【文章內(nèi)容簡介】 作為廠房穩(wěn)定安全的后備措施。由于電站水頭較大，采用包角為345度的金屬蝸殼。 開關(guān)站220千伏開關(guān)站，布置左岸,配電裝置采用半高型布置，其構(gòu)架采用田字形封閉式框架結(jié)構(gòu)。一回進(jìn)線，二回出線，間隔跨度為15米。110千伏開關(guān)站布置在廠壩之間壩體平臺(tái)上。配電站裝置采用半高型布置，線線搭架采用雙母線的高型構(gòu)架，共有5個(gè)母線塔架和4個(gè)隔離開關(guān)構(gòu)架。構(gòu)架采用鋼橫擔(dān)、鋼塔頭、水泥管塔身的混合結(jié)構(gòu)。共有八個(gè)間隔，三個(gè)進(jìn)線間隔，三個(gè)出線間隔，一個(gè)母線間隔，一個(gè)避雷器和電壓互感器間隔。35千伏開關(guān)站，布置在廠房左端，配電裝置采用中型布置，構(gòu)架采用戶外高型布置為單母線，有一回進(jìn)線和二回出線。站內(nèi)為混凝土地面。 引水系統(tǒng)引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水系統(tǒng)及壓力鋼管段等組成。進(jìn)水口段長23m，進(jìn)口前布置有攔污柵，與壩面平行，柱墩的間距2m，橫梁間距4m，柵條的凈距b=70mm。，引水隧洞長約3350m，洞內(nèi)流速為4m/s。壓力鋼管長470m，采用Q345R型鋼材，圓管內(nèi)徑為,，流速為4m/s。引水道分為進(jìn)口段、上漸變段、上彎段、斜直段、下彎段、下直段、下漸變段等部分所組成，應(yīng)盡可能保證進(jìn)、出水流平順?？刹捎谜蛞蛘邆?cè)向引水，考慮減小管線長度、使水流平順，減小水頭損失等，本設(shè)計(jì)擬采用正向引水方式。由于設(shè)計(jì)中流量小、機(jī)組臺(tái)數(shù)少，采用一條壓力管道（地下埋管）向三臺(tái)機(jī)組供水的聯(lián)合供水方式（即一管多級）。第4章 引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)引水隧洞的路線選擇是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞的造價(jià)，施工難易，工程進(jìn)度，運(yùn)行可靠性等方面。隧洞的路線應(yīng)盡量避免不利的地質(zhì)構(gòu)造；洞線在平面上求短直，這樣既可以減少工程量，方便施工；隧洞應(yīng)有一定的埋藏深度；隧洞的縱坡應(yīng)根據(jù)運(yùn)用要求，上下游銜接，施工和檢修等因素，綜合分析比較后確定；對于長隧洞，選擇洞線時(shí)還應(yīng)注意地形，地質(zhì)條件。XX水電站為混合式開發(fā)電站，壩址、。在引水線路區(qū)河道總體呈EW方向突出的河彎，左岸為凹岸，右岸為凸岸。，洞線穿越泥巴溝、加熱柯、扎柯溝、宗達(dá)寺溝、支哈溝5條較大的沖溝，其中加熱柯為泥曲河左岸主要支流，溝谷深切，其侵蝕基準(zhǔn)面與泥曲河相當(dāng)，且谷底寬緩，一般60～200m，谷底沖洪積堆積物深厚，長年流水，繞溝線路長。扎柯溝、宗達(dá)寺溝、支哈溝均為深切沖溝，谷底較寬緩，谷底沖洪積堆積物較深厚，繞溝線路較長。左岸引水方案位于泥曲河凹岸，不符合線路截彎取直的一般布置原則。，右岸引水方案穿越林場溝、尾聲溝、足馬坪溝、益繞溝、西里溝5條較大沖溝，溝谷切割深度相對左岸沖溝較淺，谷底相對左岸沖溝較窄，谷底沖洪積堆積物相對左岸沖溝較淺。右岸引水方案位于泥曲河凸岸，有利于線路截彎取直。為了利于檢修與排水，隧洞縱坡率為2%，其工作閘門與檢修閘門設(shè)在進(jìn)口，隧洞在平面上有彎角，對于低流隧洞曲率半徑不宜小于5倍的洞徑，現(xiàn)取5倍的洞徑，即29m，轉(zhuǎn)角不宜大于60176。