变电站可行性研究报告.docx
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变电站可行性研究报告
XX市XX电站工程
可行性研究报
二OO三年六月
第一章
概况
第二章
水利、水能
第三章
水工建筑物
第四章
临时工程
第五章
机电部分
第六章
工程管理
第七章
施工组织设计
第八章
工程概算
第九章
经济评价
注:
1、本次设计主要参考依据《小型水电站》(XX省水利水电勘测设计院,天津大
学水利系编);
2、高程为假设高程。
第一章概况
一、工程概况
XX市XX电站是一座引水径流式发电站,电站总装机480千瓦,座落在龙头山大安山林场境内,属洎水河上游南支龙头河最上游一级电站。
电站主河发源于XX市与玉山县交
界的怀玉山山脉的银古坳,坝址以上控制的集雨面积为12平方公里。
洎水河是乐安河上游的一条主要支流,也是XX市境内的第二大河,地理位置:
东径
117°29'~118°00',北纬28°11'~29°00',流域总面积564平方公里,其中XX市境内501平方公里。
流域内,从河段上看,河流上游河谷狭窄,山高陡峭,流域内植被较为完整,植被
种类以松、杉、杂木、毛竹为主。
上游森林茂密,植被良好,水土流失程度小。
本流域属亚热带东南季风气候区,气候温和,光照充足,四季分明,多雨湿润,是
XX省多雨区之一,具有较典型的山区小气候特征。
年平均气温17.2度,年平均相对湿度
82%,年平均降雨1936.2毫米,但年际变化较大,暴雨强度大,多年平均最大一月暴雨值为111.2毫米,最大值为224.3毫米(1967年),一次暴雨持续时间一般为1—2天,持续时
间在3—4天以上的机会很少。
多年平均径流量21.94立米/秒,年径流总量6.92亿立方,年
径流深1226.5毫米,且径流的年际变化大,年内分配很不均匀,4—6月来水量占全年来水
量的51.1%。
流域内地貌为构造剥蚀地貌和侵蚀堆积地貌两种,上游东南部地层岩性为燕山早期花岗岩和新生界第四第。
二、工程枢纽布置
经勘测,并经多方案比较,遵照《乐安河流域洎水规划报告》的水力开发方案,最
后确定沙坞电站工程枢纽总体布置为:
利用I坝,通过220米渠道将龙头河左侧小支流上的
水引至龙头河主流上,再在龙头河主流上做H坝,在坝的右岸,利用3221米渠道将水引至
沙坞处进行发电,工程主要水工建筑物有:
大坝两座,长各为9米和15米,渠道一条,长
3221米,压力钢管一条,长270米,厂房一座114.4平方米;工程主要机电设备为水轮发电机两套,各为160千瓦和320千瓦,工程输电线路,10千伏电压等级5公里。
三、工程建设的必要性和可行性
该工程投资主体系股份合作投资,工程符合流域规划,既无淹没纠纷,又不影响农
业灌溉和人畜用人,系一级引水径流式发电站。
工程水力资源的开发,可以进一步开发洎水河的水力资源。
从财务评价和其它各项指标看,经济指标较优,且建成后全部电量输送至电
网,丰水期电网不会限制电量上网,因此,从市场研究、技术分析和经济评价三方面看,建设该工程是完全必要而且可行的。
四、工程特性表
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序号及名称
单位
数量
备注
一、水文
2
1、坝以上控制集雨面积
KM
12
2、代表性流量
设计保证流量
m/s
0.47
设计引用流量
3,m/s
0.499
二、枢纽特征水位
1大坝正常水位
I坝
M
201.46
U坝
M
200.80
2、厂房处河床正常水位
M
41.50
洪水位
M
45.80
调查取得,相当于P-1%
三、发电效益
装机容量
KW
480
1X60,1X320
年均发电量
万
232.8
年利用小时
KWh
4850
h
四、主要建筑物及设备
1、大坝
I坝型式地基特性坝顶高程坝底咼程取大坝长取大坝咼
U坝型式地基特性坝顶高程坝底咼程取大坝长取大坝咼
M
M
M
M
重力式浆砌石坝岩石基础
201.46
198.96
9
2.5
M
M
M
M
重力式浆砌石坝岩石基础
200.80
196.80
