某某水电站毕业设计.docx

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某某水电站毕业设计

1综合说明

1.1工程概况

河桥水电站工程位于大通河永登县河桥镇南关村河段，是山水轮泵站改造的引水式发电站，无坝取水,装机容量1280kw。

2001年经永登县计划委员会批准，修建了引水枢纽，增设500kw×2发电机组及其发电厂房，改造后的电站总装机容量2280kw。

限于当时资金筹措条件，原水轮泵改装的电站发电设施以及动力渠、尾水渠、泄水渠等主要建筑物均未改动。

运行中暴露出以下问题：

（1）原水轮泵改装的发电机组水轮机老化、机型属淘汰产品，水轮机易损件市场无货，更换困难。

运行申水轮机窜轴、水封漏水，机组震动大，多次调试因主要部件磨损过大而无明显好转。

水轮泵水机性能与发电机专用水机性能原本差异很大加之上述机械故障，造成发电效率低下，目前实际出力不及设计出力时40%，且难于稳定运行。

（2）动力渠及输水系统与水电站发电功能不匹配。

动力渠线路长度887m纵坡1/380且末衬砌水头损失大。

尾水渠线路长度440m、纵坡1/880、未衬砌，水头损失亦大。

（3）前池为两座分立厂房机组共用，受水流条件所限，通往原水轮泵站改装机组的流道过流能力不满足电站用水需要。

经过改造，水电站设计流量105m

/s，电站总装机容量5465kw，年发电量2403万度，年利用小时4397h。

其中，新增装机容量4465kw，年发电量1803万度，总投资3199.03万，单位装机投资7165元/kw，单位电能投资1.771元/度。

按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》有关规定，河桥水电站工程为V等小

（2）型工程，主要建筑物及次要建筑物均按5级设计。

引水枢纽防洪标准：

10年一遇洪水设计，20年一遇洪水校核。

（原设计标准，己批）。

厂房防洪标准：

洪水设计30年一遇，洪峰流量1630m

/s，校核洪水50年一遇，洪峰流量18l0m

/s。

根据1:

400万《中国地震动峰值加速度区划图》（GR18306-2001），工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度0.15g（相当于地震基本烈度训度），地震动反映谱特征周期为0.45s。

河桥水电站列入了大通河永登县连城河段水力资源开发规划中，工程增容改造没有改变梯级开发格局，不涉及第三者权益，经济指标良好，工程建设是可行的。

1.2水文

1.2．1气象

大通河流域深居西北内陆，气候受东南海洋季风的影响和蒙古高压的控制，具有冬长暑短、雨热同季、日照时间长、年降水少、蒸发量大、垂直分布明显和昼夜温差大的大陆性气候特点。

流域上游为祁连山中段，下游为祁连山东段，降水随高程的增加而递增的特点比较明显，气候要素随海拔高程变化呈现一定的变化规律，愈向上游冰冻期愈长，气温也低，降水量增大、蒸发量减少。

中下游降水集中在汛期，5～9月降水量约占全年总降水量的80％左右，上游在9月下旬至翌年6月上旬基本上为降雪天气。

河桥水电站的工程地段气象可以连城水文站和红杏气象站气象资料为代表，由此可见多年平均气温8.0℃,极端最高气温35.8℃,极端最低气温-20.6℃,年降水量420.4mm，年蒸发量1559.4mm，平均风速1.5m/s,最大风速14m/s，最大冻土深度为80㎝，最大积雪深度为9㎝

1.2.2年径流

河桥水电站距上游的连城水文站约14.0km，距下游的享堂水文站约24.0km，连城、享堂水文站是河桥水电站水文分析计算的主要依据站。

连城水文站共有1954～1957、1968～2001年38年完整但不连续的实测径流资料。

享堂站具有1950～2001年52年年径流系列，且具有良好的代表性。

因此选用享堂站为参证站进行插补延长。

经计算相关系数r=0.924，关系良好，利用享堂站还原后的径流系列将连城站还原后的径流系列插补延长至1950～2001年共52年天然径流系列。

大通河流域青海省境内（天堂寺以上）年均灌溉引用水量1.23m3/s，自九十年代以来随着工农业的不段发展用水量有逐渐加大趋势，因此连城站、享堂站以上灌溉引用流量1979年以前用水文局调查成果，1980～1989年按1979年引用流量考虑，1990年以后逐年略加大进行还原。