，取30176。，具體布置見壩區(qū)引水系統(tǒng)平面布置圖。綜上所述，從地質(zhì)條件上，左右岸總體成洞地質(zhì)條件差別不大，洞線布置上看，右岸引水不但洞線較短，繞溝難度也相對較小，故本階段選擇右岸一條洞線作為推薦方案。在水利水電工程中，為發(fā)電供水等綜合利用的目的，往往需要在水位便服的天然河道，湖泊或人工水庫和調(diào)節(jié)池中取水，深式進(jìn)水口及有壓進(jìn)水口為了適應(yīng)這一需要而設(shè)置的一種水工建筑物，深式進(jìn)水口應(yīng)滿足水工建筑物的一般要求，即結(jié)構(gòu)安全，布置簡單，施工方便，造價(jià)低廉，運(yùn)行可靠并適應(yīng)注意美觀。其組成為：進(jìn)口段，閘門段，漸變段。深式進(jìn)水口主要的形式：（1）隧洞式進(jìn)水口，其進(jìn)口段和閘門井均從山體中開鑿而成適應(yīng)于進(jìn)口地質(zhì)條件良好，擴(kuò)大斷面和開挖閘門豎井均不會(huì)引起塌方，坡度適中。洞式進(jìn)水口充分利用了巖石作用，鋼筋混凝土工程量較小，這一種既經(jīng)濟(jì)又安全的結(jié)構(gòu)形式。（2）壓力墻進(jìn)水口：其進(jìn)口段和閘門段均布置在山體之外適用于洞口附近地質(zhì)條件較差或不宜采用洞式進(jìn)水口時(shí)不宜擴(kuò)大開挖坡度較緩時(shí)。（3）壩式進(jìn)水口：其基本特征是進(jìn)水口附近在壩體上適用于壩后時(shí)廠房或河床式水電站廠房的上游壩體內(nèi)，進(jìn)水口與壩體成統(tǒng)一的整體。（4）塔式進(jìn)水口：適用于水電站廠房布置在河床壩后，攔河壩采用當(dāng)?shù)夭牧蠅位蛩畮斓刭|(zhì)條件較差，坡度較平緩不利于岸坡上修建進(jìn)水口。XX水電站為有壓進(jìn)水式，岸邊地質(zhì)條件較好，因此選擇深式進(jìn)水口中的隧洞式進(jìn)水口為宜。、高程的確定有壓進(jìn)水口頂部高程應(yīng)保證在上游最低運(yùn)行水位時(shí)仍有足夠的淹沒深度，以進(jìn)水口前不出現(xiàn)漏斗式吸氣漩渦為原則。因?yàn)槁┒肥轿鼩怃鰷u會(huì)帶入空氣，吸入漂浮物，引起噪音和振動(dòng)，減小過水能力，影響水電站的正常發(fā)電?！端姽こ踢M(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL285—2003)建議，防止出現(xiàn)漏斗式吸氣漩渦的臨界淹沒深度可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 （31）式中，H—閘門孔口凈高，m，； v—閘門斷面平均流速，m/s；本設(shè)計(jì)取經(jīng)濟(jì)流速v=4m/s C—系數(shù)，取C=； S—閘門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒深度，m。故閘頂高程閘底高程為(1)進(jìn)口段：其作用是連接攔污柵與閘門段。根據(jù)國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)口段頂板曲線采用1/4橢圓曲線，曲線方程為： （32）式中：a—橢圓曲線長半軸，對于頂板曲線約等于閘門處的孔口高度H,本設(shè)計(jì)取a=；　　　—橢圓曲線短半軸，對于頂板曲線，可取H/3，本設(shè)計(jì)取b=.故進(jìn)口段曲線方程為：進(jìn)口段的長度沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)，在滿足工程結(jié)構(gòu)布置與水流順暢的條件下，盡可能緊湊。