抽水蓄能电站工程总体概况

抽水蓄能电站工程总体概况1.1 工程建设各方及建设地点a） 业主：某水电开发有限责任公司b） 设计单位：某工程顾问集团某勘测设计研究院c） 工程名称：某抽水蓄能电站d） 建设地点：某省长沙市望城县桥驿镇1.2 工程布置及主要建筑物某省某抽水蓄能电站位于某省长沙市望城县桥驿镇，距望城县城公路里程20km，距长沙市公路里程30km。电站枢纽主要由上水库、引水发电系统和下水库等3大建筑物组成。本工程属高水头大容量抽水蓄能电站，总装机容量为1200MW，安装4台单机为300MW的可逆式水轮发电机组，建成后将担负某及华中电网调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用等任务。上水库主坝1最大坝高69.5m，主坝2最大坝高59.5m，在上水库正常蓄水位400.00m时，相应库容1146.5104m3。下水库大坝最大坝高79.5m，在下水库正常蓄水位103.70m时，相应库容为959.32104m3。正常蓄水位时上下水库落差296.3m。根据DL51802003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准，本工程按装机容量确定为一等大（1）型工程，上、下水库挡水及泄水建筑物和地下厂房、输水系统等主要建筑物为1级；进厂交通洞、送风支洞、排水廊道等次要建筑物为3级。1级挡水建筑物洪水标准按照200年一遇洪水标准设计，1000年一遇洪水标准校核。本工程区地震基本烈度为6度，抗震设防类别为乙类，设计烈度按基本烈度6度采用。本工程计划于2005年4月开工，2008年9月首台机组投产发电，2009年6月工程全部完工，计划总工期51个月。1.2.1 上水库上水库位于某森林公园内，上水库集雨面积为1.12km2，多年平均流量0.026m3/s，多年平均年径流量为82.68万m3，设计正常蓄水位为400.00m，死水位376.50m，有效库容843.87104m3，水库水位最大消落深度23.5m。上库主坝1、2为砼面板堆石坝，最大坝高分别为69.5m、59.5m，坝顶长度分别为318m、306m，坝顶高程为404.5m，坝顶宽度7.5m。上游坡比为1:1.4，下游坡比为1:1.3。在主坝1上游坡360m高程以下和主坝2上游坡365m高程以下设置粘土铺盖，粘土铺盖上游坡1:1.6。大坝垫层料区水平宽度3m，过渡料区水平宽度4m，上游防渗面板为0.4m等厚钢筋砼面板。上水库另有2座副坝，副坝1为钢筋砼扶壁式挡墙坝，最大坝高17.5m，坝顶长度324.68m，坝顶高程403.5m，坝顶宽度7.5m；扶壁厚度0.4m，坡比1:0.7，扶壁间距为4m。副坝2为粘土心墙堆石坝，最大坝高39m，坝顶长度178.528m，坝顶高程404.5m，坝顶宽度8m，坝体上游坡比386.5m以上1:2，以下为1:2.5；上游坡面377m高程以下设置排水棱体，排水棱体顶宽2m，坡比1:2。坝体下游坡比为1:1.75。粘土心墙顶宽3m，心墙上、下游坡比均为1:0.15，心墙最大厚度10m，两侧设反滤过渡区，心墙底部设置砼齿墙，墙高2m，齿墙下布置帷幕灌浆。根据本工程天然来水补给少的特点，为防止产生过大的水库渗漏，上水库相对不透水层顶板按q1Lu控制，从地质勘探资料分析，上库竹山里垭口、屋场湾垭口一带及主坝2左岸一带分水岭枯期地下水位和相对不透水层顶板高程均低于正常蓄水位，存在水库渗漏问题，因此以上部位的防渗与建筑物防渗统一布置考虑：将主坝1左端的防渗帷幕延伸穿过垭口并与地下水位线相接、将副坝2右端的防渗帷幕延伸穿过垭口并与地下水位线相接、将主坝2左岸的防渗帷幕线延伸与环库公路防渗帷幕相接。