布仑口-公格尔水电站厂址及厂房布置设计

2010-05-08韩爱萍孙红丽

水利规划与设计 2010年5期

韩爱萍孙红丽

(新疆水利水电勘测设计研究院乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

布仑口-公格尔水电站工程是一项具有灌溉、发电、防洪和改善生态等综合利用效益的Ⅱ等大(2)型水电站工程,公格尔水电站是盖孜河中游河段的第一个梯级电站。

工程由大坝、溢洪道、导流兼泄洪冲沙洞、发电引水系统等建筑物组成。电站装机容量200MW,厂房为3级建筑物。电站厂房设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为200年一遇。工程基本烈度定为Ⅷ度,场地基岩峰值加速度坝址和厂房50年超越概率10%的地表水平向峰值加速度平均值分别为304.8gal、259.9gal。

2 厂区地形、地质条件

厂房位于盖孜河左岸,该处盖孜河河谷宽350m～400m,河流纵坡较大。左岸发育Ⅲ、Ⅳ级阶地,整个厂房地形场地较开阔,南北宽200m,东西长 (沿河流方向)约700m～800m。Ⅳ级阶地宽50m～60m,地面高程2658m～2660m;Ⅲ级阶地宽110m～120m,地面高程2643m～2645m;尾水处河床高程2624m左右。

厂区基岩岩性主要为中厚层-薄层状绿泥石石英片岩、云母石英片岩组成,片理发育,产状320°SW∠80°～85°,属单斜构造。厂区均无大的断层通过,距现代活动F1断层18km,距离较远,无影响。

厂房位于左岸Ⅲ级阶地第四系上更新统冲积含漂石砂卵砾石碎石层上 (Q3al),该处地形平缓,地面高程2658m～2660m。Ⅲ、Ⅳ级阶地上部的第四系上更新统冲积含漂石砂卵砾石碎石层进行了物理力学性质试验,第四系上更新统冲积含漂石砂卵砾石碎石层天然密度2.26g/cm3～2.28g/cm3,含水率3.2%～3.5%,干密度2.18g/cm3～2.21g/cm3,相对密度0.82～0.89,结构密实。22m以下为下更新统冰碛含块碎石砂壤土层,该地层物理力学性质较好,密实,基础允许承载力400kPa。

3 厂区枢纽布置

3.1 布置原则

进行电站厂房布置时要考虑满足总体枢纽布置的协调性,并考虑以下原则:

(1)结合实际地形、地质条件 (岩层、裂隙走向及倾向),尽量减少开挖量并保证厂房后边坡稳定。

(2)布置地下厂房方案时,洞室布置在地质构造简单、岩体完整坚硬、上覆岩厚度不小于2～3倍洞室跨度、地下水微弱及山体稳定地段,并避开大断层、节理、裂隙发育区、破碎带及高应力区。

(3)建筑物应避开高陡边坡及山洪水流冲击。

3.2 厂址比选方案

电站具备地面厂房和地下厂房的地形、地质条件,根据工程区地形、地质条件及枢纽建筑物布置的适宜性,拟定了两个右岸山体内地下厂房方案和两个右岸Ⅲ、Ⅳ级阶地地面厂址方案,对四个方案进行综合比选。经四个方案从地形、地质、技术、经济、枢纽布置、施工、运行等条件比较,布置在右岸Ⅲ级阶地上的地面厂房方案优势较明显,主要表现在以下几个方面。

(1)建筑物布置条件。Ⅲ级阶地上地面厂房远离后边坡,厂区开挖边坡不高,不存在高边坡问题;尾水渠长度较短,无深挖方问题。厂房基础均匀,坐落在含漂石砂卵砾石碎石层上 (Q3al);厂房坐落在国道上,恢复交通需要局部改线,适当增加工程投资;地面厂房进厂交通布置方便;地下厂房诸多参数由地质条件确定,受地质条件约束较大,不确定因素太多。

(2)运行条件。地面厂房采光、通风、防潮等条件较地下厂房好;地面建筑物布置较集中,管理方便;地面场地宽敞、平坦,布置附属建筑不受限制。

(3)施工条件。地面厂房施工干扰较小,工期短,厂区地质条件明确,不可遇见因素较少;地下厂房方案存在发生高地应力、发生岩爆、存在有害气体的可能性。

(4)投资方面。地面厂房投资较地下厂房方案省。

经综合比较后,推荐地面厂房布置方案,即厂房布置在右岸Ⅲ级阶地国道上,地面高程为2642m～2646m,压力管道与支管连接用 “卜”型岔。

3.3 厂区建筑物布置

电站厂房为岸边地面厂房,压力管道与支管连接用 “卜”型岔,引水发电洞长度约18km。厂区建筑物由主要建筑物由主厂房、副厂房及220 KV GIS开关室、主变压器、尾水建筑物组成。

