海南省XX江XX坝水利水电二期(灌区)工程初步设计报告(5-6部分).doc

'5工程布置及建筑物 院长：总工程师：设计总工程师：专业总工程师：校核：编写： 5工程布置及建筑物5.1设计依据5.1.1工程等级及建筑物级别XX枢纽工程以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合效益。水库正常蓄水位54.00m，水库总库容1.22亿m3，总灌溉面积64.55万亩，枢纽电站装机容量80MW，最大坝高34m。根据中华人民共和国《防洪标准》(GB50201-94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定，本工程属Ⅱ等大(2)型工程。永久性主要建筑物有：拦河坝(混凝土坝、土坝)、泄水建筑物、XX枢纽发电厂房、灌溉进水口等属2级建筑物。低干渠首电站厂房属4级建筑物。永久性次要建筑物有：厂区挡土墙、消能建筑物中导墙属3级建筑物。5.1.2设计洪水标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，应采用的洪水标准为：设计洪水标准重现期采用100年，校核洪水标准重现期采用：混凝土重力坝为1000年一遇，土坝为2000年一遇。泄水建筑物的消能防冲设计洪水标准重现期采用50年。低干渠首电站正常运用洪水标准重现期采用20年，非常运用洪水标准重现期采用100年。5.1.3地震烈度根据GB18306-2001《中国地震区域烈度划分图》，坝区地震基本烈度为6度，按《水工建筑物抗震设计规范(试行)》DL5073-2000规定，可不进行抗震计算。5.1.4各灌区灌溉面积及设计引用流量(设计加大流量)中干渠灌溉面积31.15万亩，设计引用流量30m3/s。低干渠灌溉面积16.9万亩，设计引用流量15.5m3/s。XX干渠灌溉面积16.5万亩，设计引用流量18.0m3/s。XX干渠设计引用流量中包括了2m3/s向叉河供水所需的流量。中干渠设计引用流量中包括5m3/s向八所供水的流量。5.1.5设计基本资料5.1.5.1水文气象 坝址控制流域面积4082km2多年平均降雨量1540mm多年平均流量115m3/s历史最大洪水流量(宝桥站)25400m3/s多年平均含沙量0.213kg/m3多年平均输沙量75.12万t多年平均输沙率23.82kg/s历年最高气温40.2℃(1980-04-23)历年最低气温0.1℃(1974-01-02)多年平均气温23.9℃多年平均风速2.8m/s流域平均相对湿度80%5.1.5.2水库特征正常蓄水位54.00m设计洪水位(P=1%)54.00m校核洪水位(P=0.05%土坝)58.80m校核洪水位(P=0.1%混凝土坝)57.37m死水位48.00m总库容1.48亿m3坝址水位及下泄量见表5.1.5-1表5.1.5-1上下游水位及下泄量水位上游水位(m)下泄流量(m3/s)下游水位(m)正常蓄水位54.0027.61死水位48.00设计洪水位(100年一遇)54.002480038.50校核洪水位(1000年一遇)57.373760041.21校核洪水位(2000年一遇)58.804110042.0250年一遇洪水位54.002100037.5020年一遇洪水位54.001600035.5475年一遇洪水位54.00880033.30 5.1.5.3动能指标(括号内数据为低干渠首电站指标)单机容量与机组台数2x40MW(2×1.0MW)台多年平均发电量1.094(0.0704)亿kW.h保证出力MW年利用小时数1368(3726)小时机组特征见表5.1.5.3表5.1.5.3机组特性表项目单位枢纽机组低干渠机组机组安装高程m23.431.0单机额定流量m3/s205.727.97机组最大水头m27.119.8机组最小水头m18.212.4机组额定水头m22.515.05.1.5.4地基特性与设计参数坝址区岩层为前震旦系抱板群(Ptb)(抱板混合岩体的部分注入混合岩带)。岩性以黑云斜长片麻岩为主，混合岩化花岗岩及角砾状混合岩次之；酸性及基性岩以岩脉状产出，且以长英质岩脉为主。坝址区地处抱板向斜的南翼，片麻岩为主，产状为走向40°～60°，倾向NW，倾角50°～60°。坝址上距XX断裂2km左右，下距XX-琼海断裂15km左右，断层较为发育。坝基岩石物理力学指标，建基面混凝土和基岩抗剪及抗剪断强度参数建议值见表5.1.5.4-1。考虑到缓倾角节理集中发育坝段的最大连通率为45%。故假设坝基滑动面由45%的节理面及55%的混凝土岩石作用面组成，该复合浅层滑动面力学指标的加权平均值为f′=0.83、c′=0.62MPa。土料物理力学指标见表5.1.5.4-3。表5.1.5.4-1岩石物理力学指标岩石名称项目名称黑云斜长片麻岩花岗片麻岩含角闪黑云斜长片麻岩含石榴黑云斜长片麻岩含石榴二云片麻岩混合岩化花岗岩密度Pd(g/cm3)2.732.712.722.812.792.62ωsa(%)0.150.210.210.160.290.27饱和极限抗压强度Rw(MPa)97.7069.7656.0745.3029.2951.55软化系数KR0.850.760.750.740.61静弹模E50(GPa)38.5640.1634.2944.7522.2420.54动弹模Ed(GPa)59.5365.8966.9670.7646.0141.52泊松比μ0.230.250.250.200.220.28 表5.1.5.4-2坝基岩石抗剪强度建议值表磨擦面抗剪强度抗剪断强度fc(MPa)f′c′(MPa)混凝土/岩石(新鲜)0.710.151.121.05岩石/岩石1.573.76缓倾角节理面0.480.11表5.1.5.4-3土料物理力学指标项目单位坝体填土坝基风化土设计干密度γdg/cm31.521.64(天然)最优含水量ωau%2318.4(天然)孔隙比e0.830.64孔隙率n%45.339天然容重γg/cm31.871.94饱和容重γmg/cm31.972.00浮容重γbg/cm30.971.00渗透系数Kcm/s6.2×10-65.0×10-4临界坡降J2.3抗剪强度总应力法Φu(°)17.925.5CukPa58.010.2Φcu(°)18.4CcukPa34.0有效应力法Φ′(°)29.529.5C′kPa13.013.0表5.1.5.4-4开挖边坡参考值岩体风化程度临时边坡临时边坡备注全风化1∶11∶1.25边坡高度大于10m需设马道～1.5m强风化1∶0.51∶0.75弱风化1∶0.31∶0.5微风化1∶0.251∶0.25 5.1.5.5设计采用的主要技术规范DL5021-93《水利水电工程初步设计报告编制规程》SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》DL5073-2000《水工建筑物抗震设计规范》SL253-2000《溢洪道设计规范》SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》SD303-88《水电站进水口设计规范》SL285-2003《水利水电工程进水口设计规范》SL266-2001《水电站厂房设计规范》DL/T5057-1996《水工混凝土结构设计规范》SD134-84《水工隧洞设计规范》GBJ86-85《锚杆喷射混凝土支护技术规范》DL/T5178-2003《混凝土坝安全监测技术规范》DL5023-93《土坝安全监测技术规范》5.2坝型、坝线选择5.2.1坝型选择XX坝址枯水期河床宽约310m，河面宽阔，两岸地形不对称，右岸坡稍陡，约35°，左岸地势开阔，岸边有高程约36m的Ⅰ级阶地，阶地上为坡度约10°的山坡。两岸风化程度不一，右岸强风化下限3.5～9m，左岸强风化下限5～13m，风化较深，不具备修建拱坝的地形条件。河床基岩裸露，厚1～2m的弱风化岩石下为微风化——新鲜黑云斜长片麻岩、混合岩化花岗岩及角砾状混合岩，岩性致密较坚硬，适宜建混凝土重力坝。因雨季强热带风暴产生的暴雨强度大、历时长、笼罩面广、洪量集中，枢纽本身洪峰流量大，需布置具有渲泄大洪水能力的泄水建筑物。库区内无垭口可布置泄水建筑物，只有在河床中布置泄水建筑物。根据地形、地质条件和泄洪要求，河床宜布置混凝土重力坝，以满足泄洪要求。由于坝高不大，且溢流坝段和厂房坝段基本占据整个河床，因此不宜采用碾压混凝土坝，故推荐河床采用常态混凝土重力坝。右岸坝型做了砼坝与土坝两种坝型的比较。右岸坡有F4与F10断层相交成宽50～60m(沿坝轴线方向)、深10～25m的风化槽。槽内岩石破碎，地震波速Vp＝ 3600m/s，风化最深处强透水层高程达25m，单位吸水率至10～100L/min.m.m，透水性十分强烈，不论建土坝还是混凝土坝，都必须挖除该部分风化岩石。挖除强风化岩石后的风化槽下为中等透水的弱风化层岩石，单位吸水率约5.1～10L/min.m.m，可通过帷幕灌浆处理，因此可建混凝土坝和当地材料坝—土坝。强风化槽右侧约50m为山脊，物探结果表明：该处基岩出露高程在51m左右，如采用混凝土坝与岸坡直线相接，则没有接坡地形地质条件，必须采用土坝和岸坡接坡；如坝轴线向上游偏转，基岩出露高程增高，具备混凝土坝与岸坡相接的条件。如采用土坝，需要约70m长的混凝土插入接头才能满足接头处渗透稳定要求，右岸余下约100m长、坝高约10m的土坝挡水，该段采用土坝比采用混凝土坝虽然工程静态投资低约163万元，但坝体本身及插入式接头施工程序较混凝土坝复杂得多，同时增加了交叉工程面和施工难度。综合分析比较，右岸岸坡坝段推荐采用常态混凝土重力坝，且坝轴线向上游偏转。河床式厂房左侧坝段需布置低干渠进水口，弱风化下限埋深约8m，因低干渠渠首电站布置需要，其挡水坝段只能采用混凝土重力坝。低干渠坝段以左岸坡坝段，覆盖层厚0.5～2.5m，基岩风化深度逐步加大，为全一强风化黑云斜长片麻岩、混合岩化花岗岩(土)，厚5～13m。该处地形平缓开阔，地面高程36～75m，坡角10°～15°。全风化土层属中压缩性低液限粘性土，渗透系数K＝5.8×10-4～6.7×10-5cm/s，具较好防渗性能，可作为土坝基础。左岸坝型做了砼坝、土坝和浆砌石坝3个方案的比较，采用土坝比混凝土坝将节约静态投资2000万元以上；土坝比浆砌石坝将节约投资400万元以上，故左岸岸坡坝段采用土坝。5.2.2坝线选择5.2.2.1坝轴线比选的前提1)在XX坝水利水电二期工程(灌区)可研审查批准的XX坝址的基础上进行坝线比选。2)在上述选定的坝型上进行比选。3)水库正常蓄水位54.00m，死水位48.00m。4)装机规模为2x40MW台，厂房为河床式厂房。5)泄水建筑物为开敞式溢流低堰。5.2.2.2坝轴线的拟定a)拟定坝轴线的范围 XX坝址位于昌化江XX峡谷的出口，河床宽300m左右，右岸坡较陡，左岸坡平缓。该坝址范围河床有一座已建20多年、坝高约8m的浆砌石滚水坝。滚水坝直接座落在基岩上，其左侧为低干渠混凝土闸首，再往左为均质土坝。该坝上游库内已淤沙4～5m深，长年提供低干渠灌溉和低干渠沿程生活用水及坝后小电站的发电用水。为满足低干渠灌溉和低干渠沿程生活用水要求，XX枢纽施工期间不能断流，故施工期不能拆除滚水坝。滚水坝的右岸上、下游各10m范围内有基岩出露，其下游100m后，河床变宽。虽然从滚水坝往下游500m长河床的地质条件差异不大，但右岸①号冲沟往下游河谷呈喇叭型撒开，河床变宽，工程量会增大。滚水坝往下游两岸坡地形逐渐变缓，尤其是左岸④号冲沟下游地形较缓，而且零乱。两岸坝肩受冲沟的发育影响较大。左岸不宜靠近④号冲沟，更不宜再往下游；右岸发育的①、③号冲沟都切割较深，②号冲沟紧靠滚水坝头，切割相对较浅，虽然该冲沟下游侧为F4和F10断层组合形成的破碎风化深槽，据ZK9和ZK10钻孔揭露，深槽底强风化带下限高程达27m左右，对坝肩的稳定和处理工程量会有一定的影响，但其范围有限，对坝线选择并未起控制条件。因此坝轴线的选择只能在滚水坝下游约100m的范围内进行。b)拟定坝轴线根据地形地质条件，坝轴线宜靠近已建的滚水坝，这样，可以利用滚水坝作为上游围堰的一部分，既可以减少围堰工程量加快施工进度，同时也可以保证施工期下游灌溉和生活用水的供给。在此段坝址内，左岸和河床的地形地质条件变化不大，确定坝轴线的主要因素是右岸的地形地质条件。右岸已建滚水坝下第②条冲沟下游地形较为平缓，基岩高程较低，坝体长度增加，坝体工程量相应增加较大。冲沟上游越靠近滚水坝地势越陡，基岩高程相对较高。第②条冲沟上部的山脊，呈马鞍形，马鞍底部(低于59m高程)延伸70m左右，影响着右坝坝头的接头。所以坝轴线宜尽可能向滚水坝靠近。但由于需加宽、加高原滚水坝做施工围堰，又需留出一定的施工场地。综合确定：河床坝轴线选在原滚水坝下游30m处。右岸坝轴线比较了两个方案：方案一是从坝右0+425.00m重力坝开始，坝轴线右段向上游偏30°，接滚水坝上游山脊，此时挡水建筑物大部分落在挖除风化碎石后的F10和F4断层交汇带的基础上，基础呈上游高下游低的不利地质条件，不利于坝体稳定；另一方案为河床坝轴线直线向右顺延至坝右0+530.00m，然后向上游偏37.07°，虽岸坡接头距离稍长，但此时挖除风化碎石后的F10和F4 断层交汇带的基础形状呈“V”型，有利于重力坝稳定，所以最终选定方案二。左岸地形平整，地质条件较为均一，确定坝轴线走向相对简单。受低干渠进水口位置的控制，河床直线坝轴线延伸至左岸低干渠进水口左侧以后，向上游偏折，偏角24°。综上所述，坝轴线选定在原滚水坝滚水坝下游30m处，左岸延伸一定的距离后，向上游偏折24°的角度，右岸坝轴线直线延伸过挖除后的F10和F4断层交汇带基础再向上游偏折37.07°的角度。坝轴线布置形式见枢纽总体布置图。“昌戈-水工-03”。5.3工程总体布置方案比选根据上阶段可研审查意见，在推荐坝址—XX坝址和本阶段选定的坝轴线基础上进一步比较枢纽布置。枢纽建筑物的组成有：挡水建筑物、泄水建筑物、发电厂房、中干渠进水口、低干渠进水口及渠首电站。两个干渠进水口布置相对较为固定，影响枢纽布置的只有泄水建筑物和XX电站厂房的布置。5.3.1比选方案的工程总体布置昌化江的洪水主要由台风雨形成，峰高量大。XX水库本身的调蓄库容有限，因此，泄水建筑物的布置是枢纽各建筑物中首先要考虑的问题。XX库区无天然垭口可布置泄水建筑物，泄水建筑物只能布置在河床上。因此枢纽布置方案比选可归纳为左岸厂房和右岸厂房两个方案。5.3.1.1方案1左岸厂房方案该方案在河床右侧布置泄水建筑物，左侧布置厂房，其枢纽布置详见左岸厂房方案枢纽平面总布置图“昌戈-水工-01。”该方案混凝土坝坝顶高程58m，各坝段长由右岸至左岸依次为：右岸混凝土重力坝段长166.7m，分10个坝段；11孔溢流坝段长235.50m；厂房坝段长41.40m；左岸混凝土重力坝段长136.4m，分7个坝段，其中厂房左侧第六个坝段为低干渠坝段；左岸土坝和混凝土坝插入式接头长75.00m，分4个坝段；左岸土坝段长437m，坝顶高程58.70m。坝顶总长1092m。中干渠进水口位于坝左0+270.00m，埋管穿过土坝基础部位。溢流坝布置在河床中间，为11孔开敞式溢流堰，中孔坝段长21m，右边孔坝段长12m，左边孔坝段长13.5m，总长235.5m，堰面曲线为幂曲线，横缝设在孔口中间。溢流堰为WES实用堰。 主厂房为河床式厂房，亦是挡水建筑物，紧靠左侧溢流堰布置于左侧河床中。主厂房顺水流方向长59.85m，主机间净宽17.6m。主厂房垂直水流方向长74.80m，其中主机段长41.40m，一机一缝，①机组段长22.20m，②机组段长19.20m。110kV开关站布置在主变压器场下游挡水墙左侧，地面高程34.70m，开敞式布置，平面尺寸为40.00m×45.00m,开关站设备可直接用汽车运进站内。进厂公路沿左岸挡水坝下游坡角布置，左端出口与上坝公路相连，右端与回车场相接，回车场布置在安装间左侧(高程34.70m)，与开关站同高。中干渠进水口首部枢纽建筑物包括进水口及其引水建筑物，位于左岸土坝坝左0+270.00m处。塔式进水口的塔体位于土坝前坡脚线以外，塔前为扩散式引水渠，进口处高程41.0m，渠底反坡为1:0.03。钢筋混凝土引水管为土坝坝下埋管，内径为4m，设平板工作闸门。低干渠渠首建筑物分为进水口部份及电站部份。进水口设在厂房左侧第六个混凝土重力坝内，中心桩号为坝右0+024.0m，为坝式进水口。渠首电站布置在110kV开关站左侧。在主厂房上游侧布置有闸门控制室，下游侧布置有副厂房和主变，左侧为安装间。厂区排水采用自流方式，雨水汇集后流入尾水渠。5.3.1.2方案2右岸厂房方案该方案在河床左侧布置泄水建筑物，右侧布置厂房，其枢纽布置详见右岸厂房方案枢纽平面总布置图“昌戈-水工-02”。坝顶高程58m，各坝段长由右岸至左岸依次为：右岸混凝土重力坝段长166.7m，分10个坝段；厂房坝段长41.40m；11孔溢流坝段长235.50m；左岸混凝土重力坝段长136.4m，分7个坝段，其中厂房左侧第六个坝段为低干渠坝段；左岸土坝和混凝土坝插入式接头长75.00m，分4个坝段；左岸土坝段长437m。坝顶总长1092m。中干渠进水口位于坝左0+270.00m，埋管穿过土坝基础部位。河床厂房、11孔溢洪道、两岸混凝土坝和土坝、低干渠渠首建筑物及中干渠进水口结构布置皆同于左岸厂房方案。5.3.2工程总体布置方案比较两个方案的枢纽布置综合比较结果见下表5.3.2-1。5.3.2.1地形地质条件比较 两方案岸边坝段和河床溢流坝段的地形、地质条件基本相同。但方案1因厂房布置在左岸，只有规模很小的F6断层通过厂房基础，且左岸岸坡平缓，基础处理和开挖量较小；方案2中由于规模较大的F4和F10断层交汇带从右岸厂房基础下通过，且右岸岸坡较左岸陡峻，基础风化深，故基础处理和开挖工程量相对方案2要增大。表5.3.2-1工程总体布置方案综合比较表项目单位方案1，左岸厂房方案方案2，右岸厂房方案工程总体布置坝顶长度m1052最大坝高m36(砼坝)22(土坝)36(砼坝)22(土坝)施工导流导流方式分期一期左岸厂房+左侧六孔溢流孔右岸厂房+右侧六孔溢流孔二期右侧五孔溢流孔左侧五孔溢流孔主要工程量土石方明挖万m348.36152.311土石方填筑万m339.26236.988混凝土万m338.01438.68钢筋万t68257266帷幕灌浆m41004100固结灌浆m2010021000工期第一台机组发电工期月3年2月3年2月总工期月3年3月3年3月投资静态投资万元69055698785.3.2.2水力学条件方案2的溢流坝段稍微偏右岸，方案2的溢流坝段则在河道的中间。经最初整体水工模型试验验证：两方案溢流堰泄洪时，下泄水流归槽条件都较好；两方案的溢流坝溢洪时，均未在尾水渠处产生迥流，不会出观尾水渠因泄洪产生的淤积问题。因此，两方案的水力学条件基本相同。5.3.2.3管理运行XX电站的生活区，电站的对外交通、通讯联系均在左岸，电站与海南省西部公路主干线的联接也在左岸，同时低干渠渠首电站也位于左岸。为综合管理和方便管理，将厂房布置于左岸对电站的运行管理较有利。5.3.2.4工程量及投资比较 左右岸厂房方案的工程量见表5.3.2.4-1。从表中可以看出，两方案的主要差别是：因右岸厂房进厂公路处经过断层F4与F10的交汇带，其边坡处理工程量较左岸大，同时该断层交汇带向下游延长经过厂房尾水渠，基础处理工程量也相应增加，具体增加的工程量为：增加了开挖量3.95万m3、混凝土0.67万m3、钢筋441t。填筑总方量，左岸厂房比右岸厂房方案要多2.274万m3。其它工程量相差甚微。主体建筑物工程的投资，左岸厂房方案为69055万元，右岸厂房方案为69878万元，左岸厂房方案相对减小827万元。见表5.3.2-2。总工期两方案基本相同。表5.3.2-2左右岸厂房方案工程量汇总表方案部位土石方(万m3)土坝填筑(万m3)混凝土(万m3)钢筋钢材(t)浆砌石(万m3)回填土(万m3)帷幕灌浆(万m)固结灌浆(万m)金属结构(t)左岸厂房方案坝、溢洪道33.1236.4628.9532200.350.411.813718进水口1.4350.4944220.05190厂房13.8062.8028.5731830.440.21241合计48.36139.26238.01468250.840.412.015149右岸厂房方案坝、溢洪道33.1436.4628.96332200.350.411.813718进水口1.4350.4944220.05190厂房17.7360.52839.22336240.3850.371241合计52.31136.98838.6872660.7850.412.15149注：1.表中工程不包括临时工作的工程量；2.厂房工程量包括副厂房及开关站工程量。表5.3.2-3左右岸厂房方案主体建筑物工程的投资表项目单位左岸厂房方案右岸厂房方案主体建筑工程万元2275523262机电设备及安装工程万元68286828金属结构设备及安装工程万元45304530水库淹没补偿万元783783合计万元34896354035.3.2.5施工条件 左岸厂房方案第一期导流：第1年11月至第2年5月围左岸厂房、6孔溢流坝，由右岸缩窄河床导流，第2年5月底前加高发电厂房围堰，形成全年挡水的厂房基坑，汛期由右岸缩窄河床和已建至溢流堰顶高程37.50m以上的6孔泄水闸及左侧坝段内高程27.0～37.5m预留的5个4.5m×4.5m(b×h)导流底孔导流。第二期导流：第2年11月至第3年5月围右岸5孔溢流坝，由一期溢流坝内预留的5个4.5m×4.5m导流底孔导流。同时，安装一期已建溢流坝的6扇弧形钢闸门。第3年11月至第4年1月安装右岸5孔溢流坝的弧形闸门，第4年1月下旬封堵导流底孔，水库蓄水，第4年2月底第一台机组发电。右岸厂房方案第一期导流：第1年11月至第2年5月围右岸厂房、6孔溢流坝，由左岸缩窄河床导流，第2年5月底前加高发电厂房围堰，形成全年挡水的厂房基坑，汛期由左岸缩窄河床和已建至溢流堰顶高程37.50m以上的6孔泄水闸及右侧坝段内高程27.0～37.5m预留的5个4.5m×4.5m(b×h)导流底孔导流。第二期导流：第2年11月至第3年5月围左岸5孔溢流坝，由一期溢流坝内预留的5个4.5m×4.5m导流底孔导流。同时，安装一期已建溢流坝的6扇弧形钢闸门。第3年11月至第4年1月安装右岸5孔溢流坝的弧形闸门，第4年1月下旬封堵导流底孔，水库蓄水，第4年2月底第一台机组发电。两方案的施工导流条件、工程量和施工总进度基本相同，但因地形、地质条件限制和混凝土人工骨料场位于坝轴线下游400m以下的左岸河滩中，且施工企业均只能布置在左岸，因此，左岸厂房方案的施工条件相对较好。经综合比较分析左、右岸厂房方案的优缺点，从枢纽总体布置、施工布置、施工进度和电站管理运行等方面的综合考虑，枢纽总体布置选定左岸厂房方案。5.3.3推荐方案的枢纽布置推荐方案混凝土坝坝顶高程58.50m，土坝坝顶高程59.0m，各坝段长由右岸至左岸依次为：右岸10个坝段，混凝土重力坝段长166.7m；12孔溢流坝段长256.50m；电站厂房坝段长41.40m；左岸6个坝段，混凝土重力坝段长115.5m，其中厂房左侧第六个坝段为低干渠坝段；左岸土坝和混凝土坝插入式接头长75.00m，分4个坝段；左岸土坝段长437m，坝顶高程59.00m。