水电站设计(排版)

水电站设计报告书

2011/11/12

目 录

1 课程设计概述 ....................................................................................................................... 1 1.1 1.2 1.3 2

提交成果 .................................................................................................................... 1 课程设计方案 ............................................................................................................ 1 参考书目 .................................................................................................................... 1

工程概述 ........................................................................................................................... 1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

地理位置及工程任务 ................................................................................................ 1 气象 ............................................................................................................................ 2 工程地质条件 ............................................................................................................ 2 工程概况 .................................................................................................................... 2 电站 ............................................................................................................................ 3

3 引水建筑物设计 ............................................................................................................... 4 3.1 引水系统布置和洞线选择 ............................................................................................ 4 3.2 进水口 ............................................................................................................................ 4 3.2.1 进水口前缘高程选择 ............................................................................................. 4 3.2.2 进水口底板高程选择 ............................................................................................. 4 3.2.3进水口布置 .............................................................................................................. 4 3.3 引水隧洞 ........................................................................................................................ 5 3.3.1 地质条件 ................................................................................................................. 5 3.3.2 引水隧洞断面设计 ................................................................................................. 5 3.3.3引水隧洞布置 .......................................................................................................... 5 3.4 调压井 ............................................................................................................................ 6 3.4.1 调压井设置必要性 ..................................................................................................... 6 3.4.2 调压井布置和型式 ..................................................................................................... 6 3.4.3 调压井水力学计算 ..................................................................................................... 6 3.5 压力管道 ........................................................................................................................ 7 3.5.1 压力管道布置 ......................................................................................................... 7 3.5.2 压力钢管设计 ......................................................................................................... 8

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3.5.3 岔管体型设计 ......................................................................................................... 9 3.6 引水系统水力计算 ........................................................................................................ 9 3.6.1 水头损失计算 ....................................................................................................... 10 3.6.2 水击压力计算 ....................................................................................................... 11 4 厂房及开关站设计 ............................................................................................................. 13 4.1 厂区布置 ...................................................................................................................... 13 4.1.1 主厂房位置选择 ................................................................................................... 13 4.1.2 副厂房位置选择 ................................................................................................... 13 4.1.3 开关站、主变场位置的选择 ............................................................................... 13 4.1.4 厂区地面高程选择 ............................................................................................... 14 4.1.5 厂区对外交通 ....................................................................................................... 15 4.2 厂房布置 ...................................................................................................................... 16 4.2.1 主厂房 ................................................................................................................... 16 4.2.2 副厂房 ................................................................................................................... 18 4.2.3 厂房结构 ............................................................................................................... 18 4.3 尾水建筑物 .................................................................................................................. 18 4.4 主变场与开关站 .......................................................................................................... 18

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1 课程设计概述

1.1 提交成果

1、电站枢纽总体布置； 2、发电引水系统纵剖面图；

3、主厂房平面及立面布置：绘制横剖面图、发电机层平面图、水轮机层平面图、蜗壳尾管层平面图、纵剖面图；

1.2 课程设计方案

地面引水式：竖井式进水口

1.3 参考书目

[1]李仲奎，马吉明，张明. 水力发电建筑物. 北京：清华大学出版社，2007 [2]马普定，汪如泽. 水电站建筑物（第2版）. 北京：中国水利水电出版社，1996 [3]王树人, 董毓新. 水电站建筑物（第2版）. 北京: 清华大学出版社, 1992 [4]顾鹏飞、喻远光编，水电站厂房设计，水利电力出版社，1987.07

[5]杨述仁、周文铎等编，地下水电站厂房设计，水利电力出版社，1993.01

2 工程概述

2.1 地理位置及工程任务

SMZ水库及电站位于乌鲁木齐以西约150km处的塔西河上。塔西河全长100km，坝址以上约有50km。流域总面积2010km2，坝址以上6km2。河道平均坡降4.87%，河流纵坡5%。拟用“二库八级”开发，在SMZ下游28km处再建一HSW水库作反调节，再出山口。

塔西河灌区可耕地55万亩，1995年耕地27万亩，人均6.8亩。已有平原水库3座，3库库容之和为846万m3。

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塔西河年最大径流量2.94亿m3，最小1.93亿m3，多年平均径流量2.32亿m3。年际变化小，年内变化大，5~8月径流占全年的75%。如果利用75%的水量，耕地可增加到47万亩。

2.2 气象

多年平均气温4C，年最高33.2C、最低-31.5C。年平均降雨量432.4mm，蒸发1414.8mm。多年平均最大风速20m/s，无霜期219天，冰冻期130天，最大冻土深度1.4m。

2.3 工程地质条件

主要地质构造F1在水库上游5.5km处，全长200多km，产状为280NE60~75。新构造活动强烈，曾发生多次中强地震。

清水河背斜，在塔西河与玛纳斯河之间，呈东西向延伸，长22km。 塔西河短轴向斜，在大于沟和清水河之间。 地震烈度、基本烈度和设防烈度均为8度。

坝址前左右岸存在不稳定岩体SL4~SL1，总方量47万m3。

坝址工程地质条件：U形河谷，底宽77m，顶宽95m，谷坡75~80。河床砂卵石覆盖厚约31m，渗透系数4.3610-3cm/s。左岸受一古河槽切割，形成上宽30m、下宽65m的单薄山体。古河槽底宽70m、顶宽110m，上覆堆冲积砂卵砾石层。最厚处62m，最高处海拔1404m。