根据库岸边坡稳定分析，拟对上水库水位消落区404.5376.5m范围的部分不稳定边坡进行支护处理，具体位置是：某西侧边坡、牛蛙坡一带、易家冲南侧坡、主坝1至副坝1一带、副坝1至主坝2一带。1.2.2 下水库下水库位于杨桥东侧湖溪冲谷，下水库集雨面积面积为11.2km2，多年平均流量为0.262m3/s，多年平均年径流量826.8万m3。设计正常蓄水位为103.70m，死水位65.0m。有效库容843.7104m3，水库水位最大消落深度38.7m。下库主坝为砼面板堆石坝，最大坝高79.5m，坝顶总长378m，坝顶高程为107.5m。坝顶宽度7.5m，上游坝坡为1:1.4，下游坝坡为1:1.3，在上游坝坡45m高程以下设置粘土铺盖。大坝垫层料区水平宽度3m，过渡料区水平宽度4m，上游防渗面板为0.4m等厚钢筋砼面板。基础防渗采用在大坝趾板下布置两排固结灌浆和一排帷幕灌浆，帷幕孔深要求达到相对不透水层（q3Lu）顶板线以下5m。为防止F1断层部位产生渗流破坏，在趾板下作8m深砼塞，长度向上游延伸8m、向下游延伸至主堆石区，砼塞底部前后布置两排帷幕灌浆孔，主帷幕孔深100m。下水库库盆无防渗处理。下水库大坝左岸布置有一条泄洪洞，属I级建筑物。主要承担下水库的防洪、控制下水库的运行水位，最大设计泄流能力为130m3/s。泄洪洞由进口引水渠、进水口、有压洞、闸门控制段及闸门井、无压隧洞泄槽、出口消能工及下游水渠等部分组成。建筑物全长374.619m，其中进口引水渠长约37m，有压洞段长84.777m，无压泄槽长185.267m，挑流鼻坎长8.625m，护坦与预冲坑长45m，闸门井高度43m。上、下水库工程特性见表1-1。表1-1 上、下水库工程特性表水库特性单位上水库下水库正常蓄水位m400.0103.70死水位m376.5065.0总库容万m3996.50959.32有效库容万m3843.87843.76死库容万m3152.63115.56最大消落深度m23.5038.70挡水建筑物特性主坝1主坝2副坝1副坝2主坝坝型砼面板堆石坝砼面板堆石坝钢筋砼扶壁式粘土心墙堆石坝砼面板堆石坝坝顶高程m404.50404.50403.50404.50107.50防浪墙顶高程m405.70405.70/405.70108.70坝顶长度m318306324.68178.528378.0最大坝高m69.559.517.539.079.50坝顶宽度m7.507.507.508.007.501.2.3 输水系统电站输水系统采用两洞四机布置方式，输水系统建筑物包括：上、下库进出水口，输水隧洞上平洞段、斜井段、下平洞段、岔管段、钢管段，岔管采用“Y”型岔管。尾水系统采用单管单机布置。电站输水系统没有布置调压井。输水系统主管采用钢筋混凝土衬砌，引水支管、尾水支管采用埋藏式压力钢管。1.2.3.1 上、下库进出水口上、下水库进出水口均采用竖井式，体形尺寸基本相同。上水库共布置两个进出水口，进出水口建筑物包括防涡梁段、拦污栅槽段、矩形渐缩段、矩形埋管段、闸门竖井段、闸门后渐变段。进出水口底板高程为359m，宽度30.5m，总宽度76.5m。进出水口分成四孔，顶部设置有五道防涡梁。在防涡梁段的末端布置有一道拦污栅，在拦污栅后渐缩段顶部设有检修平台并设置有滑轨，当库水位消落到死水位时具备检修条件。闸门竖井高度为40.439m，每个井内设置一道平板式事故检修闸门，闸门孔口尺寸为79.029m。