黄登水电站工程金属结构设计与布置

尹显清，贾海波，王处军

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

1 工程概况

黄登水电站位于云南省怒江州兰坪县内，为澜沧江上游河段规划中的第6个梯级，其上游与托巴水电站衔接，下游梯级为大华桥水电站。电站以发电为主，建成后可发展旅游、库区航运，改善流域环境，促进地区社会经济与环境协调发展。黄登水电站正常蓄水位1 619 m，死水位1 586 m，正常蓄水位相应的库容15.49亿m3，具有季调节能力，校核洪水位1 622.73 m，总库容16.7亿m3。最大坝高为203 m，装机容量1 900 MW。本工程为大(1)型，工程等别为一等。电站坝址距营盘镇公路里程约12 km，距兰坪县城约67 km，距昆明市约631 km。

黄登水电站金属结构设备根据水工枢纽布置分为泄水建筑物、引水建筑物、尾水建筑物、导流建筑物4个系统。整个电站共设有闸门及拦污栅49扇，门槽及拦污栅槽埋件70套，各类启闭机17台。

2 泄水建筑物闸门及启闭设备的设计与布置

泄水建筑物闸门及启闭设备系统包括溢洪道表孔闸门及启闭设备、左、右泄洪放空底孔闸门及启闭设备。

2.1 溢洪道表孔闸门及启闭设备

溢洪道是本工程的主要泄洪设施之一，布置在坝身，共分为3孔，设有表孔检修闸门和表孔工作弧门。

2.1.1溢洪道表孔检修门

溢洪道表孔共设3孔1扇检修闸门。闸门孔口尺寸(净宽×高)15.0 m×21.0 m，堰顶高程1 598.00 m，底槛高程1 597.646 m，设计水头为21.522 m，总水压力35 517 kN。闸门为平面滑动钢叠梁型式，下游止水。门叶总高度为21.84 m，分7节制造、运输，在现场连成3节。闸门为静水启闭，启门时先动水提起上面一大节门叶一个小开度，通过两大节门叶节间的间隙对检修门和工作门之间的空腔进行充水。待充水平压后，再分别静水提起两大节门叶。闸门平时的存放及检修均在位于溢流坝段右端的储门槽内进行。闸门为双吊点，采用2 500 kN的双向坝顶共用门机带液压自动抓梁操作，该门机坝上扬高为13 m(自动抓梁下部吊轴中心至坝顶)，总扬程为90 m。

2.1.2溢洪道表孔工作弧门

检修闸门后设3孔3扇表孔工作弧门。闸门孔口尺寸(净宽×高)15.0 m×21.0 m，堰顶高程1 598.00 m，底槛高程1 597.262 m，设计水头为22.5 m，总水压力38 216 kN。闸门为两斜支臂、主横梁、圆柱铰的露顶式弧形闸门，门叶总高度为22.5 m，分8节制造、运输，现场拼装。闸门的操作条件为动水启闭，局部开启以控制流量，局开时要求避开闸门的振动区。闸门为双吊点，每扇闸门采用1台(套)2×4 000 kN，最大行程为10 m的上翘式液压启闭机进行操作。液压启闭机的油缸一端设置在闸墩上，另一端和闸门吊轴联接。每套启闭机配置一套泵站，每套泵站设备用的油泵电动机组，其控制方式按现地手动、现地自动和远方自动3种方式进行设计。启闭设备设置工作、备用双电源，另配有柴油发电机作为应急电源。

2.2 左、右泄洪放空底孔闸门及启闭设备

溢洪道表孔旁一左一右布置左、右泄洪放空底孔。左、右泄洪放空底孔进口设有2孔1扇事故门，事故门后设有2孔2扇弧形工作门。

2.2.1左、右泄洪放空底孔事故门

该事故门共设2孔1扇，左、右泄洪放空底孔共用1扇门叶。闸门孔口尺寸(净宽×净高)5.0 m×11.0 m，底槛高程1 540.00 m，设计水头为79.0 m，总水压力43 684 kN。闸门为平面滚轮钢闸门，上游止水。门叶分节制造、运输，现场拼装。拼装好后锁定在门槽顶部。因该底孔承压水头高，水流流速大，故整个底孔均进行了钢衬护加强。埋件设计考虑了防止高速水流对底槛以及侧门槽过流段的冲击，采用了II型门槽。闸门的操作条件为动闭静启，当其后的工作弧门发生事故时，闸门通过加重动水关闭。启门时先打开门叶上的充水平压装置充水平压后，再静水启门，启门水位差≤5 m。闸门为单吊点，采用2 500 kN双向坝顶共用门机带液压抓梁起吊。该门机轨上扬高为13 m(自动抓梁下部挂点中心至坝顶)，总扬程为90 m。

