某抽水蓄能电站厂房开发方式比较_肖露.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 099某抽水蓄能电站厂房开发方式比较肖露(山东省水利勘测设计研究院有限公司贵州分公司，贵州 贵阳 550081)摘要抽水蓄能是以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分，对于推动构建清洁低碳安全高效的能源体系具有十分重要的意义。随着国家对抽水蓄能电站的大力支持和资金投入，输水发电系统较长的抽水蓄能电站的站址越来越多，布置也越来越复杂。以某抽水蓄能电站为例，在预可研方案基础上，拟定比较方案，确定了布置原则以及首部式、中部式和尾部式三个布置方案，对输水发电系统进行相应的布置设计，从地形地质条件、工程布置、施工布置及工期、工程投资等方面进行了综合比选，最终确定尾部式方案为最优方案。经验可为同类型工程设计提供参考。关键词抽水蓄能电站;厂房;开发方式;方案比较中图分类号TV743文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0287 03收稿日期2022 11 23作者简介肖露(1990 )，男，贵州铜仁人，工程师，主要从事水利水电工程设计方面工作。1工程概况1 1工程概况某抽水蓄能电站位于贵州省境内，电站总装机 1 500MW，工程属一等大(1)型工程，安装 4 台 375 MW 立轴单级可逆混流式水轮发电机组。建成后担负贵州电力系统的调峰、填谷、储能、调频、调相和紧急事故备用等任务。枢纽建筑物由上水库、下水库、输水系统、地下厂房及开关站等建筑物组成。通过预可研比选，输水系统布置于上库与下库之间山体内。输水系统全长 3 129 m，水平投影长约 2 876 m，利用落差 537 5 m，距高比 L/H=5 4，发电流量 82 5 4=330m3/s，抽水流量 61 88 4=247 5 m3/s。引水及尾水系统均采用两洞四机布置。1 2工程地质条件输水发电系统需穿越高坡场组第一段(D3g1)、湄潭组第一段(O1m1)、桐梓组(O1t)、娄山关组第三段(Ol3)、娄山关组第二段(Ol2)地层;厂房处于地下水位线以下，自岩性以娄山关组第三段(Ol3)、娄山关组第二段(Ol2)地层较坚硬的微新白云岩为主。2布置原则和方案拟定2 1布置原则(1)地下厂房位置选择受输水系统沿线的地形、地质构造、岩体结构、地应力条件、水文地质条件等诸多因素影响，主要考虑洞室附近的工程地质条件，地下厂房宜布置于工程地质条件相对较优的地质单元内。(2)厂区上覆岩体厚度对洞室围岩有一定影响，冲沟部位结构面相对发育，洞室选择应尽可能避开冲沟。(3)厂房洞室的轴线走向宜与围岩的主要构造弱面(断层、节理、裂隙、层面等)呈较大的夹角，以利于围岩稳定。(4)各比选方案输水系统水头损失基本相当，对电网的适应性基本相当。(5)各比较方案中，上、下水库进/出水口的位置基本不变，引尾水系统均采用一洞两机，高压管道采用钢板衬砌型式。根据不同的厂房位置进行输水系统的布置。(6)各比较方案中，地下厂房洞室群布置形式及控制尺寸基本一致，开关站根据厂房位置合理布置。2 2方案拟定根据地形地质条件、下水库的特征水位，考虑水头损失和适应性相当的原则，等分输水线路的方式，拟定首部式、中部式和尾部式方案，各方案布置见下图 1。图 1厂房开发方式比选方案纵剖面图首部式:引水系统+地下厂房系统+尾水系统(含尾水调压室)组成。中部式:引水系统(含引水调压室)+地下厂房系统+尾水系统(含尾水调压室)组成。尾部式:引水系统(含引水调压室)+地下厂房系统+尾水系统组成。3方案比较在预可研方案基础上，拟定比较方案，对输水发电系统进行相应的布置设计，从地形地质条件、工程布置、施工布置及工期、工程投资等方面进行综合比选。3 1地形地质及水文条件比较根据方案布置，首部式厂房洞室埋深最大，中部式厂房7822023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3埋深其次，尾部式厂房埋深最浅，首部式厂房地下水压力、通风、施工难度等问题相对稍突出，尾部式最优。