第三节 工程规模研究
一、正常蓄水位研究
龙滩水电工程正常蓄水位问题，从红水河河流规划至龙滩初步设计完成，经历了10多年的反复研究。
1990年8月，能源部主持会议，审查并通过了《红水河龙滩水电站初步设计报告》，审查意见为：“关于正常蓄水位，同意《关于合资建设龙滩水电站意向书》中的一致意见：‘按正常蓄水位400m设计，375m建设’。”
二、装机容量研究
1990年8月在《红水河龙滩水电站初步设计审查会议审查意见》中关于装机容量的审查意见为：“同意本电站供电范围为两广及贵州。正常蓄水位为375m时，电站装机容量为420万kW，正常蓄水位为高程400m时，装机容量为540万kW。”
1992年5月中国国际咨询公司在《关于红水河龙滩水电站可行性评估意见》中提出：“设计的电站装机规模，系根据1986年预测的负荷资料，采用2010年设计水平，推荐近期375m水位时装机420万kW，后期400m水位时装机540万kW，是基本合理的。”
龙滩水电工程的供电范围基本确定为广西和广东电力系统，对于广西、广东的送电比例，中南院进行了专题研究，提出了《龙滩水电站电力市场及电力电量消纳研究专题报告》，根据该报告的研究结论，推荐龙滩以70%的电力电量送广西，另30%电力电量送广东。1998年广东、广西电力系统最大负荷合计已达2255万千瓦，超过2010年水平预测值2233万千瓦近1%。经研究认为龙滩水电工程可以适当增大装机规模，随后形成规划：375米水位的装机规模从420万千瓦增大为540万千瓦，400米水位的装机规模可从540万千瓦扩大为630万千瓦。
三、枢纽布置及建筑物研究
龙滩水电工程枢纽主要建筑物由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、通航建筑物及输水发电系统组成。主要建筑物按1级建筑物设计。
（一）枢纽布置
龙滩水电工程初步设计阶段推荐的枢纽布置方案为：常规混凝土重力坝，坝后布置装机5台的地面厂房，左岸布置装机4台的地下厂房；通航建筑物布置在右岸，采用二级垂直提升式升船机；泄洪建筑物布置在河床坝段上，由6个表孔和2个底孔组成，采用挑流消能，与地面厂房进水口重叠布置。后根据初步设计审查意见和工程评估、咨询建议，枢纽布置调整为全地下厂房方案，并通过能源部委托水电水利规划设计总院主持的审查。经过招标设计阶段和可研补充阶段的全面优化调整，龙滩水电工程枢纽布置最终选定为：碾压混凝土重力坝；泄洪建筑物布置在河床坝段，由7个表孔和2个底孔组成；装机9台的发电厂房系统布置于左岸地下；通航建筑物仍然布置在右岸，采用二级垂直提升式升船机。发电系统土建部分按400米设计一次建成，机电设备安装7台机，预留2台机后期安装。
龙滩水电工程模型图
（二）主要建筑物
1.挡水和泄洪建筑物
包括挡水建筑物、表孔溢洪道、底孔3部分。龙滩水电工程大坝按500年一遇洪水设计，2000～5000年一遇洪水校核。考虑到工程水库库容巨大，大坝安全对下游极为重要，初步设计审查时同意大坝按10000年一遇洪水校核。
（1）挡水建筑物。采用碾压混凝土重力坝。从右至左依次为右岸挡水坝段、升船机坝段、河床挡水坝段、溢流坝段、电梯井坝段、左岸挡水坝段、厂房进水口坝段。坝轴线呈折线，河床坝段垂直河流，升船机坝段以右的坝肩向上游折转30°，左岸进水口坝段向上游折转27°。坝轴线总长度，初期为746.49米，后期为831.99米。泄洪建筑物布置在河床坝段，坝上设7个表孔，2个底孔，底孔对称布置于表孔两侧。表孔担负泄洪和放空水库，而底孔一般不参与泄洪，主要担负后期导流、水库放空和冲排沙等任务。最大坝高由溢流坝段控制，最高溢流坝段坝基面高程为190米，最大坝高初期为192米，后期为216.50米。