下水库共布置4个形式相同的进出水口，其中心间距与尾水洞同为18.84m，进口建筑物由渐变段、闸门竖井段、矩形埋管段、渐扩段和整流段组成。每个进出水口设置一道事故门和一道检修门，闸门孔口尺寸为5.07.0m，闸门竖井后接54m长的矩形埋管段，其后接35m长三向矩形渐扩段。1.2.3.2 输水隧洞输水发电系统引水隧洞主管直径8.5m，衬砌厚度0.6m，两条引水主洞布置完全相同，由上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段组成。上平段纵坡8%，轴线长度171.407m，斜井倾角为50度，高程由343.514m降至15m，垂直高差328.514m，斜井轴线长度428.845m，引水主洞总长度为822.654m。引水主洞后由钢筋混凝土岔管分成四条引水钢支管，4条钢支管长度均为108.734m，直径5.3m，在距厂房上游侧27m处渐缩至2.78m。尾水管与厂房轴线以55度斜交，水平长度17.15m后接尾水隧洞，尾水隧洞洞径为6m，由下平段、下弯段、斜井段和上弯段组成，4条尾水洞平行布置，中心间距18.84m，长度除在下平段有所不同外，其它各段均相同。1.2.4 地下厂房系统地下厂房系统由地下的主、副厂房、主变洞、母线洞、高压电缆洞、交通洞、通风洞、排水廊道、自流排水洞以及地面副厂房及开关站等组成。1.2.4.1 主厂房主厂房洞室纵轴线为南北向布置，主厂房洞室包括主机间和安装间，主机间长度95m，安装四台单机容量为300MW的可逆式水轮发电机组，机组间距23m；安装间长度41m，开挖总长度136m。主厂房洞室开挖跨度岩锚梁以上为27m，岩锚梁以下为25m，尾水管至厂房顶拱的开挖高度为52.7m。机组安装高程为15.00m，发电机层与安装场高程为30.50m。主厂房安装一台23000/500KN的双小车桥式起重机。1.2.4.2 主变洞、母线洞、厂用配电设备洞主变洞平行布置在主厂房下游侧，与厂房净距为35m。主变洞与厂房之间有一条交通洞和4条母线洞相连。主变洞开挖长度131m，开挖跨度20m，高度19.5m。共分三层布置，局部四层，底层为电缆层、第二层为主变压器层、第三层为起动母线层、顶层为高压电缆及GIS管线层。主变压器层地面高程与厂房安装间同高程。4条母线洞每条长度为35m，底板高程24.3m，净空尺寸7.59.5m（宽高），靠近主厂房端8m范围高度降低为6.2m。厂用配电设备洞与母线洞平行布置，长度35m，断面净空尺寸为6.49.89m（宽高），分三层布置，底层布置蓄电池室，第二层为电缆层，顶层底板高程与厂房发电机层同高，主要布置照明变压器和盘柜及公用盘等厂用配电设备。1.2.4.3 高压电缆洞和排风洞及电缆竖井高压电缆洞及排风洞利用厂房和主变室顶拱层开挖的、施工支洞改造而成，后期将施工支洞进口封堵，另外开挖一条竖井与地面副厂房相连，竖井开挖尺寸为117.7m，高度49m。竖井内布置有高压电缆道、电梯、楼梯、排风道。平洞段综合纵坡为5.9%，断面净空尺寸为77.5m（宽高），内部分隔为两层三部分：顶层为厂房和主变室的排风道，底层分左右两部分，分别为高压电缆道和紧急安全通道。1.2.4.4 交通洞交通洞从厂房安装场左端下游侧进厂，全长996.47m，进口高程88.5m，综合纵坡5.8%，进口段设置向洞外的反向坡。进厂交通洞采用城门洞型断面，断面净空尺寸7.57m（宽高），由主变压器运输尺寸控制。1.2.4.5 排水廊道及自流排水洞环绕厂房和主变洞外围设上、中、下三层排水廊道，并在厂房安装场上游侧设置了一条直径1.5m的排水竖井将三层排水廊道连通。