水电站厂房设计_水电站厂房设计讲义
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红花水电站厂房设计
何力劲
（中水珠江规划勘测设计有限公司 广东 广州510610）
摘要：红花水电站厂房是典型的灯泡贯流式水电站厂房，由于其装机容量大，校核洪水位高及工期紧张等特点，使得厂房设计具有很强的代表性。该文主要介绍了电站厂区布置、厂房型式的选择、主要尺寸的确定、主副厂房布置等。关键词：灯泡贯流式、厂房布置、红花水电站
1、工程概况
柳江红花水电站位于广西柳江县里雍镇红花村，是柳江干流最后一个梯级电站，是以发电、航运为主，兼顾灌溉、旅游、养殖的综合利用工程。红花水电站主体建筑物包括18孔泄水闸、船闸、厂房、门库连接坝、土坝等，枢纽布置采用“左船闸、右厂房”的布置型式。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）确定红花水电站为Ⅰ等工程。考虑到即使工程失事,对下游损失不大，经论证，枢纽主要建筑物闸坝、电站厂房按降低一级采用，为2级建筑物；厂房下游建筑物级别采用Ⅲ级建筑物，设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准：上游挡水部分为1000年一遇，下游部分为200年一遇。水电站厂房为河床径流式水电站，电站机组采用贯流灯泡式机组，机组台数为6台，转轮直径为5.9m，总装机容量228MW，年平均发电量8.8亿kw.h。电站最大水头为17m，最小净水头为10.42m，属于高尾水位贯流式电站厂房。厂房建筑物建基面高程较低，基础部分为坚硬的弱风化灰岩、炭质灰岩夹少量陡倾软弱夹层，灰岩力学强度高，夹层对基础稳定影响不大，基础稳定性较好。岩体透水性层中等～微弱透水。部分为寺门组全强风化层，全强风化层深厚。地震基本烈度为Ⅵ度，建筑物不进行抗震计算。
红花水电站主厂房横剖面图见图1所示。
图1 红花水电站主厂房横剖面图
2、厂区布置
红花水电站厂房置于河床的右岸阶地，左侧与闸坝相接，右侧与连接坝段和右岸土坝相连，安装间位于主机间右侧。副厂房由尾水副厂房和安装间内副厂房组成。变电站为户内式，置于安装间下游侧。在右岸公路的右侧75.50m高程布置有辅助生产区，区内设有机修间、油库和回车场等。
电站厂房的上游右侧有220kV过江高压线塔，为避开铁塔，电站厂房引水渠右岸平面采用斜线布置，岸线与坝轴线呈70º交角。电站厂房流道进口设置拦砂坎、拦污栅、检修门各一道，拦砂坎轴线与坝轴线呈70º交角。
变电站分主变场和开关站，主变场与安装间同高程为62.50m，方便了主变的检修，三台主变间用混凝土防火墙隔离。开关站设在主变场上层，即安装间下游75.50m高程，安装六氟化硫全封闭开关设备，出线通过安装间下游挡水墙顶部的出线构架引线至右岸出线铁塔。
坝顶公路是厂房与外界联系的交通干道，机电、电气等设备通过在安装间段坝顶公路下游侧的10.75m×5m运输井垂直进厂后，利用平板车水平进入安装场。厂房右岸的辅助生产区设有回车场，与坝顶公路和右岸公路相通，车可直接由坝顶公路或右岸公路进入辅助生产区。电站厂房型式的选择
红花水电站厂房的型式研究选择了有代表性的三个方案进行综合比较，即比较了轴流立式机组、竖井贯流式和灯泡贯流式机组等河床式厂房方案。轴流立式机组方案采用肘式尾水管，与灯泡贯流式机组方案相比，厂房的混凝土工程量增加约30%，基础开挖高程加深约6m，而竖井贯流式机组带增速齿轮装置，其发电机尺寸较灯泡式机组小、重量轻，竖井采用钢筋混凝土结构，机组安装检修均较灯泡贯流式方便。但是，带增速装置的大容量的贯流式机组，采用竖井式厂房在国内外尚无成熟的运行经验。这种型式虽可缩小发电机尺寸，但增速装置及飞轮使厂房跨度加大约6m，为满足防渗和强度的要求，钢筋混凝土竖井井壁厚度较大，占据流道尺寸，增大机组间距，同时水头损失增加；而灯泡贯流式厂房具有工程量省、厂房结构简单、基础开挖较浅，可缩短工期;机组适应水头变化的范围较大，效率高等优点。综合分析比较，选用灯泡贯流式机组河床式厂房。本文选自东莞厂房出租，东莞厂房出售 网http://www.daodoc.com/ 厂房主要尺寸的确定
4.1 水轮机安装高程
