蒲石河抽水蓄能电站工程设计

蒲石河抽水蓄能电站工程设计郑光伟1，张泽明2，王广福1，崔金铁1（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁丹东118216）摘要：蒲石河抽水蓄能电站总装机容量1200MW，承担东北电网和辽宁省网的调峰、填谷、调频和事故备用。上水库混凝土面板堆石坝设计中提出了具有可补偿收缩防裂性能并且满足C30F300W10要求的混凝土科学配比，按此配比修建的趾板、面板至今没有发现有害的裂缝。下水库泄洪排沙闸采用了应力状态较好的空腔锚块式预应力闸墩；三支臂型闸门结构，有效改善了弧门的动力特性；中孔弧门采用“一种保障露顶式闸门冬季正常运行的融冰设备”的专利技术，确保冬季闸门运行安全；采取洪水期降低水位运行的运行方式，减少水库泥沙淤积。对输水系统进行了设计优化，地下厂房系统、机电工程设计也进行了特别的设计和改进。关键词：工程；设计；蒲石河抽水蓄能电站DesignofPushihePumped-storagePowerStationProjectZhengGuangwei1,ZhangZeming2,WangGuangfu1,CuiJintie1(1.ChinaWaterNortheastInvestigation,DesignandResearchCo.,Ltd.,Changchun130021,Jilin,China;2.LiaoningPushihePumpedStoragePowerStationCo.,Ltd.,Dandong118216,Liaoning,China)Abstract:The1200MW-PushihePumped-storagePowerStationundertakesthefunctionsofhumpmodulation,frequencyregulationandemergencyreserveofthepowergridofNortheastChinaandLiaoningProvince.InthedesignofupperreservoirCFRD,themixproportionforC30F300W10concretewhichcancompensatetheshrinkagecracksisproposed,andthecompletedconcreteplinthandslabhasnoharmfulcrackssofar.Thehollowanchorblockpre-stressedpierswithabetterstressstateareadoptedfortheinstallationofspillwayradialgatesinlowerreservoir,thetri-armstructureimproveseffectivelythedynamiccharacteristicsofgatesandthepatentedicemeltingequipmentisusedinagatetoguaranteethesafedischargeoperation.Thelowerreservoirwilllowerwaterlevelinfloodseasontoreducereservoirsedimentation.Thedesignofwaterconveyancesystemisoptimized,andtheundergroundpowerhouseandmechanicalandelectricalengineeringarealsospeciallydesignedandimproved.KeyWords:engineering;design;PushihePumped-storagePowerStation中图分类号：TV222；TV743（231）文献标识码：A文章编号：0559－9342（2012）05－0016－05电站由上、下水库工程、输水系统、地下厂房系统及地面开关站等建筑物构成。