。為合理確定輸水系統(tǒng)線路，對東線和西線兩個方案進行了比較。

(1)西線方案

西線方案在平面上沿山脊布置，輸水系統(tǒng)走向從NE85°折向NE26°。高壓管道部分位于由F112、F116、F118、F208、F209、F114等斷層組成的斷層密集帶中，斷層走向為NE20°～NE40°、傾角70°～80°，在滿足地形條件下，高壓管道難于避開這些斷層。在平面和立面上都與高壓管道基本平行或成小角度相交，且高壓管道與工程發(fā)育的第1和第2組主要裂隙基本平行，圍巖穩(wěn)定問題比較突出。

輸水系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)Tw=2.0s左右，在立面布置上，可不設置調(diào)壓井，但增加了高壓管道長度，經(jīng)過比較,設置上游調(diào)壓井方案比不設調(diào)壓井方案可節(jié)省投資1140.5萬元，所以重點以設置調(diào)壓井方案與東線方案進行綜合技術經(jīng)濟比較。

(2)東線方案

東線方案線路走向從NE15.5°折向NE70°。高壓管道部分走向NE70°與P5張性斷裂帶、F112等構造夾角皆大于30°，與工程區(qū)發(fā)育的裂隙夾角較大，圍巖穩(wěn)定條件較好。輸水系統(tǒng)總長為1811.15m，Tw=2.0s左右，不需設置調(diào)壓井。投資與與西線方案相當。

經(jīng)棕合比較后，東線方案圍巖穩(wěn)定條件比較好，工程布置簡單，投資與西線方案相當，所以推薦東線方案線路布置。

1.3電站開發(fā)方式選擇

在輸水系統(tǒng)線路確定后，對電站開發(fā)方式進行綜合比較。根據(jù)本電站的特點即上、下水庫距離比較短，電站設計水頭較高，輸水系統(tǒng)距高比較小，L/H在2.0左右，地下廠房可布置的范圍不大等，在此僅就首部和尾部兩種電站開發(fā)方式進行了綜合比較。

(1)工程布置

首部布置方案輸水系統(tǒng)是由上水庫進/出水口、高壓管道、尾水調(diào)壓井、尾水隧洞和下水庫進/出水口組成。輸水系統(tǒng)總長為L=2123.77m。詳見圖2。首部布置方式,高壓管道比較短，尾水隧洞大于臨界長度，需增設尾水調(diào)壓井。地下廠房可以布置在地質(zhì)條件相對好的崮山組∈3g和張夏組∈3z2地層中,由于受地形所限,交通洞、通風兼安全洞、出線兼安全洞等附屬洞室洞口位置與尾部布置基本相同。從而使附屬洞室長度增加。

尾部方案輸水系統(tǒng)由上水庫進/出水口、高壓管道、尾水隧洞、下水庫進/出水口等組成。輸水系統(tǒng)總長為1859.28m，詳見圖5。高壓管道比較長，地下廠房布置在地質(zhì)條件相對較差∈3z地層中,但是附屬洞室及高壓出線電纜較短，且可不設調(diào)壓井。

(2)工期

首部方案與尾部方案施工組織設計基本相同，不會因廠房位置而改變工程的關鍵線路,也就是說2個方案總工期相同。因首部方案增設尾水調(diào)壓井，導致施工支洞和通風洞長度的增加,使地下廠房施工工期比尾部方案增加3～5個月,地下廠房系統(tǒng)需提前安排施工。

(3)工程造價

首部、尾部方案輸水系統(tǒng)和地下廠房系統(tǒng)工程靜態(tài)投資分別為：68848.17、61883.86萬元，動態(tài)投資為95203.24萬元、85076.23萬元。首部方案與尾部方案相比，靜態(tài)投資增加6964.31萬元,動態(tài)投資10127.01萬元。

首部和尾部開發(fā)方式綜合技術經(jīng)濟比較見表1。

表1電站開發(fā)方式比較表

方案

首部方案

尾部方案

工

程

特

性

輸水系統(tǒng)總長

m

2123.77

1859．28

高壓管道長度

m

1188.11

1424．62

發(fā)電工況水頭損失

m

18.045

20.152

是否設置調(diào)壓井

需設尾水調(diào)壓井,尾水事故閘門室與尾水調(diào)壓井結合。

否

輸水及地下廠房系統(tǒng)主要工程量

洞挖

萬m3

77.58

58.29

砼

萬m3

23.22

20.80

鋼筋

t

11333

10471

鋼襯

t

9062

10064

廠房預應力錨索

根

918

1182

水道預應力錨索

根

6562

4477

地下廠房位置

崮山組∈3g和張夏組∈3z2地層，埋深450m左右

張夏組∈3z2地層,埋深230m左右

工期

年

首部方案廠房工期比尾部方案長3-5個月,總工期相同

靜態(tài)投資

萬元

68848.17

61883.86

動態(tài)投資

萬元

95203.24

85076.23

主要優(yōu)缺點

1.廠房圍巖地質(zhì)條件相對較好。

2.高壓管道較短。

3.需增設尾水調(diào)壓井和尾水事故閘門。

4.各附屬洞室及高壓出線電纜較長。

5.總工期相同,但廠房工期增長。

6.投資較大,靜態(tài)比尾部方案多6964.31萬元，動態(tài)多10127.01萬元。

1.廠房圍巖地質(zhì)條件相對較差。

2.高壓管道較長。

3.不需設置調(diào)壓井和尾水事故閘門室。

4.各附屬洞室及高壓出線電纜較短，比首部方案減少465m。

5.工程投資小。

從地形條件、地質(zhì)條件、工程布置、工期、工程投資等方面綜合比較可以看出，尾部方案明顯優(yōu)于首部方案，所以推薦尾部布置方案。

1.4供水方式比較

1.4.1引水道供水方式比較

在保證電能損失基本相等基礎上，對一管四機、一管二機、一管一機3個方案進行比較。

一管四機方案的投資最少，但管徑大，輸水系統(tǒng)最大PD＝5360m2，鋼管最大厚度達83mm（HT-80,）。已超過世界最高水平，無論從加工制造和現(xiàn)場安裝都是很困難的。技術可行性比較差，另外，電站運行靈活性差，也不利于提前發(fā)電；一管一機方案管徑小，鋼管最大厚度為44mm，比較薄，制造、安裝容易，且不設岔管，運行靈活，但工程量大，工程造價高，較一管兩機方案投資增加6596.6萬元；一管兩機方案最大PD＝3800m2左右，鋼襯厚度為40～60mm。類比國外工程，如日本的今市和蛇尾川電站的最大鋼襯厚度都已達到62～64mm。所以無論從制造加工、現(xiàn)場安裝條件來說，一管兩機方案在技術上是可行的；較一管一機方案工程量少，投資省，因此本階段引水道供水方式推薦一管兩機方案。

