抽水蓄能電站調(diào)壓室阻抗孔尺寸及相關(guān)影響研究

周喜軍，劉君成，韓文福，馬傳寶，閆 賓

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

1 前言

抽水蓄能電站一般多采用阻抗式調(diào)壓室，由于進(jìn)出調(diào)壓室的水流在阻抗孔口處消耗了一部分能量，所以水位波動(dòng)振幅減小了，衰減加快了，因而所需調(diào)壓室的體積小于簡(jiǎn)單式，正常運(yùn)行時(shí)水頭損失小，但由于阻抗的存在，水錘波不能完全反射，隧洞中可能受到水錘的影響[1]，設(shè)計(jì)時(shí)必須選擇合適的阻抗孔口面積。

2 工程概況

某典型電站裝機(jī)容量1200MW，額定水頭600m，輸水系統(tǒng)總長(zhǎng)約2800m，其中引水系統(tǒng)長(zhǎng)約1800m，尾水系統(tǒng)長(zhǎng)約1000m。引水調(diào)壓室及尾水調(diào)壓室均為阻抗式，其中：引水調(diào)壓室大井直徑、小井直徑分別為10.0、3.0m，大井高度、小井高度分別為70.0、6.0m；尾水調(diào)壓室大井直徑、小井直徑分別為11.0、3.5m，大井高度、小井高度分別為62.5、63.0m。

3 上游調(diào)壓室阻抗口面積敏感性分析

定義調(diào)壓室井底管道面積為A0，根據(jù)《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T 35021）阻抗孔面積一般為壓力引水道或尾水道斷面的25%～45%[2]，本試驗(yàn)取阻抗孔口面積分別為15%～50%A0進(jìn)行計(jì)算[3]，上游調(diào)壓室涌浪和機(jī)組參數(shù)隨上游阻抗孔口面積變化過程見表1和圖1～圖3。

表1 上游調(diào)壓室阻抗孔口尺寸敏感性分析結(jié)果Table 1 Sensitivity analysis result of impedance orifice size for the headrace surge chamber

由表1和圖1～圖3可知，隨著阻抗孔口面積的增大，上游調(diào)壓室水位波動(dòng)幅度逐漸增加[4]，波動(dòng)周期基本不變[5]；蝸殼壓力及尾水管進(jìn)口壓力隨著上游調(diào)壓室阻抗孔口的增加而降低，但是變化不是很明顯。

圖1 上游阻抗孔面積與蝸殼壓力變化Figure 1 Upstream impedance hole area and volute pressure change

圖2 上游阻抗孔面積與尾水管進(jìn)口壓力變化Figure 2 Upstream impedance hole area and draft pressure change of draft tube

圖3 上游阻抗孔面積與調(diào)壓室水位變化Figure 3 Upstream impedance hole area and water level change in surge chamber

4 下游調(diào)壓室阻抗口面積敏感性分析

表2 下游調(diào)壓室阻抗孔口面積敏感性分析Table 2 Sensitivity analysis result of impedance orifice size for the tailrace surge chamber

由表2和圖4～圖6可知，隨著阻抗孔口面積的增大，下游調(diào)壓室水位波動(dòng)幅度逐漸增加，波動(dòng)周期基本不變[6]；蝸殼壓力及尾水管進(jìn)口壓力隨著下游阻抗孔口面積的增加而增加，尾水管壓力變化較明顯[7]。

圖4 下游阻抗孔面積與蝸殼壓力變化Figure 4 Downstream impedance hole area and volute pressure change

圖5 下游阻抗孔面積與尾水管進(jìn)口壓力變化Figure 5 Downtream impedance hole area and draft pressure change of draft tube

圖6 上游阻抗孔口面積與下游調(diào)壓室水位變化Figure 6 Downstream impedance hole area and water level change in surge chamber

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）抽水蓄能電站阻抗孔對(duì)降低調(diào)壓室涌浪高度、簡(jiǎn)化調(diào)壓室結(jié)構(gòu)具有重要作用，同時(shí)對(duì)調(diào)壓室的調(diào)節(jié)性能也有重要影響，因此如何合理確定調(diào)壓室阻抗孔尺寸至關(guān)重要。

（2）隨著上游調(diào)壓室阻抗孔口面積的增大，上游調(diào)壓室水位波動(dòng)幅度逐漸增加，波動(dòng)周期基本不變；蝸殼壓力及尾水管進(jìn)口壓力隨著上游調(diào)壓室阻抗孔口增加而降低，但是變化不是很明顯。

（3）隨著下游調(diào)壓室阻抗孔口面積的增大，下游調(diào)壓室水位波動(dòng)幅度逐漸增加，波動(dòng)周期基本不變[8]；蝸殼壓力及尾水管進(jìn)口壓力隨著下游阻抗孔口的面積的增加而增加，尾水管壓力變化較明顯。

（4）由數(shù)據(jù)分析可知阻抗孔尺寸對(duì)調(diào)壓室調(diào)節(jié)保證性能存在較大影響，尤其對(duì)于尾水調(diào)壓室影響更明顯，應(yīng)根據(jù)具體電站特點(diǎn)細(xì)化設(shè)計(jì)。