在围岩稳定、岩溶涌水及外水压力影响方面基本相当。整体来说，地质方面三种位置地下厂房均不存在地质制约性。表 1厂房开发方式比选主要洞室参数表首部式中部式尾部式输水系统地下厂房施工辅助洞室隧洞条数/内径/长度/m2/7 0/1942/6 8/9162/7 0/916引水调压井个数/内径/高度/m2/13/135 2/13/135引水钢管主管条数/内径/长度/m60 52/9256 52/95560 52/1400引水钢管支管条数/内径/长度/m4/38/66 4/38/66 4/38/66尾水钢管支管条数/内径/长度/m 4/45/162 4/45/162 4/45/162尾水钢管主管条数/内径/长度/m2/7 0/402/6 8/402/7 0/40尾水隧洞条数/内径/长度/条/m2/7 0/161626 8/8222/7 2/377尾水调压井个数/内径/高度/m2/13/149 2/13/149尾水调压井排气洞长度/m1098400引水未设置调压井 tw/设置调压井 tw1 52220/130259/175尾水未设置调压井 tws/设置调压井 tws 108/093 625/0933 66水头损失 hs/m141/80 144/81 141/80主厂房尺寸/m172 5 25 8 54174 26 3 54177 27 3 56主变洞尺寸/m148 6 21 2 28 3151 1 21 2 28 3154 1 21 2 28 3进风平洞长度/m3059310进风竖井长度/m380320350排风平洞长度/m698269457排风竖井长度/m32016390出线平洞长度/m680250385出线竖井长度/m173173100自流排水洞长度/m4 2903 2503 000开关站公路/m757942317进厂交通洞长度/m2 9752 0501 700厂房顶层施工支洞长度/m790530530引水上平段施工支洞长度/m1 7501 3001 360引水中平段施工支洞长度/m1 7061 2951 129引水下平段施工支洞长度/m326310350尾水洞施工支洞长度/m9606805073 2工程布置比较3 2 1输水系统布置首部式采用两竖井布置，中部式、尾部式在引水系统立面上均采用两斜井布置，首部、中部、尾部式输水系统总长分别为 3 207 m、3 132 m、3 129 m。上平段引水隧洞长分别为194 m、916 m、916 m，首部式最短;引水钢管主管长分别为925 m、955 m、1 400 m，尾部式最长;尾水隧洞长分别为1 616m、822 m、377 m，尾部式最短。为满足水道系统水力过渡过程要求，首部式需设尾水调压室，尾部式需设引水调压井，中部式需同时设引水及尾水调压井。尾水调压井位于地下，需要设排气洞，中部室厂房排气洞较长。从输水系统布置条件来看，尾部式输水系统长度最短，但压力钢管最长。3 2 2地下厂房布置各主副厂房洞、主变洞、尾闸洞、开关站尺寸及布置均相同。根据各方案开关站布置，尾部式距下库进出水口最近，开关站公路较首部、中部式分别短 400 m，1 015 m。进厂交通洞尾部式最短，较首部式、中部式分别短 1 275 m 和 350m。出线方式均采用平洞+竖井，首部式最长。中部及尾部式相差不大。其余洞室基本为首部式最长，中部式次之，尾部式最短。从高压电缆布置条件分析，首部式最长。中部及尾部相近。从运行条件来看，首部式进厂交通洞、通风兼安全洞、出线洞等较长，运行管理较不利，故运行管理条件尾部较优。总之，从地下厂房布置及运行条件分析，尾部式较优。主要洞室参数表及主要工程量表见表 1、表 2。