坝顶总长1092m。中干渠进水口位于坝左0+270.00m，埋管穿过土坝基础部位。溢流坝布置在河床中间，为12孔开敞式溢流堰，中孔坝段长21m，右边孔坝段长12m，左边孔坝段长13.5m，总长256.5m，堰面曲线为幂曲线，横缝设在孔口中间。溢流堰为WES实用堰。 厂房为河床式厂房，亦是挡水建筑物，紧靠左侧溢流堰布置于左侧河床中。主厂房顺水流方向长59.85m，主机间净宽17.6m。主厂房垂直水流方向长74.80m，其中主机段长41.40m，一机一缝，①号机组段长22.20m，②号机组段长19.20m。主机间尺寸为：41.40m×17.60m×44.925m(长×净宽×高)，安装间位于主机间左侧，其尺寸为：33.40m×17.60m×24.40m(长×净宽×高)，其地面高程同于发电机层。上游副厂房布置在安装间与其上游挡水坝段之间，分5层布置，与安装间同长。下游副厂房布置在主机间下游侧的尾水管顶板上。110kV开关站布置在主变压器场下游挡水墙左侧，地面高程34.70m，开敞式布置，平面尺寸为40.00m×45.00m,开关站设备可直接用汽车运进站内。进厂公路沿左岸挡水坝下游坡角布置，左端出口与上坝公路相连，右端与回车场相接，回车场布置在安装间左侧(高程34.70m)，与开关站同高。中干渠塔式进水口布置在左岸均质土坝坝段，中心线位于坝左0+270.0m处。坝下管道为内径5m的钢筋混凝土埋管，长120.0m。在坝轴线下游77.5m处布有闸门室，设弧形闸门控制入渠流量。低干渠渠首建筑物结合渠首电站进行布置。坝式进水口设在距左岸坝轴线拐点A右侧24.0m的混凝土重力坝段上，由直径为2.6m的坝内埋管引水灌溉、发电。坝后管道在距厂房机组中心线上游21.66m处采用非对称Y型分岔成1条灌溉管与2条发电引水管，引水灌溉管长82.184m，灌溉管末端设弧形闸门控制水流，发电引水管正交进入地面发电厂房。厂房布置在坝轴线下游约60m已建低干渠左侧。主厂房长18.0m，宽14.6m，机组间距7.0m，厂内安装2台1000kW贯流轴伸水轮发电机组，单机设计引用流量7.97m3/s，额定水头15m，安装间长8.8m，与主厂房同宽。副厂房布置在其右侧。电站尾水发电后汇入灌溉渠内。表5.3.3推荐方案工程量汇总表项目单位混凝土坝土坝发电厂房干渠引水工程施工临时工程合计土石方明挖万m327.367.813.173.1914.8352.9978土石方填筑万m341.2062.541.2725.90045.0133混凝土、钢筋混凝土万m332.1110.0758.92910.91334.298942.0284钢材、钢筋t418237326402098554固结灌浆万m1.9230.020.0662.189帷幕灌浆万m0.4150.415浆砌石万m30.230.160.030.371.161.95 土工织物万m31.921.925.4挡水建筑物挡水坝包括：左岸均质土坝、插入式混凝土坝接头、左、右岸混凝土重力坝和12孔河床开敞式溢流坝段及厂房坝段。5.4.1挡水坝的结构设计5.4.1.1坝顶高程计算水库区的多年平均最大风速为22.23m/s，设计风速为38m/s，校核风速为23m/s，最大吹程1.2km。依据调洪演算成果，正常蓄水位54m起调洪水时，设计洪水位为54m(p=1%),混凝土坝校核洪水位(p=0.1%)为57.37m，土坝校核洪水位(p=0.05%)为58.80m。混凝土坝防浪墙顶高程按《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)附录二中的官厅水库公式计算风浪波长、波高、波浪中心线至水库静水位的高度。坝顶防浪墙顶高程为正常蓄水位或校核洪水位加上相应的高差，取两者中的较大值。混凝土坝坝顶高程应高于校核洪水位。相应的高差为：Δh=h1%+hz+hc。土坝坝顶高程按《碾压式土石坝设计规范》第5.3.3及附录A中的莆田试验站公式公式计算风浪波高、波长、最大风壅水面高度、最大波浪爬高。坝顶超高y=R+e+A，混凝土坝顶高程计算结果见表5.4.1-1，土坝坝顶高程计算结果见表5.4.1-2。表5.4.1-1混凝土坝坝顶高程计算结果汇总表正常蓄水位工况校核洪水位工况水位(m)5457.37高差Δh安全超高hc(m)0.50.4波浪爬高hz(m)0.40.28波高h1%(m)1.641.12h1%+hz+hc2.541.8计算坝顶防浪墙顶高程(m)56.5459.17表5.4.1-2土坝坝顶高程计算结果汇总表设计洪水位工况校核洪水位工况水位(m)5458.80坝顶超高Y安全加高A(m)10.7最大风壅水面高度e(m)0.0140.004最大波浪爬高R1%(m)1.7240.846 R1%+A+e2.7381.35计算坝顶防浪墙顶高程(m)56.7460.186根据坝顶高程计算结果，结合坝顶结构布置，在保证坝顶结构不阻水的情况下，确定混凝土坝坝顶高程58.50m，防浪墙顶高程59.70m。土坝坝顶高程59.00m，防浪墙顶高程60.20m。5.4.1.2左岸均质土坝结构设计土坝坝顶高程59.00m，坝顶宽6m，上游设高1.2m防浪墙，下游设高0.2m石缘。上游边坡坡比为：l∶2.8、1∶3.0，变坡处高程为45m。坡面45m高程以上护坡采用三层结构，依次设有0.7m厚抛石、0.3m厚碎石和土工织物。下游边坡坡比为：1∶2、1:2.25，在高程45m处变坡，变坡处设2m宽马道，马道内侧设纵向水平排水沟，下游护坡采用草皮护坡。土坝坝基为风化土，坝体内部设有2m厚垂直中粗砂排水和2m厚、宽20m、间距100m水平排水条带以控制坝体的坝基渗流。排水条带中部为1.2m厚碎石，上部和下部分设0.3m，0.5m厚的反滤层，排水条带间设0.5m厚的砂基。最大坝高21.50m。垂直排水砂带顶部高程47.00m，水平排水层位于坝基并设置反滤。左岸土坝下游坝脚不设棱体。坝体填土的设计干容重为1.60g/cm3，最优含水量ω=22%，有效强度指标c′=8kPa、＝28°，总强度指标Cu＝29kPa、Φu=17°，渗透系数1×10-5cm/s～1×10-6cm/s。坝基土的指标，除渗透系数为8.5×10-4cm/s～6.4×10-5cm/s，干容重和强度指标可采用填土值。采用《水电部天津勘测设计院》编制的K-1土石坝边坡稳定分析程序计算土坝上、下游边坡稳定安全系数，并用北京理正程序验证。由土坝的坝坡稳定计算公式采用简化有效应力法的瑞典圆弧法，得出上下游各种工况的边坡稳定安全系数如下表5.4.1-3。表5.4.1-3土坝最大剖面上、下游边坡稳定安全系数计算工况上游边坡下游边坡规范要求值校核洪水位58.80m(p=0.05%)1.931.58正常蓄水位(54m)1.691.51正常蓄水位骤降至死水位1.4施工期1.401.69从以上计算可知，土坝坝坡的稳定安全系数满足规范要求。 5.4.1.3土坝沉降计算竣工后总沉降量按1%坝高估算，土坝顶预留沉降超高0.25m。5.4.1.4混凝土重力坝结构设计重力坝段最大坝高33.5m，坝顶宽6m。坝上游面铅直，下游面坡度1:0.70，起坡点高程51.00m。用于灌浆、排水及交通的坝内廊道宽2.5m，高3m，呈城门洞型，廊道距上游坝面3m，距基岩3m。右岸非溢流坝从右至左10个坝段长分别为：16.7m、15m、20m、20m、15m、15m、20m、20m、20m、12m。左岸非溢流坝从右至左11个坝段长分别为：20.7m、20.7m、20m、20m、20m、20m、15m、20m、20m、20m、15m。坝体混凝土材料分区为：建基面上1.5m范围，上游3m厚防渗体、廊道周边1m范围、下游1.5m厚坝体外部混凝土及其高程49.4m以上范围采用强度等级为龄期28天C20的混凝土，抗渗标号为W6，抗冻标号F50。其余部位采用强度等级为龄期28天C10的混凝土，抗渗标号为W2，抗冻标号F50混凝土容重24kN/m3。各坝段间设永久分缝，坝体上游迎水缝面均设一道铜止水，止水离缝面1.5m，下游设一道斜止水，止水距下游混凝土结构表面1.5m，上游止水至坝顶，下游止水高出相应的校核洪水位1m。选取坝高最大的典型剖面分别计算坝体沿坝基面的稳定和应力、沿缓倾角节理面稳定。计算工况为：①基本组合(正常蓄水位情况)上游正常蓄水位54m，下游无水。荷载组合：自重+上、下游静水压力+扬压力+淤沙压力+浪压力+坝顶桥上活荷载②偶然组合(校核洪水情况)上游水位57.37m，下游水位41.21m。荷载组合：自重+上、下游静水压力+弧门启闭力+扬压力+淤沙压力+浪压力+坝顶桥上活荷载+上、下游水重③因坝址区存在缓倾角节理面，勘测统计出共分如下3组，(一)N35°～55°W，SW∠5°～15° (二)N65°～75°E，NW∠5°～12°(三)N60°～80°W，NE∠10°～15°。缓倾角节理的线连通率为30%～40%，面连通率为45%；深槽右侧地带线连通率为30%左右，面连通率30%～35%；其他部位的连通率为15%左右。坝基可能滑动面有沿建基面和浅层缓倾角结构面两种型式。设计保守取①组与②组节理面组合，节理缓倾角10˚，节理发育深度为15m，节理连通率为50%计算混凝土重力坝体沿坝基缓倾角结构面的稳定、应力。混凝土坝体与基岩接触面抗滑稳定采用抗剪断强度公式计算，坝基抗剪断摩擦系数f’R=0.9、抗剪断粘聚力C’R=0.8MPa。缓倾角节理面抗剪断摩擦系数f’R=0.48、抗剪断粘聚力C’R=0.1MPa。计算结果见表5.4.1-4。从表中可见，抗滑稳定安全系数和坝基面垂直应力均满足规范要求。表5.4.1-4混凝土重力坝抗滑稳定及应力计算成果表荷载组合计算情况坝基面垂直应力与稳定计算缓倾角节理面稳定计算应力(MPa)安全系数K′安全系数K′σ上σ下基本组合正常蓄水位0.1730.695.9063.782设计洪水位0.1590.5537.0913.935偶然组合校核洪水位0.0020.8535.9233.765.4.1.5左岸土坝与混凝土坝接头结构设计左岸土坝与混凝土坝间接头分为插入重力式混凝土接头和外裹土坝两部分。插入重力式混凝土接头分4个坝段，从右至左坝段顶部长分别20m、20m、20m、15m，共75m。计算先拟定插入式接头各坝段安全坡比，然后根据整个接头结构设计要求，微调各坝段坡比。再选取坡比最小、填土高度最高的坝左0+070.000桩号剖面验算稳定、应力，最后确定接头的合理坡比。选定后的混凝土接头上游面从坝左0+020.000桩号至坝左0+070.000桩号由垂直坡渐变为1∶0.1的坡，起坡点高程31m至高程56m。接头下游面从坝左0+020.000桩号至坝左0+070.000桩号，下游坡比由1∶0.70渐变为1∶0.50，起坡点高程为51m。坝左0+070.000桩号至坝左0+075.000桩号为插入接头末端，其上游坡比为1∶0.1，下游坡比为1∶0.50，左侧坡比为1∶0.3，起坡点高程分别为 58m、51m、58m。插入式接头外侧下游面为圆锥形的土坝裹头，坡比同土坝下游坡。为避免波能集中，接头上游面土坝部分结构为：以坝左0+070.000桩号与坝轴线交点O为起点，以土坝左端部为轴线，向河床设30o圆锥裹头，坡比同土坝上游侧。30o圆锥裹头后，54m高程以上坡度渐变与坝轴线相交，每隔15o圆锥角处坡度分为：1∶2.899、1∶3.233、1∶3.96、1∶5.600；45m高程与54m高程间，每隔15o圆锥角处坡度分为：1∶2.745、1∶2.713、1∶2.829、1∶3.049；45m高程以下以1∶3.00放坡同基础相交。因地形限制，同时避免坝轴线处接头外裹土坝坡脚延伸太远，在坝右0+000.000处设置顶高为41.5m的挡土墙。接头外裹头土坝填土性状同土坝部分。为防止接触渗漏破坏，土坝与混凝土坝接触面填料采用3m厚粘土。接头采用强度等级为龄期28天C20的混凝土，抗渗标号为W6，抗冻标号F50。混凝土容重24kN/m3。各坝段间设永久分缝，坝体上游迎水缝面均设一道铜止水，止水离缝面1.5m，下游设一道斜止水，止水距下游混凝土结构表面1.5m，上游止水至坝顶，下游止水高出相应的校核洪水位1m。接头各坡比剖面在下列工况的稳定、应力计算成果见表6.4.1.5。计算工况为：①基本组合(正常蓄水位情况)上游正常蓄水位54m，下游无水。荷载组合：自重+静水压力+扬压力+淤沙压力+上游静止土压力+下游静止土压力+上游土重+下游土重+上游水重②偶然组合(校核洪水情况)上游水位58.80m，下游水位42.02m。荷载组合：自重+静水压力+弧门启闭力+扬压力+淤沙压力+浪压力+上游静止土压力+下游静止土压力+上游土重+下游土重+上游水重+下游水重坝基岩石与接头混凝土接触面抗滑稳定采用抗剪断强度同非溢流坝。计算结果见表5.4.1-5。 表5.4.1-5插入式接头抗滑稳定、应力计算应力计算成果表计算工况正常蓄水位校核洪水位计算项目应力(MPa)抗滑稳定抗力函数作用效应函数应力(MPa)抗滑稳定抗力函数作用效应函数计算位置坝踵坝趾kNkN坝踵坝趾kNkN坝左0+020.0000.1237.6426025-33720.00697.6195809-4062坝左0+040.0000.0697.2727046-2903-0.0457.3689946-3591坝左0+055.0000.0927.0988269-2233-0.05247.0538114-2921坝左0+070.0000.2666..4728800-9660.0856.8811012116055.4.1.6河床溢流坝结构设计溢流坝段布置在右侧河床，从右至左依次分为：同右岸非溢流坝连在一起右边坝段、11个中坝段、靠近左侧厂房的左边坝段，各坝段长分别为：右边坝段长12m，中坝段长21m，左边坝段长13.5m，总溢流坝段长256.5m，共13个坝段。溢流坝段顺水流长35m。伸缩缝布置在孔口中央，最大坝高34m。溢流堰为WES实用堰，堰顶高程37.5m。上游面铅直，堰顶上游为三圆弧曲线，以堰顶为坐标原点的下游堰面曲线方程为Y=0.05004X1.85，延长至桩号坝0+024.497m，下接1∶1.2的直线段，右六孔溢流堰从桩号坝0+027.744接反弧半径为R10的消力戽，戽圆心角为84.806o。左侧六孔接消力池，从桩号坝0+031.985接反弧半径R12的反弧，反弧圆心角为39.806o。反弧后为2.33m水平段接消力池。溢流堰顺水流方向长42m。堰内设灌浆、排水及交通廊道，廊道宽2.5m，高3m，呈城门洞型，廊道中心距上游坝面4.25m，距基岩3m。溢流堰上设预应力闸墩，墩头为半圆型，墩尾部为倒圆角矩形，圆角半径0.5m。溢流堰上设弧型工作门和平板叠梁检修门，分别采用液压启闭机和门式启闭机起吊。考虑坝顶交通和检修要求，坝顶分别布置了公路桥和工作桥，公路桥位于坝顶上游侧，桥面宽4.5m，坝顶工作桥位于下游侧，桥面宽2.0m。溢流堰闸墩为半圆型，尾部为倒圆角矩形，圆角半径0.5m。坝体混凝土材料分区为：高程26.5m至建基面范围，上游3m范围防渗体、廊道周边1m范围、溢流堰面和反弧段采用强度等级为龄期28天C20的混凝土，抗渗标号为W6，抗冻标号F50；高程26.5m至高程33.5m ，顶部桩号为坝0+009.50至坝0+016.50，底部桩号为坝0+009.50至坝0+024.90范围内采用强度等级为龄期28天C10的混凝土，抗渗标号为W2的混凝土，溢流坝闸墩为龄期28天C35的混凝土，抗渗标号为W6，抗冻标号F50；采用混凝土容重24kN/m3。各坝段间设永久分缝，整个溢流坝缝面均设一道铜止水，止水离缝面1.0m，铜止水插入上、下游基岩深0.30m。溢流坝典型剖面在下列工况的稳定、应力计算成果见表5.4.1.6。计算工况为：①基本组合(正常蓄水位情况)上游正常蓄水位54m，下游无水。荷载组合：自重+上、下游静水压力+扬压力+淤沙压力+上、下游水重②偶然组合(校核洪水情况)上游水位57.37m，下游水位41.21m。荷载组合：自重+上、下游静水压力+扬压力+淤沙压力+上、下游水重溢流坝坝基岩石与接头混凝土接触面抗滑稳定采用抗剪断强度同非溢流坝。计算结果见表5.4.1-6。表5.4.1-6溢流坝典型剖面抗滑稳定、应力计算应力计算成果表计算项目计算工况应力与稳定计算缓倾角节理面稳定计算应力(MPa)抗剪断安全系数抗剪断安全系数坝踵坝趾正常蓄水位0.0240.6316.8193.655设计洪水位0.3080.39612.513.796校核洪水位0.2870.41711.8113.956总体计算结果显示：设计的结构满足规程、规范要求。5.4.1.7厂房坝段结构设计厂房坝段既是挡水建筑物又是发电厂房的一部分。其结构设计见“5.6节发电厂房”。5.4.2基础处理5.4.2.1坝基开挖坝址河床宽约330m ，河床基岩裸露，为花岗片麻岩，较新鲜完整，岩石密度大部份在27kN/m3以上，饱和吸水率小于0.5%，饱和单轴抗压强度在44.07MPa～125.36MPa，饱和静弹性模量在26.71GPa～44.75GPa。基岩高程大致为27m左右，经洪水冲刷剥蚀，表面起伏不平，清除突起点和风化层后，建基面高程为25m。后接消力池的溢流坝段，由于消力池池深的要求，溢流坝坝趾处实际开挖到消力池开挖高程21.3m；后接消力戽的溢流坝段，因消力戽要求，溢流坝坝趾处实际开挖高程为24.0m；左岸混凝土重力坝段坝基开挖至强风化下限基岩，上下游开挖边坡1∶1。右岸混凝土重力坝段坝基开挖至强风化下限基岩。对于F10与F4断层交汇破碎带，挖除破碎风化带、回填混凝土。土坝坝基一般只清除表面上覆腐质土1m，对树林和橡胶林带，挖除2m厚覆土，开挖后的土坝坝基，用振动碾碾压2～4遍。5.4.2.2固结灌浆坝区缓倾角结构面较发育，①、②组主要为节理，分布于坝址右岸河边及河床深槽右侧，近地表有泥膜充填。发育深度达30m，发育强度随深度减弱。③组规模较大，主要呈裂隙产出，出露在河床坝线下游40～80m处。为提高基础岩石的整体性，对建筑物基础普遍进行固结灌浆，孔排距均为3m，孔深3m。断层和破碎带附近，视情况适当加密加深。固结灌浆孔布置见图“昌戈-水工-08”。.5.4.2.3坝基防渗和排水因该工程最大坝高34m，为低坝，且河床基岩岩性较完整，坝基防渗采用水泥灌浆防渗帷幕。帷幕伸入到相对隔水层的(ω=0.05L/(min·m·m))顶板线以下约3m。帷幕孔设为1排，孔距为2m。河床局部深槽及右岸F10和F4断层交汇带，帷幕孔孔距加密至1.5m，孔深加深达30m左右。帷幕下游设l排排水孔，孔距3m。孔深为该处帷幕孔深的0.7倍。帷幕布置详见图“昌戈-水工-08”。5.4.2.4断层处理地质勘探工作成果显示：对坝基强度和渗透性有影响的断层主要有F9、F4和F10三条断层。F9破碎带宽为1～1.5m，但胶结良好。F9形成深槽宽约22m，深2～3m，坝轴线下游22m处局部范围深槽中覆盖8m左右的砂卵石，一般只有0.5m淤泥沉积。处理方法为：挖除覆盖层，清理岩石表面破碎带和局部凹凸点，缝表面采用混凝土塞再在缝两侧设置固结灌浆。右岸F4和F10两断层上盘岩石风化破碎，形成宽约50m，深10～18m的风化深槽，用开挖和灌浆的方法处理。 5.4.2.5边坡稳定分析和处理因该坝址位于XX峡谷出口，地势开阔，相对平缓，挡水坝段上、下游开挖边坡都不高，不存在高边坡。处理方法为：将边坡开挖成永久边坡，坝下游岩质边坡表面喷混凝土保护，土质边坡采用草皮护坡。5.5泄水建筑物XX坝水利水电二期工程XX枢纽因气候因素，雨季强热带风暴产生的暴雨强度大、历时长、笼罩面广、洪量集中，历史最大洪峰流量达25400m3/s，实测最大洪峰流量达23200m3/s，1d最大洪量15.50亿m3，洪水集中，且其上游的XX坝水库虽为多年调节水库，但经水能计算(利用长系列水文资料进行计算)得出：平均2年一次水库蓄至正常水位140m，所以XX坝水库对其上游洪水的拦蓄作用有限。2000年一遇洪水时，其削峰量仅占洪峰流量的9%左右，绝大部分洪水仍渲泄入XX水库。XX水库库容1.48亿m3，调节库容仅0.36亿m3，为日调节水库，调节性能较差，除渲泄XX坝水库调蓄后的泄量外，加上XX坝与XX的区间洪水，100年一遇洪水流量为24800m3/s，2000年一遇洪水流量为41500m3/s，其下泄流量仍然很大，需布置具有渲泄大洪水能力的泄水建筑物。因近坝库区内无垭口等有利地形，且泄水建筑物的方案比较主要是根据投资最省的原则确定溢洪道的孔口数量，溢洪道的堰顶高程和消能型式。且根据本工程的工程布置、单宽流量、水流流态、消能防冲措施及施工工期等综合分析比较，在河床中部布置溢流坝段较为合适。5.5.1溢洪道孔口个数及堰顶高程比较根据水文地质、工程地质和河床地形条件，在确定溢洪道孔口个数和堰顶高程时，应遵循以下原则：(1)尽可能使溢流坝段和厂房布置在河床，在具备足够的泄流能力的基础上减小泄水单宽流量，以减少消能建筑物和厂房开挖量，同时应使下泄洪水平顺归槽于下游主河道，不致在尾水渠产生回流而影响发电，避免对两岸岸坡产生严重冲刷。(2)20年一遇洪水坝前不超高，以减小库区淹没。(3)整个枢纽综合投资最省；根据以上原则，结合XX枢纽前期工作基础，拟定孔口个数为12、13和14孔，堰顶高程皆为37.5m，孔口宽度为17m 进行经济比较，综合比较结果：以12孔最为经济。然后取孔口为12孔，综合比较37.0、37.5、38.0三个不同的堰项高程方案，以高程37.5m为最经济。对配套采用XX坝闸门尺寸16m×14m(宽×高)，堰顶高程拟定为39.0m，孔口个数为15、16孔进行经济比较，比较成果见表5.5.1-1第三部份。比较结果显示：采用该组闸门的造价，均比12孔，闸门尺寸为17.0m×16.5m，堰顶高程37.5m的方案，要增加造价275～413万元。从表5.5.1-1可以看出：(1)因金属结构设备、安装费用的上调，用减少孔口个数、适当增加坝高的方案可节省工程投资。(2)当孔口数一定时，降低堰顶高程、增加金属结构、降低坝顶高程的方案比抬高堰顶高程、减小金属结构、增高坝顶高程的方案要增加投资，但随着堰顶高程的抬至一定范围，坝顶高程增加，坝顶长度随地形变化较大幅度增加，土建投资增加趋势大于金属结构投资减低趋势。(3)采用XX坝电站的溢流坝的孔口闸门尺寸，因溢流前沿宽度将厂房推向左岸，相应增加了土建和金属结构工程量，同时消能工的工程量减小甚微，不经济。(4)溢流坝段长度为270m左右时，整个枢纽布置显得较为协调，水力学条件较好。表5.5.1-1溢洪道孔口尺寸、堰顶高程比较表项目孔口个数堰顶高程(m)顶坝高程(m)溢流段长(m)单宽流量(m3/s·m)消力池开挖高程(m)消力池长(m)闸门尺寸宽×高(m×m)尾坎高(m)投资变化(万元)孔口宽度比较1237.556.9256136.08321.37517×16.51.501337.555.5276.5125.61521.97317×16.51.9+3621437.554291116.64222.37117×16.52.3+658堰顶高程比较1237.057.2256136.08321.37517×17.01.5+1201238.058.6256136.08321.37517×16.01.5+56采用大广坝孔口尺寸1539.057.7311.5108.8722.07316×151.8+4131639.055.6332102.062522.47116×152.2+275注：(1)消能型式按底流消能，消力池设计洪水标准为50年一遇洪水，21000m3/s，(2)坎后保护段高程27m；(3)3个方案的投资都是与12孔、堰顶高程37.5m、闸门尺寸17mx16.5m方案的比较增加的值。