1装机台数选择及工程总体布置
1.1装机台数选择
根据水能计算成果，电站装机容量宜在5000kW左右，结合黎河引水流量、电站水头等因素重新拟定方案与原初步设计方案比较，新方案(方案1)为灯泡贯流式机组，装机1台，容量5000kW，原方案(方案2)为轴伸贯流式机组，装机3台，容量3×1250kW。经比较，方案1较方案2年发电量多58.62万kW•h，方案1为灯泡贯流转浆式机组，水轮机具有高比速、高过流能力和高效率等优点，且厂房布置紧凑，尺寸较小;但装机台数1台，对流量变化适应性相对较差，且机组结构复杂，制造、安装、调试、维护工作量大。方案2为轴伸贯流式机组，装机台数3台，对流量变化适应性较好;但所需单机设计流量相对较大，机组效率较低，厂房尺寸特别是跨度较大，且直接费较方案1高。考虑到电站为梯级开发，建在输水河道上，为间歇放水方式，河道放水流量变化较小，已建成的三级电站也为1台灯泡贯流式机组。综合分析，确定方案1为推荐方案，即电站装机选择为1×5000kW。
1.2工程总体布置
根据电站地形地质条件，电站枢纽布置有两个方案:方案1为堤外引水式，由拦河橡胶坝、引水闸(位于河道右岸)、引水渠、前池、压力管道、厂房、上段尾水渠、升压站、生活区等组成，布置在河道右堤外侧。尾水渠穿河道右堤后为尾水渠下段，尾水渠下段为下挖现有河床，形成电站尾水渠。方案2为河床式，由拦河橡胶坝、引水闸、电站厂房、尾水渠(布置在河道右侧)、升压站、生活区(布置在河道右堤外侧)等组成。方案1只在河床修建拦河橡胶坝，对河道防洪基本无影响，引水建筑物基本位于黎河右侧河道管理范围，工程占地赔偿小，尾水渠挖深较浅。方案2尾水渠挖深大，电站厂房侵占部分河道，河道两岸堤防高程相对较低。橡胶坝上游河道两岸堤防需要加高，尾水渠较深，偏向河道右岸，对现有河道右堤稳定不利，该方案在河道防洪、电站运行等方面尚存在一些问题。根据已建成运行的第二、第三级水电站设计、建设经验，征地、树木赔偿情况，选择方案1堤外引水式布置。
2主要建筑物设计
2.1拦河坝设计
黎河四级水电站的开发主要取决于引滦输水的规模和自然形成的河道坡降。为了充分利用引滦输水，并根据河道20多年来输水的状况，确定电站的引水型式为低坝引水。黎河是天然的泄洪河道，因此电站建坝引水的型式必须考虑河道泄洪的要求，拟建坝址处河底高程82.7～84.5m，电站设计引水水位87.1m，坝高约在2m左右，水头较低。经过比较选择橡胶坝，其具有以下几方面优点:投资省，选择橡胶坝比建闸投资省得多;工期短，可以利用黎河输水间隔期完成施工，减少施工导流;不影响河道泄洪，在汛期河道泄洪时，电站不发电，橡胶坝体可下伏河床，以适应过洪要求;发电期可起到雍高水位的作用，以满足发电的需要;方便根据输水变化调节水位和流量;维修少、管理方便。
2.2引水渠设计
引水渠长996.67m，为减小沿程水头损失，参考黎河其他已建梯级电站，底坡采用1/4000。渠道过水断面比较了梯形、矩形两种形式，拟定不同底宽参数，按明渠均匀流计算相应水深，根据地形布置渠道，并计算单延米的主要工程直接费。经比较，引水渠上段(挖方段)边坡1.0、底宽5.4m的梯形断面投资最省，将其作为挖方段过水断面的推荐方案;引水渠下段(填方段)边坡2.0、底宽2.5m的梯形断面投资最省，将其作为填方段过水断面的推荐方案。为减小糙率，渠道过水断面采用现浇0.10m厚的C20混凝土护面。防渗采用土工膜，土工膜上下各铺0.1m厚粗砂保护层。
2.3厂房设计
电站厂房位于前池下游、河道右堤外侧。厂房布置形式对顺水流方向布置和垂直水流方向布置两个方案进行了比较。顺水流方向布置的优点是厂房朝向好，上部结构与下部结构基础分离，结构简单、受力明了，有利于厂房稳定;缺点是尾水管长度较长，水头损失大。垂直水流方向布置的优点是厂房布置紧凑;缺点是上部结构与下部结构基础交叉，结构较为复杂，且厂房朝向不好。经综合比较推荐采用厂房顺水流布置方案。厂房地面以下部分为钢筋混凝土结构，地面以上部分为钢筋混凝土排架，轻钢屋面结构，砖墙围护。厂房平面尺寸26.32m×20.4m(长×宽)，其中主厂房26.32m×13.15m，机组转轮中心线高程72.10m，地面高程80.86m。安装间位于机组下游侧，地面高程80.86m。
3主要机电设备
电站主要机电设备有1台单机容量为5000kW的灯泡贯流式水轮发电机组、1台容量为6300kVA的三相双绕组无励磁调压油浸自冷主变压器和l台双梁桥式起重机。黎河四级水电站为低水头大流量式电站，根据动能经济分析确定电站装机容量为5000kW，选用1台单机容量为5000kW的灯泡贯流式水轮发电机组。水轮机为卧轴灯泡转浆式结构，型号为GZTF07B-WP-275，转轮直径2.75m，机组最大水头11.18m，最小水头9.6m，额定水头10.1m，额定转速187.5r/min，额定流量55.92m3/s，额定出力5208kW，机组安装高程72.1m。发电机和水轮机同轴，安置在完全密封的灯泡体内，灯泡体成为水轮机流道的组成部分。发电机型号为SFWG5000-32/3260，额定容量5555.56kVA，额定功率5000kW，额定电压6.3kV，额定电流509.13A，额定功率因数0.9。6.2主变压器黎河四级水电站采用发电机—变压器组主接线方案。主变型式为:电压6.3kV/10kV的三相双绕组油浸无载调压升压变压器，型号为S11-6300/11，额定容量为6300kVA;主变压器布置在厂房上游左侧高程80.36m的室外。根据制造厂家提供的资料，机组安装最重件为发电机定子，重约23t，同时考虑大件翻身吊装的要求，选用32t/5t单小车桥式起重机1台，跨度为11.50m。7工程特点及设计优化a.机组采用灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量为5000kW，转轮直径为2.75m，这两项指标均创河北省之最，为同类型其他电站的设计提供了宝贵经验。b.初设阶段选择3台1250kW灯泡贯流式机组;在修改初步设计中，经复核计算电站由河床式改为引水式。根据引滦输水间歇放水可以在停水期安排机组检修，且流量变化不大的特点，经考察和调研，重新选择了1台5000kW灯泡贯流式机组，增加了装机容量，灯泡贯流式机组可以生产为转桨式，效率较高，电站建成后效益更好;同时，1台机组比3台机组节省投资，且机组布置方便，减少占地。c.厂房屋顶原设计为现浇钢筋混凝土结构，后改为彩钢结构，避免了因厂房跨度大、高度高引起的立模困难及施工干扰大的矛盾。d.针对贯流式机组在停机状态，低水头下导叶漏水时容易产生蠕动，可能引起轴瓦烧毁的现象，在招标设计时特别要求主机制造厂对机组增设机械停机锁定装置。
作者：郜晓辉 单位：邯郸市水利水电勘测设计研究院