（2）表孔溢洪道。表孔溢洪道中间坝段宽20米，溢洪道跨缝布置，设7个孔，孔口宽度15米，每孔设平板检修闸门和弧形工作闸门。堰面为实用堰，堰顶高程，初期为355米，后期为380米。溢流表孔消能采用高低坎相结合的挑流消能方式。1号、3号、5号、7号孔为低坎，鼻坎高程为257米，反弧半径为56.61米，挑射角为30°。2号、4号、6号孔为高坎，鼻坎高程为275米，反弧半径为63.54米，挑射角为后期15°。后期堰顶高程加高，消能工体型，如挑流鼻坎高程和挑射角等也将相应改变。
（3）底孔。2个底孔分别布置在表孔溢洪道的边孔坝段内，坝段宽度30米，进口底坎高程290米。每个底孔进口段布置挡水事故闸门，闸门孔口尺寸为5米×10.47米（宽×高）；孔身段为5米×10米的水平段，出口设弧形工作闸门，断面为5米×8米。底孔采用挑流消能，挑流鼻坎高程为291.56米，挑射角为15°。
2.输水发电系统
龙滩水电工程的引水发电系统布置在坝址的左岸。其主要建筑物进水口、引水隧洞、主厂房、母线洞、主变室、尾水高压井、尾水隧洞、尾水出口、开关站、出线平台及中央控制楼布置在地面外，其他均布置于左岸地下。地下厂房洪水标准为：设计洪水重现期为300年，校核洪水重现期为1000年。
（1）进水系统。进水系统采用单机单管引水方式。9个进水口均为坝式进水口，坝段宽度25米，每个进水口设置检修门和事故工作门各1扇。进水口高程分2级，1～7号机进水口中心线高程为311米，8号、9号机为321米。9条引水管道与进水口坝段轴线正交引出，穿过左岸坝线下游山体，以65°角斜向引入地下厂房。压力引水管道内径10米，水轮机蜗壳进口管道直径8.70米。1～6号机压力引水管道采用斜井连接上下水平段，斜井与水平面夹角为55°，7～9号机压力引水管道因受进水口与厂房水平距离限制，采用竖井连接。1～3号机压力引水管道采用全钢衬，4～9号机为钢筋混凝土衬砌，只在厂前60米采用钢衬。
（2）尾水系统。尾水系统采用每3台机共用1个阻抗式尾水调压井和1条尾水洞的布置方式。尾水调压井采用廊道式布置，廊道轴线与主厂房、主变洞纵轴线平行，3个调压井间用较厚的岩墙加以分隔。调压井内每台机设置机组尾水检修叠梁门，孔口尺寸为12米×20米。在调压井上游侧高程275.50米设置1条检修门运输廊道，将3个调压井连通。每3条尾水支洞经过调压井由“卜”形岔洞汇合，与尾水主洞相接。尾水出口每条尾水洞设置2扇尾水检修叠梁门，孔口尺寸为14米×21米，出口平台高程260米。尾水断面型式为12米×20米城门洞型，尾水主洞为直径21米的圆形洞，3个尾水调压井尺寸（长×宽×高）分别为：67米×21.58米×87.70米、76米×21.58米×65.70米、95米×21.58米×65.70米。
（3）主厂房。主厂房纵轴方位角为310°。9台机组连续布置，机组间距32.50米。主、副安装间布置在厂房两端，主安装间位于主厂房右端，长60米，副安装间长36米，位于主厂房左端。厂房总长度388.50米，净宽为28.50米，岩锚梁以上跨度30.30米，总高度为74.40米。
