最新江西德兴市沙坞电站工程可研报告.docx
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最新江西德兴市沙坞电站工程可研报告
第一章概况
第二章水利、水能
第三章水工建筑物
第四章临时工程
第五章机电部分
第六章工程管理
第七章施工组织设计
第八章工程概算
第九章经济评价
注：
1、本次设计主要参考依据《小型水电站》（江西省水利水电勘测设计院，天津大学水利系编）；
2、高程为假设高程。
第一章概况
一、工程概况
德兴市沙坞电站是一座引水径流式发电站，电站总装机480千瓦，座落在龙头山大安山林场境内，属洎水河上游南支龙头河最上游一级电站。
电站主河发源于德兴市与玉山县交界的怀玉山山脉的银古坳，坝址以上控制的集雨面积为12平方公里。
洎水河是乐安河上游的一条主要支流，也是德兴市境内的第二大河，地理位置：
东径117°29′~118°00′，北纬28°11′~29°00′，流域总面积564平方公里，其中德兴市境内501平方公里。
流域内，从河段上看，河流上游河谷狭窄，山高陡峭，流域内植被较为完整，植被种类以松、杉、杂木、毛竹为主。
上游森林茂密，植被良好，水土流失程度小。
本流域属亚热带东南季风气候区，气候温和，光照充足，四季分明，多雨湿润，是江西省多雨区之一，具有较典型的山区小气候特征。
年平均气温17.2度，年平均相对湿度82%，年平均降雨1936.2毫米，但年际变化较大，暴雨强度大，多年平均最大一月暴雨值为111.2毫米，最大值为224.3毫米（1967年），一次暴雨持续时间一般为1—2天，持续时间在3—4天以上的机会很少。
多年平均径流量21.94立米/秒，年径流总量6.92亿立方，年径流深1226.5毫米，且径流的年际变化大，年内分配很不均匀，4—6月来水量占全年来水量的51.1%。
流域内地貌为构造剥蚀地貌和侵蚀堆积地貌两种，上游东南部地层岩性为燕山早期花岗岩和新生界第四第。
二、工程枢纽布置
经勘测，并经多方案比较，遵照《乐安河流域洎水规划报告》的水力开发方案，最后确定沙坞电站工程枢纽总体布置为：
利用I坝，通过220米渠道将龙头河左侧小支流上的水引至龙头河主流上，再在龙头河主流上做Ⅱ坝，在坝的右岸，利用3221米渠道将水引至沙坞处进行发电，工程主要水工建筑物有：
大坝两座，长各为9米和15米，渠道一条，长3221米，压力钢管一条，长270米，厂房一座114.4平方米；工程主要机电设备为水轮发电机两套，各为160千瓦和320千瓦，工程输电线路，10千伏电压等级5公里。
三、工程建设的必要性和可行性
该工程投资主体系股份合作投资，工程符合流域规划，既无淹没纠纷，又不影响农业灌溉和人畜用人，系一级引水径流式发电站。
工程水力资源的开发，可以进一步开发洎水河的水力资源。
从财务评价和其它各项指标看，经济指标较优，且建成后全部电量输送至电网，丰水期电网不会限制电量上网，因此，从市场研究、技术分析和经济评价三方面看，建设该工程是完全必要而且可行的。
四、工程特性表
序号及名称
单位
数量
备注
一、水文
1、坝以上控制集雨面积
2、代表性流量
设计保证流量
设计引用流量
KM2
m3/s
m3/s
12
0.47
0.499
二、枢纽特征水位
1、大坝正常水位
Ⅰ坝
Ⅱ坝
2、厂房处河床正常水位
洪水位
M
M
M
M
201.46
200.80
41.50
45.80
调查取得，相当于P=1%
三、发电效益
装机容量
年均发电量
年利用小时
KW
万KWh
h
480
232.8
4850
1×160，1×320
四、主要建筑物及设备
1、大坝
Ⅰ坝
型式
地基特性
坝顶高程
坝底高程
最大坝长
最大坝高
Ⅱ坝
型式
地基特性
坝顶高程
坝底高程
最大坝长
