获奖年度2023

专业分类工业工程设计

获奖等级一等奖

设计单位新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司

设计人员彭卫军、陈蕾、罗晓霞、李阳、马子棋、孙金霄、朱超、汪栋、赵宏涛、崔忠、姜睿、杨健、陈刚、买买提江·库尔班、陈艳、李凯、杨生荣、李迎春、汪晓玲、邓理想

项目简介

一、工程概况

项目位于克州阿克陶境内，是盖孜河中游河段“1库5级”开发方案的第二个梯级，盖孜河布仑口－公格尔水电站工程下游，盖孜水电站作为一个引水式开发的水电站工程，利用布仑口下泄径流过程发电，盖孜水电站工程建成后，向喀克电网提供的电力电量，可以缓解地区经济发展对电力电量的要求。盖孜水电站到设计水平年2020年与布仑口—公格尔水电站同步调峰运行，极大地缓解了喀克电网调峰容量不足的问题。工程的建设任务为发电，并与布仑口—公格尔水电站同步承担喀克电网调峰任务。

工程主要建筑物包括引水调节池、引泄水建筑物、发电引水系统、水电站厂房、尾水建筑物。引水调节池长110m，调节库容6820m³，发电引水系统总长11.38km，引水洞末段设置阻抗式调压井。发电厂房为岸边式地面厂房，内布置3台38.7MW混流式发电机组，总装机容量116MW，保证出力38.3MW，额定水头347m，多年平均发电量3.83亿kW，装机利用小时数3308h，电站建成后以220千伏一级电压接入喀克电网。

工程于2012年5月开工，2017年11月首台机组并网发电，2018年6月通过通水验收，2018年9月通过机组启动验收。

二、工程特点、难点

（1）枢纽布置

本工程具有高寒、高海拔、高地温、高地应力，地质条件复杂、强震区及承压水等特点。属于小流量、高水头、长隧洞的电站。

1）高海拔、高寒

调节池正常蓄水位2625.67m，多年平均气温8.19℃，极端最低气温-25.1℃。

2）强震

工程区处于地震频繁、强度高、地震动参数高、构造稳定性差的区域，地震基本烈度为Ⅷ度。

3）高地应力、高地温

引水隧洞沿线围岩埋深变化大，洞室埋深最大约1100m，属深埋隧洞，易发生中等-轻微岩爆，局部中等及中等以上程度岩爆。

盖孜检查站上游盖孜河左岸有温泉，水温27.5℃～28.5℃，流量6～10L/min，洞线累计长度约758m存在高地温现象。

4）地质条件复杂

工程区沿线水文地质条件复杂，发电洞穿过断层等构造时，出现突水、断层涌水和裂隙涌水现象。局部地下水存在硫酸盐型强腐蚀性。

（2）发电引水系统对难点问题的解决

①地下水腐蚀性问题：根据现场施工进度，施工地质陆续在不同工程部位取水样进行水质简分析，复核地下水及岩土（体）对混凝土的腐蚀性。现场调整抗硫水泥的适用范围。②高地温问题：施工过程中通过采用了直接向掌子面供风的施工措施，有效的降低掌子面作业温度。③高地应力（岩爆）问题，在引水洞选线时考虑峡谷的影响范围，谷坡位置越高，地应力释放区的影响范围越大。洞线布置基本处于地应力释放区，避免中等及中等以上规模岩爆问题，施工过程中未发生岩爆现象。④下平洞透水处理：下平洞在开挖进行固结灌浆过程中，发生突水，涌水点距断层较近。施工过程中，增加了阻水环帷幕。加强了引排水处理措施，采用花管和实管相结合，同时了增加防水板（膜）铺挡。通过堵排结合的处理方式，起到了较好的隔水效果，将地下水基本上封闭在压力钢管以外，避免了外水的影响。⑥本工程HD值较大，发电额定水头347m。按照规范结构力学方法所得计算成果和岔管水压试验结果有很大的差异，针对此问题委托浙江大学对钢岔管进行了有限元计算，结合计算结果对钢岔管进行了优化设计。⑦鉴于本电站接布仑口－公格尔水电站尾水，在系统中承担同步调峰任务，并且引水系统所具有的特长、高水头的特殊性以及非恒定流水力现象的复杂性，为引水道布置和优选调压室型式以及配合尾部枢纽布置，委托河海大学对水力过渡过程做了专题研究。通过对盖孜水电站输水系统过渡过程的计算，确定机组关闭规律。

