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&浙江仙居抽水蓄能电站的工程条件和特点
1．仙居抽水蓄能电站工程条件
仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，电站设计总装机容量1500MW，为日调节纯抽水蓄能电站，其开发任务是作为华东、浙江电网主力调峰电源之一，为系统承担调峰、填谷和提供事故备用，同时还承担调频、调相等任务，以缓解系统严重的调峰矛盾，改善火电、核电机组运行状况，提高系统的供电质量，为电网安全运行提供可靠保证。
仙居抽水蓄能电站工程河流水系归属灵江流域上游主支流永安溪，电站下水库利用永安溪上游河段2002年建成的下岸水库，上水库利用湫山乡梧桐村一天然盆型凹地将其两个垭口筑坝成库。上、下水库间直线距离约2km，高差约440m。电站对外交通方便，地理位置、地形条件优越。
上水库集水面积1.21km2，多年平均径流量112.3万m3。上水库库盆范围除靠近库底部分为水田、耕地外，流域内山坡、库岸森林茂密，植被良好，来水来沙条件处于天然稳定状态。
蓄能电站下水库共用已建的下岸水库，下岸水库是一座“以防洪、灌溉为主，结合发电”的大（2）型综合性水利项目。水库为多年调节性能，坝址以上流域面积257km2，总库容1.35亿m3，多年平均入库流量8.39m3/s，多年平均径流量2.648亿m3。
枢纽工程区地层岩性主要分布流纹质含砾晶屑熔结凝灰岩以及凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、熔结凝灰岩、玄武岩、安山岩、沉凝灰岩、角砾熔岩等。
上水库库周山体雄厚，最大高程为911.0～935.5m，库岸山坡地形较完整，坡度一般30～40°，局部为陡壁。库岸主要由硬质火山岩构成，少量沉凝灰岩沿坡脚分布， 顺坡缓倾角结构面不发育，未发现大的不利结构面组合，天然状态下库岸稳定，水库蓄水后，总体库岸稳定，但库水位的频繁升降及库水的长期浸泡作用，将对沉凝灰岩及较厚覆盖层地段的库岸稳定有一定影响，需采取一定的防护措施。库盆主要由近南北和近东西向的两条冲沟构成，冲沟尾部地表高程大于800m，沟底在高程700～720m处有地下水出露至地表，顺沟流向库内，其地下水分水岭高于设计正常蓄水位671m。西南库岸山脊高程802.8～814.07m，正常蓄水位高程山体厚度大于400m，地下水渗径较长，地下水位高程700 m左右。东南库岸山脊高程均在800m以上，后缘山体雄厚，长期观测孔地下水位高于正常蓄水位，库水不会沿冲沟、西南库岸及东南
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库岸向库外产生渗漏。北库岸山脊高程680.26～761.8m，设计正常蓄水位处山脊宽100～150m，长期观测孔最低处的地下水位略高于设计正常蓄水位该段库岸需进行垂直帷幕防渗处理。勘探和分析表明上水库库盆水文地质条件优越，需局部进行防渗处理的库岸范围小，处理技术简单。
上水库主坝坝址区河谷呈“V”字型，岸坡覆盖层浅薄，基岩多裸露，以弱风化为主。基岩为含砾晶屑熔结凝灰岩，局部为英安质凝灰岩或流纹质的角砾凝灰岩。弱风化含砾晶屑熔结凝灰岩的饱和单轴抗压强度平均值为143Mpa，岩石坚硬。坝址区无大的地质构造，工程地质条件良好，能够作为各类坝型的基础。副坝坝址位于库区西侧地形垭口部位，边坡地形相对舒缓，坝址区覆盖层厚度一般1.5～4.4m，左岸地层为角砾凝灰岩、沉凝灰岩、蚀变玄武岩、安山岩、角砾熔岩等，岩性差别大，弱风化～微风化，岩石饱和单轴抗压强度为34～92Mpa；右岸为含砾晶屑熔结凝灰岩，局部为凝灰岩，弱风化岩石饱和单轴抗压强度为143MPa，岩石坚硬。
输水发电系统沿线自然地形由两个山包与山脊组成，沿线地层为含砾晶屑熔结凝灰岩，局部为英山质、流纹质凝灰岩，岩性坚硬。沿线断层不甚发育，断层总体规模不大。引水隧洞上覆岩体厚80～525m，覆盖层浅薄，一般1～2m。输水系统的上平段、上、下斜井段、下平段及尾水段基岩岩性为含砾晶屑熔结凝灰岩，岩石微风化～新鲜，岩体较完整～完整，岩石坚硬，初步判定洞室围岩以Ⅱ类为主。沿线穿越洞线的主要断层规模也不大，且均位于尾水隧洞段。
地下厂房上覆岩体厚约340m。围岩为新鲜的含砾晶屑熔结凝灰岩，岩石坚硬，岩体弱～微透水，节理多以陡倾角为主，除近SN向节理与厂房轴线夹角较小外其他节理与厂房轴线夹角较大。地下厂房围岩工程地质条件较好，围岩以Ⅱ类为主，局部裂隙密集带、断层带或者岩脉与围岩接触的边缘为Ⅳ～Ⅴ类，成洞条件较好。