1.4.2尾水隧洞數(shù)量比較

電站采用尾部開發(fā)方式，尾水隧洞較短，不需設尾水調(diào)壓井。尾水隧洞比較了一機一洞、兩機一洞、四機一洞三個方案。一機一洞方案不需另設尾水事故閘門，及尾水岔管，工程量小和投資最少，布置簡單，運行靈活。故選用一機一洞布置方式。

1.5豎井、斜井方案比較

相應于選定的尾部開發(fā)方式，輸水系統(tǒng)在立面布置上受P5和F112等不利地質(zhì)構造的控制，為將P5和F112等地質(zhì)構造對輸水系統(tǒng)圍巖穩(wěn)定的影響減少至最小，對上豎井下斜井、上斜井下豎井、斜井、豎井4個布置方案進行了綜合比較。比較結果見表2。

表2豎斜井綜合比較表

方案

上豎井下斜井

上斜井下豎井

斜井

豎井

輸水系統(tǒng)總長(m)

2023.68

1952.21

1859.28

2121.07

高壓管道長度(m)

1589.02

1517.55

1424.62

1686.41

慣性時間常數(shù)Tw(s)

2.30

2.15

2.07

2.40

3#機組引水系統(tǒng)主要工程量

洞挖(萬m3)

6.44

6.06

5.46

7.24

砼(萬m3)

2.84

2.62

2.36

3.14

鋼襯（t）

10137.0

8550.4

8009.8

11320.6

投資（萬元）

25704.4

21725.1

20433.9

28812.3

優(yōu)

缺

點

比

較

地

質(zhì)

條

件

P5和F112在下平段與高壓管道相交，圍巖穩(wěn)定條件較好，

P5可能與高壓管道中平段相交，但F112與下豎井以小角度相交，圍巖穩(wěn)定條件較差.

P5可能與中下平段相交，圍巖穩(wěn)定條件較好，F(xiàn)112與下斜井大角度相交，對圍巖穩(wěn)定影響不大。

P5和F112在下平段與高壓管道相交，圍巖穩(wěn)定條件較好，

施工

條件

高壓管道成洞條件較好，但鋼襯厚度較大，最大為62mm

下豎井圍巖穩(wěn)定條件較差，施工難度較大。鋼襯厚度較薄，為57mm

下斜井上段圍巖穩(wěn)定條件較差，施工難度較大,鋼襯厚度較薄，為57mm

高壓管道成洞條件較好，但鋼襯厚度較大，為59mm

工程量及費用

工程量較大。投資比3方案高5270.2萬元

工程量較小。投資比3方案高1291.2萬元

工程量最小。投資為20433.9萬元

工程量最大。投資比3方案高8378.4萬元

綜合比較

地質(zhì)和施工條件都比較好，但工程量與投資比較大。慣性時間常數(shù)也較大。

雖然工程量比較小，但下豎井難于避開F112。圍巖穩(wěn)定條件較

差。

工程量與投資最少，P5與中平段相交，圍巖穩(wěn)定條件較好。慣性時間常數(shù)最小。

，但工程量與投資最大。慣性時雖然圍巖穩(wěn)定條件較好間常數(shù)也最大。

斜井方案明顯優(yōu)于其它3個方案。P5、F112等構造對輸水系統(tǒng)圍巖穩(wěn)定的影響相對其它方案是比較小的，且工程量和工程投資也是最小的，慣性時間常數(shù)最小，電站運行穩(wěn)定性較好,所以設計推薦斜井方案。

2輸水系統(tǒng)襯砌型式選擇

通過供水方式綜合比較，確定引水系統(tǒng)采用一管兩機的供水方式，高壓管道最大PD值高達3500m2以上。輸水系統(tǒng)襯砌型式的確定對其造價有著舉足輕重的影響。對于高PD值高壓管道，襯砌型式的選擇尤為重要。目前大PD高壓管道常采用的襯砌型式有：鋼筋砼襯砌、預應力砼襯砌、鋼板襯砌等。

2.1砼襯砌方案的布置與設計

從經(jīng)濟角度來講，充分利用圍巖的彈性抗力，不襯或采用砼襯砌是比較經(jīng)濟的，但是砼襯砌對圍巖的地質(zhì)條件要求比較高，要想使砼襯砌可行，必須同時滿足應力條件和滲透條件。砼襯砌方案的布置詳見圖3。

2.1.1應力條件

應力條件是指沿管線各點的最大靜水壓力要小于圍巖的最小主壓應力。為便于確定管線的布置，首先根據(jù)挪威準則初步驗算覆蓋層的厚度，再根據(jù)地應力資料最終確定輸水系統(tǒng)管線布置。

對輸水系統(tǒng)各控制點覆蓋層厚度分別進行計算，除部分高壓支管外，其它部位均能夠滿足挪威準則的要求。

為了解輸水系統(tǒng)壓力管道范圍內(nèi)的地應力情況，對輸水系統(tǒng)上平段ZK97-27、中平段位置ZK97-26、下平段附近的ZK97-21等鉆孔進行了地應力測試。高壓管道埋藏較深的部分，最小主壓應力皆大于內(nèi)水壓力靜水頭，是能夠滿足應力條件的。通過三維地應力場回歸結果可知，岔管部位的最小主壓應力為9.0MPa左右，大于內(nèi)水壓力靜水頭，也能滿足應力條件。從地形、地質(zhì)條件來講，具備了采用鋼筋砼襯砌條件，而高壓支管部分，經(jīng)過P5張性斷裂帶、F112、fp38等地質(zhì)構造，且不能滿足應力條件，所以岔管后的高壓支管采用鋼板襯砌。

2.1.2滲漏條件

滲漏條件是指輸水系統(tǒng)滲漏量應在設計允許范圍之內(nèi)。本工程上、下水庫皆為人工庫，無天然徑流補給，且下水庫為懸?guī)?，高于滹沱河?80m左右，補水費用比較高。鑒于本工程特點，對滲漏條件要求比較高。

輸水系統(tǒng)沿線上馬家溝組（O2S2）、下馬家溝組（O2X1）、冶里組（O2Y）、鳳山組（∈3f）、崮山組（∈3g）地層巖溶相對比較發(fā)育，屬中等透水～弱透水，占高壓管道砼襯砌段長度的77%左右，滲透系數(shù)為0.8×10-5～1.2×10-5cm/s。尾水隧洞及高壓管道下平段，發(fā)育有P5、F112、fp38、fp28、fp30、F207、fp11、fp13、F118、F114、F116、F209等地質(zhì)構造，容易形成集中滲流通道。

