东江水电站设计开题报告.doc

东江水电站设计开题报告

东江水电站设计开题报告

学生：周魁2011401413
指导老师：彭辉老师
三峡大学水利与环境学院

1. 工程概况
1.1地位以及自然条件
东江水电站
Dongjiang Hydroelectric Power Station
中国80年代湖南省内最大的水电站。装机容量50万kW，并兼有防洪、航运、养殖和工业供水等综合效益。位于资兴县罗霄山脉西麓湘江支流耒水上，地理坐标：东经—，北纬—。峡谷两岸山高大于500米，岸坡，两岸对称，呈典型“V”型河谷，高程285m以下。河谷宽高比约为2：1，基岩坚硬完整，地形地质条件较优越。常水位时水面宽20—40米，水深1—3米，水下覆盖有砂卵石夹块石。厚2.5—4.65米。岸坡基石裸露，冲沟发育，岩石受节理裂隙切割。崩溃岩石形成摊险激流。距资兴市10km。坝址上游控制流域面积4719平方公里,多年平均流量144 立方米/秒。上游盛产木材，有钨、铁矿藏。河谷呈"V"形，两岸山势雄伟,植被茂密。基岩为坚硬致密的花岗岩，地质构造简单，是一优良水电开发地址。主要送往来阳和衡阳两地。
坝址区气候温和，多年平均气温。最高气温，最低气温—。坝址以上多年平均降水量1607毫米，雨量多集中在春夏之交，历年平均风速为2m/s，历年最大风速为25m/s。
坝址上游为中高山峡谷区，盛产木材，坝址中下游属低山丘陵和丘陵盆地区，是湖南产粮区之一，有我国南北交通大动脉京广铁路通过，主要城镇有衡阳、长沙等市。
水电站距郴州市约45公里，有公路相接，坝址右岸有新修铁路15公里与京广铁路的许一三支线木根桥车站通接，对外交通方便。坝址以下17公里有鲤鱼江火电厂，现在装机22.4万千瓦，是本电站施工的主要电源。
1.2功能
电站枢纽主要由混凝土双曲拱坝、两岸潜孔滑雪式溢洪道各一座、左岸放空兼泄洪洞一条、右岸泄洪洞一条、过木道一条和坝后式厂房等组成。坝高157m，是20世纪80年代中国大陆上最高的混凝土双曲薄拱坝。坝内装设有自动安全监测系统。它的建成标志中国拱坝建设进入成熟时期。
水库正常蓄水位285m，总库容81.2亿立方米，具有多年调节性能。泄洪建筑物采用较新颖的窄缝挑流消能方式。发电厂房位于坝下游，长106m、宽23m、高55.1m，安装单机容量12.5万kW水轮机组4台,总装机50万kW，是耒水干流上13个梯级水电站中库容和装机容量最大的主导电站。电站担负华中电网中补偿调节及调峰，对提高电网的质量有重要的作用；联合运行时，保证出力提高至30万kW。水库的调蓄功能在一般年份可免除下游3.0万亩农田的洪涝灾害，并使京广铁路灶市段的防洪标准提高至100年一遇水平；库区回水长160km，可发展航运。下游9km峡谷出口处建有小东江水电站，形成反调节水库,可保证泄放不小于30立方米/秒的流量时，下游永兴至耒阳段的航运得到改善。
坝址处呈“V”形河谷，两岸对称，宽高比2∶1。常水位时，河面宽20～40m，一般水深1～3m。河床沙砾石覆盖厚度3～5m。基岩主要为燕山期花岗岩，岩性致密、坚硬均一，主要断层有F3，主要裂隙有K6，坝址基本地震烈度7度，设计裂度8度。
坝址以上流域面积4719平方公里，多年平均流量144立方米/秒，实测最大洪水流量5310立方米/秒，调查历史最大洪水流量8400立方米/秒。大坝按千年一遇设计，洪峰流量13900立方米/秒，相应库水位289m；万年一遇加20%校核，洪峰流量24100立方米/秒，相应库水位293.4m，总库容91.5亿立方米。正常蓄水位285m，相应库容81.2亿立方米，死水位237m，调节库容56.7亿立方米，属多年调节水库。水库面积160平方公里。共迁移人口49100人，淹没耕地3824公顷。
1.3电站枢纽
东江水电站主要由混凝土双曲拱坝、两岸潜孔滑雪式溢洪道各一座、左岸放空兼泄洪洞一条、右岸泄洪洞一条、过木道一条和坝后式厂房等组成。坝高157m，是20世纪80年代中国大陆上最高的混凝土双曲薄拱坝。坝内装设有自动安全监测系统。它的建成标志中国拱坝建设进入成熟时期。
水库正常蓄水位285m，总库容81.2亿立方米，具有多年调节性能。泄洪建筑物采用较新颖的窄缝挑流消能方式。发电厂房位于坝下游，长106m、宽23m、高55.1m，安装单机容量12.5万kW水轮机组4台,总装机50万kW，是耒水干流上13个梯级水电站中库容和装机容量最大的主导电站。电站担负华中电网中补偿调节及调峰，对提高电网的质量有重要的作用；联合运行时，保证出力提高至30万kW。水库的调蓄功能在一般年份可免除下游3.0万亩农田的洪涝灾害，并使京广铁路灶市段的防洪标准提高至100年一遇水平；库区回水长160km，可发展航运。下游9km峡谷出口处建有小东江水电站，形成反调节水库,可保证泄放不小于30立方米/秒的流量时，下游永兴至耒阳段的航运得到改善。
1.4工程特性表
枢纽水位特性表
序号
名称
数量
单位
备注
1
流域面积
11905
平方公里

