抽水蓄能电站工程通用设计-输水系统进/出水口简介

甘 炼，易清元

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

“十三五”期间，国家能源和电力规划都要求加快抽水蓄能电站建设，并明确“十三五”期间新开工抽水蓄能容量6 000 万kW 左右，到2025 年我国抽水蓄能运行容量将达到1 亿kW。随着抽水蓄能电站建设规模持续扩大，为适应抽水蓄能电站快速发展的需求，推进技术创新，发展规模优势，深化完善基建标准化建设工作，充分考虑项目建设单位对于工程设施安全、景观生态、运营维护等方面的新要求，大力研究和推广抽水蓄能电站通用设计可以极大提高工程建设质量和工作效率。

1 设计原则

1.1 通用设计原则

进/出水口采用三维设计方法，遵循国家电网公司通用设计的原则：安全可靠、环保节约；技术先进，标准统一；提高效率、合理造价；努力做到可靠性、统一性、适应性、经济性、先进性和灵活性的协调统一。针对大型抽水蓄能电站工程进/出水口不同结构型式、装机台数、输水系统不同供水方式进行通用设计编制。

1）可靠性。确保进/出水口各设计方案水工结构、金属结构及电气设备安全可靠，确保工程投入运行后电站安全稳定运行。

2）统一性。建设标准统一，基建和生产运行的标准统一，进/出水口布置格局体现抽水蓄能电站工程上、下水库进/出水口水工结构、金属结构及电气设备布置要求和国家电网公司企业文化特征。

3）适用性。结合国内已建、在建大型抽水蓄能电站工程建设经验以及蓄能电站发展趋势，综合考虑抽水蓄能电站工程进/出水口具有双向水流、水力条件复杂、受地形地质以及气候条件影响大的特点，选定的典型方案在国内不同地形条件、不同装机规模（机组台数）、不同供水方式、南北方不同气候特点及建筑风格的抽水蓄能电站工程建设中具有广泛的适用性。

4）经济性。按照全寿命周期设计理念和方法，在保证安全可靠的前提下，进行技术经济综合分析，实现电站工程全寿命周期内进/出水口布置功能匹配、寿命协调和费用平衡。

5）先进性。提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力，坚持技术进步，推广应用新技术，代表国内外先进设计水平和抽水蓄能电站工程输水系统上、下水库进/出水口布置及管理技术发展趋势。

6）灵活性。可灵活运用于国内相应各方案适用条件下的大型新建抽水蓄能电站工程。

1.2 进/出水口主要设计原则

1）进/出水口主要型式。抽水蓄能电站进出水口型式主要分为侧式和竖井式两种，其中以侧式进/出水口应用较多；侧式进/出水口根据布置型式的不同又可分为闸门竖井式、岸塔式和岸坡式3 种布置方式，其中以闸门竖井式和岸塔式应用最多。

2）进/出水口型式选择的条件。进/出水口型式的选择，应根据电站与输水系统布置的特点、地形地质条件及运行要求，经不同布置方案的技术经济比较，因地制宜选择侧式（岸塔式与闸门竖井式）、竖井式或其他型式。

3）进/出水口型式选择要求具备良好的水利条件。进/出水口无论采取何种型式，均应该具备良好的水力条件，这是进/出水口水力设计的基本要求。主要包括；

①进流时，各级运行水位下进/出水口附近不产生有害的漩涡。

②出流时，水流扩散均匀，水头损失小。

③进/出水口附近库内水流流态良好，无有害回流或环流出现，水面波动小。

④防止漂浮物、泥沙等进入进/出水口。

2 通用设计内容

2.1 典型方案

通过国内已建蓄能电站工程经验，结合抽水蓄能电站建设及发展趋势，根据进/出水口不同空间位置与结构型式、电站装机台数以及输水系统不同供水方式，共设立了10 个典型方案，其中上水库共4 个方案，分别是：方案一（4 台机，1 洞2 机，闸门竖井式布置）、方案二（4 台机，1 洞2 机，岸塔式布置）、方案三（4 台机，1 洞2 机，竖井式，闸门布置在山体内）、方案四（4 台机，1 洞2 机，竖井式，闸门布置在水库内）；下水库共6个方案，分别是方案五（4 台机，单机单洞，闸门竖井式布置）、方案六（4 台机，单机单洞，岸塔式布置）、方案七（4 台机，2 机1 洞，闸门竖井式布置）、方案八（4 台机，2 机1 洞，岸塔式布置）、方案九（4 台机，2 机1 洞，闸门竖井式布置）、方案十（4 台机，2 机1 洞，岸塔式布置）。通用设计在统一抽水蓄能电站各系统设计的基础上研究典型布置方案（表1）。

