景洪水电站金属结构设计.doc

景洪水电站金属结构设计简介马仁超1，王处军1，庞北星2(1.中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明650051；2.重庆水利电力职业技术学院，重庆永川402160)摘要：景洪水电站位于澜沧江下游河段，是澜沧江中下游河段规划的两库八级开发方案的第六级，上、下游分别与糯扎渡水电站和橄榄坝水电站衔接。该电站于2008年6投运发电。本文就景洪水电站的金属结构设计进行了系统的介绍，以供同类型电站金属结构设计时借鉴。关键词：景洪水电站；金属结构；设计简介AbriefintroductionofhydroMaRenChao1,WangChuJun1,PangBeiXing2(1.KunmingHydropowerInvestigation,Design&ResearchInstitute,CHECC,YunNanKunMing650051;2.Chongqing Water Resources And Electric Engineering College,ChongQingYongChuan402160)Abstract:Jinghonghydropowerprojectlocatedthelowerreachesoflancangriver.Itisthesixthhydropowerprojectofthetworeservoirandeightcascadehydropowerstationsdevelopmentprogram.TheupstreamlinksuptheNuozhaduhydropowerprojectandthedownstreamlinksuptheGanlanbahydropowerproject.ThestationwasputintooperationinJune2008.Thearticlegivesbriefintroductiononhydro-metalatructureandgivessuggestiononthesametypestation.Keywords:Jinghonghydropowerproject;hydro-metalstructure;designbriefintroduction1概述景洪水电站位于澜沧江下游河段，是澜沧江中下游河段规划的两库八级开发方案的第六级，上、下游分别与糯扎渡水电站和橄榄坝水电站衔接。景洪水电站位于云南省西双版纳傣族自治州首府景洪市北郊约5.0km处，景洪水电站的开发以发电为主，兼有航运、防洪、旅游及库区水产养殖等综合利用效益。景洪水电站水库正常蓄水位602.00m，死水位591.00m，校核洪水位609.40m，总库容11.39×108m3，其中调节库容为3.09×108m3，具有周调节能力。电站总装机容量1750MW（5台单机容量为350MW的混流式水轮发电机组）。9 景洪水电站枢纽建筑物包括拦河坝、引水发电建筑物、泄洪排沙建筑物及航运过坝建筑物等。景洪水电站金属结构设备包括引水发电系统、泄洪冲沙系统、导流系统、城市供水系统、升船机系统（处于招标设计阶段），目前已完成金属结构总工程量约14274t。1引水发电系统金属结构引水发电系统金属结构包括进水口拦污栅、进水口检修门、进水口快速事故闸门及液压启闭机、进水口拦污漂、尾水检修闸门、厂房防洪闸门、尾水门机等金属结构设备。