厂 区 布 置.docx

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厂区布置

第九节厂区布置

厂区布置是指水电站的主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、引水道、尾水道及厂区交通的相互位置的安排。

一、主厂房

主厂房是厂区的核心，对厂区布置起决定性作用，其位置要综合考虑地形、地质、水流条件、施工导流方案和场地布置、电站的运行管理等多种因素，除了注意厂区各组成部分的协调配合外，还应考虑下列因素：

（1）尽量减小压力水管的长度。

因此对于坝后式水电站，主厂房应尽量靠近拦河坝；对于引水式水电站主厂房应尽量靠近前池和调压室。

（2）尾水渠尽量远离溢洪道或泄洪洞出口，防止水位波动对机组运行不利。

尾水渠与下游河道衔接要平顺。

（3）主厂房的地基条件要好，对外交通和出线方便，并不受施工导流干扰。

二、副厂房

副厂房可选的位置：

（1）主厂房的上游侧。

适用于坝后式水电站。

（2）尾水管顶板上。

影响主厂房的通风、采光，需加长尾水管，从而增加工程量。

由于尾水管在机组运行时振动较大，不宜布置中央控制室及继电保护设备。

（3）主厂房的两端。

当机组台数多时，这种布置会增加母线及电缆的长度。

三、主变压器

1．主变压器场的布置原则

主变压器的位置应结合安装、检修运输、消防通道、进线出线、防火防爆要求确定。

（1）尽量靠近厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、防爆、防雷、防水雾和通风冷却的要求，安全可靠；

