1、万家寨水利枢纽工程设计工作报告 总 目 录第一卷：建设管理工作报告 第二卷：建设大事记 第三卷：大坝标工程施工管理工作报告 第四卷：厂房标工程施工管理工作报告 第五卷：砂石骨料生产管理工作报告 第六卷：设计工作报告 第七卷：建设监理工作报告 第八卷：机电设备制造监造工作报告 第九卷：金属结构制作监造工作报告 第十卷：运行管理工作报告 第十一卷：质量评定报告 第十二卷：大坝安全监测资料分析报告 第十三卷：水土保持及环境保护专项工作报告 第十四卷：库区右岸渗漏专题工作报告 第十五卷：库区防凌专题工作报告 第十六卷：坝基抗滑稳定处理专题工作报告 第十七卷：低热微膨胀水泥应用专题工作报告 第十八卷：拟2、验工程清单和未完工程项目的建设安排 第十九卷：档案资料自检工作报告第二十卷：小沙湾取水工程专项工作报告第二十一卷：竣工安全鉴定工作报告第二十二卷：建设征地补偿和移民安置工作报告目 录1 工程概况12 勘测设计工程过程及主管部门主要审查意见23 规划设计要点7 3.1 水文73.2工程地址103.3工程规划 143.4工程布置及主要建筑物163.5水力机械、电气设计203.6金属结构设计363.7施工组织设计394 重大设计变更40 4.1 大坝及电站厂房建基面调整404.2河床左侧坝基加固处理414.3泄水坝段下游防护加固处理424.4电站发电引水压力钢管布置型式优化424.5低热微膨胀混凝土3、新技术的应用434.6工程永久水厂设计优化434.7电站进水口清污设施的优化444.8 1#4#机组尾水管肘管修型444.9泄水建筑物抗冲磨混凝土优化设计454.10电站主厂房和GIS开关站屋顶结构型式优化464.11电站尾水检修闸门数量的变量464.12水电站机修设备变更474.13一期导流低纵向围堰结构型式优化474.14取消枢纽右岸柳青塔人工砂石系统475 设计技术供应与保障495.1设计图纸供应495.2现场设代配合495.3设计质量保证506 结语51附表万家寨水利枢纽工程特性表521 工程概况万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游梯级开发的第一级。坝址左4、岸为山西省偏关县，右岸为内蒙古自治区准格尔旗。枢纽的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用。枢纽年供水量14亿m3，其中向内蒙古自治区准格尔旗供水2亿m3，向山西省供水12亿m3。枢纽水电站装机1080MW，年发电量27.5亿kWh。枢纽属一等大（）型工程，永久性主要建筑物为1级水工建筑物。设计洪水标准千年一遇，校核洪水标准万年一遇。入库洪峰流量分别为16500m3/s和21200m3/s。坝址控制流域面积39.5万km2，多年平均入库径流量248亿m3（河口镇19521986年实测年径流系列），设计多年平均径流量192亿m3（19191979年设计入库系列）。设计多年平均入库沙量5、1.49亿t，设计多年平均含沙量6.6kg/m3。水库总库容8.96亿m3，调节库容4.45亿m3。水库最高蓄水位980.00m，正常蓄水位977.00m。水库采用“蓄清排浑”运用方式，排沙期运用水位952.00957.00m。坝址岩层由寒武系灰岩、白云岩、页岩等组成，岩性致密坚硬，岩体完整，断层不发育。工程地质条件优良。场地地震基本烈度6度。枢纽由拦河坝、泄水建筑物、坝后式厂房、引黄取水建筑物及GIS开关站等组成。拦河坝为半整体式混凝土直线重力坝，坝顶高程982.00m，坝顶长443m，最大坝高105m。泄水建筑物位于河床左侧，包括8个4m6m底孔、4个4m8m中孔、1个14m10m表孔，均6、采用长护坦挑流消能。电站厂房为坝后式，位于河床右侧，单机单管引水，压力钢管直径7.5m。主厂房长196.55m，上部宽27.00m，下部宽43.75m，总高度56.30m，安装6台单机容量180MW水轮发电机组。GIS开关站位于电站主厂房上游厂坝之间。引黄取水口设于大坝左岸边坡坝段，2条引水钢管直径均为4.0m，单孔引水流量24m3/s。工程总工期六年半（筹建期除外），其中施工准备工程工期1年，主体工程工期4年，完建工期一年半。1997年10月国家计委以计建设19971993号文“国家计委关于万家寨水利枢纽工程调整概算的批复”核定工程静态投资429877万元，总投资605780万元。2 勘测设7、计工作过程及主管部门主要审查意见新中国建立后，国家十分重视黄河北干流托克托至龙口河段的开发利用，自19521979年先后进行过6次规划设计工作。1982年9月，原水电部水利水电建设总局以82水建计字第41号文向水利部天津设计院下达了黄河托克托龙口段规划勘测设计任务。1983年2月，国家计委以计资字1983117号文将万家寨水利枢纽（原名万家寨水电站）工程列入“六五”前期重点项目。天津设计院于1984年5月完成可行性研究报告，并经水电部审查。审查纪要认为“万家寨水电站工程技术经济条件是比较好的，基本同意该可行性报告”。1987年8月，天津设计院编制完成万家寨水利枢纽环境影响报告书，1989年6月8、，原能源部水利部水利水电规划设计总院邀请国家环保局等单位对该报告书进行了预审。根据预审意见，天津设计院对报告书进行了补充修正。1990年，国家环保局以90环监字第062号文进行了批复，同意以修改后的报告书作为编制工程初设环保篇的依据。1988年3月国家计委给国务院的报告中提出“应将万家寨引黄工程和万家寨水电站一并考虑，统筹安排两项工程同步建设”。天津设计院据此进行补充工作，并遵照水利部指示于1989年3月编制黄河万家寨水利枢纽及引黄工程设计任务书（讨论稿）。同年11月，水利部和能源部委托水利水电规划设计总院对任务书进行技术性审查，审查“认为万家寨水电站及引黄工程设计任务书提出的工程设计方案技术9、上可行，经济上合理，基本上达到了本阶段工作深度要求”。1990年9月20日，国务院副总理邹家华主持会议研究万家寨水利枢纽和引黄入晋引水工程的建设和管理问题，会后以国阅1990112号文“关于万家寨水利枢纽及引黄入晋引水工程建设管理问题的会议纪要”，肯定修建万家寨水利枢纽及引黄入晋工程是必要的，应尽快建设。1990年10月25日至11月3日，水利部会同国家计委农经司、中国国际工程咨询公司、内蒙古自治区和山西省人民政府对万家寨枢纽坝址、库区和引黄工程线路进行查勘，就万家寨水利枢纽及引黄工程的规划设计提出一些新的意见和建议。查勘后，水利部与内蒙古自治区和山西省进行认真的研究和充分协商，于1990年110、2月29日三方共同签订“关于联合建设万家寨水利枢纽及引黄入晋引水工程的意向书”。1991年天津设计院根据查勘中所提出的意见和三方签订的意向书以及前述审查意见，对设计任务书进行了补充、修订，完成了黄河万家寨水利枢纽及引黄工程设计任务书和黄河万家寨水利枢纽电站厂房位置方案比较专题报告。1991年10月，水利水电规划设计总院在北京召开万家寨水利枢纽电站厂房位置专题报告专家技术审查会。1991年12月30日国家计划委员会以计能源19912220号文“关于万家寨水利枢纽水电站厂房位置的函”批示“万家寨水利枢纽水电站厂房位置，经专家技术经济论证后，确定将水电站厂房放在内蒙古自治区一侧。枢纽管理机构考虑引黄11、入晋统一管理调度，设在山西一侧。”1992年3月25日，中国国际工程咨询公司对“黄河万家寨水利枢纽及引黄工程设计任务书”进行了评估审查。嗣后，天津设计院进一步开展了万家寨水利枢纽初步设计工作，编制了黄河万家寨水利枢纽初步设计说明书。1992年10月13日，水利部、山西省、内蒙古自治区联合上报水计199291号文“关于万家寨水利枢纽和引黄入晋引水工程立项和开工建设的报告”。1993年2月，国家计委计农经1993250号文“印发关于万家寨水利枢纽和引黄入晋引水工程可行性研究报告的请示的通知”中批示“我委关于审批黄河万家寨水利枢纽和引黄入晋引水工程可行性研究报告的请示业经国务院批准”。万家寨水利枢纽12、工程即日立项。1993年4月2225日，水利水电规划设计总院会同内蒙古自治区、山西省计委及水利厅（局）在天津召开了“黄河万家寨水利枢纽初步设计”审查会。1993年7月，水利部以水规1993328号文，对万家寨水利枢纽工程初步设计进行了批复，“同意水规总院的审查意见”，要求“积极做好下阶段的设计工作，为工程早日开工创造条件”。国家计委以计投资19932109号文将万家寨水利枢纽工程列为1994年正式开工的大中型项目。根据上级主管部门及工程建设单位的意见，万家寨工程招标设计文件分4部分：标大坝工程标。1993年11月编制完成招标及合同文件，1994年1月售标。标发电厂房工程标。1994年3月编制完13、成招标及合同文件，1995年1月售标。标设备制造采购标。根据工程施工进度分为14个子标，按照工程进展情况陆续编制完成了各标的招标及合同文件。标前期准备工程标。1993年陆续编制完成各部分招标、议标及合同文件。在初步设计审查之前，天津设计院随即开展了技施设计阶段的工作，随着1994年11月主体工程开工，进入施工详图设计高峰作业。1995年4月，根据河床左侧坝基开挖情况，天津设计院编制了黄河万家寨水利枢纽关于基础评价及处理意见的报告。4月35日，水利部万家寨水利枢纽工程建设管理局和水利水电规划设计总院联合主持召开了大坝基础鉴定会。1995年5月，水利部水利水电规划设计总院以水规设字1995001614、号文对天津设计院编制的基础处理意见报告进行了批复。1996年5月1821日，天津设计院主持召开了万家寨水利枢纽大坝基础鉴定会，万家寨水利枢纽工程建设管理局及东北设计院万家寨工程监理的领导和专家参加了会议。1996年10月，天津设计院编制完成黄河万家寨水利枢纽关于河床右侧坝基与厂房基础评价及处理意见的报告，上报水利部水利水电规划设计总院。1995年12月，天津设计院编制了万家寨水利枢纽防火设计报告。1997年3月5日至6日，由内蒙古自治区公安厅消防局主持对该报告进行了审查，并形成了会议纪要。1997年9月16日，内蒙古自治区公安厅消防局以内公消（防）字1997108号文对万家寨水利枢纽工程防火设15、计审查会议纪要进行了批复，“万家寨水利枢纽防火设计报告是比较科学的，可行的，基本上符合国家消防规范的要求，原则上予以通过”。1996年2月12日，水利部水利水电规划设计总院主持会议对天津院编制的万家寨水利枢纽电站坝段浅埋式压力钢管设计报告进行了审查，审查结论为：“同意修改原设计，将坝内埋管式压力钢管改为坝内浅埋式压力钢管”。1996年2月12日，水利部水利水电规划设计总院以水规设计19960002号文印发了审查意见。万家寨水利枢纽工程的水库淹没处理与库区移民安置，党和国家十分重视。在各级领导的关怀和指导下，天津设计院与各级地方政府和有关部门一起进行了大量的工作。万家寨水利枢纽工程初步设计审查会16、后，根据审查会意见，天津设计院于1996年5月编制完成了黄河万家寨水利枢纽工程初步设计水库淹没处理报告（修订本），1996年6月，由水利部水利水电规划设计总院主持对该报告进行了审查。根据审查意见，天津设计院于1996年7月编制完成了万家寨水利枢纽工程初步设计水库淹没处理设计简要报告。1996年12月，根据万家寨水利枢纽工程建设领导小组第五次（扩大）会议精神，天津院又对该“设计简要报告”进行了修改，编制完成了万家寨水利枢纽工程初步设计水库淹没处理设计简要报告（重编）。1997年3月，电力工业部电力规划设计总院以电规规（1997）21号文发出“关于发送万家寨水电厂接入系统方案意见的通知”，“原则同17、意万家寨水电厂以220千伏电压等级接入系统，万家寨水电站220kV出线六回，其中山西出线三回，两回至方城（235km），一回至原平（180km）；内蒙出线三回，一回至薛家湾（60km），一回至昭君墓（115km），预留一回备用。”“电厂投产后主要用于系统调峰”。1997年5月，天津院编制完成了万家寨水利枢纽工程大坝安全监测自动化系统设计报告，同年7月34日，水规总院在北京召开会议，对该报告进行了审查，并于7月21日以水规设199732号文件下发了审查意见。1997年5月，天津设计院编制了黄河万家寨水利枢纽采用低热微膨胀混凝土设计报告。同年7月，水利部水利水电规划设计总院在北京组织专家对该报告进18、行了审查，认为万家寨水利枢纽工程采用低热微膨胀混凝土筑坝技术，对解决温度控制及其抗裂性能是有益的，可简化温控措施，加快施工进度，获得一定的技术经济效益，对低热微膨胀混凝土筑坝技术的提高和推广应用也具有积极作用。同意在边坡坝段、施工导流底孔封堵、压力钢管槽回填等部位采用低热微膨胀混凝土。1996年1月19日，水利部水利水电规划设计总字以水规概字19960001号文，下达了“关于对万家寨水利枢纽工程修改概算编制要求的通知”。1996年5月2023日和8月69日，修建概算先后由水利部水利水电规划设计总院和水利部组织进行了两级审查。1997年1月，国家计委重点建设司与中国国际工程咨询公司组织了工程调整19、概算审查会。在会上同时对水利部审查上报的天津设计院根据初步设计审查意见重新编制的水库淹没处理规划设计报告进行了审查。1997年9月，国家计委以计建设19971701号文对水库淹没及专项淹没处理补偿投资概算作了批复。1997年10月，国家计委以计建设19971993号文对万家寨水利枢纽工程调整概算进行了批复。1998年1月7日至8日，由电力工业部电力规划设计总院主持在北京召开了万家寨水利枢纽水电站接入系统（二次部分）审查会，对山西省电力设计院、内蒙古自治区电力勘测设计院的接入系统（二次部分）进行了审查。1998年1月24日，电力工业部电力规划设计总院以电规规（1998）5号“印发万家寨水电站接入20、系统设计（二次部分）审查意见的通知”，作了批复。1998年8月，为配合水库下闸蓄水和第一台机组并网发电，天津院先后编制了万家寨水利枢纽工程设计工作报告以及万家寨水利枢纽工程下闸蓄水及施工期发电设计文件（一）（十四）。1998年10月2000年11月，为配合每台机组发电，天津院先后编制了1#6#机组启动验收设计报告。1999年8月，天津院针对河床坝基层间剪切带加固处理编制了黄河万家寨水利枢纽工程河床坝基及发电厂房基础评价及处理报告，上报水利部水利水电规划设计总院。