坝址以上
4719
平方公里

2
利用水文系列年限
34
年

3
多年平均年径流量
45.4
亿立方米

4
代表性流量
施工期导流流量
1790
立方米/秒

设计洪水流量
13900
立方米/秒

校核洪水流量
18600
立方米/秒

保坝洪水最大流量
31100
立方米/秒

实测最大流量
5310
立方米/秒
1961年8月2日
调查历史最大流量
8400
立方米/秒
1971年8月1日
5
泥沙
实测最大悬移质含量
4.7
公斤/立方
1967年7月1日
多年平均输沙律
32.0
公斤/秒
34年统计
多年平均输沙量
101
万吨

水库特性表
序号
名称
数量
单位
备注

1

水库水位
正常高水位
285
米

设计洪水位
289.58
米

校核洪水位
291.15
米

保坝洪水位
293.75
米

死水位
237
米

淤沙高程
170
米

2
水库面积
200
平方公里

3
水库库容
总库容
81.2
亿立方米
正常水位以下
有效库容
56.7
亿立方米

死库容
24.5
亿立方米

4
库容系数
1.3

5
调节特性

多年调节
6
径流利用系数
0.99

1.5工程施工
东江水电站工程土石方总开挖量423万立方米，其中主体工程137万立方米；混凝土浇筑171万立方米，其中主体工程146万立方米；钢材10万t。
初期导流采用枯水期隧洞导流、汛期围堰过水方式。导流标准为20年一遇流量1760立方米/秒。导流隧洞为城门式，高13m、宽11m，包括上、下游明渠全长636m。上、下游围堰为混凝土围堰，高度分别33.8m和15.5m，共浇混凝土5.1万立方米。后期采用导流洞与放空洞导流、坝身不过水的方式。
大坝混凝土浇筑采用2台20t辐射式缆机配6立方米吊罐吊运入仓，1台10t平移式缆机作辅助吊运。后期采用了振捣车振捣。共布置有3个混凝土拌和系统。混凝土为四级配，水灰比一般在0.5以下，掺用减水剂。大坝不设纵缝，薄层通仓浇筑。层厚为基础部位1m，其余2m。温度控制措施包括骨料预冷、埋设水管及仓面喷雾等措施。机口温度控制到10℃左右。初期混凝土浇筑时，出现了108条裂缝，其中1/4是贯穿性的，采用多种措施进行了处理。
坝基帷幕灌浆共4.5万米，固结灌浆4.2万秒。由于F3断层对坝体应力影响不大，未作专门处理。K6裂隙斜切左岸坝基，影响拱坝应力和拱座稳定，并构成上下游的渗漏通道，采用在裂隙面深孔灌浆处理。
1.6采用的新技术
坝基开挖采用三面预裂爆破技术；混凝土表面保护采用保温被和双层气垫塑料薄膜。保温被是粒状聚苯乙烯泡沫塑料装入编织袋内缝制而成，由插筋挂贴在横缝或上下游立面上。
双层气垫塑料薄膜是由2层带气泡的塑料薄膜重叠而成，预先粘贴在模板上，或在拆模后立即贴到混凝土表面。

