張河灣抽水蓄能電站

張河灣抽水蓄能電站

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測(cè)魚鎮(zhèn)附近的甘陶河上，距石家莊市直線距離53km，公路里程77km，距井陘縣城45km。電站總裝機(jī)容量1000MW，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量250MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量16.75億kW?h，年抽水電量22.04億kW?h。電站建成后接入冀南電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)，具有快速跟蹤負(fù)荷、提高系統(tǒng)供電可靠性等多種作用與效益。

冀南電網(wǎng)覆蓋河北省南部包括石家莊、邯鄲、邢臺(tái)、保定、滄州、衡水6個(gè)地區(qū)。截至1998年底，冀南電網(wǎng)裝機(jī)容量為：水電130.1MW，占1.8%，火電7116.4MW，占98.2%，基本為純火電系統(tǒng)。由于用電結(jié)構(gòu)的變化，負(fù)荷不斷增加，峰谷差由1991年的1256MW增加到1998年的2451MW，年平均遞增率為10.02%。根據(jù)預(yù)測(cè)，冀南電網(wǎng)2005年裝機(jī)容量將達(dá)到11600MW左右；2005年?2010年間每年還需新增裝機(jī)約700MW，屆時(shí)電網(wǎng)最大峰谷差將達(dá)到3779?5196MW。為了電網(wǎng)調(diào)峰填谷和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等需要，冀南電網(wǎng)急需建設(shè)張河灣抽水蓄能電站。

本抽水蓄能電站利用現(xiàn)有未完建的張河灣水庫作為下水庫，電站樞紐建筑物主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)及地面出線場(chǎng)、下水庫攔河壩工程等組成，工程等級(jí)為一等。

一）工程地形地質(zhì)條件

工程地處太行山中段的中低山區(qū)，為一相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域，場(chǎng)地地震基本烈度為6度，設(shè)防烈度為7度。上、下水庫天然高差約350m，上、下水庫的進(jìn)、出水口之間的水平距離約550m，電站平均發(fā)電水頭約324m，距高比約1.75：1，條件很優(yōu)越。

上水庫老爺廟山頂為一古夷臺(tái)坪，三面溝谷深切，南北長約2000m，東西寬約250?700m，地面高程740?846m，臺(tái)面平緩起伏，出露寒武系饅頭組和長城系大紅峪組地層，二者為假整合接觸，膠結(jié)良好。饅頭組巖性為薄層細(xì)晶灰?guī)r粉砂質(zhì)泥巖、中厚層砂泥巖夾泥灰?guī)r和粉砂巖。大紅峪組地層為厚層石英砂巖和中厚層鐵質(zhì)砂巖，巖石堅(jiān)硬性脆，層狀結(jié)構(gòu)，走向近南北，傾向西，傾角8°?10°。地層中普遍發(fā)育有順層的軟弱夾層，層面起伏較小。臺(tái)坪巖體裂隙發(fā)育，以陡傾角為主，周邊存在一定范圍的強(qiáng)卸荷帶。上水庫巖體透水性強(qiáng)，需要采取全庫盆防滲。

水道系統(tǒng)地層由中古元界長城系砂巖和下元古界甘陶河群塊變質(zhì)安山巖組成，二者呈角度不整合接觸；地下廠房系統(tǒng)位于蒿亭組變質(zhì)安山巖地層中。長城系地層裂隙發(fā)育，以陡傾角為主，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，巖石以III類為主，不整合接觸面附近接近W類。在蒿亭組地層中，小斷層較多，破碎帶寬約5?20cm，只有f13、f14破碎帶較寬可達(dá)20cm左右，斷層多為中等傾角，未見緩傾角斷層。蒿亭組變質(zhì)安山巖、變質(zhì)安山巖火山礫巖裂隙發(fā)育，廠房圍巖介于II?I類之間，廠區(qū)地應(yīng)力的最大主應(yīng)力在5.5?13.37MPa之間。水道和廠房區(qū)域地下水為基巖裂隙水，主要由大氣降雨補(bǔ)給，地下水位約在490?520m，整個(gè)樞紐區(qū)未發(fā)現(xiàn)泉水出露。長城系地層透水性不均一，變質(zhì)安山巖為微透水和極微透水。