1999年12月水利部水利水电规划设计总院以水总设199955号文下发了对该报告的审查意见，“基本同意坝基浅层抗滑加固处理采用化学灌浆21、与抗剪平硐结合的综合处理方案，采用三条抗剪平硐及化学灌浆”， “对平硐位置作进一步优化。尽快进行生产性化学灌浆，对化灌范围作进一步调整，合理选择灌浆工艺、参数和化灌后剪切带抗剪强度。”遵照水规总院审查意见，天津院对加固处理方案进行了优化，并于2001年3月编制完成了黄河万家寨水利枢纽河床坝基层间剪切带抗剪强度指标论证及坝基浅层抗滑稳定分析与处理设计修编报告，上报水规总院。1999年4月，天津院编制了黄河万家寨水利枢纽泄水坝段下游防护设计报告，上报水利部水利水电规划设计总院。1999年10月1013日，水规总院在万家寨枢纽工地主持会议，对该报告进行了审查，并于1999年12月24日以水总设19922、955号文下发了审查意见，“同意对泄水建筑物下游增设防护处理”，“基本同意工程防护处理措施。包括加厚已有的防冲板并在其下设置帷幕、防冲板下基岩固结灌浆、增设防冲齿板及锚筋桩等”。2001年7月，为配合枢纽工程竣工验收，天津院编制了万家寨水利枢纽工程技施设计说明书共十一篇。3 规划设计要点3.1 水文 3.1.1 流域概况 万家寨水利枢纽位于黄河中游北干流上段，坝址以上流域面积为394813km2。坝址河段河道比降为1.24，河宽在300500m，呈U形河谷，河底为基岩，两岸滩地为砂卵石淤积物。万家寨水利枢纽溯黄河以上，以河口镇为界，称之为上游，沙量较少，水量较丰，是黄河水资源的主要来源区。河口23、镇至万家寨水利枢纽坝址有大黑河、红河（也称之为浑河）和杨家川等支流汇入黄河。万家寨水利枢纽坝址以下25km和95km分别为龙口水利枢纽坝址和已建成的天桥水电站。万家寨库区两岸为干旱、半干旱的黄土高原丘陵区。本区属温带季风大陆性气候。年平均气温为7左右，绝对最高气温38.1，绝对最低气温-31.0，日温差较大。冬季严寒，时间长气候干燥，且多风沙。春秋时间短，四季分明。年降水量在300500mm之间，多年平均水面蒸发量达2000mm。 3.1.2 径流万家寨水利枢纽坝址径流可分为两部分。第一部分是河口镇站径流，第二部分是河口镇站至万家寨水利枢纽坝址区间径流。河口镇径流比重约为98%。第一部分河口镇24、径流。黄河水利委员会将实测径流插补延长，提供1919年5月至1986年6月共计六十七年实测径流系列；又经过恢复上游水库蓄变量再加上相应月份的工农业用水量，求得天然径流量。同时也提供六十七年天然径流系列。其多年平均水量为325亿m3。西北勘测设计院用天然径流经过上游水库调节，以及扣除2000年水平上游工农业用水，提供六套河口镇站设计年径流资料，其中河口镇站补水250m3/s时，无黑山峡方案，考虑安宁渡站至河口镇之间的河道损失8.6亿m3，多年平均水量192亿m3。第二部分径流，计算区间1955年至1986年系列历年逐月流量，其多年平均水量3.5亿m3。 3.1.3 设计洪水万家寨河段的洪水有来自25、河口镇以上黄河上游地区产生的洪水和河口镇到万家寨区间产生的洪水。调查洪水用黄委会设计院汇编的“黄河流域洪水调查资料”中确定的数值，即1969年为11400m3/s，1896年为10600m3/s。1896年洪水的重现期为86年到153年。万家寨有十余年水位流量系列，并参照河口镇河曲及支流红河、偏关河来水情况，求得不连续的18年系列，加入调查洪水，用数学期望公式计算经验频率，选用皮尔逊型理论频率曲线以适线法确定参数，求得坝址设计洪水成果见表3-1。河口镇到万家寨区间洪水用支流红河放牛沟站实测27年系列，考虑1896年调查洪水求得放牛沟站的设计洪水后，按面积比0.5及0.75次方放大到区间，成果见26、表3-2。万家寨设计洪水成果表表3-1 单位：流量：m3/s；洪量：亿m3项 目均值CvCs/Cv频 率 （%）0.010.020.10.21251020最大流量39000.583212001980016500151001170010300835069005380一天洪量2.550.4139.338.827.627.115.875.304.563.953.32三天洪量7.320.41326.7925.3321.8920.4216.8415.2313.1011.359.52五天洪量11.800.42344.2541.7736.1133.5127.6124.9021.3618.4115.46十五天27、洪量32.100.462.5125.51109.14102.0895.3478.3270.6260.0352.0043.01黄河河万区间设计洪水成果表表3-2 项 目P （%）0.010.020.10.21251020最大流量(m3/s)193501749013360116107660605040302660145024小时洪量(万m3)4470040840319202815019530159301133080605000三天洪量(m3/s)48710447603561031710227501888014020104306980五天洪量(m3/s)5026046220371603317024128、102023015210115307910根据以上分析计算，组成万家寨坝址设计洪水有两种可能：一是河口镇以上洪水与坝址洪水同频率，河万区间洪水相应；一是河万区间洪水与坝址洪水同频率，河口镇以上洪水相应。鉴于内蒙古萨拉齐地区堤防标准是6000m3/s，所以对大坝安全威胁较大的洪水组成是：河万区间洪水与坝址洪水同频率，河口镇以上洪水相应。因此万家寨坝址用这种洪水组成进行调洪计算。设计洪水过程线是用1969年实测过程线，以峰量同频率分段控制求得。 3.1.4 泥沙万家寨坝址的输沙量一部分来自河口镇以上黄河，一部分是河万区间所产生的沙量。经过黄委设计院提出的河口镇站水量与输沙量各月相关线，算出与西北院29、提供的径流相应的河口镇站19551986年各月输沙量。经过支流红河放牛沟站的侵蚀模数修正后，推算河万区间输沙量，将这两部分相加，得出万家寨河段19551986年各月平均输沙量。河口镇实测输沙量1.41亿t，实测多年平均含沙量5.7kg/m3。河口镇设计输沙量1.08亿t。河口镇至万家寨区间设计输沙量0.41亿t。万家寨坝址设计输沙量1.49亿t，设计含沙量为6.6kg/m3。 3.1.5 冰情万家寨库区上游，是内蒙古河套地区。地处北纬3940之间，气候严寒，冰冻期长达五个月之久。万家寨库区河段，流凌一般在11月下旬开始，第二年3月下旬结束。实测最大冰厚0.5m，最大冰块3m2。本河段河床较窄，30、比降较大，水流湍急，一般年份不封冻，而1966年1月3日起曾封冻6天。头道拐水文站冬季封冻，春季开河。冬季封冻前，有一个流凌期。冬季流凌比万家寨河段提前10天左右。以往每年多次封冻，1968年以后，冬季流量增大，封河初期冰花很快就被带走，封冻次数有所减少。春季开河，造成量多、质坚块大而集中的流冰，三至四天内，就能全部排泄完毕。若遇一定地形条件，容易卡冰结坝或冰塞。乌达大桥以上有冰坝壅水67m的最高记录。天桥电站1978年也有冰坝壅水5.5m的最高记录。对万家寨河段冰量进行了估算。冬季封河期最大冰量4020万m3，春季开河期最大冰量约5000万m3；万家寨库区盖面冰约1000万m3。万家寨春季开31、河时的总冰量约6000万m3。 3.1.6 坝址水位流量关系万家寨坝址指中坝线下游300m处。根据其下游2km处水文站断面有关要素，推算而得到坝址水位流量关系。见表3-3。万家寨坝址水位流量关系表（中坝下300m） 表3-3 水位m899900901902903904905906907流量m3/s62013602440385055207320931011370135003.2 工程地质 3.2.1 库区工程地质 枢纽两岸地层为寒武系张夏组、崮山组、长山组、凤山组和奥陶系冶里组、亮甲山组、下马家沟组的碳酸盐岩。库区左岸岩溶地下水高于库水位，补给库水。库区右岸岩溶地下水位比正常库水位低90110m32、。右岸渗漏是水库主要工程地质问题。 前期勘察阶段曾判断库区右岸岩溶渗漏有如下特征：(1)渗漏形式为岩溶裂隙式渗漏。(2)近岸2km地带，在水库蓄水后仍保持较陡的水力坡度，为库水入渗区。(3)远离岸边地带，在水库蓄水后水位抬高有限，基本保持原来的低缓状态，低缓带即为库水入渗的直接排泄区。而靠近岸边地带的宽度，为库水渗漏的渗径。据此边界条件估算，库区右岸岩溶渗漏在最高蓄水位980.00m时，总渗漏量最大值为10.63m3/s，最小值4.41m3/s，平均值6.85m3/s。在施工运行期，对库区右岸19个钻孔的地下水位、下游相关泉水水量实施了长期监测，并在此基础上，针对重点渗漏段进行了补充勘察，补充33、勘察及监测资料证实，前期勘察对库区右岸存在岩溶渗漏的判断是正确的。库区右岸岩溶渗漏模式以岩溶裂隙式渗漏为主，局部存在集中渗漏。 近岸地带钻孔水位，在水库蓄水后抬高1240m不等，个别孔水位，几乎与库水位同步变化，与库水存在明显的水力联系，基本保持了水库蓄水前较陡的水力坡度；远离岸边地带（径流区），水库蓄水以来，该区钻孔水位虽有变化，但变幅很小，一般在0.31.5m之间，并没有随着库水位抬高而明显抬高。龙口泉群的复活，验证了榆树湾地段确实为岩溶地下水的排泄区。 目前观测到的渗漏情况是水库暂时性渗漏和永久渗漏的迭加，且以后者为主。库水主要入渗地段，尤其是阳壕沟大焦稍沟一带的渗透性比原来预料的要强，34、预测在水库最高蓄水至980.00m时，为15.81 m3/s。 在主要渗漏段，出现的较大渗漏点或局部集中渗漏，虽然不会改变整个库区右岸岩溶渗漏模式，鉴于本区岩溶发育特征及F4断层带在长期渗流水作用下可能进一步恶化等因素，仍需对已发现的集中渗漏点和集中渗漏地段及早采取处理措施，对F4断层发展趋势及库区右岸岩溶地下水动态加强监测，并对主要入渗段进行相应的工程处理，使其渗漏量降低到最小程度。 3.2.2 坝址工程地质 3. 地质概况黄河在坝址区自北向南流，河谷呈“U”型，谷宽430余米，岸壁高110余米。河床地层主要由寒武系中统张夏组中厚、薄层灰岩、鲕状灰岩、薄层泥灰岩及页岩组成。两岸坝肩地层主要由35、寒武系中统凤山组、长山组、崮山组中厚、薄层灰岩、白云岩、白云质灰岩、鲕状灰岩、竹叶（砾）状灰岩、泥灰岩及条带状灰岩组成。地层产状平缓，走向NE3060，倾向NW，倾角23，发育有规模不等的层间褶皱、穹隆、裂隙及层间剪切带。本区位于山西台背斜与鄂尔多斯台向斜的过渡带上，属构造稳定区。坝址方圆10km范围内无大的构造通过，坝址地段岩体坚硬、完整，断层不发育，而且规模很小。枢纽区地震基本烈度为度。 3. 坝基岩体分类枢纽坝基岩体属类岩体。根据张夏组第五层、第四层的不同工程地质特征，可进一步将张夏组第五层划分为1类、张夏组第四层为2类。1类：张夏组第五层岩体主要由中厚层灰岩夹薄层灰岩、鲕状灰岩及少量泥36、灰岩、竹灰状岩叶状组成。层状结构，岩体较完整，纵波速度4000m/s以上，新鲜状态下灰岩单轴饱和抗压强度在175Mpa以上。亲水性差，多属微透水岩体。该层岩体内分布的缓倾角的层间剪切带及层面裂隙，间距多小于2m，构成坝基抗滑稳定的控制性滑移面。 2类：张夏组第四层岩体主要由薄层灰岩、页岩夹泥灰岩、竹页状灰岩组成，呈互层状。其中的泥灰岩和页岩呈薄层结构，单层厚一般为0.55cm,呈夹层状分布，占该层总厚的3545%，其特点是抗风化能力相对较差，在新鲜状态下十分完整，强度较高，饱和抗压强度平均值在80Mpa以上，纵波速度多在4000m/s以上，属微极微透水岩体，该岩体暴露大气后，应力解除及失水破裂37、，强度显著降低。 3. 层间剪切带层间剪切带是大坝基础的主要工程地质问题。河床坝基部位在张夏组第五层共发育有10条层间剪切带，自上而下编号为SCJ01SCJ10，其中SCJ01SCJ07在河床左侧坝段基本已被挖除。河床右侧坝基段SCJ02SCJ06已尖灭，SCJ01仅在15、16、17号坝段甲块局部保留。其它部分已被清除。坝基下除SCJ07在河床右侧埋深较大并予以保留外，尚未清除的剪切带有SCJ08、SCJ09和SCJ10三条，其各剪切带在坝基建基面以下埋深分别为：河床左侧SCJ08埋深2.30m；SCJ09埋深3.20m，SCJ10埋深4.104.30m。河床右侧SCJ07埋深5.70m；S38、CJ08埋深8.00m；SCJ09埋深8.90m；SCJ10埋深9.8010.00m。 （1）层间剪切带物理性状各层间剪切带在成因上均属构造运动产生，其产状与岩层层面产状又有区别，现分述如下：SCJ01：一般厚4cm，顺和向总体起伏差0.51.0m，上、下层面粗糙不平，层面起伏0.53cm。SCJ07：一般厚5cm，自河床左侧向右逐渐变薄，垂直河向整体起伏差较大。在河床左侧峰距5080cm，峰谷高差达1.002.00m；在河床右侧，起伏差较小，为0.502.00m。层面粗糙不平，可见擦痕，层面起伏一般为15cm。全坝基贯通。SCJ08：一般厚度为4cm，自河床左侧向右逐渐变薄，在河床总体产状平39、缓无明显起伏，上、下层面亦较平整光滑，局部可见擦痕。基本是连续展布。SCJ09：一般厚度4cm，在河床左侧坝基下局部分布，向河床右侧逐渐变薄，多以层面裂隙出现。无明显起伏差，上、下面局部可见擦痕；剪切带连通率10%左右。SCJ10：一般厚度为3cm，自河床左侧向右逐渐变薄，垂直河向峰谷高差为0.501.00m，结构面起伏差一般在0.502.00m。在11坝段及泄流冲刷区范围内，相对连通率70%左右，在河床右侧其连通率有降低趋势。各层间剪切带的结构特征具有明显的分带性，按其破坏程度可概括为三种类型，即节理裂隙带、劈理带、泥化带。节理裂隙带呈片状、碎块状，原岩内部结构遭到极微破坏；劈理带呈片状、碎40、屑状，排列方向与上、下岩层呈小角度相交或平行，局部排列无序；泥化带受错动影响最强烈，呈较连续的岩屑泥或泥质薄膜。剪切带内泥化物成分近似，碎屑的主要矿物成分为方解石、石英、透长石。土的主要矿物成分为方解石、伊利石及少量水云母、绿泥石，其水理性质表现遇水不具膨胀性。 （2）层间剪切带的力学性质由于层间剪切带结构已遭到不同程度的破坏，完整性较差，其力学指标相对较低。