通过以上综合比较，我们认为孔口数为12孔，闸门尺寸为17.0×16.5m(宽×高)，堰顶高程为37.5m 的布置造价最低，布置协调，最终选定该孔口方案。同时通过整体水工模型试验验证：其布置合理，上、下游水流衔接顺畅，下游迥流对厂房尾水的影响甚小。5.5.2溢流堰5.5.2.1溢流堰体型溢流道采用开敞式溢流堰，共12孔，每孔净宽17m。溢流堰为WES实用堰，上游面铅直，堰上定型设计水头为14m，堰顶上游为三圆弧曲线，R1=8m，R2=3.2m，R3=0.64m，以堰顶为坐标原点的下游堰面曲线方程为Y=0.05004X1.85，延长至桩号坝0+024.494m，下接1:1.2的直线段，从桩号坝0+027.744接反弧半径为R10的反弧，弧的圆心角为84.806o。左侧六孔接消力池，从桩号坝0+031.988接反弧半径R12的反弧，反弧后，反弧圆心角为39.806o。反弧后为2.33m水平段接消力池。5.5.2.2堰面曲线计算根据DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》，开敞式溢流堰堰面曲线拟定如下：1)定型设计水头Hd溢流堰上游堰高13.50m，而堰上最大水头为19.45m，最大水头Hmax与上游堰高比值为1.44，高堰与定性设计水头值应小于1.33，故取定性设计水头Hd=0.75xHmax，约14.59m，选定定性设计水头值15m。2)堰面幂曲线因上游面铅直，开敞式溢流面顶点下游幂曲线y=xn/(k.Hd(n-1))中k取2，n为1.85，计算得出堰面幂曲线方程为：y=0.05004x1.853)三段圆弧幂曲线因上游面铅直，堰顶上游段堰面曲线的圆弧半径和距堰顶水平长见表5.5.2-1。表5.5.2-1堰顶上游三段圆弧曲线计算定型设计水头Hd(m)圆弧1(m)圆弧2(m)圆弧3(m)半径堰顶水平长半径堰顶水平长半径堰顶水平长R1B1R2B2R3B31682.83.24.420.644.514)溢流堰反弧半径及消力戽唇高的确定根据洪量大小，消能工分别采用六孔底流消能和五孔戽流消能。底流消能的反弧半径R按下列公式进行计算：R=10x/3.28 X=(3.28v+21H+16)/(11.8H+64)式中：H—不计行近流速的坝前水头，mV—坝址处流速，m/s通过计算得出：反弧半径为12m，中心角为39.806o。根据坝体结构稳定和强度要求，幂曲线和反弧段之间直线坡度为1∶1.2。根据计算：戽斗反弧半径为12m，戽底高程略低于河床面，高程为26.5m，戽唇高度为2.929m，高程为29.429m。5.5.2.3溢流堰泄流能力计算根据本阶段暂定的泄水建筑物布置型式，按DL/T5166—2002《溢洪道设计规范》计算溢流堰的理论泄流能力。计算公式如下：Q—流量，m3/s；B—溢流堰总净宽，mH—堰上水头，mg—重力加速度，m—流量系数，c—上游面坡度影响修正系数，当上游面为铅直时，c=1.0ε—收缩系数σs—淹没系数。按12孔全开，不计发电流量，溢流堰的泄流能力见表5.5.2-2。表5.5.2-2溢流堰泄流曲线上游水位(m)4547495153555759下泄流量(m3/s)7617112501542420092251243046336010416905.5.3消能型式5.5.3.1消能型式的确定本工程消能工设计洪水标准为五十年一遇，其最大下泄单宽流量为102.94m3/s，相应的下游水位为37.50m，较下游河床面高10.5m；实测最小的常遇洪水单宽流量为34.84m3/s，相应的下游水位为32.8m，较下游河床面高5.8m ；不同频率洪水下游水位波动较大，无法利用面流消能工消能；同时因溢流堰堰顶高程较低，更无法采用挑流消能，能采用的消能型式只有底流消能和戽流消能。因XX枢纽下游河床宽广，岸坡平缓，且两岸无重要厂矿和城镇，消能型式的选定主要取决于对枢纽建筑物的影响和工程量大小。如全部采用底流消能，其消能工的工程量比戽流消能或底流和戽流相结合的消能方式要大；如全部采用戽流消能，大频率下泄小流量时其下游水位较浅，形成不了戽流，会淘刷坝脚基础而造成建筑物失稳；经水力计算确定：6孔底流消能和6孔戽流消能的组合方式较为适宜，即满足消能要求，又节省了工程量。综合分析比较，确定该工程的消能型式为：6孔底流和6孔戽流相结合的消能方式，小于10年一遇的常遇洪水采用底流消能，大于10年以上的洪水采用底流和戽流相结合的消能方式。5.5.3.2消力池结构设计根据水文资料，分别计算消力池在P=2%、P=5%、P=10%、P=20%及小流量六种不同频率下泄洪水情况下的水力计算，计算成果见表5.5.3-1：设计消力池池长66m，宽122m，池深6.50m，底板高程22.50m，消力池护坦厚1.20m。尾坎为连续式，坎顶高程29m。池底设纵横向排水沟，护坦用深6m的锚筋锚固于地基。消力坎后设厚1m、长18.50m混凝土保护段。5.5.3.3消力戽结构设计根据水文资料，分别计算消力池在P=10%、P=5%、P=2%、P=1%、P=0.5%、P=0.2%六种不同频率下泄洪水情况下的水力计算，计算成果见表5.5.3-2：六孔消力戽戽唇高度2.929m，戽底高程26.5m，反弧半径为10m，挑角为45o。消力戽后接1m厚15m长的混凝土保护段。表5.5.3-1消力池水力计算成果表洪水频率P(%)251020小流量小流量参数11孔全开11孔全开左6孔全开左6孔全开左6孔全开左6孔全开上游水位(m)545454545454下游水位(m)37.6136.1234.7833.4032.5431.22入库流量(m3/s)210001600012300880067003700相应下泄流量(m3/s)210001600012300880067003700水跃形式判定颤动水跃颤动水跃颤动水跃颤动水跃稳定水跃稳定水跃 水流衔接状态判别淹没水跃淹没水跃淹没水跃淹没水跃淹没水跃淹没水跃水跃长度(m)95.4491.6695.8091.8185.9670.73池长(m)66.8164.1667.0664.2760.1749.51表5.5.3-2消力戽水力计算成果表洪水频率P(%)0.050.10.20.5125参数12孔全开12孔全开11孔全开11孔全开11孔全开11孔全开11孔全开上游水位(m)58.857.3756.9555.20545454下游水位(m)42.0241.2140.3639.4538.5037.6136.12入库流量(m3/s)415003760033800286002480088006700相应下泄流量(m3/s)411003700032900248002480088006700Fr1.98042.0512.0682.16372.30952.62233.1579戽流衔接状态判别射流射流淹没戽流淹没戽流淹没戽流淹没戽流淹没戽流冲坑最深深度(m)24.02923.19825.722.7820.4318.2415.31戽端至冲坑最深处水平距离(m)134.76124.54122.139109.9398.8987.5171.735.5.4水工模型试验5.5.4.1水工模型试验为验证泄水建筑物的过水能力、消能建筑物的消能效果、溢流堰体型的合理性、枢纽布置的合理性及下游水流流态，进行溢流堰断面模型和整体动床水工模型水力学试验。断面模型的比例尺为1∶42，整体模型的比例为1∶100。(1)断面模型试验试验测出溢流堰泄量大于设计泄量3.6%，见表5.5.4-1，泄流能力满足设计要求。各特征水位情况下，堰面压强值均满足规范要求，不会引起空蚀，堰面曲线合理。消力尾坎由连续式改为差动式后消能效果较好。下阶段将进一步优化消能工体型，提高消能效果。表5.5.4-1各频率洪水调洪计算及试验成果表频率上游水位(m)最大下泄流量(m3/s)试验下泄流量(m3/s)下游水位(m)计算值试验值50年一遇洪水(ρ=2%)54.0051.3210002288237.40100年一遇洪水(ρ=1%)54.0052.43248002581737.61 500年一遇洪水(ρ=0.2%)56.4555.85329003493540.361000年一遇洪水(ρ=0.1%)57.3756.95370003815441.202000年一遇洪水(ρ=0.05%)58.8057.5041100428042.02(2)整体水工模型试验12孔溢洪道整体水工模型试验成果显示：不拆除原来的滚水坝，泄流能力基本满足要求；拆除原来的滚水坝后，泄流能力完全满足设计要求，洪水频率1%以上泄洪时，溢洪道泄流能力较理论大5%以上，详见表5.5.4-2。表5.5.4-2整体模型试验泄流能力设计值与试验值对比表洪水频率P(%)库水位(m)设计下泄流量(m3/s)试验值(m3/s)差值百分比(%)未拆除滚水坝拆除滚水坝0.0558.624110042956440184.5167.100.157.223700037800388992.165.13154.024800268008.0613.79254.021002290240199.0414.38注：试验值含行进流速值，计算值未考虑行进流速。P=0.1%、P=0.2%、P=0.5%、P=1%、P=10%各种设计工况下，消力池内均能形成较完整的水跃流态，淹没系数较高，但消力池内流速衰减较慢，出池流速仍较大，消力池内消能效果欠佳。消力池内水面波动较大，跃后水面壅高，消力池水位与下游河道水位落差较大，P=0.2%时，消力池内最大水面高程46.83m，较下游河床水面高出6.3m。池内水流在消力池坎后形成急流，并因较大水面跌落，在桩号0+140.000m附近形成卧轴漩滚，发生二次水跃，跃后水流在下游河道又形成较大的表面波浪。二次水跃在桩号坝0+152.30m处形成的最大冲坑深度7.84m，位于桩号坝距护坦未端冲坑上游坡度1∶2.6，比重力坝设计规范值1∶2.5稍缓，冲坑不会危及主体建筑物的安全；试验验证渲泄P=10%以上频率洪水时，消力池经左导墙向电站尾水侧翻水。电厂尾水处水面波动值不大，实测洪水频率P=2%时，电厂尾水波动值为0.57m。整个消力池出池水流分布均匀。 渲泄洪水频率大于P=10%洪水时，需开启溢洪道右侧6孔闸门利用消力戽消能，试验显示：宣泄洪水频率P=10%～P=5%洪水时间，均匀局开右侧6孔，戽内有不稳定表面漩滚，出现挑流和临界戽流；在洪水频率P=5%～P=2%间，均匀局开右侧6孔，出现附着戽流，戽内无表面漩滚，水舌下有弱漩滚，戽坎后形成涌浪，浪后形成水跃；大于P=2%洪水时，右侧6孔全开，过坝水流并非以戽流流态与下游相衔接，戽坎出流基本呈平射流态，戽坎后未形成涌浪，与下游水面直接呈水跃衔接，由于戽坎出流水舌下潜，对戽坎后河床基础带来不利影响。P=2%洪水泄洪时(右5孔局开8m)，护坦后(护坦未端桩号坝0+56.500m)最大冲坑深度14.15m，位于桩号坝0+103.000m处，距护坦未端冲坑上游坡度1∶3.3；P=0.2%洪水泄洪时(右6孔全开)，最大冲坑深度15.14m，位于桩号坝0+108.000m处，距护坦未端冲坑上游坡度1∶3.4，均比重力坝设计规范值1∶2.5缓，冲坑不会危及主体建筑物的安全；各种设计工况下，下泄水流主流位于河道中部，基本顺应河势，主流区河段表面波浪较大且表面流速大于底部，两岸边为回流区，流速较小，由于下游河道无重要建筑物，且左、右岸抗冲流速达到5m/s，因此下泄水流不会对两岸造成大的危害。下游河道冲刷成果见表5.5.4-3。表5.5.4-3各频率洪水调洪下游河道冲刷成果表工况频率P(%)泄量Q(m3/s)位置坝右桩号(m)坝下桩号(m)最低点高程(m)深度(m)12孔弧门全开0.233001消力池后0+254.3000+152.30019.677.33消力戽后0+317.3000+108.00011.8615.14125152消力池后0+191.3000+141.30022.654.35消力戽后0+308.8000+101.00011.9315.07左6孔全开右6孔局开221324消力池后0+191.3000+153.30021.815.19消力戽后0+380.3000+103.00012.8514.15516595消力池后0+191.3000+149.30020.876.13消力戽后0+359.3000+086.00020.556.45左6孔全开1013902消力池后0+191.3000+152.30019.167.84消力戽后————以上水工整体模型试验结果表明：消能工布置是可行的，但消能工体型，特别是右6孔(消力戽)需进一步优化，以达到减少工程量和改善消能防冲效果的目的。消能工优化工作正在进行，且已出初期成果。5.5.5泄水建筑物结构布置 通过泄水建筑物结构计算、水力计算及水工模型试验验证，根据泄水建筑物布置原则和要求，考虑闸门的推力大小和国内制造水平，选定泄水建筑物为11孔溢流表孔，布置在右侧河床。单孔净宽17.00m，底宽35.00m。溢流堰为WES实用堰，堰顶高程37.5m，属低堰。上游面铅直，堰上游定型水头15.00m，堰顶上游为三圆弧曲线，R1=8.00m，R2=3.20m，R3=0.64m，以堰顶为坐标原点的下游堰面曲线方程为Y=0.05004X1.85，延长至桩号坝0+024.497m，下接1∶1.2的直线段，左6孔溢流堰从桩号坝0+031.985接反弧半径为R12的反弧至桩号坝0+039.667，弧的圆心角为39.806o，再平延至坝0+042.00接消力池。右6孔溢流堰从桩号坝0+027.744接反弧半径为R10的反弧，弧的圆心角为39.806o，反弧后为45o圆弧，反弧和圆弧组成消力戽。溢流堰上设预应力闸墩，中墩厚4m，左边墩厚5.0m，右边墩厚3.5m，同右岸非溢流坝连在一起。墩头为半圆型，墩尾除右第六中墩需同中隔导墙相接为矩形外，其它中墩墩尾部为倒圆角矩形，圆角半径0.5m。溢流堰上设弧型工作门和平板叠梁检修门，叠梁检修门直接锁定于孔口上，不另设门库。分别采用液压启闭机和门式启闭机起吊。预应力闸墩每侧设5层共2列扇形预应力锚束，单束长21m，设计吨位3452KN。考虑坝顶交通和检修要求，坝顶分别布置了公路桥和工作桥，公路桥位于坝顶上游侧，桥面宽4.5m，坝顶工作桥位于下游侧，桥面宽2.0m。溢流堰闸墩为半圆型，尾部为倒圆角矩形，圆角半径0.5m。根据消能水力计算成果，利用中导墙(初期纵向围堰)作为右侧6孔消力戽和左侧6孔消力池的分隔墙，小于10年一遇的常遇洪水(Q=12300m3/s)采用底流消能，大于10年以上洪水至50年设计标准洪水采用底流和戽流相结合的消能方式。经水力计算和水工模型试验确定：消力池池长66m，宽122m，池深6.50m，底板高程22.50m，消力池护坦厚1.20m。尾坎为连续式，坎顶高程29m。池底设纵横向排水沟，排水沟依缝布设，横向间距21m，纵向间距15m，沟内打Φ76mm，孔深3m的排水孔，孔距3m，消力池尾坎和边导墙内设1mx1.5m的自排水廊道，以备检修时抽排。护坦用深6m的Φ32锚筋锚固于地基，锚筋间、排距各为1.50m。消力坎后设厚1m、长18.50m混凝土海漫。6孔消力戽戽唇高度2.429m，戽底高程26m，反弧半径为10m，挑角为45o。消力戽后接1m厚15m长的混凝土保护段。 5.6发电厂房5.6.1方案比较XX坝水利水电二期XX枢纽厂房为河床式，按DL5021-93《水利水电工程初步设计报告编制规程》要求，初步设计阶段进行了枢纽布置(左、右岸厂房布置)方案比较、机组机型(轴流式、贯流式)方案比较、机组台数(3台、2台)方案比较、开关站型式方案比较及安装场布置方案选择比较。其中枢纽布置方案比较详见本篇前述章节，机组机型、机组台数、开关站型式方案比较详见“6水力机械、电工、金属结构及采暖通风”篇相关章节。经技术经济比较，选择左岸厂房布置，机组型式采用轴流式，机组台数2台，单机容量40MW。电站下游设计洪水位(P=1%)为38.50m、校核洪水位(P=0.1%)41.21m，均高于发电机层高程(34.40m),室外地面高程为34.30m，厂区防洪墙较高。为此，进行了安装场高程比较：方案1：安装场与发电机层同高，均为34.40m，厂区回车场高程34.30m，开关站高程34.40m。下游设置防洪墙，防洪墙顶部高程42.00m与低干渠尾水平台相连，形成封闭防洪体系。根据地质揭露情况，安装场底部设一层框架;主变压器场基础厚度不超过2.0m，底部可直接布置油池等。方案2：抬高安装场布置方案，高程与尾水平台同高，为42.00m,厂区回车场高程41.90m，开关站高程42.00m。场地采用回填土压实，并做防渗处理。开关站右侧仍为混凝土防洪墙，下游面混凝土护坡与低干渠尾水平台相连，形成封闭防洪体系。安装场抬高后，其底部增加7.60m架空层，主厂房上部排架结构升高7.60m。两个方案的工程量、投资及技术比较见表5.6.1-1。表5.6.1-1安装场布置方案比较表项目方案1方案2布置发电机层与安装场同高，检修、运行方便，利于低干渠厂区的布置；下游防洪墙长，厂区积水需抽排。厂区防洪问题基本解决；厂区回填土石方防渗需处理；运行设备长期运行维护方便设备长期运行维护不便回填土石方m32535777334 工程量防洪墙砼m352862876主变砼m316324236主厂房砼m327003982可比土建投资万元391548方案1投资较省，比方案2少157万元，且运行管理方便，故推荐采用方案1，即安装场高程同发电机层方案5.6.2厂区布置XX坝水利水电二期XX枢纽选定的总体布置方案为左岸厂房方案，即河床中央布置溢流坝，左侧布置电站厂房。电站最大水头27.10m，最小水头18.20m，额定水头22.50m。电站安装2台ZZ500-LH-515型轴流转浆式水轮发电机组，单机容量40MW，总装机容量80MW，单机额定流量205.72m3/s，水轮机转轮直径5.15m，安装高程23.40m，机组中心线距坝轴线32.00m。厂区主要建筑物有进水口段、主厂房、下游副厂房、中控楼、尾水渠、尾水防洪墙、主变压器场、开关站、进厂公路等。厂区建筑物布置在左岸，与溢流坝段分缝线桩号为坝右0+177.80m(厂右0+041.40m)。主机段紧邻溢流坝段左侧布置，上游为进水口，中间为主厂房，下游为下游副厂房。主机段左侧岸坡布置安装场及上游挡水坝段。主变压器场布置于安装间下游，开关站布置于主变场下游，为敞开式。进厂公路沿左岸挡水坝下游坡角布置，左端出口与上坝公路相连，右端与回车场相接。回车场布置在安装间左侧。5.6.3主厂房布置主厂房垂直水流方向长74.80m，其中主机段长41.40m，根据机电布置及水工结构要求，机组间距为19.20m，一机一缝，①机组段长22.20m，②机组段长19.20m，安装间长33.40m。主厂房内设1台2750kN/30kN单小车桥式起重机，吊车跨度17.50m。主机间尺寸41.40m×17.60m×44.51m(长×净宽×高)，建基面高程7.89m，屋盖底部高程50.40m。机组安装高程23.40m，从上至下分别为发电机层、母线层、水轮机层。发电机层楼面高程34.40m，第Ⅰ象限布置油压装置和调速器，下游侧布置机旁盘。①机第Ⅳ象限布置楼梯，可下至水轮机层；②机第Ⅳ象限布置1个2.50m×3.00m(长×宽)的吊物孔。母线层楼面高程30.40m，第Ⅱ象限布置有发电机中性点装置，第Ⅳ 象限布置电气共箱母线和励磁变。与发电机层对应位置布置楼梯、吊物孔。水轮机层地面高程26.40m，上游侧布置蜗壳盘型阀操作机构及辅助设备，第Ⅲ象限布置有水车室进人廊道。尾水管底部高程9.89m。在尾水肘管上游侧、距离机组纵轴线5.60m、高程12.00m处布置1.60m×2.00m(宽×高)渗漏排水廊道。在尾水管底部、距离机组纵轴线12.10m下游、高程6.10m处布置1.60m×2.00m(宽×高)检修排水廊道。每台机布置1.50m×1.80m(宽×高)尾水锥管进人廊道,廊道地面高程17.00m，检修排水廊道进人孔布置于①机尾水锥管进人廊道内。安装间尺寸33.40m×17.60m×24.80m(长×净宽×高)，分两层。安装场层楼面高程34.40m，布置转子、转轮、上机架等水轮发电机设备安装、检修场地及渗漏、检修集水井水泵吊物孔，在下游侧布置1个2.50m×3.00m(长×宽)的吊物孔。下部为一层框架结构，底层地面高程28.60m，布置渗漏及检修集水井水泵、绝缘油库、空压机室、油处理室及转子支墩等。泵房下部布置有渗漏集水井和检修集水井。渗漏集水井位于上游，井底高程为7.20m，尺寸为2.80m×6.00m(长×宽)；检修集水井位于下游，井底高程为4.50m，尺寸为2.80m×5.50m(长×宽)。安装间下游侧布置厂区集水井消防、排水泵房，其中泵房楼面高程为34.40m，集水井在泵房下布置，其尺寸为10.65m×9.00m×4.80(长×宽×深)。主厂房顺水流方向长57.35m，其中主机间宽19.40m(包括下游排架柱)。顺水流依次布置进水口段、上游挡水墙、主机间、尾水管、下游挡水墙和尾水闸墩。进水口段长22.20m(至主机间上游边)，进水口底板高程30.00m，在坝0+004.250m、高程17.50m处布置帷幕灌浆廊道，廊道尺寸为2.50m×3.00m(宽×高)。进水口为两孔，中墩宽度2.09m。进水口段顺水流方向依次布置有拦污栅导槽、拦污栅(检修闸门)、事故闸门。检修闸门孔口尺寸5.70×18.00m(宽×高)，事故闸门孔口尺寸5.70m×11.00m(宽×高)，检修闸门与事故闸门之间设有胸墙，厚度4.60m,在胸墙上布置检修门库，门库宽2.60m，深9.50m。事故闸门后为主厂房上游挡水墙，厚度6.40m，在接近顶部处设有φ600通气孔。进水口段顶部顺水流方向长25.30m，上游侧布置4.5m宽的公路桥。下游侧布置16m跨坝顶门机1台。尾水管长27.35m，出口为两孔，中墩宽度2.00m，出口处布置尾水检修闸门，孔口尺寸为5.82m×6.76m(宽×高)。尾水平台高程41.00m，顺水流方向长8.55m，布置5m跨尾水门机1台。尾水挡墙由于结构需要，上游侧为台阶式，其底部厚5.0 m，顶部厚3.5m。5.6.4中控楼及下游副厂房布置中控楼布置在安装间与其上游挡水坝段(非溢流坝段)之间，平面基本尺寸33.40m×9.60m×21.8m(长×宽×高)，分5层布置。底层地面高程28.60m，层高5.80m，布置工具间、透平油库等；第2层楼面高程34.40m，层高3.90m，布置机械班、电气班、电气试验室、高压试验室等；第3层楼面高程38.30m，层高2.90m，为电缆夹层；第4层楼面高程41.20m，层高5.00m，为中控室；第5层楼面高程46.20m，层高4.20m，布置通信室，计算机监控室和载波机室。两端均设有楼梯间，其中左侧楼梯上至屋面，与上游上坝楼梯相连，可通至坝顶。下游副厂房共分4层，底层地面高程21.60m，层高4.80m，布置蜗壳和尾水锥管进人廊道进口、水力量测设备和消防水泵等；第2层楼面高程26.40m，层高4.00m，布置机组技术供水设备；第3层楼面高程30.40m，层高4.00m，为电缆层；第4层楼面高程34.40m，层高6.10m，布置厂用配电及高压开关柜等；屋面高程40.50m，布置风道出口。