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1設(shè)計基本資料及依據(jù)

水電站的壓力輸水管道是前池、機組的中間聯(lián)接環(huán)節(jié)，其設(shè)計與前池設(shè)計、機組造型，電站水能方面有關(guān)的詳細(xì)資料參見《二級電站技術(shù)設(shè)計報告》和《二級電站技術(shù)設(shè)計專題報告集》，其基本資料如下：二級電站設(shè)計裝機2臺2500kW，其多年平均發(fā)電量為1750萬kW·h，機組年利用小時數(shù)為3500h，電站保證出力1421kW。電站選用2臺CJ461-W-115/2×13雙噴嘴沖擊式機組，其單機設(shè)計流量為1592m3/s，設(shè)計水頭195.73m，最大水頭為196.6m，最小水頭192.55m，機組安裝高程為539.8m，支管中心高程539.919m，下游尾水正常水位537.7m，電站具有一壓力前池，前池最高水位為759m，正常水位為756.6m，死庫容2500m3。鋼管進水口中心高程為747.0m，進水室底板高程為746.3m。進行鋼管設(shè)計，其主要依據(jù)為水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范（SD144-85），小型水力發(fā)電站設(shè)計規(guī)范（GB71-84），鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB700-65）和水電站機電設(shè)計手冊，水工設(shè)計手冊等。

2鋼管總體布置設(shè)計

鋼管的總體布置主要是鋼管管線走向；鋼管與前池及廠房機組的聯(lián)結(jié)方式。其布置應(yīng)符合電站總體布置要求，考慮地質(zhì)、地形條件，本著節(jié)省投資，水流平順、水頭損失小，施工及運行安全、方便的原則，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。在鋼管管線布置中，根據(jù)工程地形、地質(zhì)情況方便進出段與其它建筑物及設(shè)備聯(lián)接，將鋼管管線在初步設(shè)計基礎(chǔ)上平行向下游側(cè)移動10m。這樣，主要有下列好處：

（1）便于進行前池進水口布置，鋼管在前池處二級電站管道設(shè)計李盛春水電勘測設(shè)計分析與探討水工與施工《水利水電》2013年第3期10轉(zhuǎn)彎距離縮短。

（2）鋼管上段平移后避開了沖溝，提高了鋼管安全度，同時也便于布置前池頂壩泄洪和溢流。

（3）鋼管中部段下移后，原設(shè)計需打的一平洞可以取消，降低了工程造價。

（4）鋼管下部原設(shè)計在一滑坡體上通過，施工處理難度大，造價高；現(xiàn)平行下移后，可避開高滑坡體，減少砌1000m3，節(jié)省了資金5萬元（1992年建設(shè)時單價）。保證了鋼管安全，同時也縮短了支管長度，便于升壓站布置，對廠區(qū)總體布置有利。鋼管與前池的聯(lián)接，采取壩內(nèi)埋管型式，安裝快速閘門。鋼主管與廠房縱軸向成30°角布置，在1＃鎮(zhèn)墩處分兩支管引向水輪機。3鋼管直徑選擇壓力水管直徑選擇是鋼管設(shè)計的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。鋼管直徑選擇應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟比較確定，選擇技術(shù)上可行，經(jīng)濟上優(yōu)越的方案。根據(jù)初步設(shè)計和鋼管直徑計算經(jīng)驗公式，初步擬定3個方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

方案1：內(nèi)徑0.9m，全長736.72m；方案2：內(nèi)徑0.9m段長304.51m，內(nèi)徑1.0m段長432.21m；方案3：內(nèi)徑1.0m全長736.72m。對各方案進行水頭損失計算。進行各方案電能損失計算時，電站平均流量按下式確定：Qcp=Ncp9.81y水y發(fā)HH=V上-V中-KQ2cp式中Ncp———平均出力，Ncp=1997.7kW；y水、y發(fā)———分別為水輪機、發(fā)電機平均效率，取y水=83%；y水=94%；V上、V中———分別為上游平均水位，噴嘴計算高程；K———水頭損失系數(shù)，對方案1：K=1.915；方案2：K=1.432；方案3：K=1.092。根據(jù)上式求得Qcp、△H=KQ2cp后，按下式計算電能損失：△E=9.81y水y發(fā)Qcp△H·式中t———1年小時數(shù)。計算結(jié)果見附表。按公式β=HD2[β]02mm初估管壁厚度，對各方案鋼管重量進行估算。按發(fā)電平均售電價0.15元／kW·h（1992年建設(shè)時單價）計算鋼管電費損失根據(jù)上述計算進行方案比較，確定最終方案。從水頭損失來分析，內(nèi)徑0.9m方案最大水頭損失為25m，這將造成機組選型困難，水輪直徑必須大一個檔次，機組造價將大大增加。而方案2最大水頭損失為l8m，方案3最大水頭損失為14.5m，不會造成機組造型問題。從制造、安裝及運輸?shù)确矫姹容^，三個方案的直徑相差不多，無大的困難。鋼管直徑的最后確定在于其經(jīng)濟優(yōu)越性。由方案1和方案2比較，其單位電能投資0.5元/kW·h比電站綜合單位電能投資0.6元/kW·h小；其回收年限為3.28年，顯然方案2比方案1優(yōu)越。對方案2和方案3比較，其單位電能為0.94元／kW·h，比電站綜合單位電能投資0.6元／kW·h大，回收年限也達(dá)6.27年，故方案2比方案3也優(yōu)越。

3小結(jié)

綜上所述，從便于機組選型和經(jīng)濟上來分析，方案2是最優(yōu)方案，故技術(shù)設(shè)計最后選用方案2作為設(shè)計方案。

作者：李盛春單位：永州市水利水電勘測設(shè)計院