阿海水电站金属结构设计布置

摘要：阿海水电站位于金沙江中游河段，是金沙江中游河段一库八级开发方案的第四级，本文对阿海水电站的金属结构设计布置进行了系统的介绍。

关键词：阿海水电站 金属结构 总体布置

【分类号】TV34

1 工程及金属结构布置概况

阿海水电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与宁蒗县（左岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段一库八级的第四级，上游与梨园水电站相衔接，下游为金安桥水电站。电站水库正常蓄水位EL.1504.00m，死水位EL.1492.00m，校核洪水位EL.1507.484m，坝顶高程EL.1510.00m，最大坝高132m。总库容8.06×108m3，调节库容2.38×108m3，具有日调节能力。多年平均发电量单独运行为80.98×108kW.h，联合运行为89.52×108kW.h。

电站安装5台400 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量2000MW，电站建成后将成为云南电网的骨干电源之一，对弥补云南省和西电东送电力电量的不足，增强电网调峰能力，促进电网经济安全运行和提高供电质量等具有重要作用。

电站枢纽由碾压混凝土重力坝、左岸溢流表孔、左岸泄洪冲沙底孔、右岸冲沙底孔、坝后主副厂房等组成，主要建筑物呈“一”字形布置。

电站金属结构设备根据水工建筑物的布置要求，分为引水发电系统、泄洪冲沙系统及导流系统三个部分。整个电站共设有闸门及拦污栅60扇（其中闸门33扇，拦污栅27扇）；门槽及拦污栅槽埋件92套（其中闸门槽42套，拦污栅槽50套）；各类启闭机21台（其中双向门机1台，单向门机2台，固定式卷扬机4台，液压启闭机14台）。金属结构总量约12723.42吨。

2 引水发电系统金属结构设备

引水发电系统与坝体结合，采用单管单机的引水方式，五台机组设有5个进水口。引水发电系统进水口设有拦污漂、拦污栅、检修闸门、快速事故闸门及相应启闭设备。在厂房的下游尾水管出口设有尾水检修闸门及启闭设备。

进水口拦污漂

为有效阻拦污物进入电站进水口，特别是在水库初期蓄水时，会有大量的树枝类污物，故在拦污栅前设置一道能随水库水位变化而垂直升降的拦污漂。拦污漂的两端设置有凹型钢结构导槽，其一端布置在大坝左岸泄洪冲沙坝段，另一端布置在水库右岸，与坝体形成47°角，导槽总高度为20m，导槽底部高程为EL.1490.00m，低于死水位EL.1492.00m，可确保在电站运行的整个水位变动范围内都能有效拦阻污物。

拦污漂两端直线距离350m，漂体矢高7.5m，水上拦污高度0.5m，水下拦污高度1.785m。整个漂体由55节钢浮箱组成，浮箱间通过铰轴连接，其中左右端部两节为过渡结构，是拦污漂主体和滑轮结构间的过渡装置，其一端和浮箱结构连接，另一端和滑轮结构连接。

进水口拦污栅及启栅设备

电站进水口拦污栅采用前后双层垂直布置，前面一层为工作栅槽，后面为检修栅槽，五个进水口共设置了25×2孔栅槽、27套栅叶，栅后为五孔连通式结构，当部分拦污栅被污物堵塞时，仍能保证每台机有足够的引水量，可减少因污物堵塞而停机的可能性。拦污栅底槛高程为EL.1460.00m，孔口尺寸4.5m×32m（净宽×净高），按承受4m水头差设计，栅条净距200mm。工作拦污栅和检修拦污栅的栅叶结构和栅槽形式以及孔口尺寸完全相同，每扇拦污栅体分为11节制造、运输，每节栅体布置3根主横梁，纵向栅条利用横向螺杆和套筒串接后固定在栅框上，拦污栅采用定轮支承。

拦污栅采用提栅清污的方式清污，利用坝顶双向门机的副小车（1000kN）借助液压自动抓梁进行操作，当某扇工作栅由于污物较多造成堵塞需要清污时，将备用栅放置在该工作栅后面的备用栅槽内，然后提起工作栅进行清污。备用拦污栅叶平时锁锭在检修栅槽顶部。

进水口检修闸门和启闭设备

在每台机组的进水口拦污栅后设有一道检修闸门门槽，五个孔口共用1扇平面检修闸门门叶，闸门底槛高程为EL.1464.00m，孔口尺寸9m×14m（净宽×净高），设计水头40m，总水压力42277kN。闸门分5节制造、运输，在工地用铰轴连成整体。闸门采用下游止水，复合材料滑道支承，操作条件为静水启闭，利用上节门叶上设置的充水小门充水平压后静水启门。闸门利用坝顶3200kN/1000kN双向门机的主小车通过拉杆进行操作。平时闸门存放在储门槽内，当快速事故闸门或压力钢管需要检修时下闸挡水。