下游副厂房在①机右侧墩墙内设有楼梯间，可从高程34.40m下至高程21.60m，高程21.60m在每台机组的右侧设楼梯间至尾水锥管进人孔处。5.6.5主变压器场及开关站主变压器场布置在安装间下游，地面高程34.40m，布置2台主变压器、雨淋阀室、主变油坑及事故油池。事故油池净尺寸为：4.00m×4.00m×2.50(长×宽×深)。主变压器场与安装场之间布置有宽2.00m的母线通道。110kV开关站布置在主变压器场下游，地面高程34.40m，开敞式布置，平面尺寸为40.00m×45.00m，开关站设备可直接用汽车运进站内。开关站左右侧及下游侧均为尾水防洪墙。5.6.6进水渠进水渠底宽41.40m，河床基岩裸露，高程28m，局部清挖后，即可与进水口衔接。进水渠上游原滚水坝(坝面高程35.00m)可作为进水口的拦沙坎。5.6.7尾水渠尾水渠宽41.4m，长约90m。由尾水反坡段、水平段两部分组成。尾水出口底板高程9.89m，以1:4的反坡接入高程27.00m水平段，反坡段长约68.00m，尾水渠右侧为溢流坝段的左端导墙，左侧岩质边坡以锚喷支护作为永久支护。 5.6.8厂房内外交通厂内交通：在主厂房①号机第Ⅳ象限布置上下交通楼梯，从发电机层可直通母线层、水轮机层。在①机下游副厂房右侧墩墙内设楼梯从厂用变室下至水力量测间、在水力量测间向下设专用楼梯及廊道至尾水管锥管进人孔。在安装场下部渗漏集水井内设楼梯至渗漏排水廊道高程，其下通过爬梯至井底面。中控楼左右两侧设有楼梯通往上下各层。通过回车场将主厂房、主变压器、开关站相连通。厂外交通：中控楼左侧楼梯与上游挡水坝后露天楼梯相通，可上至坝顶；下游挡水墙设有台阶，可从厂外高程34.30m通至尾水平台高程42.00m。通过进厂公路与对外公路相连通。5.6.9厂区防洪与厂区排水厂区防洪：厂房为河床式厂房，其上下游侧均有挡水要求。厂房发电机层地面高程为34.40m，100年一遇的洪水时，下游水位为38.50m，1000年一遇的洪水时，下游水位为41.21m，分别高出发电机层楼面4.10m与6.81m。厂房上游利用主机段进水口上游挡水墙及安装间上游的挡水坝挡水，下游需设防洪挡水墙挡水，挡水墙顶部高程定为42.00m。厂房下游尾水闸墩、挡水墙与低干渠尾水闸墩、进场公路下游挡水墙相连，从而使厂区形成封闭的防洪体系。厂区排水：厂内渗水采用排水管、排水沟引至主厂房左侧安装间下部的渗漏集水井内，由水泵排往厂外。厂外雨水排至厂区集水井内，进厂公路排水沟和回车场排水沟与厂区集水井相通，厂区集水汇入集水井后，用水泵抽排至下游。5.6.10厂房整体稳定及地基应力计算河床式电站厂房整体稳定按SL266-2001《水电站厂房设计规范》抗剪断强度公式计算，基本参数和控制标准如下：砼与基岩面之间的抗剪断摩擦系数：f＇=1.10砼与基岩面之间的粘结力：c＇=1.0MPa地基承载力(微风化岩石)：[σ]=13.2MPa抗滑稳定最小安全系数：基本组合K＇≥3.00特殊组合K＇≥2.50抗浮稳定安全系数：Kf≥1.10地基面上所承受的最大法向应力不应超过地基允许承载力(13.2MPa) 地基面上所承受的最小法向应力应大于零厂房整体稳定及地基应力计算共考虑以下5种工况：正常运行工况(2种)、机组检修工况、机组未安装工况和非常运行工况。各工况荷载组合表5.6.10-1：表5.6.10-1荷载组合表荷载组合计算情况上下游水位结构自重永久设备重水重回填土石重静水压力扬压力浪压力泥沙压力土压力冰压力基本组合正常运行1上游正常蓄水位54.00m下游最低水位27.00m∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨正常运行2上游设计洪水位54.00m下游设计尾水位38.50m∨∨∨∨∨∨∨∨∨特殊组合机组检修上游正常蓄水位54.00m下游检修水位27.79m∨∨∨∨∨∨∨∨∨机组未安装上游正常蓄水位54.00m下游正常水位38.50m∨∨∨∨∨∨∨∨∨非常运行上游校核洪水位57.37m下游校核洪水位41.21m∨∨∨∨∨∨∨∨∨计算成果见表5.6.10-2。表5.6.10-2厂房整体稳定及地基应力计算成果表工况K′Kfσ上(MPa)σ下(MPa)左右左右正常运行18.22.30.220.210.420.41正常运行210.91.60.030.020.420.41机组检修8.22.20.160.160.410.41机组未安装8.12.10.140.140.380.38非常运行9.21.40.000.040.300.30注：σ上——上游法向应力，σ下——下游法向应力，从表中计算结果可知，厂房整体抗滑、抗浮稳定及地基应力均能满足规范要求。 5.6.11厂房地基处理厂房布置于左岸河床，基岩出露高程27～30m。覆盖层为现代河流冲积(Q42al)：砂、卵砾石。下伏基岩为前震旦系抱板群(Ptb)：以黑云斜长片麻岩为主，混合岩化花岗岩次之，夹基性、酸性岩脉。弱风化带底板高程24～25m。厂房地基岩石新鲜较完整。发育的断层主要有F6，产状N70°W、NE∠42°，破碎带宽度20～40cm，胶结较好。区内节理裂隙发育，局部密集成带。缓倾角节理亦较发育，但延伸长度不大。厂房主机段建基面高程7.89m，位于微风化岩体上，岩石坚硬，强度高；安装间段基础位于弱风化岩体上。厂房地基处理主要针对断层破碎带、软弱夹层等不利地质构造，考虑开挖爆破对地基的影响，局部进行固结灌浆处理，提高岩体的强度。根据不同部位的具体地质条件采用不同的孔深，固结灌浆孔孔径56mm，间、排距均为3.00m，孔深5.00m～8.00m。5.7低干渠渠首建筑物本工程灌溉渠道有左岸低干渠、左岸中干渠与右岸XX干渠三条，其中右岸XX干渠与左岸中干渠的渠首建筑物合并，各灌渠规模见表5.7。表5.7灌溉渠道规模表位置及名称灌溉引用流量(m3/s)坝前水位(m)渠首水面高程(m)装机容量(kW)设计加大左岸低干渠13.5015.5054～4835.002000左岸中干渠25.0030.0054～4847.00右岸XX干渠15.5018.0054～4847.005.7.1低干渠渠首建筑物低干渠渠首建筑物包括：坝式进水口、引水管道、灌溉管、出口闸门室、发电厂房、尾水渠等部分。5.7.1.1设计洪水标准及建筑物级别 低干渠渠首建筑物设计标准按进水口部分及电站部分分别采用。坝式进水口布置在混凝土重力坝段，设计标准同大坝，为2级建筑物，设计洪水标准采用100年一遇，校核洪水标准采用1000年一遇；厂房部份按电站装机容量确定，根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SL252-2000，属3级建筑物，厂房设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准采用200年一遇；灌溉渠道相接之尾水部分设计标准同低干渠渠道，按灌溉面积，根据《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99，渠道属4级建筑物，设计洪水标准采用20年一遇。5.7.1.2低干渠渠首建筑物的布置低干渠渠首建筑物在枢纽总布置时考虑的几个因素：(1)低干渠渠道目前已建成，因此渠首建筑物着重考虑了与现渠道的有机衔接，协调布置；(2)渠首具有13～19m的水头，可结合发电尾水进行灌溉，以充分发挥其经济效益。考虑到电站的正常和事故检修时保证低干渠正常供水，需设置专门的灌溉放水管；根据以上因素，综合考虑了地形、地质及XX工程枢纽总布置的情况，低干渠渠首建筑物的总体布置见图昌戈-初设-水工-05。5.7.1.3渠道进水口及引水建筑物低干渠进水口兼有发电与灌溉取水功能。进水口位于河床左岸拐点A右侧的混凝土坝段上，中心桩号为坝右0+024.0m，为坝式进水口。进水口顶部高程58.500m，与混凝土重力坝坝顶高程相同。根据SL285-2003《水利水电工程进水口设计规范》，按戈登公式计算及坝内埋管布置确定进水口底板高程40.000m。进水口总宽度14.0m，伸出上游坝面7.2m，在坝上0-4.5m桩号处设有拦污栅与检修门合用门槽，孔口尺寸为3.0m×5.0m(宽×高)，门槽右侧布置门库，拦污栅最大过栅流速1.2m/s，检修门后设置1孔直径为0.6m的通气孔。进水口后为坝内埋管，首段为3.0m长的渐变段，由2.6m×2.6m的矩形横断面渐变为直径2.6m的圆形，其后接内径2.6m的坝内埋管，管道孔口中心高程为41.300m。坝内埋管由上弯段、斜段、下弯段及下平段组成，立面弯段的转弯半径均为7.5m，不包括上下弯段在内的斜段长度为4.763m，倾角为55°0"28.73"，下平段长度为4.686m，管中心高程为31.000m。坝内埋管全长约26.85m。坝后引水管道为钢筋混凝土管，管内径为2.6m，管壁厚0.3m，管中心高程为31.000m，建基面高程28.600m，管身与建基面之间设置厚0.8m，宽3.8m素混凝土座垫。管道出坝后平面转弯32°，转弯半径8.0m，引水管道轴线方向由此调整为N55°52"11.61"W。在距平面转弯终端17.706m 处分岔引水发电，岔管为非对称Y型，灌溉管与发电主管管径均为2.6m，分岔角为60°，发电主管轴线方向由此调整为S64°7"48.39"W。发电主管在距分岔点6.238m处管径由2.6m渐缩为支管的1.8m，渐缩管长7.0m，①号支管经转弯半径6.0m，角度为60°的平面转弯段沿N55°52"11.61"W方向连接①机蜗壳，从渐缩管末段至厂房上游边墙长11.948m。②号支管从距分岔点9.238m处沿N55°52"11.61"W方向连接②机蜗壳，长度13.641m。距机组中心线5.49m处布置有内径1.8m的蝴蝶阀，引水发电支管采用厚10mm的Q235钢管。引水发电管总长73.21m，经计算不需要设调压室。引水发电系统水头损失包括从进水口至蜗壳进口断面及尾水管末端至下游尾水渠的局部水头损失和沿程水头损失，其中各项局部水头损失系数参照DL/T5058-1996《水电站调压室设计规范》中所列数据取用，沿程水头损失的谢才系数按曼宁公式进行计算，钢筋混凝土的糙率计算中取0.014，钢板的糙率计算中取0.012。引水发电系统水头损失计算按灌溉管不放水情况下的3种工况进行，即①、②机同时运行、①机单独运行、②机单独运行。其计算成果见表5.7.1。表5.7.1引水发电系统水头损失汇总表机组运行台数水头损失表达式水头损失(m)(Q=7.97m3/s时)2台机运行①机1.88506×10-2×Q21.197②机2.38273×10-2×Q21.514①机单机运行9.28468×10-3×Q20.590②机单机运行1.17966×10-2×Q20.749注：表中Q为水轮机单机发电流量(m3/s)，水轮机额定发电流量7.97m3/s。灌溉管总长82.184m，在副厂房上游侧布置长8.0m，宽5.5m的蝶阀室，室内设置蝶阀便于弧门检修。末端为长4.0m的渐变段，横断面由直径2.6m圆形渐变为2.0m×2.3m(宽×高)的矩形，渐变段后设置长10.0m，宽5.0m的闸门室，设弧形闸门控制流量，闸门室底部高程29.70m，该室布置在渠首电站厂房右侧。后接长12.5m，始端宽2.0m，末端宽5.0m，底板高程为29.700m的扩散式尾水池，与发电厂房尾水渠道汇合后通过长10.0m，宽5.0m的过渡连接段(进口处设置顶高程为34.000m的宽顶堰)，及长10.0m的扭面渐变段与干渠断面衔接。5.7.1.4厂房布置 渠首电站为引水式电站，厂房布置在XX电站110kV开关站左侧，厂房位置地势平坦，地面高程37.000m，基岩高程28.500m。主厂房纵轴线方向为S34°8"21.18"W。主厂房进水侧采用1管2机供水方式布置，发电引水支管从主厂房上游侧正交进厂。主厂房上游侧布置有蝶阀室，下游侧为尾水平台，右侧布置有副厂房与主变，左侧为安装间。尾水渠长28.0m，然后向右衔接灌溉渠道。进厂公路与XX电站进厂公路同线，在左侧进入厂房。厂区地面高程34.300m，下游低干渠渠道右侧防洪墙顶高程42.000m，尾水渠左侧防洪堤顶高程42.000m，考虑挡XX电站下游1000年一遇校核洪水位41.210m的要求，可以同时保证XX电站与渠首电站洪水期正常运行。厂区排水采用自流方式，厂内渗水汇集入集水井后采用集排。渠首电站厂房布置见图昌戈-初设-水工、机电-09～12。5.7.1.5厂区建筑物(1)主厂房主机间长18.0m，机组间距7.0m，厂房宽14.6m。厂内安装2台单机容量1000kW的贯流轴伸水轮发电机组，水轮机安装高程31.000m。左侧安装间长8.8m，与主厂房同宽。主机间与安装间之间设有结构缝。主机间为1层，即发电机层，高程30.350m，布置有机旁盘、调速器等。上游右侧端部布置1.2m宽楼梯通往副厂房。尾水管底板高程27.500m，厂房建基面高程为25.500m。主机间左侧是安装间，高程34.400m，进厂大门在安装间左端。设有2.5m宽楼梯通往高程30.350m的安装间底层，该层布置为排水泵房。泵房下部布置有长6.0m，宽2.8m，底部高程25.000m的集水井。主机间下游侧采用钢筋混凝土墙与尾水建筑物结合挡水，混凝土墙上部厚1.5m，下部厚2.0m。厂内设160KN桥式起重机一台，轨顶高程41.400m。主厂房整体稳定及地基应力计算共考虑以下4种工况：正常运行、机组检修、机组未安装和非常运行。计算成果见表5.7.2。表5.7.2厂房稳定应力计算成果工况K"Kfσ上(kPa)σ下(kPa)左右左右正常运行39.412.003.518.0171.8186.3 机组检修39.251.96-0.514.0168.1182.6机组未安装24.221.7117.131.6121.6136.1非常运行17.731.6252.466.978.793.2从表中计算结果可知，厂房抗滑、抗浮稳定及基底应力经初步计算均能满足规范要求。(2)副厂房副厂房布置在紧靠主机间的右侧、灌溉管上部，为3层钢筋混凝土框架结构，室外地面高程34.300m，屋顶高程43.500m，建筑物总高度10.7m。底层为电缆室，高程为32.800m；中间为16.4m×6.0m(长×宽)的配电室，高程35.000m，顶层为12.3m×6.0m的中央控制室，高程39.000m。在建筑物内部各层上游端部沿纵向设2.5m宽的楼梯，可以从主厂房经过蝴蝶阀室通往副厂房各层。(3)蝴蝶阀室蝴蝶阀室位于主机间上游侧，长16.28m，宽5.48m，底部高程29.600m，屋顶高程35.500m，右侧端部布置1.2m宽楼梯通往副厂房。蝴蝶阀中心线距机组中心线5.49m。每台蝶阀屋顶设有一个3.0m×3.5m蝴蝶阀吊孔，在上游室外高程34.300m的平台上采用汽车吊，可满足蝴蝶阀安装和检修的要求。蝴蝶阀室上游与引水管间设结构缝。(4)尾水建筑物尾水平台高程42.000m，长18.0m，宽4.8m，设2.532m×1.824m(宽×高)尾水闸门。尾水渠宽9.532m，出口处底部高程27.500m。后接长8.8m的1:4反坡与水平段高程29.700m连接，并通过平面转弯段与灌溉管尾水池汇合。尾水渠两侧采用混凝土挡墙，渠底用0.4m厚混凝土护底。(5)主变场与配电装置主变压器采用干式变压器，配电装置选用GG-1A(F)成套开关柜，均布置在配电室内。配电装置出线采用电缆穿过电缆沟后经塔架送出。(6)厂房地基处理厂房基础座落在弱～微风化基岩上，厂区基岩以以黑云斜长片麻岩为主、角砾状混合岩及混合岩化花岗岩次之，无大断层通过，岩性坚硬较完整，构造简单。局部节理裂隙带及上下游侧布置固结灌浆，间排距3m×3m，深6.0m。 5.8中干渠渠首建筑物5.8.1中干渠渠首建筑物的布置中干渠进水口首部枢纽建筑物包括进水口、坝下埋管、出口闸门室等建筑物，位于左岸土坝坝段桩号坝左0+270.0m处。中干渠设计流量为25m3/s，加大流量为30m3/s，XX干渠设计流量为15.5m3/s，加大流量为18m3/s；渠首水位均为47.000m，两干渠进水口合并设计，因此中干渠进水口设计流量为40.5m3/s、加大流量为48m3/s。中干渠进水口布置在左岸土坝坝段，塔式进水口设在土坝坝脚处，设计标准同土坝，为2级建筑物，设计洪水标准采用按100年一遇，校核洪水标准采用2000年一遇。中干渠进水口渠首建筑物总体布置见图昌戈-初设-水工-06。5.8.2进水口及坝下埋管进水口位于坝左0+270.0m桩号处，为塔式进水口，塔体位于上游坝脚处，顺水流长10.0m，宽12.0m。进水口各设置一道拦污栅与检修门，中心线桩号分别为坝0-54.60m、坝0-50.10m，底板高程为35.500m，孔口尺寸分别为5.0m×8.0m(宽×高)、5.0m×6.0m(宽×高)。塔顶高程59.000m，与土坝坝顶高程相同，其间设有5.0m宽交通桥。进水塔前布置有长约80.0m的扩散式引水渠，入口处地面高程40.000m，以坡度0.03降至高程38.000m，其后以坡比1:5与进水口底板衔接。引水渠两侧采用0.6m浆砌石护坡，底部采用0.5m厚浆砌石护底。进水口后引水管道为坝下埋管，内径为5m，管壁厚0.5m，长120.0m。为了避免地基不均匀变形对管道的影响，建基面置于弱风化层内，管中心高程为38.000m，建基面高程为33.800m，管身与建基面之间设置厚1.2m，宽6.544m素混凝土座垫。为防止沿管身外壁与坝体填土结合面产生集中渗流，在坝轴线上游管段设置5道截渗环，截渗环凸出管身1.5m，伸入基岩1.0m。灌溉管出口由直径5.0m的圆形渐缩为4.2m×4.2m(宽×高)的矩形断面，末端设8.2m×12.0m(长×宽)闸门室，设弧形工作闸门控制流量。后通过首段宽4.2m，末端宽6.0m，长10.0m的扩散尾水池及1:3的反坡段与干渠断面衔接。5.9永久生活区规划与环境美化处理5.9.1永久生活区规划XX 枢纽水电站隶属海南省水利水电发展有限责任公司，由公司经营管理。按照“无人值班，少人值班”的原则，进行人员编制。规划设计基于生活区功能关系，充分结合自然地形，注重生态和人文环境，并突出生活区空间形态的独特性。生活区供水接入管管径为DN150。生活区内供水管网沿主要道路布置，在主要道路上设室外消火栓，供水管水压可满足生活区室外消防用水水压要求。专家楼、办公楼、食堂等按灭火器配置规范要求设置灭火器。排水采用雨、污水分流制。规划区内生活污水由生活区污水管道汇流排至污水处理厂，生活区污水经污水厂处理后排入下游河道。生活区外电源采用电杆架空敷设，生活区内采用电缆沟或穿钢管直埋敷设方式。5.9.2环境美化处理1)场地及建筑物的布置设计者本着“因地制宜，节约用地”的原则，充分利用现有地形地貌，形成一个布局合理，错落有致的办公生活区。2)功能分区明确，主次分明，突出不同功能区的特点。3)小区布置突出“以人为本，绿色环保”的主题，减少对原有生态的破坏，并注意施工期的环境保护，建成一个生机盎然的绿色小区。5.10安全监测5.10.1监测目的及设计依据5.10.1.1安全监测目的1)通过对各重要建筑物和各重点部位实施监控，及时掌握其性态变化，及时发现异常情况，随时采取补救措施，防止事故发生，确保工程安全。2)检验设计方案和施工工艺的正确性，为优化设计方案，监控施工质量和保证大坝安全运行提供依据。3)监测和掌握有关岩土工程岩体的变形趋势和稳定过程，及时对其稳定性和安全度作出评价。4)为科学研究积累资料，为反馈分析提供实测数据。5.10.1.2监测设计技术规范DL/T5178-2003《混凝土大坝安全监测技术规范》；SL60-94《土石坝安全监测技术规范》；DLJ202-81《水利水电工程测量规范》； GB12897-91《国家一、二等水准测量规范》；GB/T17942-2000《国家三角测量规范》；SL268-2001《大坝安全自动化监测系统设备基本技术条件》。5.10.2主要监测项目及数据采集5.10.2.1监测系统网络根据XX水电站枢纽总体布置，建筑物结构设计特点，以及坝址区地质地形条件，并结合现代大坝安全监测技术的发展趋势，以保证测试精度，便于自动化管理为原则，建立以自动化观测为主，人工施测为辅的大坝安全监测系统。其组成可概括为：“一个主系统，现场两级监控，远程信息管理”。工程安全监测系统由设在副厂房内的“工程安全监测中心”统一管理和协调，为测点相对集中的分布式结构网络，即分布式自动化检查单元设在各个集中观测部位，监测控制中心设在副厂房内，构成相对独立的两级监控模式，以实现现场两级监控。后期逐步建立远程监控通信网，实现远程自动监控和信息管理，主管部门决策。5.10.2.2主要监测项目a)混凝土坝及厂房监测项目混凝土坝及厂房主要监测项目包括：1)水位：包括大坝上、下游水位。2)温度：包括库水温度、坝体温度、坝基温度、气温等。3)变形：包括水平位移、垂直位移、坝体挠度、倾斜、接缝和裂缝等。4)渗流：包括坝体及坝基渗漏量、扬压力、渗透压力、绕坝渗流及水质分析等。5)应力应变：包括坝体及其他混凝土和钢筋混凝土结构应力、结构钢筋应力、预应力锚索应力等。6)水力学：对不同设计消能方式进行一般项目的水力学原型观测，包括水流流态、水面线、动水压力、流速等。b)土坝监测项目土坝主要监测项目包括：1)变形：包括表面及内部水平位移、垂直位移等。2)渗流：包括渗漏量、渗透压力、接触渗流、浸润线等。3)应力应变：包括界面土压力、土中土压力等。 5.10.2.3数据采集方式安全监测系统的数据采集方式分为3种：人工采集、半自动采集及自动采集。对不同的监测项目、部位和时间，采取不同的数据采集方式。a)人工采集监测系统中有的监测项目只能人工测读，如变形监测网、几何水准测量、施工期水位等。有的监测项目可以实现自动化监测，但必须具备人工观测条件，用人工方法进行对比，如基础廊道的测压管、垂线、引张线、上、下游水位、流体静力水准等。所有人工采集方式获得的原始数据，均需由人工输入计算机，进入相关的数据库。b)半自动采集有的监测设施，如各种电测仪器，在施工期自动化尚未形成阶段和运行期自动化系统检修阶段，需安装集线箱由观测人员携带读数仪或微机到现场直接读数，然后再转录入监测数据库。c)全自动采集坝区内的大部分监测设施均能自动化量测，其原始数据可以通过传输设备直接输入计算机。原始数据的自动采集通过设在现场的数据采集装置完成。5.10.3监测仪器及布置5.10.3.1变形监测仪器及布置a)混凝土坝水平位移和挠度监测混凝土坝水平位移监测采用引张线+正、倒垂线的自动化观测系统。引张线布置在坝顶，从右岸挡水坝段起点开始，贯穿溢流坝段、厂房坝段，至左岸挡水坝段终点结束，全长约470m，每个坝块一个测点，共安装22台测点装置和2台端点装置。引张线两端点装置处各布置一组正、倒垂线，为引张线提供工作基准。溢流坝段与厂房坝段结合部位的闸墩处另布置一组正、倒垂线，为引张线的中间基准，同时可以观测混凝土坝体的绕度。正、倒垂线在基础廊道观测室(廊道)内进行交接。倒垂孔设计深度为建基面以下25～30m，成孔后的有效孔径不小于φ100mm;正垂孔用φ400x10mm无缝钢管预埋形成，其有效孔径要求不小于φ300mm。正、倒垂线采用φ1.2mm高强度铟钢丝，倒垂浮体采用恒力浮子，正垂采用重锤悬挂。 