抽水蓄能電站工程通用設計-輸水系統(tǒng)進/出水口簡介

甘 煉，易清元

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

“十三五”期間，國家能源和電力規(guī)劃都要求加快抽水蓄能電站建設，并明確“十三五”期間新開工抽水蓄能容量6 000 萬kW 左右，到2025 年我國抽水蓄能運行容量將達到1 億kW。隨著抽水蓄能電站建設規(guī)模持續(xù)擴大，為適應抽水蓄能電站快速發(fā)展的需求，推進技術創(chuàng)新，發(fā)展規(guī)模優(yōu)勢，深化完善基建標準化建設工作，充分考慮項目建設單位對于工程設施安全、景觀生態(tài)、運營維護等方面的新要求，大力研究和推廣抽水蓄能電站通用設計可以極大提高工程建設質量和工作效率。

1 設計原則

1.1 通用設計原則

進/出水口采用三維設計方法，遵循國家電網(wǎng)公司通用設計的原則：安全可靠、環(huán)保節(jié)約；技術先進，標準統(tǒng)一；提高效率、合理造價；努力做到可靠性、統(tǒng)一性、適應性、經(jīng)濟性、先進性和靈活性的協(xié)調統(tǒng)一。針對大型抽水蓄能電站工程進/出水口不同結構型式、裝機臺數(shù)、輸水系統(tǒng)不同供水方式進行通用設計編制。

1）可靠性。確保進/出水口各設計方案水工結構、金屬結構及電氣設備安全可靠，確保工程投入運行后電站安全穩(wěn)定運行。

2）統(tǒng)一性。建設標準統(tǒng)一，基建和生產(chǎn)運行的標準統(tǒng)一，進/出水口布置格局體現(xiàn)抽水蓄能電站工程上、下水庫進/出水口水工結構、金屬結構及電氣設備布置要求和國家電網(wǎng)公司企業(yè)文化特征。

3）適用性。結合國內(nèi)已建、在建大型抽水蓄能電站工程建設經(jīng)驗以及蓄能電站發(fā)展趨勢，綜合考慮抽水蓄能電站工程進/出水口具有雙向水流、水力條件復雜、受地形地質以及氣候條件影響大的特點，選定的典型方案在國內(nèi)不同地形條件、不同裝機規(guī)模（機組臺數(shù)）、不同供水方式、南北方不同氣候特點及建筑風格的抽水蓄能電站工程建設中具有廣泛的適用性。

4）經(jīng)濟性。按照全壽命周期設計理念和方法，在保證安全可靠的前提下，進行技術經(jīng)濟綜合分析，實現(xiàn)電站工程全壽命周期內(nèi)進/出水口布置功能匹配、壽命協(xié)調和費用平衡。

5）先進性。提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新能力，堅持技術進步，推廣應用新技術，代表國內(nèi)外先進設計水平和抽水蓄能電站工程輸水系統(tǒng)上、下水庫進/出水口布置及管理技術發(fā)展趨勢。

6）靈活性?？伸`活運用于國內(nèi)相應各方案適用條件下的大型新建抽水蓄能電站工程。

1.2 進/出水口主要設計原則

1）進/出水口主要型式。抽水蓄能電站進出水口型式主要分為側式和豎井式兩種，其中以側式進/出水口應用較多；側式進/出水口根據(jù)布置型式的不同又可分為閘門豎井式、岸塔式和岸坡式3 種布置方式，其中以閘門豎井式和岸塔式應用最多。

2）進/出水口型式選擇的條件。進/出水口型式的選擇，應根據(jù)電站與輸水系統(tǒng)布置的特點、地形地質條件及運行要求，經(jīng)不同布置方案的技術經(jīng)濟比較，因地制宜選擇側式（岸塔式與閘門豎井式）、豎井式或其他型式。