坝址区为侏罗系中统齐古组泥岩泥顶顶砂岩，上统喀拉扎组砾岩、砂砾岩，白垩系土谷鲁组泥岩、砂岩，地层产状为275NE30。

主要地质构造为F3、F4、F5三条NE向次级断层，其中F3和F5规模较小，对工程影响不大。F4产状43NE60，宽0.3~0.5m，为压扭性断层。

两岸隧洞位置处的岩石为II~III类围岩，成洞和进洞条件均良好，无大的边坡稳定问题。

天然建材：上下游6km内有砂粒料场4个，土料场1个，储量充足，开采条件好。

2.4 工程概况

水库主要特征参数如下： 正常蓄水位 死水位 设计洪水位 校核洪水位 汛限水位 1390m 1358m 1390.97m 1392.52m 13.0m 2

总库容 调节库容 死库容 装机容量 年利用小时 0.51亿m3 0.3765亿m3 0.0978亿m3 23.2MW 30hr

坝顶高程 1394.0m 移民11户，76人，淹没房屋1180m2，国防公路1.3km，简易公路3.5km。 主要建筑物为3级，大坝为2级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。 溢洪道泄量151.7m3/s，放空洞泄量150 m3/s，导流洞泄量91.6 m3/s，发电引用流量12.8 m3/s，灌溉引用流量25 m3/s。溢洪道有3孔，每孔宽5m。堰顶高程1388m。

导流洞进口门尺寸4.04.0m2，出口门尺寸3.52.5m2。导流洞坡度为0.02422。 大坝按50年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。工程静态投资1.99亿元，总投资2.77亿元。

总工期2.5年，准备期17个月，大坝施工24个月。高峰期劳动人数1652人。

2.5 电站

装机容量23.2MW，年发电2490万度。

平均日负荷率在冬季为0.62，夏季为0.62；最小日负荷率在冬季为0.41，夏季为0.42。

一年中最大负荷及最大平均负荷在6月，季不平衡系数0.75，月均衡系数0.75。到2005年，在SMZ电站供电范围内，最大负荷为92MW，需用量3亿度。电站建成后，主要为电网提供电量。

电站进水口底板高程1350.0m，设计流量时下游水位1318.0m。发电洞直径3m，高压钢管末端由3m渐缩为2m，再分岔变为21.2m。若选择坝后式电站，可采用单管单机，直径1.2m，不设阀。桥式吊车20/5吨。变压器2台，4000kVA。开关站面积2515m2。水轮机及发电机的主要技术指标如下：

型号 发电水头 设计水头 水 单机容量 轮 额定转速 机 飞逸转速 模型气蚀系数 额定单机流量 900rpm 0.133 6.5m3/s 500rpm 机 3.2MW 电 HL220-LJ-100 42.5~75m 55m 发 功率因数 0.8 额定功率 额定转速 飞逸转速 3.2MW 500rpm 900rpm 3

3 引水建筑物设计

3.1 引水系统布置和洞线选择

根据水库地形图来看，修建地面引水式电站比较适宜，并将原有的导流洞改建为发电洞，并采用竖井式进水口。由进水口、引水隧洞组成。

3.2 进水口

3.2.1 进水口前缘高程选择

SMZ水电站坝址以上流域，无霜期219天，冰冻期130天，最大冻土深度1.4m。水库正常蓄水位1390.00m，死水位1358.00m。考虑泥沙问题，进水口前缘高程取1350.00m。

3.2.2 进水口底板高程选择

既要满足在水库最低水位运行条件下有足够的淹没深度，又要高出孔口前缘水库泥沙冲淤平衡高程，满足防沙要求。为防止产生贯通式漏斗旋涡，根据《水力发电建筑物》P22公式（2-1）scvd，

正向对称进水，c0.55，d4.00m， 拦污栅毛面积46.40m，最大过栅流速0.92m/s，

2v46.400.922.02m/s

4.64.6scvd0.732.024.63.20m，即最小淹没深度为3.20m。

因为死水位为978.00m，所以进水口底坎高程为

978.004.63.20970.2m。 同时，根据水库淤积计算，运行50年后坝前淤积高程为97.10m，高于进水口底板高程，为减少泥沙进入进水口，结合上游临时围堰在上游修建拦沙坎一道，拦沙坎顶高程972.00m，以缓解坝前淤积，阻止推移质进入进水口。 3.2.3进水口布置

