黑山水電站取消調壓室的設計與研究

王德成，王 蛟，石立恒

（1.樺川縣新河宮排灌站，黑龍江樺川 154300;2.樺川縣新城灌區(qū)管理站，黑龍江樺川 154300;3.樺川縣悅來灌區(qū)管理站，黑龍江樺川 154300）

黑山水電站位于黑龍江省東寧縣境內綏芬河流域的大綏芬河下游，屬東寧縣老黑山鎮(zhèn)管轄，距東寧縣77 km，壩址以上流域面積3 511 km2，占全流域面積的20.3%。多年平均流量15.7 m3/s，多年平均徑流量495.24×106m3。綏芬河水系特點是支流多、水系發(fā)育、河道坡降較陡、高差較大，大綏芬河發(fā)源于長白山老爺嶺，海拔800 m。

1 原調壓室工程概況

原設計引水工程由進水塔、引水隧洞、調壓室、鋼筋混凝土分叉管壓力管組成。引水隧洞布置在大壩上游右岸山體內，引水道軸線位于泄洪閘進水口上游25 m處。引水隧洞設計流量30.2 m3/s，洞徑D為3.8 m的圓形隧洞，隧洞底坡坡比為0.01，進水口底板高程為251.50 m。洞身從樁號0+20.9～0+55.56為圍巖Ⅱ類，0+55.56～0+112圍巖為Ⅲ類，襯砌厚度0.4 m，采用鋼筋混凝土。

在隧洞的0+102.10處設調壓井。調壓井頂高程為263.06 m，圓形斷面，井直徑9.60 m，調壓容積417.0 m3。

2 取消調壓室的合理性

2.1 初步判斷是否設置調壓室

《水電站調壓室設計規(guī)范》DL/T5058-1996中規(guī)定，設置調壓室的必要性應在機組調節(jié)保證計算和運行條件分析的基礎上，考慮水電站在電力系統(tǒng)中的作用、地形、地質、壓力水道布置等因素，進行技術經濟比較后確定。

設置上游調壓室的條件，按下式作初步判別：

式中：TW為壓力水道中水流慣性時間常數，s;LJ為壓力水道及蝸殼和尾水管各分段的長度，m;Vi為各分段內相應的流速，m/s;g為重力加速度，m/s2;HP為設計水頭，m;[Ts]為 Ts的運行值，一般取2～4s。

[Ts]的取值，電站機組容量在電力系統(tǒng)中的比重小于10% ～20%時可取大值，黑山電站裝機容量2 060 kW，占東寧電網目前容量26 525kW的7.77%。按照《水電站調壓室設計規(guī)范》DL/T5058-1996規(guī)定，[Ts]可以取上限4 s。經過計算：洞徑為3.8 m時，計算得到的實際TW=4.16 s＞4 s，初步判斷需要設置調壓室。

根據實際情況，由于黑山水電站隧洞已經對洞徑D為4.2 m施工開挖，根據施工現場開挖的情況，對洞徑進行計算，對應的TW=3.44 s＜4 s，初步判斷可以取消調壓室。

2.2 調節(jié)保證計算

2.2.1 基本參數

基本參數見表1。

表1 水輪機和發(fā)電機特性參數

2.2.2 調節(jié)保證結論

調節(jié)保證計算的目的就是為了計算出轉速變化率最大值βmax及合理關閉時間Ts以及發(fā)生最大水錘時管道末端的水錘壓力相對值ζ。

機組轉速變化最大升高值βmax由《長江流域規(guī)劃辦公室》公式計算：

式中：βmax為機組轉速變化最大升高值;N0為單臺機組出力，N0為700 kW;n0為水輪機的同步轉速，n0為300 r/min;GD2為飛輪轉速慣性力矩;TC為調節(jié)遲滯時間;TA為導葉不動時間;δ為調速器的殘留不均衡度;Ta為即組時間常數;Tn為升速時間;H0為設計水頭;ns為比轉速;f為水錘影響系數;σ為管道特征系數。

通過調節(jié)保證計算可以看出，要取消調壓井，洞徑由原來3.8 m放大到4.2 m，機組關閉時間5.4 s時，機組轉速上升值為54.6%，轉速上升滿足規(guī)范要求55%;壓力上升值23.2%，壓力上升值滿足規(guī)范要求70%。

3 經濟比較

洞徑放大到4.2 m時，洞挖石方增加253 m3，襯砌混凝土增加43 m3，鋼筋增加2.5 t，投資增加8.43萬元，壓力管道直徑與原設計一致，壓力管道投資沒有變化，原調壓井投資為34.26萬元，變更后可減少投資25.83萬元。此外，洞徑從3.8 m增加到4.2 m，水頭損失減少0.24 m，多發(fā)電17萬kW·h/a，可見取消調壓井是經濟上合理。

4 結論

經過調節(jié)保證計算，當洞徑為4.2 m，機組關閉時間為3.8 s時，取消調壓室在技術上可行，經濟上合理。

[1]劉啟釗.水電站（第三版）[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2]祁慶和.水工建筑物[M].北京：中國水利電力出版社，2003.

[3]袁光裕.水利工程施工[M].北京：中國水利電力出版社，2003.