15
4
2、进水闸
I进水闸型式地基特性闸顶高程
开敞式岩石基础
203.06
闸底咼程
198.96
闸孔数
1
闸门尺寸
1.11.6
(b>h),木质叠梁闸门
U进水闸
型式
开敞式
地基特性
岩石基础
闸顶高程
202.60
闸底咼程
196.80
闸孔数
1
闸门尺寸
1.51.2
(b刈),钢闸门
3、
引水渠道
进水口渠底咼程
M
201.06
I号渠底
M
200.00
U号渠底
渠道断面形式
矩形
长度
M
220
I号渠
M
3221
U号渠
断面尺寸
M
0.50.6
(b>h),I号渠
M
0.81.0
(b刈),U号渠
坡降
3/1000
I、U号渠
最大过流量
m/s
0.176
I号渠
m/s
0.835
U号渠
正常走水深
M
0.4
I号渠
M
0.8
U号渠
4、
前池
正常高水位
M
191.137
最咼水位
M
191.637
最低水位
M
190.637
底板咼程
M
189.972
前池尺寸
M
2.89.5
(bX)
5、
厂房
型式
地面式
厂房尺寸
13.5採08歩5
(L>h)
丿房地面咼程
M
46.20
6、
主要金属结构设备
土要金丿属结构设备
⑴压力管道
a主管长
m
270
公称外径
mm
630
壁厚
mm
7
b叉管长
m
15
公称外径
mm
630
壁厚
mm
7
长
m
15
公称外径
mm
426
壁厚
mm
7
⑵启闭机
型式
螺杆工
台数
台
1
7、主要机电设备
⑴水轮机
Cv22—W—55/
a型号
1>7A
出力
KW
189
设计水头
M
140
设计流里
3
m3/s
0.194
b型号
Cv22—W—70/
1>
出力
KW
350
设计水头
M
140
设计流里
3
m3/s
0.305
⑵发电机
a型号
SFW160-8
b型号
SFW320-10
⑶变压器
型号
S7—400
10/0.4KV
⑷输电线路导线
S7—200
10/0.4KV
型号
LGJ—35
五、经济指标
1总投资
万元
232.21
2经济指标
⑴财务评价
财务内部收益率
12.3%
财务净现值
18.44
⑵其它辅助指标
单位电能投资
元/度
0.998
单位千瓦投资
元千瓦
4838
静态投资回收期
年
5.92
第二章水利、水能
第一节水利计算
一、设计保证率的确定
根据XX省上饶地区水电勘测设计院编制的《乐安河流域洎水规划报告》(88年),
本着该电站建成后能联网运行,有加工用电等季节性负荷,并同时考虑丰水期水能的充分利
用,根据小型水电站的设计保证率的取值规定,选定该电站的设计保证率为50%。
二、设计年径流的分析计算
由于该站以上的流域内无实测资料,在水电站的下游63公里处的银山有一水文站,
且有33年的径流资料,银山站与该站同在一条河流上,自然条件相似,且已知银山站控制的集雨面积为469km2,采用水文比拟法,可求得设计站的年平均流量,并通过年平均流量经验频率的计算,绘制年平均流量经验频率曲线,从而求得在设计保证率P=50%时,
3
Qp=0.47m/s
三、设计代表年的选择
从年平均流量经验频率曲线上查得:
3
1、枯水年:
水电站的设计保证率为75%(74年),Qp=0.31m/s;
3
2、中水年:
取P中=50%(80年),Qp=0.47m/s;
3
3、丰水年:
取P丰=25%(70年),Qp=1.08m/s。
第二节水能计算
一、保证出力
以中水年日平均出力保证率曲线代表多年日平均出力保证率曲线,绘制成出力保证率曲线后,根据水电站设计保证率,可查得相应的保证出力值为68千瓦。
二、多年平均发电量
以中水年年发电量代表多年平均发电量,可得该电站多年平均发电量为232.8万度。
三、装机容量
根据保证出力值,确定最大工作容量,根据该站运行特点,确定季节容量,最后,综合考虑各种因素,确定该站的装机容量为480KW。
四、年利用小时
根据装机容量和年发电量,可求得年利用小时数为4850小时。
第三节设计洪水
一、设计洪水
由于本电站是引水式电站,大坝进水口利用低坝拦截河中来水,大坝只需比河床高