最大坝高
M
M
M
M
M
M
M
M
重力式浆砌石坝
岩石基础
201.46
198.96
9
2.5
重力式浆砌石坝
岩石基础
200.80
196.80
15
4
2、进水闸
Ⅰ进水闸
型式
地基特性
闸顶高程
闸底高程
闸孔数
闸门尺寸
Ⅱ进水闸
型式
地基特性
闸顶高程
闸底高程
闸孔数
闸门尺寸
开敞式
岩石基础
203.06
198.96
1
1.1×1.6
开敞式
岩石基础
202.60
196.80
1
1.5×1.2
（b×h），木质叠梁闸门
（b×h），钢闸门
3、引水渠道
进水口渠底高程
渠道断面形式
长度
断面尺寸
坡降
最大过流量
正常走水深
M
M
M
M
M
M
m3/s
m3/s
M
M
201.06
200.00
矩形
220
3221
0.5×0.6
0.8×1.0
3/1000
0.176
0.835
0.4
0.8
Ⅰ号渠底
Ⅱ号渠底
Ⅰ号渠
Ⅱ号渠
（b×h），Ⅰ号渠
（b×h），Ⅱ号渠
Ⅰ、Ⅱ号渠
Ⅰ号渠
Ⅱ号渠
Ⅰ号渠
Ⅱ号渠
4、前池
正常高水位
最高水位
最低水位
底板高程
前池尺寸
M
M
M
M
M
191.137
191.637
190.637
189.972
2.8×9.5
（b×L）
5、厂房
型式
厂房尺寸
厂房地面高程
M
地面式
13.5×8.08×5.5
46.20
（L×b×h）
6、主要金属结构设备
⑴压力管道
a主管长
公称外径
壁厚
b叉管长
公称外径
壁厚
长
公称外径
壁厚
⑵启闭机
型式
台数
m
mm
mm
m
mm
mm
m
mm
mm
台
270
630
7
15
630
7
15
426
7
螺杆工
1
7、主要机电设备
⑴水轮机
a型号
出力
设计水头
设计流量
b型号
出力
设计水头
设计流量
⑵发电机
a型号
b型号
⑶变压器
型号
⑷输电线路导线
型号
KW
M
M3/S
KW
M
M3/S
CJ22—W—55/
1×7A
189
140
0.194
CJ22—W—70/
1×9
350
140
0.305
SFW160—8
SFW320—10
S7—400
S7—200
LGJ—35
10/0.4KV
10/0.4KV
五、经济指标
1、总投资
2、经济指标
⑴财务评价
财务内部收益率
财务净现值
⑵其它辅助指标
单位电能投资
单位千瓦投资
静态投资回收期
万元
元/度
元/千瓦
年
232.21
12.3%
18.44
0.998
4838
5.92
第二章水利、水能
第一节水利计算
一、设计保证率的确定
根据江西省上饶地区水电勘测设计院编制的《乐安河流域洎水规划报告》（88年），本着该电站建成后能联网运行，有加工用电等季节性负荷，并同时考虑丰水期水能的充分利用，根据小型水电站的设计保证率的取值规定，选定该电站的设计保证率为50%。
二、设计年径流的分析计算
由于该站以上的流域内无实测资料，在水电站的下游63公里处的银山有一水文站，且有33年的径流资料，银山站与该站同在一条河流上，自然条件相似，且已知银山站控制的集雨面积为469km2，采用水文比拟法，可求得设计站的年平均流量，并通过年平均流量经验频率的计算，绘制年平均流量经验频率曲线，从而求得在设计保证率P=50%时，Qp=0.47m3/s
三、设计代表年的选择
从年平均流量经验频率曲线上查得：
1、枯水年：
水电站的设计保证率为75%（74年），Qp=0.31m3/s；
2、中水年：
取P中=50%（80年），Qp=0.47m3/s;
3、丰水年：
取P丰=25%（70年），Qp=1.08m3/s。
第二节水能计算
一、保证出力
以中水年日平均出力保证率曲线代表多年日平均出力保证率曲线，绘制成出力保证率曲线后，根据水电站设计保证率，可查得相应的保证出力值为68千瓦。