地下水類型以基巖裂隙水為主，局部有少量巖溶裂隙水，主要接受大氣降水補給。工程區(qū)O2S1-1、O2X1、O1L2—1、∈3C1、∈2Z2為相對隔水層，其間為相對含水層，在含水層底部存在少量上層滯水。由于輸水系統(tǒng)位于西河—耿家莊寬緩背斜的軸部附近，地下水位很低，通過廠房平洞PD95-1內(nèi)各鉆孔水位長期觀測結果，張夏組巖層的地下水位為716.0～719.0m,崮山組巖層地下水位為768.0～769.0m。

輸水系統(tǒng)沿線大部分巖層屬中等透水～弱透水，且地下水位比較低，為減少滲漏量，輸水系統(tǒng)鋼筋砼襯砌采用限裂設計，最大裂縫開展寬度為0.2mm。

(1)鋼筋砼襯砌結構設計

根據(jù)鋼筋、砼、圍巖的變形協(xié)調(diào)條件，計算圍巖、鋼筋砼承擔內(nèi)水壓力的比例，其中鋼筋砼承擔的內(nèi)水壓力按限裂設計，不足部分通過高壓灌漿使襯砌產(chǎn)生預壓應力來承擔。鋼筋砼襯砌計算結果見表3。輸水系統(tǒng)鋼筋砼襯砌采用限裂設計，最大灌漿壓力為9.8MPa。目前我國采用灌漿壓力最高的為天荒坪抽水蓄能電站，最高值為9.0MPa。南非的德拉肯斯保抽水蓄能電站預應力砼管，最大灌漿壓力為8.0MPa,因此從結構方面來說除下斜井下部灌漿壓力比較大外，鋼筋砼襯砌基本是可行的。

表3鋼筋砼襯砌計算結果

部位

R

(m)

Rr

(m)

Rs

(m)

P(MPa)

E(MPa)

Pr

(MPa)

Ps

(MPa)

Pg(MPa)

P0

(MPa)

中平段

2.35

2.95

2.29

6.45

8500

4.77

0.24

1.44

4.81

下斜井中下部

2.1

2.7

2.04

9.0

8000

6.30

0.28

2.42

8.00

下平段

2.1

2.7

2.04

10.1

6000

6.87

0.28

2.98

9.8

(2)輸水系統(tǒng)滲漏量估算

采用鋼筋砼襯砌還必須滿足滲漏條件，按圍巖與砼襯砌厚壁組合圓筒進行估算。輸水系統(tǒng)沿線各段滲漏量估算結果見表4。從計算結果來看，整個輸水系統(tǒng)滲漏量為6.064m3/s,單位管道長度平均滲漏流量為4.04×10-3m3/s.m。與站址選擇補充報告中羊老蹄—李家莊方案輸水系統(tǒng)三維有限元滲流計算結果（整個輸水系統(tǒng)滲漏流量為10.484m3/s,單位管道長度平均滲漏流量為4.5×10-3m3/s.m）相當，說明滲漏量估算結果是基本可信的。

表4輸水系統(tǒng)滲漏量估算結果

部位

圍巖

滲透系數(shù)KR

10-6m/s

內(nèi)徑D

m

砼襯砌

厚度

m

各管段

長度L

m

單位管長

滲流量QC

m3/s.m

各段滲

漏流量

m3/s

上平段

10

4.7

0.6

318.12

0.000745

0.237×2

上豎井O2S1O2X2

10

4.7

0.6

140

0.00129

0.181×2

上豎井O2X1

0.004

4.7

0.6

120

0.0000169

0.002×2

上豎井O1L2

10

4.7

0.6

165.07

0.00297

0.490×2

中平段

10

4.7

0.6

92.98

0.00331

0.308×2

下斜井

8

4.2

0.6

349.63

0.00424

1.482×2

尾水隧洞

0.4

4.3

0.6

424.66

0.00039

0.166×4

合計

6.064

整個輸水系統(tǒng)的滲漏流量是很大的，既使內(nèi)水壓力較低的上平段及尾水隧洞滲漏流量分別為0.474m3/s和0.664m3/s也是比較大的，整個輸水系統(tǒng)每天滲漏量可達52萬m3，占調(diào)節(jié)庫容的12%,鋼筋砼襯砌難以滿足滲漏條件，應采用預應力砼或鋼板等無滲漏襯砌型式。

2.2預應力砼襯砌

根據(jù)預應力的施加方法，預應砼襯砌可分為二種類型，一是依靠圍巖約束，通過高壓灌漿來施加預應力的高壓灌漿法預應力砼襯砌；二是通過張拉預應力筋來實現(xiàn)預應力的后張法預應力砼襯砌，也稱環(huán)形錨索預應力砼襯砌。

2.2.1高壓灌漿法預應力砼襯砌

高壓灌漿法預應力砼襯砌，能夠利用圍巖約束，充分發(fā)揮圍巖的彈性抗力，利用高壓灌漿在砼襯砌上產(chǎn)生的預壓應力來抵消由內(nèi)水壓力產(chǎn)生的拉應力，使襯砌結構處于受壓狀態(tài)或拉應力不大于砼抗拉強度的狀態(tài)。是一種比較經(jīng)濟的襯砌型式，但對圍巖條件要求比較高。

高壓灌漿法預應力砼襯砌計算結果見表5，通過計算可知，既使壓力不太高的中平段，所需灌漿壓力達11.72MPa，灌漿壓力作用下，砼襯砌的壓應力為51.3MPa，既使C60砼也不能滿足強度要求。

表5高壓灌漿法預應力砼襯砌灌漿壓力計算成果

項目

單位

計算位置

引水隧洞

中平段

尾水隧洞

圍巖單位彈性抗力系數(shù)K0

kN/cm3

2.5

2.8

1.0

設計內(nèi)水壓力P

MPa

1.18

6.45

1.16

洞徑D

m

4.7

4.7

4.3

襯砌厚度

m

0.6

0.6

0.6

灌漿壓力q0/設計內(nèi)水壓力p

1.88

1.82

2.23

灌漿壓力q0

MPa

2.22

11.72

2.60

q0作用下砼襯砌的壓應力σθ

MPa

15.31

51.3

10.7

備注

C30砼即可滿足要求

既使C60砼也不能滿足要求

C25砼即可滿足要求

目前大規(guī)模灌漿所實現(xiàn)的壓力為8～9MPa，11.72MPa以上的灌漿壓力實現(xiàn)難度比較大，所以整個輸水系統(tǒng)采用高壓灌漿法預應力砼襯砌實現(xiàn)難度比較大，只有根據(jù)各段不同條件，采用不同的襯砌型式。

