探究水电站引水发电系统布置经验

探究水电站引水发电系统布置经验

乔 白

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司    陕西西安  710065

摘要：根据对水电站机组与布局形式的选择分析，探讨了降低导水发电挡水建筑物高度的具体措施。如何通过合理的布置来预防软基建筑地基不均匀沉降问题，并针对贯流机与轴流机的实际应用效果进行了分析，结果表通过合理的布置来预防软基建筑地基不均匀沉降问题，并针对贯流机与轴流机的实际应用效果进行了分析。实践证明，穿流式喷嘴的效率更高。最后，期望通过这篇论文的工作，能在国内得到更多的探讨和交流，并对有关的透流器在水电工程中的应用提供参考。最后，期望通过本项目的工作，引发更多学者对该问题的探讨，从而为我国水电工程中的输水调度问题提出新的思路和方法。

关键词：水电站；发电引水；布置形式

引言

一个电厂的枢纽是由拦河坝、泄洪建筑物和导流发电装置组成的。该项目的发展目的是既要保证供电，又要保证周围的农业灌溉。年平均蓄水量为0.73亿立方米，年平均蓄水量为3547.00米，电厂总装机为120 MW。工程等级为 III级，其中3级建筑包括厂房、泄流闸、大坝等建筑，4级建筑包括尾水，5级建筑包括基坑围堰。地震强度为六级，防御强度为七级。

1、机组机型选择

根据关于发电站所属流域河段进行的梯度开发规划，水电站水头范围可在14~24.5 m之间，在该区域内，一般采用贯流机与轴流机两种机组。贯流机的优点是效率更高，投资更小，但缺点也比较明显，那就是对后期的维护和管理有很高的要求。而轴流机的效率则稍逊一筹，其工程成本投资也比较大，但其优点就是后期运维管理难度较小，日常运维比较稳定。所以到底应该选择什么样的型号，还需要根据具体的情况来进行研究。在设计上，针对目前国内外多个参数相对比较相似的水电站涡轮参数，并从制造难度、成本造价、流道宽域进行了技术经济对比分析，从地基提升、运行维护等几个角度进行了比较和分析。在本次水电站中，可以使用贯流机和轴流机，但是由于贯流机具有高效率和低成本的优点，所以可以将其作为本次水电站发电导水系统布局工程中的首选。

2、引水发电布置形式

根据水电站工程的特点及工程布局，可将水电站工程分为短导流型和河道型两类。在此基础上，通过对不同类型的单元进行通用参照分析，得出了贯穿式和轴向式两种不同的设计方案。轴流单元的排布方式：采用河道型和短导流型两种排布方式。由于受到地形、地质和地基承载力等因素的限制，该问题已成为目前水电工程建设中亟待解决的关键技术难题。在设计工作中，对导流发电系统的布局方式进行了详细的探讨，并将其比较结果进行了分析。

2.1贯流机两种布置形式对比

两种设计方式中，最大的区别就是，相比于河床式，在短距离的引水上，多出了一段以水压的钢管，这将进水口与工厂隔离开来，从而大大降低了进水口的高度，但是也会造成水头亏损的大幅增加。贯流机河床式布置形式的进水口与电站为一体，且稍高，对泄洪坝的设计会有很大的影响，需要设置高挡墙进行处理。除此之外，现有的电厂大坝的基础上，其所承受的压力比较大，因此，对于电厂的基础，需要选择混凝土灌注桩和旋喷桩一起来处理，这样，就会明显增加基础处理的工作量。但该方案具有更加紧密的节点布置，更加优良的水力和工作状态，且总体投资较小的优点。穿流短导流型，虽可提高进口建基面处的高度，降低进口高度，但其布局较为离散，且水力转换过程非常复杂；在机组的运转中，经常发生一些失效的现象，导致了水的损耗，管道的口径太大，基础变化给整个结构带来的冲击也是非常严重的；同时，闸门的地基也很难达到设计的标准，需要进行更多的加固处理。通过比较可知，两种方式下，短导流型的困难程度远大于底流型，故应选择底流型。

2.2轴流机两种布置形式对比

轴流机组两种布置形式最大的区别还在于，短程导流型要比河道型多出一截引水压力钢管，并以此来将进水口与厂房分割开来，降低了进水口的建筑高度。在此基础上，提出了一种新的计算方法——以轴流机组为基础，采用该方法进行了试验研究。与此同时，在完成了厂房大坝的情况下，工厂大坝的基础应力也是比较大的，通常可以达到0.7 MPa以上，这将大大超过地基的允许承载力，所以需要对基础使用钻孔桩与旋喷桩来进行处理，这样的话，基础处理的工作量将会显著增加。它具有结构紧凑，水力条件优良，操作条件良好，投资少等优点。虽然轴流机组短导流方式提高了入水通道建基面的高度，但该方式下的基底应力仍然较大，不能满足基底的承载力需求，还需要进行基底加固。而且这种方法的结构比较分散，施工也比较复杂，闸门和管道都位于不同的土壤中，很难调整。所以这个项目的投资是比较大的。通过对两种轴流机组的布局进行了比较，结果表明：河道型的布局要比短程导流型的布局好得多。

2.3贯流机河床式与轴流机河床式对比

这两种形式的电站导流装置都具有结构简单、紧凑的特点，是一种技术上比较成熟的方案。相比之下，轴流式水轮机的弯道比较复杂，所以整体的造价也比较高。另外，在建造完成条件下，轴流机构建基面的基础应力比较大，很难有效地实现地基承载力的需求，在进行基础加固处理时，更具挑战性；同时，机组效率也比较低下。但是，由于贯流式水轮发电机的生产和安装的稳定性比轴流式水轮发电机稍逊一筹，因此，需要对其进行合理的设计。从总体上来说，在对两种机组布置形式进行了多角度的分析之后，发现，因为具有高效率、低成本、结构简便等诸多优点，所以，贯流机河床式的布置效果要比轴流机要好很多，所以，我们把贯流机河床式布置形式作为最后的布置方案。

结语

总之，本文就针对水电站发电导水系统布置进行了有关的研究，对发电导水机组及其型号的选择进行了分析，然后就提出了四种导水发电布置形式；并进行了各自的比较研究。关于枢纽建筑物的布局，往往会有很多种方案和影响因素，所以，我们要从与建筑安全性有关的最重要的因素出发进行考虑；通过比较，得出了最合理的布局。

参考文献：

[1]温丽丽，程鹏，于文江等.老挝南欧江二级水电站引水发电建筑物设计[J].水力发电，2020，42(5):43-45,89.

[2]曾红.双河口水电站的发电引水系统设计[J].黑龙江水利科技，2021，41(11):51-54.