二、多年平均发电量
以中水年年发电量代表多年平均发电量，可得该电站多年平均发电量为232.8万度。
三、装机容量
根据保证出力值，确定最大工作容量，根据该站运行特点，确定季节容量，最后，综合考虑各种因素，确定该站的装机容量为480KW。
四、年利用小时
根据装机容量和年发电量，可求得年利用小时数为4850小时。
第三节设计洪水
一、设计洪水
由于本电站是引水式电站，大坝进水口利用低坝拦截河中来水，大坝只需比河床高1.0米，且坝上游无任何淹没；另外，厂房处地势开阔，只要厂房在校核洪水位以上即可，综合以上两方面的前提条件，不需做设计洪峰流量计算。
二、洪水调查
考虑厂房做在河边，既不受淹，又要尽量降低位置，充分利用水头，经调查98年百年一遇的洪水位为45.80米。
第三章水工建筑物
第一节大坝和进水闸
该电站的引用流量一部分取自龙头河主流，一部分取自主流左侧支流。
经勘测，需做水坝内座。
Ⅰ号坝坝长9米，坝顶高程定为201.46m，渠道进水口底板定为201.06m。
Ⅱ号坝坝长15米，坝顶高程定为200.8m，渠道进水口底板定为200.00m。
一、大坝
（一）Ⅰ号坝
1、Ⅰ号坝断面拟定
大坝采用浆砌石重力坝，坝体采用75#浆砌石块，迎水面采用30cm厚150#砼进行防冲刷保护，底层用50cm厚砼与岩基连接，Ⅰ号坝的具体尺寸，见Ⅰ号坝横断面图。
2、Ⅰ号坝坝体材料用量
每米长坝体所需材料重为：
75#浆砌石：
2.43m3
150#砼：
2.72m3
（二）Ⅱ号坝
1、Ⅱ号坝断面的拟定
Ⅱ号坝位于主流上，因此，大坝型式采用浆砌石重力坝，坝体采用75#浆砌石，迎水面采用30cm厚的150#砼做防渗面板，溢流面采用30cm厚的150#砼进行防冲刷保护，底层采用50cm厚150#砼与岩基连接。
具体尺寸见Ⅱ号坝横断面图。
2、Ⅱ号坝坝体材料用量
每米长坝体所需的材料量为
75#浆砌石：
5.43m3
150#砼：
3.87m3
二、进水闸
（一）Ⅰ号进水闸
1、进水闸的布置及设计
采用开敞式进水口，进水闸与坝轴线成45°角布置在水坝的右岩，闸址与岩石连接。
进水闸底板高程为201.06米，闸边墙顶高程为203.06m，闸边墙长3.0m，闸门板采用简易的木闸门。
具体尺寸为Ⅰ号进水闸布置图。
2、进水闸材料用量：
（1）松木闸门板壹套：
厚8cm，长110cm，高160cm。
（2）边墙150#钢筋混凝土：
12.3m3
（3）闸底板75#浆砌石（50cm厚）：
1.5m3
（4）闸底板150#砼（10cm厚）和闸室前截水墙150#砼（20cm厚）共计1.0m3。
（二）Ⅱ号进水闸
1、进水闸的布置
采用开敞式进水口，与大坝同轴线布置在大坝的右岸，闸址与岩石连接，闸底板高程为200.00m，闸边墙高程定为202.60m，闸边墙为5.0m，具体尺寸见Ⅱ号进水闸立面布置图。
2、进水闸设备及材料用量
（1）启闭机：
采用螺杆式启闭机一台，启闭力为2号，闸门采用平板钢闸门，平面尺寸（b×h）为：
1.5×1.2米。
（2）工作桥、边墙150#钢筋混凝土：
38m3
（3）闸底板75#砼（10cm厚）和闸室前截水墙150#砼（20cm厚）：
1.8m3
第二节渠道、渠道建筑、前池和压力管道
一、渠道
（一）Ⅰ号坝引水渠
1、Ⅰ号坝引水渠的引用流量
Ⅰ号坝以上控制的集雨面积为1.5km2，Ⅰ号坝的引水渠主要引用枯水期Ⅰ号坝拦截的枯水期的流量，根据第二章中确定的装机和选择的机型，机组的最大引用流量为0.499m3/s，考虑加大渠道断面有利于调节流量，并考虑渠道的沿程渗漏和蒸发损失的流量，最后确定渠道的最大引用流量为0.835m3/s，因此，根据Ⅰ号坝控制的集雨面积和Ⅱ号控制的集雨面积各为1.5KM2和12KM2，确定Ⅰ号坝引水渠的引用流量为0.15m3/s。
