關門嘴子水電站不設調壓井的計算與分析

張 波，劉洪霞，曹春頂

(1.樺川縣水務局，黑龍江樺川154300;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

關門嘴子水電站位于梧桐河上游，壩址距下游細鱗河入口700 m，距下游原梧桐鎮水文站6 km。在黑龍江省鶴崗市行政區劃管轄范圍內，壩址距鶴崗市30 km，距下游寶泉嶺農場所在地18 km，東隔嘟嚕河與蘿北縣地相距36 km，水庫是一座以供水、灌溉為主，結合防洪、發電、旅游等綜合利用的大(2)型水庫。關門嘴子水庫總庫容為8.82億m3，為大(2)型，屬Ⅱ等工程。主要建筑物攔河壩、溢洪道、輸水及發電引水隧洞為2級，其相應的防洪標準設計采用500 a一遇洪水標準，校核采用5000 a一遇洪水標準，消能防沖采用50 a一遇洪水設計。電站為壩式，岸邊式廠房，總裝機8.32 MW，廠房為小(2)型，4級建筑物，相應洪水標準采用30 a一遇洪水設計，50 a一遇洪水校核，根據《中國地震動參數區劃圖(GB18306－2001)》，工程區的地震動峰值加速度跨3個區，分別為＜0.05 g區、0.05 g區和0.1 g區，相應的地震基本烈度為小于Ⅵ度區、Ⅵ度區和Ⅶ度區。壩址區處于地震動峰值加速度0.05 g與0.1 g分區界線處，建議地震動峰值加速度按0.1 g考慮，設防地震基本烈度Ⅶ度。

2 不設調壓井的計算分析

2.1 規范公式初步判斷不設調壓井

隧洞從樁號0+000～0+314，圓形斷面，隧洞在樁號0+314位置分岔出發電支洞，發電支洞長度104 m，《水電站調壓室設計規范》要求調壓井的必要性應在機組調節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。

設置上游調壓井的條件，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2～4 s。

［Ts］的取值，電站機組容量在電力系統中的比重＜10%時可取大值，關門嘴子水電站裝機容量總裝機8.32 MW，占黑龍江省鶴崗市總體電網目前容量的3%，按照《水電站調壓井設計規范》DL/T5058－1996規定，［Ts］可以取上限4 s。

根據實際情況，結合導流要求對洞徑D=4.0 m與5.0 m進行初步計算:

D=4.0 m時候，對應的TW=4.3 s＞4 s，初步判斷不可以取消調壓井;

D=5.0 m時候，對應的TW=3.8 s＜4 s，初步判斷可以取消調壓井。

經過計算:洞D=5.0 m時，計算得到的實際TW=3.8 s＜4 s，初步判斷不設置調壓井是可行的。

2.2 從調節保證計算進一步判斷不設置調壓井的合理性

調節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以及發生最大水錘時管道末端的水錘壓力相對值ξ。機組轉速變化最大升高值βmax由《長江流域規劃辦公室》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=800 kW;n0為水輪機的同步轉速，n0=300 r/min;GD2為飛輪轉速慣性力矩;TC為調節遲滯時間，TC=TA+0.5δTa;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。

通過調節保證計算可以看出 ，要取消調壓井，洞徑由原來D=4.0 m放大到直徑D=5.0 m，機組關閉時間為6.0 s時，機組轉速上升值為52%，轉速上升滿足規范要求55%;壓力上升值28% ，壓力上升值滿足規范要求70%。

3 經濟比較

洞徑在D=4.0 m時候，隧洞投資為800萬，調壓井投資為500萬，經濟效益總投資合計1 300萬;洞徑在D=5.0 m時候，隧洞投資為1 100萬，發電期間因流速減小增加電能200萬，經濟效益總投資合計900萬，可見取消調壓井是經濟上合理。

4 結論

經過調節保證計算 ，當洞徑為5.0 m，機組關閉時間為6.0 s時，取消調壓井在技術上可行，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.