讲述水力发电工程及各种建筑物在其中的应用

【专家解说】：水力发电系利用河川、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动机，推动发电机产生电能。利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的势能变成机械能，又变成电能的转"换过程。因水力发电厂所发出的电力其电压低，要输送到远距离的用户，必须将电压经过变压器提高后，再由架空输电路输送到用户集中区的变电所，再次降低为适合于家庭用户、工厂之用电设备之电压，并由配电线输电到各工厂及家庭用户。 我国已成功建设多座200米级高混凝土面板堆石坝，并经多年或初步运行考验，200米级高混凝土面板堆石坝建设技术已由探索逐步走向成熟，筑坝技术处于国际领先水平，基本具备向300米级高混凝土面板堆石坝发展的技术条件。我国西部地区的澜沧江、怒江、黄河、雅砻江、大渡河上游以及西藏部分地区，有许多适宜建设高混凝土面板堆石坝的高坝大库坝址，工程建设各方迫切希望在300米级高混凝土面板堆石坝筑技术上有所突破。由水电水利规划设计总院、云南华能澜沧江水电有限公司、云南华电怒江水电开发有限公司共同组织开展《300米级高混凝土面板堆石坝适应性及对策研究》，在系统总结国内外已建200米级高混凝土面板堆石坝建设经验的基础上，探讨300m级高混凝土面板堆石坝建设的可行性和需进一步研究的主要技术方向，是十分必要和及时的。 混凝土面板堆石坝专委会秉承全心全意为我国水电工程技术发展服务的宗旨，通过本次会议，为水电工程技术人员搭建了一个友好、和谐的交流平台，充分展示了我国混凝土面板堆石坝的技术水平和发展趋势，必将“承前启后、开拓创新”，为我国混凝土面板堆石坝建设由200米级向300米级跨越发挥积极的推动作用。 我国水利水电行业标准，三峡工程永久枢纽建筑物均为一级建筑物，要求按千年一遇洪水标准进行设计（洪水流量为98800立方米／秒），万年一遇洪水再加10％的标准进行校校（洪水流量为124300立方米／秒）。抗震标准按比坝址区地震基本烈度Ⅵ度提高1度设防，即按Ⅶ度设防。 三峡工程的主要建筑物分三大部分： 第一大部分为挡水泄洪建筑物。由混凝土重力坝的非溢流坝段和溢流坝段组成，坝轴线全长2309米。非溢流坝段用来挡水，溢流坝段顶部装有弧形闸门，非汛期闸门关闭，用来挡水，汛期闸门打开，用来泄洪。大坝坝顶高程185米、最大坝高181米。 第二大部分为水力发电建筑物。由左右两侧各一座坝后式水电站厂房组成，两座厂房均紧靠混凝土重力坝的下游坡脚。左侧厂房内安装单机容量为70万千瓦的水轮发电机组14台，右侧厂房内安装同样容量的水轮发电机组12台，共安装26台，装机总容量为1820万千瓦。 第三大部分为通航建筑物。由双线五级连续梯级船闸、垂直升船机和施工期通航用的临时船闸组成，均位于左岸。双线五级连续梯级船闸每年下水货运通过能力为5 000万吨，垂直升船机每次可通过一艘3000吨级客轮，临时船闸每年下水货运通过能力为1000万吨。 3.2 什么是混凝土重力坝？三峡工程大坝分为哪些坝段？ 混凝土重力坝是用混凝土浇筑的，主要依靠坝体自重来抵抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝。世界各国修建于宽阔河谷处的高坝，多采用混凝土重力坝；坝轴线一般为直线，断面型式较简单，便于机械化快速施工，混凝土方量较多，施工中需要严格的温度控制措施；坝顶可以溢流泄洪，坝体中可以布置泄流孔洞。我国的丹江口、丰满工程的大坝，目前世界上最大的水电站——巴西伊泰普工程的大坝，均采用了混凝土重力坝。 