抽水蓄能電站側式進/出水口分流特性研究

顧 莉，曾少岳，張苾萃，曾明軍

(中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，長沙410014)

0 前 言

抽水蓄能電站進/出水口主要有豎式和豎井式兩種布置形式，我國抽水蓄能電站多采用側式進/出水口［1］。

側式進/出水口基本布置成在平面和垂向均有擴散的體型，并且多布置成三隔墩四流道或者兩隔墩三流道的形式，設計體型相對比較復雜。

另外，不同于常規水電站，抽水蓄能電站的進/出水口需適應發電和抽水兩種工況下的雙向水流運動，以及水位升降變化頻繁和由此而產生的邊界條件的變化，水力條件復雜。

根據前人的研究成果并結合工程試驗研究表明:側式進/出水口在出流工況下，水流在平面和立面上都處于擴散狀態，容易發生偏流，以致于各流道流量分配不均勻，造成個別流道過柵流速偏大，影響攔污柵的安全運行。

作者結合相關的抽水蓄能電站進/出水口水力學模型試驗的研究成果，認為進/出水口內分流隔墩的布置對出流狀態下的分流影響甚大［2］。

本文以瓊中抽水蓄能電站上水庫進/出水口為例，重點介紹其在出流工況下各流道分流特性的相關研究。

1 進/出水口分流特性的試驗研究

瓊中抽水蓄能電站上水庫共布置側式進/出水口1個，采用三隔墩四流道的布置形式，由防渦梁段、擴散段、閘門井段和漸變段組成。分流墩在擴散段起始斷面的間距配置采用常規的設計［7］，即墩頭間距分配分別為0.28B、0.22B、0.22B、0.28B(B 為擴散段起始斷面的總寬度)。設計方案平面和立面布置見圖1 所示。

將大流量抽水工況(3 臺機同時開啟運行)作為研究的控制工況。

3 臺機同時開啟死水位和正常蓄水位運行條件下的分流特性見表1。

試驗成果表明:上水庫進/出水口的原設計體型在出流條件下，各流道分流不均勻，出現了較為明顯的偏流現象。

分析其原因，兩邊隔墩墩頭距離擴散段起始斷面留有一定的距離，來流進入擴散段后則具備一定的自由空間，加之來流經上彎段后不同于平直的壓力隧洞水流特性，導致擴散段內水流不穩定，流道中出現偏流［3－4］。

圖1 上水庫進/出水口平面和立面布置示意圖

表1 抽水工況下各流道分流成果統計

可見在具體工程中，由于壓力隧洞、閘門井以及水庫等外部設計條件的不同，分流墩墩頭采用常規的間距配置不一定能獲得良好的水力特性。

2 不同隔墩布置形式對分流特性的影響

修改方案首先將邊墩后移至起始擴散斷面，由于原設計方案邊流道偏流明顯，且①流道分流較多，故同時調整邊隔墩的軸線，減小邊隔墩軸線與進/出水口中心線之間的角度，從而增大起始擴散斷面處邊隔墩與中隔墩之間的間距，意在增大中間兩流道的分流量［5］。

調整后，墩頭間距分配分別為0.26B、0.24B、0.24B、0.26B。修改方案平面布置見圖2。

圖2 修改方案隔墩平面布置圖

仍以3 臺機同時開啟抽水工況作為控制工況，正常蓄水位和死水位下的分流成果見表2。試驗成果表明:將邊隔墩后移至起始擴散斷面，并調整起始擴散斷面邊墩和中墩的間距分配比，對各流道的分流起了明顯的改善作用。

表2 邊墩后移方案各流道分流成果統計表

《水電站進水口設計規范》(DL/T5398—2007)中指出:

對于有3個分流隔墩的側式進/出水口，中間隔墩縮短長度與隧洞直徑之比約0.5。修改方案中中隔墩縮短的長度為5.5 m，相當于起始擴散斷面長度的0.68 倍。

為研究中隔墩不同的縮短長度對流道分流是否產生影響，試驗在修改方案的基礎上進一步對比研究了將中墩墩頭距起始擴散斷面的距離調整至4 m(0.5 倍)和1.6 m(0.2 倍)兩個方案。

抽水工況下，3 臺機同時開啟正常蓄水位和死水位運行條件下，各流道的分流成果分別見表3 和表4。

試驗成果表明:在試驗范圍內，中隔墩墩頭距起始斷面的距離越遠，對流道分流均勻性的改善效果越佳。

同樣說明:針對具體的工程，由于不同的來流條件，中隔墩后移的距離并不千篇一律，應根據具體的試驗成果決定［6］。

表3 正常蓄水位運行條件下各流道的分流比

表4 死水位運行條件下各流道的分流比

3 結 論

結論主要有以下2 點:

1)瓊中抽水蓄能電站上水庫側式進/出水口各流道的分流均勻性可通過調整分流隔墩的布置形式來實現。

對于三隔墩四流道的布置形式，宜將邊隔墩頂頭布置，且宜適當調整起始擴散斷面處邊隔墩與中隔墩之間的間距分配比。

2)三隔墩四流道布置形式的進/出水口，中隔墩的布置對流道的分流同樣產生影響。在試驗范圍內，墩頭距離起始擴散斷面的長度越長，改善效果越明顯。

［1］中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T5208—2005 抽水蓄能電站設計導則［S］. 北京:中國電力出版社，2006.

［2］孫雙科，柳海濤，李振中，孫春蕓. 抽水蓄能電站側式進/出水口攔污柵斷面的流速分布研究［J］. 水利學報，2007，38(11):1329－1335.

［3］張蘭丁. 響水澗抽水蓄能電站上、下庫進(出)水口分流特性研究［J］. 水利水電科技進展，2010，30(06):48－52.

［4］中國水電顧問集團中南勘測設計研究院. 江蘇省溧陽抽水蓄能電站下水庫出(進)水口水力學模型試驗報告［R］.長沙:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，2005.

［5］中國水電顧問集團中南勘測設計研究院. 河南省天池抽水蓄能電站下水庫進/出水口水力學模型試驗報告［R］.長沙:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，2010.

［6］中華人民共和國國家能源局.DL/T5398—2007，水電站進水口設計規范［S］. 北京:中國電力出版社，2008.