巴基斯坦某工程水电站GIS位置比选研究

张 涵，周宏民

(中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222)

1 工程概况

巴基斯坦某工程水电站位于巴基斯坦西北边境，是一座高水头、长隧洞引水式水电站工程。电站地下厂房内安装4台单机容量为221 MW的冲击式水轮发电机组，总装机容量884 MW。

该工程初设阶段开关站采用地下GIS开关站+户外出线平台的方案。初设阶段对地下厂房进行了外移布置优化并获得批复，厂房外移后出线洞长度由2100 m缩短为360 m，具备将GIS移至地面的条件，为了使工程获得更好的经济效益因而有必要对GIS布置位置进行技术经济比较研究[1-5]。

2 工程地质条件

地下厂房距河道最短距离约750 m，厂房顶部的最大埋深约430 m。厂房埋深部位岩性主要为变质玄武岩、变质石英砂岩、炭质片岩，岩体强度属于硬岩。厂房部位岩体片理产状整体走向为NE向，倾向为NW向，倾角以60°～80°为主。

出线洞基岩为石炭～二叠系的Panjal组地层，以变质玄武岩为主。岩层总体走向为NW向，倾向NE，倾角以60°～80°为主。

地面开关站布置于厂房东侧，地表主要为坡洪积(Q4dl+pl)和崩坡积物(Q4col+dl)，覆盖层厚度>3 m。基岩岩性主要为Panjal组的变质玄武岩和大理岩，表部出露基岩以弱风化为主，局部强风化状。

3 GIS布置方案比选

3.1 地下GIS开关站+户外出线平台(原方案)

该方案GIS布置在地下主变洞内，GIS开关站与地面出线平台通过2回GIL连接。具体布置如下文所述。

3.1.1 主变洞内布置

主变洞室布置在主厂房下游，距离主厂房45 m。主变洞底高程为1323.75 m，与主厂房运行层高程相同，长127.25 m，宽17.60 m，高33.35 m。主变洞室共分为两层。

一层为主变压器室，变压器布置在主变洞室上游侧，共布置13台主变压器(12台工作，1台备用)，各主变压器之间采用防火墙相隔。主变洞下游侧与主变压器之间为设备运输通道，通道上部设有电缆廊道。主变洞室左右两端布置有楼梯，事故油池布置在主变洞室右侧。主变压器室左侧布有排风设备，右侧布有进风设备。

二层为GIS室，GIS室高程为1337.10 m。GIS室上部布置有1台桥机，以满足设备安装及检修需要。GIS室右端布有吊物孔，及GIS控制用房，消防灭火设备室布置在GIS室左端，GIS室两侧均设有楼梯。GIS控制用房为二层框架结构。房间内布置有SCADA设备、MCTS设备、GIS变电站监控设备、GIS变电站保护设备等设备。主变洞拱顶右侧布有进风设备，左侧布有排风设备。

3.1.2 出线洞

出线洞为城门洞型，采用GIL出线，出线洞长度约为360 m，衬砌后断面尺寸为5.0 m×6.8 m。GIS通过两回GIL出线连接至地面出线设备。考虑两端设备连接段长度，GIL每相长度暂按平均500 m计，因此双回GIL出线设备总长度为2回×3相×500单相米=3000单相米。GIL洞典型断面如图1所示。

图1 基本设计方案出线洞典型断面图(单位：mm)

3.1.3 出线场平台

500 kV地面出线场地位于厂房东侧的Mangial沟内的“U”形转弯处。出线场采用半挖半填形式修建。出线场尺寸为85 m×135 m，场内布置线路电抗器、断路器、隔离开关、避雷器、PT等设备。

3.2 地面GIS开关站(比选方案)

主变压器布置于地下主变洞，主变压器与地面GIS开关站通过4回GIL连接。具体布置如下：

3.2.1 主变洞内布置

将GIS由主变洞外移至地面开关站后，主变洞底高程为1323.75 m，与主厂房运行层高程相同。主变洞断面尺寸为长127.25 m，宽17.60 m，高21.85 m，高度低于GIS布置地下方案，宽度不变。

主变洞室共分为两层。一层为主变压器室，其布置与GIS布置地下方案相同。二层布有避雷器、PT等设备，GIS设备由此层外移至地面开关站后，此层高度缩小11.5 m。此层两侧均设有楼梯，右端布有吊物孔。出线洞布置在此层的下游侧。

3.2.2 出线洞

GIS外移至地面后，出线洞内布置4回500 kV GIL线路，回路较多，有一定布置难度。但从土建投资和施工周期来看，1条出线洞比2条出线洞更加合理和经济，因此本阶段不考虑2条出线洞方案。

出线洞采用城门洞形，分为上下两层，下层布置出线设备，出线洞内4回出线水平并列布置，在出线洞两侧墙上各布置1回出线，在出线洞中间布置2回出线。出线洞断面尺寸为6.88 m×7.20 m，其典型断面见图2。

图2 出线洞断面布置图(单位：mm)

3.2.3 地面开关站

地面开关站位置与GIS地下方案相同。GIS外移后布置在开关站的端部，出线场尺寸85 m×160 m，稍大于GIS布置于地下方案。开关站采用永临结合半挖半填形式修建。根据主变洞与出现场的相对位置关系，出线洞由开关站北侧入站。出线洞出口处设置出口建筑物。出线洞出口建筑物设置在正对GIS设备的中间位置，4回GIL由出口引出后分别与4回GIS进线间隔相连。

3.3 工程量及经济指标比选分析

两个方案的工程量见表1。

表1 主变及开关站工程各方案工程量及经济指标比较情况

GIS布置在地面方案与基本设计方案相比：

(1)主变洞跨度相同，高度减小11.5 m，同时GIL洞宽度增大1 m，两者相比，地下工程施工难度略有降低。

(2)主变洞工程量有所减少，GIL洞工程量有所增加，总体看GIS布置在地面方案的土建工程量略少于基本设计方案，土建投资略有降低，但机电设备投资增加较多，两者相比，GIS地面方案投资较大。

(3)本电站地下工程是制约工期的关键线路，GIS布置在地面，可方便地下工程施工、减少工程施工难度，加快地下工程施工工期。

综上，从技术方面看两方案均可行，工程技术难度相当，主要差别在于工期、施工难度、地质风险、工程量及投资等方面。综合考虑布置条件、工程技术难度、工程量变化可控性、运行管理等因素，建议GIS移至地面方案。

4 结 语

通过开关站位置比选，确定了地面GIS开关站布置方案，将GIS开关站布置于地面便于管理、维护工作。同时减少了地下土建工程，加快了施工进度，节约了工期。