水利水電工程電纜設(shè)計規(guī)范

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水利水電工程電纜設(shè)計規(guī)范范文第1篇

關(guān)鍵詞：水利樞紐 混合式抽水蓄能電站 寬尾墩式溢流壩 變速運(yùn)行 碾壓混凝土

1 設(shè)計中的幾個重大技術(shù)問題

1.1 樞紐布置

樞紐布置是整個樞紐設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

在初步設(shè)計批準(zhǔn)后，我院在清華大學(xué)及本院科研所進(jìn)行了6個水工模型、5個方案的試驗研究，驗證了初步設(shè)計所推薦的樞紐布置是最優(yōu)方案，即右岸壩后式水電站的樞紐布置具有布置緊湊、管理運(yùn)行方便、施工簡單、投資省、上下游流態(tài)可基本滿足運(yùn)行要求。該方案又經(jīng)長期的、大量的整體及斷面水工模型試驗研究后，進(jìn)一步完善了樞紐布置：

主壩泄洪建筑物由表孔和底孔組成，最大泄洪流量為56200m3／ s，表孔共18孔，孔寬15m，挑流消能。4個泄洪底孔為深式一短管、明流槽以及挑流消能。由于施工的需要，將底孔由電站左側(cè)遷移至表孔中部，表孔則分兩段布置即右7孔、左11孔，兩段中間布置泄洪底孔。

溢流壩閘墩由流線型改為平尾墩、左3孔又改為寬尾墩、通過試驗將挑流鼻坎高程抬高了3m，增加挑射角至30°等措施，達(dá)到了充分消能的目的，改善了左岸回流淘刷壩趾和下游沖刷。溢洪道右端導(dǎo)墻加設(shè)了導(dǎo)向墩，電站左導(dǎo)墻加長80m，加長部分左折20°。這些措施避免了對廠房的沖擊，改善對尾水渠左導(dǎo)墻的沖刷，并大大減少了尾水渠出口淤積，為電站運(yùn)行提供可靠的保證。

潘家口電站是一座混合式抽水蓄能電站，裝機(jī)4臺，其中1臺150MW常規(guī)機(jī)組、3臺90MW抽水蓄能機(jī)組。這座電站是我國目前最大的混合式抽水蓄能電站，其特點(diǎn)：一是電站水頭變幅巨大；二是常機(jī)組布置在同一個廠房內(nèi)；三是蓄能機(jī)組需要安裝在一期工程形成在廠房內(nèi)；四是設(shè)備多、且某些設(shè)備還有特殊的要求。這些特點(diǎn)和要求，給機(jī)組制造與廠房布置帶來復(fù)雜性。經(jīng)過周密的布置和詳細(xì)研究，并與廠家協(xié)商，對機(jī)組的結(jié)構(gòu)做了修正和調(diào)整，才滿了運(yùn)行和設(shè)計要求。

保壩措施經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇了加高大壩2.5m，樞紐泄流能力提高15％，最大泄量為56200m3/s。而樞紐增加投資僅占總投資的2％。因此該方案是經(jīng)濟(jì)合理的、也是可靠的。

1.2 關(guān)于水庫誘發(fā)地震的研究

潘家口壩址與庫區(qū)有東西向、北東向及弧形構(gòu)造會入，構(gòu)造復(fù)雜，又有歷史地震的記錄。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織的規(guī)定，我院開展了關(guān)于水庫誘發(fā)地震的研究，通過擴(kuò)大的地質(zhì)測繪、遙感、精密水準(zhǔn)測量、地應(yīng)力測試、地震臺網(wǎng)的監(jiān)測，10余年來還未觀測到水庫誘發(fā)地震的跡象。但根據(jù)國內(nèi)外工程經(jīng)驗，今后還應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測工作。

1.3 關(guān)于堿活性骨料的研究

本料場的混凝土天然骨料，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)有燧石、凝灰?guī)r、流紋巖、粗石巖、蛋白石、安山巖等活性骨料，約占總量的30％，誦過巖相鑒定及化學(xué)法試驗確定，屬有害的堿活性反應(yīng)的材料。為此，又進(jìn)行了長度法試驗。試驗結(jié)果證明砂、骨料均不產(chǎn)生過量的膨脹，可評價為非活性骨料。由于缺乏骨料在混凝土中使用的經(jīng)驗，為安全可靠，設(shè)計仍用撫順低堿大壩水泥及摻粉煤灰等抑制措施。經(jīng)近20年的運(yùn)行均未見異常。

1.4 下池庫內(nèi)往返水流

混合式抽水蓄能電站下池布置在灤河干流上，因此需滿足泄洪要求，即建筑物應(yīng)能抗御大洪水沖淤的作用。下池工程為三級建筑物，要求抵御28000m3／s的大洪水沖擊以及淤積造成的不利影響。為此電站左導(dǎo)墻按折線布置，挖除左岸灘地約100萬m3砂石，大大改善了尾水渠出口淤積問題。經(jīng)包括上下池整體水工模型試驗，證明大洪水過后，下池有效庫容損失約10％左右，而實(shí)際設(shè)計已留有足夠的余地，因此運(yùn)行是可靠的，設(shè)計也是成功的。

1.5 水資源開發(fā)與經(jīng)濟(jì)效益。

由于京津唐地區(qū)缺水嚴(yán)重，因此水資源開發(fā)與利用成為當(dāng)時的一個核心問題，引起各方面的關(guān)注。在審查潘家口初設(shè)時，華北電管局明確提出在原供水、防洪及季節(jié)性電站的基礎(chǔ)上，在可能條件下，增設(shè)3×90MW抽水蓄能機(jī)組擴(kuò)大裝機(jī)容量，使季節(jié)性電站變?yōu)榛旌鲜匠樗钅茈娬尽Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)合供水發(fā)電，發(fā)電不降低供水的效益；（2）可避免在枯水時段或不需要供水時出力受阻甚至停機(jī)；（3）常蓄機(jī)組互補(bǔ)，可增加尖峰發(fā)電量，減少輸入電量，提高機(jī)組的綜合效率；（4）由于增設(shè)抽水蓄能機(jī)組，大大改善了電站在系統(tǒng)中的地位和作用。提高對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，具有明顯的調(diào)頻效應(yīng)，為系統(tǒng)提供了一個可靠的調(diào)峰電源。量增加了3.87倍，總峰荷電量達(dá)4.838億kW·h.峰荷電量大幅度增長的原因：抽水發(fā)電2.307億kW·h，另外在系統(tǒng)中填谷210～270MW，解放了火電機(jī)組調(diào)峰500MW。這種混合式水電資源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。 　2 設(shè)計中采用的新技術(shù)

2.1 壩型

主壩采用了低寬縫重力壩，這種壩型是由寬縫重力壩發(fā)展而來的。為了區(qū)別，可視一般寬縫重力壩為高寬縫重力壩。高寬縫為壩高的1／2。低寬縫重力壩縫腔高為壩高的1／3。其次是縫腔的體形不同，低寬縫盡量避免倒模板，將上下游縫腔的坡度改為豎直坡。這種壩型的優(yōu)點(diǎn)是：（1）較實(shí)體重力壩節(jié)省工程量10％；（2）保留了高寬縫重力壩的優(yōu)點(diǎn)如降低揚(yáng)壓力，便于檢修、壩體冷卻，便于基礎(chǔ)排水和排水設(shè)施的布置，便于使用預(yù)制模板等；（3）封腔早，便于機(jī)械施工、提高工效、加快進(jìn)度。

2.2 寬尾墩式溢流壩

寬尾墩式溢流壩是由一般帶挑流鼻坎消能工的溢流壩發(fā)展而來的。即由一般溢流壩加寬尾墩形成寬尾墩式溢流壩。這是我院科技人員在國內(nèi)外首創(chuàng)的一種消能工。在閘室內(nèi)寬尾墩強(qiáng)迫水流收縮成水冠，過閘室后水冠擴(kuò)散，在反弧段內(nèi)，寬尾墩兩側(cè)高速水流相撞，充分摻氣，形成高低坎消能效果，增大入水角和擴(kuò)散面，減弱沖刷能力，達(dá)到充分消能的目的，采用寬尾墩后當(dāng)泄5000年一遇洪水時，壩下沖刷變淤積，消能效果明顯，保證了大壩泄洪時安全運(yùn)行。

2.3 裸露式具有抗凍性的碾壓混凝土重力壩

下池左岸擋水壩段經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以碾壓混凝土重力壩代替了常態(tài)混凝土重力壩，取消了常態(tài)混凝土保護(hù)層。碾壓混凝土直接接觸空氣和水，并且要與常態(tài)混凝土壩一樣，要經(jīng)受一切大自然如陽光、溫度、水的作用等。由于下池處于寒冷區(qū)，水位日變幅5.5m，因此要求壩體水位變動區(qū)應(yīng)達(dá)到150次凍融循環(huán)，其它部位也應(yīng)達(dá)到50次抗凍要求。設(shè)計采取了以下措施：（1）總膠凝材料用量177～145kg／m3，水泥用量122～94kg／m3。（2）混凝土內(nèi)摻用復(fù)合外加劑，使碾壓混凝土含氣量達(dá)到4～6％。（3）施工過程中在上下游壩面噴灑膠凝劑，加強(qiáng)了層間結(jié)合，使壩體達(dá)到一定的抗?jié)B性。

另外簡化了斷面，取消了廊道、上游直坡、下游階梯狀斜坡等，以適應(yīng)碾壓要求。

這座裸露式具有抗凍性碾壓混凝土重力壩，最大壩高24.5m，壩頂長275m，橫縫間距57m。該壩已建成5年，運(yùn)行正常，是國內(nèi)外首例，對碾壓混凝土筑壩技術(shù)的發(fā)展具有一定的開創(chuàng)性。

