烏弄龍水電站調(diào)壓室體型優(yōu)化研究

冀應(yīng)斌

摘 要：結(jié)合烏弄龍水電站的輸水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程，保證電站運行過程中調(diào)壓室不發(fā)生漏空及漫頂事故，對調(diào)壓室的體型進(jìn)行了優(yōu)化，對比分析了調(diào)壓室面積、阻抗孔面積對引水發(fā)電系統(tǒng)水力過渡過程的影響。結(jié)論表明，隨著阻抗孔面積的增加，尾水進(jìn)口最小壓力逐漸增加，調(diào)壓室最低涌浪逐漸減小，調(diào)壓室最高涌浪逐漸增加。隨著調(diào)壓室面積的增加，調(diào)壓室最低涌浪逐漸上升，調(diào)壓室最高涌浪逐漸降低，從而優(yōu)化了本電站調(diào)壓室的體型參數(shù)，滿足了電站安全運行的要求。

關(guān)鍵詞：水電站;過渡過程;調(diào)壓室優(yōu)化

中圖分類號：TV732 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0050-03

Study on Shape optimization of Surge Chamber in Wunonglong Hydropower Station

JI Yingbin

（Nanjing Engineering Branch of Jiangsu Union Technical Institute，Nanjing Jiangsu 211135）

Abstract：Combined with black dragon hydropower station water generating system transition process，ensure that power surge will not occur during the operation of air leakage and overflow accident，size of surge chamber is optimized，the contrast analysis of the surge chamber area，impedance hole area to the influence of the transient process of water diversion system，results indicate that with the increase of impedance hole area，tail water import minimum pressure increase gradually，the lowest surge in the surge chamber decreases gradually，while the highest surge in the surge chamber increases gradually.With the increase of the area of the surge chamber，the lowest surge wave of the surge chamber increases gradually，while the highest surge wave of the surge chamber decreases gradually，so as to optimize the size parameters of the surge chamber and meet the requirements of the safe operation of the power station.

Keywords：hydropower station; transient process governor; optimization of surge chamber

水電站調(diào)壓室涉及的主要體型參數(shù)有：阻抗孔或連接管的面積（或直徑）、調(diào)壓室面積（或直徑）。尾水調(diào)壓室反射水錘波的性能影響因素主要是阻抗孔（連接管）面積;而下游調(diào)壓室最高、最低水位和工程量的影響因素除了阻抗孔（連接管）面積外，還包括調(diào)壓室面積。調(diào)壓室的頂?shù)装甯叱淌怯绊懫渎┛盏囊蛩?，所以這些參數(shù)的合理取值非常重要。而調(diào)壓室阻抗孔口參數(shù)的優(yōu)化，在壓力滿足要求下，選取較小面積，以減小涌浪幅度和調(diào)壓室體積，工程量也會減少[1-3]。本文主要針對工況D8、D12、Z1、Z3、Z5對調(diào)壓室的體型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計算分析。

1 調(diào)壓室優(yōu)化分析

1.1 計算工況概述

工況D8： 上庫接近死水位1 902.20 m，下庫水位1 818.63 m。甩全部負(fù)荷兩臺機(jī)在同一水力單元正常運行時，機(jī)組尾水壓力最小和調(diào)壓室最低涌浪易出現(xiàn)。

工況D12：上庫設(shè)計洪水位1 906.00 m，下庫校核洪水位1 831.07 m。兩臺機(jī)組一臺正常運行，另一臺機(jī)空載、增至滿出力運行，尾水調(diào)壓室最高涌浪易出現(xiàn)。

工況Z1：上庫死水位1 901.00 m。下庫水位1 818.63 m。一臺機(jī)正常啟動，另一臺機(jī)同一水力單元正常運行，經(jīng)過[ΔT]時間兩臺機(jī)組都甩負(fù)荷，機(jī)組尾水最低壓力和調(diào)壓室最低涌浪易出現(xiàn)。

工況Z3：上庫設(shè)計洪水位1 906.00 m，下庫校核洪水位1 831.07 m，兩臺機(jī)正常運行，突甩全負(fù)荷，一臺機(jī)在極端狀況下增至滿出力運行，尾水調(diào)壓室最高涌浪易出現(xiàn)。

工況Z5：上庫設(shè)計洪水位1 906.00 m，下庫校核洪水位1 831.07 m。兩臺機(jī)空載運行，在極端情況下相繼增負(fù)荷，尾水調(diào)壓室最高涌浪易出現(xiàn)。

1.2 調(diào)壓室底部阻抗孔面積優(yōu)化計算

在水力過渡過程計算中，阻抗孔口面積的改變體現(xiàn)為阻抗水頭損失系數(shù)RK和水流經(jīng)過阻抗孔進(jìn)、出調(diào)壓室的改變。[RK=Δhk/Q2K]，其中，QK為水流經(jīng)阻抗孔口流入、流出調(diào)壓室時的過流量，[Δhk]為總水頭損失。依據(jù)類似工程對RK的取值進(jìn)行借鑒參考。由于RK的改變，會引起調(diào)壓室內(nèi)涌浪幅值和輸水系統(tǒng)最大（小）壓力改變。計算工況初始參數(shù)如表1所示。