表1 进/出水口通用设计典型设计方案特性表

2.2 进/出水口的组成

1）侧式进/出水口。侧式进/出水口主要由引水明渠段、防涡梁段（含拦污栅）、调整段、扩散段、闸门段、渐变段、拦污栅启闭机排架、闸门启闭机排架与机房、交通桥、配电房等组成，主要金属结构包含事故、检修闸门、拦污栅以及启闭设备，见图1。

2）竖井式进/出水口。竖井式进/出水口主要由进水池、塔体段、喇叭口段、竖井（直管）段、弯管段、连接扩散段、隧洞段、闸门段、渐变段、闸门启闭机排架与机房、交通桥、配电房等组成。

主要金属结构包含事故、检修闸门及其启闭设备。见图2。

2.3 金结与电气设计

金属与结构设计主要包括拦污栅、事故闸门、检修闸门等金属结构布置和设计、固定卷扬机、门机、桥机等闸门及拦污栅起吊检修设计，对于北方寒冷地区，同时考虑了进/出水口防冰冻设计内容。

图1 侧式进/出水口

图2 竖井式进/出水口

电气设计主要包括电气一次和二次设计、配电房、远程与现地控制级监控设计等内容。

2.4 建筑设计

主要包括：启闭机房和排架柱的整体建筑效果、墙体、屋面、门窗、装修、涂料等。

2.5 细部设计

主要包括：进出水口闸门通气孔、拦污栅槽、门槽盖板、吊物孔盖板与护栏、闸门井平台护栏等。

3 适用范围

1）应根据工程进出/口的地形地质、水文地质条件，以及枢纽布置的实际情况，对进/出水口布置方案进行研究分析，进行不同条件下的进/出水口型式选择：

①当水库库岸地势较高、山坡坡度较陡，输水系统与水库连接具备水平向布置的地形地质条件时，宜采用侧式进/出水口；

②当进/出水口地质条件较好，岩体完整、稳定，具备闸门竖井成洞条件时，宜采用闸门竖井式进/出水口；

③当进/出水口地质条件较差，风化层厚或边坡陡峭，采用闸门竖井式进/出水口时易产生高边坡，土石方开挖与支护工程量较大时，宜采用岸塔式进/出水口；

④当水库库岸地势较低、山坡坡度较缓，输水系统与水库连接具备水平向布置的地形地质条件时，宜采用竖井式进/出水口；

⑤高地震区有较高抗震要求的进/出水口，宜优先采用闸门竖井式或岸塔式进/出水口。

2）应根据工程实际所处地理位置、气候特点、电站周边环境及景区建筑规划，选择并形成符合实际要求的外观设计方案，使之保持与工程所在地及风景区的建筑风格、气候特点相协调。

在满足安全、实用的前提下，为了给人一种美好的视觉感受，最终使建筑成为一道亮丽的风景线，通用设计中建筑的外观设计考虑现代与古典两种设计风格。其中启闭机室排架又综合考虑南、北方不同气候特点，分别采用开放式与封闭式两种设计风格，形成了“古典+开放”、“古典+封闭”、“现代+开放”和“现代+封闭”等4 种不同设计风格。而配电房的选择受进/出水口地形等条件影响较大，配电房实际选址时应对方案中的各种条件进行研究分析，形成符合实际要求且美观的配电房设计。

4 结 论

工程设计过程中，设计人员根据具体工程的水文地质条件与工程枢纽布置实际情况，在安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效的设计原则下，进一步强化工程安全、投资节约、提高效率、降低运行成本的思路，对各种方案进行研究对比分析，选择符合要求的蓄能电站进/出水口布置。