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抽水蓄能电站地下厂房典型布置中水东北勘测设计研究有限责任公司主讲：于生波前言我国的抽水蓄能电站建设起步较晚，1968年岗南水库安装了一台日本引进1.1万kW的蓄能机组，1972年密云水库安装了2台国产1.2万kW的蓄能机组，这两个混合式抽水蓄能电站开始了我国的蓄能电站建设。随着经济的发展、电网的扩大，电网的峰谷差也愈来愈大，蓄能电站的重要性也被普遍认识到，90年代广蓄、十三陵、天荒坪、羊湖、溪口、响洪甸等蓄能电站的建设，拉开了我国蓄能电站建设的大幕。随着抽水蓄能电站技术的发展，运用水头也逐步提高，从早期的100~200m升到了300~400m，后来到了500~600m,甚至有的已经达到了700m。高水头、大容量成了蓄能电站的特点，地面式、窑洞式或竖井式的厂房型式已经不适用高水头、埋深大的抽水蓄能电站，地下厂房成了主流。退出重新播放下一页1厂址的选择2洞室群布置4厂房内部布置5开关站布置3附属洞室布置1厂址的选择1.1地下厂房开发方式1.2地下厂房平面位置1.3厂房轴线选择厂址的选择1.1地下厂房开发方式对于引水式布置的抽水蓄能电站，按厂房在输水发电系统中的位置可以分为首部、中部和尾部三种开发方式。●首部式地下厂房厂房位于电站引水系统的首部。这种布置方式的特点是高压引水隧洞较短，造价相对较省。但地下厂房靠近上水库，需注意水库渗水对厂房的影响。水头较高时，采用首部式会使地下厂房埋深较大，从而增加了交通、出线及通风等洞井的费用，也给施工和运行带来困难。采用首部开发方式较少，泰安、琅琊山等。1.1地下厂房开发方式泰安抽水蓄能电站输水系统纵剖面●尾部式地下厂房厂房位于引水系统的尾部，具有较长的引水隧洞和较短的尾水隧洞，一般均设有上游调压室。尾部厂房靠近地表，厂房的交通、出线及通风等辅助洞室的布置及施工运行比较方便，因而采用较多。尾部式地下水电站适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，目前高水头电站多采用尾部布置方式，我国已建成的地下水电站尾部式占70%以上（常规居多），天荒坪、桐柏、西龙池、白莲河、呼蓄等。1.1地下厂房开发方式桐柏抽水蓄能电站输水系统纵剖面●尾部式地下厂房1.1地下厂房开发方式呼和浩特抽水蓄能电站输水系统纵剖面天荒坪抽水蓄能电站输水系统纵剖面●尾部式地下厂房1.1地下厂房开发方式西龙池抽水蓄能电站输水系统纵剖面●中部式地下厂房厂房位于引水系统的中部，当水电站引水系统中部的地质地形条件适宜，对外联系如运输、出线以及施工场地布置方便时，可采用中部式地下厂房。抽水蓄能电站机组吸出高度较大，厂房埋深也相对较大，交通洞、通风洞等受坡度控制洞线较长，且一般来说山体中部地质条件要优于尾部，因此蓄能电站选择中部式地下厂房也较为普遍，广蓄、十三陵、惠蓄、张河湾、宝泉、蒲石河等。1.1地下厂房开发方式●中部式地下厂房1.1地下厂房开发方式广蓄抽水蓄能电站输水系统平面、纵剖面●中部式地下厂房1.1地下厂房开发方式十三陵抽水蓄能电站输水系统平面、纵剖面●中部式地下厂房1.1地下厂房开发方式惠州抽水蓄能电站A厂输水系统平面、纵剖面示意●中部式地下厂房1.1地下厂房开发方式张河湾抽水蓄能电站输水系统纵剖面●中部式地下厂房1.1地下厂房开发方式蒲石河抽水蓄能电站输水系统纵剖面地下厂房的开发方式选择，要根据工程总体布置情况，结合当地的地形、地质、交通运输、出线条件、施工和运行条件，经过技术、经济、环境、社会等综合比较确定。1.1地下厂房开发方式1.2地下厂房平面位置在选定开发方式后，地下厂房的平面位置选择应遵循以下原则：①与枢纽布置协调，满足功能要求；②根据地形地质条件、施工条件和环境影响等因素，综合选定；③对外交通及厂内交通方便、顺畅；④永临结合、一洞多用；⑤地质条件较优，构造简单、岩体完整、地应力平稳，尽可能的避开较大的断层和节理密集带，及地下水丰富的地区，埋深不宜小于2倍洞宽；⑥主体洞室一般以Ⅲ类及以上围岩为主，其比例应大于60%。