进水口采用岸塔式，并设置拦污栅和事故检修闸门。沿水流方向分三段布置，分别为喇叭口段、事故检修闸门段、渐变段。

喇叭口设置在洞前，为保持水流通畅，减少水头损失，需降低过栅流速（≦1.0m/s），喇叭口底板为平底，顶部采用1/4椭圆曲线，椭圆曲线方程为：

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x2y21 225.52.2进水口高6.80m，宽6.80m，向下游收缩到同闸门宽度4.60m，此段长度为8.50m。喇叭口处设置拦污栅，栅顶高程为977.00m，拦污栅毛面积46.40m2，最大过栅流速0.92m/s。

3.3 引水隧洞

3.3.1 地质条件

引水隧洞隧洞绝大部分为Ⅱ、Ⅲ类围岩，隧洞两端为Ⅳ类围岩。除进水口附近

外，上覆岩体厚度在140～230m之间，侧向岩体厚度均大于50m，地下水位略低于洞线。由于地质条件较差，所以应尽可能与破碎带或软弱夹层正交布置。隧洞通过层状岩体时，洞线与岩层走向间夹角应尽可能大，以利于围堰稳定，提高承载能力。水平地应力大时，洞线应尽量与最大水平地应力方向一致，或呈较小的夹角。隧洞的进出口应选择在覆盖薄、风化层浅、岩石比较坚固完整的地段，避开容易滑坡、产生泥石流的地带。要考虑到运行中隧洞漏水使岩体浸湿后发生崩滑的可能性。 3.3.2 引水隧洞断面设计

引水隧洞洞径主要由经济流速确定。对有压衬砌隧洞约为2.5～4.5m/s；对不衬砌隧洞一般小于2.5m/s。

考虑施工要求，隧洞断面确定为城门洞形。钢筋混凝土衬砌隧洞断面尺寸初定为B×H＝4.6×4.60m，喷锚衬砌隧洞断面尺寸B×H＝5.20m×5.10m，引水流量42.40m3/s，则水流流速分别为2.245m/s、1.795m/s，基本满足经济流速的要求。 3.3.3引水隧洞布置

本水电站装机二台，因引用流量不大，故选择一条引水隧洞，即采用一洞两机方案。

引水隧洞自桩号‘引下0＋002.800m’至‘引下0＋l＋363.513m’，总长1360.713m。引水隧洞底板起始高程为970.20m，尾部高程965.40m，隧洞沿程纵坡i＝0.355％。引水隧洞引下0＋002.800m至引下0＋059.888m，为直线段，方位角为NE10°，长57.088m；桩号引下0＋59.888m至引下0＋78.214m，为半径25.00m的圆弧段，长18.326m；桩号引下0＋078.214m至引下1＋363.5l3m，为直线段，方位角为NE52°，长1285.299m。

引水隧洞断面均采用城门洞形，分混凝土衬砌和喷锚衬砌，混凝土衬砌断面尺寸为4.6×4.60m，喷锚衬砌断面尺寸为5.20m×5.10m。

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3.4 调压井

3.4.1 调压井设置必要性

根据《水力发电建筑物》P107推荐的公式初步判别是否需设置上游调压井，设置调压井的条件为：

Tw[Tw]，TwLViigHp

表1 压力水道水流惯性时间常数计算

各分段长度L/m 引水隧洞 1360.713 压力水道 81.749 16.80 涡壳 9.90 尾水管 截面积A/m2 26.52 10.75 4.91 3.80 各分段内相应流速/m/s 1.60 3.94 8. 11.15 LV/m2/s 2175.50 322.37 145.15 110.42 Q42.40m3/s，Hp25.3m，TwLViigHp2175.50322.37145.15110.422753.4411.1s

9.825.3247.94

不满足规范所规定的2～6s，因此，必须设置调压井。3.4.2 调压井布置和型式

为减少水锤作用对引水隧洞的影响，以及改善机组在不稳定流状态下的运行条

件，根据地形地质条件，在引水隧洞末端，桩号引下01+363.513m至引下1+379.801m段设置调压井，长16.388m。

调压井型式采用阻抗式，内径为14.40m，阻抗孔为圆形，内径 2.80 m。调压井井筒底部高程为971.20m、井筒顶部高程为992.00m，井深20.80m，因为调压井顶部上覆岩体厚度高达40余米，为减小石方开挖量，调压井顶不露出地面，布置在岩体内，井筒上部开挖一个半径为11.50m的穹顶，采用混凝土衬砌，衬砌厚50cm，而在井筒顶部高程992.00m设一条3.00m×3.00m的施工支洞与外部道路相连，永久运行期作为交通和通风洞。井壁周圈架设钢栏杆，防止人和物掉入井内。 3.4.3 调压井水力学计算

（1）调压井稳定断面计算

调压室稳定断面面积按照托马（Thoma）准则公式计算（《水力发电建筑物》P119）：

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AK2g(LA11)(H0hw03hwm)2g

L——压力引水道长度；

A1——压力引水道断面面积，m2； H0——发电最小静水头，m；

α——自水库至调压井水头损失系数，α＝hw0/v2，s2／m； v——压力引水道流速，m/s；

hw0——压力引水道水头损失，m； hwm——压力管道水头损失，m； K系数。

调压井断面按可能运行最低水位时，两台机同时发电作为计算工况。计算中采用最低运行水位为978.00m，两台机同时发电时下游尾水位952.30m，额定引用流量42.40m3/s，引水系统总长1479.49m。