正、倒垂线均采用垂线仪座标仪和与其配套的自动化监控单元实现自动化观测，同时另配备一套人工观测光学垂线仪(量测精度为±0.1mm)进行人工比测。b)混凝土坝垂直位移监测混凝土坝垂直位移监测采用静力水准系统和精密水准测量方法。其中静力水准系统安装在坝顶，配套安装自动化监控单元，实行自动化观测；混凝土坝灌浆排水廊道中则埋设水准测点，采用精密水准法进行测量。静力水准仪对应引张线测点布置，并延长至右岸坝头，以双金属标作为工作基准。静力水准仪共需26台，总线路长度为530m。双金属标埋深28m，造孔孔径φ128mm，终孔有效孔径不小于φ80mm。c)土坝水平位移监测土坝表面水平位移监测采用视准线观测系统。在土坝顶部布置一条视准线，从土坝与混凝土坝结合部位开始，至土坝左岸终点结束，全长约540m，共设置12个位移测点和2个工作基点。视准线工作基准利用平面位移监测控制网点校测，其右端工作基点则垂线装置作为基准。土坝内部水平位移监测采用测斜管+活动式测斜仪。测斜管布置在土坝的2个典型观测断面处，靠坝顶上游侧垂直布设，管底深入建基面以下5m，随同土坝填筑由下至上埋设。通过测量测斜管由下至上的相对历时变位，确定土坝坝体的水平位移量。d)土坝垂直位移监测土坝表面垂直位移采用几何水准测量方式进行观测，其测点与坝顶视准线水平位移观测点结合布设，标点共用。垂直位移监测基准网为坝体沉陷变形观测提供校核基准，还可用于观测近坝区岩体沉陷观测，并与右岸双金属标互为校验。沉降观测按二等水准的精度要求施测。土坝内部垂直位移采用电磁式沉降仪。沉降观测管利用测斜管，管外每隔2m安装一个沉降板，通过测量沉降板的垂直位移变化，确定土坝的施工期沉降和固结沉降。5.10.3.2观测断面及仪器布置a)溢流坝段总长256.5m，泄水建筑物为12孔开敞式溢流堰，布置在右侧河床，采用6孔底流消能和5孔戽流消能的组合方式。为此，在不同的溢流坝段选取中间典型坝段各布置1个观测断面，均设有基础稳定、扬压力分布、基岩变形、混凝土应力应变、伸缩缝和预置缝开合度、坝体及基岩温度和渗压观测等项目。b)枢纽发电厂房为河床式，厂房亦为挡水建筑物，全长41.40m ，靠近左岸，共安装2台轴流转浆式水轮发电机组。在①号机组进水口坝段设一个观测断面，并延伸到坝后厂房，除了设有基础稳定、扬压力分布、基岩变形、混凝土应力应变、伸缩缝和预置缝开合度、坝体及基岩温度和渗压观测等的基本观测仪器以外，还在进水流道布置了一个观测截面，布置了少量钢筋计和混凝土应变计，以监测其结构的工作性态。c)左、右岸混凝土重力坝段较长且坝块较多，近岸坡基础地质条件复杂，同时为了配合正、倒垂线的布置，在左、右岸的混凝土重力坝段各选择一个典型坝块(布置有正、倒垂的坝块)布置观测断面，设有基岩变形、基岩温度和渗压等观测项目。d)左岸土坝总长437m，共布置2个观测断面，其中一个设在中干渠和XX干渠合并进水口及附近。上述观测断面除了布置有测斜仪和分层沉降仪外，各布置了3个坝体浸润线测压管和一些渗压计，以了解坝体渗流场及变化。另外，在中干渠和XX干渠埋管沿线每隔15m左右埋设四组(每组2支)渗压计，以监测沿钢筋混凝土管外侧接触面的渗压和渗流情况。5.10.3.3土坝与混凝土坝结合部位的监测为了解混凝土坝与土坝结合界面土压力和渗流情况，在混凝土坝段插入土体部分的上、下游接触面及端面，分2层各布置了4个观测点(上、下游接触面测点同时埋设界面土压力计和渗压计，端部测点仅埋设渗压计)，用来观测上述各接触面处的土压力变化和接触渗流情况。5.10.3.4预应力闸墩监测选择2个中墩和1个边墩进行观测，其观测仪器布置主要是根据本工程预应力闸墩的结构特点和类似工程的仪器布置和观测情况，经过分析总结后设置的，本阶段暂未出图，仅预留相应工程量。其观测项目主要有：1)在预应力锚索的张拉前后及张拉过程中，对主要张拉控制吨位进行检验观测。2)在预应力锚索的张拉结束后，对其预应力损失及应力变化情况等进行定期观测。3)对闸墩在施工期和运行期的混凝土应力应变、温度、钢筋应力和预应力锚索的工作状态等进行定期观测。5.10.3.5混凝土坝渗流监测a)混凝土坝扬压力监测沿基础廊道在每个坝段布置一个测压管(共计30个)，并在管口设置压力表和管中设置压力传感器各一个，以便于人工观测和自动化观测。压力传感器观测电缆沿廊道下游侧壁引至与其相距较近的观测站。 b)混凝土坝渗流量监测基础廊道内共设有2个集水井，并采取上、下游水位自控抽排方式。坝体渗漏水和基础渗水分别通过基础廊道的上、下侧排水沟流至集水井中，为了能够随时观测总渗漏量，在上述集水井入口处共布置了4个量水堰装置。c)混凝土坝绕坝渗流监测为了解大坝左、右坝肩岸坡的绕坝渗流及地下水位情况，在左、右岸坝肩部位各布置3～7个地下水位孔，对绕坝渗流情况进行长期观测。上述每个地下水位观测孔中安装一支测压管水位计(压力传感器)，以实现自动化观测。5.10.3.6土坝渗流量监测为了了解土坝坝体及坝基渗漏量情况，最常用而有效的方法是结合下游坝趾排水沟修建量水堰设施。因此，本工程计划在左岸土坝下游坡脚附近选择合适的位置，修建2处量水堰，并安装不锈钢堰板、量水堰水位测针和渗流量仪，可实现自动化渗流量监测和人工比测。5.10.4专项监测5.10.4.1泄洪消能工水力学原型观测混凝土坝共布设了12孔开敞式溢流堰，并采用左6孔底流消能和右6孔戽流消能的组合方式。左侧6孔溢流堰反弧段末端设永久分缝，其后的消池长度为72m；右侧五孔反弧段末端接45o挑角形成消力戽，鼻坎后接天然河床。小于十年一遇的常遇洪水采用底流消能，大于十年以上的洪水采用底流和戽流相结合的消能方式。鉴于泄水建筑物对于XX水利枢纽安全运行的重要性，设计进行一般的水力学原型观测，观测内容如下：1)溢流坝面、消力池底板、戽流消能溢流堰下游岩石表面以及导墙上的流速、时均压强和脉动压强。2)溢流坝面、消力池及戽流区域水面线。5.10.4.2环境量监测a)在左岸混凝土重力坝靠近厂房坝段的上游侧混凝土表面，设有一组5支表面温度计，用于观测库水温度。b)考虑在混凝土坝上、下游侧合适的部位设置专用的水位自动化观测装置，为本工程的自动化观测系统提供上、下游水位参数。 c)考虑在混凝土坝右岸坝肩附近合适的部位设置专用的小型气象站，对温度、降雨量、湿度等环境量进行监测。5.10.4.3表面变形监测控制网表面变形监测控制网分平面位移监测网和垂直位移监测网，为工程不同部位的表面变形监测提供一个统一的基准。a)水平位移监测控制网为了观测岸坡和大坝坝体水平位移工作基点的稳定性(为水平位移监测系统提供校核基准)，并与正倒垂基点互为校验，拟建立坝区监测控制网。考虑有利于工作基点校测进行网点布设，暂定布置8个点(尽量利用施工控制网点)，编号顺序为TN1～TN8,TN1TN2作为基准点,布于大坝下游约0.6km右岸的山坡上，其它各点布于坝区上、下游两岸临河的山顶或山坡上。该网设为边角网，采用LaicaTCA2003全站仪观测(仪器标称精度MS=1mm+1ppm/km，Mα=±0.5″)，边角全测，测角按《国家三角测量规范》(GB/T17942-2000)一等要求执行。b)垂直位移监测网布设垂直位移监测基准网为坝体沉陷变形观测提供校核基准，可用于观测近坝区岩体沉陷，并与双金属标互为校验。水准路线原则上沿下游两岸公路布设，左右岸各布设1组基准点和1组工作基点。工作基点布设在大坝的两端；基准点布设在大坝下游距离大坝≥2.0km处，以3个同类型标石为1组并呈30～50m等边三角形埋设。水准路线采用自动安平精密水准仪(精度:±0.5mm/km)观测，执行《国家一、二等水准测量规范》(GB-12897-91)中一等水准的有关要求，以一等水准每千米高程偶然中误差mΔ=±0.45mm/km为先验值，设计最弱点的高程观测中误差mh<±2.0mm，符合《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T5178-2003)附录C表C.4“精密准线路闭合差之限值”的规定。5.10.5监测自动化系统设计5.10.5.1监测自动化系统网络根据XX 水电站工程安全监测仪器的布置情况及监测要求，拟定采用分布式网络自动化监测系统及远程监控系统进行管理。监测中心站设在副厂房的中控室内，现场监控单元安装在各个观测站。监控单元之间(或观测站之间)及监控单元与监测中心站之间通过通信电缆，以RS-232/485方式联接组成局域网，其系统网络结构见图5.7-1。5.10.5.2中心监测站监测中心站布设在中控室内，配置2台计算机和相应的外设(网络拾配器、调制解调器、UPS电源、打印机等)。其中一台为工控机，配套网络监控、通信等软件和防强电感应保护模块，用于整个坝区监测系统的监控和通信，另一台安装相应的软件系统，用于可视化信息处理分析。5.10.5.3监测自动化系统规模及选型a)监测自动化系统规模纳入监测自动化系统的监测项目，除了包括大坝及厂房所有的内观及渗流观测仪器外，还包括采用正、倒垂线、引张线、静力水准仪等进行的外部变形观测项目。b)监测自动化系统选型由于技术发展较快，可靠性和通用性不断提高，并且有关检测单元设备和计算机设备的升级和降价是必然趋势，因此监测自动化系统设备可以在安装使用前进行比选和购置。为了便于施工期的观测工作，减轻观测人员的劳动强度，施工期尽量采用半自动化数据采集方式。自动化观测系统网络线路的建立，要求在工程竣工前完成。图5.7-1监测自动化系统网络5.10.5.4监测自动化系统的性能a)可靠性 要求监测自动化系统能适应水工建筑物的恶劣环境，具有可靠的防雷保护措施。数据采集要求准确可靠，必须具有人工监测的接口，以保证在任何情况下都不会丢失监测数据。b)通用性监测仪器的种类多，工作原理各不相同。自动化系统应能适应这些复杂的接口要求，保证各种监测仪器都能方便而有效地与自动化系统连接；c)先进性要求计算机技术、电子技术和通讯技术发展很快，自动化系统必须充分考虑技术的先进性和将来系统更新换代的兼容性。必须具有较强的自诊断能力，能够自动查出系统故障并发出信息，以便维修和更换。5.10.5.5监测自动化系统的主要功能a)可视化功能可显示建筑物及监测系统的总貌，各观测断面结构轮廓和仪器布置。可进行图示化选测和过程曲线显示，以及监控图编辑、报警位置和状态显示等。b)数据通信及远程监控功能包括现场监控级、现场管理级、远程采集和监控管理。现场监控级通信为数据检测单元与监测中心站工控机及管理计算机之间的数据通信；现场管理级通信为监测中心站工控机及管理计算机与电厂管理主机之间的数据通信；远程采集和监控管理功能为电厂上级主管理部门提供了远程监控的管理手段。c)综合信息分析管理功能监控及管理系统软件包括控制、分析、大坝安全管理、网络系统管理、数据库管理、远程监控等部分，具有日常工程安全监控和管理的全部功能。d)系统防护及自检功能硬件具有防雷、抗干扰措施，保证系统在雷击和电源波动等情况下能正常工作。软件具有故障诊断、系统修复能力和安全保密措施。e)系统测量精度自动化检测单元的技术性能，是保证系统测量精度的关键设备，必须满足技术规范的各项要求。5.10.5.6观测站布置及数据采集a)观测站分布及仪器数量 坝区监测系统在观测仪器相对集中处，初步估计需设置12个现场监控层观测站，其通信电缆以分布方式引入监测中心站。b)采集系统的工作方式1)中央控制方式由监测中心站监控主机(工控机)或网络计算机，命令所有检测单元同时巡测或指定单台单点进行选测，测量完毕将数据存入监测中心站的管理计算机。2)自动控制方式由各台检测单元自动按设定时间进行巡测、存储，并将所测数据送到监测中心站的监控主机(工控机)备份保存。3)远程控制方式由经过允许协议的远程计算机，通过远处通信手段进行远程控制管理。4)人工测量方式每台检测单元均具备现场控制检查巡测(或选测)、定时巡测(或选测)和人工测量。5.10.6观测仪器设备选择及工程量5.10.6.1观测仪器选型与配置观测仪器的选型和测量系统的确定是一项复杂而细致的工作，除了应考虑仪器及系统的先进性、可靠性和经济合理性外，还需要结合监测对象的特殊性、预期的运行情况和土建工程的施工特点等因素进行研究和比选。本阶段设计所采用的各类主要监测仪器和设备，除注明的以外均为国内产品，其技术性能均能满足本工程要求。5.10.6.2主要监测仪器设备及工程量主要监测仪器设备及工程量见表5.10-1。表5.10-1观测仪器设备及工程量汇总表序号名称规格或型号单位数量备注一外观部分1表面变形测量1.1全站仪进口套1包括三脚架、电源等配件1.2精密水准仪进口套1包括三脚架、铟钢水准尺1.3棱镜个41.4固定觇牌个21.5活动觇牌个21.6对讲机台4 1.7气压计支31.8温度计支31.9强制归心底盘个22不锈钢1.10水准标心个56不锈钢1.11观测墩个14位移和水准测点共用1.12水准标墩个42水准基点和传递点1.13观测墩个8监测控制网点2垂线及双金属标表5.10-1(续)序号名称规格或型号单位数量备注2.1倒垂孔(包括保护套管)个3钻孔：d146mm,共95m2.2倒垂设备套32.3正垂孔预埋Ф400×10个3 埋管长度：共90m2.4正垂设备套32.5铟钢丝Ф1.2mmｍ1952.6光学垂线坐标仪台12.7遥测垂线坐标仪台62.8垂线测墩个62.9光学坐标仪底盘个62.10双金属标套1钻孔：d110，28m3引张线3.1引张线仪套223.2引张线测点装置套223.3引张线端点装置套23.4引张线保护管(钢管)Ф110mmｍ5253.5高强不锈钢丝Ф1.2mmｍ5304流体静力水准4.1静力水准仪台264.2静力水准通水管ｍ530 4.3保护管(钢管)Ф70mmｍ525二内观部分1应力、应变监测1.1基岩变位计套18钻孔：d91mm，245m1.2土压计支61.3钢筋计支881.4裂缝计套141.5测缝计套391.6五向应变计组组9每组5支应变计表5.10-1(续)序号名称规格或型号单位数量备注1.7三向应变计组组10每组3支应变计1.8无应力计套191.9温度计支771.10测斜管套21.11锚索测力计台231.12分层沉降板个251.13位移计套22水力学监测2.1压力传感器支122.2水听器支82.3流速仪台102.4通用底座个302.5水尺个15总长：185m3渗流及渗压监测3.1测压管Ф40mm套36钻孔：d110mm，共280m3.2压力表个303.3压力式传感器进口个36 3.4地下水位管Ф40mm套10钻孔：d110mm，共180m3.5压力式传感器进口支103.6渗压计支503.7量水堰设施套63.8水位测针支63.9渗流量仪支64观测电缆4.1四芯屏蔽通气电缆ｍ8500包括接头4.2四芯屏蔽电缆ｍ11100包括接头4.3五芯观测电缆ｍ10600+7400=18000包括接头4.4锚索测力计专用电缆ｍ700包括接头表5.10-1(续)序号名称规格或型号单位数量备注5环境量监测5.1自动遥测水位计套25.2小型气象站套1气温、雨量等5.3水质分析点66二次仪表及其它设备6.1数字电桥台26.2钢弦式读数仪台16.3测斜仪进口台16.4沉降仪台16.5电桥率定器台16.6小校正仪台16.7大校正仪台16.8钢尺式电测水位计台1三自动化系统 1自动化检测单元箱台15+10=252自动化检测模块台21+19=4016通道3专用通信电缆ｍ3500包括接头4专用电源电缆ｍ3500包括接头5手提电脑台16微机、打印机及机房设备套17大坝安全监控管理系统软件套1 6水利机械、电工、金属结构及采暖通风 院长：胥树茂(副)总工程师：张强(副)设计总工程师：曾雪艳专业总工程师：徐立佳张强(副)张维力(副)校核：陈刚万惠敏辜晓原易伟编写：喻忻曹辉祝佳兵李品君 6机电及金属结构6.1水力机械6.1.1电站概况XX坝水利水电二期(灌区)工程，既是XX坝电站的反调节工程，又是XX坝灌区的配套工程，建成后将扩大该工程的灌溉，供水、发电等综合效益。二期(灌区)工程主要包括XX枢纽和中干渠灌溉系统建筑物等。昌化江流域位于海南岛西南部，流域面积5070km2，干流全长230km，是海南岛的第2大河流。XX坝址位于XX坝水电站下游27km，下距宝桥水文站7km，是昌化江干流三个梯级电站的最下游1个梯级，属XX坝灌区工程的XX配水枢纽。坝址控制流域面积4082km2，占全流域面积的80.5%。水库正常蓄水位54.00m，调节库容0.36亿m3，设计灌溉面积64.55万亩，属大(2)型水利枢纽工程。XX水电站装机2台，单机容量40MW，总装机容量80MW，多年平均发电量1.30亿kW.h，装机年利用小时1626h。6.1.2电站基本参数表6.1.2电站基本参数表装机容量(MW)80单机容量(MW)40台数2最大水头(m)27.1最小水头(m)18.2额定水头(m)22.5加权平均水头(m)25.386.1.3水轮机及其附属设备6.1.3.1水轮机a)水轮机型式的选择XX水电站运行水头范围为18.2m～27.1m，额定水头为22.5m ，安装2台40MW的水轮发电机组。可选择灯泡贯流式、轴流定浆式和轴流转浆式水轮机。轴流定浆式水轮机的浆叶没有调节性，水轮机偏离设计工况时效率较低，本电站不推荐使用，仅对灯泡贯流式和轴流转浆式进行比较。表6.1.3-1为与本电站水头接近的灯泡贯流式模型转轮参数。表6.1.3-1灯泡贯流机模型转轮的参数表转轮型号叶片数d轮毂比Hmax(m)最优工况限制工况n10′(r/min)Q10′(m3/s)ηmax(%)σmQ1′(m3/s)n1′(r/min)ηmd(%)σmA转轮50.41271401.6393.80.752.0164.791.70.95表6.1.3-2为与本电站水头接近的轴流转浆式水轮机模型转轮参数。表6.1.3-2轴流机模型转轮参数表转轮型号叶片数d轮毂比Hmax(m)最优工况限制工况n10′(r/min)Q10′(m3/s)ηmax(%)σmQ1′(m3/s)n1′r/minηmd(%)σmZZ557528143.81.13891.10.351.8588.50.69ZZ50050.41301280.9889.50.2951.886.70.68ZZA19050.35301301.38890.431.45870.46B转轮50.425.29136.61.36592.760.41.78148.892.00.61)两种机型机组土建工程量比较轴流式机组与灯泡贯流式机组的工程量比较如下表6.1.3—3。从工程量和投资分析，由于灯泡贯流式机组具有效率高、单位流量大、单位转速高、结构紧凑等优点，且因其机组尺寸小，流道平直，减小了厂房面积，土建投资较省、体积小、消耗材料较少等明显特点，节省了土建工程量。表6.1.3-3轴流式机型与灯泡式机型的工程量比较表序号项目名称单位灯泡机轴流机备注1单机容量MW40402机组台数223转轮直径m4.805.154转速r/min150.0125.05厂房总体尺寸(长×宽×高)m55.6×17.0×36.672.4×17.6×41.56安装高程m14.423.47尾水管底部高程m10.49.898开挖量万m346.99949.24089混凝土量万m339.12738.51710钢筋量t6849685511建筑工程费用万元2778327917 2)两种机型机组投资比较在相同的水头和机组容量的条件下，轴流式水轮发电机组转速可比灯泡贯流式机组低2～3挡，所以其发电机部分重量比灯泡贯流式机组重，但水轮机稍轻。两种机型机组投资见下表6.1.3-4：表6.1.3-4两种机型机组投资比较表序号项目名称单位灯泡机轴流机差值备注1单机容量MW40402转轮直径m4.805.153转速r/min150.0125.042台发电机重量t2×3502×44352台水轮机重量t2×3902×2846全厂机组总重t2×7402×7277机电设备投资万元233971934340548工程静态总投资万元73684693824302由于高水头段大容量的灯泡贯流式机组在设计和制造难度较大，对于本电站来说，灯泡贯流机型只能由国内2个大厂和几个合资厂设计制造，单价较高。经核算，灯泡贯流机型总的机组总价和安装费比轴流式机组高4054万元，轴流式机组有利。综合土建及机组设备造价，静态投资方面灯泡贯流方案要比轴流转浆方案高，相应投资回收期较长。3)能量指标比较从能量指标分析，由于灯泡贯流式机组的特殊设计，具有良好的水力特性，效率较高。通过对国内适用XX运行水头的模型进行分析，贯流式机组最高效率达93.8%，比轴流式机组高1%～3%。因此，从能量指标分析，贯流式机组偏优。4)机组制造难度从制造难度分析，该水头段与XX 水电站容量的轴流式机组在国内已应用较多，中型厂家均能设计制造。而贯流式机组属于高水头、大容量，机组的设计和制造难度要大，水轮机工作水头愈高，转轮直径愈大，则其制造工艺难度愈大。尤其是，转轮直径的影响更大一些，与其平方成正比，即加工能力要求增大许多，甚至超出某些厂家的加工范围，须增添加工设备。特别是灯泡贯流式机组应用水头提高后，机组的正、反向推力较大，采用两轴承时上、下游端悬臂重量、自身结构强度、基础的传力(力矩)以及发电机通风冷却等方面都会增加设计和制造难度。采用灯泡贯流式机组时，机组制造难度较大，处在国内外的领先水平，且因制造厂家有限，国内招投标工作难度大，交货期难以保证。轴流转浆式机型在我国应用广泛，一般中型的水轮机厂家就能设计和制造，其制造难度系数较小。对于轴流转桨式，国内已投运了大量不同单机容量和转轮直径的机组。国内厂家已在轴流式机组的设计制造、试验及运行管理方面积累了丰富的经验，制造水平也在不断提高。本电站选择2台轴流转桨式机组，单机容量40MW，完全能立足国内厂家设计制造。5)运行维护比较由于灯泡比的限制,灯泡机组发电机结构设计困难,通风散热不良,发电机舱内炎热潮湿，电气设备故障率高。由于灯泡体为卧轴布置，机组置于流道中，机组内部检修空间较小，如更换定子线棒等项目必须排空流道，打开流道盖板，拆开灯泡头，拆除很多附属设备、管道、电缆。总体来看，灯泡机运行检修较轴流机困难。6)基本结论通过分析比较可以看出，贯流式机组方案与轴流式机组方案各有利弊，轴流转浆式机组的设备费用较低、总的投资少、机组制造难度小，国内一般中等规模以上的厂家均可设计制造，但机组的效率相对较低；灯泡贯流式机组效率较高，但设备费用较高、机组制造难度大，综合考虑，推荐选用轴流转浆式机型方案。b)机组台数及单机容量选择1)机组台数的选定XX水电站机组台数选择是在正常蓄水位54.00m、死水位49.00m、电站装机容量80MW以及采用轴流转浆式机组的前提下进行的。从机组检修及运行灵活性考虑，机组台数不宜少于2台，另从尽量节省工程投资考虑，电站机组台数应尽可能少，最多不宜超过3台，XX水电站机组台数在2台与3台间进行比较，其技术经济指标列于表6.1.3-5。 