宝鸡市渭河鸡冠岩水电站初步设计.docx
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宝鸡市渭河鸡冠岩水电站初步设计
宝鸡市渭河鸡冠岩水电站初步设计
摘要：
本设计是宝鸡市鸡冠岩小型水电站的一个初步设计。
鸡冠岩水电站位于宝鸡市陈仓区颜家河乡北星村，是渭河干流上兴建的第一座水力发电站，属于径流式水电站。
本设计部分主要在确定鸡冠岩水电站工程地质条件、地形条件、水文气象等的基础上，确定了工程的基本规模、等级和建筑物布置。
进行了电站厂房的设计规划和水电站装机容量的确定，在确定电站的装机容量和年利用小时数之后，进行水轮机发电机组的选型方案比较，确定最后的装机容量和机组选型。
同时进行了水电站压力前池、泄水道、压力管道、主副厂房的布置和设计。
其中，在确定了工程规模等级之后，利用电站的水位流量关系和年系列数据进行水能计算，可以确定电站的装机容量和年利用小时数；继而根据装机容量和年利用小时数进行水轮机的选型和比较，分析计算后找出最合适的机组选型付诸实施；根据电站的地形和地质条件和具体的水位流量条件可以将水电站的压力前池、压力管道、主副厂房的具体位置和尺寸确定。
设计的过程涉及到工程水文学和水电站的基本知识，最后将实地考察过的电站坝址具体河流状况进行综合分析，得出电站设计的具体工程图。
由于本科阶段知识和专业的限制，在做设计时主要进行了电站装机容量的确定和厂房的布置计算，以及电站建筑物的布置和计算。
鸡冠岩水电站工程所处的河段无论从地质条件、交通运输还是施工场地来讲都很方便，因此作为渭河干流上的小型电站，其优越性可见。
通过水电站的设计，可以看出电站的修建不会淹没耕地，不会移民，没有污染，是一项效益宏观的工程。
关键词：
鸡冠岩水电站；初步设计；装机容量；总体布置；电站厂房
BAOJIWEIHECOCKSCOMBROCKSTATION’SPRELIMINARYDESIGN
Abstract：
ThisdesignisapreliminarydesignBaojiCockscombRockofsmallhydropowerstations.CockscombRockStationislocatedinBaojiCityChencangYanJiahe,NorthStarVillage,itisthefirsthydroelectricpowerstationbuiltontheWeiheRiver,whichbelongstoHydropowerstation.
ThedesignindeterminingmajorsCockscombRockStationthebasisofhydropowerengineeringgeologicalconditions,topography,hydrologyandmeteorology,onthescaletodeterminethebasicengineering,gradingandbuildinglayout.Weredesignedtodeterminetheplanningandhydropowerinstalledcapacitypowerstationplant,indeterminingthenumberofinstalledcapacityandannualpowerplantutilizationhoursaftertheselectionprogramconductedturbinegeneratorset,determinesthefinalcapacityandunitselection.Stationalsocarriedoutbeforethepressuretank,drainingtract,pressurepiping,mainandauxiliaryplant’slayoutanddesign.
Amongthem,indeterminingthesizeoftheprojectlevelafterthewaterlevelandflowrelationshipsinthedataserieshydropowerplantswerecalculatedtodeterminetheinstalledcapacityandannualpowerplantutilizationhours;Thenbebasedontheselectionandcomparisonofturbinecapacityandannualutilizationhours,afteranalysisandcalculationtoidentifythemostappropriateunitselectionimplemented;accordingtotheterrainandgeologicalconditionsandspecificpowerplantlevelandflowconditionscanbedeterminedbeforethepressurehydropowerpool,pressurepiping,mainandauxiliaryplantspecificlocationandsize.Designprocessinvolvesbasicknowledgeofhydrologyandhydropowerengineering,andfinallyvisitedhadspecificriverhydropowerstationcomprehensivesituationanalysis,thespecificplantdesigndrawings.
Becauseofknowledgeandprofessionalofundergraduaterestrictions,designismainlyfordoingalayoutcalculationtodeterminethecapacityofpowerplantsandfactories,aswellaslayoutandcomputingpowerplantbuildings.