根据机组气蚀最不利工况及尾水管出口最小淹没深度，并考虑下游河床下切，经优化比较以转轮中心线为准的水轮机安装高程为49.60m。按此布置的尾水管出口内壁顶面高程为55.456m，位于最低尾水水位以下5.274m，满足淹没深度的要求。4.2 建基高程
建基高程主要受流道和设备布置影响，考虑到本电站厂房的流道尺寸及淹没水头（影响地基应力）较大，故进口流道底板厚度约为4m，相应进口流道建基高程为38.50m；出口流道底板厚度约为3.50m，相应进口流道建基高程为41.60m；机组中段交通廊道层建基高程受设备布置、排水廊道的影响，建基高程为35.80m。
4.3 交通廊道及运行层高程
本电站厂房不设专门的管道电缆层，而采用运行层和交通廊道层共二层布置方式。
交通廊道层是贯穿各机组的通道，主要功能为安装检修水轮机部分，同时也是尾水进人孔及渗漏、检修廊道的交通通道，故该层高程结合设备布置等要求定为39.80m。
经流道中段初步结构计算，取得最小流道顶板厚度后，结合电缆廊道、管道廊道（高2.5m）的布置，确定运行层高程为62.50m。4.4 机组间距（LB）及机组段长度（L）
机组流道最大宽度（B1）为12.15m，采用两机一缝布置方式。机组间距考虑设备布置要求和流道中段预留二期混凝土尺寸的需要定为16.65m，中墩厚4.5m，边墩厚3.2m，跨缝机组间距为18.57m。
1＃2＃机组段（靠安装间侧）前缘长为36.20m（LB＋B1＋3.2m＋4.2m），3＃4＃机组段前缘长为35.20m；5＃6＃机组段受吊钩极限位影响前缘长为39.925m。4.5 主机间宽度
主机间的宽度主要取决于水轮机井和发电机井的位置和尺寸，即要求在机组安装和检修时，主机吊装位置应在主厂房行车吊钩的限制线之内；此外还应考虑结构布置、厂内交通布置、设置布置、吊车标准跨度的选取等要求综合考虑，并按上下宽度一致原则协调确定主机间宽度（上游挡墙外侧至下游排架柱外侧）为24.03m。4.6 安装间长度
安装场面积的确定按大修时放置机组六大件(发电机定子、发电机转子、外配水环、内配水环、主轴、水轮机转子等)主要部件来考虑，同时适当考虑机组进厂运输、几台机组同时安装等要求加大安装场的面积，经综合论证安装间长度确定为41.47m（含右端墙厚度）。4.7 主厂房高度
主厂房高度主要根据桥机的主钩最大提升高程，按启吊配水环(导水机构)组件翻身的吊装要求确定吊车轨顶高程为79.00m。根据主厂房屋面系的结构尺寸及布置，满足起重部件安装、检修及厂房吊顶和照明的布置要求，确定钢屋架
安装高程为87.90m。主副厂房布置
根据灯泡机过水流道部分尺寸，并考虑结构要求，采用二机一缝的结构形式。主厂房下部顺水流方向宽度，需满足机组布置、流道长度及拦污栅、进出口闸门和启闭机布置的要求定为86.01m；厂房高度为58.85m（最低建基高程至坝顶平台高程）。5．1 主厂房
主机间共设置6台灯泡机组，单机容量为3.8万kW。水轮发电机组置于过水流道内，顺流向依次为进口段、座环段、转轮室和尾水管段。
进口流道宽由15.2m渐变至12.15m，布置有拦污栅及检修闸门各一道。拦污栅采用整体式斜栅布置，栅面与水平面呈80º交角，栅孔尺寸4.0m×49.40m（宽×高），一机3孔。检修门孔口尺寸为12.15m×14.21m；进口平台顺水流向宽26.10m，高程为94.65m。依次布置2×50kN耙头式清污机（轨距4m）、坝顶公路及2×1600kN双向门机（门机轨距7m）。
座环段、转轮室段尺寸取决于机组运行、安装和检修要求，其底高程42.575m，最大高度14.05m，水轮机井底高程39.80m，考虑结构尺寸，厂房建基最低高程35.80m，考虑流道顶板内布设电缆、管道廊道，流道顶板面高程62.50m。主机间宽为24.03m，备有二台双梁桥式起重机，其中一台起重量为150／50t，跨度为19.Om，轨顶高程为79.00m；另一台起重量为32／5t，跨度为18.5m，轨顶高程为73.00m。桥机上游轨道梁支承在挡墙牛腿上，下游轨道支承在排架柱牛腿上。主厂房屋顶采用钢网架屋面，钢网架安装高程为87.90m。
主厂房采用运行层和交通廊道层共二层布置方式，主机间发电运行层高程为62.50m，布置有油压装置和调速器。层内布置有发电机引出线电缆廊道、油气水管道廊道和机组进入孔及供机组安装检修用的发电机井和水轮机井。在水轮机井底部，高程39.80m处，布置有贯穿主厂房的交通廊道层，主要功能为安装检修水轮机，同时也是尾水进人孔及渗漏、检修廊道的交通通道，此层布置有轴承油箱、测量管路、排水泵等辅助设备。高位油箱布置在风道顶69.50m处。