雖然上平段及尾水隧洞設計內(nèi)水壓力比較低，所需最大灌漿壓力也不大，考慮到上平段位于上馬家溝組地層，圍巖分類屬Ⅲb類，巖溶比較發(fā)育，高壓灌漿難度比較大；尾水隧洞位于張夏組地層中，構造比較發(fā)育，圍巖分類為Ⅲb類，構造發(fā)育部位為Ⅳ～Ⅴ類，圍巖條件較差，且洞間距不大，所以對于上平段及尾水隧洞，也不推薦高壓灌漿法預應力砼襯砌型式。

2.2.2環(huán)錨預應力砼襯砌

環(huán)錨預應力砼襯砌由于受錨具布置所限，能實現(xiàn)PD值不高，一般在1600m2以下，而本工程最大PD=3500m2以上，整個輸水系統(tǒng)采用環(huán)錨預應力砼襯砌是難以實現(xiàn)的，只有PD值不高的部位可考慮。

環(huán)錨預應力砼襯砌是通過張拉預應力錨索來實現(xiàn)，內(nèi)水壓力基本由預應力錨索承擔，對圍巖條件要求比較低。上平段和尾水隧洞PD=510m2左右，據(jù)國內(nèi)小浪底無粘結預應力混凝土襯砌及隔河巖有粘結預應力混凝土襯砌工程經(jīng)驗,預應力混凝土襯砌投資比鋼板襯砌方案可節(jié)約30%左右。國外高壓管道工程實踐也證明了預應力混凝土襯砌比鋼板襯砌方案可節(jié)省10%～30%的造價；經(jīng)工程類比認為在此內(nèi)水壓力條件下進行后張預應力混凝土襯砌是可行的。從我國已完成的清江隔河巖、天生橋及正在施工的黃河小浪底排沙洞情況看，目前我國在設計、施工與材料方面均具備采用環(huán)錨預應力混凝土襯砌的條件，上平段及尾水隧洞PD值不高具各采用后張預應力混凝土襯砌的條件。技施階段，考慮環(huán)錨襯砌施工工藝較復雜，而且需進行必要的試驗，通過補充分析研究，上平段和尾水隧洞采用鋼板襯砌。

2.3鋼板襯砌

鋼板襯砌也就是地下埋管，對圍巖條件要求比砼襯砌方案低的多，鋼襯方案布置見圖5。地下埋管結構是按鋼襯—砼—圍巖聯(lián)合作用，共同承擔內(nèi)水壓力來設計。

通過過渡過程計算，壓力管道末端的最大水擊壓力為944.47m水頭。最大設計內(nèi)水壓力為10.15MPa高壓管道最大PD=3553m2。經(jīng)過計算，高壓管道最大鋼襯厚度為57mm（HT-80）。從國外工程實例可以看出，鋼襯厚度大于57mm的工程實例比較多，最大的是日本的今市抽水蓄能電站鋼襯厚度為77mm，且我國已建的十三陵抽水蓄能電站高壓管道，已有較大規(guī)模采用80級鋼材的經(jīng)驗，因此高壓管道采用鋼襯方案技術上是可行的。

2.4襯砌型式比較結論

(1)由于輸水系統(tǒng)沿線圍巖屬中等透水～弱透水，且地下水位比較低，雖然采用鋼筋砼襯砌在結構上是基本可行的，但滲漏比較嚴重。因此無論是從電能損失還是從運行期水量補給角度上看，鋼筋砼襯襯都是不能滿足要求的。

(2)為減少滲漏量，若輸水系統(tǒng)全部采用高壓灌漿法預應力砼襯砌，由于高壓管道PD值比較大，即使壓力不太高的中平段所需灌漿壓力已將達11.72MPa，目前大規(guī)模灌漿所實現(xiàn)的壓力一般最大為8～9MPa，整個輸水系統(tǒng)采用高壓灌漿法預應力砼襯砌實現(xiàn)難度比較大；且在灌漿壓力作用下，砼襯砌的強度也難以滿足要求。上平段及尾水隧洞設計內(nèi)水壓力比較低，所需最大灌漿壓力也不大，但考慮到上平段巖溶比較發(fā)育，高壓灌漿難度比較大；同時尾水隧洞圍巖構造比較發(fā)育，圍巖條件較差，且洞間距不大，所以對于上平段及尾水隧洞，也不推薦高壓灌漿法預應力砼襯砌型式。

(3)高壓管道采用鋼板襯砌，所需最大鋼襯厚度為57mm（HT-80），類比國外工程實例和我國設計、施工經(jīng)驗來看，這種規(guī)模的高壓鋼管技術上是可行的。

3經(jīng)濟管徑比較

根據(jù)輸水系統(tǒng)的具體情況，整個輸水系統(tǒng)大至分為三段，即上斜井、下斜井和尾水隧洞。對上述各管段分別擬定三個管徑方案，共組合成27個方案，采用費用現(xiàn)值最小法進行比較。從能量損失和電站運行穩(wěn)定性考慮，6方案(上平段及上斜井為4.7m、中平段及下斜井為3.8m、高壓支管為2.8m、尾水隧洞為4.3m)為較優(yōu)方案。

由于高壓管道的設計水頭比較高，鋼板襯砌厚度較大。為了降低PD值，減少鋼板襯砌和鋼岔管的設計、制造難度，在上述確定的輸水系統(tǒng)管徑方案的基礎上，針對下斜井的洞徑又作了進一步優(yōu)化，將3.8m直徑的下斜井分為2段，上段直徑為4.2m，下段直徑為3.5m，高壓支管直徑為2.5m。經(jīng)對此方案經(jīng)濟分析與方案6相比，其費用現(xiàn)值減少了52萬元；水頭損失為20.15m，減少了2.28m；電站綜合效率提高到0.75，明顯較優(yōu)。

最終確定輸水系統(tǒng)管徑為：上平段及上斜井為4.7m、中平段及下斜井上段為4.2m、下斜井下段及下平段為3.5m、高壓支管為2.5m、尾水隧洞為4.3m。

4水力計算

輸水系統(tǒng)水力計算主要包括水頭損失和水力過渡過程分析兩部分。計算的主要目的是預測整個輸水系統(tǒng)發(fā)電、抽水工況的能量損失，過渡工況機組轉(zhuǎn)速變化和輸水系統(tǒng)壓力變化及其極值，選定導水機構合理調(diào)節(jié)時間和啟閉規(guī)律，使輸水系統(tǒng)結構設計和機組參數(shù)的確定做到經(jīng)濟合理。

4.1水頭損失計算

水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失，水頭損失計算結果見表6。

表6輸水系統(tǒng)水頭損失計算結果

工況

1#輸水系統(tǒng)

2#輸水系統(tǒng)

雙機發(fā)電

雙機抽水

雙機發(fā)電

雙機抽水

水頭損失計算公式

1.6481×10-3Q2

1.7698×10-3Q2

1.6134×10-3Q2

1.7366×10-3Q2

流量(m3/s)