1.1进水口拦污栅电站进水口布置在坝址的左岸15＃～20＃坝段，共有5台机组5个进水口，每个孔口拦污栅后检修门前的水工体型为连通式，进水口共设置了36孔拦污栅、38套栅叶，其中2套栅叶为检修备用栅，备用栅分节锁定在检修栅槽内。拦污栅底槛高程为562.00m，孔口尺寸为3.0m×50.0m（净宽×净高），拦污栅为直栅（与水平夹角为900），按承受4m水头设计，栅条净距200mm。每扇拦污栅体分为17节制造，每节栅体布置3根主横梁，纵向栅条利用横向螺杆和套筒联结成栅片，采用滑块支承。拦污栅利用坝顶门机的副小车采用提栅清污的方式清污，副小车的额定起升容量为1000kN。38套拦污栅共设置了两套平衡梁，坝顶门机通过平衡梁操作拦污栅。1.2进水口拦污漂为有效阻拦进入电站进水口的污物，在拦污栅前还设置了一套拦污漂。拦污漂采用能随水库水位变化的垂直升降式拦污漂，拦污漂的两端设置在导槽中。一端布置在大坝14＃坝段，另一端布置在水库左岸端塔上。拦污漂凹型导槽由钢结构做成，拦污漂导槽总高度为23m，导槽最低高程为589.00m，低于电站死水位591.00m以确保在电站水库的整个水位变动范围中能有效拦住污物。拦污漂由53节钢浮箱组成，浮箱间通过铰轴连接，其中端部两节为过渡箱是拦污漂主体和滑轮结构间的过渡装置，其一端和箱体结构连接，另一端和滑轮结构连接。拦污漂的滑轮结构由轮架结构、主轮装置、侧轮装置组成，主轮提供主支承和纵导向，侧轮提供侧导向。拦污漂主要技术参数两端直线距离：348.90m9 拦污漂矢高：5.0m水上拦污高度：0.5m1.1进水口检修门在拦污栅后设置电站进水口检修闸门，门型为平面滑动钢闸门，5台机组共用2扇检修闸门。检修闸门门槽底坎高程比拦污栅底坎高程高出3.0m，底槛高程为565.00m，孔口尺寸为10.0m×16.0m（净宽×净高），设计水头为44.4m，闸门设计总水压力为59226kN，采用滑块支承，闸门为静水启闭采用节间充水平压。闸门门体分8节制造，闸门上2节和下6节现场通过铰轴和连接板分别连接成整体。该闸门用坝顶3500kN门机小车通过液压自动抓梁操作，平时闸门存放在储门槽内。1.2进水口快速事故门及启闭机每台机组进水口布置1扇快速事故闸门，孔口尺寸为9.00m×12.40m(宽×高)，封水尺寸为9.12m×12.46m(宽×高)，设计水头37.0m，总水压力为34966kN，采用滚轮支承。门体的梁系为实腹式同层布置，门叶面板布置在上游，水柱压力作用在闸门顶主梁上，利用水柱压力全水头快速关闭闸门。事故闸门分为4节制造，现场通过节间连接螺栓连接成整体。闸门静水关闭动水开启，闸门上设置充水阀实现闸门开启时的平压。平时闸门悬吊于孔口门楣上方1.1m处于待命状态，当机组发生事故时闸门能在3.0分钟内快速关闭孔口，以保护机组安全，该闸门由液压启闭机进行操作，该机为单缸双作用液压启闭机。主要技术参数：持住力5500kN，启门力3000kN，工作行程13.50m，油缸内径Φ710mm，油缸外径Φ810mm，活塞杆直径Φ320mm，有杆腔持住计算压力17.5MPa，有杆腔启门计算压力9.6MPa。进水口闸门控制系统由1套进水口泵站动力柜、控制柜和5套进水口闸门现地控制柜组成，布置在进水口闸门控制室内，完成对进水口5扇闸门的监控。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，当机组发生事故时，液压启闭机接收由控制中心发来的信号后快速（≤3.0min）关闭闸门。1.3尾水检修闸门9 可行性研究阶段考虑2台机组检修，厂房尾水管出口共设置了15孔6扇检修门，机组安装期间尾水管通过堵头挡水。