河床式低水头小水电站厂房优化设计措施

引言：河床式低水头小水电站厂房的设计主要是根据总体布置确定基础开挖高程以及厂房各层的高度、尺寸、布置等，后进行稳定计算和应力计算。在厂房的稳定计算过程中，在满足安全可靠的情况下，还有较大的安全余度，也就是抗滑稳定系数K（K?）大于规范设计值要求的系数值（水电站厂房设计规范SL266-2001）具有一定的余度时，就可以进行优化。通过优化，达到投资经济，建筑物外观美化，取得经济效益和社会效益双赢的目的。

　　1.工程概述

　　凯达水电站是一座以发电为主，兼顾灌溉的低水头径流式水电站枢纽工程。电站坝址以上控制集雨面积1156km2，多年平均流量32.4m3/s。正常蓄水位102.80m，相应库容79万m3，水库总库容155万m3，电站拟装机容量为2×2000kW，多年平均年发电量1480万kW·h。

　　根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《小型水力发电站设计规范》（GB50071-2002）及《水闸设计规范》（SL265-2001）的规定，综合考虑最大过闸流量及防护对象重要性，确定本工程为Ⅲ等工程，相应主要建筑物为3级、次要建筑物为4级、临时性水工建筑物均为5级；永久性主要建筑物采用30年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。闸下消能防冲洪水标准与该水闸洪水标准一致。

　　本工程是以发电为主的低水头径流式水电站，是一个典型的河床式水利枢纽。省水利厅可研报告审查意见基本同意本工程枢纽总布置为河床中间布置开敞式平底泄水闸，紧邻泄水闸靠左岸布置发电厂房，内装2台定桨轴流式水轮发电机组，两岸采用砼截水墙连接。初步设计阶段对枢纽布置进行了一定优化，现采用的枢纽布置方案与可研阶段的枢纽布置方案基本一致为：坝轴线全长200.88m，其中河床中间布置开敞式平底泄水闸坝段长105.6m，紧邻泄水闸靠左岸布置厂房段长27.518m，左岸连接段长32m，右岸连接段长36.5m。

　　拦河闸共设置8孔单孔净宽10m的泄洪闸，中墩和边墩均厚2.5m，溢流前缘总宽度为105.6m，顺水流方向闸室总长18m。根据泄流计算成果，驼峰堰顶高程初定为95.5m，闸室由上游至下游分别布置b×h=10m×7.6m的检修平面钢闸门和b×h=10m×7.8m的工作平面钢闸门，伸缩缝布置在中墩中间，闸底板厚度为1m，边孔水闸单跨宽度为13.25m，中孔水闸单跨跨度为12.5m。拦河闸上游正常蓄水位为 102.8m，闸顶高程103.30m，闸墩顶高程108.00m。每孔泄水闸布置1扇工作平面钢闸门，由设在高程118.55m启闭平台的固定式卷扬机操控。为了闸门检修的需要，在工作闸门的上游侧设置一道检修门槽，8孔共用1扇检修用平面钢闸门，由移动式电动葫芦吊装。

　　主厂房内安装2台ZDN616-LH-275型轴流定浆水轮机，单机装机容量2000KW的发电机型号为SF2000-36/3250，厂房右侧布置二台调速器，下游侧布置机旁盘。主厂房长度为27.518米，宽度15.5m，高30.98m，配置25t/6.3t桥式起重机一台，中心跨距13.5m，发电机层高程为103.792m。

　　主厂房左侧为安装间(长×宽)为14.00m×15.5m，满足机组检修期间同时放置定、转子、转轮、顶盖、上机架等5大部件及汽车进入安装场装卸的需要。

　　主厂房下游侧布置副厂房，高程与发电机层同高程为103.792m，设高压柜室、中央控制室等。副厂房下层高程为98.25m，布置厂用变，励磁变及工具房，中间夹层101.592m，布置电缆走线。