则L1479.49m,A123.84m2,H022.9m,v1.778m/s,

hw02.055m,hwm1.145m,0.650,K1.1

1)(H0hw03hwm)2g

1479.2923.841.1162.159m229.8(0.6501/19.6)(22.92.0553.434)2g(D4A14.37m

AKLA1根据计算结果，确定调压井的内径为14.40m。 （2）阻抗孔尺寸选择

按照水电站调压室设计规范的要求，阻抗孔面积不宜小于引水隧洞面积的15％，且不宜大于引水隧洞面积的50％，μen（由引水隧洞进入调压井的流量系数）及μex（由调压井进入引水隧洞的流量系数）可在0.6～0.8之间选用。根据平衡条件及对阻抗孔系数的要求，经过试算，选定阻抗孔为圆孔，内径为2.80m。计算出的流量系数分别为μen＝0.6；μex＝0.75，阻抗孔面积为引水隧洞面积的29％。

3.5 压力管道

3.5.1 压力管道布置

根据地质地形条件，并根据选定的厂房和调压井的位置以及水轮机的安装高程951.00m，确定采用地下埋藏式压力管道。

压力管道自调压井后至厂房上游边墙，桩号自引下1＋379.lm至引下1＋

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462.577m，总长82.686m。轴线高程自967.70m至951.00m。由一条主管引至下平段后分成两条支管，洞线方位角为SE100°。在调压井下游测设置8m长的渐变段，管道直径由4.60m渐变至3.70m。

3kQmax算法如下：采用参考书目1的P53公式进行估算D

H1/75.242.403D=3.70m

42由于该段管道内水压力较小，经计算，能满足钢筋混凝土衬砌限裂的要求，同

时为尽量减少钢板制作，该段采用0.70m厚的混凝土衬砌。

其后均采用钢板衬砌，钢衬起点的桩号为引下1＋387.m。主管段由上平段、上弯段、斜管段、下弯段及下平段组成。先设置7.75m长的上平段；上平段后接上弯段、斜管段及下弯段，上、下弯段的转弯半径均为12.00m，长度为12.567m，斜管段的倾角为60°，长度5.427m。下弯段后接16.322m长的下平段，主管段直径均为3.70m，钢板厚度均为10 mm，总长.636m。主管末段设Y型内加强月牙肋钢岔管，岔管长5.956m，其公切球半径为2.20m，分岔角为60°，厚度为12mm。岔管后接内径2.529m的两条支管，支管长度均为 21.16m，垂直进入厂房与蝴蝶阀相接，钢衬厚度为10mm。压力管道总长度为.749m。其中压力钢管长81.749m。（一条主管加一条支管）。

考虑到钢板较薄，可采用V型剖口焊接，故隧洞开挖按钢管安装工艺要求进行设计，其底板部位混凝土衬砌厚度为60cm，其余为50cm。 3.5.2 压力钢管设计

（1）计算基本数据及设计原则

1/7根据《水电站压力钢管设计规范》和参考已建电站经验进行压力钢管设计。

①钢管承担内水压力设计

a．根据工程经验和沿线地质条件，考虑施工因素的影响，岔管及其后的压力钢管按明管设计，内压全部由钢衬承担，其它部位钢衬按联合受力设计。

b．根据水击压力计算成果，蜗壳进口处最大水击压力值为41.274m，考虑到本阶段机组特性、计算模型简化等对水击计算的影响，设计采用的最大设计内水压力为42.00m水头。各管段水击压力升高按线性规律变化计算。

c．根据运输安装刚度要求，钢衬的最小厚度应满足下式：

D4 800式中δ为钢衬厚度（mm） D为钢衬内径（mm）

d.为使钢管有足够安全度，钢管按明管校核，管壁环向拉应力不大于钢材屈服极限

e．钢衬厚度取值考虑2mm锈蚀厚度。

②钢衬抗外压稳定设计

为方便施工和保证回填混凝土的质量，钢管尽量采用光面管，抗外压稳定安全系数光面管为2.0，有加劲环的为1.8。

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作用于钢衬外压有：山体渗透水压力、施工时流态混凝上压力、灌浆压力。在进行钢衬抗外压设计时，钢材必须能承受这些因素引起的可能最大压力。

流态混凝土产生的外压，因受运输条件，浇筑混凝土速度不可能很快，本工程由于斜井段很短，混凝土浇筑速度可以控制，该项不作为控制外压。

灌浆压力：压力管道灌浆包括回填灌浆、接缝灌浆和固结灌浆。灌浆压力一般为0.2MPa。

山体渗透水压力：地下水类型以基岩裂隙水为主，主要接受大气降水补给。从地质剖面看，压力管道部位地下水位较低，最大值约0.06MPa。

综合以上分析，可知控制最大外压为灌浆压力，其值取0.20MPa。 ③钢衬材料

根据钢村所承受荷载的情况及《水电站压力钢管设计规范》规定，选用Q235c钢作为衬砌钢材，其屈服强度。σs=235MPa，弹性模量 Es＝2.1 × 105MPa，泊松比μ＝0.3，线膨胀系数α＝1.2×10－5／℃。钢材允许应力见教材《水电站建筑物》。 （2）钢衬厚度计算