2. 东江水电站设计的目的和意义
2.1课题意义
用工程实例作为毕业设计可以使我们将过去在学校所学的书本知识运用到实际工程中去，完成从理论学习研究到解决实际工程问题的第一步，是检验学生学习成效、获得学校及社会认可的一种有效形式。完完整整地做完一个工程项目，可以使学生对大学所学知识全面、系统的回顾和总结，为今后工作打下坚实的理论基础，通过体验从理论知识到工程成果转化的过程，提高了实际的动手能力，使我们今后能更快地适应我们的从事的工作。
2.2课题目的
本设计课题是以东江电站工程为设计背景，根据所提供的工程概况和初步设计资料，按照设计规范和相关要求，完成电站总体布置，包括引水系统、厂房枢纽、基础等机构型式的选择，水力计算，电站设计，支承机构设计，基础设计，细部构造设计。
与水工、施工及监理专业联系紧密；通过毕业设计课题的开展，提高同学们的动手能力和独立思考能力以及查阅科技文献的能力；培养同学们的科学研究素质。

3. 东江水电站设计的具体内容、步骤
3.1坝型选择
该枢纽坝址为V形河谷，由坝址地形地质资料可知其地质条件较好，由地形图可知两岸有厚实的山体。参照坝址地形地质资料和坝址地形图及河谷地质剖面图可知，该处具备建造拱坝的良好条件。拱坝系两向或三向应力状态，材料强能充分利用，依靠岸坡维持安全性高，坝型轻韧，抗震性能好，坝的体积小，混凝土用量少。拱坝工程量小，施工速度快，投资少；虽然拱坝对地质地形条件要求较重力坝为高，但该地区的地质地形条件较为理想。综上所述，在此修建拱坝较为合理。
3.2设计依据

根据设计分等指标表来判别工程等级
3.3拱坝几何尺寸的拟定
拱圈形状以变厚拱最为理想，但等截面圆弧固有丰富的使用经验，设计和施工都较为方便，故本设计采用等截面圆弧拱圈，设计该拱坝为优先考虑的双曲拱坝。再进一步确定坝址和坝高。由地支图上强风化层地质线可确定其开挖线，再根据开挖后的地质图画出可利用基岩等高线地形图。
大坝设计标准为一级建筑物，按千年一遇洪水设计，可能最大洪水保坝，拱冠断面由两条光滑曲线组成，底部高程137米，坝顶高程294米，坝高157米，底部厚35米，厚高比0.22，坝顶宽7米。