2、引水渠的断面设计
引水渠长220米，渠道采用沿山腰布置，开挖后用150#砼进行浇筑，渠道纵坡采用3/1000，横断面为矩形断面。
由附录Ⅱ表Ⅱ—3，渠道边坡采用砼浇筑后，糙率n=0.017，查表10-6，i=
，
，则流量率K=
m3/s
设底宽b=0.5m，用试算法求水深h，假设h=0.4m，则：
渠道过水断面W=b×h=0.5×0.4=0.2（m2）
湿周：
x=b2h=0.5+2×0.4=1.3（m）
水力半径：
R=
（m）
查附录Ⅱ表Ⅱ-2，当n=0.017，R=0.154m时，C=41.00
验算流速率：
K=WC
=0.176m3/s>Q=0.15m3/s，满足要求。
验算流速是否在允许范围内
V=
m/s
查附录Ⅱ，表Ⅱ-1，对于砼，不冲流速在8m3/s以内，查表10-3，不淤流速为0.42m3/s，计算流速值在允许的范围内，满足要求。
因此，渠道的断面在加上0.2m超高的情况下，宽×高为：
0.5×0.6米。
具体尺寸见I号引水渠断面图。
3、引水渠工程量及衬砌材料用量
每米长土方开挖量为：
2.66m3
每米长所用150#砼为：
0.19m3
每米长所用75#浆砌石为：
0.35m3
（二）Ⅱ号坝引水渠
1、Ⅱ号坝引水渠的引用流量
从前面计算分析得知，机组的引用流量为0.499m3/s，则Ⅱ引水渠的引用流量为0.499m3/s。
2、引水渠的断面设计
引水渠长3221米，其中明渠2881米，隧洞340米，渠道沿山腰布置，开挖后山坡土方段用75#浆砌石衬砌后，再用150#砼进行浇筑，岩石段开挖后直接用150#砼进行浇筑，隧洞段开挖成方圆形后，按边墙衬砌，洞顶按不需衬砌进行设计。
渠道纵坡采用3/1000横断面为矩形断面。
由附录Ⅱ表Ⅱ-3，查得糙率n=0.017，查表10-6，i=
，
，则流量率K=
（m3/s）
设底宽b=0.8米，用试算法求水深h，假设h=0.8，则：
渠道过水断面W=b×h=0.8×0.8=0.64（m2）
渠道湿周：
x=b+2h=0.8+0.8×2=2.4（m）
水力半径：
R=
（m）
查附录Ⅱ表Ⅱ-2，当n=0.017，R=0.27m时，C=45.85
验算流速率：
K=WC
=0.835m3/s>Q=0.499m3/s，满足要求。
验算流速是否在允许范围内
V=
m/s
查附录Ⅱ，表Ⅱ-1，对于砼，不冲流速在8m3/s以内，查表10-3，不淤流速为0.42m3/s，计算流速值在允许的范围内，满足要求。
因此在渠道的断面加上0.2m超高的情况下，宽×高为：
0.8×1.0米，具体尺寸见Ⅱ号引水渠断图。
3、引水渠工程量及衬砌材料用量
⑴岩石段
每米长岩石开挖量：
1.996m3
每米长150#砼用量：
0.3m3
⑵山坡土方段
每米长土方开挖量：
4.885m3
每米长150#砼用量：
0.3m3
⑶隧洞段
每米长土方开挖量：
1.80m3
每米长150#砼用量：
0.3m3
二、渠道建筑物
渠道环山绕行，山坡上常有雨水流入，因此，在沿渠地形合适处，如有冲沟的地方，修建侧向溢流堰或放水闸，并同时将放水闸和排沙闸门结合起来，在排沙闸门处，渠底须凹下50cm。
根据勘查，需在6处地方修建侧向溢流堰，4处修建排沙闸门。
三、前池
1、前池的布置
根据地形、地质条件及运用要求（包括排沙、泄水等）等方面的综合考虑，前池应布置在天然地基上，前池的总体布置由于受地形限制，为缩短压力水管的长度，将其进水室和引水渠道布置成直角。
见前池总体布置图。
2、前池控制水位和各部分尺寸的确定
⑴前池控制水位
渠道末端底板高程：
200.00-3.221×3=190.337m
渠道末端正常高水位：
190.337+0.80=191.137m
前池正常高水位：
191.137m