2.2.2左、右泄洪放空底孔弧形工作门

左、右泄洪放空底孔事故门后设有2孔2扇弧形工作门。闸门孔口尺寸(净宽×净高)5.0 m×8.0 m，底槛高程1 540.00 m，设计水头为79 m，总水压力35 461.3 kN。闸门为两直支臂、主横梁、圆柱铰的潜孔式弧形闸门，采用常规水封。门叶分节制造、运输，现场拼装。闸门的操作条件为动水启闭，关门时需由启闭机施加下压力。闸门为单吊点，每扇闸门采用1台3 200/1 000 kN(启门力/闭门力)，工作行程为10.3 m的摇摆式液压启闭机启闭。其泵站设备用的油泵电动机组，其控制方式按现地手动、现地自动和远方自动3种方式进行设计。液压启闭机及其油箱，泵站和电气设备均布置在位于孔口上方的启闭机房内。启闭设备设置工作、备用双电源，另配有柴油发电机作为应急电源。

3 引水建筑物闸门及启闭设备的设计与布置

引水系统布置在左岸，引水洞由塔式进水口、压力钢管等建筑物组成。进水口采用单管单机布置，4条引水管道引至厂房后4台475 MW水轮发电机组。引水系统设有拦污栅、分层取水叠梁门、检修门和快速事故门。

3.1 拦污栅

进水口拦污栅槽布置为前后两道，前面一道为工作栅槽，其后为检修栅槽。每条引水管道用砼隔墩分为5孔，即工作栅槽共有20孔，设栅叶数量20扇；检修栅槽共有20孔，设备用栅叶5扇。栅后为20孔连通式结构，当部分拦污栅被污物堵塞时，对应机组可互通引水，减少因污物堵塞而停机的可能。拦污栅孔口尺寸(净宽×净垂直高)3.2 m×55 m，底槛高程1 558.00 m，设计水头为4.0 m，栅条净距为200 mm。拦污栅为垂直式，滑道支承。栅叶分节制造、运输，现场拼接。采用提栅方式清污，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。拦污栅为单吊点，采用2 500 kN双向双小车进水口共用门机上的1 250 kN副小车带抓梁起吊，副小车轨上扬高为16 m(自动抓梁下部挂点中心至坝顶)，总扬程为75 m。检修拦污栅叶平时锁定在拦污栅、分层取水叠梁门储门槽内。

3.2 分层取水叠梁门

为满足电站取表层暖水发电，解决低温水下泄的问题，利用拦污栅检修栅槽兼作取水叠梁闸门槽，四台机组共设20扇平面叠梁闸门。叠梁闸门孔口尺寸(净宽×净高)3.2 m×27 m，底槛高程1 558.00 m，设计水头为10 m，总水压力8 640 kN。闸门为平面滑动钢闸门。每扇叠梁闸门由9 m高的三节叠梁组成，节间设有对位装置，每节叠梁由三节运输单元组成，三节运输单元在闸门安装现场焊接为一体。为防止缝隙过水引起闸门震动，在闸门门叶上游设反向支承和下游设止水，并设侧导向。侧水封为“P”形橡胶水封，底水封为板形橡胶水封。叠梁闸门采用2 500 kN双向双小车进水口共用门机上的1 250 kN副小车及配套的液压抓梁操作启吊，闸门的操作条件为在动水状态下启闭。叠梁闸门在不使用时存放于拦污栅、分层取水叠梁门储门槽内。