三峡工程混凝土重力坝，坝顶高程185米，最大坝高181米，坝顶宽度15米，底部宽度为124米，从右岸非溢流坝段起点至左岸非溢流坝段终点，大坝轴线全长2309米。各坝段布置从右至左依次为： 右岸非溢流坝段，从右岸山体至右岸厂房坝段起点，长180米。 右厂房坝段，包括12台水轮发电机组坝块和一个安装场坝块，长约507米。 纵向围堰坝段，施工期为纵向围堰的一部分，长68米，分4个坝块，右侧两个坝块接下游混凝土纵向围堰，并作为永久的下游导墙。 泄洪坝段位于河床中央，长483米，分23个坝块，每个坝块中央设置一个7X9米的泄洪深孔。相邻坝块间设置22个8米宽的溢流表孔，堰顶高程158米，用弧形闸门进行控制。在表孔正下方，共设置22个施工导流底孔。 左导墙坝段，长32米，其下游设厂坝导墙。 左厂房坝段包括14台水轮发电机组坝块和一个中间安装场坝块，长约572米。 左岸非溢流坝段（1），位于左厂房坝段与临时船闸坝段之间，长205米。 临时船闸坝段，长56米，施工期在坝体底部设长24米宽的临时船闸通道及上闸首，施工期通航任务完成后，回填混凝土恢复坝体。垂直升船机将设在该坝段左侧。 左岸非溢流坝段（2），升船机以左，接左岸山体，长约170米。 3.3 三峡工程枢纽建筑物的主要工程量多少？ 三峡工程枢纽建筑物的主要工程量为：土石方开挖10259万立方米，土石方填筑 2933万立方米，混凝土浇筑 2715万立方米，金属结构安装28．1万吨，钢筋制作与安装35．4万吨，帷幕灌浆35．5万米，排水孔钻孔77.3万米，固结灌浆36.2万米，锚杆169．3万米，混凝土防渗墙23．l万平方米，26台水轮发电机组机电设备安装1820万千瓦（机组安装19．67万吨、起重设备安装3267吨、变压器等1．4万吨）。 三峡主体工程的混凝土方量为2643万立方米，约为当前国内最大的葛洲坝工程的2．5倍，为当前世界上最大的水电站巴西伊泰普工程的2倍。主体工程土石方开挖最高年强度为2251万立方米，约为国内已经达到的最高年强度的2．4倍（葛洲坝工程土石方开挖最高年强度为930万立方米）；混凝土浇筑最高年强度为548万立方米，约为葛洲坝工程203万立方米的2.5倍、伊泰普工程304万立方米的1．8倍；金属结构安装最高年强度为4．6万吨，为葛洲坝工程2．3万吨的2倍。 3.4 三峡工程的坝后式水电站是怎样布置的？ 水力发电站的厂房紧靠挡水大坝下游，发电引水压力钢管通过坝体进入水电站厂房内的水轮机室，这样布置的水电站叫做坝后式水电站。三峡工程的坝后式水电站分左右两侧布置，以便于河床中部布置溢流泄洪坝段。 左侧厂房全长643．6米，安装第1号至第14号共14台水轮发电机组；右侧厂房全长584．2米，安装第15号至第26号共12台水轮发电机组；单机容量均为70万千瓦，装机总容量为1820万千瓦。 为安装与检修机组的需要，左侧厂房布置有左端安装场和中间安装场；右侧厂房布置有右端安装场和中间安装场。左右厂房的中间安装场下部坝体内均设置有两个排沙底孔，这对防止进水口淤堵及粗沙过机十分有利。 左右侧厂房的断面布置基本相同，水下布置有水轮机室和发电机室，水上布置有主厂房、副厂房等。水上部分主厂房宽度为38米，高度为33．7米。主厂房内均布置有两层吊车，下层为半门式起重机，上层为桥式起重机，可以起吊发电机转子及厂房内需要安装的各种设备。 主厂房下游有宽为20．5米、高程为83．5米的尾水平台，平台下为下游副厂房，主要布置水轮机附属设备。主厂房上游有宽为20．4米的上游副厂房，主要布置发电机出线及各种电气设备；其下层安装容量为76万千伏安、电压比为550（525）／18千伏的主变压器。三峡水电站采用“一机一变”的组合方式，即一台水轮发电机组配备一台主变压器。一台主变压器的重量为450吨，运输重量为320～350吨。