抽水蓄能电站调压室阻抗孔尺寸及相关影响研究

周喜军，刘君成，韩文福，马传宝，闫 宾

（国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

1 前言

抽水蓄能电站一般多采用阻抗式调压室，由于进出调压室的水流在阻抗孔口处消耗了一部分能量，所以水位波动振幅减小了，衰减加快了，因而所需调压室的体积小于简单式，正常运行时水头损失小，但由于阻抗的存在，水锤波不能完全反射，隧洞中可能受到水锤的影响[1]，设计时必须选择合适的阻抗孔口面积。

2 工程概况

某典型电站装机容量1200MW，额定水头600m，输水系统总长约2800m，其中引水系统长约1800m，尾水系统长约1000m。引水调压室及尾水调压室均为阻抗式，其中：引水调压室大井直径、小井直径分别为10.0、3.0m，大井高度、小井高度分别为70.0、6.0m；尾水调压室大井直径、小井直径分别为11.0、3.5m，大井高度、小井高度分别为62.5、63.0m。

3 上游调压室阻抗口面积敏感性分析

定义调压室井底管道面积为A0，根据《水电站调压室设计规范》（NB/T 35021）阻抗孔面积一般为压力引水道或尾水道断面的25%～45%[2]，本试验取阻抗孔口面积分别为15%～50%A0进行计算[3]，上游调压室涌浪和机组参数随上游阻抗孔口面积变化过程见表1和图1～图3。

表1 上游调压室阻抗孔口尺寸敏感性分析结果Table 1 Sensitivity analysis result of impedance orifice size for the headrace surge chamber

由表1和图1～图3可知，随着阻抗孔口面积的增大，上游调压室水位波动幅度逐渐增加[4]，波动周期基本不变[5]；蜗壳压力及尾水管进口压力随着上游调压室阻抗孔口的增加而降低，但是变化不是很明显。

图1 上游阻抗孔面积与蜗壳压力变化Figure 1 Upstream impedance hole area and volute pressure change

图2 上游阻抗孔面积与尾水管进口压力变化Figure 2 Upstream impedance hole area and draft pressure change of draft tube

图3 上游阻抗孔面积与调压室水位变化Figure 3 Upstream impedance hole area and water level change in surge chamber

4 下游调压室阻抗口面积敏感性分析

表2 下游调压室阻抗孔口面积敏感性分析Table 2 Sensitivity analysis result of impedance orifice size for the tailrace surge chamber

由表2和图4～图6可知，随着阻抗孔口面积的增大，下游调压室水位波动幅度逐渐增加，波动周期基本不变[6]；蜗壳压力及尾水管进口压力随着下游阻抗孔口面积的增加而增加，尾水管压力变化较明显[7]。

图4 下游阻抗孔面积与蜗壳压力变化Figure 4 Downstream impedance hole area and volute pressure change

图5 下游阻抗孔面积与尾水管进口压力变化Figure 5 Downtream impedance hole area and draft pressure change of draft tube

图6 上游阻抗孔口面积与下游调压室水位变化Figure 6 Downstream impedance hole area and water level change in surge chamber

5 结论及认识

（1）抽水蓄能电站阻抗孔对降低调压室涌浪高度、简化调压室结构具有重要作用，同时对调压室的调节性能也有重要影响，因此如何合理确定调压室阻抗孔尺寸至关重要。

（2）随着上游调压室阻抗孔口面积的增大，上游调压室水位波动幅度逐渐增加，波动周期基本不变；蜗壳压力及尾水管进口压力随着上游调压室阻抗孔口增加而降低，但是变化不是很明显。

（3）随着下游调压室阻抗孔口面积的增大，下游调压室水位波动幅度逐渐增加，波动周期基本不变[8]；蜗壳压力及尾水管进口压力随着下游阻抗孔口的面积的增加而增加，尾水管压力变化较明显。

（4）由数据分析可知阻抗孔尺寸对调压室调节保证性能存在较大影响，尤其对于尾水调压室影响更明显，应根据具体电站特点细化设计。