2.4 機(jī)組變速運(yùn)行

為了適應(yīng)水頭變幅巨大的運(yùn)行要求，在引進(jìn)蓄能機(jī)組的過程中，經(jīng)與廠家研究，采用變極雙速機(jī)組，起動變頻器擴(kuò)大容量為60MW，串連在機(jī)組與主變之間，即可實(shí)現(xiàn)水泵起動和變速運(yùn)行，這種定子接線60MW變速運(yùn)行機(jī)組在國內(nèi)外是首例。60MW變頻器能保證蓄能機(jī)組在發(fā)電工況（36～53m），水泵工況（36～79m）內(nèi)以最佳轉(zhuǎn)速在高效區(qū)運(yùn)行。機(jī)組效率提高：發(fā)電工況12％，水泵工況19.2％。機(jī)組綜合效率由60％提高到80％，替代容量增加15％，氣蝕振動大人減輕，提高了機(jī)組的壽命。

2.5 碾壓混凝土路面

潘家口水利樞紐對外交通7.2km，其中5.9km路段采用碾壓混凝土筑路技術(shù)。經(jīng)過試驗研究，將干砂漿（無坍落度砂漿）應(yīng)用于碾壓混凝土路面，保證了路面平整不露石子，提高了路面力學(xué)強(qiáng)度和耐磨性，成為國內(nèi)外首創(chuàng)筑路新工藝。全碾壓式一級配混凝土、表面鋪干砂漿厚5～10mm，一次碾壓成高級路面。

2.6 水電站主廠房防火的改進(jìn)措施

電站防火設(shè)計經(jīng)過唐山市消防支隊的審查，設(shè)計符合國家、部頒設(shè)計規(guī)范的要求，并有所創(chuàng)新，國內(nèi)外首次采用的改進(jìn)措施：

（1）常開門式封閉樓梯。（2）擋煙垂壁，在機(jī)組段之間橫梁（梁高0.6m）下設(shè)輕鋼龍骨，外側(cè)固定石膏板，擋煙垂高0.9m，總壁高1.5m，保護(hù)電纜效果明顯；（3）自動報警與手動報警相結(jié)合；（4）電纜夾層采用固定式鹵代烷滅火系統(tǒng)。以上四項措施對廠房結(jié)構(gòu)改動很小、投資少、易實(shí)施、效果明顯，提高了防火安全性和可靠性。

3 提高效益的設(shè)想

3.1 為了進(jìn)一步發(fā)揮混合式抽水蓄能電站的效益，建議再引進(jìn)兩臺60MW變頻器。

3.2 抬高運(yùn)行水位

由于在大壩設(shè)計中已適當(dāng)留有余地，可考慮抬高水位運(yùn)行，每抬高1m，即可增加5000萬m3的有效庫容。這一措施，效益很高，可在適當(dāng)時機(jī)在不影響大壩安全運(yùn)行的前提下，予以實(shí)施。

3.3 在引灤供水系統(tǒng)中，除潘家口之外，還有大黑汀、于橋、邱莊、陡河水庫等，已形成一個關(guān)系密切的供水網(wǎng)絡(luò)，建議在不增加投資的條件下，加強(qiáng)調(diào)度與管理，即可達(dá)到多蓄水，提高供水效益的目的。如潘家口與大黑汀水庫聯(lián)合運(yùn)用可多調(diào)節(jié)水量1.2億m3，如五庫聯(lián)合運(yùn)用，其效益更為可觀。

3.4 進(jìn)一步發(fā)揮水庫排沙對下游入海口沖刷的作用

潘家口水庫有4個底孔，這4個底孔泄量尚不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，應(yīng)該充分發(fā)揮現(xiàn)有底孔排沙作用。經(jīng)過科學(xué)計算和研究后在汛期低水位時，在有準(zhǔn)備的條件下，泄水拉沙，隔幾年進(jìn)行一次以提高水庫壽命。這一措施帶來的另一個好處是：利用人造洪峰對入海口進(jìn)行沖刷，防止海口淤積。

參考文獻(xiàn)

1 潘家口混合式抽水蓄能電站、曹楚生.1990年4月國際抽水蓄能會議論集。

2 一期工程概述.曾楚生.李成乾，水利水電工程.1986年2期

3 混合式抽水蓄能電站布置.魏恒德.李啟業(yè).水利水電工程.1986年2期

水利水電工程電纜設(shè)計規(guī)范范文第2篇

關(guān)鍵詞：火災(zāi)；自動報警系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；小孤山水電站

黑河小孤山水電站工程位于甘肅省肅南裕固族自治縣境內(nèi)，黑河干流大峽谷段下游。工程為長壓力隧洞引水式電站，主要由攔河閘壩首部樞紐，發(fā)電引水系統(tǒng)，地下廠房，開關(guān)站等組成。

1火災(zāi)自動報警和控制系統(tǒng)的任務(wù)

水電站火災(zāi)自動報警和控制系統(tǒng)的任務(wù)是對電站主廠房,副廠房及重要機(jī)電設(shè)備場所的火情,防火排煙設(shè)備等進(jìn)行24h不間斷監(jiān)視，并對房火排煙設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制。

2消防設(shè)計依據(jù)及設(shè)計原則

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GBJ16-87）（2001年版）、《水利水電工程設(shè)計防火規(guī)范》（SDJ278-90）、《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》（DL5027-93）及《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-98）的要求，采用“一防、二斷、三滅、四排”的綜合消防技術(shù)措施，盡量減少著火根源，避免火災(zāi)發(fā)生，萬一發(fā)生火災(zāi)也不致蔓延，并能迅速撲滅，使火災(zāi)損失降至最低限度。小孤山水電站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用控制中心集中報警系統(tǒng)。電站內(nèi)設(shè)置手動和自動兩種觸發(fā)報警方式，手動和自動觸發(fā)并行執(zhí)行。智能火災(zāi)報警控制屏設(shè)在中控室內(nèi)，以便中控室的值班人員在火災(zāi)發(fā)生時，及時了解火情。

主要生產(chǎn)場所設(shè)置智能火災(zāi)探測器或手動報警按鈕，探測器及手動報警按鈕與中控室報警器相聯(lián)，在發(fā)生火災(zāi)時傳遞火警信號至中控室，發(fā)出聲光報警，現(xiàn)場手動控制滅火。

3火災(zāi)自動報警和控制系統(tǒng)的功能

3.1火災(zāi)自動報警和控制系統(tǒng)的組成。由于水電站環(huán)境條件的特殊性，地下廠房多潮濕，陰暗，強(qiáng)磁場，易燃易爆，普通離子感煙探測器不太適用，所以設(shè)計考慮采用了海灣安全技術(shù)有限公司的產(chǎn)品，該產(chǎn)品防潮性能好，適合于地下廠房。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)由智能火災(zāi)報警控制器、光電智能感煙探測器、智能感溫探測器、紅外對射感煙探測器、纜式線型感溫探測器（及接口模塊）、手動報警按鈕、聲光報警器、智能控制模塊、智能監(jiān)視模塊、切換模塊、總線隔離模塊等組成。

在電纜密集處，如開關(guān)站電纜溝，電纜橋架，電纜夾層等處，選用纜式線型感溫探測器，以正弦波方式均勻纏繞在電纜表面上，使其與被保護(hù)電纜多點(diǎn)接觸。同時也在屋頂設(shè)置感煙探測器，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。在高大廠房內(nèi)，則選用紅外對射感煙探測器，它具有監(jiān)護(hù)面積大、靈敏度高、探頭數(shù)量少、經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)。重點(diǎn)保護(hù)下游機(jī)旁盤及勵磁盤等主要機(jī)電設(shè)備。在電站內(nèi)，中控室、直流屏室、蓄電池室、油處理室等重要機(jī)電設(shè)備場所則設(shè)有感煙探測器、感溫探測器、手動報警按鈕、聲光報警器等，便于值守人員及時通報火情或手動啟動滅火設(shè)備。發(fā)電廠房消火栓內(nèi)設(shè)有消火栓報警按鈕，當(dāng)發(fā)生火情時，可用手擊碎玻璃，火警信號通過總線自動傳輸?shù)街锌厥一馂?zāi)報警控制柜。

火災(zāi)事故照明、疏散指示標(biāo)志采用蓄電池，應(yīng)急燈作備用電源，照度不低于0.50lx，可連續(xù)供電30min。消防照明線路采用專設(shè)消防配電線路。廠房的疏散通道、樓梯、安全出口均設(shè)有火災(zāi)照明及疏散指示標(biāo)志。

小孤山水電站主廠房主要采用機(jī)械排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)的通風(fēng)方式；副廠房也采用自然送風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的通風(fēng)方式；廠房水輪機(jī)層和蝸殼層采用強(qiáng)制循環(huán)通風(fēng)。

電站通風(fēng)系統(tǒng)，平時由溫濕度控制器現(xiàn)地采集信號傳至風(fēng)機(jī)控制柜采用在中控室設(shè)置計算機(jī)自動控制，根據(jù)火災(zāi)信號控制風(fēng)機(jī)的啟停與防排煙，由于風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備相對較為集中，在風(fēng)機(jī)附近又設(shè)置控制箱控制風(fēng)機(jī)的啟停，這樣運(yùn)用兩套控制系統(tǒng)控制全廠通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行。另外在通風(fēng)系統(tǒng)的送、排風(fēng)管，送、排風(fēng)口等處均加裝自動防煙防火閥或防火排煙閥；風(fēng)管在穿越防火墻時，均設(shè)置防煙防火閥。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，通過控制箱自動（或手動）控制風(fēng)機(jī)的啟停和防煙防火閥、防火排煙閥的啟閉。

本工程廠區(qū)主要建筑物包括地下發(fā)電廠房、主變兼尾水閘門室、進(jìn)廠交通洞、通風(fēng)出線洞、尾水洞、排水洞等。地面建筑物為開關(guān)站。報警控制器用于模擬量智能化可編址二總線火災(zāi)報警系統(tǒng)中，配合現(xiàn)場系列火災(zāi)探測器及其他現(xiàn)場輸入模塊，輸出模塊等可編址部件組成了一個全自動火災(zāi)報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)。全廠共分八個層面，每個層面安裝一個接線端子箱，且每層的總線隔離器安裝在接線端子箱。系統(tǒng)中所有設(shè)備均為編碼型，安裝前應(yīng)先根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的電子編碼器進(jìn)行“十進(jìn)制”編碼，檢查無誤后方可進(jìn)行調(diào)試。

