天荒坪抽水蓄能电站水工建筑物简介.ppt

2019/4/29,1,天荒坪抽水蓄能电站 水工建筑物简介,2019/4/29,2,一、工程概况 二、主要水工建筑物及 投产后的运行情况 三、水工建筑物运行的特点 四、防洪度汛,2019/4/29,3,一、工程概况,地理位置 装机容量 工程投资 建设过程,2019/4/29,4,地理位置,175公里,57公里,180公里,2019/4/29,5,装机容量,装机容量 180（6x30) 万千瓦 设计年发电量 31.60 亿千瓦时 设计年抽水电量 42.86 亿千瓦时 设计综合效率 73% 实际综合效率 接近80%,2019/4/29,6,工程投资,静态投资: 45.4亿元 动态投资: 73.8亿元 单位kW: 4100元 实际投资: 约 64亿元 单位kW: 3600元,2019/4/29,7,投资比例,2019/4/29,8,建设过程,1992年6月 电站前期准备工程 1993年4月 主要承建单位进点 1994年3月1日 工程施工正式开始 1998年9月30日 1号机组投入试生产 2000年12月25日 6号机组投入试生产,二、主要水工建筑物 及投产后的运行情况,2019/4/29,10,枢纽布置,上水库,输水系统 地下厂房 开关站,下水库,2019/4/29,11,枢纽布置剖面图,上水库,开关站,下水库,输水系统,地下厂房,2019/4/29,12,上水库水工建筑物 及投产后的运行情况,2019/4/29,13,上水库位于山河港左岸山顶的一块沟源洼地，有一座主坝、四座副坝所围成。 上库有两座山，靠近电站展览大厅后侧的叫天荒坪，海拔高程EL930.19。 上库对岸那座山叫搁天岭，海拔高程EL973.01。,2019/4/29,14,上库于1993年6月20日开始动工，1997年8月12日全面完工。 上库土建部分的开挖和填筑由水电五局承担，沥青混凝土防渗护面工程由德国Strabag公司承担。 整个上库由一座主坝和4座副坝组成，其中主坝为土石坝，4座副坝分别是土石坝1座、堆石坝1座、土坝2座。 上库环库公路海拔高程在EL908.30左右，坝顶宽8m，主坝最大坝高72m，环库公路全长2315m。,2019/4/29,15,上库设计最高运行水位为EL905.2，相应库容919.2万m3； 设计最低蓄水位即死水位EL863，相应库容37.97 万m3； 发电库容676.76 万m3,事故备用库容125.32万m3； 上库最大工作深度42.2m，正常工作时日变幅34m。,2019/4/29,16,905.2,876.783,869.02,865.51,863,总库容：919.2万方,发电库容676.76万方,事故备用125.32万方,渗漏供水备用49.13万方,潘村水库补水30万方,死库容37.97万方,2019/4/29,17,2019/4/29,18,上库防渗,上库防渗的必要性 由于天荒坪上库无任何天然迳流补给，水全部都是由下库抽上去的，所以上库的水就显得特别珍贵，与那些有天然迳流补给的上库相比较，天荒坪上库的防渗也就显得尤为重要 。,2019/4/29,19,上库防渗的措施,进出水口附近的岩质岸坡采用喷砼护面； 进出水口前部分库底采用砼护底防渗； 库岸和库底均采用沥青砼防渗护面进行防渗。,2019/4/29,20,沥青混凝土防渗护面项目是通过国际招标由德国斯特拉堡公司中标，该项目于1995年8月1日进点，1997年8月12日完工 。 沥青砼防渗护面自下而上分别由整平胶结层、防渗层和沥青玛蒂脂封闭层等组成，其中整平胶结层的厚度在库岸为10cm、库底为8cm，防渗层的厚度无论在库底还是库岸均为10cm，在护面的正、反弧部位增设了5cm厚的防渗加厚层和一层聚脂网格，最表面的沥青玛蒂脂封闭保护层的厚度为2mm，它主要是对下面的沥青护面起到一个保护和延迟老化的作用。,2019/4/29,21,整个上库的沥青混凝土防渗护面面积28.5万m2，由主坝、北副坝、西副坝和西南副坝五座坝体、库岸和库底围成。