沁河河口村水库大机组电站厂房设计
刘增强 柴志阳 孟旭央
（黄河勘测规划设计有限公司 工程设计院）
［摘 要］河口村水库以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电和改善河道基流等综合作用。
电站分大机组和小机组两个电站，总装机容量为11.6 MW。
其中大电站以发电为主，并提供生态基流，装机容量为10 MW；小电站兼发电和向沁北电厂供水双重任务，装机容量为1.6 MW。
本文主要讲述大电站的厂区布置、结构布置、副厂房结构布置设计优化及稳定应力计算等内容，为类似工程的设计可提供一定参考价值。
［关键词］电站厂房 河口村水库 沁河
1 工程概述
河口村水库位于黄河一级支流沁河最后一段峡谷出口处，下距五龙口水文站约9 km，属河南省济源市克井乡，是控制沁河洪水、径流的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。
开发任务是“以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利用”。
水库总库容3.17亿m3，最大坝高122.5 m，正常蓄水位275 m。
电站分大、小机组两个电站，总装机容量11.6 MW。
大电站以发电为主，并提供生态基流；小电站兼发电和向沁北电厂供水双重任务。
大机组电站为岸边式地面厂房，由2台混流式水轮发电机组、安装间及副厂房组成，总装机容量为10 MW，额定水头76.00 m，单机额定流量7.80 m3/s，机组安装高程为171.20 m。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），确
定河口村坝址场地地震动反应谱特征周期为0.40 s，地震动峰值加速度0.1 g，确定电站抗震设计烈度为7度。
河口村水库工程等别为Ⅱ等，属大（2）型。
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），电站厂房及次要建筑物为3级，电站厂房按50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。
2 大机组电站厂区布置
大电站采用岸边式地面厂房布置型式，安装间布置在主机间右侧，中控室及交接班室均布置在安装间的上游侧，主变压器布置在主机间上游室外地面高程180.00 m的平台上，考虑主变检修、消防等要求，两台主变压器之间，变压器与主厂房、中控室分别通过防火墙分隔。
厂房上游侧设置不小于4.00 m宽的消防通道，路面高程为180.00 m，可以满足消防车作业的需要，净空高度无障碍，满足有关规范要求。
主厂房的对外交通出入口，布置在安装间右山墙侧，与进厂公路平顺相连。
尾水平台高程为180.00 m，高于200年一遇校核尾水位179.45 m。
机组尾水闸门孔口尺寸为2.82 m×1.34 m（宽×高），底坎高程168.39 m，采用平板钢闸门，两台机组共用一台单轨移动式启闭机，为满足尾水闸门检修要求，计算确定起闭机牛腿底高程为185.30 m。
根据地质资料，电站厂区覆盖层大部分为alQ4，厚度最大达30 m左右。
厂房纵轴线上游侧边坡局部存在覆盖层dlQ4，基本分布在高程213.00~224.00 m之间，厚度最大为4.7 m。
覆盖层下部即为太古界登封群（Ard）变质岩，电站厂房基础均坐落在该岩层。
基岩面向河床倾斜，坡度约40°。
按照地质专业提供的建议开挖边坡，覆盖层按1∶1.75坡比开挖，基岩（片麻岩）采用1∶0.3的坡比进行开挖。
为了满足小机组电站进场方便，节省工程量，小电站进场道路在大电站厂房开挖后边坡210.00 m高程通过。
施工中应确保及时锚喷支护，严格按照边坡开挖支护施工程序执行，保证边坡稳定安全。
3 厂房结构布置设计
3.1 厂房主要控制尺寸及高程确定
