中、小型引水式水电站水工设计经验介绍
2008-01-31 10:46:10 来源:
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电力18讯: 摘 要:发源于天山北坡的河流一般都具有坡陡水急、水能梯级开发条件好的特点,但同时又存在大河来水丰枯变化大、泥沙多、冬季冰冻严重的问题。文章结合新疆实际,全面系统地介绍了中、小型引水式水电站在引水、泄洪、排冰、排沙和防冰冻破坏方面的水工设计经验。
关键词:水电站;水工设计;经验介绍
新疆兵团农五师地处博尔塔拉蒙古自治州境内,水能资源较为丰富,30多年来,全师已建引水式水电站27座,装机65台,总装机容量2.26万kW,年发电量约9000万kW・h,占五师全年用电量的65%以上。
五师在水电站水工设计中,能够结合当地的自然条件和运行管理水平,比较注重解决好引水、泄洪、排冰、排沙和防冰冻方面的问题,每设计一座新电站之前,都要对已建电站的设计和运行情况进行回访,从中总结经验、找出问题、吸取教训,为优化新建电站的设计提供决策依据。通过30多年的设计和运行实践,在小型引水式水电站水工设计方面积累了一些经验,现总结归纳如下。
1 引水渠首设计
(1)在渠首位置选择时,首先要考虑多引水的要求,要将渠首位置选在来水量大并且河床较为稳定的河段上。有条件的地方,要尽可能将渠首设在潜水溢出带的下游,以争取多引上游河床两侧溢出的泉水,这样既可以增加发电水量,又可以提高水温,利于电站冬季运行。对冬、春季节上游来冰量较多的河道,除要考虑多引水的要求外,还要考虑排冰要求,要尽可能选择有利地形建闸引水,确保渠首在冬、春季节排冰顺畅。
(2)在渠首型式选择上,根据河道的水文特性和渠首所处地形条件的不同,采用不同的渠首型式。一般情况下,采用正面泄洪、排冰、排沙,侧面引水发电的拦河闸式渠首,力求排冰、排沙和河道水流方向一致,达到排冰、排沙耗水量少效果好之目的。在汛期泥沙含量较多的河道上,多采用人工弯道式引水渠首,利用人工弯道的环流作用提高排沙效果。五师已建的阿卡尔引水渠首和托托引水渠首都采用人工弯道式渠首,根据近20年的运行证明,引水、泄洪和排沙效果很好。
2 引水渠道设计
(1)在渠线选择上必须遵循以下原则:尽量走直线,少拐弯,若必须拐弯时,要求弯道半径不得小于10倍渠道设计水面宽度,以求水流稳定;尽量避开地下水位高的大孔隙土和坡积松散地段,尽量走在砂砾土地基上,防止不均匀沉陷和冻胀破坏;尽量减少渠系建筑物;尽量走在向阳背风地段上,以减免渠道冬季结冰。
(2)渠道纵坡设计,既要考虑对电站发电水头的影响,又要考虑渠道冬季输冰的要求。如果引水渠冬季有泉水引入且水温较高而又没有输冰要求时,设计纵坡在满足渠道不淤流速的前提下可以缓些,以争取发电水头,提高长期发电效益。如果渠道冬季有输冰要求时,设计纵坡应满足输冰流速1.3~1.5m/s的要求。
(3)关于渠道断面形式的防渗结构设计,对大劈坡盘山渠道,采用矩形或门洞形暗渠断面,这样既可以有效防止上部塌坡下滑的泥石流危及渠道安全,又可以使渠道冬季保温防冻,确保渠道正常运行。为缩减暗渠的过水断面,减少投资,采用浆砌石外模在过水断面上现浇10cm厚的混凝土防渗层的混合结构,收到了很好的防渗和节省投资效果。对冬性结构梯形渠道,因柔性结构具有较好的抗冻胀变形的适应能力,在五师已建的87团1、2级水电站和88团哈达海1级水电站的引水渠道上,设计采用现浇混凝土板防渗,运行后均发生严重的冻胀破坏,每年都要投入大量资金进行维修。后来在87团汇河1、2级水电站和88团哈达海2级水电站引水干渠设计时,采用了边坡为1∶2.5的梯形断面塑膜防渗和粘土防渗的两种结构形式,都收到了很好的防渗和抗冻胀破坏效果。柔性结构防渗渠道设计时,关键要控制好以下几点:严格控制不冲流速;使跨渠建筑物尽量不改变渠道的过水断面尺寸和流态;合理确定渠道边坡;保证塑膜保护层或粘土防渗层的厚度,并使其干密度不得小于1.6t/m3;适当增加渠肩宽度,防止因渠肩浸水后软化而失去稳定。
3 压力前池设计
(1)在平面布置上,吸取了原来采用正面引水发电、侧面排冰、排沙使用效果差的教训,为提高前池排冰、排沙效果,减免水轮机磨损和前池冬季积冰,现都采用正面排冰、排沙侧面引水发电的平面布置型式,收到了很好的运行效果。
(2)为提高前池的排冰效果:在进水室前增设了一道挡冰板,挡冰板底部伸入到前池冬季最低运行水位以下50cm,以防止冰凌进入进水室;前室采用正面双向溢流排冰设计,扩大了排冰溢流面,缩短了排冰时间;在排冰流道范围内设置了工作桥和拦杆,便于人工破冰和辅助排冰作业。
(3)为提高排沙效果:将排沙闸设在前室底板纵向坡降的最低处,以利汇流排沙;沿排沙闸进口两侧设纵向导沙坎,以形成排沙闸前的纵向漏斗,达到束水冲沙之目的;将前室底板纵坡由传统的平坡改为3%以上的陡坡,加大排沙闸前的输沙流速。