（2）尽量与安装间在同一高程上，便于主变压器的运输、安装和利用轨道推进厂房的安装间进行检修；

（3）变压器的运输和高压侧出线要方便，且变压器之间要留必要空间。

（4）高程应高于下游最高洪水位，且四周设置排水沟。

2．升压变压器可能布置的位置

（1）坝后式厂房，可以利用厂坝之间的空间布置升压变压器。

（2）河床式厂房，由于尾水管较长，可将升压变压器布置在尾水平台上，这时尾水平台的宽度，应使升压变压器在检修移出时符合最小安全净距的要求（详见电气设备规范）。

（3）引水式地面厂房，变压器场可能的位置是厂房的一端进厂公路旁、尾水渠旁、厂房上游侧或尾水平台上。

（4）由于地形和场地的限制，个别水电站有将主变压器布置在厂房顶上。

地下厂房的主变压器可布置在地下洞室内。

四、高压开关站

高压开关站布置各种高压配电装置和保护设备，如电缆、母线、各种互感器、各种开关继电保护装置、防雷保护、输电线路以及杆塔构架。

这些设备型式、数量、布置方式和需要的场地面积，是根据电气主接线图、主变的位置、地质地形条件及运行要求加以确定。

高压开关站一般为露天布置。

应尽量靠近主变压器场和中央控制室，且在同一高程上。

由于地形限制，往往有一高程差，通常布置在附近山坡上，也有布置在主厂房顶上的。

当地形较陡时，可布置成阶梯式和高架式，以减少挖方。

当高压出线不止一个等级，可分设两个或多个开关站。

葛洲坝电站

五、引水道、尾水道及对外交通线路的布置

引水道一般为正向引水，尽可能保证进、出水水流平顺。

当水管直径很小时且根数较少时，也可侧向引水；

尾水渠一般为明渠，正向将尾水导入下游河道，少数情况也可侧向导入下游河道。

对外交通一般为公路，也有的采用铁路或水路的。

引水式厂房一般沿河岸布置，进厂公路可沿等高线从厂房一端进入厂房。

坝式电站进厂公路一般从下游侧进入。

公路、铁路要直接通入主厂房的安装间，临近厂房一段应是水平，长度不小于20m，并有回车场地。

公路的坡度不宜大于10%~12%，转弯半径大于20m。

第十节水电站厂房的结构特点

一、水电站厂房的结构组成及作用

水电站厂房结构组成

1．屋盖结构

作用：

围护和承重。

（1）屋面板。

（2）屋架或屋面大梁。

2．吊车梁

承受吊车荷载（包括起吊部件在厂房内部运行时的移动集中垂直荷载），以及吊车在起重部件时，启动或制动时产生的纵、横向水平荷载，并将它们传给排架柱或壁柱。

3．排架柱或壁柱

承受屋架或屋面大梁、吊车梁、外墙传来的荷载和排架柱或壁柱自重，并将它们传给厂房下部结构的大体积混凝土。

4．发电机层和安装间楼板

发电机层楼板承受着自重、机电设备静荷载和人的活荷载，传给梁并部分传到厂房下部结构的发电机机座和水轮机层的排架柱。

安装间楼板承受自重、检修或安装时机组荷载和活荷载，传到基础。

5．围护结构

（1）外墙。

承受风荷载，并将它传给排架柱或壁柱。

（2）抗风柱。

承受厂房两端山墙传来的风荷载，并将它传给屋架或屋面大梁和基础或厂房下部结构的大体积混凝土块体。

（3）圈梁和连系梁。

承受梁上砖墙传下的荷载和自重，并传给排架柱或壁柱。

6．发电机机墩

承受从发电机层楼板传来的荷载和水轮发电机组等设备重量、水轮机轴向水压力和机墩自重，并将它们传给座环和蜗壳外围混凝土。

7．蜗壳和水轮机座环（固定导叶）

将机墩传下来的荷载通过座环传到尾水管上，另外水轮机层的设备重量和活荷载通过蜗壳顶板也传到尾水管。

8．尾水管

承受水轮机座环和蜗壳顶板传来的荷载，经尾水管框架（尾水管顶板、闸墩、边墩和底板构成的）结构再传到基础上。

二、厂房的受力和传力系统

（一）厂房主要荷载

（1）厂房结构自重，压力水管、蜗壳及尾水管内水重；

（2）厂房内机电设备自重，机组运转时的动荷载；

（3）静水压力：

尾水压力，基底扬压力，压力水管、蜗壳及尾水管内的水压力，永久缝内的水压力，河床式厂房的上游水压力；

（4）厂房四周的土压力；

（5）活荷载：

吊车运输荷载，人群荷载及运输工具荷载；

（6）温度荷载；

（7）风荷载；

（8）雪荷载；

（9）严寒地区的冰压力；

（10）地震力。

（二）厂房的传力系统

面板→屋面大梁

→构架→蜗壳块体混凝土

吊车+起吊物→吊车梁（或水下厚墙）

砖墙→过梁

→上下游侧墙

发电机层楼板→梁格→→尾水管周围块体结构→地基

│→梁柱→蜗壳块体混凝土

→蜗壳块体混凝土———

发电机+水轮机→机座→

→座环————

三、厂房混凝土浇筑的分期和分块

1.厂房混凝土浇筑的分期

分期目的：

由于机组到货一般均迟于土建的施工期，为了适应水轮发电机组的安装要求，厂房中的混凝土需要分期浇筑，称为一期和二期混凝土。

一期混凝土：

底板、尾水管、尾水闸墩、尾水平台、混凝土蜗壳外的混凝土、上下游边墙、厂房构架、吊车梁、部分楼板等，在施工时先期浇筑，以便利用吊车进行机组安装。

二期混凝土：

为了机组安装和埋件需要而预留的，要等到机组和有关设备到货后、尾水管圆锥钢板内衬和金属蜗壳安装完毕后，再进行浇筑。

二期混凝土包括金属蜗壳外的部分混凝土、尾水管直锥段外包混凝土、机座、发电机风罩外壁、部分楼层的楼板。

2．混凝土浇筑分层、分块

水电站厂房水下部分的混凝土属于大体积块体混凝土。

其特点是现场浇筑量大，结构几何形状复杂，基础高差大，对裂缝要求严格。

由于受混凝土浇筑能力的限制和为了适应厂房形状的变化，因此每期混凝土要分层分块浇筑。

混凝土浇筑分层、分块是为了便于施工和保证工程质量。

四、厂房结构的分缝和止水

1．分缝

沉降伸缩缝——为防止厂房地基不均匀沉陷，减小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力，沿厂房长度方向设置的伸缩缝和沉降缝（永久缝）。

特点：

一般都是贯通至地基，只在地基相当好时，伸缩缝才仅设在水上部分，但也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降伸缩缝。

