潘家口水利枢纽的设计经验(1)

摘要：文章总结了在潘家口枢纽设计中对枢纽布置、电站水头变幅巨大、下池库内往反水流、水资源开发方式等重大技术问题、处理措施以及所采用的新技术，加宽尾墩式溢流坝、Luo露式碾压混凝土坝、变速运行等设计经验。 


关键词：水利枢纽 混合式抽水蓄能电站 宽尾墩式溢流坝 变速运行 碾压混凝土 

1 设计中的几个重大技术问题 
　　1.1 枢纽布置
　　枢纽布置是整个枢纽设计的关键技术问题之一。
　　在初步设计批准后，我院在清华大学及本院科研所进行了6个水工模型、5个方案的试验研究，验证了初步设计所推荐的枢纽布置是最优方案，即右岸坝后式水电站的枢纽布置具有布置紧凑、管理运行方便、施工简单、投资省、上下游流态可基本满足运行要求。该方案又经长期的、大量的整体及断面水工模型试验研究后，进一步完善了枢纽布置：
　　主坝泄洪建筑物由表孔和底孔组成，最大泄洪流量为56200m3／ s，表孔共18孔，孔宽15m，挑流消能。4个泄洪底孔为深式一短管、明流槽以及挑流消能。由于施工的需要，将底孔由电站左侧迁移至表孔中部，表孔则分两段布置即右7孔、左11孔，两段中间布置泄洪底孔。
　　溢流坝闸墩由流线型改为平尾墩、左3孔又改为宽尾墩、通过试验将挑流鼻坎高程抬高了3m，增加挑射角至30°等措施，达到了充分消能的目的，改善了左岸回流淘刷坝趾和下游冲刷。溢洪道右端导墙加设了导向墩，电站左导墙加长80m，加长部分左折20°。这些措施避免了对厂房的冲击，改善对尾水渠左导墙的冲刷，并大大减少了尾水渠出口淤积，为电站运行提供可靠的保证。
　　潘家口电站是一座混合式抽水蓄能电站，装机4台，其中1台150MW常规机组、3台90MW抽水蓄能机组。这座电站是我国目前最大的混合式抽水蓄能电站，其特点：一是电站水头变幅巨大；二是常机组布置在同一个厂房内；三是蓄能机组需要安装在一期工程形成在厂房内；四是设备多、且某些设备还有特殊的要求。这些特点和要求，给机组制造与厂房布置带来复杂性。经过周密的布置和详细研究，并与厂家协商，对机组的结构做了修正和调整，才满了运行和设计要求。
　　保坝措施经技术经济比较，选择了加高大坝2.5m，枢纽泄流能力提高15％，最大泄量为56200m3/s。而枢纽增加投资仅占总投资的2％。因此该方案是经济合理的、也是可靠的。
　　1.2 关于水库诱发地震的研究
　　潘家口坝址与库区有东西向、北东向及弧形构造会入，构造复杂，又有历史地震的记录。根据联合国教科文组织的规定，我院开展了关于水库诱发地震的研究，通过扩大的地质测绘、遥感、精密水准测量、地应力测试、地震台网的监测，10余年来还未观测到水库诱发地震的迹象。但根据国内外工程经验，今后还应加强监测工作。
　　1.3 关于碱活性骨料的研究
　　本料场的混凝土天然骨料，通过调查发现有燧石、凝灰岩、流纹岩、粗石岩、蛋白石、安山岩等活性骨料，约占总量的30％，诵过岩相鉴定及化学法试验确定，属有害的碱活性反应的材料。为此，又进行了长度法试验。试验结果证明砂、骨料均不产生过量的膨胀，可评价为非活性骨料。由于缺乏骨料在混凝土中使用的经验，为安全可靠，设计仍用抚顺低碱大坝水泥及掺粉煤灰等抑制措施。经近20年的运行均未见异常。
　　1.4 下池库内往返水流
　　混合式抽水蓄能电站下池布置在滦河干流上，因此需满足泄洪要求，即建筑物应能抗御大洪水冲淤的作用。下池工程为三级建筑物，要求抵御28000m3／s的大洪水冲击以及淤积造成的不利影响。为此电站左导墙按折线布置，挖除左岸滩地约100万m3砂石，大大改善了尾水渠出口淤积问题。经包括上下池整体水工模型试验，证明大洪水过后，下池有效库容损失约10％左右，而实际设计已留有足够的余地，因此运行是可靠的，设计也是成功的。
　　1.5 水资源开发与经济效益。
　　由于京津唐地区缺水严重，因此水资源开发与利用成为当时的一个核心问题，引起各方面的关注。在审查潘家口初设时，华北电管局明确提出在原供水、防洪及季节性电站的基础上，在可能条件下，增设3×90MW抽水蓄能机组扩大装机容量，使季节性电站变为混合式抽水蓄能电站。其优点：（1）结合供水发电，发电不降低供水的效益；（2）可避免在枯水时段或不需要供水时出力受阻甚至停机；（3）常蓄机组互补，可增加尖峰发电量，减少输入电量，提高机组的综合效率；（4）由于增设抽水蓄能机组，大大改善了电站在系统中的地位和作用。提高对系统的调节能力，具有明显的调频效应，为系统提供了一个可靠的调峰电源。量增加了3.87倍，总峰荷电量达4.838亿kW·h.峰荷电量大幅度增长的原因：抽水发电2.307亿kW·h，另外在系统中填谷210～270MW，解放了火电机组调峰500MW。这种混合式水电资源开发的经济效益是十分明显的。

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