,2019/4/29,22,为汇集库岸和库底来的渗漏水和地下水，消减防渗护面底部在库水位骤降时的扬压力，防止防渗护面遭顶托破坏，上库防渗护面下设置了完善的排水系统：（1）防渗护面下部设置有厚60cm90cm的碎石排水垫层，将渗水流向排水观测廊道；（2）在排水垫层内布置有排水管，为PVC/REP复合管，内径20cm，纵横间距均为25m，直管两端接入排水观测廊道及截水墙内；（3）沿库底周边布置排水观测廊道，排水观测廊道是库底排水的引出环节，总长1335m 。,2019/4/29,23,上水库投产后的运行情况,上库廊道的裂缝处理 沥青混凝土防渗护面的开裂,2019/4/29,24,上库廊道的裂缝处理,上库整个环库盆底部设有城门洞型排水观测和巡检廊道，廊道底板厚60cm，顶拱厚度也是60cm，直墙厚70cm。 施工期为了加快施工进度，廊道除直墙部分采用现场浇筑以外，顶拱采用场外预制、现场安装的办法 。 现在看来，尽管当时工期是提前了，但是给现在的运行却增加了不少的工作量，由于预制顶拱与现场浇筑的直墙之间整体性不强，不利于应力的传递 。,2019/4/29,25,70cm,60cm,150cm,2019/4/29,26,在顶拱出现纵缝，1至2毫米； 限裂设计，但不大于0.3mm； 特征是裂缝随水位的变化开合，还有加大的趋势。,2019/4/29,27,上库蓄水后陆续发现廊道预制顶拱多处出现细微的裂纹，为安全起见，电厂请中水五局对其进行了钢结构支撑的加固，让钢结构与廊道共同承担上部荷载 。 2001年初，武汉大学又在原钢结构的基础对其进行了进一步的补充加固，旨在增加钢结构与砼顶拱的整体性，改善廊道的受力条件，增加廊道的安全系数。加固以后，通过对测缝计监测资料的分析，裂缝的开度未出现继续增大的趋势，有些甚至有闭合的迹象，这说明廊道补强加固方案是可行的，效果是比较明显的。,2019/4/29,28,2019/4/29,29,2019/4/29,30,2019/4/29,31,2019/4/29,32,沥青混凝土防渗护面的开裂,上水库于1997年10月6日利用施工供水系统开始充水，到1998年1月22日水位达861.0m。1998年1月22日1998年7月22日间上水库水位保持在863.0m左右。 1998年7月23日1#水泵水轮机开始动态调试向上水库抽水，到9月5日上水库水位达到890.02m。9月6日9月16日上水库水位保持在889.5m左右。,2019/4/29,33,9月17日上水库开始放水，9月19日水库放空，水位下降速率19.36m/d。检查发现一条长约40cm，宽约5mm，深约5cm的裂缝（取编号为0#），未裂穿防渗层。 0#称之为第一次裂缝。 第二次开裂：1998年9月29日，很大的裂缝，呈雁形分布，形成错台，拉裂迹象十分明显，最大的开度有23cm，错台1cm,最长有15米，从这后，每年一次放空，一直到2001年，一共放空了五次。 处理时间一般在一个月左右。,2019/4/29,34,事故分析：由于设计考虑不周，有一块区域处理不彻底，蓄水后在很大的水压下，基础形成不均匀的沉降，导致沥青混凝土拉开。 造成的损失：水位不能到设计水位 多次的修补造成很大的经济损失 现在还得为上库的运行提心吊胆，加强观测. 像这种缺陷现在是花多少钱都无法补救的，在工程建设中最怕的就是存在这种缺陷，不过现在随着蓄水时间的延长，库底的固结也接近尾声了，库底再次出现裂缝的可能性还是有，但次数将越来越少了。