另外连城、享堂站1995年以后考虑了引大管理局提供的引大入秦灌溉工程的引水流量。

由连城站于享堂站年平均流量统计参数按流域面积直线内插得河桥水电站径流成果为Q0=89.9m3/s，年径流量28.4亿m3，CV=0.19,CS=2.0CV.见表1—2—1、1—2—2。

表1—2—1河桥水电站设计年径流成果表

F

（km2）

均值

（m3/s）

CV

CS/CV

不同保证率的设计值（m3/s）

15%

25%

50%

75%

85%

14542

89.9

0.20

2.0

108

101

88.8

77.9

72.4

表1—2—2连城站设计枯水期平均流量成果表

站名

F

（km）

统计参数

不同设计频率设计值（m3/s）

Q枯水期

CV

CV/CS

15%

25%

50%

75%

85%

连城

13914

30.7

0.16

2.5

35.8

33.8

30.4

27.2

25.7

1.2.3洪水

大通河大洪水主要由暴雨形成，暴雨期为7～9月，尤以7、8月最多，故年最大洪峰流量也多发生在此段时间里。

每年4、5月份有春汛洪水，主要为融冰化雪水所造成，一般较暴雨洪水洪峰为小，且洪水过程涨落缓慢。

根据以整编刊印的《甘肃省洪水调查资料》分析，将1919年洪水重现期定为50～80年。

大通河享堂站实测年最大洪峰流量有1950～2001年共52年实测系列资料，加入1919年历史洪水，用矩法初估统计参数，采用P—Ⅲ型曲线，用适线法，求得享堂站得洪峰流量均值为Qm=730m3/s，CV=0.58、CS=3.0CV。

大通河连城站实测系列有1954～1957、1968～2001年共38年不连续系列，采用连城站~享堂站同步洪峰流量相关，将连城站洪峰流量系列插补延长为1950～2001年共52年系列。

对连城站延长后得系列加入1919年历史洪水，用矩法初估统计参数，采用P—Ⅲ型曲线，用适线法，求得连城站的洪峰流量均值为Qm=670m3/s，CV=0.54，CS=3.0CV。

河桥水电站设计洪峰流量均值按流域面积由连城站和享堂站双对数内插的730m3/s，CV值按流域面积直线内插为0.56.

设计洪峰流量成果见下表1—2—3

表1—2—3河桥水电站设计洪峰流量成果表

均值

（m3/s）

CV

CS/CV

各种频率设计值（m3/s）

0.1%

0.2%

0.33%

0.5%

1%

2%

3.33%

5%

10%

20%

705

0.56

3.0

2870

2630

2450

2310

2060

1810

1630

1480

1230

967

计算结果较西北院成果略小，但属于同一量级，可以相互认证。

鉴于枢纽已经建成，从持续设计的延续性及安全方面考虑，枢纽的设计和校核洪峰流量仍取西北院设计成果，即洪峰设计流量为1260m3/s（十年一遇），校核洪峰流量为1530m3/s（二十年一遇）。

河桥水电站施工洪水设计依据站为大通河连城站和享堂站。

各分期前后跨期5天取样，故使用时不再跨期，河桥各月分期施工洪水成果见下表1—2—4。

表1—2—4河桥水电站施工洪水成果表

月份

均值

（m3/s）

CV

CS/CV

不同频率设计值（m3/s）

P=5%

P=10%

P=20%

十一四

152

0.58

3.0

326

268

210

五

216

0.56

3.0

454

376

296

六

354

0.66

3.0

820

659

497

七～九

705

0.56

3.0

1480

1230

967

十

154

0.51

3.0

307

259

208

1.2.4泥沙

大通河连城水文站以上流域为石山林区，植被条件较好，因而大通河水含沙量较小。

连城一下植被较差含沙量逐渐加大，是大通河泥沙的主要来源区。

河桥水电站悬沙成果根据连城站和享堂站悬沙成果推求。

连城站至河桥电站的区间年侵蚀模数为874.6t/km2，因此河桥水电站多年平均悬移质输沙量为连城站输沙量加上连城站至河桥水电站区间产沙量，共计269万t，多年平均悬移质含沙量约0.95kg/m3.推悬比根据实地勘测和经验取0.25，则河桥水电站多年平均推移质输沙量67万t，河桥水电站多年平均输沙总量336万t。

1.2.5冰情

河桥水电站的冰情资料，设计参照连城站实测资料使用。

连城站最早开始结冰日期为10月21日（1972年），最迟为12月3日（1953年）；河面封冻，最早为12月13日（1996年），最迟开始解冻日期为3月24日（1969年）。