3.2控制系統(tǒng)功能。設(shè)置在電站各個部位的火災(zāi)探測器，在檢測到火情時自動向值班室火災(zāi)控制器報警。控制器在接到報警信號后，通過PC軟件編程設(shè)定的各種聯(lián)動關(guān)系，進(jìn)行信息處理。在控制器的面板上以液晶顯示方式，顯示出火情部位。當(dāng)火情確認(rèn)后，通過面板上設(shè)置的按鈕和柜內(nèi)預(yù)制的程序，可自動或由電站值守人員手動對發(fā)生火災(zāi)部位防煙防火設(shè)備，滅火設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的控制操作。

通常，報警控制器的控制輸出設(shè)置在手動位置。當(dāng)各種火災(zāi)探測器或手動報警按鈕接收到信號后，立即將信號傳輸至智能火災(zāi)報警控制器，智能火災(zāi)報警控制器立即響應(yīng)，發(fā)出聲、光報警，并顯示時間、地點(diǎn)、報警性質(zhì)，打印記錄，通過輸出接口將火災(zāi)信號送至計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

正常時，智能火災(zāi)報警控制器通過兩總線對在線的所有探測部件進(jìn)行巡回檢測，發(fā)現(xiàn)有故障時，能發(fā)出故障報警信號，顯示出時間、編碼、區(qū)域，并打印出來。報警控制器電源為交流220V，由廠用交流電源供電，當(dāng)廠用交流電源消失時，可自動切換到逆變電源供電，保證了交流電源供電的可靠性。同時，裝置內(nèi)還設(shè)有25Ah的蓄電池作為控制器的備用電源。

4主變壓器火警系統(tǒng)

本電站主變壓器設(shè)3臺，水冷油浸式，每臺主變壓器均設(shè)置在專用房間內(nèi)，變壓器安裝在鋪有卵石阻燃的集油坑上，設(shè)3套固定式排油充氮滅火裝置。在主變室附近設(shè)置事故油池，事故油池總?cè)莘e約27.50m3。

3臺主變壓器均采用固定式排油充氮滅火方式，每臺變壓器設(shè)有獨(dú)立的充氮滅火裝置。變壓器充氮滅火裝置由火災(zāi)探測器、控流閥、消防柜、電氣控制柜四個部分組成。火災(zāi)探測器安裝于變壓器箱蓋頂部強(qiáng)度相對薄弱，容易引起火災(zāi)的環(huán)節(jié)處。控流閥安裝于變壓器油枕與瓦斯繼電器之間，一旦變壓器發(fā)生火災(zāi)時能迅速切斷油枕與變壓器本體之間的油通路。消防柜內(nèi)主要有重錘排油機(jī)構(gòu)、重錘充氮閥及高壓氮瓶，安裝于變壓器附近，與變壓器本體之間連接有排油管和充氮管。電氣控制柜用于運(yùn)行方式的設(shè)定、手/自動切換和起動控制，安裝于電站中控室內(nèi)。

當(dāng)變壓器充氮滅火裝置的火災(zāi)探測器與瓦斯繼電器同時發(fā)出動作信號后，快速排油閥立即打開，將油箱中油降低于頂蓋下方25cm左右，減輕本體內(nèi)壓力，防止變壓器爆炸。關(guān)閉控流閥，切斷油枕與變壓器本體之間的油通路。在排油閥打開數(shù)秒后，氮?dú)鈴淖儔浩鞯撞砍淙氡倔w，使變壓器油上下充分?jǐn)嚢瑁仁褂蜏亟抵寥键c(diǎn)以下迅速滅火，充氮時間持續(xù)10min以上，使變壓器充分冷卻，阻止重燃。

5機(jī)組的火警系統(tǒng)

電站的發(fā)電機(jī)組是由蘭州電機(jī)廠制造的，機(jī)組的火災(zāi)探測器和水噴霧滅火設(shè)備和數(shù)量，設(shè)備選型及安裝均由電機(jī)廠負(fù)責(zé)設(shè)計，安裝及成套供貨。每臺機(jī)組構(gòu)成一個獨(dú)立的火警監(jiān)控系統(tǒng)。探測器安裝在發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)，其信號總線通過發(fā)電機(jī)外壁的接線端子箱接入，通過風(fēng)罩外電纜橋架接至發(fā)電機(jī)專用火災(zāi)自動報警器，火災(zāi)自動報警器安裝在中控室火災(zāi)控制屏中。當(dāng)機(jī)組發(fā)生火災(zāi)時，由火災(zāi)報警控制器通過開關(guān)量輸出接點(diǎn)將機(jī)組的火情信號，傳遞到中控室火災(zāi)報警控制屏，并由值守人員確認(rèn)火警部位后再手動啟動消防滅火系統(tǒng)。

所以，對于“無人值班（少人值守）”新建的大中型水電站，火災(zāi)自動報警的設(shè)計可保障水電站安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范.(GB50116-98).

水利水電工程電纜設(shè)計規(guī)范范文第3篇

關(guān)鍵詞：水利工程 投資控制

工程概況:趙莊揚(yáng)水站位于寧河縣蘆臺鎮(zhèn)趙莊村西北津榆公路與蘆寶公路交口,薊運(yùn)河右堤,設(shè)計流量8m3/s。該站始建于1976年,是一座灌排兩用揚(yáng)水站,場區(qū)占地面積13.38畝。控制范圍為蘆臺鎮(zhèn)薊運(yùn)河右堤以西、大艇莊以東、蘆臺農(nóng)場以北區(qū)域,總面積約18.9平方公里。由于其設(shè)計年代久遠(yuǎn),設(shè)備功能老化,現(xiàn)已不能滿足轄區(qū)排澇、灌溉需求量。因此,列入我縣揚(yáng)水站更新改造計劃,并于2009年由天津市水利勘測設(shè)計院設(shè)計,天津市水務(wù)局審核批準(zhǔn)拆除重建。工程總投資1152萬元,其中建筑工程531.06萬元,機(jī)電設(shè)備及安裝工程329.63萬元,金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及安裝工程73.83萬元,臨時工程52.97萬元,獨(dú)立費(fèi)100.25萬,基本預(yù)備費(fèi)55.08萬元,水保、環(huán)保費(fèi)9.18萬元。主要建設(shè)內(nèi)容為重建泵站引水渠、進(jìn)水池、泵房、壓力箱、排水涵閘等,購置安裝4臺潛水軸流泵、閘門及啟閉機(jī)4臺套、更新變壓器3臺及其配電設(shè)備、電線電纜等。開工日期為2009年9月16日,竣工日期為2010年9月10日。

該項工程建設(shè)在投資決策階段、設(shè)計階段進(jìn)行優(yōu)化工程設(shè)計方案,在發(fā)包階段、建設(shè)施工階段以及竣工結(jié)算階段加強(qiáng)工程造價的管理,在工程發(fā)包、建設(shè)施工過程中推行建設(shè)項目法人責(zé)任制、工程招標(biāo)投標(biāo)制、工程建設(shè)監(jiān)理制、合同管理制和工程量清單管理控制。按照設(shè)計要求,保質(zhì)保量完成了所有建設(shè)內(nèi)容,通過竣工驗收合格,實(shí)際竣工決算1105.9527萬元,節(jié)約投資46.0473萬元。

從趙莊揚(yáng)水站重建工程建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗,探討水利工程的投資控制。隨著我國社會主義經(jīng)濟(jì)體制改革的深入,水利水電工程建設(shè)管理也逐步實(shí)施了建設(shè)項目法人責(zé)任制,招標(biāo)投標(biāo)制,合同管理制、建設(shè)監(jiān)理制。做為天津市寧河縣國有揚(yáng)水站更新改造項目中的重點(diǎn)工程趙莊揚(yáng)水站重建工程,嚴(yán)格執(zhí)行國家基本建設(shè)程序,執(zhí)行“四制”建設(shè)管理,對工程投資起到了很好的控制作用。

1、建設(shè)項目法人制是控制水利工程投資、降低工程造價的主體

寧河縣水利工程建設(shè)管理處為趙莊揚(yáng)水站重建工程的項目法人,下設(shè)工程技術(shù)部、合同管理及招投標(biāo)部、財務(wù)審計部、質(zhì)檢及安全生產(chǎn)部和辦公室等五個部室。在工程設(shè)計階段及工程建設(shè)期間認(rèn)真履行項目法人的職責(zé),建管處領(lǐng)導(dǎo)、各職能部門及工程技術(shù)人員按照各自的分工與職責(zé),在保證建設(shè)工期及工程施工質(zhì)量的前提下,有效節(jié)約工程次要開支,降低工程造價,深入施工第一線監(jiān)督檢查,認(rèn)真開展調(diào)研工作。在工程建設(shè)中,對工程投資控制發(fā)揮了主導(dǎo)作用。

2、招投標(biāo)制和合同管理制是水利工程投標(biāo)控制的重要基礎(chǔ)

招標(biāo)投標(biāo)制就是通過公平競爭,在保證建設(shè)工期和質(zhì)量的前提下,選擇最優(yōu)報價、確定信譽(yù)好的施工企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商,從而降低工程造價。

趙莊揚(yáng)水站工程是利用政府資金進(jìn)行建設(shè)的縣重點(diǎn)工程項目,嚴(yán)格按照《招投標(biāo)法》及《天津市招標(biāo)投標(biāo)條例》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行招標(biāo),確定承包單位。通過招標(biāo)有效地控制了工程項目的合同資金運(yùn)用。在工程建設(shè)過程中,嚴(yán)格按照工程合同執(zhí)行,工程價款的結(jié)算完全依據(jù)建設(shè)合同,通過合同信息的管理有效地控制了工程投資。