111.76

93.28

111.76

93.28

水頭損失值(m)

20.585

15.400

20.152

15.110

注：Q為2臺機組的相應引用流量。

4.2水力過渡過程計算

由于抽水蓄能電站具有一機多用，工況轉(zhuǎn)換頻繁的特點，復雜多變的工況轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的瞬變水力過程，因水體慣性的存在及系統(tǒng)中的能量不平衡，將造成輸水系統(tǒng)內(nèi)水壓力急劇上升或下降和機組轉(zhuǎn)速的急劇上升。為使輸水系統(tǒng)的壓力上升和機組轉(zhuǎn)速上升保持在經(jīng)濟合理的范圍內(nèi)，選定導水機構合理調(diào)節(jié)時間和啟閉規(guī)律，因此本階段委托清華大學進行各工況的水力過渡過程計算。計算成果如下:

（1）輸水系統(tǒng)最大水擊壓力為944.47m水頭，發(fā)生在機組蝸殼進口管道中心線處。壓力升高值為201.11m水頭，相對升高為27.1%。高壓管道上彎點中心線最小壓力為11.81m水頭，上彎點頂部的最小水頭為9.46m，大于規(guī)范規(guī)定的不小于2.0m正壓的要求。輸水系統(tǒng)的最小水擊壓力為6.86m水頭，發(fā)生在下水庫進/出水口處。

（2）上游閘門井最高涌浪水位為1496.91m，低于閘門井頂高程（1499.5m）2.59m。下游閘門井最高涌浪水位為843.73m，低于閘門井頂高程(844.5m)0.77m；上游閘門井的最低涌浪水位為1438.65m，閘門井處隧洞頂最小正壓力為25.3m。下游閘門井的最低涌浪水位為788.84m，閘門井處隧洞頂最小正壓力為5.79m。上、下游閘門井的最低水位均滿足規(guī)范規(guī)定的不小于2.0m正壓的要求。

(3)機組最大轉(zhuǎn)速為706.5rpm，最大轉(zhuǎn)速上升率為41.3%。

(4)通過小波動穩(wěn)定分析可知，在小負荷變化情況下，輸水系統(tǒng)的過渡過程也是穩(wěn)定的。

因此證明輸水系統(tǒng)的布置是合理的。待下階段取得水泵水輪機可靠的特性曲線后，將進一步核算水力過渡過程。

5進/出水口設計

上水庫位于上馬家組第2段O2s2地層中,由于O2s地層中O2s2-2、O2s2-4、O2s2-6為巖性較軟的白云巖，而且存在軟弱夾層，為使高壓管道的上平段避開O2s2-4組地層，改善上平段圍巖穩(wěn)定條件，結合總體布置，上水庫進/出水口采用井式。

為了對上水庫進/出水口的設計體形的合理性進行驗證和優(yōu)化，委托天津大學水利工程科學研究所對上水庫進/出水口進行1:39.17的水工模型試驗，試驗成果表明：上水庫進/出水口在發(fā)電和抽水工況下，進/出水時的庫水位均較平穩(wěn)，未出現(xiàn)有害的吸氣漩渦，各孔口的流量分配均勻，水頭損失也較小，流速分布較均勻，均能滿足抽水蓄能電站進/出水口水力學的要求。但是，經(jīng)多次修改模型試驗，均未能完全消除出水口底部的反向流速問題，雖然反向流速不大，仍有待下階段進一步試驗研究。

下水庫對側(cè)式和塔式進/出水口進行綜合比較后，推薦側(cè)式進/出水口。

6岔管設計

本階段比較了鋼筋混凝土岔管和鋼岔管兩種結構型式，詳見專題報告之八《高壓岔管型式研究報告》。推薦采用內(nèi)加強月牙肋鋼岔管。從輸水系統(tǒng)總體布置（見圖4）來看,岔管采用非對稱Y型是比較順暢的。在岔管體形設計時，初步選用不對稱Y形岔管。岔管主管兩支管軸線夾角為50°，設計內(nèi)水壓力為10.15Mpa，為減少岔管不對稱性，在主錐前通過兩節(jié)園錐過渡，將分岔角增大到72°。通過采用三維有限元進行優(yōu)化，岔管主體最大壁厚為82mm，肋板最大厚度為180mm。在鈍角區(qū)和肋板存在明顯側(cè)向彎曲。為改善受力狀態(tài)，減少鋼板厚度，對岔管布置進行調(diào)整，采用對稱Y形布置形式，經(jīng)多方案優(yōu)化后，確定岔管主體最大壁厚為68mm，肋板最大厚度為150mm，兩個岔管布置方案應力水平相當，而鋼板厚度卻大大減薄。減少了制造安裝難度。

7輸水系統(tǒng)結構設計

7.1高壓管道結構設計

篇（8）

為確保設備調(diào)試工作的正常進行，在機組試運行前應全面檢查系統(tǒng)的整套設備，利用綜合檢控過程消除設備存在的安全隱患，以避免出現(xiàn)連接部位螺栓松動、接線錯誤、漏氣、漏油等問題。在檢查時全體技術人員應堅持責任為本，嚴格按照檢控程序進行細致檢查[1]。

1.2　機組充水試驗

進水流道充水試驗、尾水流道充水試驗及充水前的檢修是充水試驗的基本內(nèi)容。通過這些環(huán)節(jié)可有效掌握水泵及閘門的工作狀態(tài)，避免漏水問，且可用于探測后臺監(jiān)測數(shù)據(jù)及壓力表數(shù)據(jù)的準確性。

1.3　空載試驗

空載試驗通常包括調(diào)速系統(tǒng)試驗、機組手動啟動試驗、過速試驗、手動停機及檢查、發(fā)電機升壓試驗、無勵磁自動開機與停機試驗、勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)控試驗、發(fā)電機短路試驗及主變壓器沖擊合閘試驗等。因試驗內(nèi)容較多，在進行調(diào)試前應準確制定試驗程序，以確保試驗結果可靠準確。

1.4　負載及甩負荷試驗

在完成空載試驗且結果在可靠范圍內(nèi)后，應開展機組負載、甩負荷、帶負荷勵磁調(diào)節(jié)器試驗。利用此類試驗掌握機組在負載狀態(tài)下的工作情況。在試驗合格后開展72h試運行。

1.5　72h試運行

在72h試運行時，應利用相關監(jiān)控記錄技術對設備運行狀況信息進行采集，通過綜合分析發(fā)現(xiàn)機組運行中的問題；試運行完成后應再次對系統(tǒng)進行檢測，修復運行中存在的缺陷[2]。