1电站概况蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸满族自治县境内，距丹东市约60km；是东北电网建设的第上水库2一座大型纯抽水蓄能电站，总装机容量1200MW，2.1库容及特征水位蒲石河抽水蓄能电站上水库库容构成按装机规模1200MW、日调节抽水蓄能电站的功能设置：日安装4台单机容量为300MW可逆式水泵水轮发电机组；承担东北电网和辽宁省网的调峰、填谷、调频和事故备用；电站年平均发电量18.6亿kW·h，年平均抽水电量24.09亿kW·h，综合效率77.2%；电站以一回500kV出线接入丹东变电所，线路全长约58km。收稿日期：2012-03-06作者简介：郑光伟（1952—），男，吉林长春人，教授级高工，主要从事水电站工程设计及管理工作.WaterPowerVol．38No．516水力发电第38卷第5期郑光伟，等：蒲石河抽水蓄能电站工程设计发电调节库容按1200MW泵工况满抽6h的水量785万m3，加日发电调节库容10%作为库容计算裕度，即79万m3；紧急事故备库容按2台机600MW满发2h用水量165万m3计。3项合计有效库容为1029万m3。根据地形地质条件及上水库进出水口布置要求，确定其死水位为360.00m，死库容为227万m3（回填后为95万m3）；正常蓄水位392.00m，建成后实测有效库容为1040万m3，比原设计多11万m3。上水库集水面积仅为1.12km2，洪水产生的洪量少，故上库不设泄洪建筑物泄水，将其24h洪量全部蓄在库内正常蓄水位以上，以此计算设计洪水位和校核洪水位。2.2钢筋混凝土面板堆石坝基于上述因素，比选后决定采用钢筋混凝土网格梁+干砌石的岸坡防护方案。2.5死库容用弃渣回填为减少上库区开挖弃料的运距、降低开挖单价、减少弃渣场占地和初期蓄水上水库的充水量，库底358.00m高程以下死库容全部用弃渣回填，体积约130余万m3。下水库33.1库容及特征水位下水库坝址以上流域面积1141km2，多年平均流量22.9m3/s。下水库是蒲石河蓄能电站的专用水库，其日发电调节库容785万m3、计算余量79万m3、紧急事故备用165万m3，下水库冰冻备用库容按其年最大结冰厚度（0.77m）计算为226万m3。调节库容合计1255万m3。正常蓄水位为66.00m。由地形地质和下水库进出水口布置条件确定，死水位为62.00m，相应死库容为1616万m3。正常蓄水位以下的总库容为2871万m3。下水库因汛期有泄洪、排沙、防淤要求，泄洪能力大，故下库的设计洪水位（P=0.5%，Q=9950根据以往面板堆石坝的工程实践经验，结合蒲石河蓄能电站选用水泥、粉煤灰、砂石骨料的具体情况，在科学试验的基础上，提出了具有可补偿收缩防裂性能并且满足C30F300W10要求的混凝土科学配比，按此配比修建的趾板、面板至今没有发现有害的裂缝，效果很好。垫层料的排水性能、冻胀性能试验证明，冰冻期水库水位消落后，力和冻胀力。2.3渗控工程面板不会产生有害的反向水压m3/s）、校核洪水位（P=0.1%，Q=12590m3/s）均不超过正常蓄水位66.00m。3.2下库坝下水库混凝土重力坝由两岸挡水坝段、泄洪排沙闸、引水坝段及坝后厂房共计19个坝段组成。最大坝高34.10m，坝顶长336m。坝断面设计：上游坡直立，下游坡1∶0.75，坝顶高程70.10m。各坝段坝顶宽度视坝顶交通和布置需要而不同。7孔泄洪排沙闸位于主河床4号～11号坝段，坝段宽度18m，溢流面中间分缝；溢流孔宽14m，蒲石河抽水蓄能电站上水库是三面环山沟口筑坝形成的天然库盆。库区范围均为早元古代的混合花岗岩。库周全长3617m，地下水位和相对不透水层（q≤3Lu）高程高于正常蓄水位（392.00m）的分水岭段长占总长的71%，存在渗水可能性的占29%，其透水率为3～17Lu，多为弱透水，且渗径较长。上水库的渗控工程包括坝基、坝肩、库周的防渗工程，它们形成了一个封闭有效的防渗体系。