月亮湾级水电站厂房设计

月亮湾一级水电站厂房设计11设计基本资料1.1地理位置月亮湾一级水电站工程拟建于疏勒河干流玉门市昌马乡境内，该乡东邻嘉峪关市，北靠玉门市和安西9县，南接肃北蒙古族自治县，西接敦煌市。依据疏勒河流域规划，月亮湾一级水电站处于疏勒河梯级开发中肃玉水电站与月亮湾二级水电站之间，为一座中坝引水式无调节水电站。电站厂址距玉门市昌马乡政府约10km，距玉门镇约81km，距黄土湾水电站的厂房约10km。1.2工程建设的必要性酒泉市地域广阔，人口相对稀少，居住分散，全市一区、两市、四县划分为五个供电区，分别为肃州供电区、金塔供电区、玉门供电区、安西供电区、肃阿敦供电区。1999年底嘉酒地区电网总装机容量392.29MW，年发电量22.07亿kW·h（包括酒钢公司、玉门石油管理局自发电量），其中4座主力火电厂装机354MW，年发电量20.62亿kW·h，小水电装机38.29MW，年发电量1.45亿kW·h。1999年全市最大负荷324MW（其中公用网最高负荷160MW，酒钢最高负荷160MW，玉门石油公司4MW），最小负荷147MW，农业、居民生活照明用电量增长较大。全市电网及电源建设经过二十多年的平稳发展，仍存在一些问题。地处边远地区的少数民族县，受地域辽阔和电源的限制，通电率较低，区内用电以电力排灌、农副产品加工、乡镇企业、县城工业、生活用电为主，限电及配网事故率高，相应的用电水平、电压合格率、设备完好率低于标准水平。随着地区经济及矿产业等的快速发展，对电力电量的需求不断增加，预计2015年全市需电量将达到60.7亿kW·h。因此，充分利用地区潜在的资源（可利用发电的水能资源装机容量220MW），发展水电，加快电力开发及电力基础设施的建设，以促进地区经济发展，满足人民日益增长的物质文化生活的需要。1.3水文与气象1.3.1水文条件在月亮湾一级水电站坝址的下游有昌马堡水文站，距离较近，且属于同一条河流的上下游，该水文站的资料可供设计使用。月亮湾一级水电站坝址断面处多年平均径流量为28.4m3/s。坝址和厂房处水位流量关月亮湾一级水电站厂房设计2系分别见图1-1、图1-2。高程m图1—1图1-1图1-2月亮湾一级水电站厂房设计31.3.2径流疏勒河径流主要由上游山区降水和融冰化雪补给，昌马堡水文站位于月亮湾水电站厂址下游约15km处，本次预可研阶段采用该站自1952年～2004年，共53年的实测径流系列资料。月亮湾一级水电站设计年径流成果见表1-1。表1-1月亮湾一级水电站设计年径流成果表站名F（km2）均值（m3/s）CvCs/Cv不同保证率设计值（m3/s）月亮湾一级水电站1096128.40.242.015%25%50%75%85%35.432.727.923.621.41.3.3洪水疏勒河大洪水均由大面积暴雨形成，汛期为6～9月，主汛期7～8月，一次洪水过程平均为10天左右。洪水过程具有峰高量大历时长的特点。根据已整编刊印的《甘肃省洪水调查资料》以及以往工作中调查资料，昌马堡水文站调查有1869～1871年、1920年、1929年洪水，洪峰流量分别为1710m3/s、1110m3/s、1340m3/s。1869～1871年间（同治8～10年）的洪水是疏勒河上的首次历史洪水。综合考虑后，重现期按170年处理，月亮湾一级水电站设计洪峰流量成果见表1-2。表1-2月亮湾一级水电站设计洪峰流量成果表F（km2）均值（m3/s）CvCs/Cv不同频率设计值（m3/s）109613100.924.00.1%0.2%0.33%0.5%1%2%3.33%5%10%20%25702250202018301530124010308686133921.3.4泥沙月亮湾一级水电站枢纽处没有实测泥沙资料，但因月亮湾一级电站枢纽与昌马堡流域控制面积相差很小，所以本次泥沙计算直接采用昌马堡的泥沙资料。