下水庫庫區(qū)屬中低山峽谷地帶，兩岸山體雄厚，不存在庫區(qū)滲漏問題。已建的漿砌石重力壩壩基主要為微風(fēng)化和弱風(fēng)化的變質(zhì)安山巖，透水性小，兩岸巖體裂隙較為發(fā)育。右岸壩頭及下游山坡巖體存在不穩(wěn)定的坍滑體。

二）主要水工建筑物

上水庫位于甘陶河左岸的老爺廟山頂，通過開挖和填筑堆石筑壩圍庫而成。正常蓄水位810m，死水位779m，工作水深31m，總庫容785萬m3，其中調(diào)節(jié)庫容為720萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能。堆石壩采用庫盆開挖的砂巖填筑，上游壩坡1:1.75,下游壩坡1:1.5,壩頂高程812m，壩軸線處最大壩高57m。庫頂軸線長2846.1m，其中堆石筑壩壩軸線長1935.0m（其中半挖半填段長1735.0m），土石方開挖量約1000萬m3，填筑量約560萬m3。故上水庫采用全庫盆防滲，總防滲面積34.5萬m3。

水道系統(tǒng)由上、下水庫進(jìn)、出水口、壓力管道，尾水隧洞等組成，全長約840m。上、下水庫進(jìn)、出水口均為岸邊側(cè)式，高壓管道為一管兩機(jī)2條壓力管道平行布置，垂直進(jìn)廠。高壓管道采用豎井式，鋼板襯砌，主管直徑為6.4m，下平段5.2m，支管直徑為3.6m，鋼板襯砌厚度為16?38mm，月牙形內(nèi)加強(qiáng)肋鋼岔管位于廠房前42m處。尾水隧洞為一機(jī)一洞布置，共4條，與廠房軸線夾角83。，平行布置，洞徑5m。水道系統(tǒng)較短，引水和尾水均不設(shè)調(diào)壓井。

地下廠房采用尾部開發(fā)方案，距下水庫約160m。地下廠房洞室群主要包括：主副廠房及安裝場(chǎng)洞室、主變壓器及開關(guān)洞（室）、母線洞、出線豎井、交通洞和排風(fēng)兼安全洞等。主、副廠房呈一字形布置，主機(jī)間布置在中間，廠房開挖尺寸為：150.08mX23.4mX48.3m（長X寬X高），機(jī)組間距22m。主變壓器及開關(guān)洞布置在廠房下游43.4m處，開挖斷面為119.74mX17.8mX27.8m（長X寬X高）。主變壓器室上部為GIS開關(guān)站。主變壓器洞與廠房之間布置4條母線洞相通。廠房內(nèi)裝有4臺(tái)單機(jī)容量為250MW混流可逆式水泵水輪機(jī)組，發(fā)電工況水頭范圍342.56?280.48m，抽水工況揚(yáng)程范圍351.14?294.85m，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速333.33r/min，吸出高度-48m，安裝高程418.0m，在下水庫正常蓄水位488.0m以下70m。水泵工況機(jī)組啟動(dòng)以變頻方式為主，“背靠背”同步啟動(dòng)作為備用。地面出線場(chǎng)以500kV一回出線接至石家莊變電站。

下水庫為未完建的張河灣水庫，壩址以上流域面積1834km2，多年平均實(shí)測(cè)徑流量1.04億m3。攔河壩為漿砌石重力壩，于1976年11月開工興建，1980年停建，現(xiàn)壩頂高程466.65m，最大壩高54m，庫容2300萬m3。續(xù)建后的下水庫是蓄能發(fā)電與灌溉并重的綜合利用水庫，正常蓄水位488m，保證抽水蓄能電站發(fā)電水位471m，死水位464m，總庫容8330萬m3（天然庫容），為年調(diào)節(jié)水庫。下水庫攔河壩需加高到490.0m，續(xù)建加高壩軸線仍沿用原壩軸線，大壩加高23.35m，最大壩高為77.35m。由于甘陶河汛期含沙量較大，因此在下水庫大壩上游1.8km處布置攔沙壩，并利用攔沙壩上游右岸埡口擴(kuò)挖成過流明渠，汛期直接將含沙水流從埡口明渠導(dǎo)向攔河大壩前，減輕電站進(jìn)、出水口的泥沙淤積和過機(jī)泥沙含量。

本電站由北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，于1994年6月完成可行性研究報(bào)告（等同