顶层排水廊道布置在高程5862m纵坡0.5%，中层排水廊道布置在高程3032m，下层排水廊道布置在高程518m。上下层排水廊道间设有排水帷幕，孔径D90，间距3m。为降低高压钢管的外水压力，在四条引水钢管之间设置了两条排水廊道，两条排水廊道之间布置有水平排水孔；另在距砼岔管下游约5m处、引水钢管排水廊道的端部布置了一条岔管排水廊道。岔管排水廊道内布置有向上倾斜30度的排水孔。地下厂房系统工程特性见表1-2。表1-2 地下厂房系统工程特性表项 目单位特 性厂房型式I地下机组型式单级可逆式水泵水轮机组装机容量MW4300机组额定转速r/min300吸出高度m-50安装高程m15机组间距m23吊车型式一台23000/500kN电动双梁双小车桥式起重机厂房型式及尺寸（长宽高）m地下式：1362752.7主变洞型式及尺寸（长宽高）m地下式：1312019.5母线洞型式及尺寸（长宽高）m地下式：357.56.2（主厂房端）7.59.5（主变洞端）开关站型式及尺寸（长宽）m地面户内式：30.819.8交通洞长宽高m996.477.57.0平均坡度i5.8高压电缆、通风洞平洞：长宽高m2387.07.5竖井：长宽高117.749自流排水洞宽高m2.73.01.2.5 地面副厂房和开关站副厂房和50kVGIS开关站及出线平台集中布置在下水库进出水口平台上游侧公路旁，副厂房为地下一层、地面四层框架式建筑。平面尺寸30.819.8m。500kV开关站布置在副厂房地面一层内。1.2.6 永久公路永久公路包括对外交通公路及场内交通公路两部分。对外交通公路主要线路为目前正在改建的从下水库与长湘公路相连的简易公路。场内交通公路已有从下水库至上水库的简易公路相连。1.3 水文气象本工程位于湘东北长沙市与岳阳市交界带，受季风环流和自然地带性综合影响，该地区处于大陆性特色较浓的中亚热带季风湿润气候区，气候温和，四季分明，雨水集中。受太阳辐射、季风环流和地理因素影响，本地区降水表现为明显的季节性和地域性。根据流域周边各气象站资料统计，主要气象特性见下表1-3；坝址设计洪水见下表1-4。表1-3 工程气象特性表名 称单 位数 值名 称单 位数 值多年平均气温17.2多年平均降水量mm1443.6极端最高气温39.9最大日降水量mm218.3极端最低气温11.7平均相对湿度81地面平均温度19.5最小相对湿度12极端最高地面温度717多年平均最大风速m/s20极端最低地面温度13.7多年平均蒸发量mm1252.6多年平均降水天数d156表1-4 坝址设计洪水成果表项目上库下库0.1%0.5%5%0.1%0.5%5%洪峰流量（m3/s）19.616.410.411393.556.3洪水总量（104m3）34.6127.8217.64342.5274.5174.51.4 工程地质1.4.1 区域地质1.4.1.1 地形地貌本工程位于幕阜山余脉玉池山区，总体地势中部高四周低，主峰达摩山海拔767.5m。区内北、西为洞庭湖滨平原，南、东系低山丘陵区，主要河流为湘江，湘江支流沙河位于拟建工程区西侧，紧靠工程区。1.4.1.2 地层岩性本区东部、南部、西部以变质岩、沉积岩及第四系地层分布为主，主要有分布于本区东部和南部的震旦亚界（Pt）、白垩系第三系（KE）地层。燕山晚期花岗岩体分布于本区北中部，包括铜盆寺花岗岩体、金井花岗岩体，两岩体侵入于震旦亚界地层内。该期岩体分四次侵入，岩性以花岗岩为主。工程区位于铜盆寺花岗岩体南西部，属第一次侵入岩（53a）。