CockscombRockStationinwhichthehydropowerprojectisveryconvenientfromeithergeologicalconditions,transportationorconstructionsiteconcerned,soasasmallpowerstationontheWeiheRiver,itssuperiorityisvisible.Throughthedesignofhydropowerstations,youcanseetheconstructionofthepowerstationwillnotbeinundatedfarmland,notimmigration,nopollution,isaneffectivemacroproject.
Keywords:
CockscombRockStation;preliminarydesign;capacity;overalllayout;powerhouse
第1章综合说明…………………………………………………………………………
（1）
第2章水文气象…………………………………………………………………………（3）
2.1流域概况和基本资料…………………………………………………………………（3）
2.2水文气象……………………………………………………………………………（3）
2.2.1降水………………………………………………………………………………（3）
2.2.1径流………………………………………………………………………………（4）
2.2.2.1．径流资料一致性分析………………………………………………………………（4）
2.2.2.2．林家村水文站年径流分析计算………………………………………………………（4）
2.2.2.3．鸡冠岩水电站年径流分析…………………………………………………………（4）
2.2.2.4．鸡冠岩水电站日平均流量分析………………………………………………………（4）
2.2.3暴雨………………………………………………………………………………（5）
2.2.4洪水………………………………………………………………………………（5）
2.2.4.1.设计洪水…………………………………………………………………………（5）
2.2.4.2.施工洪水…………………………………………………………………………（6）
2.2.5泥沙………………………………………………………………………………（7）
2.2.6水位流量关系……………………………………………………………………（7）
第三章工程地质条件……………………………………………………………………（10）
3.1地貌条件及第四纪地质………………………………………………………………（10）
3.2地质构造及岩石………………………………………………………………………（10）
3,3工程布置区地质构造…………………………………………………………………（11）
3.3.1引水枢纽处地质条件……………………………………………………………（11）
3.3.2引水隧洞处地质条件……………………………………………………………（11）
3.3.3电站枢纽处地质条件……………………………………………………………（11）
3.4天然建筑材料………………………………………………………………………（12）
第四章水能计算与装机容量…………………………………………………………（13）
4.1水能计算……………………………………………………………………………（13）
4.1.1规划水头…………………………………………………………………………（13）
4.1.2设计水头…………………………………………………………………………（13）
4.1.3多年平均发电量计算……………………………………………………………（13）
4.1.4保证出力与保证年发电量的确定…………………………………………………（13）
4.2装机容量确定………………………………………………………………………（13）
4.2.1水能计算及保证出力……………………………………………………………（14）
4.2.2装机容量及机组选型比较…………………………………………………………（14）
第五章工程总体布置……………………………………………………………………（16）
5.1工程总体布置………………………………………………………………………（16）
5.2引水枢纽建筑物布置…………………………………………………………………（16）
5.2.1坝址、坝线布置……………………………………………………………………（16）
5.2.2主要建筑物布置…………………………………………………………………（17）
5.2.2.1溢流坝段…………………………………………………………………………（17）
5.2.2.2冲刷闸……………………………………………………………………………（17）
5.2.2.3进水闸……………………………………………………………………………（17）