月亮湾一级水电站多年平均悬移质输沙量为317万t，推移质用推悬比0.2计算，推移质为63.4万t，按5～9月占年输沙量的比例分配到5～9月，月亮湾一级水电站坝址处多年平均输沙量为380.4万t。月亮湾一级水电站厂房设计41.3.5冰情以昌马堡水文站观测的冰情纪录中，河水几乎每年冬季都要封冻，一般10月下旬开始结冰，封冻天数最长95天，4月上中旬全部融冰。岸边最大冰厚1.34m，河心最大冰厚0.7m。1.3.6气象条件月亮湾一级水电站的位置深处大陆腹地，距离海洋较远，水汽输送不利，属大陆性气候特征。具有干旱少雨，蒸发强烈，冬季较长，气温低，气象要素变差大等特点。从昌马堡水文站气象资料统计表明，多年平均气温4.3℃，极端最高气温38.5℃，极端最低－35.0℃。多年平均降水量仅有94.2mm，年蒸发量则达2800.2mm，平均日照时数为3267.6h，由于流域的地理位置和地形的影响，盛吹西北风或西风，最大风速可达20.0m/s，最大冻土深超过150.0cm。1.4工程地质1.4.1区域概况月亮湾一级水电站工程区处于青藏高原东北缘祁连山西段，有一系列走向NWW的山脉和盆地相间组成，形成南北向的起伏地貌，总的地势南高北低，沿山脉纵向呈现西高东低的阶梯状地貌。本区发育有三级夷平地，电站工程区所在的昌马盆地处于时代最晚、高程最低的第三级夷平地。本区出露的最老和最新地层分别为前震旦系和第四系，工程区主要为第四系。本区的地质构造属北祁连加里东褶皱带和中央隆起带。经历了多次地质构造运动，地质构造非常复杂，断裂非常发育。所幸的是电站工程区位于昌马盆地中部，距大断裂均较远，离坝址最近的昌马~祁连活动断裂带，相距约10Km；工程区地层较新，并未受到历次构造运动的影响，所以未见断裂。据地震部门资料，本区强震有沿断裂带自西向东迁移的迹象，故工程区附近仍有发生强震的可能性。根据国家地震局2001年版《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306－2001），本区50年超越概率为10％时的地震动峰值加速度为0.2g，地震反应谱特征周期为0.45s，相应的地震基本烈度小于Ⅷ度。1.4.2水库区工程地质条件月亮湾一级水电站的库区地处昌马盆地中部，属比较典型的盆地河槽带状水库。河谷呈陡坎与阶地相间的复式地形，河床自然坡降7～10‰左右。月亮湾一级水电站厂房设计5库区岸坡陡立，甚至倒坡。受河水常年冲刷，在下部最软弱的岩层中形成侧蚀副地形，当悬空过大时，在重力作用下发生局部小规模崩塌、掉块。但厚度有限，一般为2m～6m，体积小，无统一滑移面，构不成较大的崩塌或滑移，故对水库的运行影响不大。库区及两侧库岸除中－下坝线为白垩系地层外，其余均为第四系地层构成，第四系地层具中等透水性；库区无低邻谷渗漏问题，但存在绕渗漏问题；库区现状除中－下坝线由白垩系地层构成的岸坡崩塌现象严重外，其余较稳定；因库岸多由半胶结的Q2砂砾卵石层构成，经Q2砂砾卵石及Q1玉门砾岩崩解试验，其崩解能力较弱，因此，水库蓄水后，Q2库岸再造主要由卸荷作用引起的小规模崩塌；K1xn1岸坡崩塌现象将进一步加重，并威胁中、下坝区建筑物的安全；库区无浸没问题，淹没仅造成昌－鱼简易公路跨河桥梁及约400～500m路面改线；库区无大规模泥石流沟道，固体径流主要来源于库区塌岸物质。总之，电站库区封闭条件相对较好，库岸再造除K1xn1岸坡严重为，其余不突出，电站无浸没问题，淹没损失小，固体径流物质有限，因此，月亮湾水电站水库区工程地质较好。1.4.3厂房区地质地形条件电站厂房布置于疏勒河Ⅰ级阶地之上，场地据钻孔揭示，场地无地下水活动，地层岩性：上部5～8m为al-plQ41冲洪积含漂石砂砾卵石层，结构松散，其下为微～半胶结的al-plQ2冲洪积砂砾卵石层，作为基础持力层地质条件较好。1.5当地建筑材料电站工程所需天然建筑材料种类有：混凝土砂砾石料、块石料和防渗土料。依据勘测任务书要求，大坝基础开挖主要包括大坝岸坡及坝基开挖，总开挖量为4.36万3m，其中，砂砾石2.66万3m，岩石1.7万3m。