①主管段钢衬厚度计算：D3700448.625mm 800800D2529447.161mm 800800D4400449.5mm 800800②支管段钢衬厚度计算：③岔管段钢衬厚度计算：经计算，在给定的内水压力下，主管管壁厚度为8.6 mm，支管厚度为7.2mm，

岔管段厚度为9.5mm。

综合以上计算，选择主管、支管钢板厚度均为 10mm、岔管厚度为 12mm。 3.5.3 岔管体型设计

本电站为一管二机布置。在分析了三梁岔管、球形岔管、无梁岔和内加强月牙肋岔管的结构受力特点、水头损失、制造运输及安装等方面的优缺点后，选用目前国内、外较多采用的对称“Y”形内加强月牙肋钢岔管。岔管长5.956m（一侧）钢衬厚度12mm。采用主管直径3.70m，支管直径2.529m，公切球直径4.40m，分岔角为60°。

采用《水电站压力钢管设计规范》中推荐的内加强月牙肋岔管计算方法设计岔管基本体型，允许应力见钢材允许应力表；肋板采用“无剪力解”确定其尺寸。

3.6 引水系统水力计算

引水系统的水力计算主要包括水头损失和水击压力计算两部分。

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3.6.1 水头损失计算 （1）引水系统的糙率选择

引水隧洞采用光面爆破技术开挖，按照水工隧洞设计规范和水工建筑物地下开挖工程施工技术规范的要求，起伏差应不大于20cm。参照国内规程规范及参考资料的建议，不衬砌或喷锚隧洞的糙率系数 n值一般为0.022～0.035。为降低隧洞的糙率系数，喷锚段隧洞底板均采用混凝土衬砌，计算水头损失时，其综合糙率系数取n＝0.025。

混凝土衬砌糙率系数选用0.014

压力管道采用钢板衬砌，糙率系数选用0.012。

局部损失系数根据规范和手册给出的系数和公式计算确定。 （2）水头损失

水头损失由沿程水头损失和局部水头损失两部分组成。

16Lv2沿程水头损失计算： CR,hf2

nCg1

v2局部水头损失计算： hw

2g根据以上选定的引水隧洞、压力管道的糙率及各项局部损失系数，得引水道系统的水头损失。

1. 正常蓄水位，两机满发 沿程损失 n R(m) C L(m) V(m/s) hf(m) 2.970 0.013 3.943 0.136 2.788 0.006 4.220 0.048 Hw(m) 0.004 0.034 引水隧洞 压力钢管 引水隧洞 0.025 1.287 41.720 1360.713 1.795 1.957 渐变段 主管 岔管 支管 0.014 1.038 71.868 8.000 0.012 0.925 82.258 .636 0.012 1.100 84.668 5.956 0.012 1.100 84.668 21.160 ζ 0.100 0.797 0.100 0.050 0.299 0.500 V(m/s) 0.917 0.914

局部损失 引水隧洞 进水口 拦污栅 门槽 压力钢管 渐变段 转弯 岔管 2.004 3.098 3.943 3.943 0.020 0.024 0.474 0.397

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2. 正常蓄水位，一机满发，一机关闭 沿程损失 n R(m) C L(m) V(m/s) hf(m) 1.485 0.003 1.972 0.034 1.394 0.001 4.220 0.048 hw(m) 0.001 0.008 0.005 0.006 0.119 0.099 引水隧洞 压力钢管 引水隧洞 0.025 1.287 41.720 1360.713 0.8 0.4 渐变段 主管 岔管 支管 0.014 1.038 71.868 8.000 0.012 0.925 82.258 .636 0.012 1.100 84.668 5.956 0.012 1.100 84.668 21.160 系数 0.100 0.797 0.100 0.050 0.299 0.500 V(m/s) 0.458 0.457 1.002 1.9 1.972 1.972 局部损失 引水隧洞 进水口 拦污栅 门槽 压力钢管 渐变段 转弯 岔管 表2 引水道系统的水头损失

计算工况 正常蓄水位，两机满发 正常蓄水位，一机满发，一机关闭 引用流量（m3/s） 主管Q 支管Q 42.40 21.20 21.20 21.20

总水头损失（m） 3.11 0.81 3.6.2 水击压力计算

(1) 计算原则及假定

① 假定机组导叶关闭时间为5s，水轮机导叶的开度按直线规律变化； ② 水击压力沿压力管道呈直线变化。

③ 由于设置调压井，故假定水击 压力波在调压井底部和自由水面处已完全发生发射，即不计调压井前引水隧洞的水击压力，仅计算压力管道的水击压力；引水隧洞的沿程设计内水头由水库正常蓄水位和调压井最高涌浪控制。