招标和施工设计阶段为方便施工，机组安装期间尾水直接利用检修闸门挡水，尾水闸门数量由6扇调整为15扇，闸门孔口尺寸为7.22m×9.68m(宽×高)，封水尺寸为7.34m×9.74m(宽×高)，设计水头为65.77m，总水压力为43541kN，采用尼龙滑道支承。检修门体的梁系为实腹式同层布置，面板布置在上游。每扇检修门体分3节制造，工地安装时通过铰轴连接成一体。闸门为静水启闭，通过水机专业埋设的充水管实现充水平压。尾水检修闸门在电站正常运行时，锁定在尾水平台上，机组检修时使用尾水平台门机通过液压自动抓梁静水启闭闸门。1.1厂房防洪闸门厂房入口通道549.00m平台处设置1孔1扇防洪闸门，在电站下游水位高于549.00m时用于挡水满足电站的防洪需要。闸门孔口尺寸为10.00m×7.50m(宽×高)，封水尺寸为10.12m×7.56m(宽×高)，设计水头为25.0m，总水压力为16235kN，采用尼龙滑道支承。检修门体的梁系为实腹式同层布置，面板布置在上游。每扇检修门体分3节制造，工地安装时通过接螺栓连接成一体。闸门为无水启闭，在电站下游水位低于闸门底槛时启闭闸门。平时，闸门存放于储门槽内，当预测到下游水位将超过549.00m时使用尾水平台门机通过液压自动抓梁使闸门处于挡水状态，下游水位消退后再将闸门存放于储门槽内。1.2尾水门机尾水门机布置在电站尾水平台上，主要用于启闭尾水检修闸门和厂房进人防洪闸门。门机容量为2×800kN，门机轨距为6.50m、轮距为9.60m，启升高度70m，门机自带两根液压抓梁，分别用于检修闸门和厂房进人防洪的启闭。2泄洪冲沙系统金属结构景洪水电站泄洪建筑物由7个溢流道和2个冲沙底孔组成，其中溢流表孔设2扇平面检修闸门和7扇弧形工作闸门，左、右冲沙底孔各设置1扇事故检修闸门和1扇弧形工作闸门。2.1溢流表孔工作闸门及液压启闭机溢流表孔布置在大坝的右边，1＃表孔布置在5＃～6＃坝段分缝处，2＃～7＃表孔布置在7＃～13＃坝段分缝处。溢流表孔承担了电站的主要泄洪任务，闸门孔口宽度为15.0m，设计水头为21.7m，面板曲率半径为25.0m，闸门总水压力为38216kN。9 闸门采用二箱型主横梁、斜支臂结构，活动支铰采用焊接结构。底水封采用条形止水橡皮，侧止水为外“L”型橡胶水封，厚度20mm。闸墩顶部设有闸门锁定装置，供检修门叶和长期全开闸门时使用。闸门在工厂分为8节制造，现场焊接成整体。支铰轴承采用高强度钢背聚甲醛复合自润滑轴套，型号FZ-8Φ730/650-547mm，每套闸门使用4套，外径730mm×内径650mm×宽547mm，单个轴套的最大承载能力为2.5×107N。支铰轴采用40Cr，支铰采用ZG35CrMo。弧形闸门采用双缸液压启闭机操作，启门力2×4000kN，工作行程10.0m，活塞杠运行速度～0.8m/min。油缸外径730mm，油缸内径620mm，活塞杆直径320mm，工作压力17.3MPa，每套液压启闭机由单独泵站操作。油缸的上端与预埋在闸墙上的油缸支铰连接，油缸活塞杆的下端与闸门下主梁两端后翼缘板上的吊耳连接。溢流表孔工作闸门液压启闭机现地控制系统共7套，每套由1个动力柜和1个控制柜组成，布置在相应的启闭机室内，完成对各溢流表孔工作闸门的监控。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，该控制系统须在汛前完成。1.1溢流表孔检修闸门在溢流表孔工作闸门前设置7孔2扇溢流表孔检修闸门，孔口宽度为15.0m，设计水头21.05m。