,2019/4/29,35,输水系统,平均长度1428米 平均水头570米 L/H值为2.5,上库,下库,主管 2 长度 882m 内径 7m,尾水隧洞 6 229.3-246.6m 4.4米,支洞 6 229.9- 314.7m 3.22m,2019/4/29,36,2019/4/29,37,2019/4/29,38,2019/4/29,39,输水系统,该系统包括两条内径为7m，中心距为59.54m，倾角为58的衬砌式钢筋砼高压斜井； 斜井上弯段中心高程为830.71m，下平段中心高程为227.5m，从上弯段到下平段中心线长度为743.07m； 两条高压斜井通过钢筋砼岔管各接三根内径由3.2m渐变为2.2m的高压钢管将水引进水轮/水泵机组即所谓的一洞三机、两个形成相同的水力单元；,2019/4/29,40,每个水力单元由上库进/出水口、闸门井后的上平段、上弯段、斜井、岔管和高压钢管组成，除高压钢管外，其余均为钢筋砼结构，每台机组下游布置有一直径为 4.4m尾水隧洞； 整条输水系统平均总长度为1428m，平均发电水头约570m左右，即L/H2.5，这个比值对于一个抽水蓄能电站而言，其地形条件是相当优越的，斜井上覆山体厚约100-300m； 在施工期，为了加快施工进度，在上游输水道不同高程共布置有5、6、7、8施工支洞，在地下洞室施工过程中，同样在不同高程也布置有1#、2#、3#、4#施工支洞。,2019/4/29,41,投产后的运行情况,2004年7月29日，6#支洞出现大量涌水。,2019/4/29,42,地下厂房洞室群,尾水闸门洞,主变室,主厂房,2019/4/29,43,天荒坪电站地下厂房洞室群由主、副厂房、主变洞、母线洞和尾水闸门洞、进厂交通洞、500KV电缆竖井等组成。,2019/4/29,44,2019/4/29,45,2019/4/29,46,2019/4/29,47,主副厂房长200.7m，宽21m，高47.53m，发电机层地面高程EL239.0，距离中控楼350平台高差约111m，距下库水平距离约200m。 为使厂房主要洞室内部干燥，运行安全，除在洞室内部设置吊顶、防潮墙等措施外，更重要的是在地下厂房周围设置了良好的排水系统，排水系统：由在地下厂房洞室群上方及四周布置的井字形排水廊道、在岩壁上设置大量排水孔以及设置自流排水洞等三大部分组成。,2019/4/29,48,2019/4/29,49,下水库及投产后的运行情况,2019/4/29,50,下库挡水建筑物为钢筋砼面板堆石坝。 于1993年9月开始基础开挖，至1997年6月27日面板砼全部浇筑完毕，1998年2月11日首次蓄水。,2019/4/29,51,2019/4/29,52,2019/4/29,53,2019/4/29,54,下水库大坝坝顶宽度为8m，坝顶海拔高程EL350.2，上游坝坡坡比为1:1.4；下游坝坡布置有上坝公路，平均坝坡坡比为1:1.503；坝体横断面最大底宽为280m，最大坝高为92m，下库坝顶长233.55m。 混凝土面板厚度按T=0.3+0.0024H(m)，这样一个变厚公式。顶部厚30cm，底部厚50.9cm，式中H为计算断面至面板顶部的垂直高差，单位为m，面板之间设置垂直缝，全部等距12m，即面板宽度为12m，共19块面板。,2019/4/29,55,溢洪道属岸边开敞式侧槽溢洪道，布置在面板堆石坝的左岸坝头。 溢洪道侧堰长60m，堰顶高程344.5m，堰面为WES曲线。,2019/4/29,56,下库区的水文和气象,下库坝坝址以上集雨面积为24.2Km2，流域平均宽度3.23Km，河道长度7.83Km，天然坡降5.5%，多年平均迳流量2450万m3/年，即0.77 m3/s, 多年平均气温13.4，多年平均降雨量1846.4mm，多年平均降雨天数168.7天。,2019/4/29,57,下库的泄洪设施,下库坝体左右岸各埋有一直径1m的钢管，分别称作左岸供水放空洞和右岸放空洞。 左岸供水放空洞中心高程为EL288.9，其主要功能是夏季向下游供水，同时也可排放多余的入库径流，即发生洪水时开启该放空洞进行洪水预泄。 右岸放空洞的主要功能为放空下库之用，当水位降至EL288.9时，开启该洞排水，右岸放空洞进水口中心高程为EL284，下库施工期间，右岸放空洞即为导流洞。