表6.1.3-5机组台数方案比较表方案名称2×40MW3×26.7MW水轮机型号ZZ-LH-515ZZ-LH-420装机容量MW8080机组台数台23单机容量MW4026.7水轮机额定水头m22.522.5水轮机额定转速r/min125150水轮机额定流量m3/s205.72137.54水轮机额定功率MW41.0327.4水轮机转轮直径m5.154.20水轮机额定工况点效率％89.189.1水轮机最高效率％91.991.9水轮机加权平均效率％91.591.5水轮机允许吸出高度m-6.41-6.41单台水轮机重量t284184发电机型号SF40―48/9220SF26.7-42/7300发电机额定容量MW4026.7单台发电机重量t443280建筑工程万元32944.6933884.63安装工程万元2809.803161.19设备工程万元19343.5419271.49独立费用万元7976.588024.00一～四部分合计万元63074.6164341.31基本预备费万元6307.466434.13工程静态投资万元69382.0770775.44由表6.1.3-5可以看出：2台和3台机两个方案，其单机容量均在中等水平，机组的设计、制造难度均不大，基本处于同一水平。2台机与3台机相比，虽然3台机方案具有机组台数多，运行相对灵活，机组高效率运行范围覆盖面积大等优点，但所能增加的电量效益有限。3台机方案投资较2台机增加1393万元，经济比较结果表明，2台方案较3台方案年费用低，经济上有利，因此，XX水电站机组台数推荐2台机方案。 6.1.3.2水轮机模型参数选择1)比转速和比速系数比转速ns和比速系数K是衡量水轮机先进性、经济性的综合技术指标。在确定XX电站水轮机的比转速和比速系数时，我们对国内外与本电站运行水头相近的水电站的水轮机的主要参数进行了统计分析。在以前水轮机参数设计时，普遍要求机组参数先进，具有较高的比转速和比速系数，而对压力脉动等稳定性指标不够重视，导致某些水轮机在高水头、中低出力区域的不稳定运行现象。因此，在选择水轮机目标参数时不应片面追求高的能量指标，而应要求在稳定性能优良的前提下，求得水轮机具有较高的平均效率，以保证机组稳定安全运行为重点。根据统计资料，本水头段的轴流转浆式水轮机的比转速ns在500～630m.kW之间，比速系数在2100～2700之间。本阶段初步确定比速系数为2500，相应的比转速为：ns=531.4m·kW。2)水轮机单位流量Ｑ′1的选择参考表6.1.3-2，水轮机转轮的限制工况单位流量Ｑ′1为1.45～1.85m3/s，根据目前国内已建电站的运行资料，在低负荷大流量运行时不同程度的存在振动区，在偏离设计工况大流量运行时空化损坏指数等级较大，因此单位流量不宜选得过大。适当的降低单位转速和单位流量对保证机组稳定运行是有必要的。本阶段选取的水轮机单位流量为1.65m3/s。3)水轮机单位转速ｎ′1的选择目前国内与XX水电站水头接近的模型转轮最优工况单位转速在118～140r/min范围内，XX电站的加权平均水头为25.38m，水轮机在22m以上水头运行的时间较长。在额定水头和转轮直径相同的条件下，水轮机的额定转速选取应力求使水轮机运行的平均效率高，发电机重量轻，经计算比选，采用125r/min的同步转速，相应的单位转速ｎ′1=135.71r/min。4)水轮机空化系数及吸出高度根据计算并参考类似电站及制造厂提供的资料，本电站水轮机模型空化系数σm取为0.56，相应的吸出高度Hs约为-6.41m。5)水轮机效率根据现有的模型转轮，XX电站水轮机模型最优效率暂取89.5%6)本阶段确定的模型水轮机参数如下： 比转速nsr531.4m.kW比速系数K2492.4最优单位转速n11128r/min最优工况单位流量Q111.65m3/s额定工况单位流量Q111.61m3/s最优效率ηto89.5%模型空化系数σm0.566.1.3.3水轮机真机主要技术参数根据选定的水轮机模型目标参数，得出XX电站水轮机真机预想参数见表6.1.3-6所示。下一设计阶段，机组参数将在各制造厂家推荐的基础上作进一步研究。表6.1.3-6水轮机组主要技术参数型号ZZ-LH-515转轮直径D1(mm)5150额定转速(r/min)125飞逸转速(r/min)352吸出高度Hs(m)-6.41最大水头(m)27.1最小水头(m)18.2额定水头Hr(m)22.5额定出力Ptr(MW)41.03额定流量Qrr(m3/s)205.72额定效率ηrr(%)89.1水轮机比转速nsr(mkw)531.46.1.3.4水轮机过流部件(1)蜗壳本电站最大工作水头为27.10m，选择混凝土蜗壳，包角180°。蜗壳采用等流速规律设计，蜗壳进口尺寸初估为(高×宽)为7.61m×13.5m。(2)尾水管本电站为河床式厂房，采用混凝土尾水管，锥管及肘管段采用金属里衬。 6.1.3.5水轮机附属设备a)调速器本电站机组调速器选用BWST-100-6.3调速器，主配压阀直径为DN100，工作油压为6.3MPa。b)油压装置配置油压装置型号为YS-6-6.3，工作油压为6.3Mpa。6.1.3.6调节保证计算本电站引水方式为单元引水式，经计算ΣLV=272.6m2/s，在有效关机时间取6s时，最大水头下机组甩全负荷，蜗壳末端压力最大承压为0.285MPa；额定水头下机组甩全负荷，机组速率上升小于55%，尾水管最大真空度小于8m。均在设计规程所规定的允许范围值内。6.1.4辅助机械设备6.1.4.1厂内桥式起重机本电站厂房内最大起重件为发电机转子带轴，重约243t。为满足设备安装和检修的需要，选择一台起重量为275t/30t单小车桥式起重机，桥机跨度为17.5m，轨顶高程为45.4m。6.1.4.2油系统油系统单设透平油系统，由于本电站紧邻XX坝电站，是XX坝电站的反调节电站，绝缘油从XX坝电站引来，不设绝缘油库。(1)透平油系统透平油系统主要用于机组润滑和操作用油，经估算，一台机组最大用油量为25.1m3，按1.1倍机组用油量，选择1个30m3净油罐，2个15m3运行油罐。选择1台LY型压力滤油机，1台ZJCQ-6型透平油过滤机，2台CY型油泵。6.1.4.3压缩空气系统压缩空气系统包括中压压缩空气系统和低压压缩空气系统。(1)中压压缩空气系统本系统主要用于调速系统压力油罐用气。油压装置额定工作压力为6.3MPa。本电站采用两级压力供气方式。经计算，选用2台15T415/245压缩机；选用 2.0m3中压储气罐1个，额定压力为8.0MPa。(2)低压压缩空气系统本系统主要用于机组制动用气、水轮机检修密封、吹扫和风动工具用气。机组制动用气量按2台机组同时制动考虑。选用1个2.0m3储气罐和1台IR37-PE型空压机，额定压力为0.85MPa。压气机的起停由储气罐或气管上的压力信号器自动控制。经计算，检修用吹扫气容积为9.4m3，选用1个2m3储气罐和2台IR37-PE型空压机，空压机可与制动用空压机兼作备用，在系统设计时，须保证制动用气。6.1.4.4技术供水系统技术供水系统主要用于发电机冷却器、轴承冷却器、水轮机主轴密封、水泵润滑、厂内生活等用水。初步估算，机组各部位用水量为：发电机空气冷却器冷却水340.0m3/h，水压0.15～0.4MPa；水轮机轴承油冷却器冷却水15m3/h，水压0.15～0.4MPa；水轮机主轴密封润滑水3m3/min，水压0.1～0.3MPa；发电机推力轴承油冷却器冷却水80m3/h，水压0.15～0.4MPa；发电机上导轴承油冷却器冷却水20m3/h，水压0.15～0.4MPa；水冷式空调冷却水40m3/h，水压0.15～0.4MPa；其它水量30m3/h，水压0.1～0.4MPa；每台机组用水总量约为528m3/h；本电站水头范围为18.2m～27.10m，对技术供水方式比较了自流供水、水泵供水、自流加水泵供水等方案，结合本电站特点，选定单元式水泵供水方式作为主供水方式。每台机选用2台Q=581m3/h，H=30.0m的离心泵作技术供水泵，1台主用、1台备用，水源取自下游水库，2台机组供水总管设联络总管互为备用。6.1.4.5排水系统(1)机组检修排水本电站采用间接排水方式，设一检修排水廊道和检修集水井，廊道断面积为1.6m×2.2m，集水井有效容积为112.5m3，断面积5.0m×2.8m，上限水位8.5m ，下限水位6.5m，井底高程4.5m。尾水管排水采用盘型阀，液压操作。机组检修时，1台机运行，下游尾水位按27.66m考虑，引水管、蜗壳、尾水管的积存水容积为3000m3，上下游闸门漏水量为80m3/h，取排水时间为4h，则水泵的生产率为830m3/h，选择2台SG型长轴深井泵，Q＝450ｍ3/h、H＝35ｍ、N＝75ｋW、ｎ＝1460r/min。(2)厂房渗漏排水厂房渗漏排水主要是厂房地基和水工结构的渗漏水。经估算，厂房渗漏水量约60ｍ3/h。厂内设置一渗漏集水井，按汇集1h厂内总渗漏水量确定集水井有效容积为60m3，集水井断面积5.5m×2.8m，上限水位14.0m，下限水位9.2m，井底高程7.2m。选择2台SG型长轴深井泵，Ｑ＝300ｍ3／h、Ｈ＝36ｍ、Ｎ＝45kＷ、ｎ＝1460r/min，一台工作，一台备用。排水泵的起停由液位控制器自动控制。6.1.4.6水力监测系统为确保电站安全经济运行，本电站设置了以下量测项目：1)上、下游水位及毛水头；2)水轮机的有效水头；3)水轮机流量；4)拦污栅前后压差；5)水轮机过流部分的压力和真空；6)水轮机顶盖真空压力；7)尾水闸门平压/进水闸门平压。6.1.5厂房主要尺寸根据选定的机组参数和尺寸考虑厂内机电设备布置，确定厂房各层的主要尺寸及高程。安装场按机组安装和扩大性检修考虑，场内布置有发电机转子、定子、下机架、水轮机转轮和顶盖等。安装场与发电机层在同一高程。厂房控制尺寸及各层地面高程如下：机组安装高程23.4m 尾水管底板高程9.89m水轮机层地面高程26.4m母线层地面高程30.4m发电机层地面高程34.4m吊车轨道顶面高程45.4m厂房顶板底部高程50.4m厂房净宽度17.6m机组段长度19.2m端机组段长度21.2m安装间长度33.4m厂房总长度73.8m6.1.6水力机械设备布置主厂房内高程45.4m安装一台275t/30t的桥式起重机，安装场位于主厂房发电机层左侧，安装场内布置有发电机转子检修坑及其他部件检修场地。发电机层下游侧布置有机旁盘，上游侧布置有调速器和油压装置；通风夹层布置在厂房下游侧墙内；②机组下游侧布置一个2500mm×3000mm的吊物孔。安装场下28.6m高程副厂房布置有高、低压空压机室、透平油库、油处理室及渗漏、检修排水泵房、高位水池供水泵房；安装场内布置一个2000mm×2500mm的吊物孔。水轮机层，每台机组机墩第4象限设水轮机机坑进人廊道；下游侧布置有全厂机组技术供水主供水设备；水轮机层安装场下副厂房布置有渗漏集水井、检修集水井。上游侧蜗壳排水盘形阀操作廊道高程26.40m；下游侧尾水管排水盘形阀的操作设在高程为21.60m的水力量测间内，量测系统设备布置在下游侧；并设有通向蜗壳进人门、锥管进人孔的廊道。6.1.7水力机械主要设备清单水力机械主要设备见表6.1.7-1。 表6.1.7-1水力机械主要设备汇总表序号名称型号与规格单位数量备注1水轮机ZZ500-LH-51541.03MW，Hr=22.5m、n=125.0rpm台套2水轮机总重：284t2调速器PID电液调速器，6.3Mpa双调节台23油压装置YS-6-6.3包括油箱台2含油箱、油泵过速限制装置套2漏油箱YS-6-6.30.5m3只24单小车桥机275t/30t，Lk=17.5m台套1190t5油系统设备油桶30m3个1油桶15m3个2压力滤油机LY-100台1透平油过滤机ZJCQ-6台1油泵2CY-5/3.3-1台2滤纸烘箱Q=100l/h只16中压压气系统设备中压空压机15T415/245台2中压贮气罐2m3，8.0MPa只1气水分离器8.0MPa套2干燥机8.0MPa台17低压压气系统设备低压空压机IR37-PE，0.85Mpa，Q=6.0m3/min台3低压贮气罐4m3，0.8MPa只2移动式空压机2V-0.3/7，Q=0.3m3/min，0.7MPa台1气水分离器0.8MPa套2干燥机1.0MPa台18供水系统供水泵KQSN250-M9，581.0m3/h，30m台4高位水池供水泵KQW40/22-4/2，6.7m3/h，56m台2自动滤水器LD-250ADN250台4自动滤水器LD-150ADN150台2水力控制阀DN250台2不锈钢蝶阀DN250只18 表6.1.7-1(续)序号名称型号与规格单位数量备注压力控制器P0～0.4MPa个2泵控阀DN250只4泵控阀DN100只2高位水池200m3个19排水系统长轴深井泵400SG450-17.5×2,，450m3/h，35m台2检修用长轴深井泵350SG300-12×3，300m3/h，36m台2渗漏用污水泵65QW30-35，30m3/h，35m台1共用液位信号器套3液位控制器4对接点套3泵控阀DN250只4泵控阀DN100只2电动葫芦CD-2，起重量2t台110量测系统压阻式液位变送器个2温度探测器PT100测量范围0～50℃个1压差变送器个10不锈钢球阀Q11T-16PDN20PN1.6MPa个40有功高准确度瓦特变送器PCM个2超声波流量计8声道台2压力变送器个10压力表个16压力真空表个2振动摆度测量盘块1非接触式位移传感器个2振动传感器个411其它透平油HU-46m350绝缘油45号m360 6.2电工一次6.2.1电站接入系统方案XX水电站装机2台，单机容量40MW，总装机容量80MW，年平均发电量为1.094亿kW·h，年利用小时数1368h。根据海南省电力勘测设计研究院提供的XX水电站接入系统设计资料，XX水电站拟π接入鹅毛岭～罗带110kV线路上，出线回路数2回，新建110kV双回线路长度约4km。6.2.2电气主接线6.2.2.1电气主接线选择a)发电机-变压器组接线方式根据电站装机2台、单机容量40MW、出线电压110kV、出线回路数2回，发电机与主变压器的组合方式拟选单元接线、联合单元、扩大单元接线三种方案进行技术经济比较。拟定的各接线方案见图1。1)技术比较图1方案1：2台发电机与2台50MVA、110kV三相变压器接成单元接线。该接线简单清晰，运行灵活，继电保护简单，主变故障或检修，仅本台机组容量受阻，影响范围小，可靠性高。缺点是投资稍大。 方案2：发电机——变压器采用扩大单元接线。本方案由2台发电机与1台90MVA、110kV三相变压器组成1组扩大单元接线。该接线虽然110kV侧接线不需采用联合母线，其引线和布置简单，继电保护简单，投资也较低，但由于本电站只设有2台发电机组，主变及其高低压侧设备故障或检修，全电站停电，可靠性差。方案3：发电机——变压器组采用联合单元接线，2台发电机分别和2台50MVA、110kV三相主变接成单元接线后，再在2台主变高压侧并接，组成1组联合单元接线。该方案与单元接线方案相比，可减少主变压器至开关站的进线回路数，节约投资，缺点是一台主变压器故障或检修，接在本单元的全部机组需短时停机，要通过隔离开关操作才能使另一台机组投入运行，操作复杂，灵活性、可靠性较差。2)经济比较各方案的主要电气设备可比投资比较见表6.2.2-1。表6.2.2-1各方案的主要电气设备可比投资比较表(万元)项目方案1方案2方案3主变压器综合投资700650700110kV进线设备可比投资67.233.633.6主要电气设备可比投资合计767.2683.6733.6差价83.6050备注：1)各方案相同的电气设备投资未列入比较；2)设备价格按厂家咨询价。从表6.2.2-1可以看出，方案2设备投资比较少；方案1的投资比方案3略高。综合以上的技术经济比较，虽然单元接线(即方案一)投资稍高，但在可靠性、运行调度灵活性等方面较其它2个方案有较大的优势，故推荐该方案，即：发电机与主变压器的组合方式设计推荐采用单元接线。b)升高电压侧接线根据海南电力设计研究院提供的系统资料，XX水电站以110kV一级电压2回送出。在丰水期满发时，两回出线需解列运行，以避免出现高低压电磁环网。故电站升高电压侧接线拟选用外桥接线、内桥接线、单母线分段三个方案进行技术经济比较。拟定的各接线方案见图2。 图21)技术比较方案1，外桥接线方案：该方案接线简单清晰，继电保护和控制回路简单，高压断路器数量少，一台主变压器故障或检修只开断一台断路器不影响线路和另一台主变压器运行。缺点是回路断路器故障影响全厂一半负荷停电，当桥连断路器故障时还会使全厂停电。特别是由于海南属台风地区、且多雷，2回110kV出线分别长18km和41km，线路故障几率比较大，而一回线路故障，需要停止电站一半功率送出，且同时开断两台断路器，拉开线路隔离开关后，电站的全部功率才可由另一回线路送出，操作复杂、可靠性差。故不宜推荐该方案。方案2：该方案接线简单清晰、方便，继电保护和控制回路简单，高压断路器数量少，线路故障只需断开一台断路器；缺点是回路内断路器故障使全厂一半负荷停电；如果桥连断路器故障，则导致全厂停电；任一主变压器故障或检修，需同时开断两台断路器，并切除一回线路，经隔离开关操作后，电站一半容量可以向两回线路供电。操作复杂、可靠性较差。也不宜推荐。方案3：单母线分段接线。该方案接线简单清晰，运行灵活、方便，维护简单，继电保护和控制回路简单，便于实现自动化远动化，每一进出线回路各自连接一组断路器，互不影响；且操作简单方便，线路或主变故障，只需操作1组断路器，可减少断路器的操作次数；断路器检修，只需所连接的回路停电，供电可靠性比较高。2)经济比较各方案的主要电气设备可比投资比较见表6.2.2-2。 表6.2.2-2各方案的主要电气设备可比投资比较表(万元)项目方案1方案2方案3110kVSF6断路器9090150110kV隔离开关26.426.433.0110kV电流互感器9.99.916.5110kV电压互感器3.23.23.2主要电气设备可比投资合计129.5129.5202.7差价0073.2备注：1)各方案相同的电气设备投资未列入比较；2)设备价格按厂家咨询价。由于XX水电站的主变压器和110kV出线设备均布置在地面，各方案的土建投资相差不大。从表6.2.2-2可以看出，方案3的投资比方案1、2要多出73.2万元。综上所述，经比较电站运行的可靠性、灵活性、经济性考虑，XX水电站的电气主接线推荐采用方案3即单母线分段的接线方式。6.2.2.2厂用电及近区用电接线本电站采用厂用公用、机组自用、照明共用厂用变压器的供电方式。厂用电及坝顶用电电源分别从①和②机端引接，采用0.4kV一级电压供电。厂用电源的备用电源则由渠首电站的10kV母线引接。厂用变压器选用2台SC10-1000/10的干式变压器，坝顶变压器选用2台SC10-800/10的干式变压器。当全厂停机时，厂用电源的备用电源由渠首电站10kV母线送出，坝顶闸门控制采用一台发电容量为500KW的柴油机。厂用电源的引接详见报告的附图“昌戈-电1-01”。6.2.3主要电气设备选择6.2.3.1短路电流计算按海南省电力设计研究院提供的XX水电站接入系统设计资料。短路电流计算接线见图3。 图3短路电流计算结果见下表。三相短路电流计算结果表短路点次暂态电流(kA)冲击电流(kA)2S热效应Q(kA2.S)4S热效应Q(kA2.S)110kV母线侧系统侧9.0322.0164.1325.7发电机1.834.78——合计10.8626.78198.3399.1厂用分支系统+一台发电机21.253.86843.61679一台发电机14.235.25——厂用分支回路35.489.11135827926.2.3.2主要电气设备选择a)水轮发电机水轮发电机采用三相、交流、立轴、半伞式、密闭自循环空气冷却同步发电机，其主要参数如下：台数：2台额定功率：40MW额定电压：10.5kV额定频率：50Hz额定转速：125r/min额定功率因数：0.85(滞后) 励磁方式：自并激可控硅静止励磁b)主变压器主变压器选用三相双圈风冷、铜绕组、无励磁调压升压电力变压器，其型号及参数如下：型号：SF10-50000/110台数：2台额定容量：50MVA额定电压变比：121±2×2.5%/10.5kV联接组标号：Yn，d11短路阻抗：10.5%c)110kV设备220kV开关站设备的选型比较了敞开式电器和SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)2个方案。各个方案的技术经济比较如下：1)技术比较方案1：敞开式开关站采用户外中式布置，占地面积为47.5m×45.5m，敞开式开关设备，布置清晰、明了，运行检修都非常方便。方案2：SF6GIS全封闭组合电器，具有布置紧凑、占地面积小，为户内布置，设备具有可靠性高，运行维护方便，检修周期长等优点。2)经济比较敞开式电器和SF6GIS全封闭组合电器2个方案的经济比较(静态投资)见表6.2.3-1。表6.2.3-1110kV敞开式和SF6GIS全封闭组合电器经济比较表项目敞开式电器SF6GIS设备投资(万元)187.7500土建投资(万元)180220总计(万元)367.7720差价(万元)0从表6.2.3-1可以看出，GIS投资高于敞开式电器352.3万元。所以，从设备运行经济性、可靠性等各方面因素综合考虑，110kV开关站推荐采用敞开式布置。各开关设备主要参数如下： (1)SF6断路器型号：LW6110I额定电压：110kV最高运行电压：126kV额定电流：2000A频率：50Hz额定开断电流：31.5kA(2)110kV隔离开关型号：GW5110D额定电压：110kV最高运行电压：126kV额定电流：630A频率：50Hz额定开断电流：31.5kA(3)避雷器型号：HY10W5-108/281额定电压：110kV最高运行电压：126kV(4)电容式电压互感器型号：TYD额定电压：110kV最高运行电压：126kV电压比：///0.1d)发电机电压配电装置发电机电压采用10.5kV，通过共箱母线与主变压器连接，设发电机出口断路器。发电机出口断路器选用额定电流3150A、额定开断电流40kA的真空发电机断路器。其它发电机电压配电装置的主要技术参数详见设备清单。根据短路电流计算结果，厂用变压器和坝顶变压器高压侧选用额定开断电流为40kA的高压真空开关满足短路容量开断的要求。发电机出口PT、主变压器低压侧PT和避雷器均组装成柜。 6.2.4过电压保护与防雷接地a)过电压保护1)直击雷保护户外110出线及开关站采用避雷针与避雷线联合保护。2)雷电侵入波保护为防止雷电侵入波过电压损坏电器设备和危及人身安全，在110kV出线侧、主变压器低压侧和主变压器中性点拟采用金属氧化锌避雷器保护。b)防雷接地电站的防雷接地和工作接地、保护接地共设统一接地网。接地装置用50×5mm2的镀锌扁钢在上游水库和尾水渠敷设人工接地网，并充分利用自然接地体，将金属门槽、拦污栅、尾水钢管以及混凝土内的结构主钢筋与人工接地网连接。开关站接地网与主厂房接地网和人工接地网连成统一的接地网。根据海南省电力设计研究院提供的系统资料算得对XX水电站的零序阻抗，电站的工频接地电阻不大于0.48Ω。6.2.5电气设备布置电站厂房为河床式厂房。主厂房长74.8m，宽19.4m，主要布置2台混流式水轮发电机组，其中，安装间长33.4m，宽19.4m，布置在主厂房右端，高程34.400m；发电机层高程34.400m，每个机组段下游侧布置有机旁盘；母线层高程30.400m，布置有发电机中性点柜及励磁变压器；电站主要电气设备布置在下游副厂房。下游副厂房分4层，最下面一层高程21.600m，为水力量测间；第二层高程26.400m，布置全厂供水设备、消防及清洁用水泵房；第三层高程30.400m，为电缆层，与母线层同高程，布置有发电机引出主母线；第四层高程34.400m，与发电机层同高程，布置发电机电压配电装置和厂用电设备。