3、工程建設(shè)監(jiān)理制是水利工程投資控制的直接保障

在趙莊揚(yáng)水站工程建設(shè)中,全面實(shí)行了建設(shè)監(jiān)理制,簽訂了工程建設(shè)監(jiān)理合同。建設(shè)監(jiān)理的主要內(nèi)容是進(jìn)行工程建設(shè)合同管理,按照合同約定項控制工程建設(shè)的投資、工期和質(zhì)量,協(xié)調(diào)有關(guān)工程施工方面的工作關(guān)系。工地監(jiān)理工程師是工程項目建設(shè)管理方面的專家,客觀、公正地處理工程實(shí)際問題,保證合同條款的正確貫徹履行。切實(shí)保護(hù)好項目法人與承包人的利益,在保證工程質(zhì)量、工程進(jìn)度的前提下,對有效的降低工程造價、控制工程投資,起到直接的保障作用。

4、加強(qiáng)工程量清單管理有效控制水利工程建設(shè)投資

首先,設(shè)計部門在施工圖設(shè)計階段的工程量應(yīng)控制在初步設(shè)計工程量范圍內(nèi),在施工中盡量減少設(shè)計變更;其次,在施工過程中嚴(yán)格控制超挖、超填工程量。水利工程由于其本身的復(fù)雜性,在前期的勘探測量工作中盡量全面細(xì)致,為設(shè)計提供可靠準(zhǔn)確的地質(zhì)資料,使初步設(shè)計階段工程量合理,這樣才能保證施工階段的工程量控制在設(shè)計工程量范圍以內(nèi),施工中才會減少設(shè)計變更的機(jī)率。在水利工程施工過程中,建設(shè)各方應(yīng)嚴(yán)格控制超挖、超填工程量。監(jiān)理工程師嚴(yán)格依據(jù)工程建設(shè)合同條款規(guī)定執(zhí)行命令,對于設(shè)計規(guī)范、施工規(guī)范允許之外的超挖、超填工程量應(yīng)是承包單位責(zé)任的,建設(shè)、監(jiān)理單位一律不予簽證認(rèn)可。因此有效地控制了工程量,另一方面有利于施工單位提高工程施工的管理水平。

5、加強(qiáng)工程竣工結(jié)算階段造價控制

水利水電工程電纜設(shè)計規(guī)范范文第4篇

關(guān)鍵詞：電站監(jiān)控系統(tǒng)；電流電壓互感器配置；微機(jī)繼電保護(hù)

1、自動控制

1．1電站監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)國內(nèi)水電站監(jiān)控設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀以及國家相關(guān)政策要求，某水電站采用全計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電站的控制、測量、信號及信息管理等功能。并按照“無人值班（少人值守）”的管理模式進(jìn)行總體設(shè)計。系統(tǒng)由主控級（電站控制級）和現(xiàn)地控制級組成分布式系統(tǒng)，主控級和現(xiàn)地控制級采用交換式雙以太網(wǎng)通信。局域網(wǎng)按IEEE802．3設(shè)計，通信規(guī)約采用TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率≥100Mbps，通信介質(zhì)為多模光纖。

1.1.1電站控制層

主控級由2套主機(jī)/操作員工作站、2套通信工作站、1套工程師/培訓(xùn)工作站、1套報表及語音報警工作站以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電源設(shè)備等組成，是電站的實(shí)時監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)全站的自動化功能（開停機(jī)自動流程控制、AGC、AVC等），歷史數(shù)據(jù)處理（事故分析處理，各種運(yùn)行報表、重要設(shè)備的運(yùn)行檔案、各種運(yùn)行參數(shù)特征值等）及全站的人機(jī)對話（全站設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視、事故和故障報警，對運(yùn)行設(shè)備的人工干預(yù)及監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)的修改和設(shè)置等）。

1.2.2現(xiàn)地單元層

現(xiàn)地單元層共設(shè)置7套現(xiàn)地控制單元（發(fā)電機(jī)LCU5套，升壓站及公用LCU1套，泄洪閘門LCU1套）。發(fā)電機(jī)LCU主要完成數(shù)據(jù)采集處理、機(jī)組監(jiān)控及保護(hù)、調(diào)速器和勵磁裝置的調(diào)節(jié)、同步操作等功能。

升壓站及公用LCU主要完成升壓站設(shè)備的數(shù)據(jù)采集處理、斷路器操作及監(jiān)視、同步操作、主變及線路保護(hù)等功能以及電站公用設(shè)備（如直流電源系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、技術(shù)供水泵、水力監(jiān)測系統(tǒng)等）的監(jiān)視及數(shù)據(jù)采集處理、備用電源自投操作等功能。

壩區(qū)LCU分別通過現(xiàn)場總線與各閘門啟閉機(jī)電氣控制裝置通信，完成閘門的集中控制、閘門的成組順序控制、閘門的開度及位置信號和故障信號的采集處理和現(xiàn)地顯示；壩區(qū)LCU通過光纖通道接入電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)，與電廠控制級進(jìn)行通信，并按電廠控制級的命令完成對所有被控對象的監(jiān)視和控制。

1．2機(jī)組勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)勵磁方式采用自并激靜止可控硅整流勵磁。勵磁調(diào)節(jié)器采用微機(jī)型雙通道雙容錯勵磁調(diào)節(jié)器，強(qiáng)勵頂值倍數(shù)為1.8倍。起勵電源采用殘壓起勵及以直流220V作為備用的方式。可控硅功率柜采用三相全控橋接線。勵磁調(diào)節(jié)器具備與電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組LCU的通信接口，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)勵磁的監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能。

2、繼電保護(hù)

2．1繼電保護(hù)方案

某水電站電力設(shè)備和出線按照《水利水電工程繼電保護(hù)設(shè)計規(guī)范》（SL455—2010）的要求配置了相應(yīng)保護(hù)和系統(tǒng)安全自動裝置，并全部采用微機(jī)型裝置。

1）發(fā)電機(jī)配置的保護(hù)：縱聯(lián)差動保護(hù)，復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)（記憶），失磁保護(hù)，定時限過負(fù)荷保護(hù)，過電壓保護(hù)，定子單相接地保護(hù)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。

2）主變壓器配置的保護(hù)：縱聯(lián)差動保護(hù)，復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)，輕、重瓦斯保護(hù)，零序電流保護(hù)，溫度升高保護(hù)。

3）35kV線路配置的保護(hù)：光纖縱差距離保護(hù)，電流速斷保護(hù)，三段式相間距離保護(hù)，四段式過電流保護(hù)，三相一次重合閘。

4）廠用變配置的保護(hù)：電流速斷保護(hù)，過電流保護(hù)，溫度保護(hù)。

2.2安全自動裝置配置

某水電站配置了低周低壓振蕩解列裝置、備用電源自投裝置以及檢同期、檢無壓三相一次自動重合閘裝置等，以滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。

3、二次接線

3.1二次接線系統(tǒng)設(shè)計方案

電站機(jī)組調(diào)速器油壓裝置、低壓空壓機(jī)、機(jī)組檢修排水泵、廠房滲漏排水泵等，原則上就地控制，自成體系，與電站監(jiān)控系統(tǒng)僅有信息交換，不納入監(jiān)控系統(tǒng)集中監(jiān)控。

3.2電流電壓互感器的配置

電流、電壓互感器的配置按滿足電站保護(hù)、監(jiān)測、測量的原則配置。

測量與電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮設(shè)置。根據(jù)《電測量及電能計量裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T5137—2001）有關(guān)規(guī)定，除現(xiàn)地保留少量必要的常測儀表作為現(xiàn)場調(diào)試和備用監(jiān)視表計外，需要集中監(jiān)測和遠(yuǎn)傳的電氣量，均通過各現(xiàn)地LCU的智能交流采樣裝置進(jìn)行采集、處理，并送主控級記錄、顯示和打印。

3.3同期系統(tǒng)

同期裝置與電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮設(shè)置。發(fā)電機(jī)出口斷路器、主變高壓側(cè)斷路器和線路出口斷路器均設(shè)為同期點(diǎn)。發(fā)電機(jī)出口斷路器采用（單對象）自動準(zhǔn)同期方式，另設(shè)手動準(zhǔn)同期方式作為備用。主變高壓側(cè)斷路器和線路出口斷路器采用（多對象）自動準(zhǔn)同期方式。

3.4信號系統(tǒng)

某電站不設(shè)常規(guī)中央音響信號系統(tǒng)，電站事故及故障信號均由計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)語音報警裝置和操作員工作站顯示器進(jìn)行報警和顯示。現(xiàn)地控制保護(hù)設(shè)備配置信號燈或顯示裝置以提供現(xiàn)地信號，現(xiàn)地設(shè)備信號以繼電器無源接點(diǎn)或計算機(jī)通信方式上送計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.5控制電源

全廠二次控制系統(tǒng)電源分為交流和直流兩種。

電站設(shè)置220V交流逆變電源屏一面，逆變電源由電站220V直流系統(tǒng)和廠用380V交流系統(tǒng)雙電源供電。作為計算機(jī)監(jiān)控（上位）系統(tǒng)以及勵磁、調(diào)速、保護(hù)等的交流工作電源。電站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地單元為交、直流雙電源供電，電壓均為220V。

電站另設(shè)一套200Ah/220V高頻開關(guān)直流電源，作為控制、保護(hù)、事故照明、滅磁開關(guān)和斷路器操作的工作電源。蓄電池按照浮充電方式運(yùn)行，采用微機(jī)監(jiān)控儀完成充、放電控制，母線絕緣監(jiān)測、各饋電支路絕緣監(jiān)測、電池容量監(jiān)測等，以RS485接口與公用LCU相接，上送直流系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)。

4、工業(yè)電視系統(tǒng)