根据《水电站厂房设计规范》SL266-2001第2.3条厂房内部布置原则，机电专业对河口村大机组电站提出的具体设计参数和要求，主厂房总长28.92 m，其中机组段长17.90 m，安装间长11.00 m，机组段与安装间之间设0.02 m宽的伸缩缝，机组中心间距为7.00 m。
主厂房跨度13.00 m，其中上游侧跨度为7.00 m（包括吊车柱在内），下游侧跨度为6.00 m（包括吊车柱在内），机组安装高程为171.20 m。
厂房平面布置图见图1。
图1 厂房平面布置图
厂房由蜗壳层（169.20 m）、水轮机层（173.50 m）、发电机层（178.67 m）组成，发电机层以上部分高度主要取决于发电机转子连轴长度、桥机高度及吊装方式等；发电机层以下部分各层高程主要考虑水轮机安装高程、尾水管体形、蜗壳尺寸、水轮机坑高度、机电管线布置及土建结构体形要求等因素综合确定。
机组横剖面图见图2。
3.2 主厂房各层布置
主厂房分三层布置，高程为178.67 m 的发电机层，高程为173.50 m 的水轮机层和高程为169.20 m 的蜗壳层。
发电机层布置有发电机、机旁盘等机电设备及吊物孔。
水轮机层布置调速器、吊物孔、机坑进人门等设备。
蜗壳层布置有引水管道、蝶阀、尾水管进人门等设备。
根据机组安装检修
的需要，厂内设1台300/50 kN电动双梁桥式起重机一台，轨距为11.00 m，轨顶高程为187.30 m，厂房屋顶采用轻钢结构。
3.3 安装间各层布置
安装间分两层布置，安装场层高程为180.30 m，布置一3.0 m×2.0 m的吊物孔，上游布置通往底层的楼梯；底层高程为173.50 m，布置空压机、储气罐、储油罐、转子支墩及两台渗漏检修排水泵，渗漏检修集水井设在安装间最底层，集水井底高程为166.20 m。
进厂大门设在安装间右侧山墙处，室外地坪高程为180.00 m，低于室内0.3 m。
3.4 副厂房各层布置
安装间段副厂房分四层布置，底层高程为173.50 m（与水轮机层同高），主要布置10 kV，35 kV开关柜及1号、3号励磁变；二层高程为177.80 m，为电缆夹层；三层高程为180.00 m，布置中控室、交接班室和楼梯间；四层高程为184.50 m，布置办公室、卫生间等。
副厂房净宽8.50 m。
图2 机组横剖面图
主机段副厂房分两层布置，底层高程为169.20 m（与蜗壳层同高），引水管道从该层通过；二层高程为173.50 m （与水轮机层同高），主要布置低压开关柜、发电机电压配电装置及1~2号厂用变压器，其净宽8.50 m；其顶部室外180.00 m 高程平台布置1号和2号主变压器。
4 副厂房结构布置优化设计
由于初步设计阶段电压等级的下调，取消了可行性研究阶段主变室顶部的GIS 室。
为了优化结构体型、减少投资，综合比较多种布置方案，确定将主变压器由室内布置调整为室外布置。
取消原主变室消防设施、节省空间，根据实际需要，将主厂房机组间距沿厂房纵向压缩至7.0 m，使厂区开
挖工程量大幅减少，节省工程投资。
5 厂房整体稳定应力计算
电站厂房基础为太古界登封群（Ard）变质岩，厂房上游面全部位于片麻岩内，下游及左、右面，下部为片麻岩。
太古界登封群（Ard）变质岩系，岩性坚硬，较为均一，无软弱夹层，新鲜～微风化，裂隙稍发育，沿结构面有渗水滴水现象，为Ⅱ类围岩，其极限饱和抗压强度为80 MPa。
设计取机组段和安装间段分别进行整体稳定及地基应力计算，荷载组合和计算成果见表1、表2和表3，计算成果表明，厂房整体稳定性及地基应力满足规范所规定的安全度。
表1 荷载组合表
表2 站机组段整体稳定及地基应力计算成果表
表3 站安装间段整体稳定及地基应力计算成果表
6 结语
河口村大机组电站突出的设计特点在于能够在有限的空间上，合理布局、优化设计，满足机电专业设备布置要求的同时，达到功能划分合理、结构空间紧凑，为本工程下阶段工作的设计优化提供了设计思路，为类似工程的设计提供了一定的参考价值。