　　开关站布置在主厂房左边的安装间下游侧，平面尺寸（长×宽）为19.7m×10m，地面高程为103.64m，即进厂公路旁边。

　　2.上游进水口设置两道拦污栅，提高拦污效果

　　无论大型电站还是小型电站，通常都是只在厂房的进水口设置一道拦污栅，大型低水头电站采用自动清污机来清污，小型的电站就采用槽钢或者角铁现场焊接而成，采用人工进行清污。这样的设置实际运用效果并不十分的理想，拦污效果不明显，甚至失效。当上游有较大较多垃圾时，容易造成清污效果的失效，拦污栅形同虚设，起不到应有的作用，而且由于垃圾的聚集，严重影响了进水口的流态和流速，对水轮机出力造成较大影响。

　　设置两道拦污栅，第一道设置在厂房的进水流道的前面，使用角铁现场制作，栅条之间的间距可以较大，一般取10～15mm，主要作用是拦截较大的垃圾污物，顺流态方向斜向将污物导出厂房流道范围，结合冲砂闸或者排污闸的设计，把垃圾污物排到下游；再在第一道栅后的5m～8m处，厂房流道前设置第二道拦污栅，采用角铁或者槽钢焊接而成，栅条的间距应比第一道的细密，同时考虑水轮机的过流要求，一般取5～10mm，达到拦截较小垃圾的目的。通过两道拦污栅的设置，工程实例证明拦污效果比一道的设置明显，效果理想。

　　减少下游闸墩高度，取消下游尾水闸门设置

　　对于轴流和混流式立轴机组的厂房设计，下游的尾水闸门总是高出下游尾水。按照一般做法，闸墩顶和尾水闸门工作桥的高程一般都是在校核洪水位以上，这实际上是没有必要的，很大部分体积的混凝土没有起到什么实质性作用，造成很大浪费。在满足安全稳定的前提下，减少尾水闸墩的高度，使其仅仅高于正常尾水位，也就是减少混凝土量，直接就可以减少工程投资。同时，如果水电站机组的安装高程比较低的话，很大部分机组在正常使用的情况下，已经是淹没在水里，设置尾水闸门的意义更小。机组要检修的话，都是直接的吊放到副厂房上进行，在小容量的小型电站，检修时间很容易安排，干脆直接取消尾水闸门的设置，既节约了工程的投资，也增加了建筑物外观美感。尾水闸墩的高度一般都是按满足尾水管构造要求厚度而定，在0.8m～1.5m之间。但对贯流式机组下游尾水闸门的设置还有必要。

　　取消了尾水闸门的设置，下游的防洪墙也相应做出变化。从原来的闸墩位置缩进到水轮机层的下游蜗壳外端，直接连接到发电机层或者到水轮机层，然后和中控室底下的电缆层连接，形成一个封闭的整体。

　　如果下游的校核洪水位高出发电机层较多，特别对于小Ⅱ型一类电站在200年一遇的校核洪水状况中，中控室以上部分的窗体一般布置在校核洪水位以上0.3m～0.5m。或下部封闭，上部高出水位部分可以开启。底下电缆层的布置要考虑到施工检修的高度要求，可以取2.0m到2.5m。在中控室的设计当中，还可以采用悬臂挑梁的结构，向下游飘出1～3m，以满足室内电气设备布置的要求。

　　厂房下游的防洪问题，可以通过以下措施进行解决，在厂房下游设置防洪门，防止设计洪水和校核洪水时倒灌；并在厂房的下游岸坡也一起设置高出设计洪水位的防洪墙。甚至对于几千kw的小型电站来说，遇到校核洪水时不妨就让机组淹浸一下又如何？不少实例证明后期的恢复生产费用总比一次性的防御措施投资少许多。

　　3.结束语

　　经过优化设计，厂房的稳定和应力情况应重新核算，达到规范要求。通过以上各点措施，更加符合经济、实用的要求，提高了性价比，体现出了优异的经济性。

　　参考文献

　　1.张洪楚;;水电站调节保证计算[J];河海大学学报(自然科学版);1980年01期

　　2.姚仁;;黄河上游已建水电站的效益及加快西北水电开发的必要性[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

　　3.孙万泉;水电站厂房结构振动分析及动态识别[D];大连理工大学;2004年

本文摘自期刊vip！