尾水管段流道出口底板高程45.116m，断面为12.15m×10.34m(宽×高)，流
道末端布置有事故检修门一道。尾水交通平台高程为88.10m，顺水流向宽11.70m。布置有单向台车一台，台机轨距为6.50m。
安装间位于厂房右侧，前缘长41.47m，下部底宽63.62m。上游平台宽17.30m，高程94.65m，与坝顶同一高程。安装间宽度与主机间相同，高程62.50m，面积为24.03×41.47m。安装间地面60.00m高程以下的大块体混凝土基础，基础划分为三个浇筑区，中心区采用C10块石混凝土浇筑，地基面50.0高程以上3m，采用C15钢筋混凝土浇筑，安装间地面以下2.5m范围内划分为C20混凝土浇筑区。5．2 副厂房
电站副厂房按其所在位置分为尾水副厂房和安装间副厂房。尾水副厂房位于主机间下游，尾水管顶板高程58.10m以上，共分四层（不含交通楼）。各层布置如下：
底层高程58.00m，为排水检修层，主要布置有空压机室、油发电机室、检修排水泵室、渗漏排水泵室、供水泵房、检修间等；二层高程62.50m，为管道电缆夹层；三层高程65.50m，为电气设备布置层，主要布置有励磁变室、机旁屏室、开关柜室、变压器室、厂用变室等；四层高程70.50m，为设备控制层，主要布置有中控室、梯调中心、水情测报中心、泄水闸中控室、通讯室等。
安装间副厂房布置在安装间上下游侧。安装间上游为两层，高程62.50m层布置有运输道、油处理室、透平油库；高程69.50m层布置有送风机室，并在安装间上游挡墙设一取风口。安装间下游为二层：高程62.50m布置有主变室、雨污水泵室，下部设有母线廊道。高程75.50m布置有220kVGIS室。其他布置
6．1 厂内交通
厂房与外界联系通道有三条：一条专供设备运输，由坝顶平台的运输井直接进入高程62.50m的进厂间；一条是安装间右端墙顶人行通道；一条是主机间左端墙顶人行通道及交通楼；两条通道均可联系坝顶公路、尾水副厂房及尾水交通平台。
安装间上游副厂房设一交通楼梯，可沟通安装间上游副厂房各层，及在下游
侧设一道屋面检修楼梯。尾水副厂房设有一座电梯和二道主楼梯，并在每机组段辅以一道简易楼梯，可沟通安装间下游副厂房、尾水副厂房各层及发电运行层。两道主楼梯直通至水轮机井底部，并通过交通廊道贯通主厂房。在安装间屋顶部位设置一条走火通道，必要时可通过此通道把运行人员从厂内疏散至尾水平台。
厂内各层均有足够通道沟通各部位的联系，使得厂内上下运行通畅，整个电站厂房交通十分便利 6．2 厂内通风
由于尾水位的影响，厂房为半封闭式厂房，因而给自然通风带来不利条件，故厂房采用机械进风、机械排风和自然排风相结合的方式。厂房送风道布置在上游挡水墙侧，贯通全厂房，风口设在安装间上游副厂房顶层。6．3 厂内排水
厂房排水系统分为检修排水和渗漏排水两个系统。
厂房检修排水廊道底高程38.60m，贯穿全厂房，排水汇集至1、2号机中墩下部高程为33.00m的检修集水井通过检修排水泵排到下游。
厂房渗漏排水廊道底高程38.10m，贯穿全厂房，渗漏排水汇集至5、6号机组中墩下部高程为33.00m的渗漏集水井通过渗漏排水泵排到下游。6．4 厂内采光
由于厂房为半封闭下沉式厂房，故厂房采光采用自然采光与人工采光相结合，主机间、安装间的采光主要通过钢屋架屋面的采光带采光。
下游副厂房主要通过顶层的采光带及天井采光；安装间上游的副厂房及交通廊道等主要采用人工采光。结语
红花水电站厂房是典型的灯泡贯流式水电站厂房，但由于电站装机容量大，上、下游校核洪水位较高及工期紧张等特点，造成厂房结构复杂，荷载分布不规则，给厂房布置和结构设计带来不便，设计中设计人员已充分考虑了这些特点并有所创新。
电站分区明确，主、副厂房与变电站既能相互沟通，又相对独立，使运行管理十分方便；合理利用厂房高度，采用双层桥机布置，缩短厂房前缘长度，减少
工程投资；不设专门的管道电缆层，使厂内布置更为简洁，使厂房管理显得有序，运行维护也很方便；另外，下游副厂房的错层布置、下游天井的运用、厂内交通设计、采光设计等均有值得总结借鉴意义，这些特点的运行取得了很好的技术经济效益，该电站从2003开始动工，总工期3年3个月，现已第三台机组并网发电。
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