1.0米,且坝上游无任何淹没;另外,厂房处地势开阔,只要厂房在校核洪水位以上即可,综合以上两方面的前提条件,不需做设计洪峰流量计算。
二、洪水调查
考虑厂房做在河边,既不受淹,又要尽量降低位置,充分利用水头,经调查98年百
年一遇的洪水位为45.80米。
第三章水工建筑物
第一节大坝和进水闸
该电站的引用流量一部分取自龙头河主流,一部分取自主流左侧支流。
经勘测,需
做水坝内座。
I号坝坝长9米,坝顶高程定为201.46m,渠道进水口底板定为201.06m°n号坝坝长15米,坝顶高程定为200.8m,渠道进水口底板定为200.00m。
一、大坝
(一)1号坝
1、I号坝断面拟定
大坝采用浆砌石重力坝,坝体采用75#浆砌石块,迎水面采用30cm厚150#砼进行防
冲刷保护,底层用50cm厚砼与岩基连接,I号坝的具体尺寸,见I号坝横断面图。
2、I号坝坝体材料用量
每米长坝体所需材料重为:
75#浆砌石:
2.43m3
150#砼:
2.72m3
(二)n号坝
1、n号坝断面的拟定
n号坝位于主流上,因此,大坝型式采用浆砌石重力坝,坝体采用75#浆砌石,迎水
面采用30cm厚的150#砼做防渗面板,溢流面采用30cm厚的150#砼进行防冲刷保护,底层
采用50cm厚150#砼与岩基连接。
具体尺寸见n号坝横断面图。
2、n号坝坝体材料用量
每米长坝体所需的材料量为
75#浆砌石:
5.43m3
150#砼:
3.87m3
二、进水闸
(一)1号进水闸
1、进水闸的布置及设计
采用开敞式进水口,进水闸与坝轴线成45°角布置在水坝的右岩,闸址与岩石连接。
进水闸底板高程为201.06米,闸边墙顶高程为203.06m,闸边墙长3.0m,闸门板采用简易的木闸门。
具体尺寸为I号进水闸布置图。
2、进水闸材料用量:
(1)松木闸门板壹套:
厚8cm,长110cm,高160cm。
(2)边墙150#钢筋混凝土:
12.3m3
(3)闸底板75#浆砌石(50cm厚):
1.5m3
(4)闸底板150#砼(10cm厚)和闸室前截水墙150#砼(20cm厚)共计1.0m3。
(二)n号进水闸
1、进水闸的布置采用开敞式进水口,与大坝同轴线布置在大坝的右岸,闸址与岩石连接,闸底板高程为200.00m,闸边墙高程定为202.60m,闸边墙为5.0m,具体尺寸见n号进水闸立面布置图。
2、进水闸设备及材料用量
(1)启闭机:
采用螺杆式启闭机一台,启闭力为2号,闸门采用平板钢闸门,平面尺寸(b0)为:
1.5>1.2米。
(2)工作桥、边墙150#钢筋混凝土:
38m3
(3)闸底板75#砼(10cm厚)和闸室前截水墙150#砼(20cm厚):
1.8m3
第二节渠道、渠道建筑、前池和压力管道
一、渠道
(一)1号坝引水渠
1、1号坝引水渠的引用流量
I号坝以上控制的集雨面积为1.5km2,1号坝的引水渠主要引用枯水期I号坝拦截
的枯水期的流量,根据第二章中确定的装机和选择的机型,机组的最大引用流量为
3
0.499m/s,考虑加大渠道断面有利于调节流量,并考虑渠道的沿程渗漏和蒸发损失的流量,最后确定渠道的最大引用流量为0.835m3/s,因此,根据I号坝控制的集雨面积和n号控制
的集雨面积各为1.5KM2和12KM2,确定I号坝引水渠的引用流量为0.15m3/s。
2、引水渠的断面设计
引水渠长220米,渠道采用沿山腰布置,开挖后用150#砼进行浇筑,渠道纵坡采用
3/1000,横断面为矩形断面。
3
由附录n表n—3,渠道边坡采用砼浇筑后,糙率n=0.017,查表10-6,i=1000,
设底宽b=0.5m,用试算法求水深h,假设h=0.4m,则:
