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水利工程论文-潘家口水利枢纽的设计经验.doc

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水利工程论文-潘家口水利枢纽的设计经验.doc

水利工程论文潘家口水利枢纽的设计经验摘要文章总结了在潘家口枢纽设计中对枢纽布置、电站水头变幅巨大、下池库内往反水流、水资源开发方式等重大技术问题、处理措施以及所采用的新技术,加宽尾墩式溢流坝、裸露式碾压混凝土坝、变速运行等设计经验。关键词水利枢纽混合式抽水蓄能电站宽尾墩式溢流坝变速运行碾压混凝土1设计中的几个重大技术问题1.1枢纽布置枢纽布置是整个枢纽设计的关键技术问题之一。在初步设计批准后,我院在清华大学及本院科研所进行了6个水工模型、5个方案的试验研究,验证了初步设计所推荐的枢纽布置是最优方案,即右岸坝后式水电站的枢纽布置具有布置紧凑、管理运行方便、施工简单、投资省、上下游流态可基本满足运行要求。该方案又经长期的、大量的整体及断面水工模型试验研究后,进一步完善了枢纽布置主坝泄洪建筑物由表孔和底孔组成,最大泄洪流量为56200m3/s,表孔共18孔,孔宽15m,挑流消能。4个泄洪底孔为深式一短管、明流槽以及挑流消能。由于施工的需要,将底孔由电站左侧迁移至表孔中部,表孔则分两段布置即右7孔、左11孔,两段中间布置泄洪底孔。溢流坝闸墩由流线型改为平尾墩、左3孔又改为宽尾墩、通过试验将挑流鼻坎高程抬高了3m,增加挑射角至30°等措施,达到了充分消能的目的,改善了左岸回流淘刷坝趾和下游冲刷。溢洪道右端导墙加设了导向墩,电站左导墙加长80m,加长部分左折20°。这些措施避免了对厂房的冲击,改善对尾水渠左导墙的冲刷,并大大减少了尾水渠出口淤积,为电站运行提供可靠的保证。潘家口电站是一座混合式抽水蓄能电站,装机4台,其中1台150MW常规机组、3台90MW抽水蓄能机组。这座电站是我国目前最大的混合式抽水蓄能电站,其特点一是电站水头变幅巨大二是常机组布置在同一个厂房内三是蓄能机组需要安装在一期工程形成在厂房内四是设备多、且某些设备还有特殊的要求。这些特点和要求,给机组制造与厂房布置带来复杂性。经过周密的布置和详细研究,并与厂家协商,对机组的结构做了修正和调整,才满了运行和设计要求。保坝措施经技术经济比较,选择了加高大坝2.5m,枢纽泄流能力提高15%,最大泄量为56200m3/s。而枢纽增加投资仅占总投资的2%。因此该方案是经济合理的、也是可靠的。1.2关于水库诱发地震的研究潘家口坝址与库区有东西向、北东向及弧形构造会入,构造复杂,又有历史地震的记录。根据联合国教科文组织的规定,我院开展了关于水库诱发地震的研究,通过扩大的地质测绘、遥感、精密水准测量、地应力测试、地震台网的监测,10余年来还未观测到水库诱发地震的迹象。但根据国内外工程经验,今后还应加强监测工作。1.3关于碱活性骨料的研究本料场的混凝土天然骨料,通过调查发现有燧石、凝灰岩、流纹岩、粗石岩、蛋白石、安山岩等活性骨料,约占总量的30%,诵过岩相鉴定及化学法试验确定,属有害的碱活性反应的材料。为此,又进行了长度法试验。试验结果证明砂、骨料均不产生过量的膨胀,可评价为非活性骨料。由于缺乏骨料在混凝土中使用的经验,为安全可靠,设计仍用抚顺低碱大坝水泥及掺粉煤灰等抑制措施。经近20年的运行均未见异常。1.4下池库内往返水流混合式抽水蓄能电站下池布置在滦河干流上,因此需满足泄洪要求,即建筑物应能抗御大洪水冲淤的作用。下池工程为三级建筑物,要求抵御28000m3/s的大洪水冲击以及淤积造成的不利影响。为此电站左导墙按折线布置,挖除左岸滩地约100万m3砂石,大大改善了尾水渠出口淤积问题。经包括上下池整体水工模型试验,证明大洪水过后,下池有效库容损失约10%左右,而实际设计已留有足够的余地,因此运行是可靠的,设计也是成功的。1.5水资源开发与经济效益。