燕山晚期第一次侵入岩（53a）岩性以中中细粒（少）斑状二（黑）云母二长花岗岩、中细粒黑（二）云母二长花岗岩为主，似斑状结构，或中粒花岗岩结构，或中细粒花岗岩结构，局部捕虏体分布较多，花岗伟晶岩及流线流面较发育，边缘带具有同化混染现象，岩体内具有云英岩化、绿泥石化等多种蚀变现象。1.4.1.3 地质构造本区隶属杨子地台江南台背斜，处于湘东鄂东断块隆起区次级单元幕阜山断块上升区，位于金井铜盆寺新华夏系构造带上，区域构造以NNE、NE和NW向断裂构造为主。NNE向断裂构造遍布整个区域，如长寿永安和珠洲衡阳永洲断裂带、湘江断裂带、鹤泉庙断层、江早湾断层、铜盆寺东断层、鹅颈坳断层、石西断层等，其中鹤泉庙断层于工程区一带通过；NE向断裂构造主要出露于工程区及其附近范围，如崇阳）宁乡断裂、金盆岭断裂和通过工程区的湖西冲断裂；NW向断裂构造主要分布于本区南部和南西部及工程区附近，如长沙常德断裂、湖西常塘断层、常家冲一代印桥断层、大坡湾断层，其中湖西常塘断层通过工程区，常家冲一代印桥断层、大坡湾断层位于工程区附近。1.4.1.4 地震本区崇阳宁乡断裂带、长寿永安和珠洲衡阳永洲断裂带、长沙常德断裂带、湘江断裂带均系早中更新世活动断裂，历史上曾发生过中强地震，如1631年8月14日的某常德太阳山6.8级地震，距工程区42km的某长沙西北4.8级地震（1639年4月15日），现今小震时有发生。工程区位于崇阳宁乡断裂带、长寿永安和珠洲衡阳永洲断裂带、长沙常德断裂带之间的断块隆起区，居于长江中游地震带内，新构造运动以缓慢间歇性抬升运动为主，无晚更新世以来有过活动的断裂或褶皱，不存在发生中强地震的构造，地震活动较为微弱，属相对稳定地区。经国家地震安全性评定委员会审定，本区地震危险性主要受外围地震影响，未来外围可能发生的中强地震对场地的影响烈度小于VI度。本工程上、下水库50年超越概率10%时的基岩水平峰值加速度值分别为0.048g、0.047g，加速度反应谱特征周期为0.30s，场地地震基本烈度为VI度；100年超越概率2%时的基岩水平峰值加速度值分别为0.117g、0.116g，加速度反应谱特征周期为0.35s。1.4.2 工程区地形地质条件某抽水蓄电站工程区地形属低山丘陵地貌，总体地势东高西低，东、西部地表高差达300m以上。东部山脊高程多在395m以上，最高峰某海拔587.2m；西部山脊高程多在海拔125m以上，最低湖溪冲海拔5055m。工程区地层岩性简单，主要有燕山晚期侵入的花岗岩、岩脉及第四系地层。工程区地质构造较简单，小规模的断层及节理裂隙为其主要构造形迹。工程区断裂构造分布不均一，不同工程部位断裂构造发育方向有所差异。上水库及其引水进出口区断裂构造发育方向以NNE、NWW向为主，下水库及其进出水口区断裂构造发育方向以NE、NW向为主，地下厂房布置区断裂构造发育方向以NNE、NE、NWW向为主。地质勘察表明，工程区共见断层（含推测断层）51条，规模大的断层仅为通过下水库库坝区的F1区域断层和通过上水库库坝区的F2区域断层；规模较大的断层有F4、F7、F11、F13、F15、F51，其断层破碎带宽度一般介于0.42.0m之间，延伸长度一般为1km左右；其余断层规模小，断层破碎带宽度一般介于0.10.7m之间，延伸长度一般不超过0.5km。工程区节理裂隙较发育，节理以陡倾角为主，倾角大多大于650，缓倾角节理相对发育较弱。岩体浅表层节理张开宽度一般小于30mm，节理以碎肖夹泥充填为主，少数花岗伟晶岩脉或石英脉充填，或无充填。上水库节理裂隙分布不均一，大部分地区节理裂隙相对不发育，仅局部发育密集（如F2断层沿线），节理规模一般不大，张开宽度一般小于10mm，延伸长度一般小于5m，少数达10m以上，节理间距一般为0.52m。