5.3输水工程布置………………………………………………………………………（17）
5.4电站建筑物布置………………………………………………………………………（17）
5.4.1压力前池布置……………………………………………………………………（17）
5.4.2压力管道布置……………………………………………………………………（18）
5.4.3厂房尾水及防洪墙………………………………………………………………（18）
5.4.4变电场及进厂道路………………………………………………………………（19）
第六章电站设计…………………………………………………………………………（20）
6.1压力前池设计………………………………………………………………………（20）
6.2压力管道设计………………………………………………………………………（20）
6.3厂房设计……………………………………………………………………………（21）
6.3.1高程的确定………………………………………………………………………（21）
6.3.1.1水轮机安装高程的确定……………………………………………………………（21）
6.3.1.2厂房各部分安装高程的确定…………………………………………………………（21）
6.3.2厂房尺寸的确定…………………………………………………………………（22）
6.3.2.1机组间距的确定……………………………………………………………………（22）
6.3.2.2厂房长度和宽度的决定………………………………………………………………（22）
6.4防洪闸及尾水闸门设计………………………………………………………………（22）
6.4.1防洪墙的设计……………………………………………………………………（22）
6.4.2尾水闸门设计……………………………………………………………………（22）
第七章结论………………………………………………………………………………（24）
参考文献…………………………………………………………………………………（25）
致谢………………………………………………………………………………………（26）
附录………………………………………………………………………………………（27）
附录一初步设计图纸……………………………………………………………………（28）
图1-1厂区平面布置图………………………………………………………………（28）
图1-2厂房平面布置图…………………………………………………………………（28）
图1-3厂房纵剖视图…………………………………………………………………（28）
图1-43#机组厂房横剖视图……………………………………………………………（28）
附录二英文文献翻译……………………………………………………………………（29）
第一章综合说明
鸡冠岩水电站工程位于为何的干流宝鸡县境内的颜家河乡北星村，电站下游距离坪头镇约5km，距离宝鸡市约45km，距离下游渭河林家村水文站约39km。
工程的线路和全部建筑物均布置在渭河左岸，310国道公路位于右岸沿河道走线，交通方便，公路与电站布置互不交错。
工程为低坝引水式电站，是渭河梯级水电站工程中有开发价值的项目。
该项工程包括：
重力坝，坝高13m，坝长100m，坝形为浆砌石溢流重力坝引水渠首，引水隧洞，洞径6.0×6.7m²，长588m的输水隧洞工程及水电站三部分。
此项目电站发电引用流量72,8m³/s，设计水头15.5m，电站总装机容量9000Kw（2×2500+2×2000）。
电站多年平均发电量4986万kw·h。
通过查阅国家新的防洪标准（GB50201-94），结合本工程实际情况，确定工程为五等工程，主要建筑物为5级。
建筑物按10年一遇洪水（3130m³/s）设计，50年一遇洪水（5380m³/s）校核，电站防洪堤最高可抵御100年一遇的洪水。
下面的的表格是水电站工程的主要经济技术参数。
工程主要经济技术参数
序号
项目
单位
数量
备注
1
工程等级
5
2
建筑物
5
3
流域面积
km²
29411
4
多年平均径流量
m³/s
73.6
5
年输沙量
104t
16400
6
引水枢纽设计洪水流量
m³/s
3130
引水枢纽设计洪水位
m
701.92
7
引水枢纽校核洪水流量
m³/s
4850（P=2%）
引水枢纽校核洪水位
m
713.49
8
电站设计洪水流量
m³/s
4620（P=3.3%）
电站设计洪水位
m
695.3
9
电站校核洪水流量
m³/s
5380（P=2%）
电站校核洪水位
m
695.8
10
坝型
浆砌石重力式溢流坝
11
坝高
m
13.0
12
坝顶高程
m
705.0
13
坝长
m
100
14
进水闸形式、孔数
潜孔平面钢闸门，二孔
15
进水口引水高程
m
704.68
16
进水库底板高程
m
699.95
17
进水闸孔口尺寸
m²
3×5
18
进水闸设计引用流量
m³/s
74.5
19
冲刷闸形式、孔数
潜孔平面钢闸门，三孔
20
冲刷闸底板高程
m
697.0
21
冲刷闸孔口尺寸
m
4×5
