关门嘴子水电站不设调压井的计算与分析

2011-08-13刘洪霞曹春顶

黑龙江水利科技 2011年4期

张波，刘洪霞，曹春顶

(1.桦川县水务局，黑龙江桦川154300;2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 工程概况

关门嘴子水电站位于梧桐河上游，坝址距下游细鳞河入口700 m，距下游原梧桐镇水文站6 km。在黑龙江省鹤岗市行政区划管辖范围内，坝址距鹤岗市30 km，距下游宝泉岭农场所在地18 km，东隔嘟噜河与萝北县地相距36 km，水库是一座以供水、灌溉为主，结合防洪、发电、旅游等综合利用的大(2)型水库。关门嘴子水库总库容为8.82亿m3，为大(2)型，属Ⅱ等工程。主要建筑物拦河坝、溢洪道、输水及发电引水隧洞为2级，其相应的防洪标准设计采用500 a一遇洪水标准，校核采用5000 a一遇洪水标准，消能防冲采用50 a一遇洪水设计。电站为坝式，岸边式厂房，总装机8.32 MW，厂房为小(2)型，4级建筑物，相应洪水标准采用30 a一遇洪水设计，50 a一遇洪水校核，根据《中国地震动参数区划图(GB18306－2001)》，工程区的地震动峰值加速度跨3个区，分别为＜0.05 g区、0.05 g区和0.1 g区，相应的地震基本烈度为小于Ⅵ度区、Ⅵ度区和Ⅶ度区。坝址区处于地震动峰值加速度0.05 g与0.1 g分区界线处，建议地震动峰值加速度按0.1 g考虑，设防地震基本烈度Ⅶ度。

2 不设调压井的计算分析

2.1 规范公式初步判断不设调压井

隧洞从桩号0+000～0+314，圆形断面，隧洞在桩号0+314位置分岔出发电支洞，发电支洞长度104 m，《水电站调压室设计规范》要求调压井的必要性应在机组调节保证计算和运行条件分析的基础上，考虑水电站在电力系统中的作用、地形、地质、压力水道布置等因素，进行技术经济比较后确定。

设置上游调压井的条件，按下式作初步判别:

式中:TW为压力水道中水流惯性时间常数，s;LJ为压力水道及蜗壳和尾水管各分段的长度，m;Vi为各分段内相应的流速，m/s;g为重力加速度，m/s2;HP为设计水头，m;［Ts］为Ts的运行值，一般取2～4 s。

［Ts］的取值，电站机组容量在电力系统中的比重＜10%时可取大值，关门嘴子水电站装机容量总装机8.32 MW，占黑龙江省鹤岗市总体电网目前容量的3%，按照《水电站调压井设计规范》DL/T5058－1996规定，［Ts］可以取上限4 s。

根据实际情况，结合导流要求对洞径D=4.0 m与5.0 m进行初步计算:

D=4.0 m时候，对应的TW=4.3 s＞4 s，初步判断不可以取消调压井;

D=5.0 m时候，对应的TW=3.8 s＜4 s，初步判断可以取消调压井。

经过计算:洞D=5.0 m时，计算得到的实际TW=3.8 s＜4 s，初步判断不设置调压井是可行的。

2.2 从调节保证计算进一步判断不设置调压井的合理性

调节保证计算的目的就是为了计算出转速变化率最大值βmax及合理关闭时间Ts以及发生最大水锤时管道末端的水锤压力相对值ξ。机组转速变化最大升高值βmax由《长江流域规划办公室》公式计算:

式中:βmax为机组转速变化最大升高值;N0为单台机组出力，N0=800 kW;n0为水轮机的同步转速，n0=300 r/min;GD2为飞轮转速惯性力矩;TC为调节迟滞时间，TC=TA+0.5δTa;TA为导叶不动时间;δ为调速器的残留不均衡度;Ta为即组时间常数;Tn为升速时间;H0为设计水头;ns为比转速;f为水锤影响系数;σ为管道特征系数。

通过调节保证计算可以看出，要取消调压井，洞径由原来D=4.0 m放大到直径D=5.0 m，机组关闭时间为6.0 s时，机组转速上升值为52%，转速上升满足规范要求55%;压力上升值28% ，压力上升值满足规范要求70%。