（4）主变洞。主变洞位于厂房下游侧，两洞室之间岩墙厚43米。洞轴与主厂房平行。变压器按单相变压器布置，主变洞分两层布置，下层为主变室，上层为500千伏电缆层和主变中性点设备；下层地面高程与厂房安装间相同。主变洞总长度为405.50米，宽19.50米，高32.20～34.20米。主变洞与厂房安装间、主厂房与厂房副安装间有运输洞相连。主厂房内每台机组的离相封闭母线经主变洞内与对应的一组主变连接。500千伏高压电缆分为3组经过3个电缆井上升至高程330米GIS开关站的电缆层。
（5）开关站和出线平台。GIS开关站和出线平台集中布置在左岸坝下游约500米的山坡上，采用框架结构，其轴线与主厂房轴线平面夹角56.20°。GIS开关站高程335米，宽17.50米，长217米，高20米，布置有GIS安装场、继电保护室、蓄电池及各类辅助设备专用房间。出线平台地面高程350米，长237米，宽46.50米。出线平台上布置有SF6套管、出线电抗器、电容式电压互感器、避雷器及阻波器等设备。
（6）中控楼。中控楼布置在开关站与出线平台附近的地面上。中控楼分4层布置，长48米，宽33.20米，主要布置蓄电池室、高压试验室、中控室、计算机室、通信室、办公室、资料室及值班人员休息室等。中控楼与地下厂房、主变洞之间有设于高压电缆井中的楼梯和电梯做为交通通道。
（7）地下厂房通风系统。地下洞室群的通风采用由主厂房顶拱和进厂交通洞进风，从主厂房通风竖井、主变洞顶拱和母线洞排风的方式。
（8）厂内外交通。地面与地下厂房之间设有进厂交通洞，作为施工、安装和运行时期对外运输的永久通道，交通洞高12.75米，宽10米，长528.60米，坡度7.78%。断面为城门洞型，进入安装间前有40米平段，进口地面高程260米，位于下游1000年一遇洪水位以上。除交通洞外，地下厂房上游侧还设有事故安全廊道，当发生事故时，运行人员也可由此撤离厂外。地下厂房与中控楼、开关站之间有布置于高压电缆井中的电梯和楼梯作为联系通道。
3.通航建筑物
根据交通部门对红水河航运的远景规划，坝址河段的航道等级为Ⅳ级航道（500吨级）。通航建筑物跨越总水头达179米（后期），上游水位变幅达60米。通航建筑物布置在右岸，采用二级全平衡重垂直升船机，两级升船机最大提升高度分别为88.50米和90.50米，两级之间通过错船渠道相连。升船机轴线与坝轴线正交，通航建筑物主要由上游引航、通航坝段、第一级升船机塔楼、中间错船渠道、第二级升船机塔楼、下游引航道等组成，全长1800米。
（1）通航坝段。通航坝段为枢纽大坝5号坝段，总宽为88米，中间设置通航孔口，兼作第一级升船机上闸首。通航孔口跨缝布置，孔口宽12米，门槛高程为337米。通航孔口内设置有检修门和工作门。
（2）第一级垂直升船机。第一级升船机最大提升88.50米，由塔楼和下闸首组成。塔楼总宽度为40米，总长度为71米，高度为63.50米（不包括顶部机房）。塔楼顶部设置2个机房。下闸首长14.80米，门槛高程与中间渠道底高程一致为309米，下闸通航孔口内布置有工作门和检修门。
（3）中间错船渠道。中间渠道全长1042.20米，渠底309米，渠道常年维护通航水位311.50米，渠道底宽32米，弯道段加宽为38米。上、下游端部各设置有供船舶等待依靠的系船柱。
（4）第二级垂直升船机。第二级升船机最大提升高度90.50米，由第二级升船机上闸首和第二级塔楼组成。上闸首长11.60米，门槛高程与中间渠道底高程一致，通航孔口内布置有检修门和工作门。第二级塔楼结构与第一级塔楼结构基本相同，塔柱高度为65米。塔楼下游为第二级升船机下闸首，长20米，门槛高程与下游引航道底高一致为218.50米，通航孔口内布置有工作平板门和检修叠梁门。