圖31　 　　 進(jìn)水口示意圖(2)閘門段：閘門段是引水道和進(jìn)口段的連接段，閘門口采用矩形，閘門凈過水面積為（～）隧洞面積，門寬B等于或稍小于洞徑D，門高h(yuǎn)等于洞徑D,取門寬B=，門高h(yuǎn)=。在（～）范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。(3)漸變段：漸變段是閘門段到壓力引水管道的過渡段，其斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生漏流并盡量減小水頭損失。由矩形變成圓形通常采用四角加圓角過渡圓弧的中心位置和圓角半徑r均按直線變化，漸變段長度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，～，收縮角不超過10186。，以6～9186。為宜。本設(shè)計(jì)取其長度為21m，收縮角約為8186。 圖3２　 　 漸變段輪廓尺寸圖有壓進(jìn)水口 主要設(shè)置攔污設(shè)備、閘門及其啟閉設(shè)備、通氣孔等。已知單臺(tái)水輪機(jī)的最大流量為Qmax=，則通過閘門的總流量為。(1)攔污柵設(shè)計(jì)：為防止結(jié)冰及漂浮物堵塞和進(jìn)入進(jìn)水口，進(jìn)水口前需設(shè)攔污柵，攔污柵的立面布置可以是傾斜的或垂直的，洞式及墻式進(jìn)水口的攔污柵常布置成傾斜的，傾角為60186。70186。，本次設(shè)計(jì)取傾角為60186。的平面攔污柵，過柵的水流凈流速應(yīng)盡量小，以減小水頭損失和清污困難，不宜大于1m/s，本設(shè)計(jì)取過柵流速為1m/s。則攔污柵凈面積為：攔污柵通常由鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)支承，攔污柵框架由柱墩及橫梁組成，本設(shè)計(jì)取2m；橫梁間距一般不大于4m，間距過大會(huì)加大柵片的橫斷面積，過小會(huì)減小凈過水面積，增加水頭損失，本設(shè)計(jì)取4m。柵條的凈距應(yīng)保證通過攔污柵的污物不會(huì)卡在水輪機(jī)過流部件中。對混流式水輪機(jī)的可取，取b=70mm。攔污柵被污物堵塞后水頭損失明顯增大，因此攔污柵必須及時(shí)清污，以免造成額外的水頭損失。清污方式有人工清污和機(jī)械清污兩種。人工清污一般適用于小型水電站的淺水、傾斜攔污柵。大中型水電站常用清污機(jī)械清污，本設(shè)計(jì)采用機(jī)械清污方式。(2）閘門設(shè)計(jì)工作閘門：選用平板閘門，門寬B=，門高h(yuǎn)=。，要求在靜水中開啟，動(dòng)水中關(guān)閉。檢修閘門：采用平板閘門，尺寸同工作閘門，要求在靜水中開啟，靜水中關(guān)閉。檢修閘門與工作閘門之間的距離很近，為了便于檢修，要求2～4的間距，本設(shè)計(jì)取為2，布置在同一閘室內(nèi)，在閘門井上方布置一個(gè)共用的啟閉機(jī)房。(3）通氣孔和進(jìn)人孔：通氣孔設(shè)在事故閘門之后其功用是當(dāng)引水道充水時(shí)可以排氣，當(dāng)事故閘門關(guān)閉放空引水道時(shí)，可以補(bǔ)氣以防出現(xiàn)有害真空。通氣孔面積按下式計(jì)算： （33） 式中：—進(jìn)水口進(jìn)水量， 　　　—通氣孔進(jìn)氣流速，一般為30～50m/s，本設(shè)計(jì)取40m/s。代入數(shù)值得：為了便于進(jìn)水口及壓力水道的維護(hù)與檢修，需設(shè)進(jìn)人孔。本設(shè)計(jì)采用通氣孔兼作進(jìn)人孔。隧洞斷面形式取決于水流流態(tài)、地質(zhì)條件、施工條件及運(yùn)行條件等，有壓隧洞一般采用圓形斷面，原因是圓形斷面的水流條件受力條件都較為有利，本設(shè)計(jì)中隧洞斷面采用圓形。