為滿足電站集中監(jiān)控的需要，作為全廠綜合自動化系統(tǒng)的重要配套設(shè)施之一，某水電站設(shè)置了一套由前端設(shè)備、控制設(shè)備和傳輸設(shè)備及線纜等部分組成的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對全廠各重要生產(chǎn)部位進(jìn)行直觀的實(shí)時畫面監(jiān)控，亦可和廠內(nèi)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事故時直接調(diào)出事故現(xiàn)場畫面。

根據(jù)某水電站工程建筑物布置特點(diǎn)，電視監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)分為控制級和現(xiàn)地級。系統(tǒng)按監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備布置位置劃分為電站和大壩兩個分區(qū)。其中電站分區(qū)包含15個監(jiān)視站點(diǎn)，大壩分區(qū)包含13個監(jiān)視站點(diǎn)。

布置在電站和大壩兩個分區(qū)內(nèi)的各個攝像機(jī)的視頻和控制信號利用電纜各自分別傳輸至電站計算機(jī)室和泄水閘集控室的現(xiàn)地級設(shè)備（嵌入式數(shù)字硬盤錄像機(jī)），通過各自分區(qū)內(nèi)的數(shù)字硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)圖象視頻的矩陣切換、錄像、畫面分割處理、編碼和壓縮等，各分區(qū)圖象視頻通過100M以太網(wǎng)路由接口傳輸至電站中控室控制級設(shè)備（視頻工作站），實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控和管理。

控制級與現(xiàn)地級的數(shù)字傳輸，采用高速以太網(wǎng)，通過交換式以太網(wǎng)交換機(jī)相連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為100Mbps，采用TCP/IP協(xié)議。控制級與電站現(xiàn)地級傳輸介質(zhì)為雙絞線；控制級與大壩現(xiàn)地級傳輸介質(zhì)為光纖。

5結(jié)束語

綜上所述；本文根據(jù)某工程的功能特性和特殊地位，論述了某水電站在設(shè)計時，采用了當(dāng)前國內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計理念，選用了目前市場主流的、先進(jìn)且成熟的計算機(jī)監(jiān)控、微機(jī)繼電保護(hù)以及工業(yè)電視等設(shè)備，使該電站完全具備實(shí)現(xiàn)“無人值班（少人值守）”的條件，大大提高了電站的綜合自動化水平，使電站運(yùn)行更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效，在地區(qū)電力市場中的競爭力大為提高。

參考文獻(xiàn)：

水利水電工程電纜設(shè)計規(guī)范范文第5篇

1.輸水系統(tǒng)布置方案選擇

1.1地形、地質(zhì)條件

輸水系統(tǒng)沿線地形陡緩相間，沖溝較發(fā)育，高差大，基本無全風(fēng)化帶，風(fēng)化裂隙較發(fā)育。輸水系統(tǒng)自上而下依次通過中奧陶系上馬家溝（O2S）組、下馬家溝（O2X）組、下奧陶系亮甲山（O1L）組、冶里（O1Y）組、上寒武系鳳山組（∈3f）、長山組（∈3c）、崮山組（∈3g）、中寒武系張夏組（∈2Z）的地層。巖性為灰?guī)r、白云巖、頁巖、砂巖等，平均飽和抗壓強(qiáng)度為92.8～128.2MPa，根據(jù)《水利水電工程地下洞室圍巖分類》圍巖分類為Ⅱ～Ⅲb類圍巖，構(gòu)造發(fā)育部位為Ⅳ～Ⅴ類。

地下水以基巖裂隙水為主，局部有少量的巖溶裂隙水，主要接受大氣降水的補(bǔ)給。∈2Z2、∈3c1、O1L2－1、O2x1、O2s1-1組巖層為區(qū)域性巖溶作用的相對隔水層，巖溶相對發(fā)育，其間為相對含水層，相對隔水層與相對含水層呈“互層”狀，并且常在含水層底部形成少量上層滯水。上層滯水共有三層，即①上部為上、下馬家溝上層滯水；②中部為冶里、鳳山上層滯水；③下部為崮山上層滯水。

廠區(qū)及輸水系統(tǒng)位于區(qū)域地下水分水嶺，不利于地下水的賦存，地下水埋藏較深，且圍巖屬中等透水～弱透水，輸水系統(tǒng)圍巖滲透條件比較好。

輸水系統(tǒng)位于西河～耿家莊寬緩背斜的NW翼，尾水隧洞段位于背斜的SE翼，巖層基本水平，傾角3～10°，工程區(qū)發(fā)育的主要構(gòu)造有F112、F114、F118、F116、fp21、fp27、fp30等斷層和P5張性斷裂帶等，構(gòu)造發(fā)育的主要方向為NE30～NE60°。輸水系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育有4組裂隙，產(chǎn)狀為：①NE5～30°SE∠70～80°；②NE30～50°SE∠70～88°；③NE50～60°SE∠70～89°；④NW330～360°SE∠70～85°。以第②組裂隙最為發(fā)育。

1.2輸水線路的選擇

在進(jìn)行輸水系統(tǒng)線路選擇時應(yīng)盡可能布置成最短的直線，綜合考慮地形、地質(zhì)、樞紐布置等條件選擇了3條線路布置方案進(jìn)行比較，即東線、直線和西線三個方案，詳見圖1。

由于上、下水庫在平面上呈NE54°左右方向展布，采用線路最短的直線布置方案時，管線走向為NE50°左右，與站址區(qū)主要構(gòu)造線走向、區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的第2組主要裂隙及P5破碎帶基本平行或成10～20°的小角度相交，且?guī)r層層面與陡傾的構(gòu)造、裂隙和開挖臨空面很容易形成不穩(wěn)定塊體，對圍巖穩(wěn)定非常不利。所以對直線方案不做重點(diǎn)比較。

工程區(qū)大小沖溝較發(fā)育，地形比較破碎，適合線路布置的位置并不多。為合理確定輸水系統(tǒng)線路，對東線和西線兩個方案進(jìn)行了比較。

(1)西線方案

西線方案在平面上沿山脊布置，輸水系統(tǒng)走向從NE85°折向NE26°。高壓管道部分位于由F112、F116、F118、F208、F209、F114等斷層組成的斷層密集帶中，斷層走向為NE20°～NE40°、傾角70°～80°，在滿足地形條件下，高壓管道難于避開這些斷層。在平面和立面上都與高壓管道基本平行或成小角度相交，且高壓管道與工程發(fā)育的第1和第2組主要裂隙基本平行，圍巖穩(wěn)定問題比較突出。

輸水系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)Tw=2.0s左右，在立面布置上，可不設(shè)置調(diào)壓井，但增加了高壓管道長度，經(jīng)過比較,設(shè)置上游調(diào)壓井方案比不設(shè)調(diào)壓井方案可節(jié)省投資1140.5萬元，所以重點(diǎn)以設(shè)置調(diào)壓井方案與東線方案進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

(2)東線方案

東線方案線路走向從NE15.5°折向NE70°。高壓管道部分走向NE70°與P5張性斷裂帶、F112等構(gòu)造夾角皆大于30°，與工程區(qū)發(fā)育的裂隙夾角較大，圍巖穩(wěn)定條件較好。輸水系統(tǒng)總長為1811.15m，Tw=2.0s左右，不需設(shè)置調(diào)壓井。投資與與西線方案相當(dāng)。

經(jīng)棕合比較后，東線方案圍巖穩(wěn)定條件比較好，工程布置簡單，投資與西線方案相當(dāng)，所以推薦東線方案線路布置。

1.3電站開發(fā)方式選擇

在輸水系統(tǒng)線路確定后，對電站開發(fā)方式進(jìn)行綜合比較。根據(jù)本電站的特點(diǎn)即上、下水庫距離比較短，電站設(shè)計水頭較高，輸水系統(tǒng)距高比較小，L/H在2.0左右，地下廠房可布置的范圍不大等，在此僅就首部和尾部兩種電站開發(fā)方式進(jìn)行了綜合比較。

(1)工程布置

首部布置方案輸水系統(tǒng)是由上水庫進(jìn)/出水口、高壓管道、尾水調(diào)壓井、尾水隧洞和下水庫進(jìn)/出水口組成。輸水系統(tǒng)總長為L=2123.77m。詳見圖2。首部布置方式,高壓管道比較短，尾水隧洞大于臨界長度，需增設(shè)尾水調(diào)壓井。地下廠房可以布置在地質(zhì)條件相對好的崮山組∈3g和張夏組∈3z2地層中,由于受地形所限,交通洞、通風(fēng)兼安全洞、出線兼安全洞等附屬洞室洞口位置與尾部布置基本相同。從而使附屬洞室長度增加。

尾部方案輸水系統(tǒng)由上水庫進(jìn)/出水口、高壓管道、尾水隧洞、下水庫進(jìn)/出水口等組成。輸水系統(tǒng)總長為1859.28m，詳見圖5。高壓管道比較長，地下廠房布置在地質(zhì)條件相對較差∈3z地層中,但是附屬洞室及高壓出線電纜較短，且可不設(shè)調(diào)壓井。

(2)工期

首部方案與尾部方案施工組織設(shè)計基本相同，不會因廠房位置而改變工程的關(guān)鍵線路,也就是說2個方案總工期相同。因首部方案增設(shè)尾水調(diào)壓井，導(dǎo)致施工支洞和通風(fēng)洞長度的增加,使地下廠房施工工期比尾部方案增加3～5個月,地下廠房系統(tǒng)需提前安排施工。

(3)工程造價

首部、尾部方案輸水系統(tǒng)和地下廠房系統(tǒng)工程靜態(tài)投資分別為：68848.17、61883.86萬元，動態(tài)投資為95203.24萬元、85076.23萬元。首部方案與尾部方案相比，靜態(tài)投資增加6964.31萬元,動態(tài)投資10127.01萬元。

首部和尾部開發(fā)方式綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1電站開發(fā)方式比較表