采用平面叠梁型式，1套门体分为7节制造，现场通过铰轴吊耳板分别将上面4节和下面3节将闸门连接为2节叠梁，上节门叶动水提门充水平压，下节门体静水启闭。表孔检修闸门由坝顶门机通过液压自动抓梁静水启闭，当需要检修工作闸门时下闸挡水，平时表孔检修闸门存放在储门槽内。1.2左冲沙底孔工作闸门及液压启闭机左冲沙底孔布置在电站进水口的左侧20＃坝段，闸门孔口尺寸为3.00m×5.00m(宽×高)，封水尺寸为3.00m×5.40m(宽×高)，设计水头为70.4m，闸门按门前淤积3m泥沙计算闸门结构的强度，分别计算闸门总水压力和闸门泥沙压力，并在闸门强度、闸门启闭力计算时考虑了闸门泥沙淤积的作用，闸门总水压力为14726kN。闸门采用二箱型主横梁、直支臂结构，支铰采用铸造铰。底水封采用条形止水橡皮，侧止水为外“P”型橡塑水封。支铰轴承采用铜合金镶嵌自润滑轴套，型号FZ-5Φ400/350-460mm，每套闸门使用2套，外径400mm×内径350mm×宽460mm，单个轴套的最大承载能力为9.8×106N。支铰轴采用40Cr，支铰采用ZG50Mn2。弧形闸门采用单缸双作用液压启闭机操作，启闭门力1600kN/800kN，工作行程7.436m，活塞杠运行速度～0.8m/min。油缸外径500mm，油缸内径400mm，活塞杆直径220mm9 ，工作压力18.3MPa。油缸的中部固定在机架上，活塞杆沿预埋在混凝土内的导槽上下运行，活塞杆通过一连杆与闸门连接，通过活塞杆的上下运行实现闸门的启闭。左冲沙底孔工作闸门液压启闭机现地控制系统由1个动力柜和1个控制柜组成，布置在启闭机室内，完成对左冲沙底孔工作闸门的监控。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，该控制系统须在汛前完成。1.1左冲沙底孔事故检修闸门在左冲沙底孔工作闸门的前面布置了1孔1扇事故检修闸门，闸门孔口尺寸为5.00m×6.50m(宽×高)，封水尺寸为5.12m×6.56m(宽×高)，设计水头为70.4m，闸门按门前淤积3m泥沙计算闸门结构的强度，分别计算闸门总水压力和闸门泥沙压力，并在闸门强度、闸门启闭力计算时考虑了闸门泥沙淤积的作用，闸门总水压力为23671kN。该门门体的梁系为实腹式同层布置，门叶面板及止水布置在上游，利用加重动水闭门。每扇事故门体分2节制造，工地安装时通过节间螺栓连接成一体。采用Ⅱ门槽，门槽宽深比为1.56。该闸门采坝顶门机操作，动水关闭、静水开启。平时锁定在门槽顶部，当工作门发生事故或需要检修工作闸门时关闭闸门挡水。1.2右冲沙底孔工作闸门及液压启闭机右冲沙底孔布置在电站进水口的左侧13＃坝段，闸门孔口尺寸为5.00m×8.00m(宽×高)，封水尺寸为5.00m×8.33m(宽×高)，设计水头为69.4m，闸门按门前淤积5m泥沙计算闸门结构的强度，分别计算闸门总水压力和闸门泥沙压力，并在闸门强度、闸门启闭力计算时考虑了闸门泥沙淤积的作用，闸门总水压力为31643kN。闸门采用二箱型主横梁、直支臂结构，支铰采用铸造铰。底水封采用条形止水橡皮，侧止水为外“P”型橡塑水封。支铰轴承采用铜合金镶嵌自润滑轴套，型号FZ-8Φ680/600-800mm，每套闸门使用4套，外径680mm×内径600mm×宽800mm，单个轴套的最大承载能力为3.36×107N。弧形闸门采用单缸双作用摇摆式液压启闭机操作，启闭门力2800kN/500kN，工作行程11.40m，活塞杠运行速度～0.8m/min。油缸外径630mm，油缸内径540mm，活塞杆直径320mm，工作压力18.86MPa。