2　水電站調(diào)試管理機電設備的措施

2.1　做好調(diào)制職責劃分，恰當編制調(diào)試進度

為確保調(diào)試工作順利進行，在水電站首臺機組運行調(diào)試前，應明確劃分參建單位的調(diào)試職責。第3方調(diào)試人員應重點加強對技術參數(shù)、設計圖紙、二次接線的審核及檢查，負責監(jiān)督安裝調(diào)試人員制定的調(diào)試方案、試驗過程及試驗接線等，依據(jù)《復核檢測調(diào)試大綱》對關鍵設備實施二次審核，并參與機組啟動試運行中《機組啟動試運行大綱》的核定及相關試驗的監(jiān)督，且應給予調(diào)試人員正確的技術指導；安裝調(diào)試人員應重點加強系統(tǒng)回路及接線的檢查，同相關廠家技術人員協(xié)調(diào)開展系統(tǒng)的單體試驗及調(diào)試；廠家技術人員應同以上人員共同開展系統(tǒng)設備的調(diào)試，并及時解決現(xiàn)場調(diào)試中存在的技術問題；相關生產(chǎn)運行單位應重點把控整體調(diào)試過程的組織管理，并追蹤監(jiān)控系統(tǒng)試驗及調(diào)試過程，依據(jù)收集的數(shù)據(jù)檢控測試問題整改狀況；設計單位應依據(jù)調(diào)試中不合理的設計問題，重點修正圖紙及相關參數(shù)；現(xiàn)場監(jiān)理人員則應負責調(diào)試整體過程的質(zhì)量管控，協(xié)調(diào)管理各級調(diào)試單位，加快調(diào)試進度。

2.2　加強調(diào)試安全管理

在調(diào)試過程中，因調(diào)試人員較多，調(diào)試機組多帶電運行，部分機組也正處于安裝狀態(tài)，機組間的現(xiàn)場安全標示及隔離措施也相對欠缺，因此調(diào)試安全管理應是調(diào)試管理工作的關鍵環(huán)節(jié)之一。

在調(diào)試時，相關調(diào)試項目管理人應在每日施工前開展技術交底，將相關注意要點及事項詳細列出，且應組織全體調(diào)試人員進行簽字確認；主管單位應建立相應安全管理機構，綜合管理機電設備調(diào)試全過程的安全工作；具體實施時應實行崗位責任制、聯(lián)合監(jiān)督檢查制，確保各機構及人員了解責任內(nèi)容及工作權限；在帶點區(qū)域開展設備調(diào)試時，應安置臨時遮攔，組織相關人員進行現(xiàn)場警戒，避免非工作人員進入工作區(qū)；設備調(diào)試前應做好安全教育，實行環(huán)節(jié)控制，以保證調(diào)試工作的安全性。

2.3　做好設備安裝及調(diào)試過程中的審查

在水電站機電設備實際安裝及調(diào)試過程中，部分項目通過機組驗收程序很難發(fā)現(xiàn)問題，所以應做好設備安裝及調(diào)試過程中的審核監(jiān)督。具體實施過程中可引入第3方調(diào)試隊伍，其與安裝單位相互分離，可利用不同于安裝單位調(diào)試的方式對容易影響機組運行穩(wěn)定性和安全性的保護、調(diào)速、勵磁、監(jiān)控等系統(tǒng)實施復核調(diào)試，可審核修訂安裝部分技術人員制定的機組啟動試運行方案及調(diào)試試驗方案，并能對關鍵設備的調(diào)試及安裝過程給予技術指導，可有效提升設備安裝調(diào)試施工的科學性和安全性。如阿海水電站在設備調(diào)試初期便在傳統(tǒng)調(diào)試隊伍基礎上引入設備調(diào)試管理新模式，選用了第三方專業(yè)調(diào)試隊伍開展設備全程審查，相比安裝單位單獨調(diào)試，其在調(diào)試質(zhì)量及組織管理方面提高了30%以上[3]。

2.4　積極開展機組啟動試運行交接驗收

因不同單位均有機組投產(chǎn)發(fā)電時間的標準，當前，水電站機組啟動試運行及驗收收件都相對緊迫，而安裝部門在實際試運行過程中很難確保所有數(shù)據(jù)均在合格范圍以內(nèi)。因此在審核及驗收時應安排專業(yè)調(diào)試監(jiān)督單位，通過采用關鍵項目現(xiàn)場指導、一般項目核檢問詢、重復項目多次審核的方式，避免機組啟動試運行中出現(xiàn)各類隱患、缺陷及漏項，確保各試驗數(shù)據(jù)在規(guī)定行業(yè)標準以內(nèi)，由此提升交接驗收程序的專業(yè)性。

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2研究方法

在上述電源發(fā)展規(guī)劃和電力需求水平基礎上，運用電力系統(tǒng)電源擴展優(yōu)化的方法研究分析2025年廣西抽水蓄能電站的經(jīng)濟建設規(guī)模。即擬定不同規(guī)模抽水蓄能電站與其他形式電源組合的電源建設方案，在同等滿足系統(tǒng)電力電量平衡和調(diào)峰平衡的條件下，進行電力系統(tǒng)仿真模擬運行，計算統(tǒng)計各方案系統(tǒng)長期運行的主要技術指標和經(jīng)濟指標進行比較和分析，并以電力系統(tǒng)總費用現(xiàn)值最小為原則優(yōu)選方案，確定系統(tǒng)抽水蓄能電站的經(jīng)濟建設規(guī)模。

3抽水蓄能電站的經(jīng)濟建設規(guī)模

3.1電源擴展方案擬定

抽水蓄能電站的主要作用是調(diào)峰，因此本文研究考慮2025年廣西電力系統(tǒng)擴展一定規(guī)模調(diào)峰性能較好，在滿足系統(tǒng)電力電量平衡的同時可以改善系統(tǒng)調(diào)峰的擴展電源組合方案分別進行系統(tǒng)仿真模擬運行。在表1的電源方案基礎上，擬定廣西電力系統(tǒng)2025年不同擴展電源組合比較方案見表3。

3.2主要電源技術經(jīng)濟參數(shù)

3.2.1燃煤火電技術經(jīng)濟參數(shù)廣西區(qū)內(nèi)各類火電機組主要技術經(jīng)濟參數(shù)見表5。3.2.2抽水蓄能電站技術經(jīng)濟參數(shù)根據(jù)廣西抽水蓄能電站前期工作成果，建設條件較好的幾個抽水蓄能電站的單位千瓦投資在3820～4400元/kW之間。廣西抽水蓄能電站主要技術經(jīng)濟參數(shù)見表6。3.2.3氣電技術經(jīng)濟參數(shù)燃氣機組主要技術經(jīng)濟參數(shù)見表7。3.2.4各類電源年運行費（1）火電機組年運行費取項目建設投資的3.5%（不含燃料費）。（2）抽水蓄能電站年運行費取項目建設投資的2%。（3）燃氣輪機年運行費率取項目建設投資的3.0%（不含燃氣費）。