河床左侧基坑形成后，对SCJ07SCJ10剪切带进行了地表、孔内物探波速对比测试，并考虑其埋深不同剪切带密实程度有所差别等因素，综合得出剪切带波速值如下：SCJ07vp=1100m/s；SCJ08vp=1200m/s；SCJ09vp=1341、00m/s；SCJ10vp=1400m/s。在河床右侧坝基，随着剪切带埋深增大，性状变好，其波速值相应提高。基坑开挖后，重点针对坝基下保留的SCJ07、SCJ08、SCJ09、SCJ10四条层间剪切带在不同的工程部位进行了五次室内及现场大中型抗剪强度试验。历次试验综合统计成果见表34。左侧坝基层间剪切带抗剪试验综合统计成果汇总表 表34剪切带编号试验整理方法抗剪强度指标备注fc(MPa)SCJ10群点法中值0.620.32大剪试验SCJ10常规法算术平均值0.700.26中剪试验小值平均值0.670.23群点法中值0.650.29中值含泥膜0.680.25不含泥膜0.620.31SCJ08常规42、法算术平均值0.640.23小值平均值0.630.18 （3）层间剪切带抗剪强度指标建议值以试验成果为基础，并考虑试验条件及试验成果分析取值方法，依据各层间剪切带工程地质特征及在河床坝基的变化情况，以及工程的具体情况，提出层间剪切带建议指标如表35。坝基层间剪切带抗剪强度指标地质建议值 表35剪切带编号位 置抗剪指标建议值fc(MPa)SCJ01右侧坝基0.350.20SCJ07右侧坝基0.500.25SCJ08（SCJ10）坝段0.500.28坝段0.520.30坝段0.550.353.3 工程规划 3.3.1 最高蓄水位选择最高蓄水位的选择，主要从泥沙、防凌和经济性等因素来分析。经过经济比43、较，综合考虑，选定最高蓄水位为980m。其理由是，与975m比较，替代容量多3万kW，库容多1.2亿m3，供水期多15m3/s调节流量；有利于防凌；经济效益好。 3.3.2 排沙期最低运用水位选择排沙期最低运用水位比较了955m、952m和948m三个方案。经济比较，选定952m方案。其理由是，最低运用水位955m和952m方案相比，电力效益较好，淤积末端相同。但考虑泥沙随机性，选用952m作为工程资料计算依据和运用水位，是留有余地的。 3.3.3 装机容量选择在已选定最高蓄水位980m、排沙期为八、九月和排沙期最低运用水位952m条件下，进行装机容量的选择。比较方案为90万kW、108万kW44、和126万kW。万家寨水利枢纽电站在华北电网负荷图的工作位置处于官厅、潘家口和十三陵等已运行的电站以下。万家寨水利枢纽电站装机容量的选择是考虑水火电补偿后确定的。经过经济分析，装机容量选为108万kW。其理由是：从90万kW到108万kW两个比较方案之差值效益费用比为2.51，是十分经济的；从108万kW到126万kW，其差值效益费用比为0.93，同时本枢纽电站在四月至八月五个月的受阻出力超过了电网出力下降容许值11至18万kW。针对选定108万kW装机，研究只投入晋蒙分网的情况，结果与投入华北全网有相同的替代效益。这种装机容量的机组年发电量为27.5亿kWh。相应的机组利用小时数为2546小45、时。 3.3.4 洪水调节本枢纽工程挡水建筑物按千年一遇洪水设计和万年一遇洪水校核。同时进行了枢纽挡水建筑物按五百年一遇洪水设计和五千年一遇洪水校核的调洪计算。黄河包头至河口镇堤防安全泄量为6000m3/s。因此，河口镇洪水过程小于或等于6000m3/s。采用河口镇至万家寨坝址区间洪水与坝址洪水同频率，河口镇洪水相应洪水，作为入库洪水。采用泄流排沙规模952m水位的泄流能力为5623m3/s等一套泄流曲线，起调水位为966m，进行调洪，得出：万年一遇洪水和五千年一遇洪水的洪峰分别为21200m3/s和19800m3/s时，调洪后的校核洪水位相应为979.1m和977.79m，其相应最大泄量为846、221m3/s和8086m3/s。 3.3.5 水库调度万家寨水利枢纽采取“蓄清排浑”运用方式。库水位除满足泥沙冲淤要求以外，还要满足防洪、防凌和机组发电等对水位的要求。八月和九月排沙期内，当入库流量小于800m3/s时，库水位在952m至957m之间进行日调节运行；当入库流量大于或等于800m3/s时，水库进行不完全日调节，部分时间库水位保持在952m运行，排沙发电；当入库流量等于五台机最大过流能力1300 m3/s时，电站带基荷或弃水带峰，其中当入库流量大于1000 m3/s时，库水位降低至948m，冲沙57天。汛期防洪限制水位，在七月至十月上半月为966m，十月下半月逐渐蓄高，至十月底蓄47、到970m，如预报河口镇有洪水，便仍在洪水前降至966m。三月一日至四月上旬，上游流冰入库，流凌开始时水位降至970m。十一月中旬以后，上游封冻流冰花入库，水库蓄水不超过975m。冰花结束后，库水位逐步提到977m。十一月到翌年四月，水位不低于970m，保证发足额定出力。 3.3.6 水库冰情和防凌措施万家寨水利枢纽上游内蒙古河段，在冬季，由流凌而封冰；在春季解冻开河。在此两个时期，有流冰进入万家寨水利枢纽。分析结果表明，冬季封河期最大入库冰量约5000万m3，发生在1968年；库区水面面积在水位970至975m时为2125km2，开河时冰量厚度一般约0.5m，冰量约1000万m3。万家寨水利48、枢纽春季开河时的总冰量估算最大为6000万m3。防凌措施主要是调节冰期运用水位，使上游来冰蓄入万家寨水利枢纽库区，并以不影响拐上断面为准。在冬季流凌封冰期，有大量冰花流入库区，在封冻前的流凌时段，保持库水位在975m以下。入库流凌比降保持在30/000到120/000，便于流凌顺利入库。另外，采取降低水位预留一定库容容纳冰量，则冰凌蓄于库内将不致影响拐上及其上游河道。待上游河道封冻稳定后，视具体情况，再适当提高水库运行水位。在春季开河前，采取迅速升降水位的办法，促使水库盖面冰破坏和融化。水位降到970m保持正常发电，这样970m至980m之间有库容2.4亿m3，可作临时（几天内）容纳冰量之用。49、万家寨水利枢纽的建成和运用，使枢纽电站的出流水温将有所提高，对下游天桥水电站和即将建设的龙口水利枢纽的防凌有利。3.4 工程布置及主要建筑物 3.4.1 工程等别与标准万家寨水利枢纽工程主要任务为供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用。水库总库容8.96亿m3，电站总装机容量1080MW，为一等大（1）型规模，主要建筑物为1级水工建筑物，次要建筑物为3级水工建筑物。工程永久性水工建筑物正常运用（设计）洪水标准洪水重现期为1000年（各年一遇），非常运用（校核）洪水标准洪水重现期为10000年（万年一遇）。枢纽区场地地震基本烈度为6度，主要建筑物地震设防烈度为7度。 3.4.2 枢纽总布置万家50、寨水利枢纽由拦河坝、坝后式电站厂房、电站引水系统、泄水建筑物、引黄取水建筑物、厂坝间全封闭组合电器（GIS）开关站等建筑物组成。拦河坝为半整体式混凝土直线重力坝，坝顶长443m，坝顶高程982.00m，最大坝高105m。拦河坝自左向右共分为22个坝段。引黄取水口布置在、坝段，共2孔，孔口尺寸为4m4m，单孔最大引水流量24m3/s。取水口采用分层取水方式以引取水库表层清水。泄水坝段布置在引黄取水口右侧，泄水孔口自左至右依次为表孔、底孔和中孔。表孔主要担负枢纽宣泄超标准洪水和部分排冰任务，设在坝段，孔口宽度为14m，堰顶高程为970.00m，最大泄量864m3/s。底孔为枢纽主要泄洪排沙建筑物，51、设在坝段，共8孔，孔口尺寸4m6m（宽高），底坎高程915.00m，单孔最大泄量为719 m3/s。中孔为枢纽重要泄洪排沙建筑物，也是主要的排漂建筑物，设在、坝段，共4孔，孔口尺寸为4m8m，底坎高程为946.00m，单孔最大泄量为675 m3/s。泄水坝段下游均采用长护坦挑流消能。隔墩坝段布置在中孔坝段右侧，内设电梯井、楼梯井和电缆竖井。隔墩坝段右侧为电站坝段（坝段），坝上设六个发电引水钢管进水口。进水口底坎高程为932.00m。引水钢管为坝内浅埋式压力钢管，管径7.5m。在坝段每个进水口左下侧各设一条排沙钢管。排沙钢管共5条，进口呈虹吸式布置，坝面进口高程为912.00m，驼峰底坎高程为952、17.00m，坝内钢管直径为2.70m，库水位952.00m时单孔泄量为57m3/s。工业取水口设在右岸非溢流坝段（坝段），共2孔，孔口尺寸为1.4m1.6m，进口底坎高程为945.55m，正常取水流量为8400 m3/h。电站厂房为坝后式厂房，主厂房内设六台单机容量为180MW的混流式水轮发电机组，机组间距24m。主厂房总长196.55m，上部宽27.00m，下部宽43.75m，总高度56.30m。电站副厂房位于主厂房右侧，与主厂房呈“T”形布置。副厂房长67.35m，宽15.00m，地下两层，地上八层，总建筑面积8330m2。电站输电电压为220kv。主变压器布置在厂坝间909.00m平台53、，与厂房发电机层同高程。主变压器共六台，一机一变。开关站为220kV SF6封闭式组合电器开关站，位于厂坝之间主变压器顶部，设备安装层高程921.80m。电站向内蒙侧三回出线由开关站引出后，经电站坝段下游坝坡吊点向下游黄河右岸送出。电站向山西侧三回出线由开关站引出后，经厂坝间架空廊道、隔墩坝段电缆廊道及竖井、泄水坝段电缆廊道于设在左岸挡水坝段的955.50m出线平台引出，经坝上吊点向左岸送出。枢纽工程永久供水水处理厂位于大坝下游黄河左岸滩地，由工程施工期临时水处理厂改造而成。电站机修厂位于左岸岸顶三、四级阶地上，邻枢纽管理区对外公路布置。枢纽左、右岸均有上坝公路与拦河坝坝顶沟通。在大坝下游1254、80m处设跨黄河公路桥一座，沟通两岸交通。此外，为联接两岸人行交通，在距坝址上游180m处设人行索桥一座。电站对外公路沿右岸黄河滩地布置，与黄河公路桥相接。在水库右岸坝上游邻右岸上坝公路设斜坡道式水库工作码头一座。坝址区公路分别与山西、内蒙两省（区）交通系统相接。 3.4.3 主要建筑物 3.4.3.1 拦河坝拦河坝为半整体式混凝土直线重力线。大坝两岸边坡坝段与及与坝段横缝在948.00m高程以下并缝连成整体，与及与坝段横缝在940.00m高程以下并缝连成整体，以解决边坡坝段的稳定问题；河床坝段横缝在915.00m高程以下并缝连成整体，以提高大坝浅层抗滑稳定的安全储备。河床左侧泄水坝段采用长护55、坦挑流消能的结构形式，使坝体保持足够长的下游支撑岩体，保证泄水坝段的浅层抗滑稳定。电站坝段采用厂坝平缝连接的结构措施使厂坝联合受力。拦河坝坝顶高程982.00m。河床左侧坝段建基面高程为888.80m891.50m，右侧坝段甲、乙块建基面高程为891.00m894.00m，电站坝段丙、丁块因发电引水压力钢管及电站坝段排水钢管布置需要，基础开挖成台阶状，最低建基面高程877.00m。拦河坝最大坝高105.00m，大坝坝顶长443m，坝顶宽度为21m。坝内布置了5层主要纵向廊道，即基础层、910.00m层、926.00m层、937.00943.00m层、975.00m层。坝体设一至三条纵缝，其中坝56、段设一条纵缝，坝段设3条纵缝，坝段未设纵缝，其余坝段均设2条纵缝。纵缝缝面均设三角形键槽，分期进行接缝灌浆。 3. 主、副厂房与开关站主厂房由机组段和安装场组成，长196.55m，上部宽27m，下部宽43.75m，总高度56.30m。装6台单机容量为180MW的水轮发电机组。每一机组段宽度为24m。主、副安装场分别位于主厂房右、左端，主安装场长31.55m，副安装场长21.0m。安装场可满足一台机组扩大型检修需要。尾水管为弯肘型尾水管。机组安装高程为894.50m。发电机层及主、副安装场高程均为909.00m，电缆层高程为904.50m，水轮机层高程为900.30m。尾水平台及厂坝平台与发电机57、层同高程，为909.00m。厂房下游尾水管上部布置有水轮机管路室、供水室和阀门室。主安装场下904.50m高程布置有通风机室，900.30m高程布置有厂用变室、空压机室及检修排水泵房和渗漏排水泵房。副安装场下设有透平油库和绝缘油库。主厂房屋盖系统为球形节点钢网架和预制混凝土屋面板。电站采用外包软垫层的金属蜗壳，蜗壳包角为345。220kV全封闭组合电器开关站位于厂坝之间，共4层，其中地下一层，地上三层。地下层底板高程为902.00m，为发电机母线室、高压和低压配电盘室。母线室上游侧为电缆廊道，电缆廊道上游侧布置有消防廊道。地上一层为主变层，地面高程909.00m，布置有1#6#主变压器和5个水58、冷却器室。全厂共设3台厂用变压器和3台自用变压器，分别布置在、坝段和、坝段主变室的下游。在1#主变压器右侧同高程设有风机房，分别向主厂房、主安装场、母线室和主变层供风。地上二层为电缆层，底板高程为917.55m，主要布置有SF6管道和高压干式电缆，并设有电缆桥架。地上三层为配电设备室，地面高程为921.85m，主要布置断路器、避雷器、互感器、汇控柜等电气设备。其室外上游侧为同高程的避雷器平台。副厂房为地下二层、地上八层的钢筋混凝土框架结构，位于主厂房右侧，与主厂房呈T形布置。副厂房布置有中央控制室、继电保护室、计算机房、机修间、仪表试验室、蓄电池室及生产办公室等。 3. 电站引水系统电站引水建59、筑物由坝前拦污栅、坝上进水口和坝内引水压力钢管等组成。电站坝段每个坝段中央布置有电站进水口，进水口底坎高程为932.00m，孔口尺寸为7.5m8.5m（宽高）。进水口设检修闸门和快速事故门各一道，检修门由坝顶门机启闭，事故门则由布置在978.50m高程的4000kN/2500kN液压启闭机操作。进水口前设拦污栅，采用直线连通式布置，每坝段设5孔。进水口后与渐变段相连，再与压力钢管相接。电站坝段共布置有6条引水压力钢管，一个坝段一条，钢管直径为7.5m。压力钢管包括上弯段、斜直段、下弯段及下水平段。斜直段与下游坝面平行，下水平段中心线高程为894.50m。压力钢管采用坝内浅埋管形式，钢管距下游坝60、面1.5m，预留钢管槽宽10.5m，深10.5m，待钢管安装完毕采用低热微膨胀混凝土回填。3. 泄水建筑物枢纽泄水建筑物包括8个底孔、4个中孔和1个表孔，全部布置在河床左侧坝段。设计洪水位974.99m时泄流能力为7899m3/s，校核洪水位979.10m时泄流能力为8326m3/s。