（3）电站厂房创新点

盖孜水电站厂房基础座落在下更新统含块石、碎石的粉土层（Q1gl）上，泥质弱胶结，经计算主机间最大沉降量为23.1mm，安装间最大沉降量为5.7mm，主机间和安装间沉降差过大，为保证厂房结构安全和设备正常运行，对主机间底部采用充填灌浆的方式，降低了因开挖后基础反弹引起的空隙比变化，提高其密实度，控制基础的变形，提高地基承载力降低沉降量。

（4）水机专业特点

1）全疆已建额定水头（347m）最高的混流式水轮发电机组。

2）本工程属于高水头、高转速机组电站。为改善蜗壳外围钢筋砼的应力状况以及高水头、高转速机组的振动等问题，对金属蜗壳与外围混凝土联合承载进行三维有限元非线性计算分析，是新疆首个采用充水保压金属蜗壳的水电站。

3）疆内已建电站水轮机尾水锥管首次采用中空结构。

（5）电气设计特点

1）电气一次

盖孜水电站工程厂房发电机层高程为2255.73m，电站所处地的地震基本烈度为Ⅷ度，电站所处地的污秽等级为d级，电气设备选择时按照海拔高度、地震设防烈度和污秽等级等进行了选择及修正；电气设备布置时进行了抗震设计，保证了设备安全稳定的运行。电气设备布置时按照电能送出的工艺流程呈“流水线作业”的方式进行布置，缩短母线长度，起到节能降耗的作用。

220kV开关设备采用SF6全封闭组合电器(GIS)设备户内布置，提高运行人员的工作条件，设备寿命长；布置紧凑，降低了厂房宽度。

主变压器采用钟罩式结构，上下节油箱箱沿采用双道密封，避免渗漏油和外界空气、水分进入变压器内部，使变压器达到了免维护。考虑到本工程地处寒冷地区（极端最低气温为-27.2℃），100MVA主变压器采用排油冲氮灭火设施代替常规的水喷雾灭火系统和泡沫喷雾灭火系统，不仅避免了水喷雾灭火系统和泡沫喷雾灭火系统在冬季结冰、堵塞、启动慢等缺陷，而且装置体积小、安装方便。

电站海拔较高，电气装置外绝缘海拔修正系数为1.15，修正后的高压开关柜外形尺寸较大，采用35kV开关柜柜体代替12kV开关柜柜体，提高了性能。扩大单元接线厂用分支侧短路电流高达61.74kA，采用高压限流组合保护装置（FUR）方案代替80kA的发电机出口断路器（SF6断路器），解决了水电站厂用分支额定电流小、开断电流大的难题，降低了设备投资和布置所需场地。

2）电气二次设计特点

盖孜水电站工程采用“无人值班”（少人值守）的运行值班方式，泵站监控系统采用全计算机监控的模式。计算机监控系统在设计之初就预留了梯级调度中心接口，为逐步向无人值班阶段过渡创造了良好基础和平台，现已顺利接入后续建设的盖孜河远程集控中心，统一规划的梯级调度思想为克服工程海拔高、距离远，缺少统一调度控制等困难打下坚实的工程基础，投运至今运行效果良好。

三、申报理由

      本工程为全疆已建额定水头（347m）最高的混流式水轮发电机组。工程具有高寒、高海拔、高地温、高地应力，地质条件复杂、强震区及承压水等特点。属于小流量、高水头、长隧洞的电站。在建设条件恶劣复杂情况下，为满足工程发电要求，从枢纽布置到建筑物设计及各个相关专业均面临诸多难题。在整个设计过程中严格遵守国家规程、规范标准执行，自始至终精心研究、精心策划、精心设计、精心施工。针对不同的设计难点开展多项专题技术研究，为各专业设计提供可靠依据，为同类工程积累了宝贵经验，具有一定的代表性。目前电站运行良好，得到相关单位的好评。