3.3系統(tǒng)模擬運行和計算原則

（1）全網(wǎng)負荷備用取最大負荷的3%，旋轉(zhuǎn)、停機事故備用分別取最大負荷的5%、4%。（2）根據(jù)負荷特性，盡量將電源裝機安排在電網(wǎng)負荷較輕時檢修，并盡量做到檢修安排均衡，使系統(tǒng)有充足的備用容量。原則上按照豐水期檢修火電、枯水期檢修水電來安排機組檢修。（3）根據(jù)廣西電力系統(tǒng)特點，按枯、平、豐三個水文代表年分別進行仿真模擬，枯水年控制電力平衡，平水年控制電量平衡，豐水年控制調(diào)峰平衡。在豐水期負荷低谷時段，允許系統(tǒng)通過棄水調(diào)峰的措施達到調(diào)峰平衡。（4）模擬運行周期按50年，系統(tǒng)總費用現(xiàn)值按照社會折現(xiàn)率8%，逐年費用均折現(xiàn)至第1年年初計算，計算期內(nèi)根據(jù)設備的壽命期考慮重置投資。

3.4電源擴展優(yōu)化結果及分析

根據(jù)前述原則和參數(shù)，對擬定的2025年不同電源擴展方案進行電力系統(tǒng)模擬運行，并計算統(tǒng)計主要技術經(jīng)濟指標，結果詳見表8。根據(jù)表8的模擬運行計算統(tǒng)計成果，對各電源擴展方案進行初步的技術經(jīng)濟分析比較。（1）在同等滿足系統(tǒng)電力電量平衡的情況下，方案Ⅱ~方案Ⅴ的系統(tǒng)總裝機容量均比方案Ⅰ小，其中以方案Ⅳ的系統(tǒng)總裝機容量最小。說明系統(tǒng)配置一定規(guī)模調(diào)峰性能好的燃氣或抽水蓄能電站，具有較好的容量替代效益。（2）以平水年為例，方案Ⅱ~方案Ⅴ與方案Ⅰ相比，系統(tǒng)水電調(diào)峰棄水由6.06億kW•h分別減少至3.65億kW•h和0，火電在汛期的平均調(diào)峰深度由43.1%分別降至42.4%～24.4%，火電裝機年利用小時由4226h分別提高至4304～4768h。說明系統(tǒng)配置一定規(guī)模的燃氣或抽水蓄能電站，可以有效緩解系統(tǒng)的調(diào)峰壓力，減少水電棄水并減輕火電調(diào)峰深度和提高火電的利用小時。（3）根據(jù)電源擴展方案Ⅰ~方案Ⅴ的電源建設投資、運行費（包括燃料費）以及計算周期內(nèi)所需的設備重置費等，計算各方案50年運行期系統(tǒng)總費用現(xiàn)值。方案Ⅱ（擴展燃氣輪機1200MW+燃煤火電）的系統(tǒng)總費用現(xiàn)值最高，可見，以廣西的經(jīng)濟發(fā)展水平和資源條件，發(fā)展燃氣電站調(diào)峰并不經(jīng)濟。方案Ⅲ~Ⅳ（擴展抽水蓄能電站+燃煤火電）的系統(tǒng)總費用現(xiàn)值均較方案Ⅰ（擴展燃煤火電）省，即廣西建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站可以緩解電網(wǎng)的調(diào)峰需求與提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。依據(jù)電力系統(tǒng)總費用現(xiàn)值最小為優(yōu)選方案的原則，電源擴展方案Ⅳ相對最優(yōu)，即廣西電網(wǎng)2025年抽水蓄能電站的經(jīng)濟建設規(guī)模約為3000MW。綜上分析：廣西建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站可以緩解電網(wǎng)的調(diào)峰需求，并顯著提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性；在基于廣西電力工業(yè)發(fā)展“十二五”及中長期規(guī)劃研究提出的電力需求水平、負荷特性和電源發(fā)展規(guī)劃方案基礎上，廣西電網(wǎng)2025年抽水蓄能電站的經(jīng)濟建設規(guī)模約為3000MW。

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中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號：

1工程概況

汶水一站水電站工程位于廣東省廣寧縣古水河境內(nèi)，為古水河梯級開發(fā)的第7級水電站。電站以發(fā)電為主，總裝機容量2500kW，設計水頭8.0m，年發(fā)電量945萬kW.h。

2 設計依據(jù)

2.1工程等別及建筑物級別以及相應的洪水標準

汶水一站水電站以發(fā)電為主，裝機容量為2500kW，校核洪水位時的總庫容為280.0萬m3。按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000的規(guī)定，工程屬Ⅳ等工程，小(1)型規(guī)模。電站的永久建筑物(泄水閘、泄水建筑物、廠房)均按4級建筑物設計，導流圍堰等臨時工程按5級建筑物設計。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規(guī)定，電站建筑物的洪水標準如表2-1-1所示。

表2-1-1洪水標準

2.2設計基本資料

1、水文氣象

古水河流域自上游至下游主要氣象參數(shù)為：多年平均氣溫20.8℃,最高氣溫39.1℃～39.4℃,最低氣溫-3.9℃～4.2℃.多年平均相對溫度81%，多年平均風速0.9～1.1m/s，最大風速13～5.3m/s。

3 壩軸線的選擇及工程總體布置

3.1壩軸線的選擇

汶水一站水電站壩軸線的選擇受河床寬度和廠房尾水暢順影響，考慮到上游永隆水電站下游尾水位、汶水二站水電站開發(fā)時上游正常蓄水位銜接,選擇Ⅰ線和Ⅱ線兩個方案比較。

3.1.1Ⅰ線方案

(1)地形、地質(zhì)條件。Ⅰ線內(nèi)無較大的斷層通過，未見次級褶皺，地質(zhì)構造較不發(fā)育。(2)工程型式、布置。Ⅰ線方案擬于橫石口村上300m處河段修筑攔河壩,并在河床左岸布置廠房及附屬建筑物，屬河床式開發(fā)方案。攔河壩左岸為公路。(3)工程量、施工條件。線基巖露頭較明顯，上部覆蓋層較薄，開挖方量不大且對主要交通線沒有造成破壞；河床相對較寬，填筑方量較大。廠房布置在河流左岸，離公路較近，施工方便，工程量和投資也不大。

3.1.2Ⅱ線方案

(1)地形、地質(zhì)條件。壩軸線兩岸植被茂密，自然邊坡基本穩(wěn)定，物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。