下水库进/出水口地层主要为含砾晶屑熔结凝灰岩，部分为凝灰质砂岩，南北向区域断层F1（溪口-界坑断裂）由附近穿过，受其影响，工程区岩石部分已发生蚀变，局部硅化，次级小断层或节理（裂隙）发育，岩石质量指标平均值为34％，岩体较破碎～完整性差。边坡整体基本稳定，具备成洞条件，围岩类别为Ⅲ类，但需要重视对开挖边坡进行支护处理。
下水库主要建筑物为混凝土双曲拱坝，设计坝高64m。下水库库区内群山连绵，两岸山体雄厚，均由相对不透水的火山岩组成，下水库工程于2003年3月通过蓄水安全鉴定。自水库蓄水至今，水工建筑运行正常也不存在水库永久渗漏问题。
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2．仙居抽水蓄能电站工程自然条件可谓得天独厚。其上水库成库条件好、主坝规模小、库盆基本不需要防渗处理；下水库已建成，具有库容大、调节能力强、蓄能电站建设基本不影响原功能；电站水头高、输水系统距离短、距高比小（L/H=4.386），地下工程地质条件优良。即本工程同时拥有上水库、下水库、地下工程三方面的优越建设条件是极其难得的。仙居抽水蓄能电站建设的必要性 华东电网是一个以火电为主的电网， 三省一市用电负荷、用电量增长一直较快， 根据电网的现状和发展规划预测，华东电网2015年最大负荷为MW，需电量为7500亿kWh，夏季最大峰谷差将达60490MW。经华东电网2015年电力电量平衡计算，华东电网2015年电力缺口约为22823MW。
根据华东电网电源规划进行华东电网2015年调峰容量平衡计算，2015年煤电机组综合调峰幅度将达到夏季为49.3%，冬季为43.2%，煤电调峰幅度较难满足电网安全、稳定、经济运行的要求，调峰缺口较大，电网需配备其它调峰电源。
经过调峰容量平衡和电网2015年抽水蓄能电站合理规模比较，2015年前除已建的天荒坪、溪口、响洪甸、沙河，在建的桐柏、宜兴、琅琊山和前期准备工作充分的响水涧等（合计容量5860MW）外，2003年～2015年华东电网需新增抽水蓄能电站经济合理规模为7900MW左右。2015年华东电网蓄能电站总规模13760MW左右，约占电网总装机比重8.57%。届时，华东电网煤电综合调峰幅度夏季为37.87%，冬季为31.41%，火电利用小时为5456h。
在华东地区，浙江经济发展迅速，已成为全国经济最具活力、发展最快的省份之一，随着经济的高速发展用电负荷连续多年保持强劲增长，其用电缺口和调峰问题也更为突出。其全社会最高用电负荷、用电量增长增幅居华东之首、全国前茅。
根据浙江省电力发展规划预测，浙江电网2015年全社会最高负荷48800MW，需电量3010亿kW.h。通过浙江电网2015年调峰容量平衡计算，至2015年如不新增调峰电源，浙江电网夏冬季调峰幅度达到46.3%和44.5%。煤电调峰幅度较大，较难保证电网安全、经济运行。
按浙江省发展计划委员会预测的负荷水平，经过对浙江电网2015年调峰容量平衡和抽水蓄能电站经济合理规模比较，除天荒坪分浙江500MW、桐柏分浙江710MW、溪口80MW等1290MW外，2003～2015年浙江电网需新增抽水蓄能电站3600MW左右。
仙居抽水蓄能电站位于浙东南中心地带，其东临台州、南近温州、西连金华和丽水、北接绍兴。距浙江省几个主要的城市直线距离分别为温州60km、台州80 km、
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金华70 km、丽水40 km、杭州140km、宁波140 km。浙东南的温州、台州、宁波及金华等地是经济发展迅猛、用电负荷高速增长的地区。电站地处浙东南地区负荷中心，靠近浙东南500kV主环网，上网条件便利。仙居抽水蓄能电站将以两回500kV线路与浙东南主环网相连。
在浙江省中长期电力规划中，大部分火电、核电电源装机均位于浙东南沿海，预计到2015年，浙东南主要大型煤电装机规模将达到20120MW，2015年三门核电站规模也将达到4000MW，这些大型煤电和核电的建设可充分保证仙居抽水蓄能电站的抽水电量需求。仙居抽水蓄能电站由于其地理位置的优势，既可以供电华东电网，又可以为浙江省电网发挥作用，该电站装机规模1500MW，建成投运华东电网夏季调峰幅度可从49.2%下降到46.72%。浙江电网夏季调峰幅度可从46.3%下降到39.99%，可有效改善电网运行状况，降低煤电调峰幅度，改善电网运行条件。
3．仙居抽水蓄能电站设计及工程特点
