莫莫克水利枢纽工程初步设计

黄志明

(新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程地理位置与概况

莫莫克水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区，具体在喀什地区叶城县境内的提孜那甫河山区河段区域。该工程主要承担发电、防洪、灌溉任务。工程设计的水库为中(3)型，0.93亿m3总库容，1 873.00 m死水位，1 894.00 m正常蓄水位，26 MW总装机容量。工程每年可以输送7 768万度电给电网，改善当地发展中对电能的要求。

工程主要有：泄洪洞、拦河水坝、发电引水洞、溢洪道、生态过鱼设施及电站厂房等。拦河大坝形式为沥青混凝土心墙坝，坝高最大为75.00 m。地震设防烈度Ⅷ度。

2 工程任务和规模

根据项目工程的概况和位置，参考相关标准，对于工程的总体任务和规模设计阐述如下。

2.1 项目建设任务

建设任务为：防洪、灌溉兼顾发电。

2.2 设计水平年和设计保证率

设计水平年：现状年为2017年，规划设计水平年为2030年。设计保证率：工程电站设计90%保证率，节水灌溉设计85%保证率。

2.3 综合利用要求

2.3.1 防洪

通过对提孜那甫河防洪工程现状、防洪保护对象及防洪标准分析，提孜那甫河重要保护对象的防洪标准为20 a一遇，其余保护对象和乡村及农田防洪标准为10 a一遇，设计水平年随着下游堤防工程的建设，莫莫克水库坝址断面河道安全泄量638 m3/s，因此需通过莫莫克水库调节将提孜那甫河20 a一遇洪水削减至10 a一遇。采用水库“砍平头”调度运用方式，提孜那甫河防洪保护对象按照10 a一遇标准进行分析计算，所需防洪库容为411万m3。莫莫克水利枢纽防洪库容运用时间为每年6、7、8三个月。

2.3.2 灌溉

设计水平年2030年，根据提孜那甫河流域灌区水资源供需分析计算(P=75%)结果，求得莫莫克坝址断面灌区灌溉缺水量为4 948.13万m3，缺水区域主要在叶城灌区，缺水月份集中在4月和5月。由调节库容频率排频确定提孜那甫河灌区在坝址断面的调节库容为4 957万m3(未计入水量损失)，经长系列径流调节计算，需莫莫克水利枢纽灌溉调节库容5 256万m3(计入水量损失)。

2.3.3 发电

莫克水利枢纽具有较大库容，一定水头，工程在满足防洪与灌溉任务之后具备兼顾发电的能力。工程不设发电库容，根据防洪要求和农业灌溉用水过程进行发电。电站装机容量26 MW，多年平均年发电量7 768万kW·h，到设计水平年2030年其电力电量完全可以被喀克电网消纳，电站在系统基荷运行。

2.4 电站装机容量选择

根据莫莫克水利枢纽的任务、动能特性及莫莫克水库的调节性能，拟定20、23、26、29 MW和32 MW五组装机方案。装机利用小时数在2 400-3 600 h之间。通过经济技术综合比较，推荐装机容量为26 MW，多年平均有效年发电量7 768万kW·h，装机利用小时数2 988 h。

3 工程布置及主要建筑物

3.1 地震烈度

根据新疆防御自然灾害研究所2019年4月《新疆莫莫克水利枢纽工程地震危险性分析报告》以及《中国地震动参数区划图》，坝址区地震基本烈度值为Ⅷ度，本工程建筑物抗震设防类别为乙类，工程设防烈度为Ⅷ度，地震反应谱特征周期为0.45 s，地震动峰值加速度值采用216.10 gal。

3.2 主要建筑物

根据坝线、坝型及枢纽布置比选，此阶段推荐上坝线沥青混凝土心墙坝方案。根据上坝线库区的地形、地质条件，枢纽由沥青混凝土心墙坝、表孔溢洪道、泄洪冲沙洞、发电引水洞及电站厂房等建筑物组成。在整个河谷布置心墙坝，溢洪道布置在左岸紧靠坝肩布置，泄洪冲沙洞布置于河床右岸，发电引水系统布置泄洪冲沙洞的右侧，发电厂房为岸边式地面厂房。

3.3 边坡工程

3.3.1 边坡工程级别

边坡工程所处位置主要为大坝右岸坝肩边坡、溢洪道泄槽边坡、发电洞及泄洪冲沙洞联合进水口边坡、发电洞出口边坡、泄洪冲沙洞出口边坡。

3.3.2 边坡处理

大坝右岸边坡、溢洪道泄槽边坡、发电洞及泄洪冲沙洞联合进水口边坡、发电洞出口边坡、泄洪冲沙洞出口边坡抗滑稳定系数均满足规范要求。

右岸边坡普遍较高，砾岩属软岩，容易受降水和雨雾影响从而产生软化及表层剥落，本身抗冲刷能力较差，因此适当增加防护处理措施。

3.3.3 生态放水建筑物

考虑下游生态用水要求，在下游河道厂房右侧布置生态放水管。位于1#支管(桩号发0+388.917)处通过球形岔管连接生态放水管，当机组全部检修时打开工作阀，将生态流量放入下游河道。

