几内亚苏阿皮蒂水利枢纽电站厂房结构布置及优化研究

翟利军，张 萌

(黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

几内亚被誉为“西非水塔”，拥有丰富的水电资源。苏阿皮蒂水电站是孔库雷河梯级开发的第2级电站，电站上游100 km为已建的装机75 MW的格拉菲里水电站，下游6 km为2015年建成发电的装机24 MW的凯乐塔水电站，距离首都科纳克里约135 km，最近的两大城镇为弗里亚和通东，建成后将成为“几内亚的三峡工程”，是中国水电建设者与“一带一路”沿线国家在产能合作领域取得的成果。电站的发电能力不仅能满足目前几内亚国内的电力需求，多余电能还将输送至周边国家，将彻底改变几内亚电力短缺的状况，使其正式成为西非电力输出国。

苏阿皮蒂水利枢纽工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型，大坝为1级，发电厂房为2级。碾压混凝土重力坝最大坝高120 m，坝轴线长1 164 m，自左至右分别为左岸挡水坝段、发电引水坝段、导流底孔坝段、泄洪底孔坝段、溢流坝段和右岸挡水坝段，水库总库容63.17亿m3。水电站为坝后式地面厂房，布置于左岸发电引水坝段坝后，电站总装机容量450 MW，安装有4台立轴混流式水轮发电机组，单机容量112.50 MW，多年平均发电量19亿kW·h。

1 厂房布置

可行性研究阶段，根据枢纽总布置，电站厂房布置在主河床左侧，引水发电坝段下游侧，采用“一机一管”布置，总长度131.00 m，总宽度59.75 m，总高度53.30 m。水轮机安装高程104.50 m，机组的中心间距为20 m。厂区主要建筑物包括主厂房、副厂房、尾水渠和225 kV出线场等。主厂房由主机间和安装间组成，安装间布置在主机间的左侧，安装间下部布置渗漏、检修集水井及泵房。225 kV出线场单独布置在厂房下游侧左岸的滩地上，回填而成，高程为118.70 m，包括隔离开关、电容式电压互感器及氧化锌避雷器等，副厂房相应主要布置在主厂房的下游侧，便于出线，包含中控楼、主变室和GIS室，通过电缆廊道连接至下游左岸的出线场。枢纽平面布置如图1所示，厂房横剖面如图2所示。

图2 厂房横剖面图(可研阶段)

2016年1月与几内亚政府签署项目建设合同后，在可研阶段基础上，随着地质勘察工作地深入，结合地形地质条件、建筑物的布置条件、经济合理性及施工便利性，对布置进行了大量优化。为充分利用厂区上游平台，减少回填工程量，将副厂房移至上游侧，同时也缩短了尾水管长度[1]。优化布置后厂区主要建筑物包括主厂房、上游副厂房、下游副厂房、尾水建筑物等。厂房主入口位于安装间下游侧的边墙上。主厂房由主机间和安装间组成，安装间布置在主机间的左侧，4台水轮发电机组垂直于引水钢管布置；在主厂房内安装有一台160 t+160 t/50 t双小车电动双梁桥式起重机，跨度19.0 m，用于机组安装、检修及设备装卸。4台主变压器露天布置在厂房上游侧，GIS布置在上游侧一次副厂房二层，出线场布置在上游侧一次副厂房屋顶，空调机组和水力机械辅助系统设备布置在下游侧副厂房内，中控室及办公房间布置在安装间上游侧二次副厂房。厂区平台高程为119.70 m，满足厂区防洪及交通需要。电站尾水通过尾水渠接至下游河床。厂区右侧及尾水渠右边坡顶设置导墙，保证施工导流期间厂房基坑安全。

根据机组尺寸及水机电气设备布置需要，主厂房长度120.0 m，宽度23.0 m，高度50.30 m。机组安装高程SMK105.0 m，主机间建基面高程为SMK90.10 m，坐落在辉绿岩上。主机间长度89.0 m，宽度23.0 m，高度50.30 m。机组中心间距为19.0 m，采用“一机一缝”的布置形式。主机间共分6层布置，分别为发电机层(高程为SMK119.90 m)、母线层(高程为SMK114.00 m)、水轮机层(高程为SMK109.20 m)、蜗壳层(高程为SMK103.50 m)、交通层(高程为SMK98.50 m)、水泵层(高程为SMK90.45 m)。

