抽水蓄能電站調壓室阻抗孔尺寸及相關影響研究

周喜軍，劉君成，韓文福，馬傳寶，閆 賓

（國網新源控股有限公司技術中心，北京市 100161）

1 前言

抽水蓄能電站一般多采用阻抗式調壓室，由于進出調壓室的水流在阻抗孔口處消耗了一部分能量，所以水位波動振幅減小了，衰減加快了，因而所需調壓室的體積小于簡單式，正常運行時水頭損失小，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]，設計時必須選擇合適的阻抗孔口面積。

2 工程概況

某典型電站裝機容量1200MW，額定水頭600m，輸水系統總長約2800m，其中引水系統長約1800m，尾水系統長約1000m。引水調壓室及尾水調壓室均為阻抗式，其中：引水調壓室大井直徑、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 上游調壓室阻抗口面積敏感性分析

定義調壓室井底管道面積為A0，根據《水電站調壓室設計規范》（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]，本試驗取阻抗孔口面積分別為15%～50%A0進行計算[3]，上游調壓室涌浪和機組參數隨上游阻抗孔口面積變化過程見表1和圖1～圖3。

表1 上游調壓室阻抗孔口尺寸敏感性分析結果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，上游調壓室水位波動幅度逐漸增加[4]，波動周期基本不變[5]；蝸殼壓力及尾水管進口壓力隨著上游調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壓室水位變化Figure 3 Upstream impedance hole area and water level change in surge chamber

4 下游調壓室阻抗口面積敏感性分析

表2 下游調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，下游調壓室水位波動幅度逐漸增加，波動周期基本不變[6]；蝸殼壓力及尾水管進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壓室水位變化Figure 6 Downstream impedance hole area and water level change in surge chamber

5 結論及認識

（1）抽水蓄能電站阻抗孔對降低調壓室涌浪高度、簡化調壓室結構具有重要作用，同時對調壓室的調節性能也有重要影響，因此如何合理確定調壓室阻抗孔尺寸至關重要。

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

（3）隨著下游調壓室阻抗孔口面積的增大，下游調壓室水位波動幅度逐漸增加，波動周期基本不變[8]；蝸殼壓力及尾水管進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）由數據分析可知阻抗孔尺寸對調壓室調節保證性能存在較大影響，尤其對于尾水調壓室影響更明顯，應根據具體電站特點細化設計。