下水库节理裂隙较发育，其中右岸条形单薄山脊受断层切割及风化卸荷影响，节理裂隙极为发育。节理裂隙以张性为主，张开宽度一般为230mm，延伸长度一般小于10m，少数达15m以上，节理间距一般为0.52m，节理连通性较好。引水发电系统布置区见有陡倾角、中倾角、缓倾角节理，其中以陡倾角节理最为发育，缓倾角节理次之。节理发育方向以NE、NWW向为主，延伸长度一般介于15m之间，少数NE、NWW向节理和缓倾角节理长度大于10m；节理发育密度不均一，局部节理间距达0.11m，节理宽度一般为15mm，少数大于10mm，充填物以碎屑为主，部分充填花岗伟晶岩脉或石英脉，或闭合无充填，少数夹泥。工程区岩体风化程度主要受构造发育程度及地形影响，一般而言，山脊及岸坡部位岩体风化较深，规模较大的断层部位岩体风化较深，上水库周边库岸较下水库周边库岸岩体风化较深。上水库全、强风化带下限埋深分别为016m、338m，下水库全、强风化带下限埋深分别为013m、145m。岩体球状、契（槽）状风化较发育。1.5 水力机械、电工及金属结构本电站总装机容量为1200MW，安装4台单机容量300MW的单级可逆混流式水泵水轮机电动发电机组。电站最大毛水头为335m，最小毛水头为272.8m。电站拟以2回500kV线路一级电压接入某电网，线路长约15km，并考虑扩建1回出线的可能。发电电动机与主变压器的组合方式采用联合单元接线，500kV侧电气主接线采用单母线接线。本电站按“无人值班”（少人值守）的原则进行全厂自动化设计。计算机监控系统采用全分布、全开放系统结构，不设常规操作。机组及主要电气设备参数见下表1-5。1.6 施工导流本工程导流建筑物标准为4级，初期导流标准选择为全年10年一遇洪水，坝体施工期临时渡汛标准选择为全年50年一遇洪水。上库主坝为砼面板堆石坝，采用抽水导流方案，上游围堰结合大坝施工道路布置，采用粘土斜墙土石围堰，最大堰高9.2m，不设下游围堰。上库导流流量为360m3/h，大坝度汛流量为12.5m3/s。下库坝为砼面板堆石坝，采用隧洞导流方式，上游围堰采用粘土斜墙土石围堰，最大堰高7m，下游围堰采用均质土围堰，最大堰高26m。下库导流流量为45.6m3/s，大坝度汛流量为70.3m3/s。上下水库的进出水口均不设置围堰。表1-5 机组及主要电气设备参数表设备名称项 目参 数水泵水轮机型式单级可逆混流式水泵水轮机转轮直径5120mm额定转速300r/min水轮机额定出力（导叶100开度）306.1MW（额定水头295m）水轮机额定流量（导叶100开度）118.0m3/s（额定水头295m）水轮机流量（最大水头334.4m）100.3m3/s（额定出力306.1MW）水泵工况最大流量106.3m3/s（最低扬程266.6m）水泵工况最小流量76.4m3/s（最高扬程334.4m）水泵工况最大入力312MW（最低扬程275.3m）水泵工况比转速（最低扬程）45.8mm3/s水泵工况比转速系数（最低扬程）3093吸出高度-50m电动发动机型式三相、立轴、可逆式额定容量300MW/320MW（发电/抽水）额定电压18kV额定功率因素：发电机（电动机）0.9/0.975(发电/抽水)额定转速300r/min飞逸转速435r/min转动惯量GD211000t-m2主变压器型 式常规三相双圈低损耗无励磁调压变压器额定电压52522.518kV冷却方式强迫油循环水冷频率50Hz相数三相连接组别YN，d11短路阻抗UK=14%调速器PID数字式，额定操作油压6.3MPa桥机23000/500/10KN双小车，k=24.0m500kV电缆550kV，1250A