渠道过水断面W=b 湿周: x=b2h=0.5+2<0.4=1.3(m) w -°2-0.154 水力半径: R=x 1.3(m) 查附录n表n-2, 当n=0.017,R=0.154m时,C=41.00 JR=0.2汉41汉J0.154汉 验算流速率: K=WC1000 33 =0.176m/s>Q=0.15m/s,满足要求。 验算流速是否在允许范围内 查附录n,表n-1,对于砼,不冲流速在8m3/s以内,查表10-3,不淤流速为0.42m3/s,计算流速值在允许的范围内,满足要求。 因此,渠道的断面在加上0.2m超高的情况下,宽<高为: 0.5<.6米。 具体尺寸见I 号引水渠断面图。 3、引水渠工程量及衬砌材料用量 每米长土方开挖量为: 2.66m3 每米长所用150#砼为: 0.19m3 每米长所用75#浆砌石为: 0.35m3 (二)n号坝引水渠 1、n号坝引水渠的引用流量 从前面计算分析得知,机组的引用流量为0.499m3/s,则n引水渠的引用流量为 3 0.499m/s。 2、引水渠的断面设计 引水渠长3221米,其中明渠2881米,隧洞340米,渠道沿山腰布置,开挖后山坡土方段用75#浆砌石衬砌后,再用150#砼进行浇筑,岩石段开挖后直接用150#砼进行浇筑, 隧洞段开挖成方圆形后,按边墙衬砌,洞顶按不需衬砌进行设计。 渠道纵坡采用3/1000横 断面为矩形断面。 0.49918.26=9.1123 K=-i(m3/s) 设底宽b=0.8米,用试算法求水深h,假设h=0.8,则: 渠道过水断面W=b 渠道湿周: x=b+2h=0.8+0.8<2=2.4(m) W=064=0.27 水力半径: R=X2.4(m) 查附录n表n-2,当n=0.017,R=0.27m时,C=45.85 33 =0.835m/s>Q=0.499m/s,满足要求。 验算流速是否在允许范围内 查附录n,表n-1,对于砼,不冲流速在8m3/s以内,查表10-3,不淤流速为0.42m3/s,计算流速值在允许的范围内,满足要求。 因此在渠道的断面加上0.2m超高的情况下,宽槁为: 0.8<.0米,具体尺寸见n号引水渠断图。 3、引水渠工程量及衬砌材料用量 ⑴岩石段 每米长岩石开挖量: 1.996m3 每米长150#砼用量: 0.3m3 ⑵山坡土方段 每米长土方开挖量: 4.885m3 每米长150#砼用量: 0.3m3 ⑶隧洞段 每米长土方开挖量: 1.80m3 每米长150#砼用量: 0.3m3 二、渠道建筑物 渠道环山绕行,山坡上常有雨水流入,因此,在沿渠地形合适处,如有冲沟的地方, 修建侧向溢流堰或放水闸,并同时将放水闸和排沙闸门结合起来,在排沙闸门处,渠底须凹 下50cm。 根据勘查,需在6处地方修建侧向溢流堰,4处修建排沙闸门。 三、前池 1、前池的布置 根据地形、地质条件及运用要求(包括排沙、泄水等)等方面的综合考虑,前池应布置在天然地基上,前池的总体布置由于受地形限制,为缩短压力水管的长度,将其进水室 和引水渠道布置成直角。 见前池总体布置图。 2、前池控制水位和各部分尺寸的确定 ⑴前池控制水位 渠道末端底板高程: 200.00-3.2213=190.337m 渠道末端正常高水位: 190.337+0.80=191.137m 前池正常高水位: 191.137m 进水室的正常水位: 191.137-0.30=190.837m 进水室的最低水位: 190.837-0.2=190.637m 前室的最高水位: 191.137+0.5=191.637m ⑵各部分的尺寸 a.进水室 进水室宽度 假设压力水管的管径为0.6m,进水室净宽一般为压力管径的1.5~1.8倍,即有1.1米 宽就可以,但考虑适当加大前池的宽度,有利于调节流量,最后确定进水室宽度为2.8米。 进水宽长度: 按小型水电站2—5米选择,选定该站进水室长度为4.0米,进水室底板高程: VD D进度=Z进最低—gCOS〉 式中: Z进最低一一进水室量低水位。 V――流速,取0.8米/秒 D管径,取0.6m a――进口处压力水管轴线与水平夹角,水管与压力墙垂直,则COSa=1 前池压力墙和挡水墙的顶部高程 D池顶=Z最高+安全超高 则: D池顶=191.637+0.4=192.037m b.前室 前室的宽度: 取与进水室的宽度一样,为2.8m 前室的长度: 一般为前室宽度的2.5~3.0倍, 则为: 1.1>3=3.3米,取4.5米。 c.溢流堰 Q溢 溢流堰前沿长度B=MHo3/2 式中: Q溢最大下泄流量,为水轮机的最大流量0.826m3 M――流量系数,采用实用剖面堰,取1.7 HO——堰顶水头,取0.3m 0.826 3/2 则B=1.70.3=2.96m,取B=5米。 