④ 计算时不计管道的水头损失。

(2) 计算方法（所用公式均见《水电站建筑物》，王树人等编，清华大学出版社）

根据压力管道的衬砌情况，分别计算水击压力波的传播速度a，并按加权平均值的方法计算其平均波速a，计算范围为调压井至导叶。 计算水击压力波的相长tr：Tr故发生间接水击。

2L2.7490.150s5sa1200

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计算管路的特性常数ρ和σ：

velvLiiaeveLve ,e,e2gH0gH0TS判断发生的水击类别为第一相水击或末相水击，并分别计算其相对正负压强的

变化值。

对于第一相水击： 12

10对于末相水击： m2 2(3) 计算工况为：

① 工况一、正常蓄水位时两台机组丢弃全部负荷的情况:

H0980952.327.70m

② 工况二、校核洪水位时两台机组丢弃全部负荷的情况:

H0990.877956.3534.527m

③ 工况三、死水位时，一台机组满发，另一台机组增加负荷至满发的情况。 (4) 水击压力计算结果 对应工况一、二：

velvLii.6363.9435.9562.78821.164.22082.9703.84m/s

.63621.1685.956

对于工况3，

ve lvLii.6361.9725.9561.39421.164.22081.4852.420m/s.63621.1685.956

工况 1 2 3 a Ve H0 27.7 L .749 Ф σ 水击类型 水击压力 H(m) 0.288 0.226 0.185 35.683 42.313 25.596 1200 3.84 8.487 0.2 末项水击 6.809 0.204 末项水击 6.861 0.205 末项水击 1200 3.84 34.527 .749 1200 2.42 21.595 .749 ① 导叶处最高水击压力控制工况为工况二，校核洪水位时丢弃全负荷，两台机同时关闭，此时导叶处最大水击压力为 42.31m；

② 导叶处最低水击压力控制工况为工况三，死水位时，一台机组满发，另一台机组增加负荷至满发。此时导叶处的最低水头为25.60m。

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4 厂房及开关站设计

4.1 厂区布置

4.1.1 主厂房位置选择

根据枢纽总体布置，本水电站厂区建筑物布置在干沟门村上游约2km处的L河左岸，处于河漫滩与山麓两种地貌单元交汇处，河漫滩地势平坦，高程952～953m。厂区河谷呈不对称的“U”字形，右岸相对平缓，左岸谷坡较为陡峭，坡度一般在55°以上，基岩裸露，岩性为华力西期花岗岩，表层0～6m为全强风化，弱风化深度在50m左右。

在确定了调压井和压力钢管的布置，按照压力钢管垂直进厂布置要求，并考虑尽可能减少开挖、避开F3断层、避开山坡冲沟及堆渣的影响等因素后，厂房位置选择在沟口上游坡角处。厂房纵轴线方位角NE10°。主厂房底板全部坐落在基岩上，建基高程为944.60m。厂房上游山坡开挖后布置公路，永久开挖边坡1:0.5。下游尾水渠按垂直厂房纵轴线布置，由于长度较短，断面宽都按15.67m设计，末端与L河主河床相接。

安装场布置在主厂房右侧，坐落在基岩基础上，与主机间同宽。 4.1.2 副厂房位置选择

根据副厂房所需的面积（约500m2），并考虑地形地质条件的，经过比较决定将副厂房布置主机间左侧，与主机间同宽，长度20.00m，这样，安装场、主机间、副厂房里“一”字型布置。但由于厂区地形地质条件的，需对副厂房下游侧沟内的人工堆渣进行开挖及护坡处理。 2.1.3 开关站、主变场位置的选择

根据地形条件，为节省占地和回填场地工程量，经过分析决定将主变压器和开关站设备集中布置，设备布置所需尺寸：27.18m ×12.00m；主变压器按室外检修不进安装场考虑。经过比较将主变开关站布置在紧靠尾水渠左侧、副厂房下游约9m处，面积28.00m ×21.00m。工程量较省，而且离主厂房较近，布置紧凑，运行方便。 4.1.3 开关站、主变场位置的选择

根据地形条件，为节省占地和回填场地工程量，经过分析决定将主变压器和开关站设备集中布置，设备布置所需尺寸：27.18m ×12.00m；主变压器按室外检修不进安装场考虑。经过比较将主变开关站布置在紧靠尾水渠左侧、副厂房下游约9m处，面积28.00m ×21.00m。工程量较省，而且离主厂房较近，布置紧凑，运行方便。

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4.1.4 厂区地面高程选择

根据一台机组发电尾水位（即最低尾水位）951.90m，水轮机允许吸出高度4.17m。 计算如下：

Hs10.0/900KmH

又额定水头H=24.5 K取1.2，m由改型水轮机的模型综合特性曲线中查出为0.16，

Hs10.0951.9/9001.20.1624.54.17

（1）水轮机机组安装高程

并结合地形地质条件，保证厂房建基于岩石上，同时尽可能减少厂区回填工程量等因素，确定水轮机的安装高程为951.00m。

计算Hs值时，取气蚀安全裕量系数K为1.20，在水轮机额定工况下，吸出高度Hs（至导叶中心）为十4.17m。1 台机满负荷运行时厂房尾水位为951.90m（导叶高度为0.630m）, 由此得出水轮机安装高程计算值为956.385m。 计算如下：

awHsb0/2

a951.904.170.630/2956.385 m

因水电站地质条件的，厂房软基开挖较深，为节省混凝土的回填量，经与水工专业协商将水轮机安装高程降低，并确定机组安装高程为951.00m。 （2）水轮机层地面高程ETu