1.2地下厂房平面位置1.3地下厂房轴线选择在选定平面位置后，地下厂房的轴线选择应遵循以下原则：①兼顾输水系统布置，在地形和地质条件允许的条件下，尽量缩短输水线路；②高地应力地区，纵轴线与最大主应力水平投影方向宜呈较小夹角，不宜大于30°；③纵轴线宜与围岩主要结构面走向呈较大交角，其夹角不宜小于60°；④一般当最大主应力与岩体抗压强度比值较小时，应以地质构造为主控制厂房纵轴线。1.3地下厂房轴线选择蒲石河地下厂房平切图最大初始主应力σ1=9.3～12.2Mpa，方位为N76°～81°W，最大初始主应力与岩石单轴抗压强度之比在0.06～0.10，处于一个相对较低的水平。地质构造以N15°～45°E为主。NW279°50’19”。与主要地质构造夹角＞60°，与最大主应力方向近乎平行。钢筋混凝土岔管，其地质条件要求较高。蒲石河地下厂房在通过开发方式比选确定中部厂址后，进行了厂房平面位置和厂轴比选选择。①受F3、F4及F9三条比较大的断层影响带控制，厂址选择在三条影响带间地质条件较优的部位；②兼顾输水系统布置，特别是高压引水岔管为钢筋混凝土岔管，其地质条件要求较高，优先将其布置在地质条件较好处；③实测厂房区深部最大初始主应力σ1=9.3～12.2Mpa，方位为N76°～81°W，最大初始主应力与岩石单轴抗压强度之比在0.06～0.10，处于一个相对较低的水平，地应力方向对洞室工程稳定性影响不大。因此，从地质条件上影响厂房轴线方向的主要因素为地质构造；④地质构造以N15°～45°E为主，呈较大夹角为宜；综合考虑，确定蒲石河地下厂房纵轴线方位角为NW279°50’19”。与主要地质构造夹角＞60°，与最大主应力方向近乎平行。2洞室群布置2.1洞室群构成2.2洞室群布置形式2.3洞室间距洞室群布置2.1洞室群构成抽水蓄能电站地下厂房与常规电站地下厂房的洞室组成基本相同，地下洞室群规模庞大，纵横交错。一般主要包括主厂房洞（含主机间、安装间、副厂房）主变洞尾闸洞进厂交通洞交通出渣、联络洞等主体洞室附属洞室通风兼安全洞母线洞出线洞、电缆洞排水洞排风洞2.1洞室群构成2.1洞室群构成进厂交通洞，端部进厂，垂直或平行厂房纵轴线进厂。通风兼安全洞，从主副厂房顶层端部入厂，一般分叉洞至主变洞。母线洞，连接主厂房与主变洞，一般采用一机一变。出线洞，连接主变与地面开关站，一般采用竖井、斜井、平洞，或组合出线方式。排水洞，一般环绕主体洞室布置，常设置三层排水洞，通过集中抽排或自流排水。洞室群布置动画演示:1、输水发电系统洞室群全景综合展示动画-输水发电全景.avi2、地下厂房系统洞室群全景综合展示动画-地下厂房系统全景.avi2.2洞室群布置形式2.2洞室群布置形式抽水蓄能电站地下厂房主体洞室主要为主厂房洞、主变洞、尾闸洞，国内常见的布置为“两洞式”和“三洞室”。●“两洞式”“两洞式”其中一种是将主厂房和主变压器合并于一个洞室，此种布置在日本比较流行，如葛野川、神流川等，国内不常见，目前仅琅琊山蓄能采用。2.2洞室群布置形式琅琊山抽水蓄能电站洞室群琅琊山尾闸置于尾闸调压井内。2.1洞室群构成张河湾地下洞室群效果图还有一种“两洞式”，只有主厂房洞和主变洞，没有尾闸洞。常用于尾部式电站或短尾水洞电站，一般是将事故闸门布置在下水库进/出水口处，如张河湾、西龙池、桐柏、呼和浩特等蓄能电站。2.1洞室群构成●“三洞式”“三洞式”一般是主厂房洞、主变洞、尾闸洞三大洞室平行布置。此种布置国内最为常见，目前国内蓄能电站大多采用，如已建的广蓄、十三陵、天荒坪、泰安、宜兴、惠州、蒲石河、宝泉、白莲河；在建的清远、绩溪、丰宁、敦化和荒沟等。2.2洞室群布置形式泰安抽水蓄能电站洞室群效果图●“三洞式”2.2洞室群布置形式蒲石河抽水蓄能电站洞室群效果图●“三洞式”2.2洞室群布置形式广蓄抽水蓄能电站洞室群●“三洞式”2.2洞室群布置形式清远抽水蓄能电站洞室群效果图●“三洞式”2.2洞室群布置形式荒沟抽水蓄能电站洞室群效果图2.3洞室间距地下厂房三大主体洞室（主厂房洞、主变洞、尾闸洞）之间的净距，应根据布置要求、地质条件、洞室规模、施工方法及支护措施等因素综合分析确定。