进水口快速事故闸门和启闭设备

在每台机组进水口检修闸门之后均设置1扇快速事故闸门，共设置5孔5扇。闸门底槛高程为EL.1464.00m，孔口尺寸9m×12m（净宽×净高），设计水头40m，总水压力37363kN。门叶共分为4节制造、运输，在工地用铰轴连成整体。闸门采用下游面板下游止水，带滚动轴承的滚轮支承。操作条件为动水快速关闭闸门，静水启门，利用门顶设置的充水小门充水平压。闸门利用自重闭门，加上采用滚动轴承，有效的降低了启闭设备的容量。

机组及压力钢管正常运行时闸门悬吊于孔口门楣上方1.05m的位置并处于待命状态，当机组或压力钢管发生事故时闸门能在3min内快速关闭孔口，以保证机组安全。该闸门由单缸浮动支承式液压启闭机进行操作，启闭机启门力3600kN，闭门力3600kN，工作行程13.3m，液压缸外径Φ690mm，内径Φ580mm，活塞杆直径Φ280mm，杆腔计算压力18.42MPa，无杆腔计算压力1.0MPa，液压缸工作状态为垂直布置，浮动支承式安装，可适应一定的安装偏差。每台液压启闭机设置一套液压泵站，5台液压启闭机共设置5套液压泵站，每套液压泵站设置两台互相备用的油泵电机组。快速事故闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，当发生事故时，液压启闭机接受控制中心发来的信号后快速（≤3min）关闭闸门。

厂房尾水检修闸门及启闭设备

在每台机组的尾水出口处设置检修闸门。为减小闸门的宽度，在每台机组尾水出口处设置一中间闸墩，使每台机组的尾水出口一分为二，5台机组共布置10个尾水出口。由于施工期间需采用尾水闸门挡水，10个尾水出口共设置10扇尾水检修闸门。闸门底槛高程EL.1386.50m，孔口尺寸为10.37m×9.82m（净宽×净高），设计水头52.995m，总水压力49805kN。闸门分3节制造、运输，在工地用铰轴连成整体，采用复合材料滑道支承。尾水检修闸门的操作条件为：静水启闭，启门水头差小于1m，通过水机专业埋设的旁通阀充水平压。

尾水检修闸门在电站正常运行时，锁定在尾水门槽内，机组检修时利用尾水2×1600kN单向门机通过液压抓梁操作闸门。

尾水门机布置在尾水平台上，高程为EL.1442.00m，启门容量为2×1600kN，扬程60m，轨上扬高11m，轨距7m，轮距14m。门机自带一根液压自动抓梁。

坝顶双向门机

坝顶双向门机设置在高程为EL.1510.00m的坝顶平台上。门机为双向双小车型式，主小车容量为3200kN，副小车容量为1000kN，主小车位于门机跨内工作，主要作用是启闭左岸泄洪冲沙底孔事故闸门、右岸冲沙底孔检修闸门和电站进水口检修闸门；副小车位于门机主梁上游悬臂段工作，用于启闭进水口拦污栅。门机主小车总扬程45m，轨上扬高17m，副小车总扬程35m，轨上扬高18m，门机轨距13.5m，轮距11.0m。主小车通过拉杆操作各闸门，副小车通过液压抓梁操作拦污栅。

3 泄洪冲沙系统金属结构

电站的泄洪冲沙系统由左岸泄洪冲沙底孔、右岸冲沙底孔和溢流表孔组成。

一条左岸泄洪冲沙洞布置在厂房坝段左侧和溢洪道中间，该洞进口段用砼中墩隔为2孔，金属结构设备由2孔1扇事故闸门和2孔2扇弧形工作闸门及相应的启闭设备组成。

右岸冲沙底孔紧靠进水口坝段的右侧，金属结构设备由1孔1扇检修闸门、1孔1扇事故闸门和1孔1扇弧形工作闸门及相应启闭设备等组成。

溢流表孔布置在大坝的左侧，金属结构设备由5孔1扇平面滑动检修闸门、5孔5扇弧形工作闸门及相应启闭设备组成。

左岸泄洪冲沙底孔事故闸门与启闭设备

左岸泄洪冲沙底孔事故闸门设置在左岸泄洪冲沙底孔进口处，每孔各设置一道事故闸门门槽，两个孔口共用一扇事故闸门门叶。闸门底槛高程为EL.1445.00m，孔口尺寸5m×9m（净宽×净高），设计水头59m，设计淤沙高度5m，总水压力和泥沙压力共27198kN。门叶共分为3节制造、运输，在工地用铰轴连成整体。闸门采用上游面板上游止水，带滚动轴承的滚轮支承。操作条件为动水闭门，利用门上设置的充水阀充水平压后静水启门。事故闸门的门槽型式采用Ⅱ型结构，为带错距的较优宽深比的门槽，具有较好的水力学特性。为节约投资，在设计过程中对门槽型式进行了优化，门槽EL.1468.80m高程以上为扩大门槽，只设侧导向装置，取消主、反轨。