表孔、中孔、底孔消能方式均采用长护坦挑流消能，护坦长度为80m。表孔为开敞式溢流孔口，主要担负排泄超标准洪水和部分排冰任务。堰顶高程为970.00m，孔口净宽14.0m，堰顶设平板钢闸门一道，由坝顶3200kN双向门机启闭。底孔为压力短管式无压坝身泄水孔，是枢纽主要的泄洪排沙建筑物，布置在坝段，每一坝段布置两孔，61、共8个底孔。孔口尺寸为4m6m（宽高），进口底坎高程为915.00m。底孔工作门为弧形钢闸门，由2500kN/500 kN摇摆式液压启闭机操作，启闭机室设在坝内937.00m高程。事故检修门为平板钢闸门，由坝顶门机启闭。中孔亦为压力短管式无压坝身泄水孔，担负着汛期排泄漂浮物及泄洪排沙任务，布置在、坝段，每个坝段布置两孔，共4孔。孔口尺寸为4m8m（宽高），进口底坎高程为946.00m。中孔设平板事故检修门及平板工作门各一道，均由坝顶3200kN双向门机启闭。为满足二期导流要求，在坝段布置有五个施工导流底孔，每坝段一孔，孔口尺寸为9.5m9.0m（宽高），孔口底高程为899.00m。导流底孔在水62、库下闸蓄水前予以封堵。 3. 电站坝段排沙钢管在坝段每一个进水口左下侧各设置一条排沙钢管，共5条。排沙钢管进口高程为912.00m，至坝内事故检修闸门处上升为917.00m。排沙钢管自检修闸门之后采用钢板衬砌，钢管直径2.7m。排沙钢管经渐变段至上弯段、斜直段接下弯段到水平段后上升渐变由厂房尾水管上部穿出，出口射流消能，出口断面1.4m1.6m。排沙钢管进口坝前顺上游坝面设检修闸门槽，进口后设平板事故检修闸门，由坝顶门机启闭，出口设平板检修门一道，由500kN/100kN液压启闭机操作。出口检修门与电站尾水门共用。 3. 引黄取水口引黄取水口布置在左岸、坝段，设2套各自独立的取水系统，采用多门63、组合、门顶溢流分层取水方式引取水库表层清水。每套系统均由拦冰栅、拦污栅、隔水胸墙（墙身设闸门）及竖井、坝内进水口、事故检修闸门等组成。隔水竖井上游面为隔水胸墙和隔水闸门。隔水胸墙由隔水墩分为左、右两部分。左胸墙顶高程为967.00m，在其中部自952.00m高程设一个8m5m（宽高）的孔口。右胸墙顶高程为957.00m。在左、右隔水胸墙之后各设一道下沉式平板隔水钢闸门。左侧隔水闸门尺寸为8m5m（宽高），右侧隔水闸门尺寸为5m10m（宽高）。通过左、右侧隔水闸门的升降组合来引取水库表层水。拦污栅及隔水门分别由设在高程991.145m的双向台车及高程为991.35m的固定卷扬启闭机启闭。坝内进水64、口底板高程为948.00m。在坝内设平板事故检修门一道，闸门尺寸为4.0m4.0m（宽高），闸门由设在坝内978.50m高程的800kN液压启闭机启闭。事故检修门后接有压引水钢管，钢管内径4.0m，钢管中心线高程950.00m。钢管在平面上转90角后以坝内埋管的形式穿过坝段，在左岸边坡与引黄隧洞相接。引黄取水口每年8、9两月不引水，其余10个月均引水，单孔最大引水流量24m3/s。在坝段上游侧高程982.00m处设有引黄取水口清污平台，清污平台上部在高程991.35m处设引黄取水口隔水门启闭设备的控制室。3.5 水力机械、电气设计 3.5.1 水力机械 3.5.1.1 水轮机及附属设备(1)水65、轮机参数枢纽电站安装6台立轴混流式水轮发电机组，单机额定功率为180MW。天阿公司承担其中1#4#水轮机及全部6台调速器由天津阿尔斯通供货，5#、6#水轮机由上海希科公司供货，水轮机参数如下：供货商天津阿尔斯通公司上海希科公司水轮机型HLFN235-LJ-610HLS217-LJ-585台数42转轮直径（m）6.15.848最大水头（m）8080最小水头（m）5050额定水头（m）6868额定出力（MW）183.7183.7额定转速（r/min）100100额定流量(m3/s)290.7293.91最高效率(%)95.4895.55最小水头下出力（MW）114.9120.7最小水头下效率(%)66、93.0292.68最大出力（MW）204.1204.1发最大出力时的最小水头(m)6969.28比转速(m-KW)219.5219.5(2)水轮机安装高程根据计算结果，考虑到厂房基础开挖高程的限制，经综合比较后，初设阶段确定水轮机安装高程为895.00m。在招标设计阶段，从进一步提高机组运行的安全稳定性考虑，为了使机组能在高含沙水流条件下更有效的抗汽蚀磨损，长期高效运行，将安装高程降为894.50m。(3)水轮机调速系统6台微机调速器由调速器电器柜、调速器油箱、压力油罐、导叶反馈装置、机械过速保护装置及辅助部件组成。调速器采用法国奈尔皮克（GANP）的数字式调速器，全部引进GANP的先进技术67、，关键设备从GANP原装进口，由天阿公司组装。调速系统具有转速测量、位置反馈、负荷控制、负荷整定点的遥控、功率反馈、开度限制器的遥控、故障锁定、状态监视、成组控制等功能，并具有一个备用数字式调节器，可自动投入，替代主数字式调节器，主备用调节器自动切换。 3.5.1.2 起重设备主厂房原设计设2台4000/1000kN单小车桥式起重机，桥机跨度22m，主钩额定起重量400t，副钩额定起重量100t。后根据起吊重量的实际情况，调整为2台3500/1000kN单小车桥式起重机。发电机转子由两台桥机主钩利用专用的起吊量为700t平衡梁联合起吊。发电机定子采用起重量为300t井字梁由一台桥机主钩起吊。水68、轮机转轮带轴采用专用的水轮机钢性吊具由一台桥机主钩起吊。水轮机座环由300t井字梁由一台桥机主钩起吊。主变压器采用钢丝绳由一台桥机主钩起吊。 3.5.1.3 全厂辅助设备系统(1)技术供水系统技术供水系统设计主要分为三部分，即：水轮发电机组各冷却器用水、水轮机主轴密封润滑及各辅助系统设备润滑用水和变压器油冷却器用水。机组各冷却器供水非汛期机组冷却器供水采用单元自流供水方式。在每台机组蜗壳进口设DN400取水口作为主水源，备用水源取自坝前946.00高程的工业取水口。汛期技术供水采用单元水泵循环清水供水。该系统由110m3的清洁水池、两台水泵（一台工作，一台备用）、机组冷却器、两台换热器及供排水69、管组成。由厂坝间消防廊道内的清水管手动开阀补水。清水在两台换热器中串联运行，经两台换热器冷却后流回清水池。换热器使用的冷却水采用工业取水口取水作主水源，蜗壳取水作备用水源。两台换热器的冷却水（含沙水）并联运行。主轴密封润滑供水由坝顶982.00m高程一个460m3的清水池，供电站生活、消防、主轴密封润滑用水，并作为主轴密封润滑用水主水源。机组冷却器供水作为主轴密封供水的临时备用水源。变压器油冷却器供水每台主变压器选用6台防堵型双重管变压器油水冷却器，完全采用自流供水。冷却器具有独特的自动排渣与防堵功能。6台冷却器并联运行，每台冷却器的排水管上设一个单向示流信号器，监视其冷却器的工作情况。(2)70、 排水系统排水系统分为厂内排水系统和坝内及坝基排水系统。厂内排水系统厂内排水系统由机组检修排水和厂房渗漏排水两个部分组成。a.机组检修排水采用排水廊道、集水井和排水泵相结合的间接排水方式。选用2台清水润滑抗磨型立式斜流泵为主排水泵，1台射流泵作为清污泵，其压力水源引自技术供水总管。每台机组蜗壳设一个DN600的盘形排水阀，尾水管设两个DN600的盘形排水阀。b.厂房渗漏排水主要排除厂房及厂坝间的渗漏水、机组顶盖漏水以及其它部位的渗漏水。厂内设渗漏排水廊道，厂坝间设坝体渗漏排水廊道，两廊道均与渗漏集水井连通。3台深井泵，2台工作，1台备用。此外，渗漏集水井中设一台射流泵，用于厂用电事故或其它意外71、情况下抽排渗漏水，以及集水井检修时抽排淤泥。其压力水源引自技术供水总管。坝内及坝基排水系统坝内渗漏排水主要排除坝内的渗漏水，由设在坝段和坝段的2个集水井和排水泵房组成，每个集水井的有效容积为156m3，设2台深井泵，一台工作，一台备用，积水时间3h，排水时间0.99h。坝基渗漏排水主要排除坝基扬压力水，通过尾水管底板下的排水廊道排入集水井，由3台深井泵直接排入下游尾水，深井泵两台工作，一台备用，积水时间3h，排水时间0.94h。油系统a.透平油系统透平油油库及油处理室设在副安装场下900.30m层下游侧。油库内设4个20m3的立式油桶，接受新油及排除污油均通过其顶部预留套管进行。油处理室与油库72、隔开设置，所有油处理设备均选用可移动式，油处理室内设移动式透平油过滤机、压力滤油机各1台，齿轮油泵3台，电热烘箱1台。机组供、排油通过供、排油总管引至机旁，在每台机机旁设活接头，当机组供油或排油及需要机旁滤油时由软管与机组相连。b.绝缘油系统绝缘油用户为6台主变压器，油库及油处理室设在副安装场下900.30m层上游侧。油库内设4个25m3的立式油桶，接受新油及排除污油均通过其顶部预留套管进行。油处理室与油库隔开设置，所有油处理设备均选用移动式，油处理室内设真空净油机、压力滤油机各1台，齿轮油泵2台，电热烘箱1台。变压器供、排油通过供、排油总管引至变压器室，每台变压器供油支管设活接头，当变压器供73、油或排油时由软管与变压器相连。 压缩空气系统电站的压缩空气系统由中压气（7.4MPa）及低压气（0.7MPa）两个压力等级组成。a.中压压缩空气系统中压压缩空气系统主要为6台机组的调速器油压装置压力罐和一台全厂公用油压装置压力罐供气，并为6台机组的蜗壳取水口吹扫供气。压缩空气系统设2台法国进口的空压机和两个1.5m3的中压贮气罐。b.低压压缩空气系统低压压缩空气系统主要供气用户为6台机组的制动及回复、机组空气围带、推力轴承油槽气密封、机组检修、电站5根排沙钢管进口闸门前后冲淤和电站上下游吹气式水位计供气。系统设4台空压机、2个6m3的制动储气罐及1个6m3的检修储气罐，通过一根DN80的检修供74、气干管和一根DN50制动供气干管向各用户供气。 水力监测系统水力监测系统由全厂性水力监测系统和机组段水力监测系统两部分组成。全厂性水力监测系统设有上游水位、下游水位、电站水头、各拦污栅压差、库水含沙量及工业取水口水温等项目的监测，水位的监测采用了防止泥沙淤堵并带有含沙量修正功能的吹气式水位监测装置。机组段水力监测系统主要设有蜗壳进口压力、尾水管进出口压力、尾水管压力脉动、过机含沙量、水轮机净水头、流量、效率、机组各部位的振动摆度等项目的监测。全厂公用液压系统全厂公用液压系统的操作对象为：每台机组的总供水液压阀、机组冷却水系统正反向运行液压阀组、尾水管检修排水液压盘形阀。蜗壳排水液压盘形阀由单独75、设置的一台移动式手压油泵操作。本系统设一台公用油压装置，由一根DN125的供油总管和一根DN150的回油总管向各液压阀提供操作油。 机修设备本电站按照大尺寸、加工精度要求高的部件采用外协加工，以水轮机活动导叶为最大的厂内检修部件的原则进行机修设备配置。大于活动导叶的部件，如：抗磨板、止漏环等加工精度要求高的部件，采用外协加工。机械加工车间内设置车床、铣床、刨床、磨床、钻床、砂轮机等设备。 3.5.2 电气一次设计 3.5.2.1 电站与电力系统的连接及电气主接线(1) 接入系统设计山西侧以220kV一级电压接入，共出线3回，其中2回接入方城变电站，1回经义井接入原平变电站。内蒙古网同山西侧一样76、，电站接入系统设计以220kV一级电压接入，共出线3回，其中1回接入薛家湾变电站，一回接入昭君变，一回备用。(2) 电气主接线发电机变压器组合方式发电机与变压器的连接全部采用单元接线方案。从1#、3#、5#机机端分别引出了一个厂用电分支。机端装设了发电机出口断路器，另三台机组的机端装设隔离开关。高压侧接线方式220kV开关站，每个电网有三回进线，三回出线(内蒙古侧有一回出线暂为备用)。采用单联双母线接线接线方案。其接线简图如图31所示。图31 主接线简图 3.5.2.2 主要电气设备(1) 水轮发电机型号：SF18060/12800密闭自循环空气冷却半伞式F级绝缘额定电压：15.75kV额定功77、率180MW额定功率因数0.9(滞后)额定视在容量200MVA加权平均效率98.392%额定频率50Hz额定电流7331A最大功率200MW对应最大功率的功率因素0.95最大视在容量210.5MVA额定转速100r/min飞逸转速210r/min飞轮力矩60000tm2推力负荷1800t短路比： 1.0纵轴同步电抗： 1.0577纵轴瞬变电抗：0.2905纵轴超瞬变电抗：0.1918横轴超瞬变电抗：0.1991额定励磁电压：334V额定励磁电流：1 667A(2) 升压变压器型号：SSP10-225000/220额定容量：225MVA高压侧额定电压：242kV低压侧额定电压：15.75kV额定78、频率50Hz相数3联接组别YN,d11阻抗电压14%冷却方式ODWF空载电流0.4%损耗 空载小于110kW,负载小于500kW220kV线端绝缘水平 全波冲击试验电压950kV(峰值) 截波冲击试验电压1050kV(峰值) 1min工频耐受电压395kV(有效值)220kV中性点绝缘水平 全波和截波冲击试验电压400kV(峰值) 1min工频耐受电压200kV(有效值)15.75kV线端绝缘水平 全波冲击试验电压125kV(峰值) 截波冲击试验电压140kV(峰值) 1min工频耐受电压55kV(有效值) 局部放电试验 在1.5252kV电压下视在电荷量不大于300pC 在1.3252kV电79、压下视在电荷量不大于180pC温升限值（环境温度40C） 线圈（电阻法）65K 上层油（温度计法）55K 铁芯80K 油箱70K承受短路的能力 短路电流持续时间 线圈最高容许平均温度2秒（3次）250C变压器过激磁允许时间 空载： 140% 130% 120% 110%5秒1分钟30分钟连续运行满载： 120% 110% 105%1分钟40分钟连续运行变压器冷却器参数如下：型号：YSPG-160额定冷却功率：160kW额定油流量：50m3/h额定水流量：20 m3/h入口油温：70C入口水温：30C盘式油泵电机功率：2kW油压：0.3Mpa水压：1.0MPa(冲击承压能力：1.6MPa)最大排80、沙量：50kg/m3最大排泄纤维（水草）的当量直径：j3mm(3) 220kV GIS主要技术参数额定电压：220kV最高运行电压：252kV额定电流：主母线3150A，分支回路2000A额定频率：50额定开断电流：40kA额定关合电流(峰值)：100kA额定动稳定电流：100kA额定热稳定电流（4s）：40kA雷电冲击电压（峰值）： 相对地：全波=950kV 截波=1050kV 断口间：全波=950kV+206kV截波1050kV+206kV1min交流工频耐压: 相对地：395kV 断口间：395kV+146kV 二次回路工频耐压 2000V结构简介主母线采用三相共筒式，分支母线及其元件采81、用分相式。