[推荐]尼尔基水利枢纽工程厂房布置及其优化

关键词：厂区及厂房布置；设备布置优化；结构设计优化；关键线路；新材料
摘 要：尼尔基水利枢纽工程发电厂房为河床式厂房，总装机容量为4X62.5MW；在厂房布置时，充分考虑了工程建设具体情况，同时结合厂房设备和结构方面的要求，具有机动、灵活、实用的特点，最大限度地进行了优化设计，其中包括对新材料、新技术的应用；为同类型发电厂房的布置和优化提供了宝贵的经验。
1 工程概况
尼尔基水利枢纽工程发电厂房为河床式厂房，厂房设计标准采用千年一遇洪水设计，上游设计洪水位为▽218.15m，相应尾水位为▽189.02m；采用可能最大洪水校核，上游校核洪水位为▽219.90m，相应尾水为▽189.88m。发电厂房尾水洪水标准采用百年一遇洪水设计，设计尾水位为▽187.84m，二百年一遇洪水校核，校核尾水位为▽188.38m。
发电厂内安装有单机容量为62.5MW的轴流式水轮发电机组4台，总装机容量为250MW。单机引用流量为326.9m3/s，设计水头22.0m，最大水头33.2m，最小水头9.91m。安装高程▽178.39m。设一回220kV出线至拉东后并入东北电网。
2 厂区及厂房布置
尼尔基水利枢纽工程厂区主要由主厂房、进水渠、尾水渠、生产副厂房，变电站等构成。
厂区布置比选主要以选定的主河床右岸厂位方案展开，同时结合施工临时导流底孔布置，针对两个方案进行了较为深入的研究。第一方案为主机间布置在右岸河道左侧，安装间布置在主机间右侧，开关站布置在右岸岸坡，即安装间下游约200m进厂公路右侧的平坦坡地上。施工临时导流底孔系利用主机间坝段左侧的两个重力坝段来形成。第二方案则是将主机间布置在河道的右岸边，安装间布置于主机间左侧，变电站布置在安装间下游约40m的厂前区左侧及主坝下游坡脚处。生产副厂房布置在变电站下游20m处，施工临时导流底孔则布置在#2安装间坝段的下部。
经过详细比较，第一方案的变电站距厂房较远，生产副厂房只能布置在山顶上，进厂公路需由尼尔基镇经坝顶再盘绕至厂前区，交通非常不方便，且电缆及母线道很长，给运行管理带来不便；第二方案可直接通过左岸下游进厂公路进入厂区，布置较为紧凑，交通便利。另外，将安装间坝段与临时导流底孔坝段有机地结合在一起，取消了长达32m的重力坝段，大大节省了工程投资。经技术经济比较，二方案比一方案在造价上降低了1600多万元，因此，无可质疑的采用了第二方案。
主厂房自右向左共分六个坝段，由主机间和安装间组成。#1机组坝段长度27.50m；#2~#4机组坝段长度均为25.00m。#1安装间坝段长21.50m，布于主厂房最左端；#2安装间坝段长25.00m，与#4主机间相邻，其下部设两孔8.0×8.0m的临时导流底孔。主厂房坝段总长度149.00m，位于坝轴线桩号3+194.9m至3+343.90m之间，#1安装间、#1主机间分别与左侧主坝和右副坝采用翼墙连接。
厂房自上游至下游分为进水口、挡水坝体、发电厂房、尾水副厂房及尾水平台等部分。主厂房平面尺寸（长×宽）为149.0×26.1m，其中主机间长102.5m，安装间长46.5m。
主机间内设有四台轴流转浆式水轮发电机组，根据机组大件重量，采用一台容量为2×250/40t的双小车桥式起重机，桥跨22.5m。从右至左依次为#1~#4机。结构上分成四个机组段，其中#1为边机组段，考虑大件起吊时吊钩限制线要求，长为27.5m。#2~#4机组段长均为25.0m，主机间为一机一缝，水轮机吸出高度H=-7.5m，安装高程为▽178.39m。尾水管底板高程为▽159.27m。考虑各层的净空要求确定水轮机层地面高程为▽182.18m，母线层高程为▽186.79m，发电机层楼板地面高程为▽191.89m。根据安装起吊发电机转子及水轮机转轮要求确定桥机轨顶高程为▽207.39m，厂顶高程为▽216.99m。
厂房宽度本着在满足水轮机发电机组、辅助设备及发电机层设备布置要求的前提下尽量压缩。机组纵轴线上游侧布置为11.6m，下游侧为14.5m，总跨度为26.1m。
主机间内垂直交通主要通过楼梯，考虑到运行检修方便及总体布置的有利条件，在每个机组段第四象限均设有从发电机层至水轮机层的楼梯，每个机组段下游侧均设有水轮机层至蜗壳层楼梯。
主机间上游设有进水渠，进水渠宽95.40m，长度50m，渠周边设一道拦砂坎。下游设尾水渠长105m，宽96m，底部按1：5反坡与河床平顺连接，尾水渠左挡墙（高19.2m）与导流底孔挡墙结合布置。
厂房坝段宽度与主机间机组段对应，坝顶高程为▽221.00m，坝顶上游侧设1.20m高防浪墙，设有8.0m宽坝上公路，挡水段宽度26.5m，下部为进水口，自上游至下游坝顶公路之间依次布置有拦污栅、检修闸门和事故闸门。坝顶设一台双向门机，进水口底板采用双圆弧曲线型，用半径20.0m圆弧和反曲线半径33.37m圆弧与蜗壳进口底板相连；进水口顶板采用椭圆曲线与蜗壳顶板平顺相连。
根据厂房整体稳定要求和结构受力条件，每个机组段进水口分两孔，每孔净宽7.70m，中墩厚3.0m，底板厚5.0m。
发电机层在机组的第1象限布置调速器及油压装置。为合理利用厂内空间，机旁