左岸泄洪冲沙底孔事故闸门利用坝顶3200kN/1000kN双向门机的主小车通过拉杆进行操作。

左岸泄洪冲沙底孔工作闸门与启闭设备

左岸泄洪冲沙底孔弧形工作闸门设置在左岸泄洪冲沙底孔下游出口处，共2孔2扇。闸门底槛高程为EL.1445.00m，孔口尺寸5m×8m（净宽×净高），设计水头59m，设计淤沙高度8m，总水压力和泥沙压力为31388.2kN，面板曲率半径为14.5m。该闸门采用主横梁、直支臂、圆柱铰结构形式，主横梁和支臂均为箱形结构，为增加支臂刚度，在上、下支臂之间设有连接系。闸门两侧止水为“P”型方头水封，底止水为板型水封。支铰轴承采用自滑动轴承，但设计中仍保留有常规注油油孔，作为自不理想或失效时的后备措施。闸门的操作条件为动水启闭，可局部开启。

弧形闸门采用单缸双作用摇摆式液压启闭机操作，启闭机启门力3600kN，闭门力1000kN，工作行程10.633m，液压缸外径Φ740mm，内径Φ620mm，活塞杆直径Φ380mm，杆腔计算压力19.1MPa，无杆腔计算压力3.3MPa。每台液压启闭机设置一个液压泵站，每套液压泵站设置两台互为备用的油泵电机组。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，可现地或远方工作。

右岸冲沙底孔检修闸门与启闭设备

右岸冲沙底孔检修闸门设置在右岸冲沙底孔进口处，为1孔1扇。闸门底槛高程为EL.1433.00m，孔口尺寸5m×8m（净宽×净高），设计水头71m，设计淤沙高度4m，总水压力和泥沙压力共29355kN。门叶共分为3节制造、运输，在工地用铰轴连成整体。闸门采用复合材料滑道支承，上游面板上游止水。操作条件为：静水启闭，利用门上设置的充水阀充水平压。因检修闸门的水头较高，门槽流速大，门槽型式采用Ⅱ型结构，为带错距的较优宽深比的门槽，具有较好的水力学特性。门槽EL.1450.00m高程以上为扩大门槽，只设侧导向装置，取消主、反轨。

该闸门利用坝顶3200kN/1000kN双向门机的主小车通过拉杆进行操作。

右岸冲沙底孔事故闸门与启闭设备

在右岸冲沙底孔进口检修闸门后设置1孔1扇事故闸门。闸门底槛高程为EL.1433.00m，孔口尺寸5m×7m（净宽×净高），设计水头71m，设计淤沙高度4m，总水压力和泥沙压力共26282kN。门叶共分为3节制造、运输，在工地用铰轴连成整体。闸门采用上游面板上游止水，带滚动轴承的滚轮支承。操作条件为动水闭门，利用门上设置的充水阀充水平压后静水启门。门槽型式采用Ⅱ型结构，为带错距的较优宽深比的门槽。

该闸门由单缸浮动支承式液压启闭机进行操作，启闭机启门力3000kN，持住力1600kN，工作行程7.8m，液压缸外径Φ600mm，内径Φ500mm，活塞杆直径Φ220mm，杆腔计算启门压力19.73MPa，杆腔计算持住压力10.3MPa，无杆腔计算压力0.5MPa，液压缸工作状态为垂直布置，浮动支承式安装，可适应一定的安装偏差。液压启闭机设置一个液压泵站，液压泵站设置两台互为备用的油泵电机组。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，可现地或远方工作。

右岸冲沙底孔工作闸门与启闭设备

右岸冲沙底孔弧形工作闸门设置在右岸冲沙底孔下游出口处，闸门底槛高程为EL.1427.00m，孔口尺寸4m×4m（净宽×净高），设计水头77mm，设计淤沙高度4m，总水压力和泥沙压力共16400kN，面板曲率半径为8m。闸门采用主横梁、直支臂结构形式，主横梁和支臂均为箱形结构，为增加支臂刚度，在上、下支臂之间设有连接系。闸门两侧止水为“P”型方头水封，底止水为板型水封。闸门支铰轴承采用自滑动轴承，设有常规注油油孔。闸门的操作条件为动水启闭，全开全关。