水轮机层地面高程是根据蜗壳上部混凝土厚度决定的。蜗壳进口半径为Rs，蜗壳进口断面上部混凝土厚度为Hsc，则水轮机层地面高程ETu为：

ETuaRsHsc

ETu951.002.5/21.25953.5m

（3）发电机层地面高程EGe

考虑发电机层EGe时，一般考虑一下三方面的因素

保证水轮机层上设备、管路、出线的布置和运行管理所需之保证空间（取3m）

EGeETuHGa EGe953.53956.5m

保证泄洪时下泄的洪水不淹没厂房（高于最高尾水位），超高按1级建筑物，雍水建筑物为土坝、堆石坝在正常运用洪水下的超高1.5m计算（为规范当中最大超高）

EGeETmaxHfc

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EGe956.351.5957.85m

在满足主机间设备的安装及运行条件后，确定发电机层楼板高程为 958.00 m。 （4）尾水管底开挖高程Ec

Ecab0/2Hta1

Ec951.000.63/24.71.385944.6m

（5）蝴蝶阀层高程Eva

EvaaRHsp

Eva951.00(2.529/20.1)1.9947.7m

（6）吊车的轨顶高程Etr

吊起变压器所需要的轨顶高程为

EtrEerHforhslhlimthsaff

Etr9583.23.01.30.5966.0m

吊起发电机转子所需要的吊车轨顶高程为

EtrEGeHRothrighlimbhsafr

Etr9584.02.70.90.3965.9m

水轮机层楼板高程为953.50 m，蜗壳层楼板高程为947.70m。根据厂房下游校核洪水位956.35m、发电机层楼板高程等因素确定室外地坪高程确定为957.80m，主变开关站高程也确定为957.80m。厂房上游的交通公路路面高程也按 957.80m 控制。

在满足主机间设备的安装及运行条件后，确定发电机层楼板高程为 958.00 m，水轮机层楼板高程为953.50 m，蜗壳层楼板高程为947.70m。根据厂房下游校核洪水位956.35m、发电机层楼板高程等因素确定室外地坪高程确定为957.80m，主变开关站高程也确定为957.80m。厂房上游的交通公路路面高程也按 957.80m控制。

4.1.5 厂区对外交通

厂房上游侧通过开挖形成宽.00m的公路，该公路自安装场向左与厂区对外公路相连。另外，厂区生活及生产管理用房布置在副厂房左侧，距副厂房约50m，并紧靠公路布置。安装场外开挖回填一块宽约20m平台，保证大件运输车能进入安装间。副厂房左侧外、以及副厂房与主变开关站之间留9.00m宽的通道，主变开关站场地内下游侧留出4.50m宽的通道，供消防车通行。

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4.2 厂房布置

4.2.1 主厂房

主机间内安装两台坚轴混流式发电机组，单机容量：4.5MW，水轮机型号：HL（F13）-LT175，发电机型号：SF4500－26。根据机组尺寸、机电设备布置和吊运要求，确定机组间距为10.50m，边机组段加长2.50m，主机间全长23.50m。厂房宽度受蜗壳及其外包混凝土尺寸和蝶阀尺寸控制，机组中心上游8.00m，下游侧5.50m，厂房总宽13.50m。根据设备布置的要求主机间自上而下分成三层，分别是：发电机层、水轮机层、蜗壳层。主厂房内安装一台50／10／5吨的桥式起重机，跨度13.50m。根据水轮机转子连轴的起吊高度的要求，确定吊车轨顶高程966.00m。

发电机层高程958.00m，该层上游侧主要布置有蝶阀吊孔两个（2.00m ×4.3m），调速器、紧靠副厂房有一楼梯。检修动力盘柜布置在厂房下游侧。

水轮机层高程 953.50m，上游侧主要布置有蝶阀吊孔两个（2.00m ×4.3m）， 水轮机接力器基础坑，紧靠副厂房和安装间各有有一楼梯。机墩上开人孔可下到水轮机顶盖。

蜗壳层高程947.70m，该层主要布置有蝶阀及其基础、集水井、楼梯等。

安装间设在主机间右侧，并与之同宽，按布置上机架、转子、顶盖、定子、转轮五大件的要求，安装间的长度确定为13.50m。安装间上游侧紧靠边墙布置一楼梯可去下层，安装间下层布置有：油罐、气罐、油处理室、工具间和转子支墩等。

根据发电机、蜗壳、尾水管尺寸，确定机组段基本平面尺寸。

L1LmaxxLmaxx

Lmaxx为机组段+X方向的最大长度，Lmaxx为机组段-X方向的最大长度。Lmaxx 和Lmaxx可用表10-1中公式按蜗壳层、尾水管曾和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。 （一）机组段长度 （1） 蜗壳层