由于京津唐地区缺水严重,因此水资源开发与利用成为当时的一个核心问题,引起各方面的关注。在审查潘家口初设时,华北电管局明确提出在原供水、防洪及季节性电站的基础上,在可能条件下,增设390MW抽水蓄能机组扩大装机容量,使季节性电站变为混合式抽水蓄能电站。其优点(1)结合供水发电,发电不降低供水的效益(2)可避免在枯水时段或不需要供水时出力受阻甚至停机(3)常蓄机组互补,可增加尖峰发电量,减少输入电量,提高机组的综合效率(4)由于增设抽水蓄能机组,大大改善了电站在系统中的地位和作用。提高对系统的调节能力,具有明显的调频效应,为系统提供了一个可靠的调峰电源。量增加了3.87倍,总峰荷电量达4.838亿kWh.峰荷电量大幅度增长的原因抽水发电2.307亿kWh,另外在系统中填谷210~270MW,解放了火电机组调峰500MW。这种混合式水电资源开发的经济效益是十分明显的。2设计中采用的新技术2.1坝型主坝采用了低宽缝重力坝,这种坝型是由宽缝重力坝发展而来的。为了区别,可视一般宽缝重力坝为高宽缝重力坝。高宽缝为坝高的1/2。低宽缝重力坝缝腔高为坝高的1/3。其次是缝腔的体形不同,低宽缝尽量避免倒模板,将上下游缝腔的坡度改为竖直坡。这种坝型的优点是(1)较实体重力坝节省工程量10%(2)保留了高宽缝重力坝的优点如降低扬压力,便于检修、坝体冷却,便于基础排水和排水设施的布置,便于使用预制模板等(3)封腔早,便于机械施工、提高工效、加快进度。2.2宽尾墩式溢流坝宽尾墩式溢流坝是由一般带挑流鼻坎消能工的溢流坝发展而来的。即由一般溢流坝加宽尾墩形成宽尾墩式溢流坝。这是我院科技人员在国内外首创的一种消能工。在闸室内宽尾墩强迫水流收缩成水冠,过闸室后水冠扩散,在反弧段内,宽尾墩两侧高速水流相撞,充分掺气,形成高低坎消能效果,增大入水角和扩散面,减弱冲刷能力,达到充分消能的目的,采用宽尾墩后当泄5000年一遇洪水时,坝下冲刷变淤积,消能效果明显,保证了大坝泄洪时安全运行。2.3裸露式具有抗冻性的碾压混凝土重力坝下池左岸挡水坝段经过技术经济比较,以碾压混凝土重力坝代替了常态混凝土重力坝,取消了常态混凝土保护层。碾压混凝土直接接触空气和水,并且要与常态混凝土坝一样,要经受一切大自然如阳光、温度、水的作用等。由于下池处于寒冷区,水位日变幅5.5m,因此要求坝体水位变动区应达到150次冻融循环,其它部位也应达到50次抗冻要求。设计采取了以下措施(1)总胶凝材料用量177~145kg/m3,水泥用量122~94kg/m3。(2)混凝土内掺用复合外加剂,使碾压混凝土含气量达到4~6%。(3)施工过程中在上下游坝面喷洒胶凝剂,加强了层间结合,使坝体达到一定的抗渗性。另外简化了断面,取消了廊道、上游直坡、下游阶梯状斜坡等,以适应碾压要求。这座裸露式具有抗冻性碾压混凝土重力坝,最大坝高24.5m,坝顶长275m,横缝间距57m。该坝已建成5年,运行正常,是国内外首例,对碾压混凝土筑坝技术的发展具有一定的开创性。2.4机组变速运行为了适应水头变幅巨大的运行要求,在引进蓄能机组的过程中,经与厂家研究,采用变极双速机组,起动变频器扩大容量为60MW,串连在机组与主变之间,即可实现水泵起动和变速运行,这种定子接线60MW变速运行机组在国内外是首例。60MW变频器能保证蓄能机组在发电工况(36~53m),水泵工况(36~79m)内以最佳转速在高效区运行。机组效率提高发电工况12%,水泵工况19.2%。机组综合效率由60%提高到80%,替代容量增加15%,气蚀振动大人减轻,提高了机组的寿命。2.5碾压混凝土路面潘家口水利枢纽对外交通7.2km,其中5.9km路段采用碾压混凝土筑路技术。经过试验研究,将干砂浆(无坍落度砂浆)应用于碾压混凝土路面,保证了路面平整不露石子,提高了路面力学强度和耐磨性,成为国内外首创筑路新工艺。全碾压式一级配混凝土、表面铺干砂浆厚5~10mm,一次碾压成高级路面。

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