22
冲刷闸设计流量
m²
128.3
23
冲刷闸最大泄流量
m³/s
385.0
24
动力渠道总长
m
633.6
25
隧洞长度
m
588
26
压力前池设计水位
m
703.77
27
前池最高水位
m
705.22
28
溢流堰顶高程
m
703.77
29
前池容积
m³
10270
30
压力管道长度
m
25
31
砼管直径
m
2.8
电站设计尾水位
m
688.1
32
电站最低尾水位
m
687.3
33
电站设计毛水头
m
15.67
34
电站发电引用流量
m³/s
72.8
35
水轮机型号，台数
ZD500-LH-1801台
ZD500-LH-2502台
36
发电机型号，台数
SF2500-20/26002台SF2500-18/26002台
37
调速器型号，台数
YTD-30004台
38
主变器型号，台数
SF8-12500/110/10.51台SF7-200/10.5/0.42台
39
装机容量
kw
2500×2+2000×2
40
设计保证率
%
75%
41
保证出力
Kw
3495
42
多年平均发电量
万Kw·h
4986
第二章水文气象
2.1流域概况和基本资料
鸡冠岩水电站位于宝鸡县颜家河乡北星村，东距坪头镇5km，东距宝鸡市25km，是渭河干流资源开发工程，坝址控制流域面积29411km²。
渭河发源于甘肃省渭源县乌鼠山，源地海拔高程3230m，干流平均纵比降42.1‰，其南北两岸自然条件差异较大，北岸黄土覆盖层厚，植被较差，气候干燥，洪水暴涨暴落，径流年际年内变化较大;南岸有森林和草地分布，植被良好，气候湿润，洪水平稳，径流年际年内变化较小。
渭河流域内河网发育，但两岸支流发育不对称，南岸河流源于秦岭北麓，大体为清水河流,支流多,比降大，短小流急，滚石量大，推移质严重，近正交注入渭河，主要有漳河、榜泌河、惜河等；北岸支流源远流长，多为泥沙性河流，主要支流有通关河、秦祁河、咸河、葫芦河、小水河等。
据宝鸡县农业区划资料，鸡冠岩水电站坝址以上渭河流域内宝鸡段为西部深山林牧寒温半湿润区，其降水受大气环流、纬度和地形的影响较大，夏季主要受西伸的太平洋带高压及青藏大陆负高的影响，往往造成大面积的降雨，该地年平均气温6.0-10.5℃，年日照时数1700-1900h，地面坡度大，山多地少，宜以林业为主，适合发展牧业。
2.2水文气象
鸡冠岩水电站坝址处无实测水文资料，但其下游渭河干流上有林家村水文站，区间面积为1250km²（林家村集水面积为30661km²），占林家村站控制面积的4.07%。
两地控制流域内水文气象条件和下垫面因素都比较一致，因此可用水文比拟法，以林家村水文站实测资料作为鸡冠岩水电站设计的主要依据。
林家村水文站建于1934年，观测项目齐全（有降水、径流、蒸发、泥沙、水质等），现有1944-1993年共50年的连续观测资料,系列长、精度高，具有典型性和代表性，可以满足设计对资料的要求。
2.2.1降水
渭河水系的降水主要受大气环流、纬度和地形的影响，年内分配极不均匀，降水集中于六、七、八、九四个月，其降水量占年总量的60%以上，而枯季十一月至次年二月仅占7%左右。
六月至八月降水多以暴雨形式出现，形成洪水，以致造成洪涝灾害和严重的水土流失。
九月降水最为集中，约达年总量的19%。
年降水的变差系数在0.25-0.3之间,最大年降水变率为1.28-1.58,最小年降水变率为0.52-0.74。
据林家村水文站资料，多年平均降水量708.2mm，最大年降水量1170.9mm（1940年），最小437.5mm（1977年）。
多年平均降水日数34.6天（≥5mm）。
多年平均蒸发量917.2mm,4-8月蒸发量占全年的64.9%。
2.2.2径流
渭河水系的径流受降水的影响严重，其年际内变化与降水呈同步性。
由前所述，鸡冠岩水电站设计以林家村水文站实测资料为依据。
2.2.2.1．径流资料一致性分析
渭河林家村以上流域，水资源开发利用主要是农业灌溉，且限于支流，迄今，干流尚未修建一座水电站。
为使设计成果具有一定的可靠性，采用单累积曲线对林家村的径流资料分析（图2-1），发现一致性在所用资料段内未受破坏。
2.2.2.2．林家村水文站年径流分析计算
对林家村水文站1944年——1993年共50年的年径流资料采用矩法初估其统计参数，得该站多年平均流量Q=76.7m³/s、变差系数=0.35,经适线（图2-2）得Q=76.7m³/s、=0.38、=2.5、=0.95,不同频率的年径流值如表2-1。
表2-1林家村水文站年径流量分析成果表
多年平均量（m³/s）
/
不同频率的年均流量（m³/s）
计算
采用
10%
25%
50%
75%
90%
95%
76.7
0.35
0.38
2.5
115.8
93.1
72.1
56.0
43.7
37.6
2.2.2.3．鸡冠岩水电站年径流分析
以林家村水文站为参证站,采用面积比拟法推求鸡冠岩水电站坝址处的年径流,即分析计算成果见表2-2。
表2-2鸡
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