3.3 进水口检修门

拦污栅后共设有4孔1扇检修闸门。闸门孔口尺寸(净宽×净高)7.0 m×12.0 m，底槛高程1 560.00 m，设计水头为59.00 m，总水压力45 484 kN。闸门为平面滑动钢闸门，下游止水。门叶分节制造、运输，现场拼接。闸门的操作条件为静水启闭，当其后的事故门需要检修时，闸门静水关闭。启门时先打开门上的充水平压装置充水平压后，再静水启门，启门水位差≤4 m。闸门为单吊点，采用2 500 kN双向双小车进水口共用门机上的2 500 kN主小车带液压抓梁起吊，主小车轨上扬高为14.5 m(自动抓梁下部挂点中心至坝顶)，总扬程为70 m。闸门平时的存放及检修均在位于进水口坝段的储门槽内进行。

3.4 进水口快速事故门

进水口检修闸门后共设4孔4扇快速事故闸门。闸门孔口尺寸(净宽×净高)7.0 m×11.5 m，底槛高程1 560.00 m，设计水头为59.00 m，总水压力43 804 kN。闸门为平面滚轮钢闸门，下游止水。门叶分节制造、运输，现场拼接。闸门的操作条件为动闭静启，闸门平时悬挂在孔口上方0.5 m处，当引水隧洞或机组发生事故时，闸门利用门顶水柱在动水下快速关闭，闭门时间初定为3 min以内。启门时先打开门上的充水平压装置充水平压后，再静水启门，启门水位差≤4 m。闸门采用通气孔补排气。闸门为单吊点，每扇闸门采用1台3 000/6 300 kN(启门力/持住力)，工作行程为12.5 m的液压启闭机带拉杆启闭。每台液压启闭机设1套泵站，每套泵站设备用的油泵电动机组，其控制方式按现地手动、现地自动和远方自动三种方式进行设计。启闭设备设置工作、备用双电源，另配有柴油发电机作为应急电源。液压启闭机的油箱，泵站和电气设备均布置在位于坝顶平台的泵房内。

4 尾水建筑物闸门及启闭设备的设计与布置

由于在机组尾水检修门的检修平台上，每两孔检修门之间均设置有砼隔墩。该隔墩的高度限制了闸门的通过，故每台机组尾水管的出口均配置了一套检修闸门；4台机组共设有4孔4扇机组尾水检修门。每2台机组尾水管的出口在尾水调压室汇集后，合并为1条尾水洞。在每个尾水洞出口用砼隔墩分为2孔，考虑施工期的挡水需要，每个孔口均配置了一套尾水洞出口检修门；2条尾水洞共设有4孔4扇尾水洞出口检修门。

4.1 机组尾水检修门

闸门孔口尺寸(净宽×净高)10.0 m×15.0 m，底槛高程1 440.00 m，设计水头为50 m，总水压力64 729 kN。闸门为平面滑动钢闸门，上游止水。门叶分节制造、运输，现场拼装。拼装好后锁定在门槽顶部。闸门的操作条件为静水启闭，当机组需要检修时，闸门静水关闭。启门时先打开水机专业设的充水阀充水平压后，静水启门，启门水位差≤2 m。闸门为双吊点，采用2×2 000 kN台车式启闭机带液压自动抓梁起吊，启闭机扬程为60 m。

4.2 尾水洞出口检修门

闸门孔口尺寸(净宽×净高)5.8 m×15.0 m，底槛高程1 454.00 m，设计水头为38.732 m，总水压力27 818 kN。闸门为平面滑动钢闸门，下游止水。门叶分节制造、运输，现场拼装。拼装好后锁定在门槽顶部。闸门的操作条件为静水启闭，当尾水洞需要检修时，闸门静水关闭。启门时先提起最上节门叶一个小开度，通过门叶节间的间隙对尾水洞进行充水。待平压后，再静水启门，启门水位差≤2 m。闸门为单吊点，采用2 000 kN单向门机带液压抓梁起吊。该门机轨上扬高为5 m(自动抓梁下部挂点中心至平台顶部)，总扬程为38 m。