2台主变压器均布置在安装场下游侧，为户外布置，主变压器场高程41.000m。中控楼布置在安装间的上游侧，长33.40m，宽19.4m，共4层。第一层与发电机层同高程34.400m，布置办公室；第二层高程38.300m，为电缆夹层；第三层高程41.200m，布置中控室、继电保护屏室；通讯电源室、载波机室、继电保护试验室、仪表室；第四层高程46.200m，布置有计算机室等。 110kV开关站布置在主变压器场的下游侧，占地面积45×40(m)，开关站内设备采用中式布置，共布置有两进两出及分段五个间隔，两个PT间隔分别布置在主母线构架两端。6.2.6电气一次主要设备电气一次主要设备清单见表6.2.6-1。表6.2.6-1附表1：XX水电站电气一次主要设备清单序号设备名称型号及规格单位数量备注1发电机40MW，10.5kV，50Hz125r/min，cosΦ=0.85(滞后)台22励磁变压器干式,三相带外壳台2机组厂家供货3主变压器SF10-50000/110121±2×2.5%/10.5kV台2中性点套管带电流互感器4主变中性点隔离开关GW13-63台25主变中性点氧化锌避雷器HY1W5-73/200台26主变中性点间隙电流互感器只27发电机真空断路器柜12kV，3150A，50kA面2带3组电流互感器8PT及避雷器柜12kV面29消弧线圈柜台2带零序电流互感器10中置式高压开关柜12kV，630A面11带真空断路器11中置式高压开关柜12kV，3150A面2不带真空断路器12发电机出口电压互感器柜12kV面413共箱母线12kV，3150Am150带12组电流互感器14SF6断路器110kV，1250A，40kA台515隔离开关110kV，600A组8单接地16隔离开关110kV，600A组4双接地17电压互感器110kV台618电流互感器110kV，300/1A台619电流互感器110kV，2×300/1A台920氧化锌避雷器110kV台621电容式电压互感器110kV台222高频阻波器110kV台623耦合电容器110kV台424厂用变压器10kV，1000kVA台325坝顶变压器10kV，800kVA台226柴油发电机200kW，400kV台127低压配电屏0.4kV面40 6.3电气二次XX水电站初步设计补充报告电气二次部分是根据其他专业初步设计补充报告中推荐的电站枢纽布置、装机规模、机电设备配置等方案的基础上编写而成。6.3.1自动控制a)电站计算机监控系统本电厂拟按无人值班(少人值守)运行方式设计，采用以计算机监控为基础的集中监控方式。计算机监控系统采用分层分布、开放式网络结构，分主控级和单元控制级，网络结构为双光纤交换式以太网通讯。计算机监控系统结构配置见附图昌戈-初设-电2-01。电站计算机监控系统应具有下列基本功能：数据采集及处理、安全监视、运行参数的计算、控制与调节、显示及打印记录、音响报警功能、通信功能、运行指导、软件开发及人员培训、监控系统自诊断功能。计算机监控系统主控级设备包括2台系统工作站兼操作员工作站、1台工程师兼培训工作站、1台厂内通讯工作站、1台远程通讯工作站、1台语音报警兼报表工作站、1套网络设备、2台打印机、1套GPS时钟和UPS等。主控级负责完成全厂监控功能，运行人员在中控室依靠操作员工作站彩色屏幕显示器和键盘、鼠标等可以对全厂主要机电设备实施监控。通过远程通讯工作站负责与海南中调通信，实现远程调度；和XX坝水电站监控系统通信实现远程监控；通过厂内通讯工作站与泄洪闸门控制系统、水情测报系统、电站MIS系统等进行通信实现信息交换。监控系统单元控制级按每台机组、110kV开关站、全厂公用设备分别设置4套控制单元(LCU)。各控制单元LCU分别对各被控对象进行监视控制。微机调速器及微机励磁装置、微机继电保护等与相应的控制单元LCU除保留必要的I/O连接外，还采用通信接口进行通信。XX水电站计算机监控主控级考虑兼管低干渠首电站主要机电设备的监控，留有一定的通信接口与渠首电站的各微机综合控制保护装置进行通信。b)励磁系统 发电机采用自并激可控硅整流静止励磁系统，采用PID+PSS调节规律，由三相干式励磁变压器、三相全控功率整流单元、微机励磁调节器、磁场断路器、交直流过电压和非全相保护、起励装置等组成。微机励磁调节器具有自动调节通道和手动调节通道，两个通道能相互跟踪，当自动通道出现故障时，能无扰动地自动切换到手动通道运行。微机调节器具有与计算机监控系统机组控制单元LCU的通信接口，以实现监控系统对发电机励磁的监控和调节功能。c)公用设备控制各机组辅助设备、公用设备控制系统按单元独立设置，每套控制系统采用可编程控制器(PLC)、电机启动器为基础组成，按其各自的控制程序独立实现闭环自动控制。每套控制系统与相应的电站监控系统公用设备控制单元LCU采用通信接口进行通信。d)闸门控制系统溢洪闸门控制系统拟采用以计算机为基础的集中监控方式，按分层分布网络结构设计，分主控制级和单元控制级两层，上、下级间采用光纤以太网通讯。控制系统主控制级设有1台操作员工作站、1台远程操作员工作站、1台打印机、1套网络设备、UPS等，其中远程操作员工作站布置于XX水电站中央控制室，其它主控制级设备布置于溢洪闸门集中控制室内。主控制级负责全部溢洪闸门的监控。控制系统单元控制级按溢洪闸门分别设置LCU，每扇泄洪闸门设置1套LCU，各LCU由可编程控制器(PLC)、电机启动器为基础构成，分别对各被控闸门进行监视控制。每扇机组进水口快速闸门设置1套现地控制装置，由可编程控制器(PLC)、电机启动器为基础构成，分别对各被控机组进水口快速闸门进行监视控制。进水口闸门现地控制装置，直接与对应机组控制单元LCU连接，实现远方联动。与对应机组LCU之间除保留必要的I/O接口外，还应留有通信接口实现通信。6.3.2继电保护及安全自动装置a)主设备的继电保护发电机、主变压器、110kV母线及厂用电的继电保护根据《继电保护和安全自动装置技术规程》及有关标准、规定，结合XX电站机组电气结线的具体特点进行配置，主设备保护的基本设计原则： 1)必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求； 2)保护装置应技术上先进、经济上合理、并且有成熟的运行经验；3)采用微机型保护。 发电机初步配置下列保护：完全纵差保护、复合电压过电流保护、失磁保护、95%定子一点接地保护、转子一点接地保护、过电压保护、反时限负序过流保护、定子绕组过负荷保护、轴电流保护、CT断线保护、PT断线保护等。变压器初步配置下列保护：完全纵差保护、零序电流电压保护、复合电压过电流保护、CT断线保护、PT断线保护、零序电流保护、低压测单相接地保护、厂用变电流速断保护、厂用变过流保护。变压器非电量保护包括轻瓦斯保护、重瓦斯保护、压力释放保护、温度保护、油位异常保护、冷却器故障保护等。非电量保护应有单独的电源和出口回路。110kV母线初步配置母线差动保护、断路器失灵保护。发电机、主变压器、110kV母线及厂用电的保护配置详见附图昌戈-初设-电2-02。b)系统保护及安全自动装置系统保护及安全自动装置根据《继电保护和安全自动装置技术规程》及有关标准、规程和电力系统的规定，配置110kV线路配置微机型线路保护及综合自动重合闸装置。为了监视110kV系统故障过程，判别线路故障地点，拟装设微机型故障录波及测距装置。具体将根据电力系统设计部门提出的有关资料进行配置和选型。110kV系统安全自动装置，将根据电力系统设计部门提出的XX水电站接入系统设计报告确定，装设微机型系统安全自动稳定装置等。6.3.3二次接线a)测量电气测量及计量的项目根据《电气测量仪表装置设计技术规程》等有关规定进行配置。全厂电气测量、计量系统配置详见附图昌戈-初设-电2-03。电站电量测量除厂用电系统外，全部采用交流采样装置实现，将电量信号送计算机监控系统对应的LCU中，并由计算机监控系统向调度送遥测量等。厂用电系统的电量测量采用电量变送器变换成标准信号送计算机监控系统。电站计量采用智能电能计量表进行测量，110kV线路关口计量按海南电力系统的有关规定进行配置。智能电能计量表应有通信接口与计算机监控系统对应的LCU进行通信。b)同期系统 全厂拟用微机型自动准同期装置作为主要同期方式，带非同期闭锁的手动准同期作为备用同期方式。同期装置按每台机组和110kV系统分散设置，装于各控制单元LCU中。与低干渠首电站相连的10.5kV出线的同期点设在渠首电站侧，本电站暂不考虑此线路的同期操作。各发电机出口断路器和110kV系统断路器都设置为同期点。c)信号电站中央控制室不设模拟屏和常规中央音响信号，由计算机监控系统报警装置和操作员工作站CRT进行报警和显示。为满足现地控制与监视的要求，各单元级LCU设有液晶显示屏幕。厂内所有高压断路器、110kV系统隔离开关及接地开关、主变中性点接地开关，厂用变低压侧断路器，厂用母线分段断路器等，均可在中控室通过计算机监控系统集中监控。其它隔离开关、接地开关、400kV厂用电出线断路器等只设现地控制和监视。所有断路器在现地控制屏柜上均有状态信号指示，可现地手动控制。为防止误操作，隔离开关、接地开关在各自分/合闸回路，设有必要的防误闭锁。d)交直流控制电源系统电站拟采用1套220V直流电源系统，作为全厂控制、保护、操作、自动装置、逆变电源装置等的电源。为确保电厂的安全运行，初步估算，选用1组300Ah阀控式铅酸免维护蓄电池，不带端电池。直流系统采用单母线分段接线，设置2套高频开关充电浮充电装置和1组蓄电池，正常情况下蓄电池浮充电方式运行。每台机组旁和110kV继电保护室分设直流电源分屏，由两段直流母线双回路供电。为保证全厂各电量及非电量变送器、温度测量仪、可编程序控制器(PLC)等重要设备的可靠交流电源，全厂设有220V交流控制电源系统。正常由厂用交流供电，当厂用交流电故障时，自动切换到220V直流电源并经逆变电源装置供电。交直流控制电源系统配置图详见附图昌戈-初设-电2-04。6.3.4电工试验室根据电厂总容量、地理位置和在系统中的地位，以及有关水电站电气试验室仪表设备配置标准，XX水电站电工试验室暂按三级标准配置全套设备。有些试验设备可考虑与XX坝水电站共用。 6.3.5通信根据XX电站接入电力系统设计所提供的系统通信方案资料，电站的系统通信采用电力线载波和微波两种方式。XX电站有110kV出线2回，分别至八所变和石碌变，考虑在至八所变的出线上设1相电力线载波通道，在至石碌变的出线上设1相电力线载波通道；考虑在本电站设置1个PCM基群(30路)至XX坝电站，再转接XX坝至海口的微波电路，以构建电力系统对电站的调度通信通道。厂内通信部分由厂内生产管理通信和厂内生产调度通信两部分组成，考虑设置1套行政调度合一的数字程控用户交换机，容量为400端口。电站生活区的电话用户也接入此交换机。在中控室设置1个调度台，作为厂内生产指挥之用。电站设置1套高频开关通信电源装置，并配1组48V300Ah阀控式铅酸蓄电池组，电力线载波机、微波信道机和数字程控用户交换机所需的48V直流电源由此电源装置提供。电力线载波机、微波信道机和数字程控用户交换机等通信设备置于副厂房通信机房内。高频开关通信电源装置和蓄电池组置于通信电源室。为便于通信设备的日常测试维护及检修，在通信机房配置1套相应的专用仪器仪表。电站内的电话用户线采用直配电缆方式，组成全厂通信综合网络系统。6.3.6工业电视监控工业电视监控系统采用全数字的实现方案，系统设有各种室内室外摄像机、图像监视器、硬盘录像机和监控管理服务器。前端摄像机将模拟的图像信号通过同轴电缆传输至硬盘录像机，硬盘录像机进行摄像机的切换与控制，同时以数字方式完成图像的记录，并将图像信号送至图像监视器显示及完成网络的连接。监控管理服务器负责系统的设置与管理。工业电视监控系统的配置如下：监控管理服务器1台、彩色监视器2台、硬盘录像机3台、摄像机30台。电气二次主要设备清单项目名称单位数量备注1计算机监控系统1.1系统/操作员工作站套21.2工程师兼培训工作站套11.3厂内通讯工作站套1 1.4远程通讯工作站套11.5语音报警兼报表工作站套1续上表项目名称单位数量备注1.6打印机台21.7网络设备套11.8GPS时钟套11.9UPS套11.10控制台个11.11机组现地控制单元LCU套21.12110kV开关站现地控制单元LCU套11.13公用设备现地控制单元LCU套12机组自动化系统2.1发电机微机励磁系统套22.2水轮机微机调速器套22.3机组辅助控制柜个22.4水轮机端子箱个22.5发电机端子箱个22.6调速器油压装置控制柜个23继电保护及安全自动装置3.1发电机微机保护柜个23.2主变压器微机保护柜个23.3110kV线路微机保护柜个23.4110kV母线微机保护柜个13.5110kV自动装置套1按系统要求配置3.6厂用电变压器微机保护装置套4装于开关柜中3.7110kV开关站故障录波柜个14主变压器端子箱个25电流互感器端子箱个86电压互感器端子箱个37关口计量柜个18交流、直流控制电源系统 8.1220V直流控制电源系统套18.2机组直流分柜个2续上表项目名称单位数量备注8.3110kV开关站直流分柜个18.4220V交流控制电源系统套19泄洪闸门控制系统9.1操作员工作站个19.2远程操作员工作站个19.3打印机个19.4网络设备套19.5UPS套19.6控制台个19.7泄洪闸门现地控制单元套1110进水口闸门控制单元套211通风空调控制系统套112全厂公用设备控制系统12.1渗漏排水泵控制柜个212.2检修排水泵控制柜个212.3高压气机控制柜个112.4低压气机控制柜个112.5消防供水泵控制柜个213工业电视监控系统套113.1摄像机台3013.2硬盘录像机台313.3彩色监视器台213.4监控管理服务器台114火灾自动报警控制系统套114.1消防监控主机及软件台114.2火灾报警及联动控制器台114.3消防24V电源箱台114.4感温、感烟探测器只100 14.5缆式感温探测器套5014.6感温电缆km3续上表项目名称单位数量备注14.7手动报警按钮只3014.8声光报警器只2014.9输入监视模块只3014.10输出控制模块只5014.11总线隔离模块只1014.12消防报警及联动控制电缆、电源线km615通信系统15.1电力线载波机台215.2载波加工设备套415.3微波信道机套215.4行调合一数字程控用户交换机400端口套115.5高频开关通信电源100A套115.648V300Ah阀控式铅酸蓄电池组及屏柜套115.7配线架(800门)台115.8电话机部15015.9通信专用仪器仪表套115.10通信电缆km416控制电缆km6017电工试验设备套1按三级标准配置6.4金属结构XX枢纽的金属结构为二大系统即：引水发电系统和泄洪系统。金属结构总重量约为5295.0t，各项数量及重量见表6.4-1。6.4.1引水发电系统的金属结构XX 电站装有2台单机容量为40MW的机组，每台机组设有2孔进水口和2孔尾水出口。在进水口设置拦污栅、检修门和事故闸门，在尾水管出口设置检修闸门。进水口拦污栅和检修门共槽布置，在栅槽前设有1导槽，用于抓斗清污，进水口检修闸门、事故闸门、拦污栅和清污抓斗由坝顶2500kN/630kN门机进行操作。尾水检修门由2×400kN尾水门机进行操作。表6.4-1序号名称型号规格单位数量重量(t)备注单重小计一.引水发电系统部分1进水口拦污栅5.7m×18.0m-4.0m扇4301202进水口拦污栅埋件及清污抓斗导槽套4281123进水口检修闸门叠梁门5.7m×18.0m-27.950m扇282164与拦污栅共槽4进水口事故闸门平板门5.7m×11.0m-34.700m扇4502005进水口事故闸门埋件套415606进水口双向坝顶门机双向2500kN/630kN台13003007门机轨道及埋件QU120套115158尾水检修闸门平板门5.820m×6.760m-28.19m扇4351409尾水检修闸门埋件套4135210尾水门机单向2×400kN台1707011门机轨道及埋件QU80套188二.溢洪道系统12溢洪道工作闸门弧门17.0m×17.368m-16.868m扇12210252013溢洪道工作闸门门槽套122024014溢洪道工作闸门启闭机液压2×2600kN套124351615溢洪道检修闸门叠梁门17m×17.023m-16.723m扇121021016溢洪道检修闸门门槽套121922817溢洪道坝顶门机双向2×800kN台128028018门机轨道及埋件QU100套16060合计5295.06.4.1.1进水口拦污栅拦污栅主要用于拦截进入机组的污物，每孔进水口设置1套拦污栅，孔口宽5.7m，高18.0m，底槛高程26.050m，垂直布置。拦污栅按4.0m 水头差设计，拦污栅支承及反向导向采用钢滑块，拉杆连接至坝顶锁定。栅槽前设有清污导槽，拦污栅的清污依靠进水口坝段坝顶门机操作的液压清污抓斗进行清污。6.4.1.2进水口检修闸门该门主要用于检修进水口事故闸门门槽及进水口事故闸门。门型采用平面滑动叠梁闸门，4孔共用2套门叶，孔口宽5.7m，高18.0m，底槛高程26.050m，设计水头27.950m。每套闸门分3节，从上至下每节门叶高度3m、6m、9m，平时存放在门库里，闸门为静水闭门，第一节闸门为动水启门100mm，进行节间充水，待平压后，将全部3节叠梁门提出孔口。闸门支承采用钢滑块。该门由坝顶2500kN/630kN门机副钩通过液压自动抓梁进行操作。6.4.1.3进水口事故闸门该闸门主要用于当机组发生事故时能动水关闭孔口，以防止事故的扩大。该门采用平面滑动闸门，每孔各设1扇门叶。孔口宽5.7m，高11.0m，底槛高程19.300m，设计水头34.700m。闸门支承采用钢基铜塑复合滑道。闸门在正常工况下为静水启闭，当机组运行出现事故时，闸门可在动水工况下下门封闭孔口。门叶上设充水阀，先打开充水阀充水平压后才能启门。平时闸门锁定在孔口上方。进水口事故闸门由坝顶2500kN/630kN门机通过液压自动抓梁进行操作。6.4.1.4坝顶2500kN/630kN门式启闭机进水口坝段设有1台坝顶双向门机。门机主钩容量为2500kN，副钩容量630kN，主钩主要用于进水口事故闸门的启闭，副钩主要用于进水口检修门和拦污栅的启闭，并操作液压清污抓斗。6.4.1.5尾水检修闸门在尾水管出口设置检修门，4孔门槽共用4扇门叶，孔口宽5.820m，高6.760m，底槛高程9.89m，设计水头28.610m。门型采用平面滑动闸门，其支承采用钢滑块。闸门的操作条件为静水启闭，闸门平压依靠门上充水阀充水平压。6.4.1.6尾水2×400kN门机在高程40.00m的尾水平台上布置1台单向门机，门机容量2×400kN，门机轨距5.0m，配置一根液压自动抓梁操作尾水检修闸门。6.4.2泄洪系统的金属结构 根据水工枢纽的布置，泄洪建筑物布置有12孔泄洪闸。泄洪系统金属结构包括溢洪道工作闸门、溢洪道检修闸门及其相应的启闭机。6.4.2.1溢洪道工作闸门每孔溢洪道设置1扇工作闸门，由于弧形闸门无门槽、水流条件好，闸门局部开启时振动小等优点，因此溢洪道工作闸门选用弧形闸门。闸门孔口宽度17.0m，底坎高程37.132m，正常蓄水位54.000m，闸门高度17.368m，设计水头16.868m，面板曲率半径初定21.0m。闸门结构型式采用主横梁斜支臂结构，支铰轴承采用球面滑动轴承，闸门按动水启闭设计，并允许部分开启调节流量。6.4.2.2溢洪道工作闸门启闭机每扇溢洪道工作闸门设置1套启闭机，由于液压启闭机具有结构简单、体积小、传动平稳、不需要高排架、便于远方操作和坝面布置美观等优点，因此溢洪道工作闸门启闭机选用液压启闭机。启闭机容量为2×2600kN，启闭机布置方式采用悬挂式，油缸的上端悬挂在闸门闸墩的侧墙上，下端与闸门下主梁后翼板上的闸门吊耳连接。每套液压启闭机设置1个泵站。6.4.2.3溢洪道检修闸门溢洪道工作闸门前设l道检修闸门门槽，12孔溢洪道共用1扇检修闸门，溢洪道检修闸门孔口宽度17.0m，底坎高程37.277m，正常蓄水位54.000m。闸门高度17.023m，设计水头16.723m。闸门型式采用平板叠梁闸门，共分为6节，钢滑块支承，平时闸门锁定在孔口上方。闸门静水闭门，节间充水提门，利用溢流坝段坝顶门机通过液压自动抓梁操作。6.4.2.4溢流坝段坝顶门机溢流坝段坝顶设有1台双向门机，用于起吊溢洪道检修闸门和溢洪道工作闸门及启闭机的安装和检修。双向门机的主钩容量为2×800kN。6.5通风空调6.5.1概述XX水电站位于海南省XX坝水电站下游27km,装机2×40MW，地面式厂房。6.5.2室外气象资料及室内设计参数6.5.2.1室外气象资料海南省属大陆性热带岛屿气候，冬季干燥少雨，夏季炎热，潮湿多雨。坝址气象特征为：多年平均降水量1432mm，降水日数107天；多年平均气温24.4℃ ，最高气温39.7℃，最低气温4.2℃；多年平均相对湿度77%；多年平均水面蒸发量1393mm；多年平均风速2.8m/s。室外计算参数根据临近城市海口市数据确定如下：夏季室外计算参数：夏季通风室外计算相对湿度66%夏季通风室外计算温度32℃夏季空调室外计算干球温度35.1℃夏季空调室外计算湿球温度27.8℃夏季空调日平均温度30℃大气压力752mmHg冬季室外计算参数：冬季通风室外计算相对湿度84%冬季通风室外计算温度17℃大气压力762mmHg6.5.2.2室内空气设计参数根据《水力发电厂采暖通风和空气调节设计技术规定》确定如下表：室内参数夏季冬季房间名称温度相对湿度工作区风速温度(℃)(%)(m/s)(℃)发电机层<=34<=750.2~0.8>=10水轮机层<=33<=800.2~0.8>=8中间层<=35<=800.2~0.8中控室<=28<=700.2～0.518~20电气修理间<=33<=75->=12母线室<=40--油库、油处理室<=33<=80-10～12蓄电池25～33<=7510厂用变压器室<=35－-计算机房23±245～65＜0.320±2供水泵室等<=33<=805>=5电缆道<=35--配电盘室<=35-- 办公室<=30<=750.2～0.516～18压气机室<=35<=75->=126.5.3系统负荷6.5.3.1主厂房热负荷汇总：序号分布工作层标高(m)工作区名称负荷分类名称冷负荷(kW)小计(kW)总计(kW)1主厂房发电机层34.8发电机层发电机11.6993.3093.30发电机层油压装置1.52发电机层二次盘柜10.40发电机层围护结构68.22发电机层照明不计发电机层渗漏水泵0.37发电机层检漏水泵1.102主厂房母线层30.8空压机房低压空压机24.0227.7146.88空压机房高压空压机3.69母线层照明11.2519.17母线层母线7.92注：因主厂房围护结构传热比照明散热大很多，而且传热时间上二者并不重叠，因此二者传热只取大值，照明散热不计。6.5.3.2副厂房热负荷序号分布工作层标高工作区名称房间分类冷负荷(kW)小计(kW)总计(kW)1副厂房34.8m发电机层低压配电屏室厂用变压器15.1642.7650.43砺磁变压器20.60盘柜(一次)5照明2.004发电机层高压开关柜室母线7.209.21照明2.004 2副厂房34.8m发电机层母线道母线10.810.810.83副厂房30.8m电缆层母线3.967.717.71照明3.75注：因副厂房围护结构传热比照明散热小很多，而且传热时间上二者并不重叠，因此二者传热只取大值，围护结构传热不计。