拟定坝顶拱圈中心角及与坝轴线半径轴，坝顶拱圈中心角常视作一个控制性数据，它会影响整个坝的曲率，曲率不够会导致拱中产生不利的拉应力，在“V”型河谷中拱坝的较低部位常出现这样的情况。一般情况下顶拱的最大实用中心角约为90~110。由基岩石等高线地形图上可以确定开挖后坝顶高程处，所以，根据拱坝坝址对地形的要求，理想的地形应是左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定。再拟定坝顶厚度，拱圈厚度。拟定这些参数的原则是：控制悬臂梁由自重产生的拉应力不超过0.3～0.5MPa，对高坝还可适当加大，并使坝体在正常荷载组合情况下具有良好的应力状态。坝的下部向上游倒悬，由于自重在坝踵产生的竖向压应力可抵消一部分由水压力产生的竖向拉应力，但倒悬度不宜太大，一般不超过0.3。
各高程拱圈的厚度，中心角，半径及圆心位置的拟定。在确定每一层拱圈的半径、半中心角及圆心位置时，应该注意和遵循以下原则： a、沿坝高每隔10米左右取一层，本设计全坝高60米，分成5层拱圈，前四层每层12.5米，最后一层10米。 b、为使各拱圈的布置应尽量接近对称河谷，各拱圈的左右半中心角相差应控制在3度以内。 c、为保证坝面在水平和铅直方向都是光滑的，园心的轨迹线宜是光滑的连续曲线并必须位于基准面上（基准面为穿过拱冠梁与拱坝轴线园心的铅直面）。
检查调整。在不同高程沿径向（指该高程拱圈的径向）切取若干垂直剖面检查两岸悬臂梁轮廓是否光滑连续是否有过大的倒悬度。将各层拱圈的半径、中心角与园心位置分别按高程点绘，各连成曲线以检查其是否平顺光滑。检查坝底与基岩接触面的轮廓线是否光滑连续，无突变。绘制沿拱轴线展开的纵剖面图检查沿河谷开挖表面的坡度是否连续均匀变化以求得到光滑的纵剖面展开图。
拱冠梁法计算坝体应力。采用拱冠梁法程序计算各高程拱圈的拱冠与拱端应力。
3.4坝尖稳定分析
取单位高度拱圈分层校核坝肩的局部稳定，首先应根据拱坝平面布置图和坝址地质情况通过分析选取那些拱端推力较大而下游岩体单薄的拱圈。在坝肩的岩石无明显的节理裂隙等软弱结构滑动面情况下为简便起见可假设最危险的滑动面为平行于拱圈基准线。即滑动面走向大致平行于河谷且其倾角地与岸坡是平行的。
3.5边坡开挖计算
（1） 坝基开挖。拱坝应位于比较新鲜完整的岩石层上，应根据实际情况确定开挖深度，整个开挖轮廓应均匀缓变，不的有突变尖角、倒坡等现象，坝肩按径向开挖。在开挖时土层、巨风化层采用1：1开挖，强风化层采用1：0.5开挖，弱风化采用1：0.3开挖。
3.6溢流坝以及泄水建筑物
堰面曲线：下游面采用工程中最常采用的WES曲线，定型设计水头，取堰顶最大水头的75%～95%。
坝身两岸潜孔滑雪道式溢洪道，左右各设置两孔、潜孔进口底板高程256怒，孔口尺寸为187.5米（宽乘高）。滑雪槽沿其走向尽量按接近地表表面布置，挑流鼻坎与大坝分离，布置原则使溢洪道既有允裕的泄洪能力，又将能量大速度高的水流送到远离枢纽建筑物的下游，右岸右孔总长143.0米，右岸左孔总长113.02米，左岸右孔总长122.775米，左岸左孔总长152.775米，在正常高水位285米，水舌跳距165米或170米。
为加大汛期泄洪量，并考虑人防和对大坝维修检修，设置了两条防空洞，均设置在右岸，分别称为一级防空洞和二级防空洞。
一级防空洞：进口底板高程为222.0米，兼作为泄洪洞，当库水位达289.52米时参加泄洪。
二级防空洞：进口高程为170米，用于水库放空，后期导流及导流洞关闭后供水，大坝维修检修时可利用上游围堰将库水位降到175.3米高程以下，围堰与大坝之间的基坑可以抽水。
消能方式：挑流消能一般不需对下游河床设置保护工程，因而大大节省工程费用，同时设计与施工均较方便简单，应用也较安全可靠。只要有足够的水头，能保证水舌有一定的挑距，使冲坑远离建筑物，而且下游河床地址良好，尾水有足够的深度，水垫足以消杀大部分能量，均可采用。
鼻坎高程：挑射角和反弧半径的确定挑砍末端与堰顶之间的高差大约为堰顶设计水头Hd的1.5倍。
溢流剖面拟定。
3.7大坝细部构造
廊道设计，地基处理，固结灌浆，接触灌浆，坝基排水，闸墩的设计。
3.8电站总体布置
水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施，包括厂房建筑、水轮机、发电机、变压器、开关站等，也是运行人员进行生产和活动的场所。
水电站厂房的主要任务：(1)将水电站的主要机电设备集中布置在一起，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件。(2)布置各种辅助设备，保证机组安全经济运行，保证发电质量。(3)布置必要的值班场所，为运行人员提供良好的工作环境。
主厂房设计：布置水电站的主要动力设备(水轮发电机组)和各种辅助设备，设置装配场。
副厂房设计：布置控制设备，电气设备和辅助设备，是水电站运行、控制、监视、通讯、试 验、管理和工作的房间。主变压器场，高压开关站，进水道、尾水道和交通道路等设计。
主要副厂房参考面积表达式
序号
名称
数量
单位
备注
1
机旁盘
7
块