隧洞斷面面積為： （34） 式中：ve經(jīng)濟(jì)流速，取由上式得：隧洞面積洞徑本設(shè)計(jì)中取。為了保證水工隧洞的安全有效運(yùn)行通常需要對隧洞進(jìn)行襯砌，襯砌作用是①限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定。②承受圍巖壓力、內(nèi)水壓力等負(fù)荷。③防止?jié)B漏。④保證巖石免受水流，空氣，溫度，干濕變化等充蝕破壞作用。⑤減小表面糙率。(1）平整襯砌：亦稱護(hù)面或抹平襯砌，它不承受外力只起減小隧洞表面糙率，防止?jié)B漏和保護(hù)巖石不受風(fēng)化作用平整襯砌適應(yīng)于圍巖條件較好，能自行穩(wěn)定且水頭，流速較低的情況下。（2）單層襯砌：由混凝土、鋼筋混凝土或漿砌石等組成，適用于中等地質(zhì)條件斷面較大，水頭及流速較高情況。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土及鋼筋混凝土厚度，一般約為洞徑或洞寬的1/8～1/12且不小于25cm，由襯砌最終計(jì)算確定。（3）組合式襯砌：由內(nèi)層的鋼板，鋼筋網(wǎng)噴漿，外層為混凝土或鋼筋混凝土，有頂拱為混凝土邊墻或底板為漿砌石和頂拱邊墻噴錨后再進(jìn)行混凝土或鋼筋混凝土等形式。為了保證引水隧洞安全有效運(yùn)行，限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定，承受圍巖壓力，內(nèi)水壓力等荷載，防止?jié)B漏，保證巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等沖蝕破壞作用，減小表面粗糙，需要對其進(jìn)行襯砌，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，采用單層襯砌形式，混凝土厚度為1m。壓力管道是從水庫或引水道末端的壓力前池或調(diào)壓室，將發(fā)電所需用水在有壓的狀況下引入水輪機(jī)的輸水管。其特點(diǎn)：一般由上彎、豎井管道或者斜井管道、下彎、下平段、漸變段組成。在集中供水和分組供水方式下需要岔管連接。壓力管道的布置要求是管線應(yīng)盡量短直，以減少工程量降低水擊壓力，改善機(jī)組運(yùn)行條件；管路沿線應(yīng)有良好的地址條件，無活動(dòng)性地質(zhì)構(gòu)造；明管線路應(yīng)盡量減少起伏波折，并且不應(yīng)布置在山水集中地谷地；明管線路傾角應(yīng)滿足施工及安裝的要求。（1）鋼管鋼管具有強(qiáng)度高，防滲等優(yōu)點(diǎn)，常用于大中型水電站。鋼管布置在地面稱為明鋼管；布置在壩體混凝土中稱為壩內(nèi)鋼管；埋設(shè)在巖體中稱為地下埋管。（2）鋼筋混凝土管鋼筋混凝土管具有造價(jià)低、能承受較大外壓和經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，通常用于內(nèi)壓不高的中小型水電站。普通鋼筋混凝土管易開裂，一般用在水頭H和內(nèi)徑D的乘積小于50m2的情況下；預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土管的HD值可超過200m2；預(yù)應(yīng)力鋼絲網(wǎng)水泥管由于抗裂性能好，抗拉強(qiáng)度高，HD值可超過300m2。（3）鋼襯鋼筋混凝土管鋼襯鋼筋混凝土管是在鋼筋混凝土管內(nèi)襯以鋼板構(gòu)成。在內(nèi)水壓力作用下鋼襯與外包鋼筋混凝土聯(lián)合受力，從而可減小鋼襯的厚度，適用于大HD值的管道。由于鋼襯可以防滲，外包鋼筋混凝土可按允許開裂設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮鋼筋的作用。