（5）上、下游引航道。上游引航道位于水库内，引航道内靠河一侧设置了长度为186米的浮式导航堤。下游航道全长约230米，为山体中挖槽而成，底宽为38米，前端两侧分别设有导航建筑物，左侧为辅导航墙，长56.40米；右侧为主导航墙，长70米。
（三）电气设备布置
1.发电机层电气设备布置
主厂房为地下式，净宽28.50米，机组间距为32.50米。发电机层高程为231.70米，在该高程没有布置其他电气设备。为了不增加厂房高度和充分利用发电机层上面空间，在发电机层下游侧高层233.70米增设设备平台，布置励磁系统设备和机组自动控制保护屏。
2.母线层电气设备布置
母线层高程为227.70米。主要布置有发电机出线，中性点设备，机组自用变压器，机旁动力盘及二次屏柜。发电机主引出线位于下游“-Y”轴方向，B相中心线与“-Y”轴重合，发电机主引出线为风冷离相封闭母线。发电机中性点引出线位于第二象限，B相中心线与“-Y”轴方向的夹角为230°为节省布置空间，中性点三相引出线在风洞内完成三相短接，用电缆从短接母线上引至风洞外，与紧靠机墩布置的中性点接地柜相接。发电机主引出线以及中性点引出线的电流互感器均布置在发电机风洞内，以节省布置空间。
3.主变压器洞设备布置
主变洞位于主厂房下游，与主厂房平行。主变洞分2层布置，下层布置主变压器，高程231.70米，与发电机层同一高程，以方便主变的运输。为了兼顾高压厂用变的运输，主变运输道布置在靠母线廊道一侧。主变洞全长397米，宽18米，9组主变压器一列式布置在主变洞室的下游侧。在主变洞的右端设置高压试验室、电气维修间、备用变压等副厂房。
主变室上层243.70米，布置500千伏干式电缆和主变压器中性点设备。500千伏干式电缆按水平排列，分别从该层下游侧和右端的三个电缆竖井上升至高程330米后，经水平电缆道进入500千伏开关站。
每台变压器之间均设有防火墙。变压器室内设有自动水喷雾灭火装置，其底部设有储油坑，在主变室下面设有3个公共集油池，分别位于2号、5号、8号主变B相下面，容积均为150立方米。主变压器可由安装场经主变运输道进入各主变室。
4.500千伏GIS开关站与出线平台设备布置
根据对500千伏 GIS开关站洞外布置合理性的进一步研究，完成了500千伏开关站站址选择及布置专题研究，将500千伏GIS开关站与出线平台设备集中布置在左岸地面，位于大坝下游约500米处，可以方便安装检修及运行维护，且经济上较洞内布置要省，是合理的。开关站层高程为335米，出线平台高程为350米。
出线平台长237米，宽51.50米。出线平台上布置有SF6出线套管、出线电抗器及其中性点设备、阻波器、电容式电压互感器和避雷器等设备。为节省500千伏电缆，联络变压器也布置在洞外，位于出线平台左端地面，与出线平台处于同一高程。每台出线电抗器和自耦变压器底部均设有储油坑，出线电抗器和联络变压器分别设有2个和1个事故油池，油池容积分别为100立方米和200立方米。
500千伏GIS室位于出线平台下面，高程为335米，长217米，宽17.50米，高15米。布置有500千伏 GIS、安装场、继电保护室、蓄电池室及各类辅助设备专用房间。汇控柜靠墙布置，室内设有一台10吨桥机，供安装检修之用。
GIS室下面为电缆层，高程为330米，层高5米，500千伏高压电缆由该层进入GIS。同时GIS本身动力与控制电缆均通过该层与相应设备连接。
5.中控楼布置