右冲沙底孔工作闸门液压启闭机现地控制系统由1个动力柜和1个控制柜组成，布置在启闭机室内，完成对左冲沙底孔工作闸门的监控。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，该控制系统须在汛前完成。9 1.1右冲沙底孔事故检修闸门在右冲沙底孔工作闸门的前面布置了1孔1扇事故检修闸门，闸门孔口尺寸为5.00m×9.50m(宽×高)，封水尺寸为5.12m×9.65m(宽×高)，设计水头为69.4m，闸门按门前淤积5m泥沙计算闸门结构的强度，分别计算闸门总水压力和闸门泥沙压力，并在闸门强度、闸门启闭力计算时考虑了闸门泥沙淤积的作用，闸门总水压力为33932kN。该门门体的梁系为实腹式同层布置，门叶面板及止水布置在上游，利用加重动水闭门。每扇事故门体分3节制造，工地安装时通过节间螺栓连接成一体。采用Ⅱ门槽，门槽宽深比为1.88。该闸门利用坝顶门机操作，动水关闭、静水开启。平时锁定在门槽顶部，当工作门发生事故或需要检修工作闸门时关闭闸门挡水。2坝顶门机坝顶门机布置在电站坝顶612.00m平台上，主要用于进水口拦污栅的提栅清污和进水口检修闸门、左冲事故检修闸门、右冲事故检修闸门、溢流表孔检修闸门、升船机上闸首检修闸门的启闭，以及导流底孔封堵闸门的下闸。门机为双向双小车型式，主小车容量为3500kN，副小车容量为1000kN,门机轨距为14.00m、轮距为11.00m，主钩启升高度85m，副钩启升高度20m。门机为各闸门的启闭分别配有相应的液压抓梁。3其它系统金属结构除引水发电系统、尾水系统和泄洪冲沙系统金属结构外，景洪水电站还包括导流系统金属结构、城市供水系统金属和升船机系统金属结构，其中升船机系统金属结构根据工程进度需要目前完成了上闸首事故检修闸门、引水拦污栅和引水道进口快速事故门的设计制造。3.1导流系统金属结构共设5孔5扇导流底孔封堵闸门，导流底孔封堵闸门位于大坝右岸3＃～7＃溢流表孔的下方，封堵闸门利用坝顶门机下闸，5扇闸门共用2台坝顶门机，门机通过液压抓梁操作闸门。闸门底槛高程为EL.534.00m，孔口尺寸为8.0m×14.0m（净宽×净高），挡水尺寸为8.4m×14.6m（净宽×净高），设计挡水水头为62.0m，总水压力为64922kN。闸门为平面焊接钢结构型式，采用定轮支承、下游止水，闸门动水关闭，闸门的最大设计操作水头为22.0m。9 根据闸门尺寸及运输要求，每扇闸门共分为5节门叶，现场安装时通过门叶节间连接轴连接成整体。闸门门体的梁系为实腹式同层布置，门叶面板布置在下游。考虑到导流底孔封堵闸门的使用工况，节间在闸门组装后采用封板焊接封水。导流底孔闸门槽需经过3个汛期的考验，过流期间水流情况复杂，流速高、泥沙含量大，因此根据规范要求闸门采用Ⅱ门槽，宽深比为1.56。闸门底槛及门槽侧壁采用全钢衬，门槽侧壁从EL.534.00到EL.555.00为全钢衬。1.1城市供水系统金属结构城市供水系统布置在大坝的右侧，主要为景洪市的生活用水和饮用水服务，城市供水系统金属结构包括2孔2扇进水口拦污栅和2孔2扇进水口检修门，拦污栅和检修门的底槛高程为588.00m。拦污栅和检修门均采用临时启闭设备操作。在城市供水系统进水口前共设置了2孔2扇拦污栅阻拦杂物，拦污栅孔口尺寸1.4m×12.00m(宽×高)，栅槽底坎高程588.00m，拦污栅为垂直、平面、活动式，按承受3m水头差设计，栅条净距50mm。每扇拦污栅体分4节制造，每节栅体布置3根主横梁，栅片焊接固定在主横梁上。栅叶采用钢板作为主支承，采用钢板作为反向支承、侧向为角钢限位。