全部融冰最迟日期为4月18日（1973年），封冻最长天数为80天（1969年）最大河心冰厚0.65m，最大岸边冰厚为0.42m，流冰花时间较长，一般在11月下旬开始至次年3月中、下旬，流冰花时间120～130天。

1.3地质

1.3.1区域构造及地震

区内褶皱多为平缓的短轴褶皱，断裂构造不发育，也不具区域性，新构造运动比较强烈。

根掘1:

400万《中国地震动峰值加速度区划图》，工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.159（相当于地震基本烈度训度），地震动反映谱特征周期为0.45s。

1.3.2工程地质条件

工程区地处大通河河谷，主要建筑物布置在一级阶地后缘，地基岩性为上第三系砂质粘土岩夹粘土质砂岩：

岩层产状为NEl8NW°

天然密度2.4～2.69/cm

，，比重2.6～2.7，饱和抗压强度10～l5MPa，抗剪断强度f’=0.5～0.6，C’=0.2～0.3MPa，承载力：

强风化岩0.3～0.5MPa，弱风化揣0.5～0.8MPa。

进水闸、动力明渠、厂房、尾水渠、泄水渠等主要建筑物，基础均坐落在第三系砂质粘上岩夹粘土质砂岩上，基础工程地质条件良好。

1.3.3天然建筑材料

沙砾石料场勘测净砾石和净砂储量均瞒足本阶段设计储量要求。

砼粗、细骨料试验指标均符合规范要求的技术质量指标。

土料场土体较纯，土质均匀，结构较密室，土料场试验指标基本符合规范要求的技术质量指标。

块石料源选为沿开发河段的河床及河漫滩冲击砂卵砾石层中拣集使用，其质量符合规范要求。

1.4工程任务和规模

1.4.1工程任务

河桥电站为引水式电站，电站的主要任务是引水发电，电站建成后投入兰州电网运行，向电网销售电力，用以满足兰州电网及兰州市、永登县持续高速增长的电力、电量需求。

根据电站在电力系统中的作用及规模，参照《小水电水能设计规程》（SL76—94）的规定，本电站设计保证率采用P=85%。

电站的设计水平年采用第一台机组投产后的4~7年并和国民经济五年计划相适应。

按照施工进度安排，河桥水电站2008年左右增容机组发电。

因此，设计水平年为2015年。

1.4.2水利水能计算基本资料及依据

利用水文分析插补延长的52年天然径流系列，选取河桥枢纽断面五个水文代表年的天然径流资料（以日平均流量为单位）扣除上游工农业用水及枢纽~尾水生态用水后，进行计算量指标计算。

这五个水文计算代表年的相应天然年平均流量分别为108m3/s、101m3/s、88.8m3/s、77.9m3/s及72.4m3/s，其五年均值为89.6m3/s，与长系列多年平均流量89.9m3/s接近，所以选用的五个水文代表年具有一定的典型代表性，其精度可以满足本电站该阶段的水能设计与计算要求。