为改善运行人员的工作环境，中控楼布置在左岸下游地面，靠近开关站，其地面高程为350米，长55米，宽15米，分5层布置：一层布置蓄电池室、高压试验室和电缆室；二层布置中控室、保护室与通信电源室；三层布置计算机室、通信室；四层布置试验室、仪表室、软件室、编程室及班组办公室；五层为资料室、阅览室与值班休息室。
中控室内布置模拟信号屏、监控系统控制操作台与打印机等。
计算机室布置主计算机、主机维护终端、监控系统电源等。
6.副厂房电气设备布置
副厂房包括母线廊道、主变洞右端以及主副安装场下两层等场所，各部分的电气设备布置如下。
（1）母线廊道内。9条相互平行的母线廊道，分别将主厂房与主变压器洞连接起来，洞宽9米。
母线廊道内布置离相封闭母线和发电机电压设备。每台机引出的风冷离相封闭母线，分别通过该廊道的上层（高层227.70米）与主变压器相连。下层（高层221.70米）布置母线冷却设备、电压互感器柜、高压公用厂用变等设备。
（2）全厂公用二次屏柜的布置。全厂油、气、水系统的测量、保护、控制屏柜，采用靠近被控对象，分散布置。
全厂厂用电系统的测量、保护、控制屏柜以及监控系统的公用RTU，布置在主厂房母线层（高层227.70米）各机组段的第三象限。
主厂房设有两个直流电源室，分别位于主副安装场下面高程225.70米层，布置厂内直流蓄电池及其有关屏柜。
（3）厂用电设备布置。主安装场下面布置有1号和2号电动机控制中心。1号电动机控制中心位于高程219.70米层，2号电动机控制中心位于高程225.70米层，主要供电蓄电池室、空压机室和水泵房等场所。
副安装场下面高程225.70米层，布置3号电动机控制中心，9号母线洞高程221.70米层布置3号电动机控制中心，主要供电副安装场下蓄电池室、油库与油处理室等场所。
1号照明配电室布置于五号母线洞高程221.70米层，2号照明配电室布置于九号母线洞高程221.70米层，主要供主厂房和主变洞照明。
机组自用电动力屏与机组自用变分别布置于主厂房母线层（高程227.70米）各相应机组段的右侧，沿上下游方向单列布置。
高压公用厂用变与高压开关柜分别布置于一号、二号、四号、六号、八号母线洞高程221.70米层。
（4）电缆通道。主厂房下游侧高程233.70米层与高程227.70米母线层楼板下均有电缆通道。
主厂房与主变洞之间的电缆则通过各母线廊道的电缆沟敷设。贯穿主变洞的电缆廊道位于主变运输道下面高程227.70米。主厂房各层、母线廊道内以及主变洞各层之间楼板均开有电缆孔连通各层电缆。500千伏电缆3个竖井分别位于主变洞下游侧和主变洞右端。纵贯坝顶设有电缆沟，主厂房与中控楼之间设有一条电缆廊道。
（5）辅助生产副厂房的布置。主变洞内高程231.70m层右侧设有高压试验室、电气维修间、机械修理间、电工试验室、起重班、工具间等辅助生产副厂房。
（四）金属结构
龙滩水电工程的金属结构分为泄洪系统、发电系统、升船机系统三大部分，总重29694.17吨。
泄洪系统金属结构包括溢洪工作门、溢洪道检修门、放空底孔工作门和放空底孔事故门及其启闭机，总重4963.17吨。
发电系统金属结构包括进水口拦污栅、进水口检修门、进水口事故门、尾水调压井检修门、尾水出口检修门及其启闭机，总重12735吨。
升船机系统为2级垂直全平衡船机，采用齿轮齿条爬升、螺母螺杆保安的形式。过船吨位500吨驳船，第一级升船机升程为88.50米（近期63.50米）；第二级升船机升程为90.50米。不计配重总重11996吨。