,2019/4/29,58,开关站及3.29滑坡体,2019/4/29,59,开关站,500kv开关站位于下库进出水口的上方，开关站场地尺寸宽35x长208m，系从山体边坡中开挖而成，建基面高程350.2m。 边坡上部高程500m有上下库连接公路。 此处自然地形坡度35500,局部见陡坎、陡崖。,2019/4/29,60,1996年3月10日凌晨，高程500m公路以下的开关站边坡发生较大规模的滑坡，方量6.2万m3。,2019/4/29,61,3.29滑坡体,1996年3月29日早7点，在下库坝上游左岸0+4800+620范围内发生了山体滑坡。 总土石方量30万方，山体潜在滑坡方量在80万方。 滑坡面平面投影呈长舌状，宽120140米，长约260米，滑坡最大铅垂厚度30米。,2019/4/29,62,事故分析：长时间的降雨、山体本身不稳定、存在潜在的滑坡体、已经意识到，但没有意识到如此严重，设计单位没有重视。,2019/4/29,63,事故的处理,为防止事故扩大，紧急措施：1、导流洞前的拦沙坝（毛竹）2、520隧洞（交通）3、溢洪洞兼交通洞（排洪）4、加快填筑坝体（防翻坝）5、加快该部位的勘查，提出处理方案 。,2019/4/29,64,处理措施,开挖减载（主要措施，减载量93.1万方） 锚固支护 排水 体内排水 坡面排水,三、天荒坪电站水工 运行的特点,2019/4/29,66,上水库的基本参数,天荒坪电站上水库总库容919.2万m3（相应的水位905.2米），由发电调节库容676.76万m3、事故备用库容125.32万m3（可发电量149万kwh）、蒸发渗漏供水备用库容49.15万m3、为潘村水库预留的补水库容30万m3和死库容37.97万m3组成。,2019/4/29,67,905.2,876.783,869.02,865.51,863,总库容：919.2万方,发电库容676.76万方,事故备用125.32万方,渗漏供水备用49.13万方,潘村水库补水30万方,死库容37.97万方,2019/4/29,68,下水库的基本参数,下水库总库容为859.56万m3(相应的水位344.5，也就是溢洪道溢流面的高程)，由发电调节库容676.76万m3、事故备用库容125.32万m3和死库容57.48万m3（相应的水位295米）组成。,2019/4/29,69,344.5,295,总库容：859.56万方,发电库容676.76万方,事故备用125.32万方,死库容57.48万方,2019/4/29,70,最大毛水头610.2米，额定水头526.0米，最小毛水头526.5米。,2019/4/29,71,天荒坪电站日运行方式,本电站为日调节蓄能电站，在系统中担任调峰、填谷、事故备用等任务。同时还具有调频和调相等功能。,2019/4/29,72,本电站初设阶段设置151.1万m3事故备用库容，上水库竣工后，有效库容比初设阶段增加了45.5万m3，加上水泵水轮机效率的变化，现发电调节库容为676.76万m3，备用库容173.33万m3。 下水库现有有效库容比初设阶段有所减少，目前仅具有备用库容125.32万m3。,2019/4/29,73,电站的事故备用,平时事故备用水量置于上水库，在发电工况可利用未带满负荷的机组发事故出力，顶替系统中因故障而停运的机组。 在抽水工况可按系统需要以整台机组退出水泵工况运行，起事故备用作用。 当本电站事故备用水量被用完时，应及时将上水库事故备用库容充满，以便应付下一次事故。,2019/4/29,74,电站上、下库水位变化过程,2019/4/29,75,由于天荒坪是日调节抽水蓄能电站，发电水量每天在上、下水库中循环，按设计水库每天都有一个空到满的过程。,2019/4/29,76,2019/4/29,77,2019/4/29,78,正常发电时，早晨上库水位为当天的最高水位（905.2米），下库为当天的最低水位（310米），经过早峰和晚峰的发电，上库水位将下降29.5米，到876.78米，相应的下库水位抬高34.5米，库水位为344.5米。 