（2）工程型式、布置

Ⅱ線的河床段修筑攔河壩和發(fā)電廠房及附屬建筑物，在河床的右岸筑壩擋水，河床的左岸布置廠房和附屬建筑物，屬河床式開發(fā)方案。

3.1.3壩軸線比較和方案選擇

I線壩址區(qū)基巖均屬硬質(zhì)巖石，巖面埋深和巖石風化均較淺，無較大的不良地質(zhì)現(xiàn)象，工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件較好。II線壩址區(qū)左岸邊坡較緩，右岸邊坡較陡，巖面埋深和巖石風化相對1線均較深。下游有一小型滑坡體不利于壩體的穩(wěn)定及防滲。綜上所述，Ⅰ、Ⅱ線的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件均可滿足建壩的要求，但從施工安排及對環(huán)境的影響考慮，I線優(yōu)于II線。因此，選定I線方案為本工程的推薦方案。

3.2樞紐布置選擇

本電站水頭較低，選定壩址處沒有引水或其他布置的地形條件，所以廠+房采用河床式布置。總體布置采用右河床廠房還是左河床廠房方案，主要取決于對外交通條件?，F(xiàn)有瀝青公路已通往河流左岸，可通大汽車，且工程砂、碎石等材料主要取在左岸沙灘上，如果廠房布置在右岸則材料運送相對困難，費用增大，不利于降低工程投資。經(jīng)綜合分析，工程選定右岸布置溢流壩，左岸布置廠房的總體布置方案。

3.3擋水建筑物

3.3.1泄水閘壩

1)溢流閘壩布置

溢流壩全長50m，設4扇弧型閘門，閘門的尺寸為：10×7.5m(寬×高)，堰頂高程為84.8m，堰高4.7m，閘門頂高程為92.30m。

本水電站為徑流式水電站，根據(jù)電站的壩上Z-Q關系曲線圖查得，設計洪水位為92.00m，校核洪水位為94.60m。

2）壩頂高程

壩頂高程的確定，是在各種運行情況水庫靜水位加對應風浪高程和安全超高中選取最大值。

壩頂至水庫靜水位的高度的計算公式為：

Δh=2hL+ho+hc

Δh――閘墩頂距水位的高度m；

Hc――閘墩安超高，設計洪水位時取0.3m校核洪水位時取0.2m；

Ho――交通橋梁高(m)，取0.8m；

其中風浪要素按《水工建筑物》(高校教材第三版)公式計算。公式如下：

2hL=0.0166V5/4D1/3

式中：D――吹程，取為550米。

V――設計風速，在正常水位及設計洪水位情況用最大風速的1.5倍，校核洪水位于情況用最大風速。

波浪中心線至水庫靜水位的高度ho按下式計算：

4лhl2лHo

ho=--------cth--------

2LlLl

式中：2Ll――波長，2Ll=10.4(2hl)0.8；其它符號的意義同前。Ho――閘前水域的平均水深。安全超高hc：正常運行情況取0.3m，非常運行情況取0.2m。(h-壩頂距水庫靜水位的高度(m)即為風浪高+安全超高)上述成果表明，壩頂高程由校核洪水位控制，定為95.60m，最大壩高15.50m，壩頂長度62.00m。

3)消能設計。根據(jù)下游水位較高的情況，采用底流式消能。參照重力壩設計規(guī)范的補充規(guī)定：“對消能防沖設計的洪水標準，原則上可低于大壩的泄洪標準，鑒于本樞紐攔水建筑物的建基面建在弱風化巖石上，本工程的消能防沖按10年一遇洪水進行設計。消能計算采用水利水電工程設計程序集中的D-3程序進行計算。消能按10年一遇洪水計算。根據(jù)計算，消力池的長度為33m，高程為80.10m，護坦的長度為15m。岸坡采用護坡處理，其護砌長度33m，護坡頂高程為10年一遇洪水位。

4)基礎處理。壩的建基面均開挖至弱風化層下0.3～1.0m,由于地基內(nèi)沒有規(guī)模較大的斷裂構造，無須特殊處理。由防滲計算可知，對基礎的防滲措施采用在溢流壩上游與下游端均設齒墻，齒墻深1.5m，厚為1.5m，前端順坡度延伸到與高程80.10m齊平處，下游齒墻厚1.5m，成梯形狀，上游閘底板與消力池間設置止水。

5)穩(wěn)定計算。(1)計算荷載。①壩體自重及固定設備重；②水重；③靜水壓力；④揚壓力；⑤風浪壓力；⑥側(cè)向水壓力；⑦土壓力(或泥沙壓力)；(2)荷載組合。①上游正常蓄水位，下游無水；②上游設計洪水位，下游設計洪水位；③上游校核洪水位，下游校核洪水位。(3)抗滑穩(wěn)定及地基應力計算。

抗滑穩(wěn)定計算：攔河壩建基面高程為79.80m，根據(jù)地質(zhì)報告，該高程巖性的風化程度為弱風化，參照地質(zhì)報告力學參數(shù)建議值，取f=0.55。

抗滑穩(wěn)定采用抗剪強度公式計算：K=f(W-u)/∑P

式中K――按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f――壩體砼與壩基接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，取0.55；∑W――作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和KN。∑P――作用于滑動面以上的力在水平方向投影的代數(shù)KN。

地基應力計算

壩基應力采用材料力學公式計算：

бy=∑w/B±6∑M/B2

式中бy――壩基面垂直正應力；∑W為――作用于計算截面以上全部荷載的垂直分量的總和；∑M――為作用于計算截面以上全部荷載對截面形心力矩的總和；B――為壩體計算截面面積。

根據(jù)設計要求，在各種運行情況下，計入揚壓力影響，壩體上游面不得產(chǎn)生拉應力。計算分兩種情況考慮，計算結果表明，各種情況均能滿足規(guī)范要求。壩體尺寸由溢流面體型和滿足應力需要控制。

3.4發(fā)電廠房

廠房布置在河床左側(cè)，為河床式廠房，廠房基礎座落在微風化基巖上，地基無需進行特殊處理。進水口設主閘一道，由固定式啟門機啟閉。檢修門與攔污柵共門槽，由門機啟閉。進水口長度由設備及交通要求確定。廠房進水口前設攔沙坎一道。升壓站布置在廠房的左側(cè)。主變壓器1臺，布置在廠房升壓站的右側(cè)。進廠公路由下游進入廠房，進廠坡度為2%。

4結語

通過對汶水一站水電站工程的總體布置方案比較及主要建筑物設計，對于低水頭電站來說，設計水頭非常重要，在水工建筑物布置設計時，進(引)水斷面要達到設計要求，尾水段流態(tài)要保持平穩(wěn)暢順，這樣才能使電站機組運行工況和出力達到設計要求。

參考文獻:

[1]《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000

[2]《混凝土重力壩設計規(guī)范》SDJ21-78(試行)

[3]《溢洪道設計規(guī)范》SL253-2000