方案

首部方案

尾部方案

工

程

特

性

輸水系統(tǒng)總長

m

2123.77

1859．28

高壓管道長度

m

1188.11

1424．62

發(fā)電工況水頭損失

m

18.045

20.152

是否設(shè)置調(diào)壓井

需設(shè)尾水調(diào)壓井,尾水事故閘門室與尾水調(diào)壓井結(jié)合。

否

輸水及地下廠房系統(tǒng)主要工程量

洞挖

萬m3

77.58

58.29

砼

萬m3

23.22

20.80

鋼筋

t

11333

10471

鋼襯

t

9062

10064

廠房預(yù)應(yīng)力錨索

根

918

1182

水道預(yù)應(yīng)力錨索

根

6562

4477

地下廠房位置

崮山組∈3g和張夏組∈3z2地層，埋深450m左右

張夏組∈3z2地層,埋深230m左右

工期

年

首部方案廠房工期比尾部方案長3-5個月,總工期相同

靜態(tài)投資

萬元

68848.17

61883.86

動態(tài)投資

萬元

95203.24

85076.23

主要優(yōu)缺點(diǎn)

1.廠房圍巖地質(zhì)條件相對較好。

2.高壓管道較短。

3.需增設(shè)尾水調(diào)壓井和尾水事故閘門。

4.各附屬洞室及高壓出線電纜較長。

5.總工期相同,但廠房工期增長。

6.投資較大,靜態(tài)比尾部方案多6964.31萬元，動態(tài)多10127.01萬元。

1.廠房圍巖地質(zhì)條件相對較差。

2.高壓管道較長。

3.不需設(shè)置調(diào)壓井和尾水事故閘門室。

4.各附屬洞室及高壓出線電纜較短，比首部方案減少465m。

5.工程投資小。

從地形條件、地質(zhì)條件、工程布置、工期、工程投資等方面綜合比較可以看出，尾部方案明顯優(yōu)于首部方案，所以推薦尾部布置方案。

1.4供水方式比較

1.4.1引水道供水方式比較

在保證電能損失基本相等基礎(chǔ)上，對一管四機(jī)、一管二機(jī)、一管一機(jī)3個方案進(jìn)行比較。

一管四機(jī)方案的投資最少，但管徑大，輸水系統(tǒng)最大PD＝5360m2，鋼管最大厚度達(dá)83mm（HT-80,）。已超過世界最高水平，無論從加工制造和現(xiàn)場安裝都是很困難的。技術(shù)可行性比較差，另外，電站運(yùn)行靈活性差，也不利于提前發(fā)電；一管一機(jī)方案管徑小，鋼管最大厚度為44mm，比較薄，制造、安裝容易，且不設(shè)岔管，運(yùn)行靈活，但工程量大，工程造價高，較一管兩機(jī)方案投資增加6596.6萬元；一管兩機(jī)方案最大PD＝3800m2左右，鋼襯厚度為40～60mm。類比國外工程，如日本的今市和蛇尾川電站的最大鋼襯厚度都已達(dá)到62～64mm。所以無論從制造加工、現(xiàn)場安裝條件來說，一管兩機(jī)方案在技術(shù)上是可行的；較一管一機(jī)方案工程量少，投資省，因此本階段引水道供水方式推薦一管兩機(jī)方案。

1.4.2尾水隧洞數(shù)量比較

電站采用尾部開發(fā)方式，尾水隧洞較短，不需設(shè)尾水調(diào)壓井。尾水隧洞比較了一機(jī)一洞、兩機(jī)一洞、四機(jī)一洞三個方案。一機(jī)一洞方案不需另設(shè)尾水事故閘門，及尾水岔管，工程量小和投資最少，布置簡單，運(yùn)行靈活。故選用一機(jī)一洞布置方式。

1.5豎井、斜井方案比較

相應(yīng)于選定的尾部開發(fā)方式，輸水系統(tǒng)在立面布置上受P5和F112等不利地質(zhì)構(gòu)造的控制，為將P5和F112等地質(zhì)構(gòu)造對輸水系統(tǒng)圍巖穩(wěn)定的影響減少至最小，對上豎井下斜井、上斜井下豎井、斜井、豎井4個布置方案進(jìn)行了綜合比較。比較結(jié)果見表2。

表2豎斜井綜合比較表

方案

上豎井下斜井

上斜井下豎井

斜井

豎井

輸水系統(tǒng)總長(m)

2023.68

1952.21

1859.28

2121.07

高壓管道長度(m)

1589.02

1517.55

1424.62

1686.41

慣性時間常數(shù)Tw(s)

2.30

2.15

2.07

2.40

3#機(jī)組引水系統(tǒng)主要工程量

洞挖(萬m3)

6.44

6.06

5.46

7.24

砼(萬m3)

2.84

2.62

2.36

3.14

鋼襯（t）

10137.0

8550.4

8009.8

11320.6

投資（萬元）

25704.4

21725.1

20433.9

28812.3

優(yōu)

缺

點(diǎn)

比

較

地

質(zhì)

條

件

P5和F112在下平段與高壓管道相交，圍巖穩(wěn)定條件較好，

P5可能與高壓管道中平段相交，但F112與下豎井以小角度相交，圍巖穩(wěn)定條件較差.

P5可能與中下平段相交，圍巖穩(wěn)定條件較好，F(xiàn)112與下斜井大角度相交，對圍巖穩(wěn)定影響不大。

P5和F112在下平段與高壓管道相交，圍巖穩(wěn)定條件較好，

施工

條件

高壓管道成洞條件較好，但鋼襯厚度較大，最大為62mm

下豎井圍巖穩(wěn)定條件較差，施工難度較大。鋼襯厚度較薄，為57mm

下斜井上段圍巖穩(wěn)定條件較差，施工難度較大,鋼襯厚度較薄，為57mm

高壓管道成洞條件較好，但鋼襯厚度較大，為59mm

工程量及費(fèi)用

工程量較大。投資比3方案高5270.2萬元

工程量較小。投資比3方案高1291.2萬元

工程量最小。投資為20433.9萬元

工程量最大。投資比3方案高8378.4萬元

綜合比較

地質(zhì)和施工條件都比較好，但工程量與投資比較大。慣性時間常數(shù)也較大。

雖然工程量比較小，但下豎井難于避開F112。圍巖穩(wěn)定條件較

差。

工程量與投資最少，P5與中平段相交，圍巖穩(wěn)定條件較好。慣性時間常數(shù)最小。

，但工程量與投資最大。慣性時雖然圍巖穩(wěn)定條件較好間常數(shù)也最大。

斜井方案明顯優(yōu)于其它3個方案。P5、F112等構(gòu)造對輸水系統(tǒng)圍巖穩(wěn)定的影響相對其它方案是比較小的，且工程量和工程投資也是最小的，慣性時間常數(shù)最小，電站運(yùn)行穩(wěn)定性較好,所以設(shè)計推薦斜井方案。

2輸水系統(tǒng)襯砌型式選擇

通過供水方式綜合比較，確定引水系統(tǒng)采用一管兩機(jī)的供水方式，高壓管道最大PD值高達(dá)3500m2以上。輸水系統(tǒng)襯砌型式的確定對其造價有著舉足輕重的影響。對于高PD值高壓管道，襯砌型式的選擇尤為重要。目前大PD高壓管道常采用的襯砌型式有：鋼筋砼襯砌、預(yù)應(yīng)力砼襯砌、鋼板襯砌等。

2.1砼襯砌方案的布置與設(shè)計

從經(jīng)濟(jì)角度來講，充分利用圍巖的彈性抗力，不襯或采用砼襯砌是比較經(jīng)濟(jì)的，但是砼襯砌對圍巖的地質(zhì)條件要求比較高，要想使砼襯砌可行，必須同時滿足應(yīng)力條件和滲透條件。砼襯砌方案的布置詳見圖3。

2.1.1應(yīng)力條件

應(yīng)力條件是指沿管線各點(diǎn)的最大靜水壓力要小于圍巖的最小主壓應(yīng)力。為便于確定管線的布置，首先根據(jù)挪威準(zhǔn)則初步驗算覆蓋層的厚度，再根據(jù)地應(yīng)力資料最終確定輸水系統(tǒng)管線布置。

對輸水系統(tǒng)各控制點(diǎn)覆蓋層厚度分別進(jìn)行計算，除部分高壓支管外，其它部位均能夠滿足挪威準(zhǔn)則的要求。

為了解輸水系統(tǒng)壓力管道范圍內(nèi)的地應(yīng)力情況，對輸水系統(tǒng)上平段ZK97-27、中平段位置ZK97-26、下平段附近的ZK97-21等鉆孔進(jìn)行了地應(yīng)力測試。高壓管道埋藏較深的部分，最小主壓應(yīng)力皆大于內(nèi)水壓力靜水頭，是能夠滿足應(yīng)力條件的。通過三維地應(yīng)力場回歸結(jié)果可知，岔管部位的最小主壓應(yīng)力為9.0MPa左右，大于內(nèi)水壓力靜水頭，也能滿足應(yīng)力條件。從地形、地質(zhì)條件來講，具備了采用鋼筋砼襯砌條件，而高壓支管部分，經(jīng)過P5張性斷裂帶、F112、fp38等地質(zhì)構(gòu)造，且不能滿足應(yīng)力條件，所以岔管后的高壓支管采用鋼板襯砌。

2.1.2滲漏條件

滲漏條件是指輸水系統(tǒng)滲漏量應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。本工程上、下水庫皆為人工庫，無天然徑流補(bǔ)給，且下水庫為懸?guī)欤哂阡镢哟?80m左右，補(bǔ)水費(fèi)用比較高。鑒于本工程特點(diǎn)，對滲漏條件要求比較高。

輸水系統(tǒng)沿線上馬家溝組（O2S2）、下馬家溝組（O2X1）、冶里組（O2Y）、鳳山組（∈3f）、崮山組（∈3g）地層巖溶相對比較發(fā)育，屬中等透水～弱透水，占高壓管道砼襯砌段長度的77%左右，滲透系數(shù)為0.8×10-5～1.2×10-5cm/s。尾水隧洞及高壓管道下平段，發(fā)育有P5、F112、fp38、fp28、fp30、F207、fp11、fp13、F118、F114、F116、F209等地質(zhì)構(gòu)造，容易形成集中滲流通道。