弧形闸门采用单缸双作用摇摆式液压启闭机操作，启闭机启门力2000kN，闭门力1000kN，工作行程6.82m，液压缸外径Φ540mm，内径Φ450mm，活塞杆直径Φ260mm，杆腔计算压力18.88MPa，无杆腔计算压力6.29MPa。液压启闭机设置一个液压泵站，液压泵站设置两台互为备用的油泵电机组。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，可现地或远方工作。

溢洪道检修闸门及启闭设备

在溢洪道表孔设置有5孔1扇检修闸门。闸门底槛高程为EL.1483.714m，孔口尺寸13m×20m（净宽×净高），设计水头20.7m，总水压力27990kN。该闸门设计为平面钢叠梁形式，共分7节，采用复合材料滑道支承，下游橡皮止水。操作条件为静水启闭，顶节门叶小开度动水提门充水平压。检修闸门采用2×500kN单向门机带液压自动抓梁分7次起吊。平时不用时，溢洪道检修闸门放置在储门槽内。

该单向门机布置在高程为EL.1510.00m的坝顶平台上，启门容量为2×500kN，扬程30m，轨上扬高5m，轨距5m，轮距8.7m。门机自带一根液压自动抓梁。

溢洪道弧形工作闸门与启闭机

溢洪道检修闸门后设置5孔5扇露顶式弧形工作闸门，闸门底槛高程为EL.1483.55m，孔口尺寸13m×20m（净宽×净高），设计水头20m，总水压力32800kN，面板曲率半径21m。闸门采用主横梁、斜支臂的结构形式，圆柱铰支承。为增加闸门的整体刚度，主梁与支臂均为箱形结构。闸门两侧止水为“L”型水封，底止水为板型水封。闸墩顶部设有机械锁定装置。闸门支铰轴承采用自滑动轴承，设有常规注油油孔。闸门的操作条件为动水启闭，可局部开启。

每扇弧形工作闸门采用一套悬挂式双缸液压启闭机操作。启闭机启门力为2×3500kN，工作行程8.5m，液压缸外径Φ670mm，内径Φ560mm，活塞杆直径Φ280mm，杆腔计算压力19.6MPa，无杆腔计算压力1.0MPa。每套液压启闭机由单独的液压泵站控制，以保证闸门运行的安全可靠。油缸的上端铰支在闸墩上部的铰轴上，油缸活塞杆的下端与闸门下主梁两端后翼缘上的吊耳相连。在油缸的上下端吊头内均装有优质自球面滑动轴承，能满足油缸自由摆动，并可以消除启闭机或闸门由于安装等误差造成的对油缸的不利影响。为保证闸门在开启和关闭的过程中能平稳运行，油机的液压系统设有双缸同步装置。闸门及液压启闭机的工作状态可在电站集中控制中心显示，可现地或远方工作。

4 导流系统金属结构

枢纽左岸设置两条导流洞。1#导流洞进口底槛高程为EL.1408.00m，设置2孔2扇平面封堵闸门，孔口尺寸8m×19.5m（净宽×净高），设计挡水水头为96.0m，总水压力142000kN。闸门采用复合材料滑道支承，下游止水，在≤17.83m水头动水下门，最大提门水头为18.83m。

2#导流洞进口底槛高程为EL.1410.00m，设置2孔2扇平面封堵闸门，孔口尺寸8m×19.35m（净宽×净高），设计挡水水头为40m，总水压力49394kN。闸门采用复合材料滑道支承，下游止水，在≤20m水头动水下门， 最大提门水头为22.82m。

1#、2#导流洞进口封堵门的型式为平面滑动门，每扇闸门共分为7节制造、运输，在工地用铰轴连接。导流洞封堵闸门门槽为Ⅱ型门槽，错距100mm，错距比1：10，园角R50mm。

2#导流洞出口底槛高程为EL.1407.00m，设置1孔1扇平面钢叠梁闸门，孔口尺寸16m×16.8m（净宽×净高），设计挡水水头16.41m，总水压力32191kN。闸门采用滑道支承，上游止水，共分为6节制造、运输，采用临时设备静水下门，不考虑提门。

1#、2#导流洞封堵闸门各采用一台2×3600kN固定卷扬式启闭机操作。启闭机扬程40m。

5 结语

金属结构设备在设计上不仅要考虑制造、安装要求，以及设备的先进性，更重要的是要充分考虑其运行的安全可靠性。本工程金属结构设备的布置和设计本着经济性、实用性和美观性相结合的宗旨，各类闸门均采用简单、实用的设计结构与新材料，并与制造工艺相结合，以确保电站金属结构设备制造、安装和运行的可靠。