1.3 過渡過程計算結(jié)果

常規(guī)工況計算結(jié)果如表2所示。

如圖1至圖3所示，通過分析工況D8、D12的不同阻抗孔面積比對尾水進(jìn)口最小壓力、調(diào)壓室最低涌浪、調(diào)壓室最高涌浪變化曲線的影響可知，隨著阻抗孔面積的增加，尾水進(jìn)口最小壓力也逐漸增加，調(diào)壓室最高涌浪隨之增加，而最低涌浪隨之減小。另外，電站在今后的運行中會出現(xiàn)一些組合工況，這會導(dǎo)致各參數(shù)進(jìn)一步增加，設(shè)計上須留有一定的安全裕量，可研階段建議阻抗口總面積為65.00 m2。

由于水電機(jī)組運行較為靈活，水電站在今后的運行過程中會出現(xiàn)一些組合工況，如增負(fù)荷后，間隔一段時間又發(fā)生甩負(fù)荷等。往往組合工況下的調(diào)保參數(shù)相對常規(guī)工況會變差。因此，須進(jìn)行復(fù)核電站今后可能出現(xiàn)的組合工況。組合工況所對應(yīng)的計算結(jié)果在不同的疊加時間點不同。對組合工況Z1進(jìn)行了迭代計算，選取尾水壓力最小時刻點和最低涌浪時刻點為最不利時刻點進(jìn)行過渡過程計算。計算結(jié)果如表3所示。

阻抗口面積為65.0 0m2時，控制工況Z1在最不利疊加時刻48 s時，一臺機(jī)組同一水力單元正常運行，一臺機(jī)組在開啟48 s后運行，并同時甩負(fù)荷。尾水進(jìn)口最低壓力在該工況下為-2.99 m，仍然有一定的裕量;在最不利疊加時刻50 s時，調(diào)壓室最低涌浪為1 810.55 m，兩者的調(diào)保都符合要求。由此，該水電站調(diào)壓室阻抗孔口面積取65.00 m2 ，能夠滿足可能發(fā)生的組合工況的調(diào)保計算要求。

1.4 調(diào)壓室面積優(yōu)化計算

依據(jù)計算結(jié)果，調(diào)壓室底部阻抗孔面積取65.00 m2，不再進(jìn)行優(yōu)化，分析調(diào)壓室面積變化對調(diào)壓室內(nèi)涌浪極值的影響。由于調(diào)壓室內(nèi)上游側(cè)布置有尾水管檢修平臺及相應(yīng)啟閉設(shè)備，調(diào)壓室截面積在高程1 824.00～1 832.40 m高程處發(fā)生變化，具體參數(shù)如表4所示。優(yōu)化調(diào)壓室面積時，統(tǒng)一對三種截面分別增加或減小相同面積。常規(guī)工況計算結(jié)果如表5所示。

由表5可知，通過對工況D8、D12的調(diào)壓室面積變化導(dǎo)致的最低涌浪和最高涌浪變化分析得出，隨著調(diào)壓室面積增加，最低涌浪逐漸上升，最高涌浪逐漸降低，常規(guī)工況下均能滿足調(diào)保計算要求。考慮到組合工況會導(dǎo)致計算結(jié)果變差，須預(yù)留一定的余度。同時，調(diào)壓室面積減小會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)小波動，使調(diào)節(jié)品質(zhì)變差甚至出現(xiàn)不穩(wěn)。因此，可研階段調(diào)壓室面積仍采用原設(shè)計值。

主要針對調(diào)壓室最高涌浪的控制工況Z3、Z5進(jìn)行計算，最不利疊加時刻點采用迭代計算，結(jié)果如表6所示。

最高涌浪控制工況Z5下，最不利疊加時刻0 s時，即在兩臺機(jī)同時增負(fù)荷的工況下，調(diào)壓室最高涌浪為1 836.04 m，隔墻頂高程1 837.00 m，兩者之間約1 m余量，對其調(diào)保要求能夠滿足[4-5]。

2 結(jié)論

①對改變尾水調(diào)壓室體型參數(shù)的過渡過程進(jìn)行分析計算，在反射水錘波功能充分發(fā)揮、最大內(nèi)水壓力可能減小、最小內(nèi)水壓力滿足設(shè)計要求的情況下，工程量也應(yīng)盡量減小。通過調(diào)壓室底部阻抗孔面積和改變調(diào)壓室面積的計算分析來進(jìn)行研究。

②根據(jù)相關(guān)計算結(jié)果選取水電站調(diào)壓室的體型參數(shù)：阻抗口面積取65.00 m2，高程1 805.90 ～1 824.00 m的調(diào)壓室面積為696.9 m2，高程1 824.00～1832.40 m的調(diào)壓室面積為752.4 m2，高程1 832.40～1 837.00 m的調(diào)壓室面積為830.0 m2。對應(yīng)調(diào)壓室的最低涌浪為1 810.55 m，最高涌浪為1 836.04 m，尾水進(jìn)口最小壓力-2.99 m，均能滿足調(diào)保計算要求。

③隨著阻抗孔面積的增加，尾水進(jìn)口最小壓力也逐漸增加，調(diào)壓室最高涌浪隨之增加，最低涌浪隨之減小;而隨著調(diào)壓室面積的增加，調(diào)壓室最高涌浪逐漸降低，最低涌浪逐漸上升。

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