地下水類型以基巖裂隙水為主，局部有少量巖溶裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。工程區(qū)O2S1-1、O2X1、O1L2—1、∈3C1、∈2Z2為相對隔水層，其間為相對含水層，在含水層底部存在少量上層滯水。由于輸水系統(tǒng)位于西河—耿家莊寬緩背斜的軸部附近，地下水位很低，通過廠房平洞PD95-1內(nèi)各鉆孔水位長期觀測結(jié)果，張夏組巖層的地下水位為716.0～719.0m,崮山組巖層地下水位為768.0～769.0m。

輸水系統(tǒng)沿線大部分巖層屬中等透水～弱透水，且地下水位比較低，為減少滲漏量，輸水系統(tǒng)鋼筋砼襯砌采用限裂設(shè)計，最大裂縫開展寬度為0.2mm。

(1)鋼筋砼襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)鋼筋、砼、圍巖的變形協(xié)調(diào)條件，計算圍巖、鋼筋砼承擔(dān)內(nèi)水壓力的比例，其中鋼筋砼承擔(dān)的內(nèi)水壓力按限裂設(shè)計，不足部分通過高壓灌漿使襯砌產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力來承擔(dān)。鋼筋砼襯砌計算結(jié)果見表3。輸水系統(tǒng)鋼筋砼襯砌采用限裂設(shè)計，最大灌漿壓力為9.8MPa。目前我國采用灌漿壓力最高的為天荒坪抽水蓄能電站，最高值為9.0MPa。南非的德拉肯斯保抽水蓄能電站預(yù)應(yīng)力砼管，最大灌漿壓力為8.0MPa,因此從結(jié)構(gòu)方面來說除下斜井下部灌漿壓力比較大外，鋼筋砼襯砌基本是可行的。

表3鋼筋砼襯砌計算結(jié)果

部位

R

(m)

Rr

(m)

Rs

(m)

P(MPa)

E(MPa)

Pr

(MPa)

Ps

(MPa)

Pg(MPa)

P0

(MPa)

中平段

2.35

2.95

2.29

6.45

8500

4.77

0.24

1.44

4.81

下斜井中下部

2.1

2.7

2.04

9.0

8000

6.30

0.28

2.42

8.00

下平段

2.1

2.7

2.04

10.1

6000

6.87

0.28

2.98

9.8

(2)輸水系統(tǒng)滲漏量估算

采用鋼筋砼襯砌還必須滿足滲漏條件，按圍巖與砼襯砌厚壁組合圓筒進(jìn)行估算。輸水系統(tǒng)沿線各段滲漏量估算結(jié)果見表4。從計算結(jié)果來看，整個輸水系統(tǒng)滲漏量為6.064m3/s,單位管道長度平均滲漏流量為4.04×10-3m3/s.m。與站址選擇補(bǔ)充報告中羊老蹄—李家莊方案輸水系統(tǒng)三維有限元滲流計算結(jié)果（整個輸水系統(tǒng)滲漏流量為10.484m3/s,單位管道長度平均滲漏流量為4.5×10-3m3/s.m）相當(dāng)，說明滲漏量估算結(jié)果是基本可信的。

表4輸水系統(tǒng)滲漏量估算結(jié)果

部位

圍巖

滲透系數(shù)KR

10-6m/s

內(nèi)徑D

m

砼襯砌

厚度

m

各管段

長度L

m

單位管長

滲流量QC

m3/s.m

各段滲

漏流量

m3/s

上平段

10

4.7

0.6

318.12

0.000745

0.237×2

上豎井O2S1O2X2

10

4.7

0.6

140

0.00129

0.181×2

上豎井O2X1

0.004

4.7

0.6

120

0.0000169

0.002×2

上豎井O1L2

10

4.7

0.6

165.07

0.00297

0.490×2

中平段

10

4.7

0.6

92.98

0.00331

0.308×2

下斜井

8

4.2

0.6

349.63

0.00424

1.482×2

尾水隧洞

0.4

4.3

0.6

424.66

0.00039

0.166×4

合計

6.064

整個輸水系統(tǒng)的滲漏流量是很大的，既使內(nèi)水壓力較低的上平段及尾水隧洞滲漏流量分別為0.474m3/s和0.664m3/s也是比較大的，整個輸水系統(tǒng)每天滲漏量可達(dá)52萬m3，占調(diào)節(jié)庫容的12%,鋼筋砼襯砌難以滿足滲漏條件，應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力砼或鋼板等無滲漏襯砌型式。

2.2預(yù)應(yīng)力砼襯砌

根據(jù)預(yù)應(yīng)力的施加方法，預(yù)應(yīng)砼襯砌可分為二種類型，一是依靠圍巖約束，通過高壓灌漿來施加預(yù)應(yīng)力的高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌；二是通過張拉預(yù)應(yīng)力筋來實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的后張法預(yù)應(yīng)力砼襯砌，也稱環(huán)形錨索預(yù)應(yīng)力砼襯砌。

2.2.1高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌

高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌，能夠利用圍巖約束，充分發(fā)揮圍巖的彈性抗力，利用高壓灌漿在砼襯砌上產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力來抵消由內(nèi)水壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使襯砌結(jié)構(gòu)處于受壓狀態(tài)或拉應(yīng)力不大于砼抗拉強(qiáng)度的狀態(tài)。是一種比較經(jīng)濟(jì)的襯砌型式，但對圍巖條件要求比較高。

高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌計算結(jié)果見表5，通過計算可知，既使壓力不太高的中平段，所需灌漿壓力達(dá)11.72MPa，灌漿壓力作用下，砼襯砌的壓應(yīng)力為51.3MPa，既使C60砼也不能滿足強(qiáng)度要求。

表5高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌灌漿壓力計算成果

項目

單位

計算位置

引水隧洞

中平段

尾水隧洞

圍巖單位彈性抗力系數(shù)K0

kN/cm3

2.5

2.8

1.0

設(shè)計內(nèi)水壓力P

MPa

1.18

6.45

1.16

洞徑D

m

4.7

4.7

4.3

襯砌厚度

m

0.6

0.6

0.6

灌漿壓力q0/設(shè)計內(nèi)水壓力p

1.88

1.82

2.23

灌漿壓力q0

MPa

2.22

11.72

2.60

q0作用下砼襯砌的壓應(yīng)力σθ

MPa

15.31

51.3

10.7

備注

C30砼即可滿足要求

既使C60砼也不能滿足要求

C25砼即可滿足要求

目前大規(guī)模灌漿所實(shí)現(xiàn)的壓力為8～9MPa，11.72MPa以上的灌漿壓力實(shí)現(xiàn)難度比較大，所以整個輸水系統(tǒng)采用高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌實(shí)現(xiàn)難度比較大，只有根據(jù)各段不同條件，采用不同的襯砌型式。

雖然上平段及尾水隧洞設(shè)計內(nèi)水壓力比較低，所需最大灌漿壓力也不大，考慮到上平段位于上馬家溝組地層，圍巖分類屬Ⅲb類，巖溶比較發(fā)育，高壓灌漿難度比較大；尾水隧洞位于張夏組地層中，構(gòu)造比較發(fā)育，圍巖分類為Ⅲb類，構(gòu)造發(fā)育部位為Ⅳ～Ⅴ類，圍巖條件較差，且洞間距不大，所以對于上平段及尾水隧洞，也不推薦高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌型式。

2.2.2環(huán)錨預(yù)應(yīng)力砼襯砌

環(huán)錨預(yù)應(yīng)力砼襯砌由于受錨具布置所限，能實(shí)現(xiàn)PD值不高，一般在1600m2以下，而本工程最大PD=3500m2以上，整個輸水系統(tǒng)采用環(huán)錨預(yù)應(yīng)力砼襯砌是難以實(shí)現(xiàn)的，只有PD值不高的部位可考慮。

環(huán)錨預(yù)應(yīng)力砼襯砌是通過張拉預(yù)應(yīng)力錨索來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)水壓力基本由預(yù)應(yīng)力錨索承擔(dān)，對圍巖條件要求比較低。上平段和尾水隧洞PD=510m2左右，據(jù)國內(nèi)小浪底無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌及隔河巖有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌工程經(jīng)驗,預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌投資比鋼板襯砌方案可節(jié)約30%左右。國外高壓管道工程實(shí)踐也證明了預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌比鋼板襯砌方案可節(jié)省10%～30%的造價；經(jīng)工程類比認(rèn)為在此內(nèi)水壓力條件下進(jìn)行后張預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌是可行的。從我國已完成的清江隔河巖、天生橋及正在施工的黃河小浪底排沙洞情況看，目前我國在設(shè)計、施工與材料方面均具備采用環(huán)錨預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌的條件，上平段及尾水隧洞PD值不高具各采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌的條件。技施階段，考慮環(huán)錨襯砌施工工藝較復(fù)雜，而且需進(jìn)行必要的試驗，通過補(bǔ)充分析研究，上平段和尾水隧洞采用鋼板襯砌。

2.3鋼板襯砌

鋼板襯砌也就是地下埋管，對圍巖條件要求比砼襯砌方案低的多，鋼襯方案布置見圖5。地下埋管結(jié)構(gòu)是按鋼襯—砼—圍巖聯(lián)合作用，共同承擔(dān)內(nèi)水壓力來設(shè)計。

通過過渡過程計算，壓力管道末端的最大水擊壓力為944.47m水頭。最大設(shè)計內(nèi)水壓力為10.15MPa高壓管道最大PD=3553m2。經(jīng)過計算，高壓管道最大鋼襯厚度為57mm（HT-80）。從國外工程實(shí)例可以看出，鋼襯厚度大于57mm的工程實(shí)例比較多，最大的是日本的今市抽水蓄能電站鋼襯厚度為77mm，且我國已建的十三陵抽水蓄能電站高壓管道，已有較大規(guī)模采用80級鋼材的經(jīng)驗，因此高壓管道采用鋼襯方案技術(shù)上是可行的。