3节栅体通过边柱的销轴铰接成一体，安装时逐节下放至栅槽中。拦污栅的吊耳与起吊钢丝连接，钢丝绳另一端固定在栅槽顶部。拦污栅用临时起吊设备在拦污栅前后水头差不大于3m的情况启闭和清污。在拦污栅后设置2孔2扇检修闸门，孔口尺寸为1.4m×1.4m（净宽×净高），挡水尺寸为1.48m×1.45m（净宽×净高），设计挡水水头为21.4m，总水压力为443.7kN。检修闸门平时锁定在门槽顶部，当需要检修后面的阀门时下闸挡水。检修门由临时起吊设备通过拉杆操作，静水关闭动水开启。检修门体的梁系为实腹式同层布置，面板布置在下游。1.2升船机系统金属结构升船机上闸首布置在大坝右侧的通航坝段，根据工程进度目前完成设计制造的项目有上闸首事故检修闸门、引水管道进口拦污栅、引水管道进口快速事故闸门。上闸首在升船机引水管道前设置了1孔1扇拦污栅阻拦杂物，拦污栅孔口尺寸5.0m×7.0m(宽×高)，栅槽底坎高程579.25m，为增大拦污栅过流面积，拦污栅设计成半圆形。按承受4m水头差设计，栅条净距100mm。每扇拦污栅体分2节制造，每节栅体布置4根主横梁，纵向栅条利用横向螺杆和隔套联结成栅片，栅片通过U9 型螺栓固定在主横梁上。栅叶MGA-2工程塑料合金作为主支承，通过钢板和导槽作为侧导向和前后导向。在栅叶的底部设置了拦污栅平台，用于放置拦污栅，拦污栅过水时通过工字型端面作为主支承。拦污栅用临时起吊设备在拦污栅前后水头差不大于3m的情况启闭和清污。事故闸门设置于上游引航道前段，坝顶门机轨道范围之内。主要功能是当上闸首工作闸门出现事故时可动水关闭闸门，或当水库水位超过升船机上游最高通航水位时关闭孔口，保证升船机及相关建筑物的安全。孔口尺寸为12m×20.9m（净宽×净高），挡水尺寸为12.12m×21.10m(宽×高)，设计水头为20.9m，总水压力为26471kN。闸门采用叠梁型式，共分5节，下段4节单节高度3.6m按静水启闭设计，上段1节高度6.7m按动水关闭静水开启设计。当升船机发生事故需要封闭孔口时，上节闸门可以在动水情况下将孔口关闭。在升船机正常工作状态下，当水库水位发生变化时，用坝顶门机和自动抓梁进行启闭调节，使叠梁门顶始终保持有3.6m至6.5m的水深。升船机自动控制系统中设有上闸首事故门的门顶水深报警功能，提醒升船机运行人员调整槽中闸门数量，使门顶水深不会超出3.6m至6.5m的范围。闸门平时存放在储门槽中，该闸门由坝顶门机操作。在升船机引水管道前设置了1孔1扇拦污栅阻拦杂物，拦污栅孔口尺寸5.0m×7.0m(宽×高)，栅槽底坎高程579.25m，为增大拦污栅过流面积，拦污栅设计成半圆形。按承受4m水头差设计，栅条净距100mm。每扇拦污栅体分2节制造，每节栅体布置4根主横梁，纵向栅条利用横向螺杆和隔套联结成栅片，栅片通过U型螺栓固定在主横梁上。栅叶MGA-2工程塑料合金作为主支承，通过钢板和导槽作为侧导向和前后导向。在栅叶的底部设置了拦污栅平台，用于放置拦污栅，拦污栅过水时通过工字型端面作为主支承。拦污栅用临时起吊设备在拦污栅前后水头差不大于3m的情况启闭和清污。在升船机引水系统拦污栅后布置了1孔1扇快速事故检修闸门，孔口尺寸为3.0m×4.5m（净宽×净高），挡水尺寸为3.10m×4.55m(宽×高)，设计水头为30.15m，总水压力为4061.7kN。采用液压启闭机操作，QPKY630kN液压启闭机动水关闭、静水开启，小开度提门(≤5cm)充水平压。平时闸门悬在孔口门楣上方0.5m处。当充水阀门发生事故需要关闭闸门时，能在1.0分钟内动水快速关闭，以保护升船机安全。9