取蜗壳外部混凝土厚度为1.5m，根据蜗壳尺寸，R14.04m，R22.98m

LxR114.041.55.mLxR222.981.54.48m（2） 尾水管层

尾水管为对称尾水管，尾水管混凝土边敦厚度为1.6m，尾水管宽度为5.17m

LxLx（3） 发电机层

B25.17/21.64.20m 216

发电机风罩内径为6.8m，两台机组之间不设楼梯，取间距为2m

LxLx3b36.8/22/20.44.8m 22取Lmaxx5.m，Lmaxx4.8m，则LLmaxxLmaxx10.34m 因此机组段长度L110.50m。 （4） 端部机组段长度

端部机组段长度L2L1L

安装间在厂房右岸，左岸的附加长度L(0.1~1.0)L11.05m~10.5m。综合考虑机组中心线，吊钩和安全距离等因素，取L2.5m，满足机组中心线在吊钩极限位置之内，并留有一定余量。 （二） 厂房宽度的确定

厂房的宽度应从厂房上部和下部结构的不同因素来考虑。上部宽度取决于吊车跨度、发电机的直径、最大部位的吊运方式、辅助设备的不知与运行方便等条件，下部宽度取决于蜗壳和尾水管、蝴蝶阀的尺寸。最后确定机组中心上游侧8.00m，下游侧5.50m，厂房总宽13.50m，满足桥式起重机的跨度要求。 （1） 安装间尺寸的确定

安装间尺寸应满足在起重机主钩起吊范围内，能容纳一台机组大修的要求。通常包括发电机上机架、发电机转子、水轮机转轮和水轮机顶盖四大件的存放，及周围相应的工作空间和运输工具的通行空间，具体如下 a) 发电机上机架：所占面积较大，周围约留1.0m间隙； b) 发电机转子：周边预留2m的工作场地； c) 水轮机转轮：周边约需1m的工作场地； d) 水轮机顶盖：周边约需1m的工作场地。

考虑到安装间楼梯等要求，取安装间的长度为13.50m。

安装间设有进厂大门，布置在厂房右岸的山墙上，尺寸由运输车辆运进最大部件要求的空间而定。取进厂大门的宽度为4.5m。 （三） 主厂房长度的决定

主厂房的总长度LnL1L3L210.513.52.537.00m

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4.2.2 副厂房

副厂房布置在主机间左侧，与主机间同宽，分成两层布置，高 10.10m。首层与发电机层同高，高程958.00m，总长 20.00m。该层下游主要布置有控制室、母线室，上游侧布置有低压配电室、通讯设备室、值班室，在左侧顶头布置了卫生间。下层与水轮机层同高953.50m，总长20.00m，埋置于河漫滩及回填砂砾石之中。上游侧主要布置有励磁变、厂用变各两台，下游布置楼梯、电缆通道、开关柜等。 4.2.3 厂房结构

主厂房、安装间、副厂房之间都用20mm的结构缝隔开，独自受力。主厂房和安装间采用排架结构，屋面大梁、屋面板和吊车梁采用预制结构，吊车柱为现浇结构。地面以上围护结构采用砖墙砌筑，地下部分边墙采用钢筋混凝土连续墙，厚1.00m。主厂房底板厚1.40m；蜗壳钢材外包混凝土大于0.80m；机墩为圆筒式结构，厚1.30m；风罩为圆筒式结构，厚0.40m。安装间底板厚0.80m。

副厂房为现浇框架结构，屋面预制圆孔板。地面以上的围护结构采用砖墙砌筑，地下部分边墙采用钢筋混凝土连续墙，墙厚0.50m，副厂房底板厚0.80m。

4.3 尾水建筑物

尾水建筑物由尾水闸墩、尾水平台、尾水渠组成。

机组尾水管出口宽5.17m，尾水闸墩中墩宽5.33m，两个边墩宽均为1.60m。尾水管出口各设一道平板检修闸门。

尾水平台分两层布置，平台平面尺寸：（5.652m ×18.87m）。上层布置两台启闭机，平台高程961.60m；下层为检修操作平台，高程956.60m。两层平台均有钢梯或浆砌石台阶与地面相连接。

紧接尾水闸墩后3.00m长尾水渠为水平段，底板和边墙均为钢筋混凝土结构。之后为底坡为1：4的向上倾斜段，底板和边墙均为浆砌石结构。尾水渠宽度都按15.67m设计，引入L河主河床。

4.4 主变场与开关站

主变开关站采用集中布置方式，位于尾水渠左侧、副厂房下游9.00m处。采用砂砾石开挖、回填而成。场内布置主变压器一台，型号：SFS－16000/110；开关站为一回110kV户外开关站，电器设备采用中式布置。根据主变压器尽可能靠近发电机布置以减少低压母线长度，提高运行可靠性的原则，主变压器布置在场地的右侧，开关设备和出线架布置场地左侧，场地周围设置隔离墙，设备下游侧留约4.50m的行车通道。

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