考虑工程地理位置及气象条件,开关站采用户内GIS设备布置型式。根据户内GIS设备布置,并考虑其它电气设备布置及其经济合理等因素,厂区布置作了三种副厂房布置方案比较,详见副厂房布置方案比较表。

(1)副厂房布置方案一:副厂房、G IS设备室及主变压器均布置在主厂房上游侧,与主厂房平行布置。副厂房分四层,地面以下为电缆层,地面层为第一层,布置中控室、10kV高压开关站室、0.4kV低压配电室、试验室等,第二层为电缆夹层,第三层为GIS设备层,总高度为28.7m。副厂房长度为82.8m,宽度为13.0m。

(2)副厂房布置方案二:副厂房及GIS设备室布置在主厂房左端,与主厂房呈＂L＂字型;主变压器布置在副厂房左端,与副厂房平行布置。副厂房紧贴主厂房左端墙布置。副厂房长度为71.5m,宽度为12.5m。副厂房共分四层,总高度为26.8m,发电机层以下为电缆层,发电机层高程为第二层,布置中控室、载波通信室、试验室等,第三层为电缆夹层,第四层为GIS设备层。主厂房上游侧布置13.0m宽发电机出线廊道,出线廊道与副厂房下部电缆层连接。

表1 副厂房布置方案比较表

(3)副厂房布置方案三:副厂房及GIS设备室布置在主厂房左端,与主厂房呈“一”字型;三台主变压器布置在副厂房上游侧,与副厂房纵轴平行布置。副厂房长度为71.5m,宽度为12.5m。副厂房共分四层,发电机层以下为电缆层,发电机层高程为第二层,布置中控室、载波通信室、试验室等,第三层为电缆夹层,第四层为GIS设备层,总高度26.8m。主厂房上游侧布置宽13.0m的出线廊道,出线廊道与副厂房下部电缆层连接。

从建筑物布置、电气设备布置、施工条件、运行条件、经济分析比较,推荐副厂房布置方案一,即副厂房、GIS设备室及主变压器均布置在主厂房上游侧,与主厂房平行布置。

4 厂房布置

4.1 主厂房布置

主厂房内布置3×67MW冲击式水轮发电机组,主厂房长 70.375m,其中安装间长20.275m,主机间总高 37.10m,安装间高 30.1m,机组间距13.9m。根据设备及结构布置要求,确定厂房上游侧宽11.0m,下游侧8.5m,总宽20.5m,主厂房设1台160t/32t/5桥式起重机,跨度16.5m。

机组安装高程及出水管底板高程:根据发电时相应电站最高尾水位为2627.464m,确定水轮机安装高程定为 2630.464m,出水管底板高程为2624.464m,底板厚初定2.0m,出水管底板基础高程为2622.464m。

水轮机层高程:蜗壳进口断面直径1.4m,考虑蜗壳顶板厚及上部设备布置的需要,水轮机层高程为2632.464m。

发电机层高程:根据机组安装尺寸及机架布置,确定发电机层高程为2640.464m,与水轮机层之间设夹层,夹层高程为2635.664m。

轨顶高程:发电机层以上空间尺寸受吊车起吊高度控制,考虑起吊检修需要,轨顶高程定为2651.304m。

在发电机层2640.464 m高程,上游侧设有球阀吊物孔,靠上游侧排架柱之间布置机旁盘;在1#、3#机组端头各布置宽1.2m的钢筋混凝土主楼梯,由发电机层至水轮机层。水轮机夹层高程2635.664m,其上游侧布置吊物孔、发电机引出线等。水轮机层高程为2632.464m,上游侧布置吊物孔、调速器、油压装及下球阀层楼梯,1#及3#机端头各布置四台机组供水及消防水泵。安装间下部2632.464m层布置有空压机室、油处理室、透平油库、通风机室、转子检修墩等。安装间上部为发电机层高程,可满足一台机检修、安装和变压器检修需要,其上布设3.0m×3.0m 吊物孔、转子检修墩、上吊车钢梯及消防设施,安装间下游侧布置进厂大门,主机间靠右端墙布置安全疏散门。

4.2 副厂房及户内GIS开关站布置

户内开关站布置在副厂房上部。副厂房布置在主厂房上游侧,与主厂房平行布置,其长度与主厂房相同,宽度为12.5m,为多层框架结构。共分4层,地面层以下为电缆层,高程为2635.664m;2640.314m高程与发电机层同高,布置有10kV高压开关室、电工一、二次试验室、0.4kV低压配电室、蓄电池室、水机工具间、中央控制室、计算机室、交接班室、男女卫生间等。2646.464m高程为GIS电缆夹层,左侧主要布置分支母线筒和GIS电缆等;2649.464m高程为全封闭电气组合层,即GIS室层,主要布置GIS设备及一台5t电动双梁起重机。

在副厂房左、右端各设楼梯间,楼梯宽度不小于1.2m,上、下相通。满足消防及运行要求。