各代表年出力过程线等均按照P=15%、P=25%、P=50%、P=75%、P=85%绘制。

拟定电站装机容量4.65MW,动能指标见下表1—4—1

表1—4—1河桥水电站动能指标

项目

单位

近期

远期

总装机容量

MW

5.465

5.465

保证流量

m3/s

17.33

12.15

保证出力

kW

963

675

多年平均发电量

万Kwh

2403

2152

装机年利用小时数

h

4397

3938

1.5工程布置及建筑物

1.5.1工程布置

增容改造工程的总体布置承袭了该工程原布置格局,渠系建筑物在大通河左岸一级阶地后缘原线布置。

新建厂房布置在原500kW×2贯流机组厂房右侧，泄水渠方位与动力渠近乎垂直通往大通河。

尾水渠下游连城火电厂临河泵站取水口，该处河道水位受控于泵站枢纽，正常水位1850.0m。

1.5.2设计依据

（1）《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021—93）

（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）

（3）《小型水力发电站设计规范》（GB5007—2002）

（4）《小型水力发电站水文计算规范》（SL77—94）

（5）《小型水力发电站水能设计规划》（SL77—94）

（6）《水工建筑物抗震设计规范》（DL5071—2000）

（7）《小水电建设项目经济评价规程》（SL16—95）

（8）《混凝土重力坝设计规范》（DL5108—1999）

（9）《水里水电工程土木合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）

（10）《水闸设计规范》（SL265—2001）

1.5.3基本资料

（1）气象

年降水量420.4mm

年蒸发量1559.4mm

多年平均气温8.0℃

极端最高气温35.8℃

极端最低气温-20.6℃

实测最大风速14m/s

最大冻土深度80cm

（2）流量及水位

表1—5—1流量及水位表

序号

项目

洪水频率P

（%）

流量

（m3/s）

上游水位

（m）

下游水位（m）

坝下

厂房尾水

1

枢纽设计洪水情况

10

1260

1860.32

1859．32

2

枢纽校核洪水情况

5

1530

1860.72

1859.57

3

枢纽正常挡水位

1858.42

8

正常尾水位

105

1850.22

（3）泥沙冰情

平均悬移质含沙量0.95kg/m3

多年平均推移质输沙量67万t

岸边最大冰厚0.42m

河心最大冰厚0.65m

（4）岩土、土养物理力学指标

按地质的建议值采用：

砂质粘土岩强风化层允许承载力标准值

弱风化岩允许承载力标准值

抗剪断摩擦系数f’

抗剪断粘结力C’

