梨园水电站位于云南省丽江市玉龙县(右岸)与迪庆州香格里拉县(左岸)交界的金沙江中游河段,是金沙江中游河段一库八级第三级,上游与规划的两家人水电站相衔接,下游为已建的阿海水电站。电站距丽江市约180km。梨园水电站枢纽由混凝土面板堆石坝、右岸溢洪道、左岸泄洪冲沙洞、左岸引水系统、地面发电厂房等建筑物组成。面板堆石坝最大坝高155m,是金沙江目前已建第一座当地材料坝,是云南省内的最高面板堆石坝,装机容量2400MW,总库容8.05亿m3,属一等大(1)型工程。该工程为非保密项目。工程设计难度大,具有行业引领性,因此申报云南省优秀工程设计奖。
2009年5月完成《梨园水电站可行性研究报告》,11月26日~28日,水电水利规划设计总院会同云南省发展和改革委员会在昆明主持召开会议对报告进行了审查。2008年5月30日,导流隧洞工程正式开工,2010年4月28日两条导流洞建成后分流。2011年8月,大坝开始填筑;2014年11月10日,梨园电站正式下闸蓄水,12月28日,首台机组投入商业运行 ,2016年8月1日,最后一台机组投入商业运行。2019年1月工程通过枢纽工程专项验收。
工程设计的难点及先进性如下:
1.利用堆积体作为坝体基础及坝料,96%坝料采用枢纽区建筑物开挖料
紧临坝址左岸上游有规模巨大的下咱日堆积体(9800万m3),面板堆石坝左岸为一顺河向展布的缓坡堆积台地,横河向宽约80m~150m,坝基范围内台地堆积物厚10m~30m,主要由碎石土、卵砾石土夹块石组成。通过勘察、试验及计算分析,利用堆积体作为坝体基础分别减少坝基开挖量和坝体填筑量67万方,降低工程造价约4000万元,并缩短了大坝施工工期。部分位于下咱日堆积体上的电站进水口,其开挖料中大部分为冰水堆积体,其物质组成以砂卵砾石为主,通过室内外试验及碾压试验专题研究,利用72万方填筑坝体,降低造价2100万元。本工程96%坝料采用枢纽区建筑物开挖料,减少弃渣量、料场开采量及边坡支护工程量,综合效益显著。
2.面板堆石坝施工方法、止水结构创新
为减少坝顶沉降变形、面板裂缝,设计提出改变传统施工方法,155m高坝体一次填筑到顶,增加沉降期,但给261.5m长的面板施工带来困难,通过对混凝土配合比、入仓方式进行多方案研究,成功解决混凝土保温、骨料分离等问题。为保证安全及耐久性,通过试验,面板表面止水结构进行了创新,水库死水位以上表面止水采用聚脲涂刷代替三复合橡胶板,不锈钢罩用聚脲进行连接,其成果获实用新型专利,并成功运用于本工程。通过设计创新,本工程大坝沉降变形小,渗漏量小,提高了安全性。
3.最大泄量底流消能岸边溢洪道采用跌坎突扩式消力池
本工程溢洪道泄量大,达15500m3/s、泄洪功率高,为避免泄洪雾化对厂房及边坡的影响,采用底流消能,属最大泄量的底流消能岸边溢洪道。根据国内外已建类似工程运行经验,泄水建筑物出现磨损、冲蚀现象的工程较多,为保证其安全运行,将溢洪道泄洪消能问题作为重大科研课题开展了相关试验研究及优化设计工作。通过专题研究后进行优化设计,采用跌坎突扩式消力池,溢洪道混凝土量减少9.2万方,锚筋桩减少990根,降低造价5000万元左右。溢洪道已使用六年,每年汛期经历长时间的泄水检验,溢洪道各项水力学指标正常,结构安全可靠,运行正常,没有空蚀及磨损迹象。
4.水轮机过渡过程研究及引水系统优化
本工程机组单机容量大,达600MW,单机引用流量为621.4m3/s,最长一条引水管道长785.926m,最大直径14.6m,为不设调压井,四条引水道∑LV已达规范规定的最大值。针对这一难题,利用先进的计算分析技术,对整个引水系统任意过渡过程合理的组合进行仿真模拟计算,确定合理的导叶关闭时间和关闭规律。确定机组转速上升值和蜗壳压力上升值适当超过规范规定值,经调节保证计算论证,机组转速上升率突破规范规定值(50%),按不超过55%控制。通过加强引水道及机组的结构,保证机组的长期安全稳定运行。通过专题研究,不设置调压井,机组安全稳定运行,降低造价14431.63万元。
5. 大型岸边式厂房结构设计优化
本工程地面主厂房尺寸为225.2m×33.0m×82m(长×宽×高)。厂房规模、混凝土浇筑量大。机组蜗壳尺寸大、承受的内水压力高,机组的运行稳定、蜗壳外围混凝土开裂和合理配筋问题成为难点。通过厂房机墩蜗壳及下游挡水结构有限元动、静力计算,分析结构应力、应变、混凝土的开裂及抗震问题,选定了蜗壳弹性垫层铺设、配筋方案,保证结构的安全稳定运行。对厂房进行了设计优化,采用斜向进水,减少引水道长度和厂房跨度、主机间屋顶高程降低、取消尾水边墩与中墩之间的横梁,减少了工程量。
6.超大直径筒阀研究与运用
梨园电站水轮机设置2016年世界上直径最大Φ10496mm的圆筒阀,重达112吨。创新设计高精度电液同步系统,精准同步6个筒阀接力器,有效保护水轮机导叶,保障机组检修与运行。