断路器采用立式布置。GIS各气室的气压（20C）约为：额定气压0.5MPa,闭锁气压0.4MPa,报警气压0.45MPa。年漏气率小于1%。同一回路的断路器与隔离开关之间有电气联锁，同一回路的隔离开关与接地刀闸之间有机械的和电气的联锁。母线接地开关与该母线相接的全部隔离开关之间有电气联锁。断路器两侧的隔离开关在分、合操作时，断路器不得进行合闸操作。断路器分闸完成后，其两侧的隔离开关才能进行合闸。220kV GIS共19个间隔，对应于每一个间隔都有一个汇控柜，每个间隔的元件的操作均可在汇控柜上或在中控室进行操作，但检修接地开关则只能在现地操作。GIS的元件操作及与出线场之间的隔离开关之82、间均有严格的联锁。 3.5.2.3 厂坝区供电、照明与防雷接地(1) 厂坝用电系统本站厂用供电范围包括厂内机组自用电、全厂公用电、机修中心用电及坝区（溢流坝、开关站及引黄取水口）供电。全厂采用6kV和400V两级电压供电。全厂厂用电源分别从1#、3#、5#机组的机端引接，即从发电机出口的主引出母线引出一个分支。除正常供电由以上三个电源供电外，另从万家寨施工变电站6kV母线引接一个电源作为厂内的备用电源，作为全厂的工作备用。另外，从引黄葛家山变电站10kV母线引接一个保安备用电源，作为厂坝内的排水及机组起动，以及汛期的大坝闸门的启闭之用。坝上正常供电电源从厂内6kV系统取得两个，另从施工变电站683、kV两段母线分别取两路作为备用电源。(2) 过电压保护及接地直击雷保护主厂房顶、副厂房顶及GIS配电装置室的房顶设置有避雷带并直接接地。山西和内蒙古的两个出线平台的防雷保护则由各自出线的架空避雷线保护。发电机电压侧过电压保护在每台主变压器低压侧装设一组磁吹型避雷器，可防止静电藕合过电压危及主变压器低压线圈绝缘。220kV侧过电压保护在220kV的每回出线上装设一组避雷器，并在220kV的各段母线上也装设一组避雷器。对于220kV干式电缆的金属外壳是采用一点接地，在非接地断装设有氧化锌过电压保护器。中性点保护a.发电机中性点：每台发电机中性点装设消弧线圈进行补偿。b.主变压器中性点：主变压器中性84、点经隔离开关有选择性的接地，绝缘水平为110kV级。对中性点的绝缘保护，采用了装设氧化锌避雷器和放电间隙的联合保护方式，放电间隙的距离为250300mm.(3) 接地枢纽的接地由人工接地网和自然接地体两部分组成。全厂的接地电阻要求低于0.5W。(4) 照明全厂照明分为主副厂房和大坝两个系统。照明系统又分为工作照明和事故照明两个系统。厂内工作照明电源取自厂用电系统6kV母线的1段和3段母线，设置两台有载调压变压器SCZ8-315，变压器的额定容量为315kVA；事故照明电源则取自于电站直流系统，事故状态下由电站的蓄电池供电。大坝工作照明电源取自于坝上配电变压器。事故照明则设置应急灯，由每个事故灯85、具自带蓄电池装置。厂内工作照明系统设置有3面MNS型配电盘，分为2段母线，各自由一个照明变压器供电。事故照明系统设有事故照明盘一块，事故照明配电箱10个。大坝照明系统设有照明盘一面，电源引自坝上供电系统的配电盘。由配电盘再引出13个回路至坝内照明系统的14个照明配电箱。 3.5.3 电气二次设计电站综合自动化按少人值班原则设计，监控系统采用符合国际开放系统标准的开放式全分布计算机监控系统。在正常情况下，电站安全运行实时监控任务全部由计算机监控系统承担。电站油、气、水等公用系统及坝上各闸门系统均采用以PLC为基础的成套控制装置，主要信息以I/O量形式送入监控系统；此外，各成套控制装置均还可通过M86、B+网络与监控系统公用LCU进行通信，使电站的各种信息量均可通过计算机监控系统进行采集。 3.5.3.1 计算机监控系统计算机监控系统的结构及硬件配置电站计算机监控系统采用开放式全分布结构，在功能上可分为主控级和单元控制级两层。（1）主控级主控级是电站的实时监控中心，主要负责全厂的自动化运行（AGC、优化发电、AVC等）、历史数据处理及全厂人机对话等功能；主控级主要硬件包括2台厂级机、2台操作员工作站和1台工程师工作站，以及厂长总工终端各1台、通信服务器和打印服务器各1套、打印机4台、GPS时钟系统1套、马赛克模拟屏及其驱动器1套、7.5kVA不间断电源2台。（2）单元控制级单元控制级（LCU87、）主要负责生产过程的实时数据采集和预处理，控制与调节，以及与主控级的通信联络等功能。单元控制级设备包括每台机组现地控制单元共6套，开关站现地控制单元1套，全厂公用设备现地控制单元1套。每套机组LCU主要包括CPU、I/O单元和机组顺序控制单元、温度巡检/保护装置、综合电量变送器及双微机自动准同期装置等，并且均通过LCU工控机的CPU与主控级设备通信。开关站LCU主要包括CPU、I/O单元、综合电量变送器及双微机自动准同期装置等。公用设备LCU主要包括CPU和I/O单元等。 3.5.3.2 控制、测量及信号系统 （1）控制水轮发电机组控制机组LCU主要包括CPU、I/O单元和机组顺序控制单元、温88、度巡检/保护装置、综合电量变送器及双微机自动准同期装置等。上述单元均通过LCU工控机的CPU与主控级设备通信。机组LCU中的顺控PLC单元用来代替机组常规水车操作盘，可实现机组的顺序控制功能，使机组顺控功能通过I/O（主PLC）和辅PLC实现冗余设置。当主PLC故障退出时，辅PLC仍可单独完成机组的开、停顺序控制。机组同期采用自动准同期的同期方式。对1#、3#、5#发变单元，发电机出口断路器为同期点；对2#、4#、6#发变单元，主变高压侧断路器为同期点。机组同期操作由机组LCU中的双微机自动准同期装置实现。1#、3#、5#发电机出口装设有进口ABB断路器，断路器采用气动操作机构。全厂公用系统控89、制全厂油、气、水各公用系统及各闸门系统大都采用软启动器和以PLC可编程控制器为基础的成套控制装置，通过基础自动化元件，由PLC 按流程自动控制。各公用系统的有关状态量均通过I/O点送入各自PLC。此外，全厂油、气、水各公用系统及各闸门系统的PLC还均接入MB+网络，有关信息量可以通过网络，以通信的方式上送监控系统。220kV GIS开关站设备控制a.断路器、隔离开关控制220kV GIS共有十九个间隔。除隔离开关分段间隔外，其余每个间隔配有一台汇控柜，在相应地汇控柜可完成220kV断路器、隔离开关、接地开关的联锁控制和现地手动操作。220kV断路器、隔离开关除现场试验时可解锁操作外，正常运行时90、均应通过开关站现地控制单元7LCU远方控制，联锁运行。根据电力系统潮流计算结果，山西、内蒙电网不允许在本电站联网运行。因此，两台母联断路器和一台分段联络隔离开关，除试验或母线充电等特殊情况外，在各种运行方式下，不允许同时处于合闸位置。220kV出线断路器，及1#、3#、5#发变单元进线断路器和母联断路器等共十一台断路器的远方合闸，共用7LCU中的多对象微机同期装置SJ12（B）实现。b.220kV电压切换控制220kV电压切换采用可编程控制器PLC为基础的成套控制装置。通过电压切换装置，可对四段220kV 母线电压进行切换，以满足控制、保护和测量的需要。通风系统控制全厂通风系统设有排、送风机共91、二十九台，设计采用集中与分散相结合的控制方式。在副厂房二层通风机控制室内集中控制盘上，可远方对每台通风机进行起、停控制。此外，根据用户要求，对部分通风机设置了变频控制器，对该部分通风机采用了通过现地控制箱（柜）或远方集中控制盘进行现地或远方手动起、停控制，在变频器上根据季节定期调节频率（风速）的控制方式。根据消防设计的要求，各通风机均可通过火灾报警控制设备联动控制。 （2）测量电气测量a.机组及220kV GIS开关站设备电气测量机组及220kV GIS开关站设备的电气测量分别由各机组和开关站LCU 通过综合电量变送器PML-3300交流采样后，经计算得出各种电气量。六回出线的电度测量，由山西92、内蒙两个电力系统在本站共设一块计费盘，盘上布置有山西侧三回出线和内蒙侧三回出线的关口电度表各三块，可分别计量每条出线的电度量。同时，在计费盘上还装有数据远传装置，可将每回出线的电度量，经相应通信通道，分送两个系统调度端。b.6kV厂用电系统电气测量6kV 厂用电系统除开关柜上配有相应的常规测量仪表外，各段母线电压、各厂变电流、有功功率等电气量，经变送器后送入公用LCU采集。水力测量a.机组段水力测量每台机组设有水力测量盘一块，布置在每台机机旁。通过布置在现地的各种传感器、变送器等，各机组段可实现机组过机流量、含沙量、蜗壳进口压力、尾水管出口压力、机组总冷却水量、及机组振动和摆度等项目的水力测93、量；并通过进、出口压力计算水轮机净水头，通过过机流量、总冷却水量和有功功率计算水轮机效率。机组流量测量采用超声波法在线监测，换能器采用交叉八声道布置。6台机组共用一套超声波流量装置。b.全厂性水力测量全厂性水力测量在继电保护盘室设有全厂水力测量盘一块，通过布置在现地的各种传感器、变送器，可进行上、下游水位，电站进水口拦污栅后水位、压差，工业取水口拦污栅后水位、压差，工业取水口含沙量、水温等项目的测量。为方便巡视，在中控室模拟屏上，对上游水位、下游水位、工业取水口水温和含沙量设有四块常测仪表。 （3）信号本电站未设置中央音响信号装置。在中控室两台操作员工作站上，设有语音报警装置，可对全厂主要设备94、进行事故语音报警；并通过事故、故障一览表登录各种事故、故障。此外，在各LCU上，可进行各种事故、故障报警显示和灯光指示。 3.5.3.3 机组调速器、励磁系统及电气制动（1）调速器机组调速器采用双套DIGIPID1500电子调速器，两套电子调速器采用主/备工作方式，装在一面电调柜内，布置在机旁。调速系统不设事故配压阀，水机事故停机时，在关导叶的同时仍通过调速器减负荷，待导叶关至空载后，进行解列、灭磁。机组测速采用电气测速与齿盘测速相结合的方式。主用电子调速器的转速信号取自PT测频，备用电子调速器的转速信号取自齿盘测速；此外，齿盘测速另输出一路信号至转速信号装置EXT1000，经EXT1000处95、理后，提供机组控制所需的各种转速接点。（2）励磁系统发电机励磁采用整流式静止励磁方式，励磁电源取自接于机端的励磁电源变压器，经三相全控桥整流后，向发电机提供励磁电流。励磁调节器采用具有PID调节规律的双微机励磁调节器，设有两个自动电压调节通道和一个手动控制单元。调节方式包括电压调节、磁场电流调节、无功功率因数调节和恒功率因数调节。两个自动电压调节通道的电流、电压采集回路完全独立，相互之间采用跟踪控制角的方式，实现自动跟踪和自动切换。当两个自动电压通道均故障时，可切换到手动控制单元，手动控制运行。机组正常停机时采用逆变灭磁方式；事故停机时采用灭磁开关加非线性电阻灭磁方式。（3）电气制动本电站六台96、机组均设有独立的电气制动装置。机组正常停机时采用机、电混合制动，当机组转速降至60%Ne时投入电气制动，当转速降至5%Ne时投入机械制动；机组事故停机时不采用电气制动，当转速降至15%Ne时投入机械制动。电气制动控制采用可编程控制器完成。 3.5.3.4 继电保护电站电气主接线发电机-变压器侧采用单元接线，山西、内蒙电网各调度3台机组。主变高压侧以220kV一级电压分别接入晋、蒙电网，其中山西侧3回出线，内蒙侧暂按2回（预留1回）出线。山西、内蒙侧各设一组双母线，并且两组双母线的两条上母线之间采用1组分段隔离开关联络，构成单联双母线。 （1）发变组保护电站发电机单机额定容量180MW，最大容量97、200MW，其中1#、3#、5#发电机出口装设有进口ABB断路器，并带厂变分支，发变组主保护按发电机差动和变压器差动分别配置；2#、4#、6#发电机出口仅设隔离开关，发变组主保护按发电机差动和发变组大差配置，同时为防止主变空投时的励磁涌流，还同时按双重化设置了变压器差动。发变组的其他保护按规程配置。厂用变和励磁变保护包含在相应的发变组保护中。（2) 母线保护电站220kV母线在山西、内蒙两侧均采用双母线带母联开关的典型接线，但由于晋、蒙两侧的两条上母线之间加装了分段隔离开关，使电站主接线形式较为特殊。根据山西、内蒙电调的要求，两电网不允许在本电站联网运行。因此，220kV分段隔离开关正常时合上98、运行的几率很小，仅当一侧电网向对侧借机组时（同时借一条母线），分段隔离开关才合上运行，此时需闭锁两侧母联断路器合闸，以保证晋、蒙电网不会经本电站联网。山西、内蒙两侧的两组双母线各设1套母差保护，在分段隔离开关间隔设置的两组CT分别接入两套母差保护装置中。正常情况下，分段隔离开关断开运行，两套母差保护装置分别工作，分段隔离开关间隔的CT上没有电流流过。当山西或内蒙向对侧借机组运行时，分段隔离开关合上，山西、内蒙两侧的上母线作为1条合母线运行。此时，合母线上的元件仍分别接入两套母差保护中。当合母线上任一侧母线故障，相应母差保护动作后，通过串接分段隔离开关的辅助接点，联跳对侧母差保护出口，使接于合母99、线上的所有断路器跳闸。（3）线路保护电站山西侧与内蒙侧220kV出线的线路保护均选用微机成套保护装置。其中山西侧出线由于跨越黄河，因此在坝内设置了一段220kV高压干式电缆，横跨黄河后接架空出线。为保护干式电缆，加装了干式电缆导引线纵差保护，当电缆段故障时，闭锁线路重合闸。 3.5.3.5 直流系统直流系统采用带有微机绝缘监察装置的直流成套设备，配有两组固定阀控式铅酸蓄电池组。直流母线采用单母线分段接线。两段直流母线各带一组蓄电池，各配一台可控硅整流充电装置浮充运行；同时两段母线共用一台可控硅整流充电装置，作为主充和均衡充电设备。直流供电对机组控制、保护及其它直流负荷采用放射形供电；对断路器合100、跳闸回路采用环网供电；对GIS每一间隔采用放射形供电。此外在直流负荷相对集中的继保室设有一面直流负荷屏，为线路保护、母线保护及故障录波器等装置供电；坝上快速闸门的直流控制电源直接取自直流主盘。 