（5）地震设防烈度

本电站以基本烈度Ⅶ度作为设防烈度。

主要建筑物进水闸、压力前池、压力管道、主、副厂房作抗震计算和采取抗震措施。

（6）安全系数

抗滑稳定安全系数按闸基低面与岩石地基之间抗剪断分析计算。

抗剪稳定安全系数：

基本组合3.0，特殊组合2.5。

混凝土及钢筋混凝土的安全系数，按《水工钢筋混凝土结构设计规范》SL/T191—96的规定采用。

（7）安全超高

进水闸在枢纽正常运用和非正常运用的静水位加波浪高度以上的安全超高，按规范规定设计洪水位不小于0.3m，校核洪水位不小于0.2m。

厂房校核洪水位以上超高0.3m以上。

（8）开挖边坡

覆盖层水上临时边坡：

1：

0.75～1：

1，永久开挖边坡1：

1～1：

1.25，水下临时开挖边坡：

1：

1.25～1：

1.5，永久开挖边坡1：

1.5～1：

0.75，临时0.1～0.5。

详见表1河桥水电站工程特性表。

表1河桥水电站工程特性表

序号

项目

单位

数量

一

水文气象

1

电站以上流域面积

Km2

14620

2

利用水文系列年限

年

52

3

代表性流量

多年平均流量

立方米每秒

97.7

校核洪水流量

立方米每秒

1530

P=5%

设计洪水流量

立方米每秒

1620

P=10%

施工导流洪水流量

立方米每秒

967

Q20%全年

497

Q20%六月

4

泥沙

多年平均悬移质输沙量

万t

269

多年平均含沙量

kg/立方米

0.95

多年平均输沙量

万t

336

5

气象

多年平均气温

℃

8

极端最高气温

℃

35.8

极端最低气温

℃

-20.6

多年平均降水量

mm

420.4

最大冻土深度

m

0.8

二

工程地质特性

1

引水系统

砂质粘土岩夹粘土质砂岩

2

前池

3

厂区

三

特征水位

1

枢纽上游校核洪水位

m

1860.72

P=5%

2

枢纽上游设计洪水位

m

1860.32

P=10%

3

枢纽正常挡水位

m

1858.42

4

校核尾水位

m

1850.8

设计尾水位

m

1850.32

正常尾水位

m

1850.22

四

电站动能指标

1

电站型式

引水式电站

2

基本地震烈度

度

Ⅶ

项目

单位

数量

备注

3

最大净水头

m

6.85

4

最小净水头

m

6.2

5

加权平均水头

m

6.33

6

额定水头

m

6.2

7

保证流量

立方米每秒

25

P=85%

8

额定流量

立方米每秒

105

9

装机容量

kw

5465

2×6

10

保证出力

kw

963

P=85%

11

多年平均发电量

万kw.h

2403

12

年利用小时数

小时

4397

五

主要建筑物

1

工程等别

等

V小

（2）

2

取水型式

引水式

3

引水枢纽

（1）

拦污栅

孔数

孔

2

孔口尺寸（宽×高）

m

4×5

墩底高程

m

1853.74

墩顶高程

m

1858.74

型式及数量

台

2

回转清污机

（2）

进水口

闸顶高程

m

1861.62

闸底高程

m

1855.42

设计引水流量

立方米每秒

105

闸孔尺寸（宽×高）

m

8.0×3.0

闸门型式及数量

扇

2

平板钢闸门

4

引水系统

设计引用流量

立方米每秒

105

（1）

明渠

明渠长度及断面型式

m

827.3

矩型断面

（2）

纵坡

1/2000

5

压力前池

前池正常水位

m

1857.15

项目

单位

数量

备注

溢流堰顶高程

m

1557.25

溢流堰长度

m

50

前池长度

m

47

前池最低高程

m

1845.85

闸顶高程

m

1858.75

拦污栅孔口尺寸及孔数

m

8×11.1×1

宽×高×孔数

快速闸门口尺寸及孔数

m

5.5×5.5×1

宽×高×孔数

6

压力钢管

断面型式

方形

断面尺寸（长×宽）

m

5.5×5.5

根数

根

1

7

厂房

主厂房尺寸（长×宽）

m

30×14.5

包括安装间

副厂房尺寸（长×宽）

m

9.7×12.05

水轮发电机安装高程

m

1339.5

发电机层高程

m

1849.333

六

主要机电设备

1

水轮机

台数

台

1

型号

GZ995-WP-330

额定出力

KW

4635

额定转速

r/min

125

单机设计流量

立方米每秒

81.8

2

发电机

台数

台

2

型号

SF4465-48/3560

额定电压

KW

3

调速器

型号

WST-80-4.0

台数

台

1

4

桥式起重机

台

1

七

施工特性

（一）

主要工程量

QD——32/5t

项目

单位

数量

备注

1

沙砾石

立方米

15093.8

2

土方填筑

立方米

21287.5

3

明挖石方

立方米

62427.9

4

现浇混凝土

立方米

29005.59

（二）

主要材料

1

木材

立方米

167

2

水泥

t

7809.58

3

钢材

t

76

4

钢筋

t

1008.5

5

炸药

t

6.8

2水文

2.1流域概况

大通河属黄河流域，地方青藏高原东北边缘，是湟水的最大一级支流，黄河的二级支流，发源于青海省的木里山，源头海拔高程4520m,整个流域面积15130k㎡,河道总长度560.7km,主河道平均坡降4.52%。

大通河流域形状似一窄长矩形，水系呈羽毛状分布，流域北岸位于祁连山，南岸位于大通山、达坂山，地势西北高而东南低。

流域可以门源和连城两地大致分为上、中、下三段；河源至门源为上段，河长322km,地形为峡谷和盆地相同，该段地势较高，气候寒冷，在潜山连城为中段，河长192km,该河段山势高耸，林木成片，峡谷紧连着峡谷，但在天堂寺以下，森林渐弱，耕地增多，河道呈阶梯状，坡降陡，水能资源丰富；连城以下至河口为下段，河长40km，植被稀少，连城至享堂间，河流两岸阶地上均为灌溉良田。

河桥水电站位于大通河下游，枢纽位于甘肃省兰州市永登县河桥镇南关村附近，水电站枢纽断面以上集水面积141542k㎡。

2.2气象

大通河流域深居西北内陆，气候受东南海洋季风的影响和蒙古高压的控制，具有冬长暑短、雨热同季、日照时间长、年降水少、蒸发量大、垂直分布明显和昼夜温差大的大陆性气候特点。

流域上游为祁连山中段，下游为祁连山东段，降水随高程的增加而递增的特点比较明显，气候要素随海拔高程变化呈现一定的变化规律，愈向上游冰冻期愈长，气温也低，降水量增大、蒸发量减少。

中下游降水集中在汛期，5～9月降水量约占全年总降水量的80％左右，上游在9月下旬至翌年6月上旬基本上为降雪天气。

河桥水电站的工程地段气象可以连城水文站和红杏气象站气象资料为代表，由此可见多年平均气温8.0℃,极端最高气温35.8℃,极端最低气温-20.6℃,年降水量420.4mm，年蒸发量1559.4mm，平均风速1.5m/s,最大风速14m/s，最大冻土深度为80㎝，最大积雪深度为9㎝。

2.3基本资料

大通河干流自上而下设有尕日得、尕大滩、天堂、连城、享堂等水文站。

其中享堂水文站始建于1940年，经黄委会整编后的完整连续资料子1950年至今，为观测系列最长的。

河桥水电站枢纽处无实测水文资料，上游14km处有连城水文站，连城水文站控制流域面积1391km2，而本工程坝址以上流域面积14542k