3.4 过鱼建筑物

根据主要建筑物的特性及布置方案，莫莫克水利枢纽过鱼设备采用“集诱鱼系统+运输车+投放系统”的方式过鱼，过鱼设施布置在厂房尾水反坡右侧，共设置两个进口，其工作原理为：从生态放水管引入一定流量的水，经阀门调流消能后注入消力池，从消力池流出的水仍具有一定的动能，经集鱼池、从诱鱼道流出，使诱鱼道内产生约0.60 ～1 m/s的流速，鱼类逆流而上，沿诱鱼道进入集鱼池。将集鱼斗停放于集鱼池底部，通过移动集鱼栅，将进入集鱼池内的鱼类赶至集鱼斗上方，通过提升集鱼斗，将鱼类集中至集鱼斗内。将集鱼斗提升至运鱼车上，通过运鱼车将集鱼斗拉至上游投放点后投入天然河道。

4 工程电气方案设计

4.1 工程接入系统

根据当地电网地区用电负荷情况，电站拟以110 kV一级电压接入系统，出线2回，其中1回出线至柯克亚变，距离约为42.30 km，导线选用JL/G1A-240。1回备用。

4.2 电气主接线

4.2.1 发电机侧接线方案

装机容量为2×10+2×3 MW，发电机额定电压为10.5 kV，额定功率因数0.80，电站总装机容量和单机容量在当地系统中所占比例不大，发电机电压侧接线选择扩大单元接线，接线设备投资较低，且其接线简单清晰，运行灵活可靠，完全满足本电站安全稳定的运行要求。

4.2.2 110 kV升高电压侧

此电站地震基本烈度均为Ⅶ度，抗震设计烈度为Ⅷ度，且工程地处多风沙地区，环境比较恶劣。110 kV配电装置可选用户内GIS设备和户外敞开式设备。根据电站厂区布置情况，厂房两侧边坡比较陡峭，不适合布置敞开式开关站，厂房对岸管理区处较为平坦，适合布置敞开式开关站，面积约60 m×60 m，距离厂房约400 m。变压器布置在电站厂房侧，并相应增加110 kV架空线路投资50万元。GIS采用室内布置，减少了开关站开挖量，且设备布置紧凑，比户外敞开式布置节省约198万元左右。故GIS方案在技术和经济方面均具有明显优势，故110 kV高压侧配电装置推荐采用GIS方案。考虑到水电站110 kV侧进出线回路数不多，110 kV出线侧设备采用GIS设备，设备故障概率很低，可靠性高，单母线接线完全满足电站安全稳定的运行要求，故110 kV侧采用单母线接线。

4.3 主要电气设备布置

厂房布置方案：主机间尺寸(长×宽)为66.92 m×17.70 m，主厂房布置四台水轮发电机组。发电机层高程为1 847.90 m，上游侧设置机电屏、机组LCU屏、制动屏、发电机保护屏、励磁屏等。水轮机层高程为1 841.80 m，上游侧设置调速器电控柜、调速器油泵控制屏、蝶阀控制屏。

副厂房布置在主厂房上游侧，与主厂房同长，宽11.40 m。一次副厂房分为四层，一层为副厂房水轮机层，高程为1 842.90 m，布置发电机出口柜、励磁变、电缆桥架等设备。二层为副厂房发电机层，高程为1 847.90 m，布置交接班室、中控室、继保间、蓄电池室、通信室、0.40 kV厂用电室、通风室等。三层为副厂房GIS电缆夹层，高程为1 852.90 m，布置有电缆桥架，GIS主变出线等设备。副厂房上游侧布置主变平台，高度为1 847.90 m，主变周围设置围栏，高度≥1 700 mm。

综上所述，针对电站工程容量和地理位置的特点，设计中参考实际情况进行了相关设计，发电机电压侧接线选择扩大单元接线，110 kV采用单母线接线方式，确保工程满足需求的情况下，也提高了工程的经济性。

5 结语

莫莫克水利枢纽是《新疆叶尔羌河流域规划报告》确定建设的控制性枢纽工程，文章介绍了工程设计的主要技术指标，特别针对电站厂区的实际地理情况，对电气设备布置和接线进行了对应设计，很好地完成了工程需求。此工程报告已通过上级水利部门验收，进入建设阶段，可为同类工程设计中提供参考。