施工缝——根据施工条件设置的混凝土浇筑缝（临时缝）。

（1）岩基上大型厂房通常一台机组段设一永久缝，中小型水电站可增至2～3台机组设一条永久缝。

（2）在安装间与主机房之间、主副厂房高低跨分界处，由于荷载悬殊，需设沉降缝。

（3）坝后式厂房的厂坝之间常沿整个厂房的上游外侧设一条贯通地基的纵缝。

永久缝的宽度一般为1~2cm，软基上可宽一些，但不超过6cm。

2．止水

厂房水上部分的永久缝中常填充一定弹性的防渗、防水材料，以防止在施工或运行中被泥沙或杂物填死和风雨对厂房内部的侵袭。

厂房水下部的永久缝应设置止水，以防止沿缝隙的渗漏，重要部位设两道止水，中间设沥青井。

止水布置主要取决于厂房类型、结构特点、地基特性等，应采用可靠、耐久而经济的止水型式。

其它类型的厂房

一、坝后式厂房

坝后式厂房通常是指布置在非溢流坝后、与坝体衔接的厂房。

坝址河谷较宽，河谷中布置溢流坝外还需布置非溢流坝时，通常采用这种厂房，如图所示。

位于混凝土重力坝后的厂房，厂坝连接处通常设纵向沉降伸缩缝将厂坝结构分开。

采用这种连接方式时，厂坝各自独立承受荷载和保持稳定，连接处允许产生相对变位，因而结构受力比较明确。

采用这种连接方式时，压力钢管穿过上述纵缝处应设置伸缩节。

厂坝连接处有时不设纵向沉降伸缩缝，厂房紧靠坝体，压力管道可以缩短，这时厂房的下部结构通常与坝体连接成整体，厂坝共同保持整体稳定。

万家寨坝后式厂房

二、溢流式厂房

厂房布置在溢流坝后，洪水通过厂房顶下泄，这类厂房称为溢流式厂房，如图所示。

溢流式厂房适用于中、高水头的水电站，坝址河谷狭窄、洪水流量大，河谷只够布置溢流坝，采用坝后式厂房会引起大量土石方开挖，这时可以采用溢流式厂房。

溢流式厂房布置紧凑，由于厂房通常布置在河床中央，泄洪时下游水流条件较好。

三、坝内式厂房

布置在坝体空腔内的厂房称为坝内式厂房，所示为混凝土重力溢流坝内的坝内式厂房。

河谷狭窄不足以布置坝后式厂房，而坝高足够允许在坝内留出一定大小的空腔布置厂房时，可采用坝内式厂房。

坝内式厂房布置在溢流坝内，泄洪以及洪水期的高尾水位不直接作用于厂房。

但坝内空腔削弱了坝体，使坝体应力复杂化。

凤滩坝内式厂房

四、河床式厂房

厂房与挡水建筑物一起座落在河床上，成为挡水前沿的一部分，厂、坝在结构上合为一体，称为河床式水电站厂房，河床式厂房内部布置和结构计算与一般地面厂房的不同之处在于：

富春江水电站

五、地下式厂房

把水电站厂房等主要建筑物布置在山岩洞室之中就是地下厂房。

目前国外建成的地下水电站约有350座，总装机容量达40000MW。

我国已建成的地下水电站有40余座，总装机容量约5000MW。

由于开挖机械的不断改进和施工技术的不断提高，地下开挖的进度越来越快，造价越来越低，因此近年来国内外地下水电站建设速度加快。

1．首部式地下厂房

厂房位于电站引水系统的首部。

这种布置方式的特点是有压引水隧洞较短，尾水隧洞较长，而尾水隧洞承压较小或为无压隧洞，造价相对便宜，并省去了造价较高的上游调压室。

压力管道以单元供水方式向水轮机供水，可不设下端阀门，因而可以降低造价。

但这种地下厂房靠近水库，需注意处理水库渗水对厂房的影响。

由于厂房的交通、出线及通风一般采用竖井，因而水电站水头过大时，采用首部式地下厂房会使厂房埋藏于地下过深，从而增加了交通、出线及通风等洞井的费用，也给施工和运行带来困难。

由于尾水隧洞较长，往往需设置尾水调压室。

2．尾部式地下厂房

厂房位于引水系统的尾部，具有较长的引水隧洞和较短的尾水隧洞，一般均设有上游调压室。

尾部厂房靠近地表，尾水洞短，厂房的交通、出线及通风等辅助洞室的布置及施工运行比较方便，因而采用较多。

尾部式地下水电站适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，目前高水头电站多采用尾部布置方式，我国已建成的地下水电站尾部式占70%以上。

3．中部式地下厂房

厂房位于引水系统的中部，同时具有较长的上游引水道和下游尾水道，当引水道和尾水道均为有压时需要同时建引水调压室及尾水调压室。

当水电站引水系统中部的地质地形条件适宜，对外联系如运输、出线以及施工场地布置方便时，可采用中部式地下厂房。

地下厂房的布置型式的选择，要结合水电站水能规划、当地的地形、地质、交通运输、出线条件、施工和运行条件，经过技术经济比较确定。

地下电站的三种布置方式