6.5.4系统设计及气流组织本电站为无人值班，少人值守电站，坝址区域夏季炎热潮湿，室外通风设计温度达到32度。为达到规程规定的室内设计参数，在热负荷集中的区域，采用空调冷却降温，带走大部分余热，辅以机械通风，满足室内的新风换气要求。进风处为主厂房发电机层大门，排风分为五部分，第一部分为主厂房发电机层的高位墙面排风，第二部分为油库及油处理室墙面风机排风，第三部分为空压机房排风，第四部分为副厂房屋顶风机排风，第五部分为发电机层母线道排风；春秋季节室外温度较低,但由于空压机室以及副厂房发电机层热负荷比较集中，拟用空调带走余热，厂房其余地区靠通风带走余热及满足换气要求。夏季全厂总风量45297m3/h，由发电机层进厂大门自然进风，新风经发电机层、母线层、水轮机层、蜗壳层分别流向下游侧副厂房，除油库及油处理室，空压机室，中控楼电缆夹层，母线道排风直接排至室外，其余均由设在下游副厂房40.8m层的2台屋顶风机排至厂外。中控楼采用风冷式单元空调机，根据各个房间的冷负荷选定空调设备。6.5.5夏季通风空调系统构成及设备配置6.5.5.1主厂房自然进风由主厂房发电机层大门自然进风，风量为45297m3/h。6.5.5.2主厂房发电机层排风系统主厂房发电机层下游墙面运行6台高位墙面风机排风，风量为28593m3/h，新风从进厂大门自然进入。6.5.5.3下游副厂房排风系统(主厂房总排风)新风从主厂房来，经过下游副厂房发电机层、母线层，水轮机层及蜗壳层汇到下游埋设在尾水闸墩内的风管，再通过安装在下游副厂房40.80m层的2台屋顶风机排至厂外，风量为6516m3/h。6.5.5.4主厂房中控楼电缆夹层通风系统电缆夹层位于主厂房中控楼的38.30m 层，新风从发电机层自然进入，1台轴流风机安装在电缆层左侧墙上，风量为1515m3/h。6.5.5.5发电机层母线道通风系统发电机层母线道位于主厂房34.80m层，新风从发电机层下游侧自然进入，机械排出，风量为4139m3/h。1台轴流风机安装在母线道上部墙面。6.5.5.6油库通风系统油库及油处理室采用独立的排风系统，新风从主厂房母线层来，风口采用自动复位墙式防烟防火阀，风机设在发电机层下游侧高位墙面上，排至厂外，风量为5000m3/h。6.5.5.7空压机房通风系统空压机室采用独立的排风系统，新风从主厂房母线层来，风机设在发电机层下游侧墙体上部，排至厂外，风量为850m3/h。6.5.5.8空调系统中控楼各层、主厂房发电机层、主厂房母线层、副厂房母线层及空压机室采用单元式空调。6.5.6春秋季通风空调系统构成及设备配置6.5.6.1主厂房送风系统由主厂房发电机层大门自然进风，风量为41345m3/h。6.5.6.2主厂房发电机层排风系统主厂房发电机层下游墙面运行3台高位墙面风机排风，风量为14787m3/h，新风从进厂大门自然进入。6.5.6.3下游副厂房排风系统(主厂房总排风)新风从主厂房来，经过下游副厂房发电机层、母线层、水轮机层、涡壳层汇到下游埋设在尾水闸墩内的风管，再通过安装在下游副厂房40.80m层的4台屋顶风机排至厂外，风量为15054m3/h。6.5.6.4主厂房中控楼电缆夹层通风系统电缆层位于主厂房中控楼的38.30m层，新风从发电机层自然进入，1台轴流风机安装在电缆层左侧墙上，风量为1515m3/h。6.5.6.5发电机层母线道通风系统发电机层母线道位于主厂房34.80m层，新风从发电机层下游侧自然进入，机械排出，风量为4139m3/h。1台轴流风机安装在母线道上部墙面。6.5.6.6油库通风系统 油库及油处理室采用独立的排风系统，新风从主厂房母线层来，风口采用自动复位墙式防烟防火阀，风机设在发电机层下游侧高位墙面上，排至厂外，风量为5000m3/h。6.5.6.7空压机房通风系统空压机室采用独立的排风系统，新风从主厂房母线层来，风机设在发电机层下游侧高位墙面上，排至厂外，风量为850m3/h。6.5.6.8空调系统副厂房发电机层及空压机室热负荷集中，采用水冷单元式空调冷却降温。6.5.7通风空调系统主要设备综合考虑夏季及春秋季运行工况，主要设备选取如下表：序号设备名称型号规格单位数量安装位置(1)中控楼电缆夹层轴流风机T35-11№3.55L=1923m3/hH=59.2Pan=1450r/minN=0.06kW台1主厂房发电机层墙面(2)空压机室轴流风机T35-11№3.15L=1340m3/hH=46.5Pan=1450r/minN=0.04kW台1主厂房发电机层安装场墙面(3)主厂房电缆层油库及油处理室轴流风机BT35-11№5.6L=6059m3/hH=68Pan=960r/minN=0.37kW台1主厂房发电机层安装场墙面(4)副厂房屋顶排风机WT35-11№4.0L=3700m3/hH=100Pan=2900r/minN=0.75kW台4副厂房发电机层屋顶(5)发电机层母线道排风机T35-11№4.0L=3505m3/hH=76.2Pan=1450r/minN=0.18kW台1发电机层母线道墙面(6)主厂房发电机层高位墙面风机T35-11№5.0L=4792m3/hH=56.8Pan=960r/minN=0.37kW台6主厂房发电机层墙面(7)水冷式单元空调L15制冷量15kW,设备功率3.9kW台3主厂房发电机层(8)水冷式单元空调L24制冷量24kW设备功率6.05kW台2低压配电屏室(9)水冷式单元空调L9制冷量9kW设备功率2.31kW台1高压开关柜室(10)水冷式单元空调L9制冷量9kW设备功率2.31kW台2主厂房母线层(11)水冷式单元空调L24制冷量24kW设备功率6.05kW台1空压机室(12)风冷型空调制冷量5kW设备功率1.8kW台2计算机室(13)风冷型空调制冷量7.5kW设备功率3.1kW台2电工实验室(14)风冷型空调制冷量7.0kW设备功率3.1kW台1会议室(15)风冷型空调制冷量6kW设备功率2.3kW台1通信室(16)风冷型空调制冷量6kW设备功率2.3kW台1通信电源室(17)风冷型空调制冷量6kW设备功率2.3kW台2蓄电池室(18)风冷型空调制冷量2.5kW设备功率1.0kW台1交接班室(19)风冷型空调制冷量10kW设备功率4kW台2中控室(20)风冷型空调制冷量8.1kW设备功率3.1kW台2继电保护室(21)风冷型空调制冷量2.5kW设备功率1.0kW台1机械班室 (22)风冷型空调制冷量6kW设备功率2.3kW台1电气班室(23)风冷型空调制冷量6kW设备功率2.3kW台1电气实验室(24)风冷型空调制冷量4kW设备功率1.5kW台1工具间(25)风冷型空调制冷量5kW设备功率1.8kW台1高压实验室(26)铝合金百页风口待定只(27)自动复位墙式防火阀待定只6.5.8全厂防排烟本电站排烟系统与正常排风共用一套设备，火灾时着火区域通过全厂区消防报警系统使通风空调设备停运，火灾后启动排风机排烟，由于是地面厂房，也可利用门窗自然排烟。油库及油处理室：设有独立的排风系统，正常排风与事故排风兼用同一风机。6.6XX水电站低干渠渠首电站6.6.1水力机械6.6.1.1概述低干渠设计流量13.5m3/s，加大流量15.5m3/s，从溢流坝左侧混凝土重力坝段引水进入低干渠渠首。渠首电站的装机容量以灌溉加大流量确定，为2.0MW。经灌溉用水的丰、平、枯3个代表年水文系列计算，多年平均发电量为648万kW·h，年利用小时数为3240h。6.6.1.2电站基本参数电站基本参数见表6.6.1。表6.6.1电站基本参数表装机容量(MW)2.0单机容量(MW)1.0台数2最大水头(m)19.8最小水头(m)12.4额定水头(m)15.0加权平均水头(m)17.636.6.1.3水轮机型式低干渠首水电站运行水头范围为12.4m～19.8m ，额定水头为15.0m，安装2台1.0MW的水轮发电机组。由于当转轮直径小于3m时，灯泡机组内部空间较小，安装检修困难，因此不适用于本电站。在本阶段设计中，只对轴流定浆、轴伸贯流这两种机型进行了比较：轴伸贯流水轮发电机组是贯流式机组一种，是适用于低水头大流量的一种水力性能优良、结构紧凑、安装维护方便的机型，它的发电机置于流道之外，与传统的立式轴流式机组相比具有结构简单、维护方便、土建工程量小、较大的过流量、较高的水力效率等优点。相同容量的机组，轴伸机组转轮直径比轴流机组转轮直径小约10%～15%，而随着机组转速的提供、价格降低，其经济效益显著。通过比较，本电站推荐采用轴伸贯流机组。6.6.1.4水轮机根据本电站运行水头范围，初步选择GD007轴伸贯流机组，其转轮模型参数如下：n10’ηmaxQ1’ησxr/min%m3/s%136.491.41.890.00.75根据选定的水轮机模型目标参数，得出水轮机主要参数如下表：水轮机组主要技术参数型号GD007-WZ-120转轮直径D1(mm)1200额定转速(r/min)500飞逸转速(r/min)1100吸出高度Hs(m)-2.4最大水头(m)19.8最小水头(m)12.4额定水头Hr(m)15.0额定出力Ptr(MW)1.07额定流量Qrr(m3/s)7.97额定效率ηrr(%)91.2水轮机比转速nsr(mkw)553.926.6.1.5辅助系统 本电站紧邻XX电站，相距约100m，所以本电站不专设压缩空气系统、油系统设备从XX电站引来，仅仅在排水泵房内设一稳压气罐供机组主轴密封检修用，机组刹车系统使用油刹，由调速器控制。本电站不设油库、供水泵房，所需的消防用水引自XX电站的高位水池，厂房消防采用水灭火、干粉灭火器2种灭火方式，以水灭火为主。机组技术用水引自XX电站的技术供水系统。6.6.1.6厂房主要尺寸厂房总长度20.65m厂房宽度12.2m机组段长度7.0m尾水管底板高层27.50m尾水管顶高层29.324m发电机层高层30.35m安装高层31.00m6.6.1.7机电设备布置本电站厂房内最大起重件为转轮，重约16t，为满足设备安装及检修要求，选择一台起重量为20t的单小车桥式起重机，桥机跨度12.2m，轨顶高程为38m。在发电机层，安装场下设一集水井和排水泵房，选用两台潜水泵(一主一备)，排放厂内的渗漏、检修水。在每台机的引水管道上，设一液控蝶阀，直径为1800mm；为了便于灌溉渠道上的弧型门检修，在主灌溉管道上设一DN2600mm液控蝶阀。6.6.1.8水力机械主要设备清单表6.6.1.8水力机械主要设备表序号名称型号及规格单位数量备注1水轮机GD007-WZ-120D1=1.2m台22调速器TDBYWT-1800-4.0台23桥机20t单小车桥式起重机Lk=12.2m台14蝶阀HD7413X-10DN1800台25蝶阀HD7413X-10DN2600台15桥式起重机20/4t台16稳压贮气罐1.0m30.8Mpa只1 7潜水泵200QW330-20Q=330mH=20m只28技术供水电动阀DN1001.0Mpa个19手动阀DN100个26.6.2电气一次6.6.2.1接入系统渠首电站装有2台贯流式轴伸发电机组，单机容量1.0MW，总装机容量2.0MW，以10.5kV一级电压对外送电，出线4回：1回至红泉农场，距离7km；一回至XX厂用电的备用电源；一回至生活小区；留一回备用。6.6.2.2电气主接线发电机和主变压器的组合采用2机1变的扩大单元接线方式。厂用变压器设置一台，由主变压器高压侧引接，另从其主变高压侧引接一回至XX水电站厂用电作备用电源。主接线见附图“昌戈-电1-02”。6.6.2.3主要电气设备及布置主厂房长18m，宽12.2m，布置有贯流轴伸式水轮发电机2台：型号SFW1000-12/1430，额定容量1.0MW，额定转速500r/min，额定电压6.3kV，额定功率因数0.8。机旁动力盘布置在各机组段旁边，高、低压配电室布置在主厂房左端的房间里。主变压器1台，干式，三相带外壳；型号SC10-2500/10.5；额定容量为2500kVA；额定电压10.5±5%/6.3kV；阻抗电压7%；连接组Y,d11。主变压器布置在高压配电室下游侧，室内。6.6.2.4渠首水电站主要设备清单表6.6.2-1渠首水电站电气一次主要设备清单序号设备名称型号及规格单位数量备注1发电机SFW1000-12/1430,6.3kV,1.2MW500r/min，cosΦ=0.8(滞后)台22励磁变压器干式,三相带外壳台2由机组厂家供3电流互感器10kV，150/1A只124电压互感器柜6.3kV面25避雷器及PT柜10kV面16避雷器及PT柜6.3kV面1 7主变压器SC10―2500/10，2500kVA10.5±2×5%/6.3kV台1带中性点套管电流互感器8中置式高压开关柜10kV面69中置式高压开关柜6.3kV面310厂用变压器10kV，200kVA台111低压配电屏0.4kV面56.6.3电气二次XX工程低干渠首电站共装机2台，机组单机容量为1.0MW。机组拟采用综合控制保护装置进行监控，综合控制装置包括监控模块、继电保护模块、励磁调节模块及整流桥、调速器调节器模块、同期模块等功能。另设置1套综合控制保护装置对变压器、开关站设备、公用设备等进行监控，包括对被控设备的监控、继电保护等功能。所有综合控制保护装置应配有光纤以太网接口，通过以太网与XX水电站计算机监控系统主控级计算机通信。正常情况下由XX水电站计算机监控系统集中对低干渠首电站主要机电设备进行监视和控制；当XX水电站计算机监控系统故障时，各综合控制保护装置可独立对各被控设备进行现地监控。发电机励磁系统采用微机型自并激可控硅整流静止励磁方式，励磁调节器功能由机组综合控制保护装置中的励磁调节模块承担，采用PID+PSS调节规律，另配有独立的可控硅整流柜。水轮机微机调速器的调节器功能由机组综合控制保护装置中的调速器调节模块承担，采用PID调节规律，另配有独立的机械液压柜。发电机断路器及开关站断路器采用自动准同期方式并网，同期功能由各综合控制保护装置中的同期模块承担。在低干渠首电站不另外单独配置测量和信号装置，其测量和信号、报警功能由各综合控制保护装置完成。在必要的位置配有智能式电能计量表，并配有与相应综合控制保护装置通信的接口。主要电气设备继电保护包括发电机保护、变压器保护、线路保护以及厂用电设备保护，所有保护装置均采用微机型保护。保护配置将依据《继电保护和安全自动装置技术规程》等有关规定执行。继电保护功能由各综合控制保护装置中的保护模块承担。XX工程低干渠首电站的公用设备、辅助设备、闸门设备均单独配置各自的控制设备，这些控制设备应由可编程控制器(PLC)为基础构成，与相应的综合控制保护装置采用I/O接口连接。 全厂设置一套220V直流控制电源系统，由一组蓄电池、两套充电浮充电装置和直流馈线等组成。XX工程低干渠首电站的通信和工业电视的配置考虑纳入XX水电站的通信系统和工业电视监控系统一起设计，不另外单独设置。低干渠首电站电气二次主要设备清单项目名称单位数量备注1机组综合控制保护装置套22开关站及公用设备综合控制保护装置套13220V直流控制电源系统套14测量计量屏个15其它控制箱或端子箱个46控制电缆km206.6.4低干渠金属结钩低干渠发电系统进口采用1条引水管，在引水管进水口设置拦污栅和检修闸门，拦污栅与检修闸门共槽布置，坝顶设置门式启闭机进行操作。灌溉管出口设有工作弧门。在尾水出口设检修闸门及尾水台车式启闭机。低干渠还设有导流封堵系统。低干渠金属结构总重量为73.0t，各项数量及重量见表6.6.4-1。表6.6.4-1低干渠渠首建筑物金属结构工程量编号名称型号规格单位数量重量(t)备注单重共重一.低干渠引水发电系统1进水口拦污栅3.0m×5m-4m扇12.52进水口拦污栅埋件孔12.53进水口检修门平面滑动闸门3.0m×5m-14m扇15同进水口拦污栅共槽4坝顶门式启闭机Q=160kNH=19m台130带自动抓梁5坝顶门式启闭机轨道套2总长约20m6尾水检修闸门平面滑动闸门2.532m×1.824m-8.620m扇117尾水检修闸门埋件孔20.518尾水台车式启闭机Q=250kNH=10m台110含轨道9灌溉闸门弧形闸门2.0m×2.3m-24.30m扇1510灌溉闸门埋件孔12 11灌溉闸门启闭机固定卷扬式启闭机Q=100kN台12含拉杆二.低干渠导流封堵系统12导流洞封堵门平面滑动闸门2.5m×3.5m-20m扇1513导流洞封堵门埋件孔1214导流封堵临时卷扬设备卷扬Q=250kN套13总计736.6.4.1进水口拦污栅进水口设置一套拦污栅，其孔口尺寸为宽3.0m，高5.0m，底槛高程40.00m。拦污栅提出孔口人工清污。6.6.4.2进水口检修闸门该门采用平面滑动闸门，孔口宽3.0m，高5.0m，底槛高程40.00m，设计水头14.0m。闸门支承采用钢滑块。闸门操作条件为静水下门，门上设有充水阀，充水平压提门。6.6.4.3坝顶160kN门式启闭机该门机容量为160kN，扬程19.0m，门机布置在进水口坝顶平台上，操作进水口拦污栅和进水口检修闸门。6.6.4.4尾水检修闸门在尾水管出口设置平面滑动检修闸门，2个孔口共用1扇门叶，孔口宽2.532m，高1.824m，底槛高程27.500m，设计水头8.62m。闸门支承采用钢滑块，操作条件为静水闭门，小开度充水平压启门。6.6.4.5尾水250kN台车式启闭机该启闭机容量为250kN，扬程10m，该布置在尾水平台上操作尾水检修闸门。6.6.4.6灌溉闸门及启闭机该门采用弧形闸门，孔口宽2.0m，高2.3m，底槛高程29.70m。面板曲率半径初定5.0m，设计水头为25.00m，其操作条件为动水启闭，可局部开启。该扇弧形闸门由容量为100kN的固定卷扬式启闭机操作。6.6.4.7低干渠导流洞封堵闸门及启闭设备该门采用平面滑动闸门，其孔口尺寸为宽2.5m，高3.5m。底槛高程33.00m，设计最大挡水水头为20.00m，闸门动水下门水位为40.00m，相应水头7.00m。闸门支承采用钢基铜塑复合滑道。该门由容量250kN的临时卷扬设备进行操作。 6.6.5昌干、中干渠合并进水口系统的金属结构昌干、中干渠合并进水口系统的进水口设置拦污栅和检修闸门。坝项设250kN门机操作拦污栅和检修闸门。各项数量及重量见表6.6.5-1。表6.6.5-1XX干渠、中干渠渠首建筑物金属结构工程量编号名称型号规格单位数量重量(t)备注单重共重1进水口拦污栅5.0m×8.0m-4m扇192进水口拦污栅埋件孔153进水口检修闸门平面滑动闸门5.0m×6.0m–18.5m扇1134进水口检修闸门埋件孔165坝顶门机双向Q=250kN，H=20m台160带自动抓梁6坝顶门机轨道QU100套11总长约为500m7灌渠闸室工作门弧形闸门4.2m×4.2m-18.5m扇1138灌渠闸室工作门埋件孔129灌渠闸室工作门启闭机固定卷扬250kN台14含拉杆总计1236.6.5.1进水口拦污栅进水口设置一套拦污栅，孔口宽5.0m，高8.0m。底槛高程39.00m。拦污栅提出孔口人工清污。6.6.5.2进水口检修闸门该门采用平面滑动闸门，孔口宽5.0m，高6.0m。底槛高程35.50m。设计水头18.5m。闸门支承采用钢滑块。闸门操作条件为静水下门，门上设有充水阀，充水平压提门。6.6.5.3坝顶250kN门式启闭机该门机容量为250kN，扬程20m，该机布置在进水口坝顶平台上。6.6.5.4灌溉闸室工作闸门及启闭机该闸门主要用于控制灌溉的过水流量。该闸门采用弧形闸门，孔口宽4.2m，高4.2m，底槛高程35.50m，设计水头18.50m。面板曲率半径初定6.5m，直支臂和圆柱铰结构。闸门操作条件为动水启闭，可局部开启。该闸门由一台容量为250kN的固定卷扬式启闭机启闭。 6.6.6通风空调6.6.6.1室外气象资料及室内设计参数渠首水电站与XX水电站地理位置相近，故可参考《XX水电站可研阶段通风空调设计报告》6.5.2条。表6.6.5.2厂区热负荷序号分布工作区名称负荷分类名称热负荷(kW)小计(kW)总计1主厂房发电机层二次盘柜6.0029.6029.60发电机层照明20.00发电机层围护结构不计发电机层励磁变压器3.602中控楼中控室照明1014.0053.28设备散热4高低压配电屏室照明10.0015.78厂用变压器5.78主变压器室主变压器23.5023.50注：因主厂房照明传热比围护结构散热大很多，而且传热时间上二者并不重叠，因此二者传热只取大值，围护结构散热不计。6.6.6.2系统设计及气流组织本电站为无人值班，少人值守电站，坝址区域夏季炎热潮湿，室外通风设计温度达到32度。为达到规程规定的室内设计参数，主厂房采用空调冷却降温，带走50%余热，采用机械通风，带走50%余热，闸门室余热小，采用机械通风，提供室内新风。主厂房进风处为进厂大门，总风量8919m3/h，排风分为二部分，第一部分为主厂房的高位墙面排风，风量为7560m3/h；第二部分为阀门室屋顶排风，风量为1359m3/h。水泵房以及电缆层与主厂房分别进行局部循环，风量分别为1440m3/h及1184m3/h。中控室、高低压配电盘室采用水冷式单元空调机，根据各个房间的冷负荷选定设备。6.6.6.3通风空调系统构成及设备配置 6.6.6.3.1主厂房自然进风由主厂房大门自然进风，风量为8919m3/h。6.6.5.4.2主厂房高位墙面排风系统主厂房发电机层墙面布置6台高位墙面风机排风，风量为7560m3/h。6.6.6.3.2闸门室排风系统新风从主厂房来，经过闸门室，由闸门室屋顶风机排出，风量为1359m3/h。6.6.6.3.3中控楼电缆层通风系统电缆层位于中控楼的32.10m层，1台轴流风机安装在电缆层侧墙上，电缆层内风作局部循环，风量为1184m3/h。6.6.6.3.4水泵房通风系统水泵房位于主厂房侧面，29.65高程，1台轴流风机安装在水泵房上部墙面,水泵房内风作局部循环，风量为1440m3/h。6.6.6.3.5空调系统主厂房、中控室、高低压配电屏室采用水冷型单元空调。6.6.6.4通风空调系统主要设备序号设备名称型号规格单位数量安装位置(1)中控楼电缆夹层排风系统T35-11№2.8L=1251m3/hH=41.2Pan=1450r/minN=0.04kW台1电缆层墙面(2)水泵房排风系统T35-11№2.8L=1251m3/hH=41.2Pan=1450r/minN=0.04kW台1水泵房墙面(3)闸门室屋顶排风系统L=1560m3/hH=66Pan=1450r/minN=0.06kW台1闸门室屋顶(4)主厂房发电机层高位墙面排风系统T35-11№2.8L=1251m3/hH=41.2Pan=1450r/minN=0.04kW台6主厂房墙面(5)水冷式单元空调L9制冷量9kW设备功率2.31kW台2主厂房(6)水冷式单元空调L9制冷量9kW设备功率2.31kW台2中控室(7)水冷式单元空调L15制冷量15kW设备功率3.9kW台2高低压配电屏室(8)风冷式单元空调制冷量3kW设备功率1.2kW台1值班室6.6.6.5全厂防排烟 本电站排烟系统与正常排风共用一套设备，火灾时通过全厂区火灾报警系统联锁控制，排风设备停运，火灾后启动排风机排烟，由于是地面厂房，也可利用门窗自然排烟。'