仙居抽水蓄能电站装机容量1500MW，最大日发电量为750万kw.h，最大日抽水电量为1027万kw.h；年平均发电量为25.13亿kw.h，年平均抽水电量为34.41亿kw.h;年发电利用小时数为1675h，年抽水利用小时数为2294h。为大(1)型一等工程。上水库大坝、输水系统、地下厂房等主要建筑物按1级建筑物设计，次要建筑物按3级建筑物设计。下水库大坝为已建拱坝，因不改变其特征水位，仍维持其暂按原2级建筑物的设计标准。上水库主、副坝以及厂房洪水设计标准按200年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。下水库大坝洪水标准按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。工程区地震基本烈度小于VI度，地震设防烈度为VI度。
仙居抽水蓄能电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水道系统、地下厂房及开关站等建筑物组成。
根据上水库地形地质条件以及上水库库盆增容容开挖的实际情况，为了达到土石方挖填基本平衡，以实现技术经济的最优性，经过比选确定上水库主、副坝型均为面板堆石坝，主、副坝的规模均不大，其中主坝最大坝高81m，坝顶长度230m，坝顶高程为675.0m，上水库正常蓄水位为671.0m，上水库发电调节有效库容为878万m3，其中发电调节库容730万m3，事故备用库容148万m3。上库死水位为631m，其对应的死库容约167万m3。上水库集雨面积小，校核洪水工况时24 h洪量仅60.9万m3，全部留存于库内时最高水位也仅比正常蓄水位高出1.97m。因此，上水库不设置溢洪道。
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输水系统总长2253.3~2271.9m，引水隧洞和尾水隧洞均采用两洞四机的布置方式，输水系统主要建筑物包括上库进/出水口、引水斜井、引水下平洞、引水岔管、引水压力钢管、尾水压力钢管、尾水隧洞、下库进/出水口等。上水库进/出水口位于上库主、副坝之间北库岸，采用侧式岸坡竖井式，进水口底板高程为616.00m，进/出水口设有事故检修闸门一道。引水隧洞地下厂房正交，引水主洞洞径为7.0m，隧洞长约1376.0m，高压岔管为钢筋混凝土衬砌，支管钢衬段长140.0m。尾水隧洞洞径7.8m，尾水隧洞全长896.7~877.4m，其中尾水钢衬段长110m，尾水调压室布置在尾水岔管下游约25m处，采用带上室的阻抗式调压室。下库进/出水口采用侧向岸坡塔式，进水口底板高程为165m。下库进/出水口设有检修闸门一道。
地下厂房位置选择进行了首部、中部和尾部三种开发方式的比选，因为中部开发方案相对于尾部方案可以避免设置引水调压室，地下厂房洞群位置的地质条件也相对较好；相对于首部开发方案可以减少电缆出线和辅助洞室长度和工程量，工程造价较低。因此，采用厂房中部偏下游的开发方案。主副厂房洞、主变洞、尾闸洞三大洞室平行布置，主厂房与主变洞间距为40m，主变洞与尾闸洞间距为35m，主副厂房洞开挖尺寸178m×25.5m×53.0m（长×宽×高），主变洞开挖尺寸168m ×21m×24.75m×168m（长×宽×高），机组装机高程116.0m，发电机层高程131.0m。进厂交通洞从安装场端头进厂，厂房另一侧布置通风兼安全洞。排水廊道系统布置在三大洞室四周，分三层布置，地下渗水由三层廊道汇集到厂房集水井再抽排到单独设置的排水洞自流出洞。高压电缆出线采用平洞+竖井布置方案，即从主变洞经两条出线支洞汇至出线竖井，再通过出线平洞到达500kV开关站。开关站布置有GIS室以及地面出线场。
仙居抽水蓄能电站选用4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机组，单机额定出力382.7MW，额定转速375r/min，转轮直径4.92m。电站最大扬程和最小水头比正常情况下为1.16，极限工况下为1.19，水轮机额定水头为428m，最大水头和额定水头比为1.14，初拟机组的吸出高度Hs= -65m。发电电动机为三相、立轴、空冷发电电动机，其结构推荐采用半伞式。额定容量为375MW/400MW（发电机工况/电动机工况），额定电压18kV，额定功率因数0.90/0.975(发电机工况/电动机工况)，额定频率为50Hz，额定转速375r/min。以目前抽水蓄能技术水平和发展，按预期的参数要求生产仙居抽水蓄能电站水泵水轮机、发电电动机，无论从设计技术、工艺水平，还是制造经验上都是完全可行的。
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