3.5.3.6 通信系统（1）站内通信电站站内生产调度通信采用数字式程控调度交换机一台（套）。站内生产管理通信采用1000门数字式程控交换机一台（套）。（2）对外通信本电站对外通信通过1000门生产管理程控交换机与山西和内蒙古公网相连，传输设备采用光端设备。（3）系统通信山西侧在万家寨方城I回出线上开通电力载波通信和地线复合光缆的光纤通道，用于系统通信；内蒙侧系统通信采用与山西侧相同的通信方式。水利系101、统水调系统通信采用卫星通信方式。（4）通信电源电站内设有独立可靠的供电电源为通信设备供电。交流电源采用双回路供电，分别取自厂用电不同母线段上；直流电源设有两组固定阀控式铅酸蓄电池组，采用浮充电供电方式运行。3.6 金属结构设计万家寨水利枢纽金属结构设备主要分布在八个系统：施工导流系统、表孔泄水系统、中孔泄水系统、底孔泄水系统、电站引水系统、电站坝段排沙系统、工业取水口及引黄取水系统。共计设各类闸门54扇、拦污栅41套、液压启闭机21台、固定卷扬机9台（其中5台用于导流闸门下闸）、坝顶双向门机2台、电站尾水单向门机1台、双向台车1台、液压清污抓斗3套、液压自动抓梁一套、机械自动抓梁一套。金属结构102、设备总工程量为8366t,其中压重块重510t。 3.6.1 表孔表孔设一扇1410.910.13m的露顶式平板定轮工作闸门，底槛高程969.87m，设计最高挡水位980.0m，闸门为上游侧止水，单吊点启闭。工作闸门由坝上3200 kN双向门机主钩启闭。闸门运行方式为全开和全闭。 3.6.2 中孔中孔每孔设一扇平板定轮工作闸门，共4扇，闸门尺寸为4834m，底槛高程945.8m，设计最高挡水水位为980.0m。工作门面板和止水均放置在上游侧，闸门为单吊点启闭，主轮采用滚动轴承支承。闸门运行方式为全开和全闭。在工作门前设置了一道事故检修门槽，共设两扇事故闸门，该闸门与底孔系统共用。工作闸门由坝上103、3200kN双向门机通过液压自动抓梁启闭。中孔工作门与底孔事故闸门共用一套液压自动抓梁。 3.6.3 底孔 底孔每孔泄水孔设一扇弧形工作闸门，闸门尺寸为4665m，弧门半径为12m，底槛高程915.0m。弧形工作闸门支臂为工字型直支臂型式，支铰高程为924.0m。弧形工作闸门采用2500kN/500kN（启门力/下压力）双作用液压启闭机启闭，一门一机，共设8台。启闭机布置在937.0m的启闭机廊道内，廊道顶部设2.5m吊物孔。闸门运行方式为单孔和四孔成组启闭两种方式，可局部开启。在弧门前设平板事故定轮闸门，该闸门与中孔事故闸门共用，共设两扇，闸门尺寸为47.365m。事故门设有两道顶水封。闸门104、面板和止水均放置在上游侧。闸门为动水下门，充水阀充水平压后静水启门。底（中）孔事故闸门由坝上3200kN双向门机通过液压自动抓梁和加重箱操作，计算最大启门容量为2900kN。 3.6.4 电站引水系统电站进水口前共设30孔连通式布置拦污栅，每台机组孔，拦污栅底槛高程932.00m，清污平台高程为967.00m。每孔布置前后两道栅槽，其中前道栅槽作为备用栅槽和清污抓斗导向槽用，后道栅槽作为工作栅槽，每孔设尺寸为3.5356m工作拦污栅，共30套，另设套备用拦污栅。拦污栅为双吊点，共分7节，每节可互换，节间铰接，由坝上1600kN双向门机主钩在门机悬臂端通过平衡梁启闭。电站进口共设两套清污抓斗，其105、中一套由坝上1600kN双向门机主钩操作，另一套由坝上3200 kN双向门机上的400 kN回转吊操作。电站进水口每孔设快速闸门一扇，共六扇。闸门尺寸为7.58.548m，闸门底槛高程为932.0m，闸门面板和底止水设于下游侧，顶、侧止水位于下游侧，利用水柱下门。采用一门一机操作，动水落门，静水启门，闸门由快速门液压启闭机通过拉杆启闭。启闭机容量为4000 kN /2500 kN（持住力/启门力），共设6台，安装在高程为978.5m的液压启闭机房内。6台快速门液压启闭机共用一套油泵站，油泵站设两套油泵电动机组，互为备用。在快速闸门前设一道检修门槽，六个进水口共设一套检修闸门。闸门尺寸为7.59106、.4343m，底槛高程为932.0m，检修门面板和止水均放在下游侧，静水启闭。闸门由坝上1600kN双向门机通过拉杆启闭。电站尾水出口每台机设2孔，底坎高程881.03m。尾水检修门共设8扇，闸门尺寸为8.37.7323.21m,止水和面板设置于上游面。该闸门兼作排沙孔出口检修门，由尾水平台2800kN单向门机通过拉杆启闭。 3.6.5 电站坝段排沙钢管电站坝段共设5条排沙钢管，在每条钢管进口设一道沿坝迎水面倾斜布置的检修门槽，斜度为1：0.15， 5孔共设1扇平板滑动检修闸门，闸门尺寸为35.5565m，闸门为静水启闭。检修门由坝上3200kN双向门机通过拉杆斜拉启闭。在检修门后每孔设一扇平107、板事故定轮门，共5扇，底坎高程为917.00m，闸门尺寸为2.4365m。在门前进口段设高压喷水喷气系统。该闸门用压重箱加压动水下门，小开度充水平压启门，由1600kN坝顶门机通过拉杆启闭。每条排沙钢管出口设一扇平板定轮工作门，尺寸为1.41.690m，共5扇，闸门高4.13m，门上用混凝土加重。闸门总水压力2600kN，底坎高程890.00m。主轮用滚动轴承支承。门槽主轨采用ZG35CrMo 整体铸造，在门槽内设300mm通气孔。工作闸门由布置在904.92m高程上的500/100kN（启门力/下压力）液压启闭机启闭，一门一机，共5台。5台液压启闭机共用一套油泵站，油泵站设两套油泵电动机组，108、互为备用。 3.6.6 引黄取水口引黄取水口采用分层取水的方式，即在每套取水系统设有高程不同的2个取水孔，每个取水孔各设平板滑动隔水门一扇，尺寸分别为510 m和85m，底槛高程分别为957.00m和952.00m。隔水门随库水位变化升降，始终保持门顶约3m水深。隔水门由2400kN固定卷扬机操作。在取水口前设4.2313m拦污栅，每孔3扇，底板高程946.50m。设前后2道栅槽，采用液压抓斗清污。拦污栅和清污抓斗均用400kN双向台车操作。在拦污栅前，设有拦冰栅一道，用以防止冬季流冰堆积在拦污栅前。在隔水门后设有事故检修门一道，底坎高程948.0m，闸门尺寸4432m，定轮支承，上游止水，动109、水下门，小开度提门充水平压启门。由800kN液压启闭机操作。3.7 施工组织设计 3.7.1 施工导流及截流 枢纽导流建筑物导流标准为二十年一遇标准。导流设计流量：枯水期3600m3/s，洪水期8350 m3/s。 本工程采用分期导流方式，共分二期，其中一期又分为一期低围堰导流和一期高围堰导流。一期围护左岸泄水坝段，河水由束窄河床过水。为满足汛期施工，需修建一期高围堰。在此期围堰保护下继续施工左岸坝体，并需形成导流底孔、导流缺口，为二期截流创造过水条件。 二期围堰围护右岸坝段，导流泄水建筑物由左岸坝段中5个导流底孔和38m宽的导流缺口组成。 截流施工选择在枯水期11月中旬，截流设计流量917m110、3/s。采用单戗堤单向立堵截流方式。 3.7.2 施工总体布置 施工总体布置是以左、右岸相结合方式为基础，以左岸为主，右岸为辅。选定以左岸辛庄窝为石料主料场，建立人工砂石系统、混凝土系统。左岸人工砂石生产能力800t/h、混凝土生产能力290m3/h。生产管理和生活区布置，根据工程运行管理、施工等方面的需要，共划分三个主要区域，即左岸坝头施工管理和生活区、右岸坝头施工管理及生活区和柳青塔施工管理及生活区。 3.7.3 施工总进度 本工程施工总工期六年半，第一台机组发电工期为五年，其中主体工程施工期为四年，准备工期一年，完建期一年半。4 重大设计变更4.1 大坝及电站厂房建基面调整 枢纽工程19111、94年4月开始大坝左右岸坡坝肩岩体削坡，至1995年3月底，河床左侧坝基基坑开挖接近技施设计的大坝建基高程894.00m。坝基开挖岩体性状及地质测试结果表明，两岸坝肩岩体完整性和物理力学指标等均满足设计建坝要求，河床坝基的张夏组第五层岩体，岩体致密坚硬，弱风化岩体亦能满足建坝要求。在张夏组第五层岩体内共揭露出SCJ01SCJ10十条层间剪切带。其中SCJ01SCJ06位于设计建基面（894.00m高程）以上，SCJ07位于设计建基面附近，顺层发育。SCJ07剪切带一般厚度68cm，最大厚度12cm，最小厚度3cm，起伏差13cm；剪切带内充填物呈碎块、碎片、碎屑状，局部有泥化现象，物理力学性状112、较差。 1995年4月，根据左岸坝基开挖后的具体情况，天津设计院编制完成了黄河万家寨水利枢纽关于基础评价及处理意见的报告，上报水利部水利水电规划设计总院。4月35日，水利部万家寨水利枢纽工程建设管理局和水利水电规划设计总院联合主持召开了大坝基础鉴定会。1995年5月，水利部水利水电规划设计总院以水规设字19950016号文对天津设计院编制的基础处理意见报告进行了批复。根据鉴定会讨论意见及水规总院的批复意见，天津设计院对技施设计左侧河床坝基开挖高程进行了调整，挖除了河床左侧SCJ07剪切带。调整后河床左侧坝基建基高程为888.80m891.50m。 1996年5月，河床右侧坝基开挖已达到或接近技113、施设计894.00m建基高程，坝基建基岩体张夏组第五层整体质量优良，可满足建基要求。由河床左侧延伸过来的SCJ01、SCJ07、SCJ08、SCJ10剪切带性状均优于河床左侧坝基。电站坝段丁块及主厂房基础所处的张夏组第四层薄层岩体，虽泥灰岩、页岩易风化、开裂，但其中所夹的中厚层灰岩、薄层灰岩及竹叶状、鲕状灰岩较坚硬，抗风化能力较强，其在设计建基面附近一般每隔1m左右出现，厚度0.2m0.5m。在尽量减少地基超挖的前提下，可将基础坐在该岩体上，以减免页岩、泥灰岩的卸荷和失水开裂，造成反复清基和延误工期。1996年5月1821日，天津设计院主持召开了万家寨水利枢纽大坝基础鉴定会，万家寨水利枢纽工程114、建设管理局及东北设计院万家寨工程监理的领导和专家参加了会议。根据鉴定会意见，设计对河床右侧坝基开挖高程进行相应调整，挖除了除、坝段甲块外的电站坝段地基中的SCJ01剪切带，调整后建基高程为891.00m894.00m，电站坝段丙、丁块及主厂房基础开挖高程不变，最低仍为877.00m。1996年10月，天津设计院编制完成黄河万家寨水利枢纽关于河床右侧坝基与厂房基础评价及处理意见的报告，上报水利部水利水电规划设计总院。4.2 河床左侧坝基加固处理 大坝建基面调整以后，河床左侧坝基内存在的SCJ08、SCJ10剪切带构成左侧坝基浅层滑动控制面。河床右侧坝基内存在或部分存在的SCJ01、SCJ07、S115、CJ08、SCJ10四条剪切带为河床右侧坝基浅层控制滑动面。计算结果表明，河床右侧坝段采用厂坝联合受力的结构措施，基本组合工况下各坝段抗滑稳定安全系数K均大于3.0，说明河床右侧坝段浅层抗滑稳定有一定的保证，不需要进行加固处理。左侧泄水坝段沿SCJ08或SCJ10滑动时，安全系数值大部分在2.102.60之间，说明左侧泄水坝段浅层抗滑稳定安全储备偏低，应采取工程措施进行加固处理。 关于坝基层间剪切带加固处理方案，天津设计院曾对多种方案进行了分析比较，建议采用抗剪平硐加化学灌浆的综合处理措施，并于1999年8月编制完成了黄河万家寨水利枢纽工程河床坝基及发电厂房基础评价及处理报告，上报水利部水利水116、电规划设计总院。1999年12月水利部水利水电规划设计总院以水总设199955号文下发了对该报告的审查意见，“基本同意坝基浅层抗滑加固处理采用化学灌浆与抗剪平硐结合的综合处理方案，采用三条抗剪平硐及化学灌浆”， “对平硐位置作进一步优化。尽快进行生产性化学灌浆，对化灌范围作进一步调整，合理选择灌浆工艺、参数和化灌后剪切带抗剪强度。”遵照水规总院审查意见，天津院对加固处理方案进行了优化，在坝基增加抗剪平硐面积，减小化灌面积，并在坝基进行了化学灌浆试验。2000年8月23日，水利部水规总院对工程坝基浅层抗滑加固处理进行了实地调查。调查意见认为“天津院根据现场抗剪平硐开挖及化灌试验情况对处理方案所做117、的优化，即在满足抗滑稳定的前提下，适当增加抗剪平硐的面积，加固处理原则由抗剪平硐与化学灌浆相结合调整为以抗剪平硐为主，化学灌浆为辅是合适的”。调查意见同时指出“由于只考虑抗剪平硐作用下坝体抗滑稳定已基本满足要求，灌浆范围可由廊道及护坦大面积灌浆改为仅对必要部位进行灌浆。应以水泥灌浆为主，对水泥灌浆效果不好且又十分重要的部位，可考虑采用化学灌浆”。根据计算分析，坝基设三条抗剪平硐及支硐已基本满足抗滑稳定要求，并考虑到化灌试验化学灌浆对层间剪切带的充填不明显和化学灌浆投资较大的实际情况，并参照水规总院的调查意见，决定取消基础化学灌浆，基础层间剪切带加固处理选用混凝土抗剪平硐方案。另外，为了尽可能消118、除平硐松弛圈的影响以及坝基爆破施工对坝基防渗帷幕的影响，对平硐周围岩体进行了补强灌浆，并对坝段上游防渗帷幕进行了补强。4.3 泄水坝段下游防护加固处理 枢纽工程1998年10月1日水库下闸蓄水，10月3日坝前水位上升至918.30m，11月25日，水库蓄水至960.20m，底孔泄量620 m3/s。1999年2月17日底孔最大泄量达2010 m3/s。底孔泄水后，在下游很快形成冲刷坑。护坦下游岩体受下泄水流淘蚀影响，导致下游水体经岩层层面及节理裂隙向上游渗流，从护坦末端基础排水廊道排水孔涌出。1998年11月底估测护坦廊道排水孔涌水量大于300升/分，1999年3月上旬估测涌水量大于430升/119、分。 由于护坦基础廊道排水孔大量涌水，由电站厂房厂外集水井排水泵排至下游河床，势必增加排水设施压力，如此长期运行也将危及电站厂房运行的安全。因此必须对泄水建筑物下游进行防护处理。1999年4月，天津院编制完成了黄河万家寨水利枢纽泄水坝段下游防护设计报告，上报水利部水利水电规划设计总院。1999年10月1013日，水规总院在万家寨枢纽工地主持会议，对该报告进行了审查，并于1999年12月24日以水总设199955号文下发了审查意见，“同意对泄水建筑物下游增设防护处理”，“基本同意工程防护处理措施。包括加厚已有的防冲板并在其下设置帷幕、防冲板下基岩固结灌浆、增设防冲齿板及锚筋桩等”。 根据泄水建筑120、物下游岩体及淘蚀现状，下游防护以防止冲刷坑向上游溯源淘刷、截断由冲坑向其上游侧的渗流通道、防冲板下岩体加固为主要目的，工程措施主要有增设下游防渗帷幕、防冲板加厚、防冲板基岩固结灌浆、增设防冲齿板等。