安装间布置在主机间的左侧，长度为31.0 m，宽度与主机间同宽，主要用于机组检修时放置上下机架、转子、定子、转轮、顶盖等设备以及主变压器的安装与检修。为满足主变压器检修时的运输要求，安装间底板处布置有主变轨道直通山墙左侧室外，连接至各主变间隔。为方便上下游主副厂房之间管线、电缆连接，在靠近主机间一侧安装间下部设有电缆廊道。安装间大门布置在下游侧，与厂区道路连接。

主机间对应的上游副厂房主要布置电气一次设备，与主机段长度一致，长89.0 m，宽12.0 m，分5层布置，分别为屋顶出线平台层(高程为SMK139.20 m)、GIS设备层(高程为SMK126.90 m)、厂用设备层(高程为SMK119.90 m)、母线设备层(高程为SMK114.0 m)、水机设备层(高程为SMK109.20 m)。4台主变压器露天布置在该副厂房的上游侧厂区。

安装间上游侧的副厂房为二次副厂房，与安装间同长，长31.0 m，与主机间上游副厂房同宽，宽12.0 m。共分两层布置，分别为SMK119.90 m层，主要布置中控室、继保室、计算机室等。SMK126.90 m层，主要布置会议室、办公室等。

下游副厂房主要在尾水平台高程以下，尾水管上部，共分4层布置，高程分别为SMK114.00 m、SMK109.20 m、SMK103.50 m、SMK98.50 m，布置有空调风机、消防供水滤水器、饮用水处理设备及管路、尾水盘阀等。

尾水平台高程为SMK119.70 m，宽度为13.30 m，尾水平台安装有一台63 t单向门机。每条尾水管设两孔尾水检修门，为平面滑动闸门，尾水闸门孔口尺寸为5.10 m×4.40 m(宽×高)，尾水管底板高程93.20 m。尾水渠宽69.0 m，自闸墩起接1∶3的反坡至105.0 m高程，通过尾水渠将尾水排至下游河道。厂房横剖面图和厂区平面图见图3、图4所示。

图3 厂房横剖面图(施工设计阶段)

图4 厂区平面图(施工设计阶段)

2 厂房结构优化设计

苏阿皮蒂水电站采用坝后地面式厂房，详细设计阶段对厂房结构进行了多项优化设计，使整体布置更加合理、紧凑，节约了工程量。首先将225 kV出线由下游独立出线场改为上游副厂房屋顶出线，避免了长距离高压电缆投运试验及运行维护的困难，节省了出线场及电缆廊道土建投资[2]。主变压器及GIS设备等电气设备相应从尾水平台移至厂区平台室外及上游侧副厂房，利于主变散热，减少对厂房温升的影响，更加远离了泄洪底孔泄洪时挑流点，减小了水雾对电气设备的影响，也缩短了尾水管长度，减少了下部大体积混凝土体积。

根据机组尺寸、尾水管和蜗壳尺寸及设备布置要求，对机组间距进行优化，从20 m调整为19 m，减小了厂房整体尺寸，使设备布置更加紧凑，同时将集水井从原靠岸坡的安装间侧移至靠河道中心的4号机组侧，减小了厂房边坡开挖量。

厂房尾水渠靠近主河道，覆盖层浅，原设计尾水渠结构为重力式挡墙回填块石混凝土及砂砾石，因尾水渠较长，开挖回填量及混凝土量均较大。详细设计阶段利用良好的地层条件，将尾水渠结构优化为开挖明渠结构[3-5]，底板根据水力计算和模型试验要求采用局部混凝土底板，以减小糙率，满足尾水位要求。

3 结 语

苏阿皮蒂水电站是几内亚最大的水电站，开发任务以发电为单一目标，本文在可研阶段设计的基础上结合新的地形地质条件、枢纽建筑物的优化布置、经济合理性及施工便利性对厂房整体尺寸、出线及电气设备布置、集水井位置、尾水渠型式等进行了优化，这些优化措施，使厂房布置更加合理紧凑，降低工程造价，方便施工，为类似水电站设计提供了良好的参考和借鉴。项目于2016年4月开工，计划于2020年底建成发电，目前厂房结构排架柱施工完成，桥机已安装，正在进行机电设备安装和厂房装修施工，工程进展顺利。