表 2主要工程量表名称单位首部式中部式尾部式输水系统厂房输水系统厂房输水系统厂房土方明挖万 m325 30 0625 50 0625 50 06石方明挖万 m3158 700 15158 60 15158 40 15石方洞挖万 m335 1471 2432 5258 3330 155 83石方井挖万 m312 152 6414 52 4413 31 56喷混凝土万 m32 882 972 802 282 62 16挂钢筋网t384290738526171882592锚杆根749295200280863428327031642219锚索根255314255314255314混凝土万 m323 6413 4423 9010 4521 810 02钢筋t19993 491251620415 979997165937049压力钢管t153281655722541表 3投资对比表万元部位首部式中部式尾部式输水建筑物60 51861 62054 835地下发电建筑物26 08725 84524 874升压变电建筑物14 36511 31811 474施工辅助投资64 44763 82561 456金属结构及安装44 44346 70956 664高压电缆工程3 6641 5851 817交通工程61 91557 27355 788开关站工程4 4836 4033 107合计279 922274 578270 0153 3施工布置及工期比较首部式、中部式、尾部式施工难度接近，施工方法相同，地下厂房进度均为施工关键工期，地下厂房施工的快慢直接影响着首台机组发电时间。首部式输水发电系统共布置 5条施工支洞，支洞总长 5 426 m。场内道路 28 9 km，其中永久公路 12 4 km，工期 84 个月。中部式输水发电系统共布置7 条施工支洞，支洞总长 3 680 m。场内道路 29 4 km，其中永久公路 12 2 km，工期 80 个月。尾部式输水发电系统共布882第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月置 7 条施工支洞，支洞总长 3 207 m。场内道路 25 6 km，其中永久公路 11 5 km，工期 78 个月。根据施工布置及进度比较，首部式方案施工洞室总长较大，所需工期及投资较多。中部式方案在洞室长度及投资上与尾部式接近、进度上略长于尾部式，尾部式方案较优。3 4工程投资比较各方案的工程投资见表 3。根据三者投资，尾部式方案投资最少，中部式方案次之，首部式方案最高。尾部式方案相比中部式方案和首部式方案分别少 9 907 万元和 4 563 万元。3 5综合比较首部式厂房、中部式厂房、尾部式厂房方案综合比较见表 4。表 4厂房位置综合比选汇总表项目首部式中部式尾部式结论工程地质条件地下厂房埋深 590 600 m;洞段岩石较坚硬，为微新岩体，围岩类别为 类，多数洞段围岩基本稳定、局部溶蚀破碎带洞段稳定性差。厂房南侧发育的主要断层为f6 和 f7，f6 断层分布于地下厂房南侧，厂房顶拱低于地下水 位 线 约 260 m，厂 房 区域地下水较丰富。最大埋深约 355 m，厂房区小断层发育较多，规模较大的fpd 3 断层通过地下厂房南东部尾闸室，与引水隧洞轴线方向小角度相交，属正断层，断距约 0 5 m，破碎带 2 3m，充填黄色岩屑夹泥。首部式地下水压力、施工难度等问题相对稍突出，尾部式最优。输水系统输水 线 路 总 长 3 207 m，引水 系 统 长 度 1 328 m，尾水系统长度 1 879 mTw 值为 152 s，Tws 为 10 8 s，需设尾水调压井。发电 工 况 水 头损 失 14 1m，抽水工况水头损失 8 0 m。输水系统总长 3 132 m。引水系统长度2 106 m，尾水系统长度 1 026 m。Tws 为 6 25 s，引水、尾水系统均需设置调压井，设引调后 Tw 值为 1 30 s，设尾调后 Tws 值为093 s。发电工 况水头损失144 m，抽水工况水头损失 82 m。输水系统总长 3 129 m。引水系统长度 2 505 m，尾水系统长度 624 m。Tw 值为 2 59s，Tws 为 3 66 s，需设引水调压井，设 引 调 后 Tw 值 为1 75s。发电工况水头损失14 1 m，抽水工况水