这是正常运行时又没有大的降雨的情况下的过程，当下库有大的径流时电站的运行就是另外的一种。,2019/4/29,79,水库放空,上水库进水口底板高程低于沥青混凝土防渗的库底高程，可以利用输水道放空上水库，并通过下库溢洪道将其水量溢走。 下库左岸供水放空洞，钢管中心高程288.9m，下水库水位为295350m之间，其泄流量为6.2811.42m3/s，主要担任泄洪、放空水库以及为下游提供径流的任务。下水库放空时，先开启左岸供水放空洞放水，当下库水位降至288.9m后，再开启右岸放空洞排水。按上述两放空洞的泄流能力计算，在不计上游来水的条件下，由344.5m放至右岸放空洞进水口中心高程284m约需266小时。,2019/4/29,80,四、防洪度汛,工程等别、设计标准 天荒坪电站泄洪建筑物泄洪能力 电站发电流量对洪水调节的影响及下水库下游河道安全泄量 现在采取的洪水调度原则,2019/4/29,81,工程等别、设计标准,天荒坪抽水蓄能电站为一等工程，主要建筑物设计标准为一级，次要建筑物设计标准为三级。 枢纽主要建筑物有上水库、输水系统、地下厂房洞室群和开关站、下水库。采用P=1洪水为正常运用洪水，P=0.1洪水为非常运用洪水。,2019/4/29,82,下水库流域大洪水多由89月份的雷阵雨及台风雨造成。如1956年8月，1988年8月，1990年8月三场大洪水，其最大3h降雨量分别为259.2mm，130.7mm，100.5mm，24h降雨量分别为682mm，262.4mm，447.6mm，造成本流域自1956年以来最大的三次洪水，洪峰流量分别为404m3/s，365m3/s，339m3/s。设计流域集水面积小，山地坡度陡，河谷狭窄，洪水暴涨暴落，峰型尖瘦，一次洪水历时一般一天左右。,2019/4/29,83,天荒坪电站泄洪建筑物泄洪能力,下水库泄洪建筑物尺寸及泄流情况 天荒坪电站下水库专用泄洪设施为一位于左岸的开敞式溢洪道。溢洪道侧堰长60m，堰顶高程为344.5m，下水库水位超过堰顶高程后自由溢流。另外，下水库坝体左右岸各埋设有一直径1m的钢管，又称左岸供水放空洞和右岸放空洞。发生洪水时可启用左岸供水放空洞预泄洪水，但放空能力有限，仅9m3/s。,2019/4/29,84,上水库泄洪问题 天荒坪上水库集雨面积很小，仅0.327km2，水库面积0.29km2，且无地面补给水源，所以上库未设置泄洪设施，在设计中考虑一定的超高后，确定坝顶高程。汛期降雨时，将水暂存于库中，待发电时排放至下库。按市岭站万年一遇24h设计暴雨1650.3mm估计，24h洪量为54万m3，查上水库库容曲线905.2907m之间的库容为60.04万m3。上水库坝顶高程为908.3m，故上库集水区域暴雨洪水并不对大坝造成影响。,2019/4/29,85,潘村水库泄洪建筑物尺寸和过流能力 天荒坪电站下库坝址下游约3.5km处有一座1971年建成的潘村水库。潘村水库坝顶高程148.0m，防浪墙顶高程149.2m，水库最高洪水位147.63m，相应最大库容169万m3。大坝右侧设置一开敞开式溢洪道，为全超高自由溢洪，堰宽75m，堰顶高程142.5m。水库校核标准为PMF洪水，洪峰流量1450m3/s，洪水总量为3564万m3，调洪后，溢洪道最大泄量1413m3/s。由于潘村水库库容较小，溢洪道又无闸门控制，故该水库没有调蓄洪水的能力。,2019/4/29,86,电站发电流量对洪水调节的影响及下水库下游河道安全泄量,天荒坪抽水蓄能电站下水库修建在天然河道上，汛期必然要承受洪水的影响，而且本电站的发电流量不是象常规电站一样排入下游河道而是注入下水库，由此会发生发电流量和天然洪水迭加的现象。,2019/4/29,87,天荒坪下水库流域面积和库容都不大，电站装机容量大，相应的发电总流量相对较大，发电流量和洪水流量迭加带来的问题比较突出，是典型的小水库大电站。,2019/4/29,88,电站六台机