4.4 电站发电引水压力钢管布置型式优化 枢纽电站6条引水压力钢管布置于河床右侧电站坝段，钢管直径7.5m。初步设计审定为坝内埋管式布置。根据施工总体计划安排，电站坝段于1996年5月开始浇筑基础混凝土，8月份进行压力钢管下水平段安装。按当时的施工总进度安排，6条压力钢管于1997年第二季度安装完毕，然后进行预留钢管槽回填，到1998年9月回填完毕，满足下闸蓄水、年底发电要求。由于坝内埋管在坝内埋深121、较深，对坝体削弱较大，除钢管施工对坝体混凝土施工有较大干扰外，若有一个坝段未按工期要求完成钢管安装或钢管槽混凝土回填，都将影响工程按期蓄水和发电。为有利于加快施工进度，减少坝体混凝土浇筑与钢管安装的施工干扰，减少钢管槽二期混凝土回填工程量及有利于工程下闸蓄水和发电目标的实现，天津设计院在初步设计审查之后，即开展了发电引水压力钢管的设计优化工作。经过两年多的计算研究和试验论证，在吸取国内外已建或在建工程的经验的基础上，提出发电引水压力钢管由坝内埋管变更为坝面浅埋管的设计方案。1996年2月12日，水利部水利水电规划设计总院主持会议对万家寨水利枢纽电站坝段浅埋式压力钢管设计报告进行了审查，审查结论122、为：“同意修改原设计，将坝内埋管式压力钢管改为坝内浅埋式压力钢管”。1996年2月12日，水利部水利水电规划设计总院以水规设计19960002号文印发了审查意见。 实践证明，采用浅埋式发电引水钢管，对减少钢管安装和坝体混凝土的施工干扰，降低钢管安装施工难度，争取工期，为工程度汛、下闸蓄水和第一台机组发电均创造了有利的条件。另外，将坝内埋管改为浅埋式压力钢管后，由于钢管外移，调整了电站坝段排沙孔的布置，减少了坝基开挖及混凝土工程量各1万m3，效益显著。4.5 低热微膨胀混凝土新技术的应用 为节省投资，简化温控措施，缩短建设工期，水利部于1992年将万家寨水利枢纽采用低热微膨胀混凝土筑坝技术研究列123、为水利部水利科技重点项目，并成立了领导小组和专家组。该研究项目共分为4个课题15个专题，由长江科学院、中国水利水电科学研究院、天津大学及水利部天津设计院共同承担。1994年9月、1995年5月至1996年4月，分别在大坝左岸低缆轨道基础和上游纵向围堰、段进行了现场试验。经过几年的室内外试验研究，各课题均取得了一定的试验研究成果。1997年5月，根据研究成果，天津设计院编制完成了黄河万家寨水利枢纽采用低热微膨胀混凝土设计报告。同年7月，水利部水利水电规划设计总院在北京组织专家对该报告进行了审查，认为万家寨水利枢纽工程采用低热微膨胀混凝土筑坝技术，对解决温度控制及其抗裂性能是有益的，可简化温控措施124、，加快施工进度，获得一定的技术经济效益，对低热微膨胀混凝土筑坝技术的提高和推广应用也具有积极作用。同意在边坡坝段、施工导流底孔封堵、压力钢管槽回填等部位采用低热微膨胀混凝土。根据工程建设的进展情况，先后在大坝边坡坝段、导流底孔封堵、预留钢管槽回填、电站尾水渠右岸挡墙以及左侧坝基抗剪平硐回填等部位采用了低热微膨胀水泥混凝土。水泥品种为清水河水泥厂425#低热微膨胀水泥。4.6 工程永久水厂设计优化 初步设计阶段工程永久供水采用坝上取水，坝下厂前区设专用水厂的方案。专用净水厂主要提供枢纽坝区和左右岸生产管理区生活、消防及机组冷却、润滑等部分工业用水，设计生产能力420t/h（远期）。为满足枢纽工地125、施工期生活、生产及消防用水，在黄河左岸滩地，坝下1km处建有一施工供水系统净水厂及相应的供水设施。临时净水厂设计生产能力3200t/h（其中生产用水2800t/h，生活用水400t/h）。鉴于施工期供水工程自1994年10月建成投产以来运行情况良好，生活、生产用水均达到了相应的用水标准，满足了工程需要；而且施工供水系统净水厂从净水工艺、供水能力等方面均可满足枢纽工程的永久用水要求，经进一步研究论证后认为，取消原设计右岸专用永久净水厂，用改建后的左岸施工供水系统净水厂代替，可减少主体工程工程量，节约工程投资，有益于工程按期发电，技术上简单可行。1996年6月天津设计院编制完成了万家寨水利枢纽关于126、修改给水工程设计的报告，并以水津水199607号文函报水规总院。4.7 电站进水口清污设施的优化 万家寨水利枢纽电站为调峰电站，汛期清污是保证电站正常运行的关键。初步设计清污方式为提栅清污结合回转栅式清污机清污，但从近些年的工程实践并结合本工程特点看，回转清污机方案有以下欠缺：由于坝顶1600kN臂伸式门机扬程限制，回转清污机高度不能覆盖全部孔高，使孔口下部约8m范围内不能用清污机清污，而黄河汛期污物大部分集中于孔口下半部；由于一年中仅汛期二个月水库降低水位运行时回转清污机投入运行，其他月份库水位均高于清污平台，需将清污机提出孔口停靠于坝前，不仅布置困难且操作不便；由于黄河中污物种类大部为芦根127、等长茎植物，这种植物绕于栅条间，高速水流难以冲动，只能停机靠人工清污，劳动强度大；每台清污机重达800kN，电机功率222kW，投资及耗电量大，且只能清除一孔污物，机械利用率低，并且可靠性差。基于上述分析，天津设计院在技施设计阶段对本工程机械清污方案进行了再次调研和分析，认为本电站上游区间来污量比三门峡等电站小，且系调峰电站，一天中仅6小时开机，有足够时间清除污物，不需要连续清污。考虑到本工程基本清污方式仍为提栅清污，拦污栅连通布置，不会因某孔拦污栅堵塞造成电站停机，因此采用二台液压清污抓斗清污，每台重180kN，分别由1600kN悬伸门机和3200kN门机上的400kN回转吊起吊。利用前道栅128、槽作导向槽，可在全孔口范围内清污。抓斗的张合由液压缸控制，并加设配重，以增加下压力。待工程投入运行后，根据汛期清污情况再确定是否需要安装回转清污机。4.8 1#4#机组尾水管肘管修型 为了保证万家寨水利枢纽工程按照施工总进度安排顺利建设，在水轮发电机组尚未招标之前，万家寨工程建设管理局（现黄万公司）委托哈尔滨有限责任公司（简称“哈电公司”）先期进行了水轮机模型试验，并根据试验结果提供的流道体形制造安装尾水肘管钢衬及浇筑尾水管部位混凝土。在机组定标之后1#4#机组水轮机制造商天津通用电气阿尔斯通水电设备有限公司（简称“天称公司”）在做万家寨水轮机模型试验中发现利用哈电公司的尾水管，尾水肘管有较多129、点效率不能满足合同要求，故提出对哈电公司的尾水肘管第一、第九至十节进行修型。黄河万家寨水利枢纽有限公司经研究，从保证合同规定的机组效率值以提高电站经济效益考虑，同意对1#4#机组尾水管肘管进行修型。1997年6月30日，黄万公司以万机电199701号文，要求天津设计院协同天阿公司进行修型设计。天阿公司于1997年9月30日向天津设计院正式提供了修型资料。为了达到修型的目的，必然解决三个方面的问题：（1）保证修型部分与原砼的牢固结合；（2）严格符合修型资料提出的轮廓尺寸；（3）保证修型部分的耐久性，防止运行后的剥落。为此，天津设计院进行了充分的技术经济论证，提出两类方案：第一类方案，不破坏原结构130、凿毛砼面，在新、老砼结合面及钢板与砼结合面采用新型粘结材料，修型轮廓以钢板成型。第二类方案，挖除老砼15cm50cm，新老砼面利用新型粘结材料，修型轮廓采用模板或钢板成型，并进行回填灌浆。经有关单位共同研究，最后采用第一类方案施工，并于1998年6月完成施工。4.9 泄水建筑物抗冲磨混凝土优化设计 本枢纽工程泄水建筑物由1个表孔、8个底孔和4个中孔组成，均采用了长护坦挑流消能。由于枢纽地处黄河中游，泥沙含量较大，汛期多年平均含沙量为12.6kg/m3，最大达37.6 kg/m3。且泥沙具有硬矿物质含量大，多棱角，对泄水建筑物磨损性强的特点，水库运行方式采用蓄清排浑，泄水孔最大流速可达30m/s131、以上。因此，对泄水建筑物的抗冲磨混凝土进行专题研究非常迫切。 天津设计院近几年来在黄万公司和水电四局万家寨施工局的大力支持下，对抗冲磨混凝土进行了大量的室内外试验研究。试验研究结果表明，采用人工砂石骨料（灰岩、白云质灰岩）配制的90天龄期的混凝土，其抗磨强度仅为0.230.27h/kgm-2，抗冲磨性能较差。改用柳树滩的天然砂石骨料配置的混凝土，其抗磨强度可达0.7h/kgm-2。采用天然砂（河曲砂）、混合石（小石为铁矿石）并掺硅粉的混凝土抗磨强度可达到1.0 h/kgm-2以上。经分析研究，天津设计院于1997年底提出了黄河万家寨水利枢纽泄水建筑物抗冲磨混凝土设计报告。 1998年2月20日132、，黄万公司、工程监理、水电四局万家寨施工局、天津设计院等单位的有关专家和代表，对抗冲磨混凝土的研究成果及设计方案，进行了充分的讨论，并形成了万总工199804号关于泄水建筑物抗冲磨混凝土设计讨论会议纪要，纪要提出了具体的实施意见。 1坝段底孔溢流面剩余部位、护坦及坝段中孔护坦采用天然砂、混合石（人工碎石与小铁矿石）、掺硅粉的抗冲磨混凝土。 2中孔溢流面采用天然砂、人工碎石、掺硅粉的抗冲磨混凝土。 3表孔堰顶范围溢流面采用天然砂、人工碎石、掺硅粉的抗冲磨混凝土，其余部分采用人工砂石骨料掺硅粉的抗冲磨混凝土。4.10 电站主厂房和GIS开关站屋顶结构型式优化 万家寨水利枢纽电站主厂房长196.55133、m，上部（909.00m高程以上）结构宽27m。GIS开关站上部（909.00m高程以上）结构长144m，宽15.95m，原设计主厂房屋顶结构为钢屋架，开关站为混凝土薄腹梁，相应主厂房和开关站上部结构高分别为24.35m和26.40m。主厂房和开关站厂内顶棚均设吊顶。由于主厂房钢屋架部分结构需在高空并装，施工难度大，加之屋架未形成之前，桥机运行受到限制，影响到厂内大件吊运与安装，所以直接占用工程直线工期。加之薄腹梁结构单薄，工地施工条件差，现场预制质量不易保证。为减少施工难度，争取工期，有利于工程按期或提前发电，天津设计院根据近年来屋顶结构的发展和国内工程的实践经验，将原设计主厂房及开关站屋顶134、结构均改为正放四角锥球形钢网架结构。设计修改后，由于减少了施工现场加工、制安工作量，网架整体吊装，一次就位，结构的施工质量和工程工期均得到了有效的保证。采用球形钢网架结构后，取消了室内吊顶，室内空间得到了有效的利用，主厂房和GIS开关站上部结构高度分别由原设计的24.35m和26.40m降为22.80m和26.20m，室内环境亦得到了美化。另外，采用网架结构后，开关站屋顶由双坡改为单坡，便于主厂房和开关站屋顶排水的整体布置，简化了屋顶排水设计。4.11 电站尾水检修闸门数量的变更 1992年初步设计时，根据水利水电工程钢闸门设计规范（SDJ1378）的要求，“对引水发电系统，一般3至6台机组可135、设置尾水闸门二套”和电站须两台机组同时检修工程管理要求，引水发电系统尾水部分共设两套检修闸门（每套两扇，共四扇），每扇门重量40t，共160t。在招标和技施设计阶段，建设管理局和施工单位决定电站尾水施工期临时封堵方案为，1#4#机采用尾水检修门封挡，5#6#机采用焊接临时闷头封堵，故尾水检修门数量较初设阶段增加4扇（两套），且增加的4扇尾水检修门作为永久设备保留。4.12 水电站机修设备变更 万家寨水电站总装机容量为1080MW，1#4#水轮机转轮直径为6.1m，5#6#水轮机转轮直径为5.848m。初步设计阶段按照原水电部颁布的水电站机械修理设备配置标准，机修标准类别为大2类进行机修设备配置136、。考虑到本电站位于黄河中游，过机含沙量高，过流部件泥沙磨损比一般的清水电站严重，机组大修间隔时间短，检修工作量大。水轮机抗磨板、止漏环属于易磨损件，气蚀磨损后要进行补焊、车削（或打磨），因转动止漏环与固定止漏环之间间隙很小，必须保证止漏环的圆度，手工打磨精度差，所以设置一台8000mm立车。另外增加了普通车床、万能工具磨床、牛头刨床和钻床。1997年1月，工程调整概算审查时认为8000mm立车一次性投资大，利用率低，因此将其取消。技施设计阶段，黄万公司要求机械修理厂由电站厂房下游右岸移至现有的材料仓库，同时还要求，机修设备不要大而全，大尺寸、加工精度要求高的部件采用外协加工，如：水轮机抗磨板、137、止漏环；活动导叶及尺寸小于活动导叶，并且加工精度要求不太高的部件采用厂内加工。根据上述要求，对机修设备进行了优化，大大缩减了机修设备数量。同时，机械加工车间长度减少一跨，由66m 改为60m，宽度不变，取消锻造车间。4.13 一期导流低纵向围堰结构型式优化 枢纽工程施工采用河床分期导流方式，第一期先围左岸，河水由右岸束窄河床下泄，导流设计标准为洪水重现期20年（P=5%）。一期导流低围堰导流时段为工程建设的第一年11月至第二年6月，设计流量为3600m3/s。为有效减小围堰断面，增大束窄河床泄流宽度，降低流速，一期导流低纵向围堰采用编织袋土防渗体围堰。1994年6月，在一期低围堰施工图提交后，138、由于受准备工程工期影响，如期完成存在一定困难，工程建设管理局提出对一期低围堰进行设计修改。1994年9月，天津院编制完成万家寨水利枢纽工程施工导流一期低围堰设计变更报告，水规总院组织会议对该报告进行了审查，认为“导流工程一期低围堰纵向围堰采用编织袋围堰，不能如期完成，同意修改设计”，“同意修改报告推荐的万家寨工程一期导流低纵向围堰设计方案，即采用双戗堤进占，两戗堤间回填防渗土料和反滤料，高程903.00m以上堰体采用土工织物防渗形式”。4.14 取消枢纽右岸柳青塔人工砂石系统按照初步设计意见，工程主体混凝土采用人工砂石骨料，并分别由左岸人工砂石系统和右岸柳青塔人工砂石系统提供，生产能力分别为8139、00t/h和170t/h。其中柳青塔人工砂石系统生产的骨料主要用于大型临建和厂房混凝土浇筑，并通过招议标选择水电四局中标，于1993年10月签定合同，但因征地问题迟迟未能解决，致使工程推迟到1994年3月下旬才动工，导致该系统的建设已不能满足初期为大型临建工程供应砂石骨料的需要；而且左岸人工砂石系统的生产能力可满足工程建设的需要。1995年4月，水利部万家寨工程建设管理局以管工199505号文向水规总院提出“关于取消万家寨水利枢纽工程柳青塔人工砂石系统的请示”。天津设计院对建设管理局提出的建议进行了认真的研究，“认为其建议是合理的”，并于1995年6月28日以水津施19953号文向水规总院上报140、“关于万家寨水利枢纽工程柳青塔人工砂石系统设计变更的报告”，“决定在万家寨水利枢纽工程施工总布置设计中取消右岸人工砂石系统”。