2
发电机母线洞
2.61.4
米
长宽
3
发电机中性点
2.02.2
米

4
厂用低压配电室
60
平方米
干式变压器三台
5
近区开关柜室
90
平方米
油浸变压器两台
6
励磁弯压器室
140
平方米
油浸式四台（3.31.8）长宽
7
发电机出线电压配电装置室
600
平方米
占一层
8
高压实验室
80
平方米

9
中控室
100
平方米
1010（不包括计算机室）
10
继电保护室
198
平方米

11
蓄电池室、酸室
159
平方米

12
压气机室
140
平方米

13
通风机室
140
平方米

14
管通间
150
平方米

15
油库及油处理室
250
平方米

16
排水泵室
45
平方米

17
尾水闸门式启闭机
230
吨
轨宽3.6米

水电站厂房的基本类型选择：坝后式厂房。厂房位于拦河坝的下游，紧接坝后，在结构上与大坝用永久缝分开，发电用水由坝内高压管道引入厂房。
基本水力机械资料：水轮机主要参数表
序号
名称
数量
单位
备注
1
水轮机型号
HL160-LJ-410

2
单机容量
127600
千瓦

3
机组设计流量
123
立方米/秒

4
机组转速n
166.7
转/分

5
飞逸速度n
365
转/分

6
调速器
DT-100

7
油压装置
HYZ-4-25

长宽
=2936183.6
主变及开关站
主变型号
SSP7-150000/220
主变钟罩吊装高度
9.97米
变压器外形尺寸
8.594.27.11米（长宽高）
开关站形式
220伏SF6全封闭组合器一组
开关站面积
750
输电线电压
220千伏
发电机主要参数表
序号
名称
数量
单位
备注
1
发电机型号
SF125-36/890

2
单机容量
125000
千瓦

3
电压
13800
伏

4
风罩内径
1300
厘米

5
转子直径
812.2
厘米

6
转子轴长
837
厘米

7
转子重
460
吨

8
主轴直径
110
厘米

9
定子外径

10
励磁机高度
160
厘米

11
励磁机直径
265
厘米

12
上机架
103
厘米

13
转动惯量
17500
吨

4. 设计主要的参考文献，资料
《水电站厂房设计》——水利水电出版社。
《水电站进水口设计规范》。
《水力机械》第二版，水利水电出版社。
《水电站机电设计手册》——水力机械分册。
《水电站动力设备设计手册》
《水力发电建筑物》——清华大学出版社。
《水工建筑物》——水利水电出版社。

5. 进度及要求
（1）3.1-3.15 熟悉资料，确定方案
（2）3.15-3.31 熟悉软件
（3）4.1-4.15 确定荷载
（4）4.15-4.30 准备数据
（5）5.1-5.15 编写报告
（6）6.1-6.3 交毕业设计论文
（7）6.3-6.10 评阅、答辩

6. 现有条件及必需采取的措施
6.1现有条件
（1）三峡大学图书馆库存资料；
（2）网上收集的资料；
（3）水利水电相关资料；
（4）前期所修的专业基础课程；
（5）搜寻的类似的工程实例；
（6）计算软件和文字编辑软件，绘图软件；

7.协助单位及要解决的主要问题等
7.1协助单位
（1）水利与环境学院
（2）三峡大学图书馆
7.2要解决的主要问题
（1）完成开题报告5000字左右；
（2）译文3000字左右；
（3）计算说明书60页3万字以上；
（4）标准绘制的CAD图纸；