2.4襯砌型式比較結(jié)論

(1)由于輸水系統(tǒng)沿線圍巖屬中等透水～弱透水，且地下水位比較低，雖然采用鋼筋砼襯砌在結(jié)構(gòu)上是基本可行的，但滲漏比較嚴(yán)重。因此無論是從電能損失還是從運(yùn)行期水量補(bǔ)給角度上看，鋼筋砼襯襯都是不能滿足要求的。

(2)為減少滲漏量，若輸水系統(tǒng)全部采用高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌，由于高壓管道PD值比較大，即使壓力不太高的中平段所需灌漿壓力已將達(dá)11.72MPa，目前大規(guī)模灌漿所實(shí)現(xiàn)的壓力一般最大為8～9MPa，整個輸水系統(tǒng)采用高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌實(shí)現(xiàn)難度比較大；且在灌漿壓力作用下，砼襯砌的強(qiáng)度也難以滿足要求。上平段及尾水隧洞設(shè)計內(nèi)水壓力比較低，所需最大灌漿壓力也不大，但考慮到上平段巖溶比較發(fā)育，高壓灌漿難度比較大；同時尾水隧洞圍巖構(gòu)造比較發(fā)育，圍巖條件較差，且洞間距不大，所以對于上平段及尾水隧洞，也不推薦高壓灌漿法預(yù)應(yīng)力砼襯砌型式。

(3)高壓管道采用鋼板襯砌，所需最大鋼襯厚度為57mm（HT-80），類比國外工程實(shí)例和我國設(shè)計、施工經(jīng)驗來看，這種規(guī)模的高壓鋼管技術(shù)上是可行的。

3經(jīng)濟(jì)管徑比較

根據(jù)輸水系統(tǒng)的具體情況，整個輸水系統(tǒng)大至分為三段，即上斜井、下斜井和尾水隧洞。對上述各管段分別擬定三個管徑方案，共組合成27個方案，采用費(fèi)用現(xiàn)值最小法進(jìn)行比較。從能量損失和電站運(yùn)行穩(wěn)定性考慮，6方案(上平段及上斜井為4.7m、中平段及下斜井為3.8m、高壓支管為2.8m、尾水隧洞為4.3m)為較優(yōu)方案。

由于高壓管道的設(shè)計水頭比較高，鋼板襯砌厚度較大。為了降低PD值，減少鋼板襯砌和鋼岔管的設(shè)計、制造難度，在上述確定的輸水系統(tǒng)管徑方案的基礎(chǔ)上，針對下斜井的洞徑又作了進(jìn)一步優(yōu)化，將3.8m直徑的下斜井分為2段，上段直徑為4.2m，下段直徑為3.5m，高壓支管直徑為2.5m。經(jīng)對此方案經(jīng)濟(jì)分析與方案6相比，其費(fèi)用現(xiàn)值減少了52萬元；水頭損失為20.15m，減少了2.28m；電站綜合效率提高到0.75，明顯較優(yōu)。

最終確定輸水系統(tǒng)管徑為：上平段及上斜井為4.7m、中平段及下斜井上段為4.2m、下斜井下段及下平段為3.5m、高壓支管為2.5m、尾水隧洞為4.3m。

4水力計算

輸水系統(tǒng)水力計算主要包括水頭損失和水力過渡過程分析兩部分。計算的主要目的是預(yù)測整個輸水系統(tǒng)發(fā)電、抽水工況的能量損失，過渡工況機(jī)組轉(zhuǎn)速變化和輸水系統(tǒng)壓力變化及其極值，選定導(dǎo)水機(jī)構(gòu)合理調(diào)節(jié)時間和啟閉規(guī)律，使輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和機(jī)組參數(shù)的確定做到經(jīng)濟(jì)合理。

4.1水頭損失計算

水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失，水頭損失計算結(jié)果見表6。

表6輸水系統(tǒng)水頭損失計算結(jié)果

工況

1#輸水系統(tǒng)

2#輸水系統(tǒng)

雙機(jī)發(fā)電

雙機(jī)抽水

雙機(jī)發(fā)電

雙機(jī)抽水

水頭損失計算公式

1.6481×10-3Q2

1.7698×10-3Q2

1.6134×10-3Q2

1.7366×10-3Q2

流量(m3/s)

111.76

93.28

111.76

93.28

水頭損失值(m)

20.585

15.400

20.152

15.110

注：Q為2臺機(jī)組的相應(yīng)引用流量。

4.2水力過渡過程計算

由于抽水蓄能電站具有一機(jī)多用，工況轉(zhuǎn)換頻繁的特點(diǎn)，復(fù)雜多變的工況轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的瞬變水力過程，因水體慣性的存在及系統(tǒng)中的能量不平衡，將造成輸水系統(tǒng)內(nèi)水壓力急劇上升或下降和機(jī)組轉(zhuǎn)速的急劇上升。為使輸水系統(tǒng)的壓力上升和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升保持在經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)，選定導(dǎo)水機(jī)構(gòu)合理調(diào)節(jié)時間和啟閉規(guī)律，因此本階段委托清華大學(xué)進(jìn)行各工況的水力過渡過程計算。計算成果如下:

（1）輸水系統(tǒng)最大水擊壓力為944.47m水頭，發(fā)生在機(jī)組蝸殼進(jìn)口管道中心線處。壓力升高值為201.11m水頭，相對升高為27.1%。高壓管道上彎點(diǎn)中心線最小壓力為11.81m水頭，上彎點(diǎn)頂部的最小水頭為9.46m，大于規(guī)范規(guī)定的不小于2.0m正壓的要求。輸水系統(tǒng)的最小水擊壓力為6.86m水頭，發(fā)生在下水庫進(jìn)/出水口處。

（2）上游閘門井最高涌浪水位為1496.91m，低于閘門井頂高程（1499.5m）2.59m。下游閘門井最高涌浪水位為843.73m，低于閘門井頂高程(844.5m)0.77m；上游閘門井的最低涌浪水位為1438.65m，閘門井處隧洞頂最小正壓力為25.3m。下游閘門井的最低涌浪水位為788.84m，閘門井處隧洞頂最小正壓力為5.79m。上、下游閘門井的最低水位均滿足規(guī)范規(guī)定的不小于2.0m正壓的要求。

(3)機(jī)組最大轉(zhuǎn)速為706.5rpm，最大轉(zhuǎn)速上升率為41.3%。

(4)通過小波動穩(wěn)定分析可知，在小負(fù)荷變化情況下，輸水系統(tǒng)的過渡過程也是穩(wěn)定的。

因此證明輸水系統(tǒng)的布置是合理的。待下階段取得水泵水輪機(jī)可靠的特性曲線后，將進(jìn)一步核算水力過渡過程。

5進(jìn)/出水口設(shè)計

上水庫位于上馬家組第2段O2s2地層中,由于O2s地層中O2s2-2、O2s2-4、O2s2-6為巖性較軟的白云巖，而且存在軟弱夾層，為使高壓管道的上平段避開O2s2-4組地層，改善上平段圍巖穩(wěn)定條件，結(jié)合總體布置，上水庫進(jìn)/出水口采用井式。

為了對上水庫進(jìn)/出水口的設(shè)計體形的合理性進(jìn)行驗證和優(yōu)化，委托天津大學(xué)水利工程科學(xué)研究所對上水庫進(jìn)/出水口進(jìn)行1:39.17的水工模型試驗，試驗成果表明：上水庫進(jìn)/出水口在發(fā)電和抽水工況下，進(jìn)/出水時的庫水位均較平穩(wěn)，未出現(xiàn)有害的吸氣漩渦，各孔口的流量分配均勻，水頭損失也較小，流速分布較均勻，均能滿足抽水蓄能電站進(jìn)/出水口水力學(xué)的要求。但是，經(jīng)多次修改模型試驗，均未能完全消除出水口底部的反向流速問題，雖然反向流速不大，仍有待下階段進(jìn)一步試驗研究。

下水庫對側(cè)式和塔式進(jìn)/出水口進(jìn)行綜合比較后，推薦側(cè)式進(jìn)/出水口。

6岔管設(shè)計

本階段比較了鋼筋混凝土岔管和鋼岔管兩種結(jié)構(gòu)型式，詳見專題報告之八《高壓岔管型式研究報告》。推薦采用內(nèi)加強(qiáng)月牙肋鋼岔管。從輸水系統(tǒng)總體布置（見圖4）來看,岔管采用非對稱Y型是比較順暢的。在岔管體形設(shè)計時，初步選用不對稱Y形岔管。岔管主管兩支管軸線夾角為50°，設(shè)計內(nèi)水壓力為10.15Mpa，為減少岔管不對稱性，在主錐前通過兩節(jié)園錐過渡，將分岔角增大到72°。通過采用三維有限元進(jìn)行優(yōu)化，岔管主體最大壁厚為82mm，肋板最大厚度為180mm。在鈍角區(qū)和肋板存在明顯側(cè)向彎曲。為改善受力狀態(tài)，減少鋼板厚度，對岔管布置進(jìn)行調(diào)整，采用對稱Y形布置形式，經(jīng)多方案優(yōu)化后，確定岔管主體最大壁厚為68mm，肋板最大厚度為150mm，兩個岔管布置方案應(yīng)力水平相當(dāng)，而鋼板厚度卻大大減薄。減少了制造安裝難度。

7輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

7.1高壓管道結(jié)構(gòu)設(shè)計

壓力管道為地下埋藏式，最大PD=3500m2以上。按鋼襯、砼、圍巖三者聯(lián)合受力設(shè)計，考慮三者之間存在初始縫隙，并假定砼只傳遞徑向荷載，砼厚度均為57cm。根據(jù)《水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》（SDJ144-85）和參考已建抽水蓄能電站經(jīng)驗進(jìn)行壓力鋼管設(shè)計。