(4)为确保电站冬季正常运行,将传统的开敞式进水室改为封闭虹<
关键词:水电站;水工设计;经验介绍
新疆兵团农五师地处博尔塔拉蒙古自治州境内,水能资源较为丰富,30多年来,全师已建引水式水电站27座,装机65台,总装机容量2.26万kW,年发电量约9000万kW・h,占五师全年用电量的65%以上。
五师在水电站水工设计中,能够结合当地的自然条件和运行管理水平,比较注重解决好引水、泄洪、排冰、排沙和防冰冻方面的问题,每设计一座新电站之前,都要对已建电站的设计和运行情况进行回访,从中总结经验、找出问题、吸取教训,为优化新建电站的设计提供决策依据。通过30多年的设计和运行实践,在小型引水式水电站水工设计方面积累了一些经验,现总结归纳如下。
1 引水渠首设计
(1)在渠首位置选择时,首先要考虑多引水的要求,要将渠首位置选在来水量大并且河床较为稳定的河段上。有条件的地方,要尽可能将渠首设在潜水溢出带的下游,以争取多引上游河床两侧溢出的泉水,这样既可以增加发电水量,又可以提高水温,利于电站冬季运行。对冬、春季节上游来冰量较多的河道,除要考虑多引水的要求外,还要考虑排冰要求,要尽可能选择有利地形建闸引水,确保渠首在冬、春季节排冰顺畅。
(2)在渠首型式选择上,根据河道的水文特性和渠首所处地形条件的不同,采用不同的渠首型式。一般情况下,采用正面泄洪、排冰、排沙,侧面引水发电的拦河闸式渠首,力求排冰、排沙和河道水流方向一致,达到排冰、排沙耗水量少效果好之目的。在汛期泥沙含量较多的河道上,多采用人工弯道式引水渠首,利用人工弯道的环流作用提高排沙效果。五师已建的阿卡尔引水渠首和托托引水渠首都采用人工弯道式渠首,根据近20年的运行证明,引水、泄洪和排沙效果很好。
2 引水渠道设计
(1)在渠线选择上必须遵循以下原则:尽量走直线,少拐弯,若必须拐弯时,要求弯道半径不得小于10倍渠道设计水面宽度,以求水流稳定;尽量避开地下水位高的大孔隙土和坡积松散地段,尽量走在砂砾土地基上,防止不均匀沉陷和冻胀破坏;尽量减少渠系建筑物;尽量走在向阳背风地段上,以减免渠道冬季结冰。
(2)渠道纵坡设计,既要考虑对电站发电水头的影响,又要考虑渠道冬季输冰的要求。如果引水渠冬季有泉水引入且水温较高而又没有输冰要求时,设计纵坡在满足渠道不淤流速的前提下可以缓些,以争取发电水头,提高长期发电效益。如果渠道冬季有输冰要求时,设计纵坡应满足输冰流速1.3~1.5m/s的要求。
(3)关于渠道断面形式的防渗结构设计,对大劈坡盘山渠道,采用矩形或门洞形暗渠断面,这样既可以有效防止上部塌坡下滑的泥石流危及渠道安全,又可以使渠道冬季保温防冻,确保渠道正常运行。为缩减暗渠的过水断面,减少投资,采用浆砌石外模在过水断面上现浇10cm厚的混凝土防渗层的混合结构,收到了很好的防渗和节省投资效果。对冬性结构梯形渠道,因柔性结构具有较好的抗冻胀变形的适应能力,在五师已建的87团1、2级水电站和88团哈达海1级水电站的引水渠道上,设计采用现浇混凝土板防渗,运行后均发生严重的冻胀破坏,每年都要投入大量资金进行维修。后来在87团汇河1、2级水电站和88团哈达海2级水电站引水干渠设计时,采用了边坡为1∶2.5的梯形断面塑膜防渗和粘土防渗的两种结构形式,都收到了很好的防渗和抗冻胀破坏效果。柔性结构防渗渠道设计时,关键要控制好以下几点:严格控制不冲流速;使跨渠建筑物尽量不改变渠道的过水断面尺寸和流态;合理确定渠道边坡;保证塑膜保护层或粘土防渗层的厚度,并使其干密度不得小于1.6t/m3;适当增加渠肩宽度,防止因渠肩浸水后软化而失去稳定。
3 压力前池设计
(1)在平面布置上,吸取了原来采用正面引水发电、侧面排冰、排沙使用效果差的教训,为提高前池排冰、排沙效果,减免水轮机磨损和前池冬季积冰,现都采用正面排冰、排沙侧面引水发电的平面布置型式,收到了很好的运行效果。
(2)为提高前池的排冰效果:在进水室前增设了一道挡冰板,挡冰板底部伸入到前池冬季最低运行水位以下50cm,以防止冰凌进入进水室;前室采用正面双向溢流排冰设计,扩大了排冰溢流面,缩短了排冰时间;在排冰流道范围内设置了工作桥和拦杆,便于人工破冰和辅助排冰作业。
(3)为提高排沙效果:将排沙闸设在前室底板纵向坡降的最低处,以利汇流排沙;沿排沙闸进口两侧设纵向导沙坎,以形成排沙闸前的纵向漏斗,达到束水冲沙之目的;将前室底板纵坡由传统的平坡改为3%以上的陡坡,加大排沙闸前的输沙流速。
(4)为确保电站冬季正常运行,将传统的开敞式进水室改为封闭虹<
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