結(jié)合鋼管的特點(diǎn)及XX水電站的基本狀況本設(shè)計(jì)擬采用地下埋管向機(jī)組供水，采用Q345R型鋼材。壓力管道的引進(jìn)方式有正向引進(jìn)、側(cè)向引進(jìn)和斜向引進(jìn)三種。其中正向引近適用于低水頭電站，水流平順、水頭損失小，開挖量小、交通方便。鋼管發(fā)生事故時(shí)直接危機(jī)廠房安全；側(cè)向引近適用于高、中水頭電站，避免水流直沖廠房。從電站廠房安全的角度考慮選擇側(cè)向引進(jìn)的方式。壓力管道向多臺(tái)機(jī)組供水的方式有三種，單元供水、聯(lián)合供水和分組供水。分組供水為多管多級，適用于管道較長、機(jī)組臺(tái)數(shù)多的電站，本水電站設(shè)計(jì)僅有三臺(tái)機(jī)組，因此分組供水不適用；單元供水方式一條壓力管道只向一臺(tái)機(jī)組供水，工程量大，造價(jià)高，適用于水頭低而流量大、管線長度較短的水電站，本設(shè)計(jì)電站水頭高、管線長，故不適用單元供水方式；聯(lián)合供水即在一條壓力管道的末端分岔后分別向廠房內(nèi)全部機(jī)組供水，節(jié)省了管道工程量，降低造價(jià)，適用于管道長、水頭高的電站。結(jié)合地形、地質(zhì)條件、管線長度及對廠房安全的要求，本設(shè)計(jì)擬采用側(cè)向引進(jìn)、聯(lián)合供水（一管多級）的方式向機(jī)組供水，即由一條壓力管道一個(gè)非對稱Y型三岔管向三臺(tái)機(jī)組供水。、管壁厚度及抗外壓穩(wěn)定的計(jì)算壓力管道通常呈圓形斷面，其管徑可按經(jīng)濟(jì)流速確定：壓力鋼管的管壁計(jì)算厚度可由鍋爐公式計(jì)算得出：　　　　　　　　　　　　 （35）式中，H—內(nèi)水壓力，包含水擊值，當(dāng)H100m時(shí)，～，； R—鋼管內(nèi)半徑，m； —材料容許內(nèi)力，設(shè)計(jì)中鋼材全部使用QH345型鋼，故； —焊縫系數(shù)，.故取t0=30mm。考慮銹蝕、磨蝕和鋼板厚度誤差等因素，管壁結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)至少比計(jì)算厚度增加2mm，故取結(jié)構(gòu)厚度為32mm，大于D/800+4且大于6mm，滿足設(shè)計(jì)要求。水電站壓力鋼管可能在機(jī)組負(fù)荷變化的過程中產(chǎn)生負(fù)水擊，使管道產(chǎn)生負(fù)壓或者在鋼管放空時(shí)由于通氣孔失靈而產(chǎn)生真空。鋼管在管外大氣壓的作用下可能失去穩(wěn)定，管壁被壓扁。因此，必須根據(jù)鋼管處于真空狀態(tài)時(shí)不產(chǎn)生不穩(wěn)定變形的條件來校核管壁厚度或采取必要的措施。光滑無剛性環(huán)的明鋼管不失穩(wěn)的最小管壁厚度計(jì)算公式為： （36）式中，D鋼管直徑，m； 鋼管管壁厚度，m； P抗外壓荷載設(shè)計(jì)值，取100KPa E鋼材的彈性模量， K安全系數(shù)，K=2 忽略不計(jì)。故，不能滿足抗外壓穩(wěn)定要求，需要設(shè)置加勁環(huán)增加管壁厚度。第5章 水電站廠房設(shè)計(jì)水電站廠房是水電站主要建筑物之一，是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施。廠房中安裝水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備。通過能量轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機(jī)發(fā)