5 导流建筑物闸门和启闭设备的设计与布置

右岸布置两条导流隧洞，分别为1号和2号导流洞。1号导流洞进口用砼隔墩分为2孔，每个孔口均设置一套封堵闸门。2号导流洞进口设置一套封堵闸门，出口设置一套弧形工作门。该弧形工作门承担1号导流洞下闸封堵后向下游供水的任务。2号导流洞弧形工作门门叶在下闸前最后一个汛期前的枯期安装。在安装该门前，先将2号导流洞封堵门下闸挡水。待完成对2号导流洞弧形工作门的安装和2号导流洞的检修后，再分别提起2号导流洞封堵门和工作门。在2号导流洞工作门完成向下游供水的任务后，先将其下闸关闭，再将其前的封堵门下闸挡水。

5.1 1号导流洞封堵闸门

闸门孔口尺寸(净宽×净高)8.0 m×20.5 m，底槛高程1 473.00 m，设计挡水水头为146.00 m，总水压力226 580 kN。闸门为平面滚轮和滑块双支承钢闸门，下游止水。门叶分节制造、运输，现场拼接。拼装好后锁定在门槽顶部。埋件设计考虑了防止高速水流和泥沙对底槛以及侧门槽过流段的冲击、磨损。由于施工导流期较长(过流期为4 a)，为避免门槽被破坏，设有门槽保护装置。闸门的操作条件为≤27 m水头动水下门封堵，提门水头为≤28 m。由于该闸门下闸水头和挡水水头相差较大，所以采用了滚轮和滑块双支承。当闸门下闸时，利用滚轮支承，减小摩擦力，以减少加重块及卷扬机容量；当闸门下闸完毕，门前水位上升到一定高度后，轮轴失效，闸门利用滑块支承。这种双支承闸门，有效的利用了滚轮的低摩擦和滑块的高承压性能，大大降低了滚轮的承载力、闸门的加重块重量和启闭机的容量，从而节省了工程投资。闸门为双吊点，每扇闸门采用1台2×3 200 kN，总扬程为45 m的固定式卷扬机操作。该封堵闸门为一次性设备，即下闸成功后不再提起。

5.2 2号导流洞封堵闸门

闸门孔口尺寸(净宽×净高)8.0 m×11.14 m，底槛高程1 477 m，设计挡水水头为142 m，总水压力135 060 kN。闸门为平面滑动钢闸门，下游止水。门叶分节制造、运输，现场拼装。拼装好后锁定在门槽顶部。埋件设计考虑了防止高速水流和泥沙对底槛以及侧门槽过流段的冲击、磨损，采用了II型门槽。在安装其后的工作门前，先在≤13 m水头下动水关闭该闸门。待完成其后工作门的安装和2号导流洞的检修后，再对其在≤13 m水头下小开度提门，以对其与工作门之间的空腔进行充水。待平压后，再静水启门至门槽顶部后锁定。

该封堵闸门待其后的弧形工作门完成向下游供水的任务并下闸后再在静水条件下下闸封堵。闸门为双吊点，采用1台2×2 000 kN，总扬程为85 m的固定式卷扬机操作。该封堵闸门为一次性设备，即下闸成功后不再提起。

5.3 2号导流洞出口弧形工作门

闸门孔口尺寸(净宽×净高)7.0 m×9.0 m，底槛高程1 473.00 m，设计挡水水头为92 m，总水压力74 524.8 kN。闸门为两直支臂、主横梁、圆柱铰的潜孔式弧形闸门，采用常规水封。门叶分节制造、运输，现场拼装。该闸门主要承担1号导流洞下闸封堵后向下游供水的任务。其操作条件为动水启闭，局部开启，关门时需由启闭机施加下压力。闸门为单吊点，采用1台4 000 kN/500 kN(启门力/闭门力)，工作行程为14.5 m的摇摆式液压启闭机启闭。液压启闭机及其油箱，泵站和电气设备均布置在位于孔口上方的启闭机房内。该工作闸门为临时性设备，即当该闸门和2号导流洞封堵闸门都下闸成功后其不再使用。

6 结 语

黄登水电站金属结构设计与布置，充分考虑了电站运行的检修、维护等需要。目前电站所有机组均已发电，金属结构设备均已投入运行，运行状况良好。