进水室的正常水位：
191.137-0.30=190.837m
进水室的最低水位：
190.837-0.2=190.637m
前室的最高水位：
191.137+0.5=191.637m
⑵各部分的尺寸
a.进水室
进水室宽度
假设压力水管的管径为0.6m，进水室净宽一般为压力管径的1.5~1.8倍，即有1.1米宽就可以，但考虑适当加大前池的宽度，有利于调节流量，最后确定进水室宽度为2.8米。
进水宽长度：
按小型水电站2—5米选择，选定该站进水室长度为4.0米，进水室底板高程：
D进度=Z进最低－
式中：
Z进最低——进水室量低水位。
V——流速，取0.8米/秒
D——管径，取0.6m
α——进口处压力水管轴线与水平夹角，水管与压力墙垂直，则cosα=1
则D进底=190.637
m
前池压力墙和挡水墙的顶部高程
D池顶=Z最高+安全超高
则：
D池顶=191.637+0.4=192.037m
b.前室
前室的宽度：
取与进水室的宽度一样，为2.8m
前室的长度：
一般为前室宽度的2.5~3.0倍，
则为：
1.1×3=3.3米，取4.5米。
c.溢流堰
溢流堰前沿长度B=
式中：
Q溢——最大下泄流量，为水轮机的最大流量0.826m3
M——流量系数，采用实用剖面堰，取1.7
HO——堰顶水头，取0.3m
则B=
=2.96m，取B=5米。
3、前池挡水墙设计
⑴挡水墙尺寸拟定
具体尺寸详见前池挡水墙横断面图。
前池挡水墙基础开挖至岩石后，挡水墙迎水面采用20cm厚150#砼作防渗面板，底部采用20cm厚150#砼作垫层，墙身采用75#浆砌块石进行衬砌。
⑵挡水墙稳定计算
a.抗滑稳定计算
自重W1=1.8×0.5×2.2=1.98吨
W2=0.6×2.77×2.2=3.66吨
W3=1/2×1.2×2.77×2.2=3.66吨
土压力P土=
吨
水压力P水=
吨
扬压力P扬=
吨
地基为火成岩，f取0.7
则，K抗滑=
略小于1.05。
由于此处忽略了墙后的被动土压力，因此，认为可以满足抗滑稳定的要求。
b.抗倾稳定计算
稳定力矩：
198×0.9=1.8吨·米
3.66×1.5=5.49吨·米
3.66×0.8=2.93吨·米
小计：
10.22吨·米
倾覆力矩：
0.44×0.4=0.18吨·米
4.12×0.96=3.96吨·米
2.58×1.2=3.1吨·米
小计：
7.24吨·米
则，K抗倾=
>K=1.3
满足抗倾稳定的要求。
⑶挡水墙所需材料用量
每米长挡水墙所需的材料：
150#砼：
0.5m3
75#浆砌块石：
3.73m3
四、压力管道
1、压力管道的类型及布置方式
根据该电站的技术参数，决定选用钢管作压力管道，压力钢管采用联合供水，并按正向进水的方式，为两台水机供水。
2、压力管道经济直径选择和管壁厚度确定
⑴经济直径选择
D=
式中：
Q——压力水管的最大设计流量（m3/s）
H——水电站的毛水头，为144.137m
则：
D=
（m）
取D=0.6m
同理，叉管的经济直径为0.6m和0.4m
⑵管壁厚度确定
式中：
H设——设计水头（m）
D——钢管内径
[δ]——钢材允许应力，取975kg/cm2
——接缝的坚固系数，取0.9
则：
毫米
取δ=0.5毫米，加2毫米锈蚀厚度，钢管管壁厚度为7毫米。
同理，叉管的管壁厚度也取7毫米。
3、压力管道的支承方式
压力管道采用露天式钢管，用镇墩和支墩进行支承。
镇墩设五个，分别设在进口转弯、出口转弯各1个和中间处3个，采用150#砼重力式结构的镇墩。
支墩每隔14米安排一个，共计12个，底坐采用75#浆砌块石，支墩的支承面包围管径的部分用150#砼。
4、压力钢管及支承结构所需材料
⑴钢管：
根据定型产品，选公称外径630mm，公称厚度7mm的钢管270米，重量29.174吨。
