抽水蓄能電站輸水系統設計

摘?要：本文以A市的的某抽水蓄能電站為例，該抽水蓄能電站的下水庫已經建成，上水庫是一塊山間洼地。電站樞紐建筑物的組成包括輸水系統、地下廠房、主壩、副壩等。電站的裝機容量為1200MW，上水庫的總庫容量是1160×104m3。由于該抽水蓄能電站的下水庫已經建成使用了，所以電站的下水庫進水口和出水口205.00m高程之下的地方在之前已經施工完成了。

關鍵詞：輸水蓄能電站;輸水系統;設計

一、布置輸水系統

該抽水蓄能電池輸水系統由尾水系統和引水系統組成，供水方式用的是兩洞四機。其中引水系統包括上水庫進水口、上水庫出水口、高壓隧洞、引水低壓隧洞、引水洞岔管、引水調壓井和引水支洞。尾水系統包括尾水支洞、尾水隧洞、下水庫進水口、下水庫出水口、尾水洞岔管、尾水調壓井。上水庫進/出水口是豎井式的結構，在主壩的上游的右側，一共是兩個進/出水口。引水隧洞的長度是660.35m，內徑長度為6.7m，用的是鋼筋混凝土的襯砌方式。引水調壓井在引水隧道的末尾，左右對稱在引水隧洞的兩邊，是升管阻抗式的調壓井。有兩條高壓隧洞，其中心間距是67.49m，每條洞長度是831.26m。引水洞的岔管呈現卜型狀，分岔角呈60度，岔管主管直徑是6.6m，支管直徑是4.6m。引水支洞是從引水洞岔管到廠房蝸殼進口，每條長288.19。尾水支洞是從機組尾水管出口到尾水岔管，其內徑是4.7m，洞長176.89m。尾水岔管是正Y型，核查角度是50度。尾水調壓井離機組中心線的長度是212.59m，在尾水隧洞兩邊對稱分布，調壓井是阻抗式的，尾水調壓井頂部裝設了補氣洞和廠房通風洞，二者之間和相通的。尾水隧洞總長度1046.79，內徑是6.7m，用的是鋼筋混凝土的襯砌方式。下水庫的進/出水口是岸塔式的。每一個進、出水口建四扇仿污欄和一扇檢修閘門。

二、輸水建筑物的設計

（一）進/出水口的設計

由于抽水蓄能電站的水流是雙向流動，所以在設計上、下水庫的進/出水口時，要充分考慮雙向水流的特性，進水的時候要設計成逐漸收縮的形式，出水的時候應逐漸擴散。全斷面上流速度要均勻，不要出現產生回流、漩渦和脫離的情況。

上水庫進/出水口一共是兩座，是豎井式進水口，包含了擴散段、防渦梁段、明渠段、標準段、攔污柵段、漸變段和閘門井段。在明渠段的周圍都設置擋沙坎，高度為631.9m，并在擋沙坎前10m平段，以1：3的斜坡連上632.00回填高程。進水口和出水口防渦梁段長度是10.00m，一共設4處防渦梁，斷面尺寸是12m×1.5m，間距為1.0m。攔污柵段長5.9m，每個進/出水口設置4個活動攔污柵，孔口寬5.5m，高10.0m，擴散段長40m，用的是雙向擴散的形式。閘門井段長7.9m，檢修閘門寬高都是670m，底坎高617.00m.閘門井式矩形的鋼筋混凝土的制成，通氣孔在閘門井筒內。漸變段在閘門井之后，長度是1495m，由長寬都是6.7m的方形斷面慢慢變成直徑6.7m的圓形的斷面，漸變段襯砌混凝土的厚度是2.0m。上水庫的進/出水口與對外公路來進行連接的橋梁是閘門井檢修平臺交通橋。

下水庫的進/出水口呈岸塔式，組成包括明渠段、擴散段、防渦梁段、過渡段、攔污柵段、漸變段和閘門井段。明渠段是60m長，前沿段59.2m，前沿有擋沙坎。防渦梁端順水方向長度是12.0m，間距為1.2m。防污柵段順水方向是6m，共有4個攔污柵，攔污柵孔口寬5.5m，高10.0m，擴散段順水方向是353m，有3個分水墩;擴散段用11.74m的過渡段與閘門井段隔開，閘門井段長8.23m，設平板檢修門。閘后漸變段長14.9m，首段方型斷面長寬都是7.6m，末端圓形斷面內徑是6.6m。

（二）隧洞設計

輸水隧洞的襯砌用的是大部分用的是鋼筋混凝土，包括了高壓隧洞、尾水隧洞和低壓引水隧洞等。引水支洞的鋼板襯砌段長250m，是設計水頭的0.61倍，鋼襯段內徑是4.6m，最大可承受6.7MPa的內水壓力。設計中廠房上游墻30m內做明管設計，因為巖石會受地下廠房開挖爆破的影響，剩下的220m設計為高壓管按埋藏管，為了減少岔管和鋼襯段的外水壓力，設了3個排水廊道在4條壓力管上。

尾水支洞從出口到閘室前漸變段用了鋼板襯砌，段長7169m，洞段圍巖是Ⅱ類巖層，穩定性較好。尾水支洞最大只能承受1.25MPa的內水壓力，鋼管內徑長度4.6m，在其外側回填0.7m的素混凝土。鋼板襯砌段挨著廠房下游30m內，作明管的設計，其余用的是埋藏管的方式。計算得出，尾水支洞鋼管材厚度為15mm，加勁環厚19mm，高20cm，間距58cm。

（三）岔管設計

引水洞岔管和尾水岔管都是新鮮的白花崗巖，參照目前國內高壓鋼筋混凝土岔管實際經驗，由于岔管所處的地質條件比較好，巖層沒有較大斷層，均屬于Ⅱ類巖層，由于尾水岔管最大只能承受1.00MPa的內水壓力，引水洞岔管最大只能承受575MPa的內水壓力，所以引水洞岔管和尾水岔管都選擇用鋼筋混凝土，用的是雙層配筋，襯砌厚0.8m。

（四）調壓井設計

引水調壓井處在引水隧洞末尾，在引水隧洞左右兩邊對稱分布，是升管阻抗式調壓井。引水調壓井大部分處于微風化白崗巖內，穩定性比較好，屬于Ⅱ類巖層，調壓井升管半徑是2.25m，面積是引水隧道的44%，調壓井大井直徑是9.0m，高52.9m，為了確保大井穩定的開挖，設了一個系統錨桿，為了防止內水滲出內層設了防滲涂料。

尾水調壓井和機組中心線是212.58m，在尾水隧洞兩邊對稱分布，調壓井是阻抗式的，處在新鮮的白花崗巖中，屬于Ⅱ類巖層，尾水調壓井也是用的鋼筋混凝土結構，頂拱用的是噴錨支護作襯砌，頂部設置了補氣洞使之與廠房的通風洞相通。

三、結語

該抽水蓄能電站輸水系統在可研究階段進行了多方對比和分析，選擇的是更安全、可行并且經濟的布置和結構型式設計。隨著后期設計一步步深入，可以依據實際的地質條件和開挖的情況，對該輸水系統的結構設計做進一步地優化。

參考文獻：

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[2]劉紫蕊，楊峰，程永光，王其.抽水蓄能電站輸水系統水力振蕩可能性分析[J].水力發電學報，2019，38（09）：111-120.

作者簡介：劉寅（1987-），男，漢族，陜西西安人，碩士，工程師。