根据水文、工程地质条件，设计采用单排帷幕灌浆作墩厚4m，堰顶高程48m，堰上最大水深18m。弧门挡水，孔前设有检修门槽。采用底流消能，消力池底高程38m，池深5.8m，顶高程43.8m。整体水工模型试验验证：下库坝过流能力、消能效果均满足设计要求；泥沙数学模型和委托长江科学研究院所作的1∶100完整库段（河道长11.5为该体系的防渗措施，孔距2m，孔深入3Lu线以下7m，灌浆后q≤3Lu。2.4水位变化区岸坡防护上水库水位最大消落深度32m，运行水位最大物理模型试验证明，下库大坝能够满足泄洪、km）排沙、防淤调度的要求。消落速率超过5m/h。上水库水位变化区岸坡主要闸墩结构和弧门3.3受以下因素影响：①库水位骤降时，岸坡“内水”外渗，可能造成细粒流失；②暴雨及其表面径流冲空腔锚块式预应力闸墩。有限元计算和结（1）蚀岸坡；③波浪冲刷，可能造成岸坡再造；④冬季构模型试验证明，采用空腔式锚块，不仅闸墩颈部、锚块应力状态好，而且能够降低吨锚比，吨锚比仅为1.41。闸墩预应力设计吨位:中墩主索为48000kN，边墩主索为24000kN。中墩主索设计16束，2排布置，每排8束，设计吨位3000kN/束；次索冰冻对岸坡的冻害，岸冰与库岸泥沙冻结在一起，水位急骤消落时，流向库内和进口，造成泥沙在库内和进口淤积，增加水流含沙量，磨蚀机组过流部件，影响机组效率和寿命。WaterPowerVol．38No．517水力发电2012年5月3排，每排5束，共计15束，设计吨位2000kN/束。边墩主索1排，8束；次索1排，5束；主次索设计吨位同中墩，材质选用1860级的钢绞线。施工张拉吨位原设计：主索3500kN/束，次索2300输水系统44.1输水系统布置输水系统由引水系统和尾水系统组成。引水系统由上水库进出水口、引水隧洞上平段、斜洞段、下平段、高压岔管、高压引水钢管组成。尾水系统由尾水支洞、尾闸室、尾水岔管、尾水调压井、尾水主洞、下水库进出水口组成。上水库进出水口由引水明渠段、拦污栅、扩散（收缩）段、竖井式事故闸门井组成。进口拦污栅不设启吊和清污设施；闸门井设有事故检修闸门和液压启闭设备。引水系统采用2洞4机布置，各段主洞和岔管均采用钢筋混凝土衬砌，衬砌后的内径8.1m；初砌厚度上平段50cm，斜洞段60cm，岔管段80cm；引水高压钢管段，内径5m，外包80cm混凝土。靠近厂房处钢管内径渐变为2.95m，与球阀进口相接。靠近厂房35m的钢管段，按明管设计。采用国产B610CF钢板，厚度46～58mm；其余按埋管设计，采用Q345D钢板，厚度34～54mm。埋管段在钢衬安装前先进行裸岩固结灌浆；钢衬起始段设3道止水环，末端设2道止推环。4条钢管上方与钢管平行设置3条断面为2.5m×3.5m排水廊道，向上钻有排水孔；在钢管的管壁与岩壁铺设软排水管。尾闸室后的尾水支洞、尾水岔管、尾水调压井、尾水主洞均采用钢筋混凝土衬砌。尾水调压井为阻抗式，阻抗孔直径7.5m，井高30m，钢筋混凝土衬砌厚度50cm；大井内径20m，高80m，衬砌厚kN/束。实施中，因预应力损失大，故提高张拉吨位，主索3800kN/束，次索2500kN/束；以确保满足设计吨位要求。（2）三支臂弧门。露顶大型弧门孔口尺寸14m×19m（宽×高），设计水头18.5m，弧门承受的总水推力达34000kN；运用上要求操作快捷方便。经流激振动模型试验及有限元分析，优选了三支臂型闸门结构，有效改善了弧门的动力特性。中孔弧门采用专利技术。为了满足7孔泄（3）洪排沙闸的中间一孔在非汛期（含冰冻期）能够启闭自如的要求，设计采用了我公司的“一种保障露顶式闸门冬季正常运行的融冰设备”的专利技术，对该孔弧门、埋件加热，以确保冬季弧门运行安全。3.4下水库防淤下水库多年平均输沙量57.2万t，其中推移质13.3万t。输沙与洪水过程同步，但沙量比洪量更集中，如1979年6月26日洪水实测最大含沙量19kg/m3，日均8.8kg/m3。该年最大1日输沙量占全年的70.3%，2日输沙量占全年97.3