3）進/出水口型式選擇要求具備良好的水利條件。進/出水口無論采取何種型式，均應該具備良好的水力條件，這是進/出水口水力設計的基本要求。主要包括；

①進流時，各級運行水位下進/出水口附近不產(chǎn)生有害的漩渦。

②出流時，水流擴散均勻，水頭損失小。

③進/出水口附近庫內(nèi)水流流態(tài)良好，無有害回流或環(huán)流出現(xiàn)，水面波動小。

④防止漂浮物、泥沙等進入進/出水口。

2 通用設計內(nèi)容

2.1 典型方案

通過國內(nèi)已建蓄能電站工程經(jīng)驗，結合抽水蓄能電站建設及發(fā)展趨勢，根據(jù)進/出水口不同空間位置與結構型式、電站裝機臺數(shù)以及輸水系統(tǒng)不同供水方式，共設立了10 個典型方案，其中上水庫共4 個方案，分別是：方案一（4 臺機，1 洞2 機，閘門豎井式布置）、方案二（4 臺機，1 洞2 機，岸塔式布置）、方案三（4 臺機，1 洞2 機，豎井式，閘門布置在山體內(nèi)）、方案四（4 臺機，1 洞2 機，豎井式，閘門布置在水庫內(nèi)）；下水庫共6個方案，分別是方案五（4 臺機，單機單洞，閘門豎井式布置）、方案六（4 臺機，單機單洞，岸塔式布置）、方案七（4 臺機，2 機1 洞，閘門豎井式布置）、方案八（4 臺機，2 機1 洞，岸塔式布置）、方案九（4 臺機，2 機1 洞，閘門豎井式布置）、方案十（4 臺機，2 機1 洞，岸塔式布置）。通用設計在統(tǒng)一抽水蓄能電站各系統(tǒng)設計的基礎上研究典型布置方案（表1）。

表1 進/出水口通用設計典型設計方案特性表

2.2 進/出水口的組成

1）側式進/出水口。側式進/出水口主要由引水明渠段、防渦梁段（含攔污柵）、調整段、擴散段、閘門段、漸變段、攔污柵啟閉機排架、閘門啟閉機排架與機房、交通橋、配電房等組成，主要金屬結構包含事故、檢修閘門、攔污柵以及啟閉設備，見圖1。

2）豎井式進/出水口。豎井式進/出水口主要由進水池、塔體段、喇叭口段、豎井（直管）段、彎管段、連接擴散段、隧洞段、閘門段、漸變段、閘門啟閉機排架與機房、交通橋、配電房等組成。

主要金屬結構包含事故、檢修閘門及其啟閉設備。見圖2。

2.3 金結與電氣設計

金屬與結構設計主要包括攔污柵、事故閘門、檢修閘門等金屬結構布置和設計、固定卷揚機、門機、橋機等閘門及攔污柵起吊檢修設計，對于北方寒冷地區(qū)，同時考慮了進/出水口防冰凍設計內(nèi)容。

圖1 側式進/出水口

圖2 豎井式進/出水口

電氣設計主要包括電氣一次和二次設計、配電房、遠程與現(xiàn)地控制級監(jiān)控設計等內(nèi)容。

2.4 建筑設計

主要包括：啟閉機房和排架柱的整體建筑效果、墻體、屋面、門窗、裝修、涂料等。

2.5 細部設計

主要包括：進出水口閘門通氣孔、攔污柵槽、門槽蓋板、吊物孔蓋板與護欄、閘門井平臺護欄等。

3 適用范圍

1）應根據(jù)工程進出/口的地形地質、水文地質條件，以及樞紐布置的實際情況，對進/出水口布置方案進行研究分析，進行不同條件下的進/出水口型式選擇：

①當水庫庫岸地勢較高、山坡坡度較陡，輸水系統(tǒng)與水庫連接具備水平向布置的地形地質條件時，宜采用側式進/出水口；

②當進/出水口地質條件較好，巖體完整、穩(wěn)定，具備閘門豎井成洞條件時，宜采用閘門豎井式進/出水口；

③當進/出水口地質條件較差，風化層厚或邊坡陡峭，采用閘門豎井式進/出水口時易產(chǎn)生高邊坡，土石方開挖與支護工程量較大時，宜采用岸塔式進/出水口；

④當水庫庫岸地勢較低、山坡坡度較緩，輸水系統(tǒng)與水庫連接具備水平向布置的地形地質條件時，宜采用豎井式進/出水口；

⑤高地震區(qū)有較高抗震要求的進/出水口，宜優(yōu)先采用閘門豎井式或岸塔式進/出水口。

2）應根據(jù)工程實際所處地理位置、氣候特點、電站周邊環(huán)境及景區(qū)建筑規(guī)劃，選擇并形成符合實際要求的外觀設計方案，使之保持與工程所在地及風景區(qū)的建筑風格、氣候特點相協(xié)調。

在滿足安全、實用的前提下，為了給人一種美好的視覺感受，最終使建筑成為一道亮麗的風景線，通用設計中建筑的外觀設計考慮現(xiàn)代與古典兩種設計風格。其中啟閉機室排架又綜合考慮南、北方不同氣候特點，分別采用開放式與封閉式兩種設計風格，形成了“古典+開放”、“古典+封閉”、“現(xiàn)代+開放”和“現(xiàn)代+封閉”等4 種不同設計風格。而配電房的選擇受進/出水口地形等條件影響較大，配電房實際選址時應對方案中的各種條件進行研究分析，形成符合實際要求且美觀的配電房設計。

4 結 論

工程設計過程中，設計人員根據(jù)具體工程的水文地質條件與工程樞紐布置實際情況，在安全可靠、技術先進、投資合理、標準統(tǒng)一、運行高效的設計原則下，進一步強化工程安全、投資節(jié)約、提高效率、降低運行成本的思路，對各種方案進行研究對比分析，選擇符合要求的蓄能電站進/出水口布置。