3、前池挡水墙设计⑴挡水墙尺寸拟定具体尺寸详见前池挡水墙横断面图。 前池挡水墙基础开挖至岩石后,挡水墙迎水面采用20cm厚150#砼作防渗面板,底部 采用20cm厚150#砼作垫层,墙身采用75#浆砌块石进行衬砌。 ⑵挡水墙稳定计算 a.抗滑稳定计算 自重W1=1.8)0.52.2=1.98吨 W2=0.62.772.2=3.66吨 W3=1/2M.22.772.2=3.66吨 土压力P土=211.205? tg? 45-号=0.44吨 水压力P水詔12.872皿12吨 扬压力P扬=寺11.82.87=2.58吨 地基为火成岩,f取0.7 0.71.983.663.66-2.58 =1.03 贝打K抗滑=0.444.12略小于1.05。 由于此处忽略了墙 后的被动土压力,因此,认为可以满足抗滑稳定的要求。 b.抗倾稳定计算 稳定力矩: 19820.9=1.8吨•米 3.661.5=5.49吨•米 3.660.8=2.93吨•米小计: 10.22吨•米 倾覆力矩: 0.44>0.4=0.18吨•米 4.120.96=3.96吨•米 2.581.2=3.1吨•米小计: 7.24吨•米 10.22 贝H,K抗倾=7.24-l.42>K=1.3 满足抗倾稳定的要求。 ⑶挡水墙所需材料用量每米长挡水墙所需的材料: 150#砼: 0.5m3 75#浆砌块石: 3.73m3 四、压力管道 1、压力管道的类型及布置方式 根据该电站的技术参数,决定选用钢管作压力管道,压力钢管采用联合供水,并按正向进水的方式,为两台水机供水。 2、压力管道经济直径选择和管壁厚度确定 ⑴经济直径选择 5.2Q最大8 D=7H 式中: Q――压力水管的最大设计流量(m3/s) H——水电站的毛水头,为144.137m 取D=0.6m 同理,叉管的经济直径为0.6m和0.4m ⑵管壁厚度确定 100H设D 2L1: : 式中: H设设计水头(m) D――钢管内径 2 [S]――钢材允许应力,取975kg/cm ’一一接缝的坚固系数,取0.9 100144.1370.6 o= 29750.9 取S=0.5毫米,加2毫米锈蚀厚度,钢管管壁厚度为7毫米。 同理,叉管的管壁厚度也取7毫米。 3、压力管道的支承方式 压力管道采用露天式钢管,用镇墩和支墩进行支承。 镇墩设五个,分别设在进口转 弯、出口转弯各1个和中间处3个,采用150#砼重力式结构的镇墩。 支墩每隔14米安排一 个,共计12个,底坐采用75#浆砌块石,支墩的支承面包围管径的部分用150#砼。 4、压力钢管及支承结构所需材料 ⑴钢管: 根据定型产品,选公称外径630mm,公称厚度7mm的钢管270米,重量 29.174吨。 公称外径630mm,公称壁厚7mm后叉管15米,重量1.621吨。 公称外径426mm,公称壁厚7mm的叉管15米,重量1.093吨。 三项小计31.888吨。 ⑵镇墩砼 150#砼每个按底面1.5>1.2米,高2.2米算,5个镇墩共计20m3。 ⑶支墩 75#浆砌块石,每个按底面1.2>.0米,高2.2米算,12个支墩共计32m3。 第三节发电厂房 一、厂区总体布置电站厂区主要有厂房、引水管道、尾水架管、主变压器和对外交通线路、管理房等,详见工程枢纽平面布置图。 二、厂房布置由于机组采用的混流式水轮机,而且水轮机和发电机是直联的,由厂家提供的水轮发电的安装布置图可知,机组轴线与厂房纵轴垂直布置,与进水管轴线平行。 把配电盘布置在两机组之间,在厂房尾水管出口一侧。 三、厂房主要尺寸的确定 1、厂房长度根据厂家提供的水轮机安装布置图,考虑大门至机组间的空地留作修理间,取4.0米,则厂房长度为13.5米。 2、厂房宽度 由安装布置图可知,厂房宽度定为8.08米,因此厂房的面积为114.4m2。 第四章临时工程 一、交通工程 该电站有100米对外公路需修建,需回填400m3砂卵石,且需新建仝平板桥一座, 长28米。 二、管理
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