1995年9月，水规总院以19950005号文对取消该系统函复，“原则同意取消右岸柳青塔人工砂石系统”。停建柳青塔人工砂石系统可节省石料场征地635.7亩，节省投资920余万元。5 设计技术供应与保障5.1 设计图纸供应 根据万家寨水利枢纽工程的施工总进度计划，自1994年开始，黄河万家寨水利枢纽有限公司（原水利部万家寨工程建设管理局）与天津设计院每年均制定有工程技施设计的详细图纸供应计划。新一年度的供图计划一般在上年度第四季度签定。设计图纸供应作为设计合同的主要考核目141、标之一，直接与设计费付款挂钩。天津设计院的设计与供图工作，受到了院内各级领导的重视。万家寨水利枢纽工程设计多年来一直被列为院的重点工作项目，全院予以全方位保证。设计图纸完成之后，天津设计院一般派专车、专人递送，经工地设代处送交万家寨水利枢纽有限公司资料室。从设计供图计划的实施情况看，天津设计院一般均能按图纸供应计划提前供图，部分图纸供提前半年以上，未曾发生因设计原因延误供图影响工程施工的现象。但受设备采购定标延迟，设备基础资料落实滞后，在工作中数次发生基础资料制约设计，导致设计赶工，集中供图的现象。 在技施设计阶段，为了解决工程的重大、关键技术问题和优化设计，天津设计院进行了大量的科学研究和专142、题论证，编写各类科研、专题报告160余篇。为了满足工程建设需要，及时提供施工图纸，共完成主体工程设计图纸5613张（不包括招标文件附图和地质编录图），其中总布置图56张，水工专业1780张，机电专业2099张，建筑结构及采暖通风、给排水专业628张，施工专业1050张。5.2 现场设代配合 万家寨水利枢纽工程自1992年施工准备工程开工以来，天津院即配备了强有力的现场设代力量。1993年成立了以院副总工程师姜家荃（兼项目设总）为首的现场设计代表组。1996年根据现场施工进展和人员变动情况，对设计代表组机构进行了调整，项目设总郭潇任设代组组长，副设总张军劳、方源和其他各专业项目负责人共八人任副组143、长。1997年天津设计院成立万家寨水利枢纽工程设计代表处，项目设总郭潇、副设总张军劳、龚长年任设代处副处长，郭潇主持工作。多年来，天津设计院万家寨水利枢纽工程设计代表处（组）在院各级领导的领导下，院各相关部门的大力配合下，尽职尽责，积极配合现场施工，对工程建设起到了积极的促进作用。按照天津设计院质量体系程序QA19（设计服务程序）和质量体系文件QA19-1的有关规定，天津设计院设计代表处（组）的主要职责为：组织各专业人员深入施工现场，即时解决施工中出现的技术问题；参加隐蔽工程验收，指导工程施工。 5.2.2督促各设计处按计划供图并负责统一发放。 5.2.3进行设计技术交底，解释设计意图。 5.144、2.4进行二、三级设计产品的设计修改，编发设计通知（一级产品的设计修改报院审批，必要时并按国家基本建设程序履行审批程序）。 5.2.5对于发现的施工过程中未达到设计要求的施工质量问题，促请有关各方妥善解决，必要时编制设代备忘送交有关方面，提请注意。 5.2.6参加业主组织的竣工检查验收和工程试运行。参加业主组织的与设计相关的各种生产会议。 5.2.7编制设代文件和设代工作简报，及时向院及院内各专业处室反馈工地信息。几年来，天津设计院设代处（组）共发出设代通知1491份，其中水工专业804份，机电专业248份，建筑、通风、给排水专业171份，施工专业268份。5.3 设计质量保证 对于万家寨水利145、枢纽工程设计，天津设计院从一开始即建立了良好的质量保证体系，实行严格的质量控制。从工程的设计策划与组织、设计输入、设计控制、设计输出、设计评审、设计验证、设计确认到设计更改均有严格的质量运作程序和质量体系文件。1996年7月10日开始，天津设计院根据GB/T190011994ISO9001：1994标准发布并实施了质量体系文件，并通过GB/T190011994ISO9001：1994质量认证，得到国际承认，万家寨水利枢纽工程的设计质量从此也走向了标准化。在天津设计院多次的质量抽查与检查和北京中设质量体系中心的认证检查和监督检查中，万家寨水利枢纽工程的设计组织与管理均审查通过，工程设计质量在设计146、全过程中得到了有效的控制和保证。 1998年5月，根据万家寨水利枢纽工程建设的进展情况，为进一步搞好工程的设代工作，保证设计质量，作好设计供图与服务，争创优质工程，天津设计院以水津办199809号文件向院属各单位发出了“关于进一步搞好万家寨水利枢纽工程设计工作的通知”，强化技术质量保证，进一步明确设计责任与处罚条例。万家寨水利枢纽工程的多项设计多次被天津设计院评为优秀设计或获院科学技术进步奖，部分成果在行业内获奖。设计成果合格率100%，总体质量优良。6 结 语 6.1 万家寨水利枢纽工程勘测设计工作从50年代开始进行。1982年天津设计院开始承担工程的勘测设计及研究工作至今。近廿年来在上级各147、部门有关领导的关怀和支持、工程建设各方的大力协助下，较好地完成了各个阶段的勘测设计工作，工程基础资料齐全，总体设计质量优良，满足工程建设的需要。重大的设计变更和优化方案均及时上报上级有关单位审查或备案。 6.2 确保设计产品的质量和优质服务是设计工作的宗旨。工程开工以来，天津设计院组织各专业设计人员深入施工现场，优化设计方案，积极配合施工，及时解决施工中出现的技术问题，对工程建设顺利进行，提前蓄水发电和节省投资起到了积极的促进作用。 6.3 设计工作是工程建设的先导。但由于工程分标较多，有的定标较晚，致使基础资料滞后，存在设计赶图和集中供图的问题。另外，因设计供图时间紧，基础资料变化大，设计图148、纸中存在各专业不一致和一些错、碰、漏、缺的现象，需要认真总结经验，加以改进。 6.4 万家寨水利枢纽自1998年10月下闸蓄水至今已安全运行3年，但并不意味着设计工作的结束，维护和保持水库、电站的长期安全运用是管理单位和设计单位的共同目标。为此建议加强对各建筑物的安全监测工作，并根据实际情况，优化水库运行方式，以取得更大的经济效益。6.5 位于万家寨水利枢纽下游25km的龙口水利枢纽，是黄河托龙段开发规划的最末一级枢纽。天津设计院经过廿多年的工作，已完成初步设计，项目建议书已经过水规总院的审查。万家寨水利枢纽的建成和运用，为建设龙口水利枢纽提供了许多良好的有利条件，建议尽早安排设计工作和前期准149、备工作，为工程早日开工打好基础。附表万家寨水利枢纽工程特性表编号名 称单 位数量或特性备 注一水文1流域面积全流域km2752443坝址以上km23948132利用的水文系列年限年603多年平均年径流（实测）亿m3248河口镇水文站实测多年平均年径流（设计）亿m3192万家寨2000年水平4代表性流量多年平均流量（实测）m3/s790多年平均流量（设计）m3/s621实测最大流量m3/s5310河口镇水文站实测调查历史最大流量m3/s114001969年设计洪峰流量（P=0.1%）m3/s16500校核洪峰流量（P=0.01%）m3/s21200施工导流洪峰流量（P=5%）m3/s83505洪150、 量实测最大洪量（15d）亿m364.4河口镇水文站实测设计洪量（15d）亿m3102.08校核洪量（15d）亿m3125.516泥 沙多年平均输沙量（设计）亿t1.49最大年输沙量为4.6亿t多年平均含沙量（实测）kg/m35.7河口镇实测多年平均含沙量（设计）kg/m36.6实测最大含沙量kg/m337.61955年9月1日二水库1水库水位最高蓄水位m980.00每年持续10天左右正常蓄水位m977.00每年持续5个月校核洪水位m979.10设计洪水位m974.99防洪限制水位m966.00排沙期最高运用水位m957.00冲刷水位m948.002最高蓄水位时水库面积km228.113回水长151、度km72.344水库容积总库容（最高蓄水位以下）亿m38.96调洪库容亿m33.02调节库容亿m34.45死库容亿m34.515库容系数%2.36调节特性季调节7水量利用系数%95三下泄流量及相应下游水位1设计洪水位时最大下泄流量m3/s7899表孔不参加泄洪相应下游水位m904.242校核洪水位时最大下泄流量m3/s8326表孔不参加泄洪相应下游水位m904.45四工程效益指标1发电效益装机容量万kW108保证出力万kW18.511月份水流出力替代容量万kW86.3多年平均发电量亿kWh27.5年利用小时数h25462工业及城市用水最大引用流量m3/s48年供水总量（P=99%）亿m314152、五淹没损失及工程占地1淹没耕地亩4514征地标准P%202迁移人口人5326预测1998年人口数移民标准P%53淹没房屋及窑洞m2123758其中杂房8599m24淹没701公路桥m3425淹没工矿企业所46工程永久占地亩10827施工占地亩6323六主要建筑物及设备1坝型式混凝土半整体重力坝地基特性中寒武系灰岩地震基本烈度/设防烈度度6/7坝顶高程m982.00最大坝高m105按电站坝段坝趾计算坝顶长度m4432泄水建筑物（1）底孔底坎高程m915.00孔数/孔口尺寸（宽高）孔/m8/46单宽流量m2/s89.28971m水位，挑坎前沿处，左边二孔消能方式长护坦挑流闸门（工作门/事故门）8扇153、弧形钢闸门46-65事故检修闸门共设2套，与中孔共用1扇平板钢闸门47.3-65启闭机型式（工作门/事故门）8台阶500kN/500kN摇摆式液压启闭机1台3200kN坝顶公用双向门机设计泄洪流量m3/s5519校核泄洪流量m3/s5714（2）中孔堰顶高程m946.00孔数/孔口尺寸（宽高）孔/m4/48单宽流量m2/s81.63979.1m水位，挑坎前沿处消能方式长护坦挑流闸门（工作门/事故门）4扇平板钢闸门48-34事故检查闸门共设2套，与底孔共用1扇平板钢闸门47.3-65启闭机型式（工作门/事故门）3200kN坝顶公用双向门机设计泄洪流量m3/s2380校核泄洪流量m3/s2621（154、3）表孔堰顶高程m970.00孔数/孔口尺寸（宽高）孔/m1/1410单宽流量m2/s49.5979.1m水位，挑坎前沿处消能方式倾斜面挑流尾坎工作闸门平板钢闸门14启闭机型式3200kN坝顶公用双向门机最高蓄水位时泄量m3/s864（4）电站坝段排沙钢管进口底坎高程m912.00事故门槽底坎高程917m孔数/孔口尺寸（宽高）孔/m5/(1.41.8)排沙钢管直径2.7m单宽流量m2/s40.0水库水位952m消能方式挑流闸门（进口事故门/出口工作门）5扇平板闸门2.43-635戾平板钢闸门1.4启闭机型式（进口事故门/出口工作门）1600kN坝顶公用双向门机5台500kN/100kN液压启闭155、机952m水位时泄量m3/s56.523发电引水建筑物设计引用流量m3/s301进水口型式圆弧形喇叭口底坎高程m932.00闸门型式快速平板钢闸门由6台4000kN/2500kN液压启闭机操作闸门数量/尺寸-水头扇/m6/7.58.5-48压力钢管型式坝面浅埋管压力钢管数量条6每条钢管长度m82.45压力钢管内径m7.5最大水头m81.54引黄入晋取水建筑物设计流量m3/s24相应957.0m水位取水口型式塔井式平板闸门分层取水引水道底板高程m948.00引水钢管直径m4.0取水口数量个2取水闸门型式平板钢闸门取水闸门数量/尺寸-水头扇/m2/510-10.5和2/85-15.5取水闸门启闭机156、型式2400kN固定卷扬启闭机5水电站厂房型式坝后式地基特征中寒武系灰岩主厂房尺寸m196.552756.3长宽高水轮机安装高程m894.506开关站电压等级kV220型式全封闭组合电器（GIS）面积m214415.95长宽7主要机电设备（1）水轮机台数台6型号HLFN235-LJ-610HL-LJ-577天阿，4台，转轮直径6.10m希科，2台，转轮直径5.77m额定出力MW183.7最大出力MW204.1额定转速r/min100吸出高度m-0.5相应于排沙期5台机运行工况电站最大水头m81.5电站最小水头m51.3电站极限最小水头m45.3每年有57d水轮机额定水头m68.0水轮机设计水头157、m66.063.0每台水轮机的额定流量m3/s290.7(天阿)293.91(希科)（2）发电机台数台6型号SF180-60/12800额定功率kW180000额定功率因数cos=0.9(滞后)最大功率kW200000额定电压kV15.75（3）主变压器台数台6型号SSP10-225000/2208输电线电 压KV220回路数回6回出线输电目的地山西、内蒙古9其它建筑物（1）水库码头数 量座1型 式斜坡道式（2）永久房屋m253944七施工1主体工程量坡积物开挖万m320.04石方开挖万m3111.99混凝土和钢筋混凝土万m3178.85金属结构安装t13820帷幕灌浆m17640固结灌浆m4158、98802主体工程主要建筑材料只计枢纽部分材料木 材m326382水 泥万t36.6粉煤灰万t4.41钢 筋t24154钢 材t160423所需劳动力总工日万工日434高峰人数人5800平均人数人44004施工临时房屋m21258965施工动力及来源供 电kW212500薛家湾及方城110kV变电站备用动力设备kW1200柴油发电机组6对外交通（公路）修建公路里程km82.3/60.6山西侧/内蒙古侧运输量万t1237施工导流方 式河床分期导流围堰型式土石及混凝土围堰枯水期（P=5%）导流流量m3/s360011月到翌年6月导流设计洪水（P=5%）导流流量m3/s8350710月8施工期限准备工程年1.0第一台机组发电期限年5总工期年6.5不包括筹建期八经济指标1总投资静态总投资万元429877不计输电线路工程总投资万元605780不计输电线路工程2总造价挡水工程万元73700发电厂工程万元24665升压开关站工程万元1200引黄取水口工程万元912交通工程万元18430机电设备及金属结构万元121971淹没补偿万元445713水电站经济、财务指标单位千瓦投资元/kW3980不计入输电线路工程单位电量投资元/(kWh)1.56不计入输电线路工程单位装机淹没耕地亩/(万kW)41.8单位装机迁移人口人/(万kW)49.3