不宜小于相邻洞室平均开挖宽度的1.0倍，对于高应力或地质条件较差地区，不宜小于1.5倍。高地应力一般是指最大主应力量级为20Mpa~40Mpa，或岩石强度与地应力之比为2~4。国内蓄能电站主厂房洞与主变洞间大多处于1.5~2.0倍。间距过小，虽然可以缩短母线洞长度，但对于围岩稳定不利；间距过大，会增加母线洞和母线的长度，增加工程投资。《囯网通用设计-地下厂房分册》中提出：主厂房洞与主变洞间岩体厚度不宜小于40m，主变洞与尾闸洞间岩体厚度不宜小于30m。2.3洞室间距国内已建蓄能电站主体洞室间距统计2.3洞室间距序号电站名称主厂房洞宽度(m)主变洞宽度(m)净距（m)L/B（平均宽度）1白山一期25.015.016.50.82天荒坪21.017.034.01.83十三陵23.016.534.11.74广蓄22.017.234.51.85西龙池22.316.444.52.36黑麋峰25.520.035.01.547桐柏24.518.037.31.758张河湾23.817.846.152.29宝泉22.018.035.01.7510宜兴22.017.540.02.011泰安24.517.535.01.6712蒲石河22.720.430.01.413白莲河21.8519.732.01.514响水涧25.018.035.01.6目前在建的蓄能电站，主厂房开挖宽度一般在24~25m左右，主变洞开挖宽度一般在20m左右，通用设计中提出：主厂房洞与主变洞间岩体厚度不宜小于40m，L/B值一般在1.5~2.0之间。2.3洞室间距3附属洞室布置3附属洞室布置交通洞通风洞母线洞出线洞/井交通电缆洞排水洞附属洞室主要有进厂交通洞、通风兼安全洞、母线洞、出线洞、交通电缆洞、排水洞等。①进厂交通洞交通洞一般直达安装间，当安装间布置在端部时，分为垂直进厂和平行进厂两种情况。坡度不宜大于8%。3附属洞室布置平行进厂：下游需设置主变运输洞（洞径相对小），有利于岩壁吊车梁结构。以上两种进厂方式，需根据枢纽布置情况、地形地质情况、交通洞洞线布置，结合经济技术比较，综合分析确定。《厂房规范》表明，进厂宜采用正向（垂直）进厂，当特殊条件限制而采用端进厂时，应设置安全警戒标示或阻进器。3附属洞室布置主变压器从安装间运输至主变室内，在交通洞与主变搬运洞交叉处，一般有两个处理方式：设置转盘或改变运输方向（横向变竖向）。设置主变运输转盘，势必影响交通洞的运输功能，从而影响施工进度；若改变主变运输方向，则需要加大交通洞断面适应主变压器尺寸。②通风兼安全洞通风兼安全洞具有进风、安全逃生及施工期厂房顶拱出渣通道的功能，一般通至主副厂房顶拱，和交通洞分别位于厂房两端。3附属洞室布置通风兼安全洞③母线洞母线洞又称机压设备洞，主要布置离相封闭母线及其附属设备，包括主母线、分支母线、开关设备及励磁变压器等，连接主厂房洞和主变洞。3附属洞室布置主厂房洞室主变洞室尾闸洞室母线洞室3附属洞室布置母线洞结构分双层布置、单层布置。与单层结构相比，双层结构的主要优点是：运行维护方便、交通顺畅，每个机变单元可由主机间发电机层直通主变洞；每层的层高较低，便于母线和设备检修；母线和设备运输、安装方便，可缩短安装工期。双层结构的主要缺点是：土建和电气设计繁琐、工作量大；厂房侧交叉口较大，对岩壁吊车梁结构有一定的不利影响。母线洞单层布置，主机间至主变洞在发电机层不连通。3附属洞室布置母线洞双层布置示意图机组端TV柜电制动开关发电机出口断路器换相开关励磁变厂用电分支电抗器④出线洞连接主变洞和地面出线场，布置高压出线设备（高压电缆或GIL母线），出线洞一般为出线平洞、斜洞、竖井或几种形式的组合。3附属洞室布置平洞+竖井出线3附属洞室布置平洞出线“通用设计”中提出：出线应结合地形和气候条件具体分析确定，若不高于300m，可采用竖井出线方式；北方严寒地区可采用竖井加平洞方式。3附属洞