本次天然建筑材料的勘查，本着满足质量、储量要求、就近的原则，最终选定砂砾石料场2处，土料、块石料场各1处。1.6其它资料地形图1张。1.7既给设计控制数据1.7.1设计洪水位：2100.0m，设计最大洪水下泄流量1030.0m3/s1.7.2校核洪水位：2102m，校核洪水最大下泄流量2020.0m3/s1.7.3设计蓄水位：2098.5m月亮湾一级水电站厂房设计61.7.4装机容量：13.5MW1.8设计任务1.8.1水能规划及水轮机选型1.8.2水电站厂房设计及厂区布置及设计图1.8.3吊车梁的计算月亮湾一级水电站厂房设计72水能规划1.1水头maxH、minH、rH的选择根据AQHNNNrgrgrr;由于中型水电站A=8～8.5，在此取A=8.2，gr=96%.所以KWNNgrgrr33100625.14%96105.132.1.1最大水头maxH的确定（1）校核洪水位2102.2m+满发14.0625310KW取校核洪水位时的最大流量为18303m/s，查的相应的下游水位为2072.1m.则m5.297.20722.21021下上毛ZZH1净H96℅1毛H=0.9629.5=28.32m（2）设计洪水位2100m+满发14.0625310KW取设计时的最大流量为10303m/s，查的相应的下游水位为2070.5m.则m5.295.207021002下上毛ZZH2净H96℅2毛H=0.965.29=28.32m（3）正常蓄水位2100m+一台机组发电一台机组发电的出力：3105.5发NKW水轮机的出力：2.57290.96105.53水NKW再根据：水N=9.81QH，初设时取=85℅，则有5729.2=9.81QH然后取不同的Q值，进行试算，列表2-1。由N～Q关系曲线，N=5729.2KW，此时Q=19.96sm/3，净H=34.42m，即mH42.3442.34,32.28,32.28maxmax。月亮湾一级水电站厂房设计8表2-1最大水头试算过程表smQ/3m上Zm下Zm毛Hm净HkW水N20.032099.22063.4435.7634.33573520.022099.22063.4035.8034.37573119.962099.22063.3535.8534.425729.22.1.2设计低水位minH的确定设计低水位(即设计死水位)+机组满发已知上Z=2098m，即水轮机的出力为kWN5.140620.96105.133水然后取不同的Q值，进行试算，列表2-2.表2-2试算过程表smQ/3m上Zm下Zm毛Hm净HKW水N59.7820982068.6129.3928.2114063.259.7020982068.5729.4328.2514062.959.6120982068.5329.4728.2914062.4由N～Q关系曲线，N=14062.4KW，Q=59.61sm/3，净H=28.29m，即mH29.28min2.1.3avH的确定加权平均水位avH=2minmaxHH=31.36m引水式电站rHavH=31.36m2.2水轮机选型根据工作水头范围和设计水头查资料初选水轮机型号为ZZ450和HLD74.由于本设计选择了两台5.5MW和一台2.5MW机组装机方案，所以水轮机也要选成两大一小的方案，初步计算先选出适合的水轮机型号，再定大小。2.2.1ZZ450型水轮机方案的主要参数选择限制工况下的单位流量5.11MQsm/3，效率3.87M％，此可初步假定原型水轮月亮湾一级水电站厂房设计9机在该工况的单位流量1Q=MQ1=1.5sm/3，效率3.89％.（1）转轮直径的计算转轮直径：mHQNDrr209.1％89.323.325.181.910516.381.95.135.111，取标称直径1D=1.2m。（2）转速n计算查得ZZ450型水轮机在最优工况下的单