公称外径630mm，公称壁厚7mm后叉管15米，重量1.621吨。
公称外径426mm，公称壁厚7mm的叉管15米，重量1.093吨。
三项小计31.888吨。
⑵镇墩砼
150#砼每个按底面1.5×1.2米，高2.2米算，5个镇墩共计20m3。
⑶支墩
75#浆砌块石，每个按底面1.2×1.0米，高2.2米算，12个支墩共计32m3。
第三节发电厂房
一、厂区总体布置
电站厂区主要有厂房、引水管道、尾水架管、主变压器和对外交通线路、管理房等，详见工程枢纽平面布置图。
二、厂房布置
由于机组采用的混流式水轮机，而且水轮机和发电机是直联的，由厂家提供的水轮发电的安装布置图可知，机组轴线与厂房纵轴垂直布置，与进水管轴线平行。
把配电盘布置在两机组之间，在厂房尾水管出口一侧。
三、厂房主要尺寸的确定
1、厂房长度
根据厂家提供的水轮机安装布置图，考虑大门至机组间的空地留作修理间，取4.0米，则厂房长度为13.5米。
2、厂房宽度
由安装布置图可知，厂房宽度定为8.08米，因此厂房的面积为114.4m2。
第四章临时工程
一、交通工程
该电站有100米对外公路需修建，需回填400m3砂卵石，且需新建仝平板桥一座，长28米。
二、管理房
根据电站建成后，生产的需要，拟建单展管理房一幢，面积80m2。
三、临时工棚
根据建设时贮存材料的要求，需搭建临时工棚180m2。
第五章机电部分
第一节发电设备
一、主机选择
1、原始资料，电站设计水头144.137m，净水头138m，引用流量0.499m3/s，装机容量480kw，平均发电量232.8万度。
2、机组台数确定：
由电站所在地理位置及地区条件，电站无调节性等特点，为考虑运行灵活性和水轮机能在最佳工况下运行，拟配两台机组为宜，且选择一台小机组，一台大机组。
3、机型选择
查机型谱，确定机型。
壹台CJ22—W—55/1×7A型水轮机，H=140m，Q=0.194m3/s，N=189KW，配发电机SFW160—8，调速器CJT—1000，阀门Z941H—1.6。
壹台CJ22—W—70/1×9型水轮机，H=140m，Q=0.305m3/s，N=350KW，配发电机SFW320—10，调速器CJT—1000，阀门Z941H—1.6。
二、防雷保护
防雷保护范围
1、对于升压站主变压器选用FS—10阀型避雷器保护。
2、对于发电机低互侧，选用FS—0.38阀型避雷器保护（控制屏上已有）。
3、对于厂房，采用避雷针保护，厂房顶采用两根有效高度为7米，间距为10米的避雷针进行保护。
第二节输变电设备
一、变压器选择
根据装机容量，功率因数cos
=0.8，选择200KVA变压器壹台，电压比为10/0.4千伏，选择400KVA变压器壹台，电压比为10/0.4千伏。
二、输电线路
1、基本资料：
该电站与系统并网运行，输送功率为480千瓦，距该电站5公里处有10千伏的电网。
2、输电线路导线截面的选择
⑴按经济电流密度选择导线截面
导线截面S=
式中：
P——线路的持续有功功率（KW）
j——经济电流密度（A/mm2），查《小型水电站》（电气一次回路部分）表1—3，j=1.65
Ve——额定电压（KV）
cos
——功率因数
则S=
mm2
故选用标准的导线线面为LGJ—35钢芯铝胶线。
⑵按允许电压损失校验导线截面，按允许电压损失为10%，查表1—4得到允许的负荷矩为8.34兆瓦·公里，大于实际负荷矩0.48×5=2.4兆瓦·公里。
查表1—5，算得实际的电压损失为：
1.2×0.48×5=2.88%。
⑶按机械强度检验导线截面。
查表1—6，通过居民区
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